硅钙钾镁土壤调理剂对内蒙古马铃薯产量及经济效益的影响

王贺东，杨海波，万夫伟，李小燕*，李 斐，解 秋

（1．天津水泥工业设计研究院有限公司，天津 300400；2．内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古 呼和浩特 010018）

近些年，由于我国集约化农业的飞速发展，土壤退化问题已成为制约我国农业可持续发展的重要难题之一［1-3］。而在我国西北干旱半干旱地区，如何实现土壤退化控制、资源高效利用以及作物增产增收，成为旱作农业可持续发展的研究热点［4］。

硅钙钾镁土壤调理剂是一种以钾长石、石灰石等天然矿物为原料，采用静态水热法或煅烧法等技术将矿物中养分活化，且富含硅、钙、钾、镁等多种有效养分的新型无机土壤调理剂［5-7］。近年来已有大量研究报道关于硅钙钾镁土壤调理剂和类似产品的施用效果［8-15］。其作用主要为：（1）改良土壤，调节土壤pH，改善土壤结构和微生态环境，活化修复板结土壤；（2）补充多种中微量元素（硅、钙、镁、铁等），有效预防作物各种缺素症状，提升作物产量和品质；（3）提高作物抗旱、抗倒伏及抗病虫害和抗重茬等抗性能力，增强作物环境的适应能力。

我国是马铃薯生产和消费的第一大国［16］，然而，联合国粮农组织（FAO）统计数据显示我国马铃薯单产还不及世界平均水平［17］。内蒙古作为我国马铃薯主产区之一，若施用硅钙钾镁土壤调理剂在改良土壤的同时，还能够提高马铃薯产量，增加农民收益，这将有利于当地绿色可持续农业的发展，然而，近些年相关研究报道较少。本研究以马铃薯为研究对象，通过2年的田间试验研究硅钙钾镁调理剂对马铃薯生长及产量的影响。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验分两年进行，2018年试验位于内蒙古乌兰察布市四子王旗，2019年试验位于内蒙古乌兰察布市集宁区马莲渠乡大十号村，都是马铃薯主要种植区，两个试验点土壤基本性质见表1。

表1 试验地土壤基本性质

1.2 试验设计

试验选用的马铃薯品种均为当地常用品种，四子王旗选用的品种为费乌瑞它，集宁区选用的为冀张薯12。硅钙钾镁土壤调理剂为中材鼎原生态肥业有限公司生产，主要基本性质为：有效钾（K2O）6.33%，有效硅（SiO2）35.11%，有效钙（CaO）32.34%，有效镁（MgO）≥4.01%，pH 9.0～11.0，粒度（1～4.75 mm）≥90%。

两个试验点均设置6个处理，小区排列均采用随机区组设计，具体试验处理设置及施肥情况如表2所示。其中，氮肥为尿素（N 46%），全部用作追肥，追施时期和比例分别为：幼苗期（20%）、块茎形成期（20%、20%，两次追肥）、块茎膨大期（30%）、淀粉积累期（10%）；磷肥为过磷酸钙（P2O514%），用作基肥一次性施入；钾肥为农用硫酸钾（K2O 52%），分为基肥30%、追肥70%（块茎形成期30%、块茎膨大期40%）。硅钙钾镁土壤调理剂（颗粒）作基肥施用，于作物种植前一周一次性撒施，通过整地与土壤均匀混合。2019年硅钙钾镁土壤调理剂施用量在参考2018年硅钙钾镁土壤调理剂施用效果的基础上做了小幅调整。本试验除施肥不同外，其他管理均同当地农民习惯，灌溉方式均采用滴灌。

表2 硅钙钾镁土壤调理剂在马铃薯作物上的田间试验设计方案 （kg·hm-2）

1.3 样品采集与分析

马铃薯于每年5月播种，10月收获。收获时，每个小区单独称重测产，同时将大小薯区分，计算商品率。此外，每小区随机选取2个马铃薯样品和植株样品，用于养分含量分析，测定方法参照鲍士旦［18］提出的方法。植物养分测定的前处理采用浓硫酸-双氧水消煮，全氮采用凯氏定氮法；全磷采用钼蓝比色法；全钾采用火焰光度法。

硅钙钾镁土壤调理剂有效钾、有效硅、有效钙、有效镁的测定方法参照标准NY/T 2272-2012《土壤调理剂 钙、镁、硅含量的测定》和NY/T 2273-2012《土壤调理剂 磷、钾含量的测定》。有效钾、有效硅、有效钙、有效镁浸提液均用0.5 mol·L-1稀盐酸溶液浸提，等离子发射光谱法测定。

1.4 数据处理

氮肥农学效率（%）=（施氮肥区农作物产量-不施氮肥区农作物产量）/肥料施用量×肥料中养分含量×100

所有试验数据和图表均采用 Excel 2013 处理和绘制。采用SPSS 19.0进行方差分析和多重比较（Duncan，P＜0.05）。数据均以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 产量及商品薯率

不同处理马铃薯产量如图1所示。在2018年，FU处理马铃薯产量明显高于CK和C处理，增产率为70.2%。此外，硅钙钾镁土壤调理剂的施用也显著增加了马铃薯产量，C与CK处理相比增产显著（P＜0.05），增产率为39.7%。增施硅钙钾镁土壤调理剂处理与FU处理相比，产量显著提高（P＜0.05），增产率为11.9%～21.1%（表3），其中产量大小关系为FC3＞FC1＞FC2＞FU。2019年，FC2处理产量显著高于FU处理（P＜0.05），而FC1和FC3处理与FU处理之间无显著差异。C与CK处理之间产量也没有显著差异。

表3 不同处理下马铃薯增产率、产值及施肥产投比

图1 不同处理对马铃薯产量及商品薯率的影响

马铃薯商品率是评价马铃薯经济效益的重要指标。2018年数据显示，施氮肥处理马铃薯商品率高于不施氮肥处理CK（P＜0.05）。相同施氮量条件下，添加硅钙钾镁土壤调理剂处理马铃薯商品率明显高于FU处理（P＜0.05），其中以FC1处理提高最多，比FU处理提高了20.9%，而且商品率提高的主要原因是大薯产量的提高。2019年，FC1、FC2和FC3处理商品率显著高于CK处理（P＜0.05），但与FU处理无显著差异。

2.2 养分吸收

收获时马铃薯植株和块茎中养分含量如表4所示。在2018年，C与CK 处理相比，块茎中氮素含量明显提高（P＜0.05）。施用氮肥条件下，FC3处理植株氮素含量明显高于其他处理（P＜0.05）；而FC3、FU 和FC1处理块茎中氮素含量显著高于FC2处理（P＜0.05）。此外，由表4可以看出，施用硅钙钾镁土壤调理剂（FC1、FC3）处理收获时马铃薯块茎中钾素含量显著高于FU和FC2处理（P＜0.05），但是FC2处理与CK、FU处理相比差异不显著，其原因需要进一步试验来探究。不同处理马铃薯收获时块茎中的磷素含量无明显差异。在2019年，FU、FC1、FC2和FC3处理植株氮含量均显著高于CK和C处理（P＜0.05），而FU和FC1、FC2、FC3处理之间植株氮含量差异不显著。关于植株磷含量，除了FC3处理显著高于CK处理（P＜0.05）外，其他处理间均无显著差异。植株钾含量，各处理之间差异不显著。收获时FC1和FC2处理块茎氮素含量明显高于其他处理（P＜0.05），FC3处理块茎氮素含量较FC1和FC2处理反而显著降低（P＜0.05）。关于块茎磷素含量变化，FU处理明显高于增施硅钙钾镁土壤调理剂（FC1、FC2和FC3）处理。

表4 收获时马铃薯植株和块茎的养分浓度 （g·kg-1）

不同处理下马铃薯氮肥利用率和氮肥农学效率如表5所示。在2018年，增施硅钙钾镁土壤调理剂处理与FU处理相比，氮肥利用率提高5.0%～11.9%，并且添加硅钙钾镁土壤调理剂后，氮肥农学效率明显提高14.7～26.0 kg·kg-1（P＜0.05），其提高幅度按大小排序为FC3＞FC1＞FC2。在2019年，增施硅钙钾镁土壤调理剂处理与FU处理相比，氮肥利用率提高4.40%～14.88%，并且添加硅钙钾镁土壤调理剂后，氮肥农学效率提高4.4～35.3 kg·kg-1，其中增施硅钙钾镁土壤调理剂600 kg·hm-2（FC2）处理效果最好。

表5 马铃薯氮肥利用率和氮肥农学效率

2.3 经济效益

不同处理下马铃薯增产率、产值及施肥产投比如表3所示。增施硅钙钾镁土壤调理剂对马铃薯具有良好的增产效果，并且显著增加农民收益。2018年，与CK处理相比，C处理产值增加了4794.87元·hm-2；与FU处理相比，增施硅钙钾镁土壤调理剂处理产值增加了5256.41～7230.77元·hm-2；其中收益分别增加了3456.41～4902.56元·hm-2。但也应该注意到，与FU处理相比，增施硅钙钾镁土壤调理剂后总肥料产投比大幅度降低，增施硅钙钾镁土壤调理剂处理最多降低了6.5，此外，只看硅钙钾镁土壤调理剂产投比，FC1处理最高。2019年，与CK处理相比，C处理产值增加了2603.66元·hm-2。与FU处理相比，FC2产值和收益增加最多，分别增加了10060.43和8860.43元·hm-2。关于产投比，与2018年结果类似，较FU处理，增施硅钙钾镁土壤调理剂处理总肥料产投比有所降低，只看硅钙钾镁土壤调理剂产投比，FC2处理最高。

3 讨论

一般来讲，硅钙钾镁土壤调理剂能改良土壤，并补充硅、钙、钾、镁等养分，从提高作物抗性和促进养分吸收等方面提高作物产量和效益。本试验结果显示，硅钙钾镁土壤调理剂显著促进了作物对氮的吸收，但对磷的吸收有抑制作用，提高了马铃薯产量和收益，但效果与本身土壤肥力以及施用量有关。

3.1 硅钙钾镁土壤调理剂在北方土壤上的效果

据前人研究，同类产品不仅在南方酸性土壤上有很好的效果，在碱性土壤上施用也有很多正面报道，如增加作物抗性、改善生长指标、增加产量、提高品质等［8-10］，这与本研究结果中硅钙钾镁土壤调理剂提高了马铃薯产量的结果一致。在本研究所处的北方内陆盐碱地土壤上，作物对盐分、水分等环境胁迫的抗性将成为决定其生长的主要因素之一［19］，而施用土壤调理剂提高了土壤中硅、钙、钾等元素含量，这起到了关键作用。有研究报道，硅元素能降低作物体内钠、镁的累积［20-22］，植物能够通过增加K+和减少Na+在体内积累量［9］、硅化细胞通过改变植物气孔开合状态［23］，使作物抗逆能力得到大幅度提升。所以这可能是本研究中土壤调理剂提高马铃薯产量的主要原因之一。

3.2 硅钙钾镁土壤调理剂对马铃薯养分吸收的影响

作物对肥料养分的吸收利用能够反映土壤供肥能力，并最终影响作物生长和产量［24］。已有研究表明，硅钙钾镁土壤调理剂作为一种富含硅、钙、钾、镁等元素的无机土壤修复材料，能够减少肥料养分流失，提高作物肥料利用率，从而促进作物的生长［25］。这可能与无机土壤调理剂本身疏松多孔的性质有关，其疏松多孔结构能够对氮磷等养分有一定的固持作用［26］。在本研究中，增施硅钙钾镁土壤调理剂促进了马铃薯对氮的吸收，从而提高了马铃薯的氮肥利用率，这与前人的研究结果一致［26］。此外，还应注意到，在2019年增施硅钙钾镁土壤调理剂抑制块茎对磷素的吸收，其原因可能是施用硅钙钾镁土壤调理剂造成了土壤磷钝化，从而影响了磷的有效性［11］。

3.3 硅钙钾镁土壤调理剂对马铃薯产量及商品率的影响

根据前人研究，硅钙钾镁土壤调理剂提高了作物产量，可能与其改善土壤理化性质有一定相关性［12-15，27］。本研究中土壤调理剂在内蒙古马铃薯产量提高方面也起到了积极的作用。戴黎等［12］发现，施用硅钙钾镁土壤调理剂可显著增加土壤的碱解氮、有效磷和速效钾含量，并提高了草莓产量。孙希武等［13］研究表明，硅钙钾镁土壤调理剂可有效提高土壤酶活性和氮、磷、钾、硅等营养元素积累量，促进桃幼树细根的生长，延缓根系衰老进程。李慧等［14］研究报道，硅钙钾镁土壤调理剂能促进黄瓜幼苗生长，并对黄瓜枯萎病有很好的抑制效果，此外，显著提高了土壤速效钾含量。周武先等［15］通过研究硅钙钾镁土壤调理剂对连作川党参生长的影响表明，硅钙钾镁土壤调理剂能显著提高川党参产量。也有研究认为，使用硅钙钾镁土壤调理剂能够通过改善土壤水分状况，从而优化马铃薯块茎构成比例，提高马铃薯商品率，最终提高产量［27］。在本研究中，硅钙钾镁土壤调理剂提高了内蒙古干旱半干旱地区马铃薯产量并显著提高了第一年马铃薯商品率，其原因可能是土壤调理剂改善了土壤性质，从而促进了马铃薯对养分的吸收，但其机理还需进一步试验探究。

3.4 硅钙钾镁土壤调理剂对农民经济效益的影响

施用硅钙类土壤调理剂既能改良土壤，修复农田生态系统，又能提升农民的经济效益［28］。本研究表明，在2年田间试验中，施用硅钙钾镁土壤调理剂均能不同程度地提高农民经济效益。因此，若农民将部分肥料费用用于购买硅钙钾镁土壤调理剂，这样能在一定程度上达到改良土壤环境和增加经济效益的双赢效果。还要注意到硅钙钾镁土壤调理剂与化肥配施处理肥料产投比要低于单施化肥处理，其原因为目前硅钙钾镁土壤调理剂价格偏高，这会在以后随着硅钙钾镁土壤调理剂行业的发展和产品价格的降低来实现农民施肥成本的降低。

4 结论

在内蒙古干旱半干旱地区，施用硅钙钾镁土壤调理剂能够通过促进马铃薯对养分的吸收并提高氮素利用效率，从而提高产量和效益，其机理是否为由于改善土壤理化性质还需进一步试验研究。研究结果表明，硅钙钾镁土壤调理剂为600 kg·hm-2施用量的效果最优。在常规施用化肥的基础上增施600 kg·hm-2硅钙钾镁土壤调理剂后，氮肥利用率和氮肥农学效率最高，分别提高14.88%和35.25 kg·kg-1，最高增产20%，商品率提高20.9%，新增收益最高提升8860.43元·hm-2。因此，在内蒙古马铃薯种植中，硅钙钾镁土壤调理剂推荐施用量为600 kg·hm-2。