有机无机肥配施对重茬土壤改良及马铃薯生理特性的影响

摘要：为探究有机无机肥配施对重茬马铃薯生理特性的影响及对土壤改良的效果，于2021—2023年开展田间定位试验，以单施化肥（CK）为对照，研究生物有机肥替代化肥20%（F80BF20）、40%（F60BF40）、60%（F40BF60）、80%（F20BF80）、100%（F0BF100）对重茬马铃薯田土壤结构、养分含量、酶活性以及马铃薯叶片SPAD值、净光合速率、抗氧化系统和产量的影响。结果表明，与CK相比，单施或配施生物有机肥均可提高土壤孔隙度、有机质含量以及土壤各种酶活性，降低土壤容重及pH值。2023年，与CK相比，F60BF40、F40BF60、F20BF80、F0BF100处理土壤孔隙度分别显著提高3.80%、6.00%、5.15%、5.64%；F40BF60、F20BF80、F0BF100处理土壤有机质含量分别显著提高5.16%、7.02%、6.71%；F60BF40处理土壤碱解氮、速效钾、速效磷含量分别显著提高6.30%、14.26%、14.22%；F40BF60处理土壤蔗糖酶、过氧化氢酶活性分别显著提高16.11%、25.39%，F60BF40处理土壤碱性磷酸酶、脲酶活性分别显著提高24.19%、12.50%。与CK相比，单施或配施生物有机肥可以提高叶片SPAD值、净光合速率以及过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性，降低丙二醛含量，其中F60BF40处理叶片SPAD值、净光合速率分别显著提高22.02%、20.35%，F40BF60处理叶片过氧化氢酶、过氧化物酶活性分别显著提高17.06%、11.58%，F60BF40处理叶片超氧化物歧化酶活性显著提高16.91%，F60BF40、F40BF60处理叶片丙二醛含量分别显著降低10.06%、7.10%。2023年马铃薯块茎产量总体表现F60BF40处理＞F40BF60处理＞F80BF20处理＞F20BF80处理＞CK＞F0BF100处理。由此可知，在一定比例范围内，利用生物有机肥替代化肥可以改善土壤物理结构，提高土壤养分含量及酶活性，能够延长叶片持绿时间，提升叶片光合作用及抗逆性能力，提高马铃薯块茎产量。其中，F60BF40处理表现最优。

关键词：有机无机肥；土壤改良；马铃薯；光合速率；抗氧化系统；产量

中图分类号：S156；S532.06" 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）24-0205-07

收稿日期：2024-07-05

基金项目：高职高专国家级示范专业建设项目（编号：20080063.3）；河南省科技攻关项目（编号：182102110371）。

作者简介：胡月华（1971—），女，河南商丘人，硕士，副教授，主要从事农作物栽培与病虫害防治工作。E-mail：sqhuyuehua @126.com。

通信作者：黄瑞斌，硕士，高级农艺师，主要从事农作物栽培与技术推广工作。E-mail：ruibin71@163.com。

马铃薯是我国第四大粮食作物，因具有产量高、适应性强等特点，在我国各省市被广泛种植^［1-2］。据统计，2021年我国马铃薯种植面积及产量分别占全球总面积及产量的32%和25%，已经成为世界第一大马铃薯生产国^［3］。随着2024年新增千亿斤粮食要求的重提，马铃薯高产稳产的优点逐渐凸显，但马铃薯产量水平是由多种因素共同决定的，其中品种、地力、施肥是影响马铃薯产量的重要因素^［4-5］。有研究表明，施肥是提高马铃薯块茎产量的有效途径，它的产量贡献率可高达50%以上^［6］。黄淮海平原马铃薯一年两季，由于马铃薯产业发展势头良好，马铃薯需求量及种植面积明显增加，但受人均耕地面积较少、土地周转速度较慢等因素限制，黄淮海平原马铃薯种植户大部分选择连作种植，但长期连作种植不仅会造成马铃薯产量与品质降低，还会造成土壤养分失衡、活性下降等连作障碍问题^［7-8］。为解决马铃薯连作障碍问题，大部分种植户会选择增施肥药，但长期大量施肥、施药不仅会降低肥药利用率，污染农田土壤生态环境，还会造成土壤板结、酸化以及微生态环境恶化等^［9-10］。因此，有效合理施肥是解决马铃薯连作障碍的有效途径。

有机肥富含有机养分及微生物菌群，具有绿色安全、肥力释放缓慢等特点，施入土壤中能够增加土壤肥力，提高土壤活性，延长肥效作用时间^［11-13］。目前，有较多专家学者提出，利用部分有机肥替代化肥能够有效降低土壤养分失衡、活性降低以及土壤污染等风险，促进我国农业绿色可持续发展^［14-15］。李雅飞等发现，化肥施用量在一定水平时配施有机肥不仅能够提高马铃薯块茎产量，还有利于提高马铃薯块茎品质^［16］。郭雪娇等研究表明，合理的化肥与有机肥施用比例可以提高马铃薯块茎产量、肥料利用率及块茎养分含量^［17］。张平良等研究证实，与单施化肥相比，单施有机肥或配施有机肥均可显著提高土壤有机碳、微生物量碳含量，有利于农田土壤固碳，提高马铃薯块茎产量^［18］。范秉元研究发现，化肥配施不同有机物料均可增加土壤肥力，改善土壤微生物菌群结构，提高马铃薯块茎产量^［19］。

近年来，关于化肥与有机肥配施对马铃薯影响的研究主要集中在马铃薯块茎产量、品质以及土壤理化性质、微生物菌群结构等方面，而关于不同比例有机肥与化肥配施对马铃薯生理特性及土壤结构影响的研究并不多见^［20-22］。因此，本研究通过化肥与生物有机肥不同比例配施，探索不同施肥处理对土壤物理性状、养分含量、酶活性以及马铃薯生理特性与马铃薯块茎产量的影响，筛选最佳生物有机肥与化肥施用比例，以期为马铃薯田合理配施生物有机肥提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本试验于2021—2023年在河南省商丘市睢阳区冯桥镇李庄（116°17' E，39°25' N）进行，该地位于河南地区东部，年平均气温14.2～14.7 ℃，年平均日照时数2 200～2 300 h，无霜期210～215 d，年平均降水量680～750 mm，降水多集中在6—9月，属暖温带半湿润季风气候。土壤类型为黄潮土中壤土质，耕层（0～20 cm）土壤理化性质：pH值8.12、有机质含量9.85 g/kg、速效钾含量125.65 mg/kg、速效磷含量62.35 mg/kg、碱解氮含量52.21 mg/kg、容重1.42 g/cm3、孔隙度49.39%。

1.2 供试材料

供试品种：郑薯6号、郑单958。供试肥料：复合肥（N、P、K含量分别为10%、12%、15%），生物有机肥（氮磷钾含量≥5%，有机质含量≥40%，有效活菌数≥2.0亿个/g）。

1.3 试验设计

试验设单施化肥（CK）、80%化肥＋20%生物有机肥（F80BF20）、60%化肥＋40%生物有机肥（F60BF40）、40%化肥＋60%生物有机肥（F40BF60）、20%化肥＋80%生物有机肥（F20BF80）、单施生物有机肥（F0BF100）6个处理，全部随机区组排列，小区面积60 m2（20 m×3 m），3次重复。本试验种植制度长期为马铃薯—玉米轮作，马铃薯季进行不同施肥处理，玉米季施肥一致。单施化肥用量为复合肥750 kg/hm2，单施生物有机肥用量为1 200 kg/hm2，均作为基肥施入，生育期内不追肥。马铃薯株行距为40 cm×50 cm，生育期为3月15日至6月15日；玉米种植密度为 52 500 株/hm2，生育期为6月18日到9月28日。其他田间管理措施同当地大田一致。

1.4 样品采集与测定

1.4.1 土壤样品采集

于2022年和2023年马铃薯收获前1 d进行土壤样品采集。利用专业取土钻采集0～20 cm土层的土壤，采用泡沫保温箱带回实验室，剔除杂物后分成2个部分，一部分在-4 ℃冰箱低温保存，用于土壤各种酶活性测定；另一部分自然风干，过1、0.25 mm筛后，用于土壤理化性质分析。另外，利用环刀采集0～20 cm土层土壤的环刀样品，用于土壤容重、孔隙度的测定。

1.4.2 土壤养分含量测定

土壤pH值的测定采用水土比法；有机质含量的测定采用重铬酸钾容量-外加热法；碱解氮含量的测定采用碱解扩散法；速效钾含量的测定采用醋酸铵浸提法；速效磷含量的测定采用0.5 mol/L碳酸氢钠法^［23］。

1.4.3 土壤酶活性测定

土壤蔗糖酶活性的测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法；土壤过氧化氢酶活性的测定采用高锰酸钾滴定法；土壤碱性磷酸酶活性的测定采用磷酸苯二钠比色法；土壤脲酶活性的测定采用苯酚钠-次氯酸钠比色法^［24］。

1.4.4 土壤物理性质测定

土壤容重、孔隙度均采用环刀法^［25］进行测定。

1.4.5 叶片SPAD值及光合速率测定

于2023年马铃薯淀粉积累期进行叶片SPAD值及光合速率测定，其中叶片SPAD值利用SPAD-502叶绿素仪进行测定，叶片光合速率利用便携式光合仪Li－6400进行测定。

1.4.6 叶片抗氧化酶活性及丙二醛含量测定

于2023年马铃薯淀粉积累期采集不同处理叶片进行叶片抗氧化酶活性及丙二醛（MDA）含量测定。其中，叶片过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外吸收法进行测定；过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚氧化法进行测定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑光化还原法进行测定；MDA含量采用硫代巴比妥酸法进行测定^［26］。

1.4.7 产量测定

于每年马铃薯收获期进行产量测定。收获时去除边行，其余薯块装袋称重，重复处理间取均值。

1.5 数据处理方法

利用Microsoft Excel 2010进行数据整理、计算与图表制作，SPSS 19.0软件进行显著性方差分析。

2 结果与分析

2.1 有机无机肥配施对土壤物理性状的影响

由图1可知，有机无机肥配施对土壤容重、孔隙度产生显著影响。与对照单施化肥处理（CK）相比，2022年和2023年单施或配施生物有机肥处理均可降低土壤容重，提高土壤孔隙度。2022年（施肥处理第2年），与CK相比，F40BF60、F20BF80、F0BF100处理土壤容重显著分别降低4.20%、6.29%、5.59%，其中F20BF80处理土壤容重最低，显著低于F80BF20、F60BF40处理，而与F40BF60、F0BF100处理间差异不显著。2023年（施肥处理第3年），与CK相比，F60BF40、F40BF60、F20BF80、F0BF100处理土壤容重分别显著降低6.90%、10.34%、8.97%、6.90%，其中F40BF60处理土壤容重最低，显著低于F80BF20处理，而与F60BF40、F20BF80、F0BF100处理差异不显著。

2024年，不同有机肥处理土壤孔隙度随着有机肥施用比例的增加呈现先上升后降低趋势。与CK相比，F60BF40、F40BF60、F20BF80、F0BF100处理土壤孔隙度分别显著提高2.64%、3.94%、6.41%、3.43%，其中F20BF80处理土壤孔隙度最大，显著高于F80BF20、F60BF40、F0BF100处理，而与F40BF60处理间差异不显著。2023年，与CK相比，F60BF40、F40BF60、F20BF80、F0BF100处理土壤孔隙度分别显著提高3.80%、6.00%、5.15%、5.64%，其中F40BF60处理土壤孔隙度最大，显著高于F80BF20处理，而与F60BF40、F20BF80、F0BF100处理差异不显著。

2.2 有机无机肥配施对土壤养分含量的影响

由表1可知，有机无机肥配施对土壤各养分含量的影响差异较大。与CK相比，2022年和2023年单施或配施生物有机肥处理均可降低土壤pH值，提高有机质含量。2022年，与CK相比，各有机肥处理土壤pH值均降低，但各处理间差异不显著；F40BF60、F20BF80、F0BF100处理有机质含量分别较CK显著提高2.26%、2.05%、2.57%，其中F0BF100处理有机质含量最高，各有机肥处理间差异不显著；F80BF20、F60BF40、F40BF60、F20BF80处理碱解氮、速效钾、速效磷含量均增加，其中F60BF40处理碱解氮、速效钾、速效磷含量均最高，碱解氮含量较CK显著提高3.19%。而F0BF100处理碱解氮、速效钾、速效磷含量低于CK。

2023年，与CK相比，F40BF60处理土壤pH值显著降低1.47%，其他处理pH值与CK间差异均不显著；F40BF60、F20BF80、F0BF100处理有机质含量显著分别提高5.16%、7.02%、6.71%，其中F20BF80处理有机质含量最高，较F80BF20处理显著提高4.85%，与其他有机肥处理间差异不显著；F80BF20、F60BF40、F40BF60处理碱解氮、速效钾、速效磷含量均增加，其中F60BF40处理碱解氮、速效钾、速效磷含量均最高，较CK分别显著提高6.30%、 14.26%、 14.22%。而F20BF80、F0BF100处理碱解氮、速效钾、速效磷含量低于CK。

2.3 有机无机肥配施对土壤酶活性的影响

不同处理土壤酶活性差异见图2。与CK相比，各有机肥处理均可提高土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脲酶活性。F60BF40、F40BF60处理蔗糖酶活性较CK分别显著提高13.83%、16.11%，其中F40BF60处理蔗糖酶活性最高，较F0BF100处理显著提高13.47%，其他有机肥处理间差异不显著。F60BF40、F40BF60、F20BF80、F0BF100处理过氧化氢酶活性较CK分别显著提高14.95%、25.39%、20.17%、21.23%，其中F40BF60处理过氧化氢酶活性最高，较F80BF20、F60BF40处理分别显著提高18.10%、9.08%，与其他有机肥处理间差异不显著。F80BF20、F60BF40、F40BF60、F20BF80处理碱性磷酸酶活性较CK分别显著提高11.61%、24.19%、23.23%、13.87%，其中F60BF40处理碱性磷酸酶活性最高，较F80BF20、F20BF80、F0BF100处理分别显著提高11.27%、9.07%、17.74%，与F40BF60处理间差异不显著。F60BF40处理脲酶活性最高，较CK显著提高12.50%，与其他有机肥处理间差异不显著。

2.4 有机无机肥配施对马铃薯叶片SPAD值及光合速率的影响

不同有机无机肥配施对马铃薯淀粉累积期叶片SPAD值及光合速率的影响见图3。与CK相比，各有机肥处理叶片SPAD值及光合速率均有所提高。F80BF20、F60BF40、F40BF60、F20BF80处理叶片SPAD值较CK分别显著提高12.95%、22.02%、15.29%、11.20%，其中F60BF40处理叶片SPAD值最高，较其他有机肥处理显著提高5.83%～20.71%；F0BF100处理叶片SPAD值最低，显著低于其他有机肥处理。各有机肥处理叶片光合速率较CK显著提高4.94%～20.35%，其中F60BF40处理叶片光合速率最高，较其他有机肥处理显著提高4.14%～14.69%；F40BF60处理光合速率次之，显著高于F80BF20、F20BF80、F0BF100处理。

2.5 有机无机肥配施对马铃薯叶片抗氧化系统的影响

不同处理马铃薯淀粉累积期叶片抗氧化酶活性及丙二醛含量差异见图4。与CK相比，各有机肥处理均可提高叶片过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性，降低丙二醛含量。各有机肥处理叶片过氧化氢酶活性较CK显著提高6.82%～17.06%，其中F40BF60处理叶片过氧化氢酶活性最高，较F80BF20、F0BF100处理分别显著提高5.55%、9.58%；F60BF40处理过氧化氢酶活性次之，显著高于F80BF20、F0BF100处理。F60BF40、F40BF60处理叶片过氧化物酶活性较CK分别显著提高10.53%、11.58%，其中F40BF60处理叶片过氧化物酶活性最高，较F80BF20、F20BF80、F0BF100处理显著分别提高7.64%、6.23%、9.36%；F60B460处理过氧化物酶活性次之，显著高于F80BF20、F0BF100处理。F60BF40、F40BF60、F20BF80处理叶片超氧化物歧化酶活性较CK分别显著提高16.91%、12.82%、8.94% 其中F60BF40处理叶片超氧化物歧化酶活性最高，较F80BF20、F20BF80、F0BF100处理显著分别提高8.78%、7.31%、13.24%；F40BF60处理超氧化物歧化酶活性次之，显著高于F0BF100处理。F60BF40、F40BF60处理叶片丙二醛含量较CK分别显著降低10.06%、7.10%，其中F60BF40处理叶片丙二醛含量最低，较F80BF20、F0BF100处理分别显著降低7.32%、8.98%；F40BF60处理丙二醛含量次之，与其他有机肥处理间差异不显著。

2.6 有机无机肥配施对马铃薯产量的影响

不同施肥年份各处理马铃薯产量见图5。与CK相比，F80BF20、F60BF40、F40BF60、F20BF80处理在2021、2022、2023年均提高了马铃薯产量，而F0BF100处理产量均降低。2021年，F60BF40处理产量最高，较CK、F40BF60、F0BF100处理分别显著提高12.87%、9.68%、15.49%；F80BF20处理产量次之，显著高于F0BF100处理；F0BF100处理产量最低，但与CK间差异不显著，总体表现为F60BF40处理＞F80BF20处理＞F20BF80处理＞F40BF60处理＞CK＞F0BF100处理。2022年，F80BF20、F60BF40、F40BF60处理产量较CK分别显著提高8.49%、13.99%、11.11%，其中F60BF40处理产量最高，较F20BF80、F0BF100处理分别显著提高11.92%、29.07%，与F80BF20、F40BF60处理间差异不显著；F0BF100处理产量显著最低，总体表现为F60BF40处理＞F40BF60处理＞F80BF20处理＞F20BF80处理＞CK＞F0BF100处理。2023年，F80BF20、F60BF40、F40BF60处理产量较CK分别显著提高12.91%、19.66%、18.98%，其中F60BF40处理产量最高，较F20BF80、F0BF100处理分别显著提高16.19%、29.85%；F40BF60处理产量次之，显著高于CK、F20BF80、F0BF100处理；F0BF100处理产量最低，但与CK间差异不显著，2023年产量总体表现与2022年相似。

3 讨论与结论

良好的土壤结构与较高的土壤肥力是作物取得高产的关键^［27］。有研究表明，合理的无机有机肥配施能够明显改良土壤性状，提高土壤肥力^［28-29］。本研究表明，与CK相比，在不同施肥年限条件下单施或配施生物有机肥均可降低土壤容重，提高土壤孔隙度，这可能是因为生物有机肥施入土壤后利用其多孔特性，可以聚集较小团聚体颗粒成为较大粒径团聚体颗粒，改善土壤通透交换性，进而提高土壤孔隙度，降低土壤容重。这与大多研究结果^［30-31］较为一致。本研究还表明，在不同施肥年限条件下单施或配施生物有机肥均可降低土壤pH值，提高土壤有机质含量，且随着配施有机肥比例的增加，土壤中碱解氮、速效钾、速效磷含量均呈现先增加后降低的趋势，其中F60BF40处理碱解氮、速效钾、速效磷含量均最高。本研究中，2022年F0BF100处理碱解氮、速效钾、速效磷含量以及2023年F20BF80、F0BF100处理碱解氮、速效钾、速效磷含量处理低于CK，这可能是因为化肥减量过多，生物有机肥对改善土壤理化性质的影响不足以抵消化肥减量过多带来的负面影响。

土壤酶主要来源于动植物残体以及根系分泌物，是土壤生物化学反应的催化剂，能够指示生物化学反应过程的方向及强度^［32-33］。有研究显示，单施或配施生物有机肥可以明显提高土壤各种酶的活性^［34］。本研究结果表明，与CK相比，单施或配施生物有机肥均可提高土壤各种酶活性，且随着配施生物有机肥比例的增加，土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶、脲酶活性均呈先升高后降低趋势。这与张萌等的研究结果^［35］较为一致。分析认为，在一定范围内，减施化肥，增施有机肥可以改良土壤性状，提高难溶养分转化效率，从而促进相关酶活性的提高；但超过某个阈值后，由于生物有机肥肥力释放缓慢，释放的养分不足以供应植物根系吸收利用，造成土壤转化速率减缓，从而降低土壤酶活性。

本研究表明，与CK相比，单施或配施生物有机肥均可提高叶片SPAD值、光合速率以及过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性，降低叶片丙二醛含量。这与孙得翔等的研究结果^［36］相似。分析认为，单施或配施生物有机肥在改善土壤结构，提高土壤肥力及酶活性的同时，也能够促进根系养分吸收，延长叶片持绿时间，防止叶片早衰，提高叶片光合作用能力。本研究结果显示，除F0BF100处理外，其余生物有机肥处理薯块产量均高于CK，其中，F60BF40处理薯块产量在2022、2023、2024年均最高；而F0BF100处理薯块产量低于CK，这可能跟土壤养分含量及酶活性较低有关。

综合可知，在一定比例范围内，利用生物有机肥替代化肥可以改善土壤物理结构，提高土壤养分含量及酶活性，促进根系对养分的吸收与利用，提升叶片光合速率及抗逆性能力，降低植物体内丙二醛等有害物质的累积，提高马铃薯薯块产量。其中，F60BF40处理在所有生物有机肥与化肥配施比例组合中表现最优。

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