覆盖模式对冬作马铃薯根层土壤剖面硝态氮分布特征的影响

管大伟 官利兰 刘涛 谭微 邓伟 张新明

摘要 ［目的］探討不同覆盖模式对冬作马铃薯根层土壤剖面硝态氮动态变化及分布特征的影响。［方法］以费乌瑞它马铃薯一级脱毒种薯为供试植物，采用完全随机区组设计，布置3个覆盖处理：无覆盖（T1）、6 000 kg/hm2稻壳覆盖（T2）和黑膜覆盖（T3），进行田间试验。［结果］稻壳覆盖处理与黑膜覆盖处理的根层剖面硝态氮动态变化基本一致，但均与无覆盖处理的动态变化存在差异;在冬作马铃薯生长前期，无覆盖处理的土壤硝态氮含量高于覆盖稻壳处理与黑膜覆盖处理，后期覆盖稻壳处理与黑膜覆盖处理土壤硝态氮含量高于无覆盖处理；在收获时，稻壳处理0～20  cm土层的土壤硝态氮含量低于20～40  cm土层，但两者之间的差异未达到显著水平（P＞0.05），其他采样时期和处理的土壤硝态氮含量均表现为0～20  cm的数值高于20～40  cm。［结论］除稻壳覆盖收获时20～40  cm土壤硝态氮含量高于0～20  cm土壤外，不同覆盖模式下，不同时期0～20  cm土层的土壤硝态氮均含量高于20～40  cm土层。

关键词 冬作马铃薯;覆盖模式;稻壳覆盖;土壤硝态氮;动态

中图分类号 S532  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）06-0064-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.06.015

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Marked Mulching Model on Nitrate Nitrogen Distribution Characteristics in Root-layer Soil Profile of Winter Potatoes

GUAN Da-wei1，GUAN Li-lan2，LIU Tao1 et al

（1.South China Agricultural University，Guangzhou，Guangdong 510642；2.Enping Agricultural Technology Extension Service Center，Enping，Guangdong  529400）

Abstract ［Objective］ This study aimed at probing into the effects of the different mulching patterns on the dynamic changes and distribution characteristics of nitrate nitrogen in the root-layer soil profile of winter potato.［Method］In the field experiment，the first grade virus-free seed tuber of Favorita potato was used as the tested plant.Using a completely randomized block design，three covering treatments were arranged： no mulch （T1），6 000 kg/hm2 rice hull mulch （T2），and black film mulch （T3）.［Result］The dynamic changes of nitrate nitrogen in the root-layer profile in terms of rice husk mulching and black film mulching treatments were basically consistent，but there were differences between the dynamic changes of rice husk mulching and black film mulching treatments;In the early stage of winter potato growth，the soil nitrate nitrogen content of no-mulch treatment was higher than that of rice husk and black film mulch treatment，while the soil nitrate nitrogen content of rice husk and black film mulch treatment was higher than that of no-mulch treatment;At harvest time，the soil nitrate nitrogen content in the 0-20 cm soil layer treated with rice husk was lower than that in the 20-40  cm soil layer，but the difference between the two soil layer did not reach a significant level （P>0.05）.The soil nitrate nitrogen content in the other sampling periods and with other treatments showed that the value in 0-20  cm layer was higher than that of 20-40  cm.［Conclusion］Except that the content of nitrate nitrogen in soil 20-40  cm under rice husk mulching was no marked higher than that in soil 0-20  cm at harvest time，the content of nitrate nitrogen in 0-20  cm soil layer under different mulching modes was higher than that in soil 20-40 cm at different stages.

Key words Winter potato;Mulching mode;Rice hull mulch;Soil nitrate nitrogen;Dynamics

马铃薯（Solanum tuberosum L.），茄科茄属一年生草本植物，俗称土豆、洋芋、荷兰薯等，适宜在冷凉的环境中生长，生长周期短，适宜在偏酸性、疏松且透气性好的土壤中生长［1-2］ ，是世界第四大粮食作物［3］。2021年广东省冬作马铃薯种植面积达4.55万hm2，总产量约为98.90万t［4］。近年来，广东省冬作马铃薯主产区采用黑膜覆盖技术，该技术在收获后部分黑膜残留在农田或在地头焚烧，存在环境污染，并影响后茬作物产品质量等问题，一定程度上制约着冬作马铃薯产业的可持续性发展［5-6］。有关研究表明，稻壳可作为有机基质栽培作物并应用于马铃薯栽培［7］，综合利用稻壳资源，有利于促进农业综合效益及其可持续发展。土壤硝态氮作为水溶性负离子，不易被带负电荷的土壤胶体吸附，易随水移动，因此在土壤中易发生淋溶损失。不仅造成资源和资金的浪费，且污染环境，进入地下水体，破坏生态系统平衡［8］。研究表明，影响西北地区马铃薯品质的主要养分因子为土壤电导率、速效钾、硝态氮和含水量。土壤硝态氮是影响马铃薯产量和维生素C的首要土壤养分因子［9］。在我国冬作马铃薯主产区，关于不同覆盖下的根层土壤硝态氮分布特征的研究未见报道，该研究重点探究冬作马铃薯生产过程中不同覆盖模式技术对马铃薯根层土壤剖面硝态氮动态变化及分布特征的影响，旨在为稻壳在冬作马铃薯生产中的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

试验田位于广东省恩平市恩城街道北郊恩平市农业科学技术研究所试验基地，恩平市恩城街道深水村（112°20′37″E，22°13′03″N），当地气候类型为南亚热带季风气候。土壤为水稻土，前茬作物为水稻，土壤质地为轻壤土，0～20 cm土层的pH为5.3，有机质含量为17.11 g/kg，碱解氮的含量为62.7  mg/kg，硝态氮的含量为13.6 mg/kg，铵态氮的含量为4.6 mg/kg，无机氮的含量为18.2 mg/kg，有效磷的含量为79.0  mg/kg，速效钾的含量为61.5  mg/kg；20～40 cm土层的pH为5.6，有机质含量为7.7 g/kg，碱解氮的含量为18.0  mg/kg，硝态氮的含量为7.8 mg/kg，铵态氮的含量为2.6 mg/kg，无机氮的含量为10.4 mg/kg。

1.2 供试材料

供试植物：费乌瑞它（Solanum tuberosum L.）品种马铃薯，一级脱毒种薯。

供试肥料：缓释复合肥（14-6-24）和生物有机肥（N 12.8 g/kg，P2O5 31.9 g/kg，K2O 8.2 g/kg）。

供试地膜：农用黑色地膜。

供试稻壳：水稻谷粒取掉的外壳，未做其他任何处理。

1.3 试验设计

1.3.1 试验方案。

试验共设置3个处理，具体试验安排见表1。

1.3.2 田间布局与管理。

试验采用高垄双行的种植模式，完全随机区组排列，每个处理3次重复，每个小区3垄，面积为39 m2（1.3 m×10.0 m×3），中间垄为测产垄，每垄90株。

试验于2020年11月14播种，采用“一基免追”的施肥模式，并进行水分管理和病虫害防治等其他田间管理［10］。2021年3月18日收获，取中间垄的其中5 m测产，大于75 g为商品薯，小于75 g或病薯、烂薯、畸形薯和裂薯的为次品薯，分别称重并记录数据。

1.3.3 基础土样的采集与测定。

试验种植之前，采用五点取样法采集了0～20 cm和20～40 cm根层剖面的土壤，去除大于2 mm的石砾、稻壳及根系等后，放于阴凉干燥处自然风干后过筛保存。基础土样测定其土壤质地（比重法）、pH（电位法）、有机质（重铬酸钾容量法-外加热法）、碱解氮（碱解扩散法）、硝态氮（紫外分光光度法）、有效磷（0.5 mol/L NaHCO3浸提分光光度法）、速效钾（中性NH4OAc浸提-火焰光度法）的含量［11-12］。

1.3.4 动态土样的采集与测定。

动态土样采集及前期处理：播种后，冬作马铃薯于2020年12月18日齐苗，齐苗后 10 d 开始采样，每间隔 12 d 采1次样品，共采 5 次，第6次采样是在收获后。采集土壤样品时，在采取植株样品处用土钻分别取0～20、20～40 cm土层的土样，去除大于2 mm的石砾、稻壳及根系等，混匀后用四分法将每份土样分为新鲜土样和风干土样，将新鲜土样放于冰柜中-20 ℃冷冻密封保存，风干土样于阴凉干燥处自然风干后过筛（2.00、1.00、0.15 mm）保存。

测定项目：硝态氮（紫外分光光度法）［12］。

1.4 数据处理与统计

试验数据采用 Excel 2010 和 DPS14.10 软件［13］进行统计分析，采用 Duncan 多重比较方法检验差异显著性（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖模式对土壤剖面硝态氮动态变化的影响

2.1.1 不同覆盖模式对0～20 cm土层土壤硝态氮动态变化的影响。

由图1可知，0～20 cm土层中，T1硝态氮含量先增加后减少，T3硝态氮含量先增加后减少再增加最后减少，T1与T3整体起伏较大，T2在整个生长期硝态氮的含量均处于较低的水平，且变化起伏较T1和T3要小。

在34 d之前，T1的硝态氮含量均显著高于T2和T3；在46 d時，T3的硝态氮含量显著高于T2和T1；在58 d时，T3的硝态氮含量显著高于T1，T2与T3的硝态氮含量无显著性差异；在80 d时，T1的硝态氮含量显著高于T2和T3，T2与T3的硝态氮含量无显著性差异。

2.1.2 不同覆盖模式对20～40 cm土层土壤硝态氮动态变化的影响。

由图2可知，在20～40 cm土层中，收获前3个处理的土壤硝态氮的含量均呈现出先减小再增加再减小的趋势，收获时T1土壤硝态氮含量升高；除在10和58 d，T1的土壤硝态氮含量高于T2和T3，且T1在34 d时土壤硝态氮含量达到最大值，T2和T3在46  d时土壤硝态氮含量达到最大值。在20～40 cm土层中，在10、58和80 d时，3个处理的土壤硝态氮的含量无显著性差异；在22和34 d时，T1的硝态氮含量显著高于T2和T3，T2与T3的硝态氮含量无显著性差异；在46 d时，T1和T2的硝态氮含量显著高于T3，T1与T2的硝态氮含量无显著性差异。

2.1.3 不同覆盖模式对0～40 cm土层土壤硝态氮动态变化的影响。

由图3 可知，在0～40 cm土层中，整个生长期T1和T2的土壤硝态氮含量先增加后减少，T3的土壤硝态氮含量先增加再减少再增加再减少，T2的土壤硝态氮含量在整个生长期低于T1和T3，且T1在10 d时土壤硝态氮含量达到最大值，T2和T3在46 d时土壤硝态氮含量达到最大值。

在0～40 cm土层中，在10 d时，3个处理的土壤硝态氮的含量存在显著性差异，T1＞T3＞T2；在 34 d时，3个处理的土壤硝态氮的含量存在显著性差异，T1＞T2＞T3；在22和80 d时，T1的硝态氮含量显著高于T2和T3，T2与T3的硝态氮含量无显著性差异；在46和58 d时，T1和T2的硝态氮含量显著低于T3，T1与T2的硝态氮含量无显著性差异。

2.2 不同覆盖模式对土壤剖面硝态氮分布特征的影响

由图4 可以看出：无覆盖处理在不同时期土壤剖面均表现为上层土壤（0～20 cm）硝态氮含量高于下层土壤（20～40 cm）。在10、22、58和80 d时，上层土壤硝态氮与下层土壤硝态氮含量差异显著（P<0.05）；在34和46 d时，上层土壤硝态氮与下层土壤硝态氮含量差异不显著（P>0.05）。

由图5可知，黑膜覆盖处理在不同时期土壤剖面均表现为上层土壤（0～20 cm）硝态氮含量高于下层土壤（20～40 cm）。在10、22、46和58 d时，上层土壤硝态氮与下层土壤硝态氮含量差异显著（P<0.05）；在34和80 d时，上层土壤硝态氮与下层土壤硝态氮含量差异不显著（P>0.05）。

由图6 可知，稻壳盖处理在80 d时，土壤剖面表现为上层土壤（0～20 cm）硝态氮含量低于下层土壤（20～40 cm），其他时期土壤剖面硝态氮均表现为上层土壤硝态氮含量高于下层土壤。在10、22、34、46和58 d时，上层土壤硝态氮与下层土壤硝态氮含量差异显著（P<0.05）；在80 d时，上层土壤硝态氮与下层土壤硝态氮含量差异不显著（P>0.05）。

3 结论与讨论

3.1 不同覆盖模式对土壤剖面硝态氮动态变化的影响

在北方蔬菜大棚内覆盖稻壳约20.0 cm厚，可以提高13.5%的速效氮、5.3倍的速效钾、3.6倍的速效磷，明显增加土壤有机质含量，并且还可以对土壤起到杀菌消毒作用［14］。高玉红等［15］两年试验表明，覆盖处理下胡麻现蕾期0～40 cm土层硝态氮含量分别比CK处理增加3.05%～8.61%和 5.05%～6.42%。陈志龙等［16］研究表明，从总体上看，水稻生育前期铵态氮和硝态氮的含量高于生育后期，与前期的施肥有关。在旱作条件下，无论是铵态氮还是硝态氮，均以盖草处理含量最高，覆膜处理次之，裸露处理最小。研究结果显示，不同覆盖模式下，3个不同土层的覆盖稻壳处理与黑膜覆盖处理的动态变化基本一致，与无覆盖处理的动态变化不一致;在冬作马铃薯生长前期，无覆盖处理的土壤硝态氮含量高于稻壳覆盖处理与黑膜覆盖处理，在冬作马铃薯生长前后期，在0～20 cm土层剖面和0～40 cm土层剖面中黑膜覆盖处理土壤硝态氮含量高于稻壳覆盖处理与无覆盖处理。这与陈志龙等［16］结果不一致。杨靖东等［17］研究表明，稻壳覆盖条件下种植黄瓜，并且覆盖厚度适宜，黄瓜幼苗和根系的硝酸还原酶活性增加，氮代谢水平提高，促进了幼苗生长。稻壳可吸附一定的氮素，在作物生长前期吸附硝态氮，减少硝态氮的淋失，在作物生长后期可为作物生长提供硝态氮。

3.2 不同覆盖模式对土壤剖面硝态氮分布特征的影响

王国玉等［18］研究表明，从各处理土壤硝态氮剖面分布看，地膜覆盖能有效地促进玉米对土壤硝态氮的吸收。高玉红等［15］研究表明，特别是在降雨较多的成熟期，覆盖处理可以减缓硝态氮向下層的迁移，0～40  cm土层土壤硝态氮含量较40～100  cm土层显著高出3.27%～4.92%；覆盖处理有利于根系吸收土壤的硝态氮，胡麻成熟期覆盖处理0～100  cm土层硝态氮积累量较CK处理显著低6.64%～17.98%，其相关分析表明，胡麻关键生育时期不同土层的土壤硝态氮含量与籽粒产量之间有极显著或显著的相关关系。 该研究结果显示，稻壳处理在80 d时0～20 cm土层的土壤硝态氮含量低于20～40 cm土层，2个土层间土壤硝态氮含量差异不显著（P＞0.05）。除稻壳覆盖收获时20～40 cm土壤硝态氮含量高于0～20 cm土壤外，不同覆盖模式下，不同时期0～20  cm土层的土壤硝态氮含量均高于20～40 cm土层，与高玉红等［15］结果一致。

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