柳燕蘭 馬明生 張緒成 李世成 雷康寧 李繼明 張強(qiáng)

摘要：探究施肥對旱作區(qū)新修梯田土壤理化性質(zhì)和作物產(chǎn)量的影響，對中低產(chǎn)田地力提升具有重要意義。利用2019年設(shè)置在定西市安定區(qū)新修梯田的定位試驗(yàn)，分析不施肥（CK）、施氮磷鉀肥（NPK）、氮磷鉀肥配施有機(jī)肥（NPKM）、氮磷鉀肥配施有機(jī)肥再增施土壤調(diào)理劑（NPKMF）對土壤理化性質(zhì)和馬鈴薯產(chǎn)量的影響，以評價(jià)施肥對新修梯田土壤的培肥效果。結(jié)果表明，與不施肥（CK）相比，各施肥處理均降低了新修梯田挖方部位和填方部位的土壤容重，提高了土壤總孔隙度和田間持水量，增加了土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，挖方部部位和填方部位馬鈴薯產(chǎn)量分別提高21.79%～66.13%和24.91%～32.28%。與施氮磷鉀肥相比，氮磷鉀肥配施有機(jī)肥再增施土壤調(diào)理劑降低了挖方部位和填方部位的土壤容重，提高了土壤總孔隙度和田間持水量，且對挖方部位的改善效果更顯著；但土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量差異均不顯著，挖方部部位和填方部位堿解氮含量分別顯著提高9.98%和10.00%，馬鈴薯產(chǎn)量分別提高了36.40%和5.90%。綜上可知，氮磷鉀化肥配施有機(jī)肥再增施土壤調(diào)理劑可降低土壤容重，提高土壤總孔隙度和田間持水量，提升土壤養(yǎng)分含量，增加馬鈴薯產(chǎn)量，是旱作區(qū)新修梯田地力提升的有效措施。

關(guān)鍵詞：施肥；旱作區(qū)；新修梯田；土壤物理性質(zhì)；養(yǎng)分含量；馬鈴薯；產(chǎn)量

中圖分類號：S147.2；S532；S153 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ?文章編號：2097-2172（2022）02-0115-04

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2022.02.004

Effects of Fertilization on Soil Physical and Chemical Properties and

Potato Yield of New Terraced Farmland in Raid-fed Region

LIU Yanlan 1， 2， MA Mingsheng 1， 2， ZHANG Xucheng 1， 2， LI Shicheng 3， LEI Kangning 1， 2， LI Jiming 4， ZHANG Qiang 4

（1. Dryland Agriculture Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Gansu Provincial Key Laboratory for Efficient Utilization of Water Resources in Dry Farming Region， Lanzhou Gansu 730070， China; 3. Gansu Agricultural Technologies Extension Station， Lanzhou Gansu 730020， China; 4. Agricultural Technology Promotion Center of Anding District in Dingxi， Dingxi Gansu 743000， China）

Abstract： Exploring the effect of fertilization on the physical and chemical properties of soil and crop yield of newly built terrace land in rain-fed areas is integral for improving the fertility of middle and low yield fields. The potato yield and soil physical and chemical properties in four treatments， composed of no fertilizer control（CK）， a single application of fertilizer of nitrogen， phosphate and potassium（NPK）， fertilizer combined with manure（NPKM）， fertilizer combined with manure and then added with soil conditioner（NPKMF） from a long-term experimental field established in 2019， were studied to evaluate the effects of different fertilization treatments on crop yield and soil physical properties of the new terraced farmland in the Anding District of Dingximunicipality. Compared with CK， fertilization reduced soil bulk density， increased soil total porosity and field capacity， increased contents of soil organic matter， alkali hydrolyzable nitrogen and available phosphorus of cut and fill of new terraced farmland， which increased potato yield of cut and fill by 21.79% to 66.13% and 24.91% to 32.28%， respectively. Compared with NPK， NPKMF reduced soil bulk density， increased soil total porosity and field water capacity of excavation and filling， and it had more significant improvement effect on excavation. However， the contents of soil organic matter， available phosphorus and available potassium were not significantly different， but the content of alkali hydrolyzed nitrogen was significantly increased by 9.98% and 10.00%， respectively. Eventually the yield of potato was increased by 36.40% and 5.90%， respectively. Therefore， fertilizer combined with manure and then added with soil conditioner could reduce soil bulk density， increase soil total porosity and field capacity， improve soil nutrient contents， and increase potato yield. This could be used to efficiently improve the fertility of new terraced farmland in rain-fed areas.

Key words： Fertilization; Rain-fed region; New terraced farmland; Soil physical property; Soil nutrient content; Potato; Yield

黃土高原區(qū)溝壑縱橫，水土流失嚴(yán)重，影響區(qū)域生態(tài)健康和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展。坡改梯田從源頭上控制了水土流失成為區(qū)域糧食生產(chǎn)的支柱性措施，而采用大型機(jī)械修建坡改梯田，將表層熟土填埋，生土裸露，破壞了農(nóng)田原有的土壤結(jié)構(gòu)，使耕作層出現(xiàn)較多的土壤障礙因子，如土壤通透性差、有機(jī)質(zhì)含量低、養(yǎng)分貧瘠等，嚴(yán)重影響作物生長，使作物產(chǎn)量低而不穩(wěn)，甚至當(dāng)年絕收。因此，探究新修梯田土壤培肥、改良技術(shù)，對旱作區(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

定位試驗(yàn)表明，長期施用氮磷肥，不僅導(dǎo)致土壤理化性狀惡化，而且肥料利用率顯著降低，也嚴(yán)重污染了環(huán)境［1 ］；而氮磷鉀化肥平衡施用或與有機(jī)肥配合施用均能增加當(dāng)年土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量，提高作物產(chǎn)量，提升土壤肥力［2 - 4 ］，且無機(jī)有機(jī)肥配施對增強(qiáng)土壤肥力效果最好［5 ］。然而這些傳統(tǒng)的培肥措施研究多針對中高肥力農(nóng)田，對旱作區(qū)低產(chǎn)田的研究較少，且忽略了生物活體物質(zhì)對土壤物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化的作用，雖然增加了作物產(chǎn)量，但土壤物理和化學(xué)性質(zhì)沒有明顯的恢復(fù)，難以達(dá)到培肥改土的效果。土壤改良劑能顯著促進(jìn)土壤團(tuán)粒形成，改善土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤容重，提高土壤肥力，并對土壤微生物產(chǎn)生積極的影響，從而提升低產(chǎn)田土壤的生產(chǎn)力［6 ］。但是，其對土壤的改良效果與改良劑、土壤本身的性質(zhì)有關(guān)。以往的研究多集中在有機(jī)肥與化肥配施，或單一施用土壤改良劑。我們在前人研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了有機(jī)肥與無機(jī)肥配施再增施土壤調(diào)理劑對旱作區(qū)新修梯田土壤理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響，旨在為這類土壤的培肥利用和旱作區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020 — 2022年在屬于典型旱作區(qū)的甘肅省定西市安定區(qū)西鞏驛鎮(zhèn)南河村進(jìn)行，供試地塊為2019年新修梯田。當(dāng)?shù)仄骄０? 793 m，屬溫帶大陸性氣候，全年平均日照總時(shí)數(shù)2 500 h，年平均氣溫7.5 ℃，年均降水量300 mm，無霜期150 d。試驗(yàn)地采用馬鈴薯-綠肥-馬鈴薯輪作種植模式，耕作方式以普通旋耕為主，土壤類型為淡黑壚土。

1.2 ? 供試材料

指示作物為馬鈴薯，品種為隴薯7號，由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所選育并提供。供試土壤調(diào)理劑由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所專利研制并提供，以腐殖酸、復(fù)合微生物菌劑等為主要成分。供試氮肥為尿素（含氮46%）；磷肥為普通過磷酸鈣（含P2O5 16%）；鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）。供試有機(jī)肥為腐熟雞糞（含有機(jī)質(zhì)≥23.8%）。

1.3 ? 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為不施肥（CK）、施氮磷鉀肥（NPK）、氮磷鉀肥配施有機(jī)肥（NPKM）、氮磷鉀肥配施有機(jī)肥再增施土壤調(diào)理劑（NPKMF）。肥料用量分別為N 180 kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2、腐熟雞糞30 000 kg/hm2，有機(jī)肥中帶入的氮、磷、鉀養(yǎng)分不計(jì)入肥料總量。土壤調(diào)理劑用量為1 500 kg/hm2。全部肥料和土壤調(diào)理劑均在播前結(jié)合整地一次性施入。試驗(yàn)完全隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積35 m2。試驗(yàn)采用全膜覆蓋壟上微溝種植方式，種植密度45 000穴/ hm2。

1.4 ? 測定項(xiàng)目及方法

1.4.1 ? ?土壤物理性質(zhì)測定 ? ?2022年馬鈴薯收獲后，采用環(huán)刀法采集0～20 cm耕層土樣，測定土壤容重和田間持水量。每小區(qū)隨機(jī)采集5個(gè)樣點(diǎn)；參照《土壤物理性質(zhì)測定法》測定和計(jì)算土壤總孔隙度［7 ］。

土壤總孔隙度=（1-BD/ρ）×100%

式中，BD為土壤容重（g/cm3），ρ為土壤比重（通常為2.65 g/cm3）。

1.4.2 ? ?土壤化學(xué)性質(zhì)測定 ? ?2022年馬鈴薯收獲后，用土鉆取0～20 cm耕層土樣，研磨過篩，用于室內(nèi)分析。其中有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱氧化法測定；堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定；有效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用原子吸收法測定［8 ］。

1.4.3 ? ?產(chǎn)量測定 ? ?收獲時(shí)分小區(qū)測定馬鈴薯塊莖產(chǎn)量。

1.5 ? 數(shù)據(jù)處理

用Excel軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，用SASS對數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA方差分析，并用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 ? 結(jié)果與分析

2.1 ? 不同處理對耕層土壤物理性狀的影響

從表1可以看出，各施肥處理均降低了新修梯田耕層土壤的容重。與CK相比，各施肥處理均顯著降低了挖方部位土壤容重，降幅為5.88%～12.50%，其中以處理NPKMF降低最為顯著；處理NPK和處理NPKM填方部位的土壤容重與CK差異不顯著，而處理NPKMF較CK顯著降低7.81%。相比之下，處理NPKM挖方部位的土壤容重與處理NPK差異不顯著，而處理NPKMF則較處理NPK顯著降低7.03%；處理NPKM和處理NPKMF填方部位的土壤容重與處理NPK差異均不顯著。

從表1還可以看出，各施肥處理均提高了土壤總孔隙度。其中，各施肥處理挖方部位土壤總孔隙度較CK顯著提高6.91%～13.24%，以處理NPKMF提高的幅度最大；處理NPK和處理NPKM的填方部位的土壤總孔隙度與CK差異不顯著，處理NPKMF較CK顯著提高了7.54%。處理NPKM挖方部位土壤總孔隙度與處理NPK差異不顯著，處理NPKMF則較處理NPK顯著提高5.92%；處理NPK、處理NPKM、處理NPKMF間填方部位的土壤總孔隙度差異不顯著。

田間持水量的大小反映了土壤蓄水、供水和保水性能。各施肥處理均顯著提高了新修梯田挖方和填方部位的田間持水量，其中均以處理NPKMF提高的幅度最大，分別較CK提高了20.76%、22.95%。與處理NPK相比，處理NPKM和處理NPKMF挖方部位的田間持水量分別顯著提高6.03%、7.60%，填方部位田間持水量分別顯著提高10.48%和15.13%，而處理NPKM和處理NPKMF的田間持水量在挖方和填方部位均差異不顯著（表1）。

2.2 ? 不同處理對耕層土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

從表2可以看出，與CK相比，各施肥處理均增加了新修梯田挖方和填方土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和有效磷的含量，其中挖方部位土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效磷含量分別增加了12.29%～17.97%、10.20%～30.11%、18.71%～48.79%；填方部位土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效磷含量分別增加了17.55%～24.94%、26.02%～38.62%和20.93%～63.19%，且均以處理NPKMF增加幅度最大。另外，不同處理的土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量在挖方部位差異均不顯著，而填方部位差異顯著速效鉀含量差異不顯著。處理NPKM、處理NPKMF的挖方和填方部位土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量與處理NPK差異均不顯著；堿解氮含量挖方部位分別較處理NPK顯著提高18.07%和9.98%，填方部位分別較處理NPK分別提高0.28%和10.00%，且處理NPKMF堿解氮含量與處理NPK差異達(dá)顯著水平。

2.3 ? 不同處理的馬鈴薯產(chǎn)量

從圖1可知，新修梯田挖方部位的馬鈴薯產(chǎn)量均低于填方部位，且各施肥處理均顯著增加了馬鈴薯產(chǎn)量。與CK相比，處理NPK、NPKM、NPKMF挖方部位馬鈴薯產(chǎn)量分別顯著提高21.79%、56.71%、66.13%，填方部位的馬鈴薯產(chǎn)量分別顯著提高24.91%、30.77%、32.28%，且均以處理NPKMF提高幅度最大。與處理NPK相比，處理NPKM和NPKMF挖方部位的馬鈴薯產(chǎn)量分別顯著提高了28.67%和36.40%；填方部位的馬鈴薯產(chǎn)量分別提高了4.69%和5.90%，但差異不顯著。處理NPKM和處理NPKMF間挖方部位和填方部位的馬鈴薯產(chǎn)量差異均不顯著。

3 ? 討論與結(jié)論

土壤容重是土壤肥力的重要評價(jià)指標(biāo)，其影響土壤的水、肥、氣、熱的變化和作物的生長，最終影響作物產(chǎn)量的形成［9 ］。本研究中，各施肥處理均降低了新修梯田挖方部位和填方部位的土壤容重，其中化肥配施有機(jī)肥和化肥配施有機(jī)肥再增施土壤調(diào)理劑對土壤容重降低的效果更顯著，這與王道中等［10 ］的研究一致。主要原因是本研究施用的有機(jī)肥為動(dòng)物糞肥，其營養(yǎng)物質(zhì)豐富，更有利于土壤有機(jī)質(zhì)的固定和作物生長，從而降低土壤容重［11 ］。另外，本研究加入的土壤調(diào)理劑主要以腐殖酸和復(fù)合微生物菌劑為主，它施入土壤后不僅可為微生物提供碳源和能源，促進(jìn)微生物繁殖，間接影響土壤容重，而且可促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，從而降低土壤容重。提高田間持水量可增強(qiáng)土壤的蓄水、供水和保水的性能，其受土壤自身的條件及施肥等眾多因素的影響［12 ］，長期施用有機(jī)肥可以提高田間持水量［12 - 13 ］。本研究結(jié)果也表明，有機(jī)肥和化肥配施或有機(jī)肥配施化肥再增施土壤調(diào)理劑能夠顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，從而提高田間持水量。

氮磷鉀化肥平衡施用，或在化肥配施的基礎(chǔ)上增施糞肥均能培肥地力，提高作物產(chǎn)量［10 ］。本研究中，與對照不施肥相比，氮磷鉀化肥平衡施用、氮磷鉀化肥與有機(jī)肥配施、氮磷鉀化肥與有機(jī)肥配施再增施土壤調(diào)理劑均能提高土壤養(yǎng)分含量，且以氮磷鉀化肥與有機(jī)肥配施再增施土壤調(diào)理劑的提升效果最為顯著，這與Ai［14 ］的研究相一致。另外，與氮磷鉀化肥平衡施用相比，氮磷鉀化肥與有機(jī)肥配施可提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷含量，但效果不如氮磷鉀化肥與有機(jī)肥配施再增施土壤調(diào)理劑顯著。這主要是除糞肥自身攜帶豐富的氮、磷等營養(yǎng)元素，改善了土壤理化性質(zhì)，進(jìn)而新修梯田的挖方部位和填方部位的馬鈴薯的產(chǎn)量提高36.40% 和5.90%外，以腐殖酸和復(fù)合微生物菌劑為主要成分的土壤調(diào)理劑施入土壤后，不僅直接增加了土壤有機(jī)碳含量，而且通過促進(jìn)微生物的大量繁殖活動(dòng)來提高土壤養(yǎng)分的時(shí)效性，實(shí)現(xiàn)了培肥土壤的目的，從而提升作物產(chǎn)量。

氮磷鉀化肥配施可以降低旱作區(qū)新修梯田土壤容重，改善土壤化學(xué)性質(zhì)，提高馬鈴薯產(chǎn)量。

但在氮磷鉀平衡施用的基礎(chǔ)上，配施有機(jī)肥再增施土壤調(diào)理劑對旱作區(qū)新修梯田培肥地力、提高馬鈴薯產(chǎn)量的效果更顯著。因此，氮磷鉀化肥與有機(jī)肥配施再增施土壤調(diào)理劑為旱作區(qū)新修梯田較為適宜的培肥模式。

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收稿日期：2022 - 10 - 26

基金項(xiàng)目：甘肅省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳科技項(xiàng)目（GNKJ-2020-5）；甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目（2022GAAS-CGZH01）；甘肅省科技計(jì)劃項(xiàng)目（20JR10RA464）；甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新專項(xiàng)（2019GAAS25）。

作者簡介：柳燕蘭（1981 — ），女，甘肅民勤人，副研究員，碩士，主要從事旱地農(nóng)田土壤養(yǎng)分循環(huán)與培肥研究工作。Email：liuyanlan868@163.com。

通信作者：張緒成（1973 — ），男，甘肅民勤人，研究員，博士，主要從事作物生理生態(tài)及旱地農(nóng)業(yè)研究工作。Email：gszhangxuch@163.com。