王賀東，楊海波，萬夫偉，李小燕*，李 斐，解 秋

（1．天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司，天津 300400；2．內蒙古農業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院，內蒙古 呼和浩特 010018）

近些年，由于我國集約化農業(yè)的飛速發(fā)展，土壤退化問題已成為制約我國農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要難題之一［1-3］。而在我國西北干旱半干旱地區(qū)，如何實現(xiàn)土壤退化控制、資源高效利用以及作物增產增收，成為旱作農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的研究熱點［4］。

硅鈣鉀鎂土壤調理劑是一種以鉀長石、石灰石等天然礦物為原料，采用靜態(tài)水熱法或煅燒法等技術將礦物中養(yǎng)分活化，且富含硅、鈣、鉀、鎂等多種有效養(yǎng)分的新型無機土壤調理劑［5-7］。近年來已有大量研究報道關于硅鈣鉀鎂土壤調理劑和類似產品的施用效果［8-15］。其作用主要為：（1）改良土壤，調節(jié)土壤pH，改善土壤結構和微生態(tài)環(huán)境，活化修復板結土壤；（2）補充多種中微量元素（硅、鈣、鎂、鐵等），有效預防作物各種缺素癥狀，提升作物產量和品質；（3）提高作物抗旱、抗倒伏及抗病蟲害和抗重茬等抗性能力，增強作物環(huán)境的適應能力。

我國是馬鈴薯生產和消費的第一大國［16］，然而，聯(lián)合國糧農組織（FAO）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示我國馬鈴薯單產還不及世界平均水平［17］。內蒙古作為我國馬鈴薯主產區(qū)之一，若施用硅鈣鉀鎂土壤調理劑在改良土壤的同時，還能夠提高馬鈴薯產量，增加農民收益，這將有利于當?shù)鼐G色可持續(xù)農業(yè)的發(fā)展，然而，近些年相關研究報道較少。本研究以馬鈴薯為研究對象，通過2年的田間試驗研究硅鈣鉀鎂調理劑對馬鈴薯生長及產量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗分兩年進行，2018年試驗位于內蒙古烏蘭察布市四子王旗，2019年試驗位于內蒙古烏蘭察布市集寧區(qū)馬蓮渠鄉(xiāng)大十號村，都是馬鈴薯主要種植區(qū)，兩個試驗點土壤基本性質見表1。

表1 試驗地土壤基本性質

1.2 試驗設計

試驗選用的馬鈴薯品種均為當?shù)爻Ｓ闷贩N，四子王旗選用的品種為費烏瑞它，集寧區(qū)選用的為冀張薯12。硅鈣鉀鎂土壤調理劑為中材鼎原生態(tài)肥業(yè)有限公司生產，主要基本性質為：有效鉀（K2O）6.33%，有效硅（SiO2）35.11%，有效鈣（CaO）32.34%，有效鎂（MgO）≥4.01%，pH 9.0～11.0，粒度（1～4.75 mm）≥90%。

兩個試驗點均設置6個處理，小區(qū)排列均采用隨機區(qū)組設計，具體試驗處理設置及施肥情況如表2所示。其中，氮肥為尿素（N 46%），全部用作追肥，追施時期和比例分別為：幼苗期（20%）、塊莖形成期（20%、20%，兩次追肥）、塊莖膨大期（30%）、淀粉積累期（10%）；磷肥為過磷酸鈣（P2O514%），用作基肥一次性施入；鉀肥為農用硫酸鉀（K2O 52%），分為基肥30%、追肥70%（塊莖形成期30%、塊莖膨大期40%）。硅鈣鉀鎂土壤調理劑（顆粒）作基肥施用，于作物種植前一周一次性撒施，通過整地與土壤均勻混合。2019年硅鈣鉀鎂土壤調理劑施用量在參考2018年硅鈣鉀鎂土壤調理劑施用效果的基礎上做了小幅調整。本試驗除施肥不同外，其他管理均同當?shù)剞r民習慣，灌溉方式均采用滴灌。

表2 硅鈣鉀鎂土壤調理劑在馬鈴薯作物上的田間試驗設計方案 （kg·hm-2）

1.3 樣品采集與分析

馬鈴薯于每年5月播種，10月收獲。收獲時，每個小區(qū)單獨稱重測產，同時將大小薯區(qū)分，計算商品率。此外，每小區(qū)隨機選取2個馬鈴薯樣品和植株樣品，用于養(yǎng)分含量分析，測定方法參照鮑士旦［18］提出的方法。植物養(yǎng)分測定的前處理采用濃硫酸-雙氧水消煮，全氮采用凱氏定氮法；全磷采用鉬藍比色法；全鉀采用火焰光度法。

硅鈣鉀鎂土壤調理劑有效鉀、有效硅、有效鈣、有效鎂的測定方法參照標準NY/T 2272-2012《土壤調理劑 鈣、鎂、硅含量的測定》和NY/T 2273-2012《土壤調理劑 磷、鉀含量的測定》。有效鉀、有效硅、有效鈣、有效鎂浸提液均用0.5 mol·L-1稀鹽酸溶液浸提，等離子發(fā)射光譜法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

氮肥農學效率（%）=（施氮肥區(qū)農作物產量-不施氮肥區(qū)農作物產量）/肥料施用量×肥料中養(yǎng)分含量×100

所有試驗數(shù)據(jù)和圖表均采用 Excel 2013 處理和繪制。采用SPSS 19.0進行方差分析和多重比較（Duncan，P＜0.05）。數(shù)據(jù)均以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 產量及商品薯率

不同處理馬鈴薯產量如圖1所示。在2018年，F(xiàn)U處理馬鈴薯產量明顯高于CK和C處理，增產率為70.2%。此外，硅鈣鉀鎂土壤調理劑的施用也顯著增加了馬鈴薯產量，C與CK處理相比增產顯著（P＜0.05），增產率為39.7%。增施硅鈣鉀鎂土壤調理劑處理與FU處理相比，產量顯著提高（P＜0.05），增產率為11.9%～21.1%（表3），其中產量大小關系為FC3＞FC1＞FC2＞FU。2019年，F(xiàn)C2處理產量顯著高于FU處理（P＜0.05），而FC1和FC3處理與FU處理之間無顯著差異。C與CK處理之間產量也沒有顯著差異。

表3 不同處理下馬鈴薯增產率、產值及施肥產投比

圖1 不同處理對馬鈴薯產量及商品薯率的影響

馬鈴薯商品率是評價馬鈴薯經濟效益的重要指標。2018年數(shù)據(jù)顯示，施氮肥處理馬鈴薯商品率高于不施氮肥處理CK（P＜0.05）。相同施氮量條件下，添加硅鈣鉀鎂土壤調理劑處理馬鈴薯商品率明顯高于FU處理（P＜0.05），其中以FC1處理提高最多，比FU處理提高了20.9%，而且商品率提高的主要原因是大薯產量的提高。2019年，F(xiàn)C1、FC2和FC3處理商品率顯著高于CK處理（P＜0.05），但與FU處理無顯著差異。

2.2 養(yǎng)分吸收

收獲時馬鈴薯植株和塊莖中養(yǎng)分含量如表4所示。在2018年，C與CK 處理相比，塊莖中氮素含量明顯提高（P＜0.05）。施用氮肥條件下，F(xiàn)C3處理植株氮素含量明顯高于其他處理（P＜0.05）；而FC3、FU 和FC1處理塊莖中氮素含量顯著高于FC2處理（P＜0.05）。此外，由表4可以看出，施用硅鈣鉀鎂土壤調理劑（FC1、FC3）處理收獲時馬鈴薯塊莖中鉀素含量顯著高于FU和FC2處理（P＜0.05），但是FC2處理與CK、FU處理相比差異不顯著，其原因需要進一步試驗來探究。不同處理馬鈴薯收獲時塊莖中的磷素含量無明顯差異。在2019年，F(xiàn)U、FC1、FC2和FC3處理植株氮含量均顯著高于CK和C處理（P＜0.05），而FU和FC1、FC2、FC3處理之間植株氮含量差異不顯著。關于植株磷含量，除了FC3處理顯著高于CK處理（P＜0.05）外，其他處理間均無顯著差異。植株鉀含量，各處理之間差異不顯著。收獲時FC1和FC2處理塊莖氮素含量明顯高于其他處理（P＜0.05），F(xiàn)C3處理塊莖氮素含量較FC1和FC2處理反而顯著降低（P＜0.05）。關于塊莖磷素含量變化，F(xiàn)U處理明顯高于增施硅鈣鉀鎂土壤調理劑（FC1、FC2和FC3）處理。

表4 收獲時馬鈴薯植株和塊莖的養(yǎng)分濃度 （g·kg-1）

不同處理下馬鈴薯氮肥利用率和氮肥農學效率如表5所示。在2018年，增施硅鈣鉀鎂土壤調理劑處理與FU處理相比，氮肥利用率提高5.0%～11.9%，并且添加硅鈣鉀鎂土壤調理劑后，氮肥農學效率明顯提高14.7～26.0 kg·kg-1（P＜0.05），其提高幅度按大小排序為FC3＞FC1＞FC2。在2019年，增施硅鈣鉀鎂土壤調理劑處理與FU處理相比，氮肥利用率提高4.40%～14.88%，并且添加硅鈣鉀鎂土壤調理劑后，氮肥農學效率提高4.4～35.3 kg·kg-1，其中增施硅鈣鉀鎂土壤調理劑600 kg·hm-2（FC2）處理效果最好。

表5 馬鈴薯氮肥利用率和氮肥農學效率

2.3 經濟效益

不同處理下馬鈴薯增產率、產值及施肥產投比如表3所示。增施硅鈣鉀鎂土壤調理劑對馬鈴薯具有良好的增產效果，并且顯著增加農民收益。2018年，與CK處理相比，C處理產值增加了4794.87元·hm-2；與FU處理相比，增施硅鈣鉀鎂土壤調理劑處理產值增加了5256.41～7230.77元·hm-2；其中收益分別增加了3456.41～4902.56元·hm-2。但也應該注意到，與FU處理相比，增施硅鈣鉀鎂土壤調理劑后總肥料產投比大幅度降低，增施硅鈣鉀鎂土壤調理劑處理最多降低了6.5，此外，只看硅鈣鉀鎂土壤調理劑產投比，F(xiàn)C1處理最高。2019年，與CK處理相比，C處理產值增加了2603.66元·hm-2。與FU處理相比，F(xiàn)C2產值和收益增加最多，分別增加了10060.43和8860.43元·hm-2。關于產投比，與2018年結果類似，較FU處理，增施硅鈣鉀鎂土壤調理劑處理總肥料產投比有所降低，只看硅鈣鉀鎂土壤調理劑產投比，F(xiàn)C2處理最高。

3 討論

一般來講，硅鈣鉀鎂土壤調理劑能改良土壤，并補充硅、鈣、鉀、鎂等養(yǎng)分，從提高作物抗性和促進養(yǎng)分吸收等方面提高作物產量和效益。本試驗結果顯示，硅鈣鉀鎂土壤調理劑顯著促進了作物對氮的吸收，但對磷的吸收有抑制作用，提高了馬鈴薯產量和收益，但效果與本身土壤肥力以及施用量有關。

3.1 硅鈣鉀鎂土壤調理劑在北方土壤上的效果

據(jù)前人研究，同類產品不僅在南方酸性土壤上有很好的效果，在堿性土壤上施用也有很多正面報道，如增加作物抗性、改善生長指標、增加產量、提高品質等［8-10］，這與本研究結果中硅鈣鉀鎂土壤調理劑提高了馬鈴薯產量的結果一致。在本研究所處的北方內陸鹽堿地土壤上，作物對鹽分、水分等環(huán)境脅迫的抗性將成為決定其生長的主要因素之一［19］，而施用土壤調理劑提高了土壤中硅、鈣、鉀等元素含量，這起到了關鍵作用。有研究報道，硅元素能降低作物體內鈉、鎂的累積［20-22］，植物能夠通過增加K+和減少Na+在體內積累量［9］、硅化細胞通過改變植物氣孔開合狀態(tài)［23］，使作物抗逆能力得到大幅度提升。所以這可能是本研究中土壤調理劑提高馬鈴薯產量的主要原因之一。

3.2 硅鈣鉀鎂土壤調理劑對馬鈴薯養(yǎng)分吸收的影響

作物對肥料養(yǎng)分的吸收利用能夠反映土壤供肥能力，并最終影響作物生長和產量［24］。已有研究表明，硅鈣鉀鎂土壤調理劑作為一種富含硅、鈣、鉀、鎂等元素的無機土壤修復材料，能夠減少肥料養(yǎng)分流失，提高作物肥料利用率，從而促進作物的生長［25］。這可能與無機土壤調理劑本身疏松多孔的性質有關，其疏松多孔結構能夠對氮磷等養(yǎng)分有一定的固持作用［26］。在本研究中，增施硅鈣鉀鎂土壤調理劑促進了馬鈴薯對氮的吸收，從而提高了馬鈴薯的氮肥利用率，這與前人的研究結果一致［26］。此外，還應注意到，在2019年增施硅鈣鉀鎂土壤調理劑抑制塊莖對磷素的吸收，其原因可能是施用硅鈣鉀鎂土壤調理劑造成了土壤磷鈍化，從而影響了磷的有效性［11］。

3.3 硅鈣鉀鎂土壤調理劑對馬鈴薯產量及商品率的影響

根據(jù)前人研究，硅鈣鉀鎂土壤調理劑提高了作物產量，可能與其改善土壤理化性質有一定相關性［12-15，27］。本研究中土壤調理劑在內蒙古馬鈴薯產量提高方面也起到了積極的作用。戴黎等［12］發(fā)現(xiàn)，施用硅鈣鉀鎂土壤調理劑可顯著增加土壤的堿解氮、有效磷和速效鉀含量，并提高了草莓產量。孫希武等［13］研究表明，硅鈣鉀鎂土壤調理劑可有效提高土壤酶活性和氮、磷、鉀、硅等營養(yǎng)元素積累量，促進桃幼樹細根的生長，延緩根系衰老進程。李慧等［14］研究報道，硅鈣鉀鎂土壤調理劑能促進黃瓜幼苗生長，并對黃瓜枯萎病有很好的抑制效果，此外，顯著提高了土壤速效鉀含量。周武先等［15］通過研究硅鈣鉀鎂土壤調理劑對連作川黨參生長的影響表明，硅鈣鉀鎂土壤調理劑能顯著提高川黨參產量。也有研究認為，使用硅鈣鉀鎂土壤調理劑能夠通過改善土壤水分狀況，從而優(yōu)化馬鈴薯塊莖構成比例，提高馬鈴薯商品率，最終提高產量［27］。在本研究中，硅鈣鉀鎂土壤調理劑提高了內蒙古干旱半干旱地區(qū)馬鈴薯產量并顯著提高了第一年馬鈴薯商品率，其原因可能是土壤調理劑改善了土壤性質，從而促進了馬鈴薯對養(yǎng)分的吸收，但其機理還需進一步試驗探究。

3.4 硅鈣鉀鎂土壤調理劑對農民經濟效益的影響

施用硅鈣類土壤調理劑既能改良土壤，修復農田生態(tài)系統(tǒng)，又能提升農民的經濟效益［28］。本研究表明，在2年田間試驗中，施用硅鈣鉀鎂土壤調理劑均能不同程度地提高農民經濟效益。因此，若農民將部分肥料費用用于購買硅鈣鉀鎂土壤調理劑，這樣能在一定程度上達到改良土壤環(huán)境和增加經濟效益的雙贏效果。還要注意到硅鈣鉀鎂土壤調理劑與化肥配施處理肥料產投比要低于單施化肥處理，其原因為目前硅鈣鉀鎂土壤調理劑價格偏高，這會在以后隨著硅鈣鉀鎂土壤調理劑行業(yè)的發(fā)展和產品價格的降低來實現(xiàn)農民施肥成本的降低。

4 結論

在內蒙古干旱半干旱地區(qū)，施用硅鈣鉀鎂土壤調理劑能夠通過促進馬鈴薯對養(yǎng)分的吸收并提高氮素利用效率，從而提高產量和效益，其機理是否為由于改善土壤理化性質還需進一步試驗研究。研究結果表明，硅鈣鉀鎂土壤調理劑為600 kg·hm-2施用量的效果最優(yōu)。在常規(guī)施用化肥的基礎上增施600 kg·hm-2硅鈣鉀鎂土壤調理劑后，氮肥利用率和氮肥農學效率最高，分別提高14.88%和35.25 kg·kg-1，最高增產20%，商品率提高20.9%，新增收益最高提升8860.43元·hm-2。因此，在內蒙古馬鈴薯種植中，硅鈣鉀鎂土壤調理劑推薦施用量為600 kg·hm-2。