胡月华

(商丘职业技术学院，河南商丘 476100)

马铃薯是我国粮、蔬兼用作物，因产量高、适应性广、营养丰富等特点被广泛接受。近年来，随着马铃薯主粮化政策的推进，马铃薯产业快速发展，需求逐渐增加。种植户在耕地面积不变的情况下，为追求马铃薯早上市、早售卖，不仅选择早熟品种，还滥用化肥农药，造成马铃薯产量品质下降、肥料利用率降低、土壤退化、土壤环境污染严重等诸多问题。而有研究表明，过量使用化肥不仅会使得马铃薯病虫害频繁发生，还有可能因药害作用造成产量下降、品质降低等状况。因此，如何有效解决滥施、乱施化肥对保障马铃薯产业健康快速发展具有重要意义。而有研究表明，合理的施肥措施能够有效提高土壤养分质量，改善土壤微生态环境。生物有机肥具有速效、长效和改良土壤等作用，因对环境友好、绿色安全等特点被广泛关注。姜莉莉等研究表明，与常规施肥处理相比，施用生物有机肥处理的土壤速效磷、速效钾和有机质含量分别显著提高 147.0%、38.8%、35.6%，且显著提高了番茄果实的糖酸比、维生素C含量和番茄红素含量。王俊红等研究表明，化肥与适宜生物有机肥配施可提高土壤酶活性和土壤养分含量，且能够有效改善土壤微生物菌群。宋以玲等研究表明，减量化肥与生物有机肥配施能够明显改善土壤微生物群落结构，提高土壤速效养分含量，同时也可提高作物根系活力，增强作物抗逆性和光合利用能力。由此可知，适宜的施肥措施能够提高土壤养分质量，改善土壤微生态环境，对提高作物产量及品质具有一定的促进作用。

目前，不同生物有机肥对各种作物生长发育及土壤养分变化影响的研究报道有很多，但关于化肥与不同比例生物有机肥配施对马铃薯→玉米轮作田土壤质量变化与马铃薯生长发育以及它们之间的相关性影响的研究报道并不多，因此，笔者期望通过化肥减量与生物有机肥配施对土壤质量变化、马铃薯生长发育影响的研究，探究马铃薯→玉米轮作田不同施肥措施条件下土壤质量变化与马铃薯产量及品质间的相关性，找到合理的施肥模式，以期为马铃薯合理施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2019—2021年在商丘职业技术学院试验示范基地(39°28′N，116°15′E)进行，该地区海拔约50 m，年平均气温14 ℃，无霜期约210 d，年降水量500～800 mm，多集中在夏季，全年0 ℃以上积温 4 500～5 500 ℃·d，夏季炎热潮湿，冬季寒冷干燥，属于典型暖温带半湿润季风气候。供试土壤为黄潮土，土质为壤土。试验地常年为马铃薯→玉米轮作种植，2019年试验开始前供试土壤基础肥力如下：土壤全氮含量为0.72 g/kg，全磷含量为 0.86 g/kg，有机质含量为8.06 g/kg，碱解氮含量为52.21 mg/kg，速效磷含量为62.35 mg/kg，速效钾含量为125.65 mg/kg，pH值为8.12。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，设对照不施肥(CK)、单施化肥(T1)、单施生物有机肥(T2)、80%化肥+20%生物有机肥(T3)、60%化肥+40%生物有机肥(T4)5个处理，重复3次，共计15个小区，小区面积为60 m，走道1 m，保护行3 m，马铃薯株行距分别为40、50 cm。马铃薯施肥量为：化肥(复合肥中N、PO、KO含量分别为10%、12%、15%)，单施用量为750 kg/hm；生物有机肥(总养分≥5%，有机质含量≥40%，有效活菌数≥2.0亿/g)，单施用量为 1 200 kg/hm；不同施肥处理均作为基肥施入，生育期内不追肥。玉米种植密度为5.25万株/hm，玉米季施肥量为复合肥(其中N、PO、KO含量均为15%)750 kg/hm。玉米供试品种为郑单958(河南省农业科学院粮食作物研究所选育)，生育期为6月18日至9月28日；马铃薯供试品种为郑薯6号(郑州市蔬菜研究所选育)，生育期为3月15日至6月15日。试验于2019年马铃薯季种植开始，于2021年马铃薯季收获结束。2021年6月15日马铃薯收获时利用五点取样法采集 0～30 cm土壤样品，过筛后一部分阴干，用于土壤理化性质的测定；一部分保存在4 ℃冰箱，用于土壤生物学特性的测定；一部分保存在-40 ℃冰箱，用于土壤微生物磷脂脂肪酸(PLFAs)的测定。

1.3 测定方法

1.3.1 土壤养分测定 土壤养分含量参照鲍士旦《土壤农化分析》进行测定。其中土壤全氮、全磷、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别采用凯氏定氮法、HSO-HClO消煮法、重铬酸钾容量-外加热法、碱解扩散法、0.5 mol/L NaHCO法、NHOAc 浸提-火焰光度法测定，pH值用酸度计采用水土比5 ∶1法测定。

1.3.2 土壤酶活性测定 土壤酶活性参照关松萌《土壤酶及其研究法》进行测定。其中土壤脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性分别采用苯酚钠-次氯酸钠比色法、高锰酸钾滴定法、磷酸苯二钠比色法、3，5-二硝基水杨酸比色法测定。

1.3.3 土壤微生物群落测定 土壤微生物群落结构利用磷脂脂肪酸法进行分析测定。称取相当于 5 g 风干土样的新鲜土样，按照李明等的提取步骤提炼出待测液，然后通过气相色谱仪，调整仪器参数为进样口250 ℃，柱温 170 ℃，H流量 40 mL/min (0.4 MPa)，氮气(0.4 MPa)，色谱柱为Agilent HP-5MS(30 m×250 μm，0.25 μm)，利用脂肪酸图谱微生物鉴定系统分析待测液。

1.3.4 马铃薯产量及品质测定 2021年马铃薯收获时，每小区内连续选择10株马铃薯用于产量测定，并按照马铃薯商品薯分级标准进行分级，计算商品薯率，各重复间取平均值。每小区选择1块中等大小、长势均匀的薯块用于马铃薯品质的测定，每个处理重复3次，其中干物率及蛋白质、淀粉、维生素C、还原糖含量分别采用干质量法、Lowry 法、还原糖测定仪法、2，6-二氯酚靛酚滴定法、分光光度计法测定。

1.4 数据处理与分析

采用 WPS校园版进行数据统计与计算，采用SPSS 19.0与Canoco 5.0进行差异显著性比较及相关分析。

2 结果与分析

2.1 化肥减量与有机肥配施对土壤理化性质的影响

土壤养分含量能够一定程度地反映土壤肥力水平，直接或间接地影响作物生长状况。由表1可知，不同施肥处理土壤各养分含量较CK处理均有明显的提高，pH值无显著性变化。而不同施肥处理间土壤养分含量也表现出不同的变化，其中T4处理土壤全氮含量较T1、T2处理(单施处理)分别显著提高5.56%、11.77%(<0.05)，碱解氮含量分别显著提高6.37%、12.29%(<0.05)。T3处理土壤全磷含量较T1、T2处理分别提高1.15%、4.76%，速效磷含量分别提高4.11%、14.41%，且速效磷含量显著高于T2处理。T3、T4处理土壤有机质含量较T2处理分别降低2.75%、1.55%，但差异不显著，T3与T4处理之间差异也不显著。T3、T4处理土壤速效钾含量较T1处理分别显著降低14.48%、7.98%，其中T4处理显著高于T3处理。不同施肥处理间土壤pH值无显著性变化。

表1 不同施肥处理下土壤养分含量

2.2 化肥减量与有机肥配施对土壤生物学特性的影响

土壤酶活性变化能够反映土壤中各种生物化学反应的强度与方向，也能够迅速反映不同施肥措施对土壤养分含量变化的影响。由表2可知，不同施肥处理土壤酶活性较CK处理均有明显的提高，除T1处理土壤过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性与CK处理差异不显著外，其他施肥处理土壤酶活性均显著提高(<0.05)。而不同施肥处理间土壤酶活性也表现出不同的变化，其中T4处理土壤脲酶活性较T1、T2处理分别显著提高20.69%、5.42%，过氧化氢酶活性分别显著提高28.81%、15.15%，T4处理土壤过氧化氢酶活性较T3处理显著提高13.43%。土壤碱性磷酸酶活性表现为T2>T3>T4>T1处理，处理之间差异达到显著水平。T3处理土壤蔗糖酶活性较T1、T2处理分别显著提高41.40%、5.39%，但与T4处理差异不显著。

表2 不同施肥处理下土壤酶活性

2.3 化肥减量与有机肥配施对土壤微生物群落结构的影响

磷脂脂肪酸是土壤活体微生物细胞膜的重要组分，具有多样性和生物学特异性，常用于土壤微生物群落结构的动态监测。由表3可知，不同施肥处理土壤微生物主要类群的PLFA含量较CK处理有明显的差异，其中T4处理细菌生物量、革兰氏阳性菌(G)/革兰氏阴性菌(G)比值均为最高值，较其他处理分别显著提高5.88%～63.64%、7.81%～15.00%(<0.05)，CK的细菌生物量最低，但G/G值高于T1处理。T3、T4处理的真菌生物量较CK分别显著降低13.10%、23.21%，且T4处理显著低于T3处理，而T1处理真菌生物量最高，显著高于其他处理。T4处理细菌/真菌值较其他处理显著提高19.82%～112.50%，CK处理细菌/真菌值最低。T3处理的放线菌生物量较其他处理提高1.53%～31.84%，显著高于CK、T1处理，与T2、T4处理均差异不显著。

2.4 化肥减量与有机肥配施对马铃薯品质的影响

由表4可知，不同施肥处理马铃薯薯块各品质含量较CK均有明显的提高，其中除T1处理薯块淀粉含量较CK差异不显著外，其他施肥处理薯块品质含量较CK均显著提高(<0.05)。而不同施肥处理间马铃薯薯块各品质含量也表现出不同的变化，其中T4处理薯块粗蛋白、淀粉含量均为最高值，较T1、T2处理分别显著提高5.75%、13.72%和17.20%、12.63%，T4处理薯块粗蛋白含量与T3处理无显著性差异，T4处理淀粉含量较T3处理显著提高；T3处理薯块维生素C、还原糖含量均为最高值，较其他施肥处理分别提高4.02%～18.22%、2.03%～37.20%， 其中维生素C、 还原糖含量均显著高于T1、T2处理，但与T4处理差异不显著。

表3 不同施肥处理下土壤微生物群落结构

表4 不同施肥处理下马铃薯品质

2.5 化肥减量与有机肥配施对马铃薯产量及商品薯率的影响

由图1可知，不同施肥措施对马铃薯产量及商品薯率有较大的影响，其中T1、T3、T4处理鲜薯产量及商品薯率均显著高于CK(<0.05)，T2处理鲜薯产量及商品薯率均与CK差异不显著。而不同施肥处理间马铃薯产量及商品薯率也表现出不同的变化，其中T4处理鲜薯产量最高，较其他施肥处理提高3.84%～11.19%，显著高于T1、T2处理，而T3处理鲜薯产量与T1处理差异不显著，但显著高于T2处理，鲜薯产量总体表现为T4处理>T3处理>T1处理>T2处理>CK；T4处理商品薯率也为最高值，较其他施肥处理提高3.17%～8.92%，显著高于T2处理，但与T1、T3处理均差异不显著，而T1、T3处理均显著高于T2处理，商品薯率总体表现为T4处理>T3处理>T1处理>T2处理>CK。

2.6 化肥减量与有机肥配施条件下不同因子间的相关性分析

在进行土壤养分含量与马铃薯产量及品质的多元分析时发现，不同施肥措施条件下土壤养分变化与马铃薯产量及品质有紧密相关的联系。由表5可知，鲜薯产量与土壤全氮、全磷、碱解氮含量呈极显著正相关(<0.01)，与土壤速效磷、速效钾含量呈显著正相关(<0.05)；粗蛋白、还原糖含量与土壤全氮、全磷、碱解氮、速效磷、速效钾含量呈显著正相关(<0.05)；淀粉含量与土壤速效钾含量呈显著正相关(<0.05)；维生素C含量与土壤全氮、全磷、碱解氮、速效钾含量呈显著正相关(<0.05)；鲜薯产量和粗蛋白、维生素C、还原糖、淀粉含量与其他土壤养分指标均呈正相关，与土壤pH值均呈负相关，但相关性均不显著。由此可知，在不同施肥措施条件下土壤养分含量的提高有利于马铃薯产量及品质的提升。

在进一步进行土壤环境因子与土壤微生物群落结构的冗余(RNA)分析时发现，图2-a、图2-b能够分别在累计变量58.83%、50.71%的水平上揭示化肥减量与有机肥配施条件影响下的土壤微生物群落变化。图中各处理点位置比较分散，说明不同施肥措施对土壤微生物群落结构产生了不同响应。由图2-a可知，土壤细菌、革兰氏阳性菌(G)和革兰氏阴性菌(G)与土壤全氮、全磷、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾呈正相关关系，与pH值呈负相关关系；放线菌与土壤全氮、全磷、碱解氮、速效磷、速效钾呈正相关关系，与土壤有机质、pH值呈负相关关系；真菌与有机质呈正相关关系，与其它因子均呈负相关关系。土壤全氮(19.9%)、有机质(14.4%)、速效磷(12.2%)为主要驱动因子，说明土壤全氮、速效磷的摄入有利于土壤细菌、G、G以及放线菌生物量的增加，而土壤有机质的摄入有利于细菌生物量的增加，但抑制放线菌生物量的增加。

表5 土壤养分含量与马铃薯产量及品质的多元分析

由图2-b可知，土壤细菌、G、G以及放线菌生物量与土壤脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性呈正相关关系，真菌与土壤脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶呈负相关关系；蔗糖酶(43.0%)为主要驱动因子，说明蔗糖酶活性的提高有利于土壤细菌、G、G以及放线菌生物量的增加，抑制真菌生物量的增加。总体上，基于土壤微生物主要类群生物量的排序轴与基于土壤养分及酶活性等环境因子的排序轴之间的相关性(=0.030，=0.0.01 8)较好。

3 讨论

3.1 不同施肥措施对土壤养分含量、酶活性及微生物群落的影响

土壤养分是作物获取养分的主要来源之一，其土壤养分的高低关系着作物能否健康生长或生存，而土壤酶参与土壤中大多数生物化学反应过程，其土壤酶活性的高低能够及时反映土壤生物活性及生物化学的程度，不同施肥措施会对土壤养分和酶活性变化产生不同的响应。生物有机肥含有丰富的碳源，施入土壤后可供根系周围土壤微生物大量繁殖，发生自生固氮或联合固氮作用，溶解土壤中难溶化合物，提高养分供应效率，从而促进作物生长发育。研究表明，合理的施肥措施能够有效提高土壤养分质量。丁维婷等研究表明，生物有机肥替代部分化肥能够提高土壤养分含量，改善土壤生物学特性，同时可以提升肥料利用率，增加经济效益。本研究表明：与CK相比，不同施肥处理提高了土壤养分含量及生物学特性，其中60%化肥+40%生物有机肥处理土壤全氮、碱解氮含量以及脲酶、过氧化氢酶活性最高，80%化肥+20%生物有机肥处理土壤全磷、速效磷含量以及碱性磷酸酶、蔗糖酶活性最高，而与80%化肥+20%生物有机肥处理相比，60%化肥+40%生物有机肥处理土壤全磷、速效钾含量以及过氧化氢酶活性显著提高，而碱性磷酸酶活性显著下降，其他均差异不显著，这与前人研究的结果较为一致。由此可知，化肥减量与有机肥配施能够有效提高土壤养分含量以及土壤酶活性。

土壤微生物是土壤中物质交换和能量转化的主要驱动者，参与土壤中有机质的分解、腐殖质的形成以及土壤养分转化和循环等过程，是评价土壤肥力的主要指标。研究表明，合理的施肥措施是调节土壤微生物群落结构和功能多样性的重要途径。本研究表明：与CK相比，不同施肥处理提高了土壤细菌、放线菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌生物量，降低了真菌生物量。不同施肥处理间土壤微生物群落结构也发生了较大的变化，其中与单施化肥或生物有机肥处理相比，化肥减量和生物有机肥配施处理显著(<0.05)提高了土壤细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌生物量以及细菌/真菌值，显著降低了真菌生物量，其中60%化肥+40%生物有机肥处理的土壤细菌、革兰氏阳性菌生物量以及细菌/真菌值、G/G值显著高于80%化肥+20%生物有机肥处理。由此可知，化肥减量与生物有机肥配施改变了土壤微生物群落结构。结合土壤养分与酶活性变化分析认为，单一施用生物有机肥能够有效提高土壤碳源种类及数量，但生物有机肥释放养分速率慢，在作物生长前期需肥量较大时，不能够及时供给作物吸收利用，使得土壤养分含量变低，进而影响土壤酶活性以及微生物群落结构，而生物有机肥与化肥配施，不仅能够保障前期作物对养分的吸收利用，还能够供给土壤微生物各类碳源，使土壤类型由有害的真菌型向有益的细菌型转变，其中60%化肥+40%生物有机肥处理表现最优。RDA分析结果表明，土壤微生物群落结构的变化与土壤养分含量、酶活性有紧密相关的联系。

3.2 不同施肥措施对马铃薯产量及品质的影响

合理的秸秆还田与施肥措施不仅能够提升土壤质量，还对作物生长发育具有一定的促进作用。本研究表明：与CK相比，施肥能够有效提高薯块品质以及鲜薯产量及商品薯率。而不同施肥处理间土壤微生物群落结构也发生了较大的变化，与单施化肥或生物有机肥处理相比，化肥减量与有机肥配施提高了薯块粗蛋白、淀粉、维生素C、还原糖含量以及鲜薯产量和商品薯率，其中60%化肥+40%生物有机肥处理的淀粉含量显著高于80%化肥+20%生物有机肥处理(<0.05)，薯块粗蛋白、维生素C、还原糖含量均差异不显著。而60%化肥+40%生物有机肥处理的鲜薯产量及商品薯率均为最高值，但与80%化肥和20%生物有机肥配施处理也差异不显著，这与前人的研究结果一致。结合不同施肥处理土壤养分变化分析认为，在作物生长前期需肥较多时，化肥能够及时供给，但多余的养分随着时间的延长大多淋湿浪费掉，反而在作物生长后期满足不了作物对养分的吸收利用，而生物有机肥在前期满足不了作物的需求，影响其生长发育，进而影响作物的产量及品质。化肥减量与生物有机肥配施能够解决这一问题，在满足前期生长对养分需求的同时，也能够保障作物后期养分的供给能力。在马铃薯产量、品质及土壤养分含量的相关性分析中可知，马铃薯产量、品质的提高受多种环境因子共同制约，其中外源有机质及其它养分的摄入不仅有利于土壤养分含量的提高，对促进马铃薯生长发育，提高鲜薯产量及品质具有一定的促进作用。由此可知，不同施肥措施对马铃薯产量及品质有不同的影响。

4 结论

与单施化肥或生物有机肥以及CK相比，化肥减量与生物有机肥配施提高了土壤养分含量及酶活性，改变了土壤微生物群落结构，其中60%化肥+40%生物有机肥处理的土壤全氮、速效钾含量和过氧化氢酶活性显著高于80%化肥+20%生物有机肥处理(<0.05)，而碱性磷酸酶活性显著降低，其他均差异不显著；提高了薯块粗蛋白、淀粉、维生素C、还原糖含量以及鲜薯产量和商品薯率，其中60%化肥+40%生物有机肥处理的淀粉含量显著高于80%化肥+20%生物有机肥处理(<0.05)，薯块粗蛋白、维生素C、还原糖含量以及鲜薯产量、商品薯率均差异不显著。相关性分析表明，鲜薯产量及品质的提高受多种环境因子共同制约；RDA分析表明，土壤微生物群落结构的变化与土壤养分含量、酶活性有紧密相关的联系。由此可知，化肥减量与有机肥配施能够提升土壤养分质量，且能够提高鲜薯产量，改善鲜薯品质。