條施調(diào)酸材料對石灰性土壤調(diào)酸及馬鈴薯鋅硼吸收的影響

史李萍，索全義，劉美英，邢海峰，南迪娜，李俊文

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古自治區(qū)土壤質(zhì)量與養(yǎng)分資源重點實驗室，農(nóng)業(yè)生態(tài)安全與綠色發(fā)展自治區(qū)高等學(xué)校重點實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011)

石灰性土壤因游離碳酸鈣含量豐富，導(dǎo)致土壤本身pH值較高，達到7.5～8.5，使土壤中有效鋅和有效硼含量降低，從而阻礙作物生長，降低作物產(chǎn)量[1]。馬鈴薯是喜酸作物，生長最適土壤pH值為5.0～5.5，高pH環(huán)境會影響馬鈴薯品質(zhì)，并造成馬鈴薯產(chǎn)量下降[2]。因此，有必要采用調(diào)酸材料改善石灰性土壤pH，從而改善馬鈴薯的生長環(huán)境。目前，相關(guān)研究中用到的調(diào)酸材料有低分子量有機酸(檸檬酸等)、酸性物質(zhì)(磷酸、硫磺等)和酸性肥料(磷酸一銨等)，如施用檸檬酸可使石灰性黃壤土壤pH值明顯降低，土壤有效鋅、硼及刺梨實生苗鋅、硼吸收量明顯增加，促進苗木生長[3]；滴灌酸化劑磷酸和硫酸可以降低局部土壤pH值，提高土壤磷含量及棉花吸磷量，提高皮棉產(chǎn)量[4]；磷酸一銨可促進玉米地上部鋅、硼的積累和玉米的生長[5]；硫磺粉能降低土壤pH值，顯著促進藍莓根系生長[6]。在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上，將30 kg/hm2硫磺以基肥一次性施入，可提高馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)[7]；石灰性土壤單施磷酸一銨可使馬鈴薯增產(chǎn)57.81%，顯著提高馬鈴薯干物質(zhì)積累量、磷積累量和單株產(chǎn)量[8]。

鋅是植物體內(nèi)多種酶類的金屬組分和活化因子，對馬鈴薯營養(yǎng)物質(zhì)合成代謝及植株生長發(fā)育具有重要作用，且馬鈴薯是對鋅中度敏感的作物[9]。硼是馬鈴薯必需的營養(yǎng)元素之一，能促進馬鈴薯的營養(yǎng)生長和生殖生長，有利于碳水化合物的運輸、轉(zhuǎn)化及糖分的合成，從而增加作物的抗逆性[10]。植物的鋅、硼營養(yǎng)與土壤鋅、硼有效性關(guān)系密切，而土壤中鋅、硼有效性的影響因素較多，如土壤類型、pH值等。研究表明，偏堿性土壤中pH值與土壤有效鋅含量存在負相關(guān)關(guān)系，土壤pH值下降1個單位，土壤有效鋅含量可提高3.26倍[11-12]；土壤pH值與土壤可溶性硼含量的相關(guān)性較高[13-14]。本研究以馬鈴薯為材料，研究調(diào)酸材料磷酸一銨、硫磺及其混合調(diào)酸劑條施對馬鈴薯根區(qū)土壤的調(diào)酸效應(yīng)和鋅硼有效性以及馬鈴薯鋅硼吸收的影響，旨在明確石灰性土壤鋅硼有效性及馬鈴薯鋅硼吸收對調(diào)酸材料調(diào)酸效應(yīng)的響應(yīng)，為調(diào)酸材料在馬鈴薯種植中的應(yīng)用提供科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗在內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院武川旱作農(nóng)業(yè)試驗站進行。該地區(qū)屬于中溫帶典型半干旱大陸性季風(fēng)氣候，海拔1 576 m，年均降水量300 mm，年均蒸發(fā)量1 850 mm，年均氣溫2.7 ℃，無霜期110 d，為緩坡丘陵地形，屬石灰性土壤地帶。土壤類型為栗鈣土，pH值8.38，有機質(zhì)含量23.11 g/kg，有效鋅含量0.64 mg/kg，有效硼含量0.93 mg/kg。前茬作物是燕麥。

1.2 供試材料

馬鈴薯品種選用種薯223，由內(nèi)蒙古豐益農(nóng)牧業(yè)有限公司提供。

調(diào)酸材料：磷酸一銨，購自四川宏達股份有限公司；硫磺，購自鄭州隆森化工產(chǎn)品有限公司；混合調(diào)酸劑為磷酸一銨和硫磺按質(zhì)量比1∶1混合。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)4個處理：不施調(diào)酸材料(CK)、施用磷酸一銨(MAP)、施用硫磺(S)、施用混合調(diào)酸劑(MS)，其中3種調(diào)酸材料施用量均為450 kg/hm2。采用雙行起壟種植，小行距0.3 m，大行距0.7 m，株距0.3 m，每個小區(qū)8行，小區(qū)面積28 m2。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，共有12個小區(qū)。播種時將調(diào)酸材料在播種溝內(nèi)一次性條施，薯塊在調(diào)酸材料上方播種。為避免其他肥料對試驗結(jié)果的影響，馬鈴薯播種前和生育期不施用任何肥料。兩小行之間鋪設(shè)滴灌帶灌溉。2019年5月11日播種，6月13日出苗，9月16日收獲。

1.4 測定項目及方法

在馬鈴薯苗期(7月1日)、塊莖形成期(7月24日)、塊莖膨大期(8月12日)、淀粉積累期(8月30日)和收獲期(9月16日)，用土鉆在單小行植株間采集0～20 cm土層土壤，每小區(qū)隨機選取4點，將土樣混合帶回實驗室，風(fēng)干、過篩后保存，用于土壤pH值及有效鋅、有效硼含量的測定。

在馬鈴薯苗期(7月1日)、塊莖形成期(7月24日)、塊莖膨大期(8月12日)、淀粉積累期(8月30日)和收獲期(9月16日)，每小區(qū)隨機整株取樣，將葉片和塊莖分開，測定鮮質(zhì)量，然后85 ℃殺青后65 ℃烘干至恒質(zhì)量測定干質(zhì)量。將烘干樣品粉碎后保存，用于植株鋅硼含量的測定。

土壤pH值測定采用pH計法[15]；土壤有效鋅含量測定采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[16]；土壤有效硼含量測定采用甲亞胺-H比色法[17]；植株鋅、硼含量測定采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[18]。參考文獻[19]的方法計算鋅(硼)積累量。

鋅(硼)積累量(mg/株)=鋅(硼)含量(mg/kg)×干物質(zhì)量(kg/株)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

用Excel 2016進行試驗數(shù)據(jù)處理及圖表繪制，用SAS9.2進行單因素方差分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)酸材料對馬鈴薯根區(qū)土壤pH值的影響

由表1可以看出，在馬鈴薯的整個生育時期，調(diào)酸材料的調(diào)酸效應(yīng)總體表現(xiàn)為：MS>MAP>S。與對照相比，除塊莖形成期外，其余生育時期MAP處理均可顯著降低馬鈴薯根區(qū)土壤pH值(P<0.05)；除淀粉積累期和收獲期外，其他生育期S處理馬鈴薯根區(qū)土壤pH值均顯著降低；在整個生育期，MS處理馬鈴薯根區(qū)土壤pH值顯著降低，且除苗期外，其他生育期均顯著低于單獨MAP和S處理。說明2種調(diào)酸材料混合施用(MS處理)對石灰性土壤具有良好的可持續(xù)性調(diào)酸效果。

表1 調(diào)酸材料對馬鈴薯根區(qū)土壤pH值的影響

2.2 調(diào)酸材料對馬鈴薯根區(qū)土壤鋅和硼有效性的影響

由表2可以看出，淀粉積累期，調(diào)酸處理增加了土壤有效鋅含量，MAP、S、MS處理土壤有效鋅含量較CK分別提高了58.82%，9.80%和37.25%。MAP處理，在苗期、淀粉積累期土壤有效鋅含量較對照分別提高了9.52%和58.82%，而在其他3個生育時期土壤有效鋅含量均低于對照；S處理，在塊莖形成期土壤有效鋅含量較對照顯著提高了18.57%；施用混合調(diào)酸劑(MS)處理，除塊莖膨大期土壤有效鋅含量較對照顯著降低14.19%外，其余生育時期土壤有效鋅含量均高于CK，且在塊莖形成期和淀粉積累期較對照分別顯著提高了24.29%和37.25%。

由表2還可以看出，淀粉積累期，調(diào)酸處理顯著增加了土壤有效硼含量，MAP、S、MS處理土壤有效硼含量較CK分別提高了53.01%，57.83%和61.45%。MAP處理，在收獲期土壤有效硼含量低于對照，而在其他4個生育時期土壤有效硼含量均高于對照，其中在塊莖形成期和淀粉積累期較對照分別顯著提高41.49%和53.01%；S處理，在塊莖形成期和淀粉累積期，土壤有效硼含量較對照分別顯著提高了14.89%和57.83%；施用混合調(diào)酸劑(MS)處理，除塊莖膨大期土壤有效硼含量較對照顯著降低6.14%外，其余生育時期土壤有效硼含量均高于CK，且在苗期、淀粉積累期和收獲期較對照分別顯著提高了25.00%，61.45%和105.56%。

表2 調(diào)酸材料對馬鈴薯根區(qū)土壤鋅和硼有效性的影響

2.3 調(diào)酸材料對馬鈴薯葉片鋅硼積累量的影響

從圖1可以看出，在苗期，施用調(diào)酸材料可提高馬鈴薯葉片鋅含量，MAP、S、MS處理較對照分別增加了8.43%，8.61%和1.69%，差異均不顯著；在塊莖形成期和塊莖膨大期，MAP、S、MS處理馬鈴薯葉片鋅含量較對照降低；在淀粉積累期，MAP和MS處理馬鈴薯葉片鋅含量較對照分別降低了8.33%和31.56%，而S處理增加了7.80%， MS處理馬鈴薯葉片鋅含量顯著低于其他處理。施用調(diào)酸材料提高了苗期馬鈴薯葉片硼含量，MAP、S、MS處理較對照分別增加了6.14%，2.97%和2.38%，但均差異不顯著；在塊莖形成期，MAP和S處理馬鈴薯葉片硼含量較對照分別降低了8.23%和7.83%，差異顯著，而MS處理馬鈴薯葉片硼含量較對照增加了3.82%，但差異不顯著；在塊莖膨大期，MAP、S、MS處理馬鈴薯葉片硼含量較對照分別降低了12.40%,5.91%和10.63%；在淀粉積累期，MAP和MS處理馬鈴薯葉片鋅含量較對照分別降低了24.84%和7.03%，而S處理馬鈴薯葉片鋅含量較對照增加了2.78%。

1.苗期；2.塊莖形成期；3.塊莖膨大期；4.淀粉積累期。圖柱上標(biāo)不同小寫字母表示同一時期不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同

從圖2可以看出，與對照相比，在苗期、塊莖膨大期，施用調(diào)酸材料的MAP、S、MS處理馬鈴薯葉片的鋅積累量分別顯著增加了60.83%，48.44%，57.61%和31.43%，39.88%，37.98%，但不同調(diào)酸材料間差異不顯著，說明調(diào)酸材料提高了馬鈴薯根區(qū)土壤鋅、硼有效性，促進了馬鈴薯對鋅硼的吸收利用；在塊莖形成期，MS和S處理馬鈴薯葉片的鋅積累量較對照增加，但差異不顯著；在淀粉積累期，MS和S處理馬鈴薯葉片的鋅積累量較對照分別降低了51.85%和30.25%，而MAP處理馬鈴薯葉片的鋅積累量較對照增加了4.79%，但均差異不顯著。與對照相比，在苗期和塊莖膨大期，MAP、S、MS處理馬鈴薯葉片的硼積累量分別增加了57.44%，40.73%，58.68%和22.40%，33.06%，24.20%；在塊莖形成期，MS處理馬鈴薯葉片的硼積累量較對照顯著增加了30.91%，而MAP和S處理較對照分別降低了4.11%和3.13%，但差異均不顯著；在淀粉積累期，MAP、S、MS處理馬鈴薯葉片的硼積累量較對照分別減少了20.67%，41.78%和38.21%，均差異不顯著。

圖2 調(diào)酸材料對馬鈴薯葉片鋅、硼積累量的影響

2.4 調(diào)酸材料對收獲期馬鈴薯塊莖鋅硼積累量的影響

由表3可知，在收獲期，MAP、S、MS處理馬鈴薯塊莖鋅含量分別較對照降低了9.47%，4.94%和14.81%，其中MS處理與對照差異顯著，說明調(diào)酸材料抑制了鋅向馬鈴薯塊莖的轉(zhuǎn)移，表現(xiàn)為鋅拮抗作用；S、MS處理馬鈴薯塊莖鋅積累量較對照顯著降低了5.88%和21.08%，而MAP處理則顯著提高了30.39%。在收獲期，MAP、S、MS處理馬鈴薯塊莖硼含量分別較對照提高了14.97%，15.51%和63.10%，其中MS處理與對照差異顯著；MAP、S、MS處理馬鈴薯塊莖硼積累量分別較對照提高了67.74%，16.13%和51.61%，但均差異不顯著。結(jié)果說明，施用調(diào)酸材料可降低收獲期馬鈴薯塊莖鋅含量和積累量，提高收獲期馬鈴薯塊莖硼含量和積累量。

表3 調(diào)酸材料對收獲期馬鈴薯塊莖鋅硼含量和積累量的影響

3 討 論

姚曉芹等[20]研究表明，石灰性土壤施用23 g/kg MAP后土壤pH值下降2.5個單位，并維持較長的酸性環(huán)境，施用50 g/kg S后土壤pH值降低1.39～1.89個單位。白亞妮等[21]研究表明，鹽堿土田間條施2 235 kg/hm2MAP+75 kg/hm2S，土壤pH值下降了0.86個單位。在室內(nèi)無植物培養(yǎng)試驗中，450 kg/hm2MAP、S處理土壤pH值最大下降0.53，0.24個單位[22]。本研究結(jié)果表明，石灰性土壤條施450 kg/hm2MAP和S，馬鈴薯根區(qū)土壤pH值最大降幅達0.37和0.49個單位；條施450 kg/hm2混合調(diào)酸劑(磷酸一銨和硫磺按質(zhì)量比1∶1混合)，馬鈴薯根區(qū)土壤pH值下降了0.47～0.75個單位。說明試驗類型、調(diào)酸材料施入時間以及土壤和植株間的相互作用可能影響土壤pH值的下降；不同酸化劑的酸化機理不同，磷酸一銨通過其酸性直接酸化土壤，而硫磺在微生物作用下產(chǎn)生酸類，中和土壤中的堿性物質(zhì)。

4 結(jié) 論

石灰性土壤條施調(diào)酸材料能顯著降低馬鈴薯根區(qū)土壤pH值，整個生育期的調(diào)酸效應(yīng)表現(xiàn)為：混合調(diào)酸劑>磷酸一銨>硫磺；淀粉積累期，石灰性土壤條施混合調(diào)酸劑使土壤有效鋅和有效硼含量較對照分別顯著提高了37.25%和61.45%，磷酸一銨分別顯著提高了58.82%和53.01%，硫磺分別提高了9.80%和57.83%；石灰性土壤條施調(diào)酸材料提高了苗期馬鈴薯葉片鋅、硼含量和積累量及塊莖膨大期的鋅、硼積累量，而降低了塊莖膨大期葉片鋅、硼含量和淀粉積累期硼積累量；石灰性土壤條施調(diào)酸材料降低了收獲期馬鈴薯塊莖鋅含量，而提高了硼含量和積累量。調(diào)酸材料的調(diào)酸效應(yīng)會影響馬鈴薯對鋅硼微量元素的利用，混合調(diào)酸劑(MS處理)對馬鈴薯根區(qū)土壤調(diào)酸、鋅硼利用的作用最明顯，是適宜在石灰性土壤馬鈴薯根區(qū)應(yīng)用的調(diào)酸材料。