当前，长期施用化肥对耕地、作物的负面影响日益凸显。有机肥部分替代化肥促进中国绿色农业发展受到广泛关注[3-4]。有机肥中富含有机质、无机养分及各种微生物和酶。土壤有机质通过维持和提高土壤质量[5]和土壤健康指标[6]进而影响作物产量，即通过改变土壤结构提高土壤肥力、增加土壤的透气性和持水能力，为土壤生物提供栖息地，促进养分循环、保留和释放，影响作物产量[7]。因此，提高土壤有机质水平被认为是一种确保作物生产力稳定和持久的方法，可减少对矿质肥料投入的依赖[8-9]。魏猛等[10]研究发现，18 750 kg/hm2有机肥配施化肥可以显著增加土壤中有机质和氮、磷、钾含量。Mohammad等[11]研究证实，施用60 t/hm2农家肥、200 mL/hm2生物肥和525 kg/hm2化肥能提高马铃薯的株高、主茎数、叶面积指数以及干物质含量。李玉梅等[12]研究发现，6000 kg/hm2秸秆和1500 kg/hm2有机肥配施化肥均可以促进马铃薯在块茎膨大期、淀粉积累期的生长，使地上部生物量增加，地下部根系更发达。陈会鲜等[13]发现，增施有机肥显著增加了木薯块根粗与薯数，进而提高了木薯的块根产量。减施30%专用化肥同时增施2250 kg/hm2的生物有机肥可以显著提高马铃薯的氮、磷、钾肥料利用率[14]。30%有机肥氮替代化肥氮可以推迟马铃薯生育期，增加干物质积累量，促进干物质向块茎转移[15]。在马铃薯―小麦轮作体系中，用有机钾代替60%无机化肥钾，可以使马铃薯钾肥利用率增加38.2%[16]。化肥减施20%+有机肥800 kg/hm2处理可以显著提高小麦氮肥农学利用率和氮肥偏生产力[17]。陈猛猛等[18]研究发现，450 kg/hm2有机肥与64 kg/hm2磷肥配施可以提高水稻的磷肥农学效率、磷肥贡献率和肥料偏生产力。
前人关于有机肥施用的研究多集中在施用量的增加以及有机肥替代部分无机化肥对马铃薯影响等方面。有机肥增加量有较大差异，且在增加有机质的同时也增加了无机养分的总量，不能确定增施有机肥的影响规律，也不能区分有机质与无机养分各自作用的大小。而基于有机质总量变化对马铃薯影响的研究鲜见报道。本研究通过施用不同用量的有机肥与无机化肥，在平衡氮、磷、钾无机养分施入量基础上，探索有机质施用总量增加对马铃薯产量及吸收利用养分的影响，明确有机质对提升土壤无机氮、磷、钾养分高效利用的机制，为有机肥合理施用以及提高土壤无机养分利用率提供理论依据和生产指导。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验在重庆市北碚区歇马街道和巫溪县尖山镇试验基地进行。试验地地势平坦、肥力均匀。供试土壤基础养分含量见表1。
表1 试验地土壤基础肥力状况
Table 1
| 地点 Site | 土壤类型 Soil type | 碱解氮 Alkaline-hydrolytic N (mg/kg) | 有效磷 Available P (mg/kg) | 速效钾 Available K (mg/kg) | 有机质 Organic matter (g/kg) | pH |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 歇马Xiema | 沙壤土 | 96.13 | 95.49 | 130.33 | 34.51 | 5.48 |
| 尖山Jianshan | 沙壤土 | 22.63 | 7.29 | 67.92 | 9.28 | 6.52 |
1.2 供试材料
供试马铃薯为晚熟品种“青薯9号”，生育期115 d，由青海省农业科学院选育。供试商品有机肥含N 0.6%、P2O5 1.5%、K2O 0.1%和有机质52%（由四川正威实业有限公司提供）；供试单质化肥为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O5 12%）、硫酸钾（含K2O 50%）。
1.3 试验设计
采用单因素随机区组试验设计，设置不施有机质对照（T1）和施有机质975（T2）、1950（T3）、2925（T4）和3900 kg/hm2（T5）5个有机质用量处理，并设不施肥对照处理（T0）。试验各处理见表2。
表2 试验处理及施肥量
Table 2
| 处理 Treatment | 施用量Application amount | 总有效养分量折算Total effective nutrient conversion | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 有机肥Organic fertilizer | N | P2O5 | K2O | 有机质Organic matter | N | P2O5 | K2O | ||
| T0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| T1 | 0 | 225 | 113 | 300 | 0 | 225 | 113 | 300 | |
| T2 | 1875 | 214 | 84 | 298 | 975 | 225 | 113 | 300 | |
| T3 | 3750 | 203 | 56 | 296 | 1950 | 225 | 113 | 300 | |
| T4 | 5625 | 191 | 28 | 294 | 2925 | 225 | 113 | 300 | |
| T5 | 7500 | 180 | 0 | 293 | 3900 | 225 | 113 | 300 | |
试验设3次重复，共18个小区，每个小区种3垄，垄距0.65 m，株距0.29 m。小区面积9.61 m2。有机肥、磷肥和钾肥全部作为基肥施入，氮肥按6:4的比例作为基肥与齐苗期追肥施入。施基肥后盖土起垄，田间管理按常规方法进行。歇马试验点于2020年12月12日播种，溪尖山试验点于2021年1月14日播种，收获时间均为2021年6月24日。
1.4 测定指标与方法
于淀粉积累期在各小区挖取长势基本一致的3株，分为根、茎、叶和块茎4个部分，于105 ℃下杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，测定各部分干物质重。收获时测定各小区取样后剩余马铃薯块茎产量，按实际面积折算单位面积产量。
1.4.1 植株各器官全氮、全磷、全钾含量
经H2SO4-H2O2消煮，采用半微量凯氏定氮法测定N含量，采用钒钼黄比色法测定P含量，采用火焰光度法测定K含量[19]。
1.4.2 微生物种类与数量
于收获期采用马丁孟加拉红培养基培养―平板表面涂布法计数土壤真菌数；采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基培养―平板表面涂布法计数土壤细菌数[20]。
植株各器官养分积累量（kg/hm2）=每公顷该器官干重×每千克该器官该元素含量[21]。
施肥区养分利用率（%）=（施肥区作物吸收该元素总量-无肥区作物吸收该元素总量）/施入肥料中所含该元素总量×100[21]。
肥料偏生产力（kg/kg）=施肥区产量/施肥量[22]。
肥料贡献率（%）=（施肥区产量-无肥区产量）/施肥区产量×100[22]。
1.5 数据处理
采用Microsoft Excel 2013处理数据；采用DPS 7.05进行方差分析；采用Duncan新复极差法进行处理平均值多重比较。
2 结果与分析
2.1 不同处理对土壤养分与微生物群落的影响
2.1.1 对土壤养分的影响
由表3可知，歇马和尖山2个试验点的土壤养分随着有机质施入量的增加呈上升趋势。2个试验点碱解氮含量均随有机质施入量的增加呈上升趋势，各处理较对照T1处理分别提升了4.22%~26.02%和1.68%~12.60%。歇马试验点各施肥处理间的速效磷含量无显著差异，T1~T5处理均显著高于T0处理。尖山试验点速效磷含量随着有机质施入量的增加呈上升趋势，较对照T1处理提高了8.02%~70.73%。歇马试验点有效钾含量随有机质施入量的增加而增多，较对照T1处理提高1.62%~14.53%；而尖山试验点有效钾含量呈先升后降趋势，较对照T1提高12.19%~25.99%。2个试验点有机质含量均随着有机质施入量的增加呈上升趋势，较T1处理分别提高16.63%~76.16%和3.85%~12.26%，均以T5处理为最大，分别为14.41和38.46 g/kg。结果表明，施入有机质能够提高土壤养分含量。
表3 不同有机质施入量对土壤养分的影响
Table 3
| 地点 Site | 处理 Treatment | 碱解氮 Alkaline-hydrolytic N (mg/kg) | 速效磷 Available P (mg/kg) | 有效钾 Available K (mg/kg) | 有机质 Organic matter (g/kg) |
|---|---|---|---|---|---|
| 歇马Xiema | T0 | 18.20±0.57d | 10.77±0.37b | 130.47±4.74c | 8.36±0.46e |
| T1 | 20.37±1.15c | 12.41±0.68a | 148.59±6.17b | 8.18±0.05e | |
| T2 | 21.23±1.19c | 12.75±0.53a | 151.00±3.83b | 9.54±0.12d | |
| T3 | 23.10±1.71b | 13.29±0.96a | 157.91±6.45ab | 11.60±0.04c | |
| T4 | 25.43±1.19a | 13.58±0.19a | 164.11±10.80ab | 13.19±0.02b | |
| T5 | 25.67±0.66a | 13.76±1.18a | 170.18±3.72a | 14.41±0.15a | |
| 尖山Jianshan | T0 | 73.53±2.10c | 56.10±4.98c | 65.88±1.29c | 33.28±2.45f |
| T1 | 83.30±2.62b | 65.94±7.60bc | 124.04±6.20b | 34.26±0.02e | |
| T2 | 84.70±3.96b | 60.60±5.06bc | 139.16±8.10ab | 35.58±0.43d | |
| T3 | 85.63±3.81ab | 72.90±6.94b | 156.28±13.50a | 36.66±0.48c | |
| T4 | 90.07±3.72ab | 88.93±7.88a | 154.21±13.02a | 37.29±0.02b | |
| T5 | 93.80±5.24a | 95.78±5.68a | 153.59±1.33a | 38.46±0.40a |
不同小写字母表示处理间差异达P < 0.05显著水平，下同。
Different lowercase letters indicate significant difference among treatments at P < 0.05 level, the same below.
2.1.2 对微生物群落的影响
由表4可知，施入有机质在一定程度上提升了土壤微生物数量。歇马、尖山2个试验点放线菌数量分别较对照T1处理提高5.91%~38.31%和12.00%~27.79%；细菌数量分别较对照T1处理提高21.64%~56.45%和12.14%~21.95%。歇马试验点T2和T4处理土壤真菌数量较对照T1处理降低，较T3和T5处理提高，但均无显著差异；尖山试验点T2、T3和T4处理较对照T1降低3.26%~9.78%，较T5处理提高。结果表明，合理的有机质施入量可以提高土壤中放线菌与细菌数量，减少真菌数量。
表4 不同有机质施入量对土壤微生物群落的影响
Table 4
| 处理 Treatment | 歇马Xiema | 尖山Jianshan | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 放线菌 Actinomycetes (×105/g) | 细菌 Bacteria (×106/g) | 真菌 Fungi (×103/g) | 放线菌 Actinomycetes (×105/g) | 细菌 Bacteria (×106/g) | 真菌 Fungi (×103/g) | ||
| T0 | 10.33±1.53c | 6.33±6.33d | 15.33±1.53c | 15.33±1.53c | 13.33±1.53c | 28.67±1.53cd | |
| T1 | 11.33±1.53c | 7.67±1.53cd | 18.33±0.57ab | 16.67±1.53bc | 13.67±0.58bc | 30.67±1.53ab | |
| T2 | 12.00±1.00bc | 9.33±1.53bc | 16.67±1.53bc | 18.67±1.53ab | 15.67±0.58a | 29.00±2.00cd | |
| T3 | 13.33±0.58b | 12.00±12.00a | 19.33±1.53a | 19.67±2.08a | 16. 67±1.53a | 27.67±1.52d | |
| T4 | 15.67±1.53a | 8.67±8.67bc | 17.00±1.00bc | 20.00±1.00a | 15.67±1.53a | 29.67±0.57bc | |
| T5 | 13.33±1.53b | 10.00±10.00b | 19.33±1.53a | 21.33±2.08a | 15.33±2.52ab | 31.33±1.53a | |
由图1可知，2个试验点的细菌/真菌比值随着有机质施入量的增加呈先升后降的趋势。歇马试验点细菌/真菌比值在T2处理达到最大0.63×103，较T1对照处理提高50.08%，但与T3、T4处理不存在显著差异。尖山在T3处理达到最大值0.64×103，显著高于其他处理，较T1对照处理提高42.96%。结果表明，歇马试验点T2处理与尖山T3处理有利于土壤细菌/真菌比值提高。
图1
图1
不同有机质施入量对土壤细菌/真菌的影响
不同小写字母表示处理间差异达P < 0.05显著水平，下同。
Fig.1
Effects of different organic matter application rate on ratio of soil bacteria to fungi
Different lowercase letters indicate significant difference between treatments at P < 0.05 level, the same below.
2.2 不同处理对马铃薯植株干物质积累与产量的影响
2.2.1 对马铃薯单株干物质积累的影响
由表5可知，随着有机质施入量的增加，2个试验点单株根、茎、叶和块茎干重均呈先升后降的趋势。2个试验点的单株根干重分别在T2、T3处理达到最大值，但与T2和T4处理无显著差异。2个试验点的茎干重在T2、T3和T4处理间无显著差异，均在T2处理达到最大值。叶干重均在T2处理达到最大值，但歇马试验点T3和T4处理间无显著差异；尖山T2和T3处理间无显著差异。歇马试验点的单株块茎干重在T2处理达到最大值91.93 g/株，比T1处理显著高出28.90%，但与T3处理无显著差异；尖山试验点在T4处理达到最大值98.10 g/株，但与T2和T3处理无显著差异。
表5 不同有机质施入量对马铃薯单株干物质积累量的影响
Table 5
| 地点 Site | 处理 Treatment | 根干重 Root dry weight | 茎干重 Stem dry weight | 叶干重 Leaf dry weight | 块茎干重 Tuber dry weight | 总干物质积累 Total dry matter accumulation |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 歇马Xiema | T0 | 0.20±0.04d | 7.54±3.10c | 9.33±2.95d | 44.10±3.20d | 61.17±6.36d |
| T1 | 0.43±0.02c | 36.98±2.20b | 19.61±2.34c | 71.32±5.51bc | 128.34±1.12c | |
| T2 | 0.54±0.05a | 44.15±7.04a | 27.96±0.70a | 91.93±8.18a | 164.58±12.74a | |
| T3 | 0.52±0.05ab | 38.82±2.36ab | 26.68±0.75ab | 84.68±8.72ab | 150.71±10.33ab | |
| T4 | 0.45±0.04abc | 42.26±6.16ab | 25.35±1.23ab | 74.87±2.88bc | 142.93±6.10bc | |
| T5 | 0.44±0.02bc | 37.38±2.43b | 23.32±2.75b | 67.65±7.85c | 128.79±5.44c | |
| 尖山Jianshan | T0 | 0.34±0.11c | 6.69±2.49d | 6.02±0.45c | 72.60±7.90c | 85.64±7.56c |
| T1 | 0.61±0.07b | 28.30±1.55b | 10.48±1.22b | 83.35±2.68b | 122.75±1.77b | |
| T2 | 0.81±0.05a | 32.65±1.95a | 13.80±0.80a | 91.29±4.97ab | 138.54±3.34a | |
| T3 | 0.85±0.03a | 32.38±1.89a | 13.30±1.54a | 97.50±1.35a | 144.02±2.71a | |
| T4 | 0.82±0.09a | 30.22±0.97ab | 8.78±0.56b | 98.10±8.48a | 137.91±9.97a | |
| T5 | 0.53±0.11b | 20.92±0.40c | 9.12±1.75b | 84.87±5.73b | 115.44±6.35b |
2个试验点单株总干物质积累量在各处理下的变化趋势与各器官变化趋势一致。随着有机质施入量的增加，均呈先升后降的趋势。歇马试验点以T2处理最大，为164.58 g/株，显著高于其他处理，相比对照T1处理显著提高28.24%。尖山试验点同样以T3处理最大，为144.02 g/株，但与T2和T4处理无显著差异，较对照T1处理显著提高17.33%。结果表明，歇马试验点T2处理与尖山试验点T3处理有利于马铃薯各器官的干物质积累。
2.2.2 对马铃薯产量的影响
由表6可知，随着有机质施入量的增加，歇马和尖山2个试验点的产量与淀粉产量均呈先升后降的趋势。歇马试验点产量在T2处理达到最大值43 567 kg/hm2，且显著高于其他处理，较T1处理显著提高11.84%。尖山试验点产量在T3处理达到最大38 096 kg/hm2，较T1处理显著增产8.22%。歇马的淀粉产量在T2处理达到最大值10 349 kg/hm2，显著高于其他处理，较T1处理提高14.28%。尖山在T3处理达到最大值，与T2处理无显著差异。结果表明，歇马T2处理与尖山T3处理有利于马铃薯产量形成。
表6 不同有机质施入量对马铃薯产量的影响
Table 6
| 处理 Treatment | 歇马Xiema | 尖山Jianshan | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 产量Yield | 淀粉产量Starch yield | 产量Yield | 淀粉产量Starch yield | ||
| T0 | 21 187±1132e | 5196±340e | 19 403±959e | 4215±255d | |
| T1 | 38 955±896c | 9055±255cd | 35 202±1618b | 6629±373b | |
| T2 | 43 567±1229a | 10 349±357a | 36 739±797ab | 7301±194a | |
| T3 | 41 655±441b | 9727±126b | 38 096±1263a | 7502±304a | |
| T4 | 40 891±896b | 9415±252bc | 30 675±310c | 6017±74c | |
| T5 | 37 139±633d | 8657±180d | 27 959±1306d | 5673±324c | |
2.3 不同处理对马铃薯养分吸收利用的影响
2.3.1 对马铃薯植株氮、磷、钾养分积累的影响
由表7可知，2个试验点马铃薯植株的氮、磷、钾养分积累量均随着有机质施入量的增加呈先升后降的趋势。歇马试验点植株氮、磷、钾养分积累量均在T2处理达到最大，显著高于其他处理，较T1处理分别显著高出45.76%、44.92%和36.33%。尖山试验点植株的氮素、磷素积累量均在T3处理达到最大，显著高于其他处理，较T1处理分别显著高出23.12%和73.62%。钾素积累量在T2处理达到最大，较T1处理显著高出30.05%，但与T3、T4处理无显著差异。结果表明，歇马T2处理与尖山T3处理有利于马铃薯植株氮磷、钾、养分积累。
表7 不同有机质施入量对马铃薯养分积累量的影响
Table 7
| 处理 Treatment | 歇马Xiema | 尖山Jianshan | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N | P | K | N | P | K | ||
| T0 | 27.40±4.61e | 6.65±0.83d | 55.00±9.68d | 45.29±3.50e | 9.61±0.91e | 66.87±7.03c | |
| T1 | 111.96±5.76d | 15.85±0.25c | 169.60±5.47c | 127.25±1.19c | 14.71±0.18d | 150.79±2.24b | |
| T2 | 163.19±6.57a | 22.97±0.63a | 231.21±6.95a | 142.12±4.21b | 20.72±0.55b | 200.55±7.05a | |
| T3 | 145.67±8.90b | 20.07±1.31b | 216.07±12.60b | 156.67±2.43a | 25.54±0.65a | 198.58±5.08a | |
| T4 | 129.42±9.09c | 20.04±1.46b | 210.50±9.71b | 128.51±10.20c | 18.94±1.56c | 189.17±13.43a | |
| T5 | 107.56±5.70d | 17.18±0.54c | 177.75±3.87c | 111.37±7.80d | 14.54±0.93d | 149.81±7.93b | |
2.3.2 对马铃薯植株氮、磷、钾养分利用率的影响
由表8可知，2个试验点养分利用率在不同处理之间存在显著差异，呈先升后降的趋势。歇马试验点氮肥利用率在T2处理达到最大55.91%，与T3处理无显著差异，较T1处理显著高出44.33%。T2、T3、T4处理间植株磷、钾肥利用率均无显著差异，均在T2处理最大。尖山试验点植株氮、磷肥利用率均在T3处理达到最大，显著高于其他处理，较T1处理分别显著高出35.91%和212.09%。T3处理钾肥利用率最大，较T1处理显著高出54.00%，与T2、T4处理无显著差异。结果表明，歇马T2处理与尖山T3处理有利于马铃薯植株氮、磷、钾养分利用率提高。
表8 不同有机质施入量对马铃薯养分利用率的影响
Table 8
| 处理 Treatment | 歇马Xiema | 尖山Jianshan | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 氮肥利用率 N utilizing rate | 磷肥利用率 P utilizing rate | 钾肥利用率 K utilizing rate | 氮肥利用率 N utilizing rate | 磷肥利用率 P utilizing rate | 钾肥利用率 K utilizing rate | ||
| T1 | 37.58±1.27c | 18.77±1.24b | 46.02±1.69b | 36.42±1.03c | 10.42±1.25d | 33.70±2.56b | |
| T2 | 55.91±3.38a | 30.59±2.11a | 66.03±3.49a | 43.03±2.58b | 22.67±2.32b | 53.69±4.59a | |
| T3 | 52.57±1.94a | 27.38±1.26a | 62.74±4.77a | 49.50±1.74a | 32.52±1.42a | 52.90±3.34a | |
| T4 | 45.35±1.66b | 27.32±1.38a | 65.13±3.52a | 36.98±2.82c | 19.06±1.38c | 49.12±2.73a | |
| T5 | 35.63±1.61c | 21.49±1.33b | 49.30±2.49b | 29.37±2.97d | 10.07±1.34d | 33.31±2.65b | |
2.3.3 对肥料偏生产力的影响
由表9可知，2个试验点肥料偏生产力随着有机质施入量的增加均表现为先增加后减少的趋势。歇马试验点氮、磷、钾肥料偏生产均以T2处理最大，分别为193.63、387.26和145.22 kg/kg，较T1处理分别显著提高11.84%、12.13%和11.84%，并显著高于其他处理。尖山均以T3处理最大，分别为169.32、338.63和126.99 kg/kg，较T1处理分别显著提高8.23%、8.22%与8.22%。结果表明，歇马T2处理与尖山T3处理有利于肥料偏生产力提高。
表9 不同有机质施入量对肥料偏生产力的影响
Table 9
| 处理 Treatment | 歇马Xiema | 尖山Jianshan | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 氮肥偏生产力 N partial productivity | 磷肥偏生产力 P partial productivity | 钾肥偏生产力 K partial productivity | 氮肥偏生产力 N partial productivity | 磷肥偏生产力 P partial productivity | 钾肥偏生产力 K partial productivity | ||
| T1 | 173.13±3.98c | 346.26±7.97c | 129.85±2.99c | 156.45±7.19b | 312.90±14.39b | 117.34±5.40b | |
| T2 | 193.63±5.47a | 387.26±10.93a | 145.22±4.10a | 163.28±3.54ab | 326.56±7.09ab | 122.46±2.66ab | |
| T3 | 185.13±1.96b | 370.27±3.93b | 138.85±1.47b | 169.32±5.61a | 338.63±11.23a | 126.99±4.21a | |
| T4 | 181.74±3.98b | 363.47±7.97b | 136.30±2.99b | 136.33±1.38c | 272.67±2.76c | 102.25±1.04c | |
| T5 | 165.06±2.81c | 330.12±5.63c | 123.80±2.11c | 124.26±5.81d | 248.53±11.61d | 93.20±4.35d | |
2.3.4 对肥料贡献率的影响
由图2可知，2个试验点的肥料贡献率均随着有机质施入量的增加呈先升后降的趋势。歇马试验点在T2处理达到最大，为51.35%，较T1处理显著提高19.53%，与T3处理无显著差异，但显著高于其他处理。尖山试验点在T3处理达到最大，为49.03%，较T1处理显著提高61.82%，但与T1和T2处理差异不显著。结果表明，歇马T2处理与尖山T3处理有利于肥料贡献率提高。
图2
图2
不同有机质施入量对肥料贡献率的影响
Fig.2
Effects of different organic matter application rate on the fertilizer contribution rate
3 讨论
3.1 增施有机质对土壤肥力的影响
前人[23]研究表明，土壤有机质可以通过养分、水分供应和影响土壤其他物理性质3个方面影响产量。Johnston[23]研究发现，土壤有机质含量的降低会减少植物N、P、S等某些必需营养物质的交换，而土壤有机质含量的增加可以为植物生长提供N、P和S[24]。合理的化肥配施有机肥方式可以显著提高土壤有机质含量以及速效养分含量[25⇓-27]。同时，有机质含量高的土壤通常具有更好的土壤结构和保水性能，其土壤有充足的胶体表面，可能有更多的宏观团聚体，有助于保持水分[7]，这通常会导致作物在给定的氮输入水平下生长更快[28]。在质地较重的土壤上，土壤有机质将黏土和粉土颗粒黏合成带有孔隙的碎屑，这些孔隙不仅包含空气和水，而且允许根系迅速渗透。在质地较轻、黏土颗粒较少的土壤上，有机质可以作为沙粒之间的缓冲物，使它们在生长根系施加的力下更自由地相对移动[23]。在土壤微生物方面，微生物生物量会随有机质浓度的增加而增加[29]。陶磊等[30]发现，有机肥配施化肥可以增加土壤中的细菌与放线菌数量，抑制真菌的数量，并提高了土壤中的细菌/真菌值[31]，本研究结果与其相似。本研究中，土壤中的碱解氮、速效磷、有效钾和有机质含量随着有机质施入量的增加呈上升趋势，与前人[32]研究结果相似。但并未涉及土壤供水能力与土壤理化性质，仍有待进一步研究。歇马试验点的土壤养分含量高于尖山试验点，究其原因可能是2个试验点环境因素以及基础肥力相差较大引起的。
3.2 增施有机质对马铃薯养分吸收利用率的影响
养分利用率、肥料贡献率、肥料偏生产力等指标可以直观反映作物对养分的吸收情况和肥料的生产能力。梁玲玲等[14]研究表明，70%的专用肥配施生物有机肥能显著提高氮、磷、钾肥料利用率。高怡安等[35]研究表明，3000 kg/hm2普通有机肥替代10%化肥也能显著提高肥料利用率。程谦勋等[17]试验表明，适当施用有机肥可以提高肥料利用率、肥料偏生产力和肥料贡献率，而有机肥施用量过高或过低均会对这些指标造成影响。本试验中，马铃薯的氮、磷、钾养分利用率、肥料偏生产力和肥料贡献率均随着有机质施入量的增加先增后减，且在歇马试验点施入有机质975 kg/hm2、尖山试验点施入有机质1950 kg/hm2时对肥料的利用最佳。各指标均表现为歇马试验点高于尖山试验点，究其原因可能是因为歇马试验点的土壤基础肥力较高，而高肥力土壤其地力贡献率更高，两者呈正相关[36]。
3.3 增施有机质对马铃薯生长与产量的影响
合理施肥是马铃薯获得高产的关键因素，有机肥施用量的增加可以显著提高马铃薯的产量，但过高或者过低的比例均会造成减产[37]。张悦等[38]研究表明，施入生物有机肥后显著提高了马铃薯的单株结薯数和产量。徐茜等[39]研究表明，化肥减量的基础上补充适量生物炭有机肥可以增加马铃薯的产量与单株结薯数，但降低了单薯重。增施有机肥可以显著提高马铃薯植株淀粉积累期的生物量[12]和各器官在成熟期的干物质积累量[40-41]。但过高含量的有机质会导致小麦产量显著下降[42]。本研究中，随着有机质施入量的增加，马铃薯产量与干物质积累量均呈先增后减的变化趋势，这与前人[43]的研究结果相似。且鲜薯产量在歇马试验点有机质施入量975 kg/hm2、尖山试验点施入量1950 kg/hm2时最高。究其原因，过高含量有机质土壤的作物生产力的下降可能是由于关键营养物质的微生物固定化所致[43]。富含有机质的土壤中作物对养分和氧气的竞争加剧，从而会对地上生产力产生负面影响[44]。作物产量和基础地力大小表现为一定的正相关性[45]。歇马试验点产量高于尖山，可能是因为歇马土壤基础肥力高所致。歇马试验点有机质施入量小于尖山试验点，可能是由于作物生长在高基础地力的土壤中，更易于达到高产目标。而土壤地力较低时，对于施肥量的依赖性则较高[46]。
4 结论
适当增施有机质可以提供植物生长发育所需养分以保证作物产量，但施入过多或过少均不利于马铃薯的营养吸收与产量形成。土壤肥力较高时，马铃薯更有易于取得高产，施入有机质对肥料利用率、偏生产力与肥料贡献率的作用更突出。基础肥力较低土壤可适当多施有机质。
参考文献
The role of soil organic matter in maintaining soil quality in continuous cropping systems
The nature and properties of soils. Prentice Hall Upper Saddle River
Solutions for a cultivated planet
Farming for ecosystem services: An ecological approach to production agriculture
A balanced assessment of ecosystem services provided by agriculture requires a systems-level socioecological understanding of related management practices at local to landscape scales. The results from 25 years of observation and experimentation at the Kellogg Biological Station long-term ecological research site reveal services that could be provided by intensive row-crop ecosystems. In addition to high yields, farms could be readily managed to contribute clean water, biocontrol and other biodiversity benefits, climate stabilization, and long-term soil fertility, thereby helping meet society's need for agriculture that is economically and environmentally sustainable. Midwest farmers-especially those with large farms-appear willing to adopt practices that deliver these services in exchange for payments scaled to management complexity and farmstead benefit. Surveyed citizens appear willing to pay farmers for the delivery of specific services, such as cleaner lakes. A new farming for services paradigm in US agriculture seems feasible and could be environmentally significant.
Influence of integrated use of chemical, biological and organic fertilizers on nitrate, lead and cadmium concentration and physiological characteristics of different cultivars of potato
增施生物有机肥对食用木薯产量及品质的影响
DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2019.03.001
[本文引用: 1]
本研究采取随机区组试验,以不施生物有机肥为对照,设3个处理,研究不同生物有机肥施肥方式下食用木薯的生长情况、产量、品质的变化,探讨增施生物有机肥对食用木薯的产量及品质的影响,为食用木薯高产栽培技术研究和品质的改良提供理论依据。结果表明：增施生物有机肥可有效提高株高、茎粗、块根膨大期的SPAD值和块根形成期、块根膨大期的光合速率,并通过提高薯粗和薯数2个产量构成因子来增加块根的产量,对提高淀粉、蛋白质、干物质、可溶性糖的含量、支链淀粉/直链淀粉的比值、块根的综合品质也有促进作用,但对块根形成期的SPAD值、薯长、收获指数、粗纤维的影响较小;此外,相关性分析结果显示：在一定的范围内,生物有机肥施肥总量与产量及品质均呈正相关关系,且大部分相关系数均达到显著或极显著水平。综上所述,增施生物有机肥可提高食用木薯的光合作用,促进其生长,提高块根产量,有效改善了块根的品质,建议的施肥方式是在基肥和幼苗期各增施一次生物有机肥,施用量分别为3000、1500 kg/hm <sup>2</sup>。
有机肥替代化肥对马铃薯―小麦轮作体系产量及钾肥利用率的影响
DOI:10.3969/j.issn.2096-1197.2019.04.08
[本文引用: 2]
研究有机肥替代化肥对马铃薯-小麦轮作体系中作物产量、钾积累量以及钾肥利用率和后效的影响,旨在为有机肥替代化肥施肥模式下钾素管理提供理论依据。文章通过在阴山北麓地区开展不同水平有机肥替代化肥处理的田间试验,研究了马铃薯-小麦轮作体系中产量效应、钾肥吸收以及钾肥利用率对不同有机肥替代化肥处理的响应。结果显示：马铃薯块茎产量和小麦籽粒产量均随着有机肥替代量的增加呈现先增加后降低的趋势,以有机肥替代化肥处理2（T2）的产量最高,比纯化肥处理（T0）增产达到显著（P<0.05）;钾积累量规律相似,在马铃薯和小麦种植季有机肥替代化肥处理2（T2）钾积累量显著高于纯化肥处理（T0）和其他有机肥替代化肥处理（P<0.05）,说明适量的有机肥替代量具有增产和增加钾积累量的作用。马铃薯种植季钾肥利用率为7.2%~38.2%,钾肥偏生产力为28.7%~297.9%;小麦种植季钾肥利用率为26.2%~50.9%,钾肥偏生产力为4.0%~26.7%。在马铃薯-小麦轮作体系中,推荐有机肥钾替代化肥钾比例不超过60%,有机肥钾替代化肥钾比例在30%~60%时对马铃薯、小麦增产效果好。
Response of soil microbial communities to compost amendments
不同地力水平下的小麦施肥效应
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.21.007
[本文引用: 2]
【目的】整理2005—2013年在河南省布置的1 247个小麦的“3414”田间试验,分析不同地力水平下小麦施肥后的增产效果、经济效益及氮、磷、钾肥利用效率,明确不同地力水平下河南省小麦施肥效应,为科学施肥提供理论依据。【方法】选取不施肥处理（N<sub>0</sub>P<sub>0</sub>K<sub>0</sub>）、-N处理（N<sub>0</sub>P<sub>2</sub>K<sub>2</sub>）、-P处理（N<sub>2</sub>P<sub>0</sub>K<sub>2</sub>）、-K处理（N<sub>2</sub>P<sub>2</sub>K<sub>0</sub>）和NPK处理（N<sub>2</sub>P<sub>2</sub>K<sub>2</sub>）,根据不施肥处理的产量将土壤基础地力划分为-2</sup>、3.0—4.5 t·hm <sup>-2</sup>、4.5—6.0 t·hm <sup>-2</sup>、>6.0 t·hm <sup>-2</sup>4个等级,研究不同处理不同地力水平下小麦施用氮、磷、钾肥的增产量、增产率、产值、施肥成本、施肥利润和产投比,以及肥料的农学效率、偏生产力、肥料贡献率、地力贡献率。另外,分析不施肥处理及各缺素处理的产量与相应养分肥料贡献率的关系。 【结果】相比不施肥处理,施肥后小麦的产量显著提高,各施肥处理的增产量及增产率随地力水平的提高而下降。其中基础地力-2</sup>时氮磷钾配施及增施氮、磷、钾肥的增产率分别为126.07%、75.98%、24.93%、17.73%,基础地力>6.0 t·hm <sup>-2</sup>时仅为24.35%、15.39%、10.36%、8.70%。在施肥经济效益方面,各施肥处理的产值、施肥成本、施肥利润及产投比均随地力水平的提高而升高,其中小麦产值和施肥利润均以基础地力>6.0 t·hm <sup>-2</sup>时的氮磷钾配施处理最高,分别为19.64×10 <sup>3</sup>、18.24×10 <sup>3</sup> yuan/hm <sup>2</sup>,基础地力-2</sup>时的-N处理最低,分别为8.52×10 <sup>3</sup>、7.87×10 <sup>3</sup>yuan/hm <sup>2</sup>。在肥料利用率方面,农学效率和肥料贡献率总体随地力水平的提高而下降。地力贡献率平均为63.72%,随地力水平的提高而提高,各地力水平从-2</sup>到>6.0 t·hm <sup>-2</sup>的4个等级的地力贡献率平均分别为43.57%、57.80%、70.29%、80.34%。肥料贡献率随相应不施肥处理小麦产量的提高呈对数趋势下降,并且显著相关,说明提高基础地力可减少小麦的对化肥的依赖。 【结论】提高土壤基础地力能够促进小麦增产、增收,降低小麦产量对施用化肥的依赖;河南省小麦生产中应重视培肥土壤,并根据不同地力水平合理施肥以保证小麦高产稳产、提高施肥利润及肥料施用效率。
Soil organic matter,effects on soils and crops
Soil organic matter: its importance in sustainable agriculture and carbon dioxide fluxes
不同施肥处理对阴山北麓旱作区土壤肥力及马铃薯产量的影响
DOI:10.12190/j.issn.2096-1197.2021.02.06
[本文引用: 1]
【目的】 研究不同施肥处理对阴山北麓旱作区土壤肥力及马铃薯产量的影响,为阴山北麓旱作区土壤施肥模式的构建提供依据。【方法】 在内蒙古呼和浩特市武川旱作试验站,采用定位试验和室内分析相结合的方法,设置了NPK、有机肥、NPK+有机肥和不施肥（CK）处理,分析不同施肥处理下0~40 cm土层土壤物理性状,土壤有机质、全氮、速效养分含量及马铃薯产量和肥料贡献率。【结果】 不同施肥处理均能有效地降低土壤容重、增加土壤总孔隙度,其中,有机肥、NPK+有机肥处理对土壤物理性状的改良效果较为显著（P<0.05）,土壤容重较CK分别降低了13.25%、10.60%,土壤总孔隙度较CK分别增加了17.55%、15.77%。不同施肥处理对不同土层土壤养分含量的影响各不相同,单施有机肥能显著提高0~10 cm土层土壤有机质和全氮含量（P<0.05）,分别较CK提高了42.96%、38.68%;NPK+有机肥处理能显著提高0~10、10~20 cm土层土壤有机质和全氮含量,分别较CK提高了70.70%~78.33%和73.53%~82.08%;有机肥、NPK+有机肥处理对土壤速效养分含量影响差异显著（P<0.05）,与CK相比,0~10、10~20 、20~40 cm土层土壤碱解氮含量提高了45.90%~157.84%、有效磷含量提高了4.80~7.67 mg/kg、速效钾含量提高了59.66~179.66 mg/kg。NPK、有机肥、NPK+有机肥3种施肥处理能显著提高马铃薯产量及商品薯率,NPK+有机肥处理表现最佳,马铃薯产量和商品薯率较CK分别提高了171.64%和50.87个百分点,且肥料贡献率高达63.18%。【结论】 在阴山北麓旱作区应该更加注重有机无机肥配合施用,并大力推广有机肥,以实现土壤肥力稳步提升。
Soil carbon sequestration to mitigate climate change: a critical re-examination to identify the true and the false
Global meta-analysis of the relationship between soil organic matter and crop yields
DOI:10.5194/soil-5-15-2019
[本文引用: 1]
Resilient, productive soils are necessary to sustainably intensify agriculture to increase yields while minimizing environmental harm. To conserve and regenerate productive soils, the need to maintain and build soil organic matter (SOM) has received considerable attention. Although SOM is considered key to soil health, its relationship with yield is contested because of local-scale differences in soils, climate, and farming systems. There is a need to quantify this relationship to set a general framework for how soil management could potentially contribute to the goals of sustainable intensification. We developed a quantitative model exploring how SOM relates to crop yield potential of maize and wheat in light of co-varying factors of management, soil type, and climate. We found that yields of these two crops are on average greater with higher concentrations of SOC (soil organic carbon). However, yield increases level off at similar to 2 % SOC. Nevertheless, approximately two-thirds of the world's cultivated maize and wheat lands currently have SOC contents of less than 2 %. Using this regression relationship developed from published empirical data, we then estimated how an increase in SOC concentrations up to regionally specific targets could potentially help reduce reliance on nitrogen (N) fertilizer and help close global yield gaps. Potential N fertilizer reductions associated with increasing SOC amount to 7 % and 5 % of global N fertilizer inputs across maize and wheat fields, respectively. Potential yield increases of 10 +/- 11 % (mean +/- SD) for maize and 23 +/- 37 % for wheat amount to 32 % of the projected yield gap for maize and 60 % of that for wheat. Our analysis provides a global-level prediction for relating SOC to crop yields. Further work employing similar approaches to regional and local data, coupled with experimental work to disentangle causative effects of SOC on yield and vice versa, is needed to provide practical prescriptions to incentivize soil management for sustainable intensification.
土壤熏蒸-微生物有机肥联用对连作马铃薯生长和土壤生化性质的影响
DOI:10.11686/cyxb20150313
[本文引用: 1]
甘肃省中部沿黄灌区是全国重要的加工型马铃薯生产基地，但因集约化种植带来的连作障碍问题已严重影响到产业的健康发展，因而寻求能够缓解或克服马铃薯连作障碍的有效措施。本研究评估了土壤熏蒸和微生物有机肥联用的方法对马铃薯连作障碍的防控效果，特别是对植株生长发育、土传病害抑制以及微生物区系和酶活性等土壤生化性质的影响。田间试验共设置5个处理:对照(CK)、氨水熏蒸(SFA)、石灰+碳铵熏蒸(SFB)、氨水熏蒸与微生物有机肥联用(SFA+BOF)、石灰+碳铵熏蒸与微生物有机肥联用(SFB+BOF)。结果表明，SFA+BOF和SFB+BOF处理较CK均显著增加连作马铃薯的块茎产量，增幅分别达到13.62%和20.36%，也显著降低植株的发病率(54.92%和72.82%)和收获后的病薯率(66.15%和64.76%)，并且提高叶绿素含量和改善根系形态结构。SFA+BOF和SFB+BOF处理显著影响土壤可培养微生物的数量，表现为增加马铃薯生育后期土壤细菌和放线菌的数量，降低真菌的数量，在土壤中维持一个更高的细菌/真菌。与CK、SFA和SFB处理相比，SFA+BOF和SFB+BOF处理大幅度降低了连作马铃薯生育期内主要土传致病菌——镰刀菌的数量，使植株发病率降低且块茎产量显著增加。SFA+BOF和SFB+BOF处理对连作土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和过氧化氢酶的活性无显著影响，但显著提高磷酸酶的活性。因此，土壤熏蒸和微生物有机肥联用的方法在克服甘肃省中部沿黄灌区的马铃薯连作障碍上具有较大的应用潜力，且石灰+碳铵熏蒸与微生物有机肥联用的效果优于氨水熏蒸与微生物有机肥联用。
华北潮土区不同肥力水平土壤基础地力研究
DOI:10.11924/j.issn.1000-6850.casb16010090
[本文引用: 1]
农田基础地力提升对于减施肥料和作物稳产高产有着重大现实意义。为了研究华北潮土区土壤基础地力情况，在河南省典型潮土区原阳县、周口市、夏邑县等不同肥力水平的土壤上，通过2年大田试验及统计分析方法，观测和分析小麦-玉米轮作体系下土壤基础地力变化。结果表明：2012年和2013年小麦季的基础地力贡献率分别为78.1%和76.7%，略高于玉米季的71.9%和74.4%；2012年和2013年两季作物的平均基础地力贡献率分别为74.5%和75.1%，低肥力和高肥力水平土壤的地力贡献率没有显著差异。因此，华北潮土区小麦玉米轮作下土壤基础地力贡献率在75%左右。
有机肥与无机肥配施对马铃薯生长发育及产质量的影响
为提高马铃薯产量，改善马铃薯品质，减少长期施用无机肥的负面作用，采用田间试验，以不施有机肥处理为对照（CK），研究有机肥与无机肥配施［有机氮∶无机氮=2∶8（T1）、有机氮∶无机氮=3∶7（T2）、有机氮∶无机氮=4∶6（T3）］对乌兰察布市马铃薯生长发育和产质量的影响。结果表明，有机肥与无机肥配施提高了马铃薯各农艺性状指标、叶绿素含量、根干质量、产量及品质。其中，T1处理的各农艺性状指标均显著高于CK和T3处理（除主茎数外），与T2处理差异不显著；T2处理的根干质量在各时期均最高；马铃薯产量以T2处理最高，为31 572 kg/hm<sup>2</sup>，比CK提高了22.08%；淀粉含量以T3处理最高，可溶性蛋白和维生素C含量均以T2处理最高，还原糖含量则以T1处理最高。综上所述，在乌兰察布市马铃薯种植过程中有机氮替代无机氮比例以20%～30%较适宜。
Stakeholder perception of wheat production constraints, capacity building needs, and research partnerships in developing countries
Direct evidence using a controlled greenhouse study for threshold effects of soil organic matter on crop growth
Reservations regarding the soil quality concept
