炭基肥对马铃薯干物质积累分配和产量的影响

任少勇，王姣，黄美华，肖强，魏翠果，宋树慧，蒙美莲*，陈有君

（1.内蒙古农业大学农学院，内蒙古呼和浩特010019；2.内蒙古农业大学生命科学院，内蒙古呼和浩特010018）

土壤肥料

炭基肥对马铃薯干物质积累分配和产量的影响

任少勇1，王姣1，黄美华1，肖强1，魏翠果1，宋树慧1，蒙美莲1*，陈有君2*

（1.内蒙古农业大学农学院，内蒙古呼和浩特010019；2.内蒙古农业大学生命科学院，内蒙古呼和浩特010018）

利用生物炭与化肥混合加工制成的炭基肥具有改良土壤、保水保肥、延长肥效的作用。为了给内蒙古阴山北麓地区马铃薯生产中合理施用炭基肥提供一定的依据，试验研究了0，300，600，900和1 200 kg/hm2炭基肥及等量氮磷钾化肥对马铃薯干物质积累和分配及产量的影响。结果表明：在出苗后15～75 d里，随着炭基肥施肥量的增加，马铃薯干物质积累量和产量逐渐增加。炭基肥施用量300，600，900和1 200 kg/hm2的茎叶干物质积累量的平均值与不施肥对照相比分别提高了21.46%、33.89%、52.11%、60.23%，块茎干物质积累量的平均值分别提高了2.80%、21.58%、36.26%、46.44%，且900和1 200 kg/hm2的炭基肥施肥量下，茎叶和块茎干物质积累量的平均值与对照差异达到显著或极显著水平；产量分别较对照增产26.01%、34.77%、43.39%和49.71%，差异达到显著或极显著水平。900和1 200 kg/hm2的炭基肥施肥量下，马铃薯单株结薯数、大薯率、公顷干物质积累量和干物质积累速率均高于对照。等量氮磷钾条件下，施炭基肥的马铃薯单株结薯数、大薯率、产量、公顷干物质积累量和积累速率均高于化肥。

炭基肥；马铃薯；干物质；产量

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是我国的第四大粮食作物，种植面积和鲜薯产量均居世界首位[1]，年均种植面积553万hm2以上，年均总产量8 000万t以上。内蒙古是我国马铃薯的最大产区之一，马铃薯种植面积和总产量排在全国前三位，均占全国的10%以上[2]。阴山北麓是内蒙古马铃薯主要生产地区，但是由于该地土壤瘠薄，土质较差，保水保肥性差，水肥利用率低，成为马铃薯产量和品质提高的重要限制因子。

炭基肥是利用生物炭与化肥进行混合加工制成的复合肥料，具有改良土壤、增加地温、保水、保肥和延长肥效的功能。其主要成分是生物质炭。生物炭（国内有的译为生物质炭[3,4]或生物焦[5]）是生物质有机碳，如作物秸秆、木屑、动物粪便等，在无氧或低氧状态及高温裂解下分离可燃气体后剩余炭化的副产品，是一类富碳贫氮的生物质燃烧产物，具有高度的芳香环分子结构和多孔特性[6]。由于生物质炭比一般的有机物质具有更高的稳定性，施用生物质炭是培育高碳土壤和把碳封存在土壤中的重要途径[7-9]。生物炭能延缓肥料在土壤中的养分释放，提高土壤有机碳含量，改善土壤保水保肥性能，减少养分损失，是肥料的增效载体[10]，具有良好的土壤改良作用。它的半衰期很长，在土壤中埋藏的生物质碳往往能存在成百上千年[11]。

国外在生物炭的性质和特征及其对土壤物理、化学性质、微生物的作用，作物肥效及土壤固碳等方面展开了较广泛的研究工作，并取得许多进展[11]。我国一些学者在生物炭的理化特性和环境功能等方面进行了一些研究，并就生物质炭在玉米[12]、小麦[13]、高粱[14]、甘薯[15]、牧草[16]等作物上的应用效果进行了相关研究，但多集中在产量和品质上，有关生物质炭对马铃薯干物质积累及其与产量关系的研究目前还鲜见报道。马铃薯光合同化产物是马铃薯块茎产量形成的物质基础，研究不同施肥条件下马铃薯干物质积累规律及其与产量形成的关系，对指导马铃薯优质、高效生产具有重要意义。本试验通过比较研究炭基肥和等量氮磷钾的化肥对马铃薯干物质积累和分配及产量的影响，以期为内蒙古阴山北麓地区马铃薯生产中合理施用炭基肥提供一定的依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试马铃薯为‘克新1号’品种的脱毒原种，试验肥料为尿素（含氮46.3%），过磷酸钙（含P2O516%），硫酸钾（含K2O 52%），辽宁金和福农业开发有限公司生产的炭基马铃薯专用肥（10-8-18）。

1.2 试验地概况

试验于2012年5～9月在内蒙古武川县大豆铺村试验基地进行。该地海拔1 555 m，年均气温2.6℃，年均日照时数2 787.9 h，无霜期110 d左右，年均降水量352.1 mm左右，年蒸发量2 068.0 mm，属中温带大陆性季风气候，试验地土壤为栗钙土，0～20 cm耕层有机质含量10.06 g/kg，碱解氮含量45.88 mg/kg，有效磷含量10.21 mg/kg，速效钾含量104.59 mg/kg，pH值8.23。

1.3 试验设计与方法

试验设炭基肥施肥量0，300，600，900，1200 kg/hm2，与炭基肥等量纯氮，P2O5，K2O的化肥，共9个处理，分别用CK，M1，M2，M3，M4，H1，H2，H3，H4表示，各处理施肥量见表1。采用随机区组设计，4次重复，小区面积为5.0 m×6.0 m=30 m2，行距60 cm，株距31.3 cm，10行区。播种密度为52 500株/hm2。各处理肥料在播种时作为基肥一次性全部施入。5月19日人工播种，采用滴灌方式进行灌溉，其他管理同一般生产田。

1.4 取样及测定方法

出苗后15 d开始取样，每隔15 d取一次样，每次将取样株带回室内洗净晾干，分器官称量鲜重，并取各器官鲜样100 g，105℃杀青后，于75℃下烘干至恒重，称量干重。

表1 各处理田间施肥量（kg/hm2）Table 1 Fertilization rate of various treatments（kg/ha）

1.5 数据处理

所有数据均采用Excel 2003和SAS9.1软件进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 炭基肥对马铃薯干物质积累量的影响

2.1.1 炭基肥对马铃薯茎叶和块茎干物质积累量的影响

由表2可知，整个生育期内，各处理的马铃薯单株茎叶干物质积累量随着生育的推进，均呈先升高后降低的趋势，最大值均出现在出苗后60 d。处理间比较，出苗后15～30 d内，各化肥处理基本上是随施肥量的增加，单株茎叶干重呈单峰曲线变化，以H3处理的茎叶干物质积累量最大，炭基肥各处理则是随施肥量的增加，茎叶干物质积累量呈降低的变化趋势。等量氮磷钾条件下，炭基肥各处理的茎叶干物质积累量低于化肥处理。出苗30 d之后，马铃薯茎叶干物质积累量无论是炭基肥还是化肥，均是随施肥量的增加呈增加的变化趋势，且在等量氮磷钾条件下，炭基肥各处理的茎叶干物质积累量均高于化肥。表2还可以看出，各处理马铃薯块茎干物质积累量随生育的推进均呈不断增加的变化趋势，收获时达到最大。出苗30 d时各施肥处理的块茎干物质积累量均小于CK，且在等量氮磷钾条件下，炭基肥各处理的块茎干物质积累量平均值小于化肥；出苗45～60 d，各施肥处理的块茎干物质积累量均超过CK，但等量氮磷钾条件下，仍然是炭基肥处理小于化肥处理。说明炭基肥延迟了马铃薯块茎的形成。对整个生育期马铃薯茎叶和块茎干物质积累量的平均值进行方差分析，结果表明：茎叶干物质积累量以M4处理最大，为19.34 g/株，与对照相比达到了极显著差异水平，其次为M3处理，与对照相比达到了显著差异水平。H4和M4处理块茎干物质积累量最大，分别为59.62 g/株和59.57 g/株，与对照相比均达到了显著差异水平。等量氮磷钾条件下，马铃薯茎叶和块茎平均干物质积累量除M1块茎略低于H1外，均表现为炭基肥大于化肥。表明炭基肥有利于全生育期马铃薯茎叶和块茎平均干物质积累量的增加。

2.1.2 炭基肥对马铃薯公顷干物质积累量的影响

由表3可知，随着生育的推进，各处理马铃薯公顷干物质积累量均呈“S”型曲线变化。出苗后一个月内马铃薯公顷干物质积累量增长缓慢，之后迅速增长，并在出苗后75 d达到最大值。此时，各施肥处理的马铃薯公顷干物质积累量均大于对照，且随着施肥量的增加而增加，以M4处理的公顷干物质积累量最大，为8 578 kg/hm2，其次是M3处理，为8 321 kg/hm2。等量氮磷钾条件下，出苗后15～45 d，炭基肥处理的马铃薯公顷干物质积累量低于化肥处理，45 d以后高于化肥处理。对马铃薯公顷干物质积累量的平均值进行方差分析，结果表明：马铃薯公顷干物质积累量的平均值以M4处理最大，达到了3 464 kg/hm2，其次是H4处理，为3 360 kg/hm2，各施肥处理与对照相比，提高了6.56%～47.93%。其中M4和H4对与照相比达到了显著差异水平，其它处理与对照均未达到显著水平。

2.1.3 炭基肥对马铃薯干物质积累速率的影响

由表4可知，在整个生育期内，各处理马铃薯干物质积累速率均呈“慢-快-慢”的变化趋势，即在出苗后15 d内干物质积累速率较慢，以后迅速增加，化肥各处理在出苗后45～60 d达到最大值，炭基肥处理除M4外在出苗后60～75 d达到最大值。随着施肥量的增加，各处理马铃薯干物质平均积累速率逐渐增加。对马铃薯干物质积累速率的平均值进行方差分析，结果表明：马铃薯干物质积累速率的平均值以M4处理最大，达到了114.38 kg/hm2·d，其次是M3处理，为110.95 kg/hm2·d，与对照相比M4和M3处理均达到显著差异水平。各处理与对照相比，干物质积累速率提高了6.62%～89.25%。表明施用炭基肥有利于马铃薯干物质积累速率的提高。

表2 炭基肥对马铃薯茎叶和块茎干物质积累量的影响（g/株）Table 2 Effects of carbon based fertilizer on dry matter accumulation of stems and leaves,and tubers of potao(g/plant)

表3 炭基肥对马铃薯公顷干物质积累量的影响（kg/hm2）Table 3 Effects of carbon based fertilizer on dry matter accumulation of potato(kg/ha)

表4 不同施肥量下马铃薯干物质积累速率的变化（kg/hm2·d）Table 4 Effects of carbon based fertilizer on rate of dry matter accumulation of potato(kg/ha·d)

2.1.4 炭基肥对马铃薯茎叶和块茎中干物质分配率的影响

由表5可知，在整个生育期内，各处理马铃薯茎叶干物质分配率均呈递减趋势，由出苗15 d时的100%降到出苗75 d时的9.43%～16.97%。块茎中干物质分配率随生育的推进均呈逐渐增加的变化趋势，由出苗30 d时的8.38%～32.43%增加到出苗75 d时的83.03%～90.57%。在等量氮磷钾条件下，炭基肥处理茎叶干物质分配率明显高于化肥和对照，块茎干物质分配率却明显低于化肥和对照。

对马铃薯茎叶干物质分配率的平均值进行方差分析，结果表明：随着施肥量的增加，施化肥的马铃薯茎叶干物质分配率逐渐降低，施炭基肥的茎叶干物质分配率逐渐升高。其中M4处理最高，为57.98%，与对照相比差异达到了极显著水平，其次为M3，与对照也达到了极显著差异水平。在等量氮磷钾条件下，施炭基肥的茎叶干物质分配率显著高于化肥。

表5 炭基肥对马铃薯干物质在茎叶和块茎中分配率的影响（%）Table 5 Effects of carbon based fertilizer on rate of dry matte distribution in stems and leaves,and tubers of potato

对马铃薯块茎干物质分配率的平均值进行方差分析，结果表明：随着施化肥量的增加，块茎干物质分配率逐渐升高，随炭基肥施肥量的增加，块茎干物质分配率逐渐降低，且与对照之间达到了显著或极显著差异。等量氮磷钾条件下，施炭基肥的块茎干物质分配率低于化肥处理。表明炭基肥可以延缓马铃薯地上部茎叶的衰老，可为马铃薯后期生育提供更多的光合产物，从而提高块茎产量。

2.2 炭基肥对马铃薯产量及其构成因素的影响

由表6可看出，随着施肥量的增加马铃薯单株结薯数和平均薯块重呈递增趋势，各处理的马铃薯单株结薯数均大于对照。等量氮磷钾条件下，炭基肥的马铃薯单株结薯数和平均薯块重高于化肥，其中M4的最多，分别达到4.35个/株和130.09 g/块，显著高于CK和H1。马铃薯大薯重率虽也表现出随施肥量的增加而增加，炭基肥大于等量氮磷钾化肥，但与对照差异均不显著。马铃薯产量随施肥量的增加而增加。等量氮磷钾条件下，施用炭基肥的马铃薯产量高于施用化肥的产量。各处理的产量高低顺序表现为M4＞M3＞M2＞H4＞M1＞H3＞H2＞H1＞CK，施肥处理较对照的增产幅度为13.63%～49.71%。除H1和H2以外各处理与对照差异均达到了显著或极显著水平。其中，M4处理产量最高，达到了29 719.37 kg/hm2，极显著高于CK、H1和H2，显著高于H3和M1。其次是M3处理，产量为28 464.25 kg/hm2，极显著高于CK和H1，显著高于M1、H2和H3。

2.3 马铃薯茎叶和块茎干物质积累量与产量的相关分析

对马铃薯出苗后15～75 d的5次样品的平均值做相关分析（表7），结果表明：茎叶干物质积累量与产量之间存在极显著正相关，相关系数为0.975；块茎干物质积累量与产量之间存在显著正相关，相关系数为0.768，茎叶和块茎之间干物质积累量存在极显著正相关，相关系数为0.806。由此说明，要想获得块茎的高额产量，必须促进茎叶的生长，增加茎叶的光合产物积累量。

表6 炭基肥对马铃薯产量及其构成因素的影响Table 6 Effects of carbon based fertilizer on yield and yield components of potato

表7 马铃薯茎叶和块茎干物质积累量与产量的相关分析Table 7 Correlation of dry matter accumulation in stems and leaves,and tubers with yield of of potato

3 讨论

在马铃薯出苗后的75 d内，随着炭基肥施用量的增加，马铃薯单株茎叶和块茎干物质积累量、公顷干物质积累量和干物质积累速率均呈递增趋势。茎叶干物质积累量的平均值与对照相比提高了21.46%～60.23%，块茎干物质积累量的平均值较对照提高了2.80%～46.44%，公顷干物质积累量的平均值提高了10.75%～46.30%，干物质积累速率的平均值提高了24.06%～89.25%。等量氮磷钾施肥条件下，炭基肥的马铃薯单株茎叶和块茎干物质积累量、公顷干物质积累量和干物质积累速率的平均值均高于化肥。随炭基肥施用量的增加，马铃薯茎叶干物质分配率逐渐增加，块茎干物质分配率逐渐降低。等量氮磷钾下，炭基肥处理的茎叶干物质分配率大于化肥，块茎干物质分配率小于化肥。说明炭基肥具有缓释效应，可以促进马铃薯地上部茎叶的生长，延缓茎叶的衰老。现在我国就炭基肥对各种作物干物质的积累和分配鲜见报道，但本文的结论与杨瑞平等[17]的氮磷钾配施对马铃薯干物质积累及产量的影响研究结果相似。

随着炭基肥施肥量增加，马铃薯单株结薯数、大薯率、产量呈递增趋势。M4、M3、M2较对照分别增产49.71%、43.39%和34.77%，差异达到极显著水平。M1较对照增产26.01%，差异也达到了显著水平。这与高海英等[13]在生物炭及炭基硝酸铵肥料对土壤化学性质及作物产量的影响和Zwieten等[18]在生物炭对豇豆、玉米、水稻等作物产量的影响研究结果相似。

马铃薯茎叶干物质积累量与块茎干物质积累量和产量之间均存在极显著正相关，相关系数分别为0.806和0.975，块茎干物质积累量与产量之间存在显著的正相关关系，相关系数为0.768。在本试验条件下，炭基肥施用量为1 200 kg/hm2的干物质积累和产量最好。

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Effects of Carbon Based Fertilizer on Dry Matter Accumulation and Distribution,and Potato Yield

REN Shaoyong1,WANG Jiao1,HUANG Meihua1,XIAO Qiang1,WEI Cuiguo1,SONG Shuhui1,MENG Meilian1＊,CHEN Youjun2＊

(1.College of Agronomy,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot,Inner Mongolia 010019,China;2.College of Life Science, Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot,Inner Mongolia 010018,China)

Carbon based fertilizer is a mixture of biochar and chemical fertilizer,and may ameliorate soil structure,and preserve soil water and fertilizer.In order to lay a solid theoretical foundation for reasonable application of the carbon based fertilizer in the production of potato in Wuchuan area of Inner Mongolia,a random complete block design was adopted to study the effects of the carbon based fertilizer on dry matter accumulation and distribution,and yield by applying 0,300,600,900 and 1200 kg/ha of this fertilizer and the same amount of N,P,and K fertilizer.In the period of 15-75 d after emergence,dry matter accumulation and yield of potato were increased with increase in application rate of carbon based fertilizer.When carbon based fertilizerwas applied at the rate of 300,600,900 and 1200 kg/ha,the average accumulation of stems and leaves was increased by 21.46%,33.89%,52.11%and 60.23%,respectively,compared with the control.For tubers,the average accumulation was increased by 2.80%,21.58%,36.26%and 46.44%,respectively.For the treatments of 900 and 1200 kg/ha,the difference was significant or highly significant in average accumulation for stems and leaves,and tubers yield of potato when applied with the carbon based fertilizer was increased by 26.01%,34.77%,43.39%and 49.71%compared with the control,and the difference was significantorhighly significant.Thenumberoftuberperplant,the rate ofbig tubers,dry matteraccumulation perhectare anddry matter accumulation rate of the treatment of 900 and 1200 kg/ha carbon based fertilizer were much higher than the control. The results also indicated that the number of tuber per plant,the rate of big tubers,tuber yield,dry matter accumulation per hectare and dry matteraccumulation rate ofthe treatments with carbon based fertilizerwere higherthan chemicalfertilizerof the same amountofN,P,and K.

carbon based fertilizer;potato;dry matter;yield

S532

B

1672－3635（2013）04-0215-07

2013-06-15

国家现代农业产业技术体系建设专项资金资助（CARS-10-P17）。

任少勇（1988-），男，硕士研究生，主要从事马铃薯栽培生理研究。

蒙美莲，教授，主要从事马铃薯栽培生理方向研究，E-mail：mmeilian@126.com；陈有君，教授，主要从事植物生理研究，E-mail：cyoujun@sina.com。