生物菌肥对有机种植马铃薯生长和产量的影响

陈丽丽，祁香雪，宫晓晨，李鹏飞，胡跃高*

（1.中国农业大学农学院，北京 100193；2.野菜夫人农场，河北 张家口 076481）

有机种植要求在生产过程中禁止使用任何人工合成的化学肥料、除草剂、杀虫杀菌剂及植物生长调节剂类物质，是一种可持续的农业耕作方式。因其生产过程生态环境友好、其产出品收益高[1]、品质佳、安全性好[2]，近年来备受社会各界人士青睐。有机种植过程对生产投入品使用限制苛刻、对生产技术要求高且执行严，造成大多数作物有机生产中存在产量低的突出问题[3]。

马铃薯营养丰富，适应性强，栽培面积广，被认为是继小麦、水稻、玉米之后的第四大粮食作物，在保障全球粮食安全中扮演重要角色。2015年，农业部正式提出“马铃薯主粮化战略”，有力推动了中国马铃薯产业发展[4]。与此同时，马铃薯有机生产亦获得一定程度发展。但是在马铃薯有机种植中也存在产量低的问题[5]。研究表明，在常规生产下生物菌肥及其有益菌的代谢产物能有效促进马铃薯的生长、提高其产量[6]。刘峰等[7]研究表明，生物酵素菌肥能明显改善薯块品质，但对马铃薯增产效果不显著。为了探索生物菌肥在有机种植马铃薯上的应用效果，本研究基于10年以上有机种植体系，探究了施用2种生物菌肥对马铃薯生长、产量及产量构成因素的影响，以期为生物菌肥应用于有机马铃薯种植提供数据支撑和理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试马铃薯品种：‘青薯9号’（高产、晚熟、抗晚疫病）。种薯级别为原种。

供试菌肥：北京神州六合生物菌肥，山西地力旺EM菌肥。

1.2 试验地概况

试验地位于河北省张家口市张北县二台镇野菜夫人生态农场，位于 N 41°21′～41°32′，E 114°45′～115°，海拔1 300～2 128 m。该地处于河北省西北部，内蒙古高原南部的坝上地区，为中温带大陆性季风气候。年降雨300 mm左右，全年无霜期90～110 d，年均气温3.7℃，年均日照时数3 000 h，常年平均风速为6 m/s。种植制度为一年一熟，马铃薯是主要作物之一。

1.3 试验设计

试验于2017年5月1日播种，10月3日收获，栽培管理遵循有机生产原则，即不施用农药、化肥、人工合成的植物生长调节剂等化学物质。采用大垄双行，垄宽120 cm，垄沟宽40 cm，上垄面宽60 cm，下垄面宽80 cm，株行距为40 cm×25 cm，种植密度52 500株/hm2，播种时按80 t/hm2有机肥（腐熟好的羊粪）作为底肥一次性施入，试验地pH 7.34，全氮0.98 g/kg，有机质15.06 g/kg，有效磷42.96 mg/kg，速效钾232.56 mg/kg。

试验处理为：CK（仅施腐熟有机肥），LH（有机肥+六合生物菌肥），DLW（有机肥+地力旺生物菌肥），2种生物菌肥均按照750 kg/hm2与有机肥混施，2种菌肥处理与对照小区均按照有机生产方式进行管理。小区面积33 m2（6.6 m×5 m），每小区6垄，3次重复，完全随机排列。

1.4 指标测定及方法

生长指标：每小区随机选取4株，分别于苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期、成熟期用卷尺、游标卡尺测定马铃薯的株高、茎粗（株高量取从植株基部至顶端位置；茎粗量取基部第3节间的直径）；用SPAD-502叶绿素仪测定其功能叶（取从上往下数第三、四片完全展开叶片）SPAD值。

产量指标：收获时，每小区选10 m2样方测产，取10株测产量构成，对各块茎分别称重，按0～30，30～75，75～100，100～150 和＞150 g，对块茎分级，并计算各级别薯块所占比例。单薯鲜重≥75 g为商品薯。

1.5 数据统计与分析

试验数据用IBM SPSS Statistics 23.0统计软件进行方差分析（Tukey's-b， P＜0.05），用SigmaPlot 12.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同生物菌肥处理对有机种植马铃薯生长的影响

由图1可知，各处理马铃薯株高随生育期推进而增高，成熟期前达到最高值。各取样时期，不同生物菌肥处理株高与CK差异不显著（P＞0.05）。

图1 不同生物菌肥处理对有机种植马铃薯株高的影响Figure 1 Effects of different biofertilizers on potato plant height under organic cultivation system

图2 不同生物菌肥处理对有机种植马铃薯茎粗的影响Figure 2 Effects of different biofertilizers on potato plant stem diameter under organic cultivation system

由图2可知，各处理茎粗在淀粉积累期达到最大，成熟期略有下降。幼苗期即出苗后30 d（幼苗期），各处理茎粗差异不显著（P＞0.05）；块茎形成期以后，施用生物菌肥处理茎粗（块茎膨大期除外）均显著高于CK（P＜0.05）；各取样时期，2种生物菌肥处理间茎粗差异均不显著（P＞0.05）。

由图3可知，幼苗期各处理叶片SPAD值差异不显著（P＞0.05）；块茎形成期以后，施用生物菌肥处理的SPAD值显著高于CK（P＜0.05）；各取样时期，2种生物菌肥处理间SPAD值差异均不显著（P＞0.05）。因地温逐渐升高，微生物活动增强，生物菌肥发挥一定作用，菌肥处理的植株叶片相对叶绿素含量高，光合作用强，叶片制造的碳水化合物多，使得运输流-茎粗增加。不同生物菌肥处理下SPAD值表现出先升高后保持不变，再降低的趋势。这可能是因出苗后植株生长慢，叶片小且厚，细胞液浓度大，随着植株生长加快，叶片增大，细胞液浓度变小，成熟期时随着植株地上部衰老，SPAD值明显降低。成熟期时，生物菌肥处理的叶片SPAD值下降幅度远低于CK处理。生物菌肥处理可能通过固氮作用提高马铃薯植株对氮素的吸收而促进植株生长及提高叶片SPAD值。到成熟期，叶片衰老，叶绿素开始分解，对照的SPAD值大幅下降，此时2种生物菌肥处理的叶片SPAD值下降率较对照低约30%。

图3 不同生物菌肥处理对有机种植马铃薯SPAD值的影响Figure 3 Effects of different biofertilizers on potato plant SPAD value under organic cultivation system

2.2 不同生物菌肥处理对有机种植马铃薯产量、产量构成及薯块分级的影响

由表1可以知道，生物菌肥处理对有机种植马铃薯产量影响显著。在小区产量和总产量上，2种菌肥处理均显著高于CK（P＜0.05），2种菌肥间差异不显著（P＞0.05）。在商品薯率上，2种生物菌肥处理则显著低于CK（P＜0.05）；DLW菌肥处理的商品薯率显著高于LH菌肥处理（P＜0.05）。各处理商品薯产量无显著差异（P＞0.05）。有机种植下，生物菌肥显著提高马铃薯的产量（P＜0.05），但降低了商品薯率，对商品薯产量无显著影响（P＞0.05）。

表1 不同生物菌肥处理对有机种植马铃薯产量的影响Table 1 Effects of different biofertilizers on potato yield under organic cultivation system

由表2可知，生物菌肥处理对有机种植马铃薯植株的产量构成因素有显著影响。在单株结薯数上，DLW菌肥处理显著高于LH菌肥处理和CK（P＜0.05）；LH菌肥处理与CK差异不显著（P＞0.05）。CK的平均单薯重显著高于2种菌肥处理（P＜0.05）；LH菌肥处理的平均单薯重显著高于DLW菌肥处理（P＜0.05）。2种菌肥处理在单株结薯重上差异不显著（P＞0.05），均显著高于CK（P＜0.05），表明生物菌肥处理能有效提高有机种植马铃薯结薯数和单株结薯重，降低平均单薯重。

由图4可知，不同生物菌肥处理对有机种植马铃薯薯块分级有影响。与对照相比，2种生物菌肥处理均明显降低了商品薯中大于150 g以上薯块的比例，增加了30 g以下薯块的比例。就2种生物菌肥处理而言，除100～150 g薯块LH菌肥处理较DLW菌肥处理高6.76个百分点，75～100 g薯块前者较后者低10.40个百分点外，其他级别的薯块比例基本相同。

表2 不同生物菌肥处理对有机种植马铃薯产量构成因素的影响Table 2 Effects of different biofertilizers on potato tuber yield components under organic cultivation system

图4 不同生物菌肥处理对有机种植马铃薯薯块分级的影响Figure 4 Effects of different biofertilizers on potato tuber classification under organic cultivation system

生物菌肥处理通过提高有机种植马铃薯的单株结薯数、单株薯重实现增产。微生物活动或其分泌物刺激可能会造成匍匐茎数目增加，同时影响地下薯块的生长发育造成2种生物菌肥处理下，有机种植马铃薯块茎产量、单株产量和单株结薯数目均显著高于对照。生物菌肥处理降低了有机马铃薯的单薯重量、商品薯率，可能与菌肥处理下马铃薯薯块数目增多，各薯块分配到光合产物减少有关。

3 讨 论

有机肥是有机生产中土壤肥力的重要来源，能为菌肥中的有益微生物提供充足的食物来源与良好的生长环境。脱毒马铃薯栽培施用生物菌肥增产效果显著[8]与本研究结果一致。此外，菌肥施用方式，施用浓度对马铃薯产量也有影响[9]，本试验可进一步设置不同的菌肥用量和施用时期，探究其对马铃薯产量的影响。徐畅等[10]报道施用菌肥能提高马铃薯薯块的商品性，提高经济效益，这与本研究结论不一致，主要原因在于有机种植系统与常规种植系统在投入、产出上的差异。有机种植下可能因肥力不足或速效肥欠缺，不能提供马铃薯植株足够的肥力，在增加结薯数目和单株结薯重量同时，将薯块重量维持在较高水平，降低商品薯的产出率。

基于10年以上有机种植体系，探究了2种生物菌肥对有机种植马铃薯生长和产量的影响，研究表明，生物菌肥处理能有效促进有机种植马铃薯植株生长、提高其产量，同时降低了有机马铃薯块茎商品薯率，对商品薯产量无显著影响。