有机肥与无机肥配施对马铃薯生长发育及产质量的影响

刘拴成

(集宁师范学院 生命科学学院，内蒙古 乌兰察布 012000)

马铃薯(SolanumtuberosumL.)又名土豆等，与玉米、水稻、小麦并称为四大粮食作物[1]。化学肥料在马铃薯种植过程中被广泛应用，有效解决了马铃薯单产低且不稳的问题。但长期大量施用无机肥，造成土壤板结、养分失衡、耕性下降、保水保肥性能降低等问题[2]，导致马铃薯产量下降、品质变差、抗性变弱等[3]。有机肥中含有大量有机质、多种有机酸及肽类、丰富的营养元素[4]。施入土壤后不仅可改善土壤理化性质[5]，促进微生物繁殖[6]，还能为农作物持续提供全面营养[7]。但有机肥的养分释放缓慢，无法及时满足作物需求[8]。因此，将有机肥和无机肥合理配施，既能实现养分的快速、持续、均衡供应，又能解决长期施用无机肥对土壤理化性状的危害，同时还能提高养分有效性、降低无机肥损失率、促进土壤生产力的持续提升[9-10]。

近年来，有机肥和无机肥配施在农业生产中得到了广泛应用。李燕青等[11]研究认为，在施氮总量相同的条件下，适量增施有机氮可显著提高小麦籽粒品质。谢军等[12]报道显示，用有机氮替代50%无机氮不仅有效提高了氮素利用效率，而且显著增加了玉米产量。孙耿等[13]研究发现，用有机氮替代20%无机氮可增加土壤活性有机质含量，改善土壤菌群结构，提高水稻产量。温延臣等[14]研究发现，商品有机肥部分替代化肥可显著提高土壤有机碳和全氮含量，但对冬小麦和夏玉米的产量影响不显著。李刚等[15]在河北坝上地区研究表明，在总氮投入量不变的条件下，适当增加有机氮施用比例可显著改善马铃薯块茎的品质。也有研究显示，将有机肥与化肥合理配施可有效提高马铃薯产量、淀粉含量和商品率[16]。程万莉等[17]在甘肃省黄灌区研究发现，有机肥替代部分无机肥可显著提高马铃薯根际土壤微生物群落功能多样性。

马铃薯产业是乌兰察布市的主导产业之一，种植面积一直保持在27万hm2左右，约占全市农作物总播种面积的50%。由于马铃薯常年连作，无机肥及农药大量施用，不仅影响生态环境和土壤质量，而且威胁着马铃薯产业的可持续发展。目前，关于有机肥与无机肥配施对马铃薯生长发育及产质量的影响研究较少，尤其在内蒙古马铃薯产业上的应用研究鲜见报道。为此，在集宁师范学院实训基地进行大田试验，研究有机肥与无机肥配施对马铃薯生长发育及产质量的影响，找出最佳肥料配比，以期为乌兰察布市马铃薯产业的发展提供理论依据和实践指导。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验在集宁师范学院生命科学学院园艺实训基地进行，土壤质地为黄壤土，含有机质11.33 g/kg、碱解氮70.69 mg/kg、速效磷14.02 mg/kg、速效钾145.77 mg/kg，pH值为7.67。该区域属于大陆性季风气候，四季分明，年均气温0～18 ℃，年均降水量150～450 mm，无霜期95～145 d。

供试马铃薯品种为克新1号。

1.2 试验设计

试验共设4个处理：不施有机肥(CK)、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)，3次重复，随机区组排列，小区面积为30 m2(5.0 m×6.0 m)。有机肥为芝麻饼肥(N∶P2O5∶K2O=2.2∶1.1∶2.7)，全部做底肥一次性施用；无机肥为复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶6∶21，由中农舜天生态肥业有限公司提供)，一部分基施，一部分于现蕾期追施，追施量为22.5 kg/hm2。马铃薯整个生育期纯氮施用总量为150 kg/hm2。试验采用起垄栽培，覆盖地膜，于2018年4月1日起垄、覆膜，5月1日播种，株距25 cm，行距55 cm。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 农艺性状 于盛花期，在各小区选取有代表性的植株3株，测定株高、茎围、主茎数、叶面积指数。其中，叶面积指数采用美国Licor公司生产的LAI-2000植被冠层分析仪测定。

1.3.2 根系干质量 于出苗后60、90、120 d，在各小区选取代表性植株3株，取出完整根系用清水冲净后，于烘箱内105 ℃杀青15 min，再于80 ℃烘至恒质量，称干质量。

1.3.3 叶绿素含量 叶绿素含量测定于块茎膨大期、淀粉积累期和收获期进行，测定方法为乙醇丙酮混合液法[18]。

1.3.4 品质指标 马铃薯淀粉含量采用高氯酸水解—蒽酮比色法测定[19]，还原糖含量采用3,5-二硝基水杨酸分光光度法测定[20]，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250比色法测定[21]，维生素C含量采用2，6-二氯靛酚溶液标定法测定[22]。

1.4 数据处理

采用Excel 2003进行数据处理和图片绘制，利用SPSS 19.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 有机肥与无机肥配施对马铃薯农艺性状的影响

由表1可知，随着有机肥施入比例的增加，马铃薯的株高、茎围、主茎数和叶面积指数等均呈先升高后降低的趋势。株高和叶面积指数均以T1处理最大，T3处理最小；茎围以T1和T2处理最大，T3处理最小；主茎数以T2处理最多，T3处理最少。株高、茎围、主茎数和叶面积指数在T1与T2处理间差异均不显著；CK、T3处理间的株高、茎围差异显著，而主茎数和叶面积指数差异不显著。T1处理的株高、茎围、主茎数和叶面积指数分别较CK增加了19.57%、8.33%、10.26%和14.14%。说明适量增施有机肥可促进马铃薯植株的生长发育，进而促进块茎产量的增加。

表1 不同处理对马铃薯农艺性状的影响Tab.1 Effects of different treatments on agronomic traits of potato

注:同列数据后不同字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，下同。
Note:Different letters after data within a column mean significant difference among different treatments(P<0.05)，the same below.

2.2 有机肥与无机肥配施对马铃薯叶绿素含量的影响

由表2可知，不同施肥处理对马铃薯叶片叶绿素a、b含量均有显著影响，各时期均以CK的叶绿素a、b含量最低。块茎膨大期叶绿素a、b含量以T1处理最高，显著高于其他处理；T2、T3处理间不具显著性差异。淀粉积累期T2处理的叶绿素a、b含量显著高于其他处理；T3处理的叶绿素a、b含量次之，显著高于T1处理和CK。块茎收获期的叶绿素a、b含量均以T3处理最高，T2处理次之，CK最低，处理间存在显著性差异。

表2 不同处理对马铃薯叶绿素a、b含量的影响Tab.2 Effects of different treatments on contents of chlorophyll a,b of potato mg/g

2.3 有机肥与无机肥配施对马铃薯根干质量的影响

由图1可知，随生育期的推进，各处理马铃薯根干物质均呈逐渐增加趋势，以出苗后120 d最高。3个测定时期根干物质均以T2处理最高；T3处理次之，显著高于T1处理和CK；CK的根干物质最低，显著低于其他处理。60、90 d时T2和T3处理的根干物质不存在显著性差异，120 d时T2处理根干物质显著高于其他3个处理。

2.4 有机肥与无机肥配施对马铃薯产量的影响

由图2可以看出，不同有机肥与无机肥配施比例对马铃薯产量有显著影响，其中,T2处理马铃薯产量最高，为31 572 kg/hm2，较CK提高了22.08%；T3处理次之，产量为29 743 kg/hm2，比CK增加了15.01%；T1处理产量为27 401 kg/hm2，仅较CK提高了5.96%；CK的产量最低，仅为25 861 kg/hm2。

不同字母表示不同处理间差异显著(PDifferent letters mean significant difference among different treatments(P图1 不同处理对马铃薯根系干质量的影响Fig.1 Effect of different treatments on dry weight of potato root

图2 不同处理对马铃薯块茎产量的影响Fig.2 Effect of different treatments on potato yield

2.5 有机肥与无机肥配施对马铃薯块茎品质的影响

由表3可以看出，随有机肥施用量的增加，块茎的淀粉含量逐渐增加、还原糖、可溶性蛋白和维生素C含量均呈先升高后降低的趋势。其中，淀粉含量以T3处理最高，显著高于其他处理，且较CK提高了22.87%；T2处理的淀粉含量次之；CK含量最低。可溶性蛋白和维生素C含量均以T2处理最高，分别较CK提高了35.76%和32.43%，T1处理次之，CK最低；可溶性蛋白含量在T1、T3和CK间的差异不显著，T3处理和CK间维生素C含量不存在显著性差异，且两者均显著低于T1和T2处理；还原糖含量以T1处理最高，较CK增加了38.36%，T2处理次之，CK的还原糖含量最低。

表3 不同处理对马铃薯块茎品质的影响Tab.3 Effect of different treatments on potato quality g/kg

3 结论与讨论

有机肥对作物生长发育和地力提升有显著促进作用[23]，将有机肥与无机肥配施既可改善土壤理化性状[24]、提高土壤养分有效性[25]，又能保证作物整个生育期对养分的需求。本试验中，马铃薯各农艺性状指标(株高、茎围、主茎数和叶面积指数)均随有机肥施入量的增加呈先升高后降低的趋势，以T1和T2处理的效果较好，以T3处理最差。这主要是因为补充有机肥改善了土壤理化性状，提高了养分有效性，促进了根系吸收，但当有机肥比例过高时则导致氮素养分供应不及时，进而影响马铃薯生长发育。高怡安等[3]也认为，适量增施有机肥可提高马铃薯的株高、分枝数和茎粗，但有机肥比例过高或过低均不利于马铃薯的生长发育，这在水稻[26]、小麦[27]等作物上也得到了验证。

叶绿素在植物光合作用过程中参与光能的吸收和传递，启动原初光化学反应，是植物进行光合作用的物质基础[28]。叶绿素含量在一定程度上反映了作物光合能力强弱和产量高低。本研究结果表明，增加有机肥比例可显著提高马铃薯叶片的叶绿素含量，前期(块茎膨大期和淀粉积累期)叶绿素含量随有机肥施用比例增加呈先升高后降低趋势，块茎膨大期叶绿素含量以T1处理最高，淀粉积累期叶绿素含量以T2处理最高；后期(块茎收获期)叶绿素含量随有机肥施用比例增加呈持续上升趋势(T3处理最高)，不同处理间差异达显著水平。这可能与有机肥的持续矿化逐步释放供应无机肥有关[29]。姜丽丽等[30]也发现，马铃薯叶绿素含量与氮素供应量呈显著正相关；玉米叶片的SPAD值与有机氮施用比例也有类似的关系[31]。

根系作为植物吸收养分和水分的主要器官，其发达程度直接影响作物生长发育和产量形成。根系生长发育受土壤质地[32]、水分状况[33]、营养水平[34]等因素影响。有学者认为，适量增施有机肥可显著促进根系生长发育，提高根干质量，提升根系吸收能力[35]。本研究显示，适当增加有机肥供应比例可显著提高马铃薯根质量，3个测定时期的根干物质均以T2处理最高、CK最低，T2处理根干质量较CK分别提高了66.40%(60 d)、51.04%(90 d)和32.04%(120 d)。这主要是因为施用有机肥改善了土壤结构[36]，增加了微生物种群及活性[37]，并增强了土壤持续供应养分的能力[38]，进而促进了根系生长发育。增施有机肥增加作物根干质量在烟草[39]、玉米[40]、棉花[41]、水稻[42]等作物上也得到了验证。

马铃薯以地下块茎为收获产品，要获得较高产量，必须为块茎生长创造良好的土壤环境、供应充足的营养条件。有机肥养分全面、肥效持久，可为马铃薯块茎持续提供丰富的养分，同时还为块茎膨大提供了适宜的土壤环境。因此，适量增施有机肥是提高马铃薯产质量的可靠途径。本试验表明，有机肥与无机肥配施可显著提高马铃薯产量，以T2处理最高，为31 572 kg/hm2，T3处理次之，CK最低；3个处理的块茎产量较CK分别提高了22.08%、15.01%、5.96%。李刚等[15]的研究也发现，适量增施有机肥可提高马铃薯产量。穆俊祥等[43]也验证了马铃薯产量与有机肥施用比例的类似关系。

马铃薯块茎的品质指标主要包括淀粉、还原糖、可溶性蛋白和维生素C含量等，其除了受遗传因素调控外，生态环境[44]、土壤条件[45]、施肥水平[46]、贮藏方式[47]等因素对品质也有直接影响。本研究结果显示，适量增加有机肥比例可提高马铃薯块茎的淀粉、还原糖、可溶性蛋白和维生素C含量等。其中，淀粉含量以T3处理最高，较CK提高了22.87%；可溶性蛋白和维生素C含量均以T2处理最高，较CK分别提高了35.76%和32.43%；还原糖含量以T1处理最高，较CK提高了38.36%。李刚等[15]研究表明，适量增施有机肥可显著改善马铃薯块茎的品质，但过量施用则会导致淀粉、粗蛋白、维生素C、还原糖含量降低。穆俊祥等[43]也验证了无机肥与有机肥的合理配施可提高马铃薯的淀粉含量。

综上所述，在投入等量氮养分的条件下，用20%～30%有机氮替代无机氮的效果较好，提高了马铃薯叶绿素含量，进而增强叶片光合性能；促进了发达根系的形成，进而增强根系吸收能力；提高了马铃薯块茎产量，改善了块茎品质，增加了经济效益。本试验仅就有机肥与无机肥配施对马铃薯生长发育和产质量的影响进行了研究，配施后对土壤理化性状和微生物等的影响尚需进一步研究。