生物炭有机肥对马铃薯主要性状及生产效益的影响

徐 茜，肖 波，宗洪霞，曾新宇，李保证

（重庆三峡农业科学院，重庆 404155）

重庆市常年马铃薯种植面积33.4 万hm2，全国排名第六，约占全市旱粮的18.2%，总产量608万t，平均单产1 086 kg/667m2。主要分布在渝东北、渝东南中高山栽培，鲜食占50%，饲料占30%，种薯占10%，加工占10%[1]。马铃薯生产中长期重施化肥、轻施有机肥，肥料流失且利用率低，造成土壤酸化、板结、土壤质量和肥力下降明显，直接影响马铃薯产量和生产效益。生物炭有机肥料是以生物炭为载体，采用复混方法制成的肥料，由于生物炭的多孔构造，通过吸附肥料中有效养分，并缓慢释放，既减少了肥料养分的流失，提高了养分利用率，还保证了作物和蔬菜生产后期的养分供给[2]。作为一种新型有机肥，生物炭有机肥能有效减轻养分流失、增加土壤地力，同时有机肥与化肥配施，也可有效减少化肥投入[3,4]。目前生物炭有机肥在玉米[5]、花生[6]、水稻[7]、生菜[8]等作物上得到研究和应用，但在马铃薯上的研究却较少。因此，本试验开展生物炭有机肥替代部分化肥试验，研究其对马铃薯主要性状、薯块产量和生产效益的影响，为马铃薯生产合理施肥、提高产量和效益、保持土壤肥力、减少环境污染提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以中早熟马铃薯新品系‘0201-17’为试验材料，由重庆三峡农业科学院提供。生物炭有机肥（有机质≥50%、蛋白质≥40%、氨基酸≥10%、N+P2O5+K2O =2.1%+1.4%+1.6%、pH 5.6、含枯草芽孢杆菌+巨大芽孢杆菌，有效活菌数≥2 亿/g），河南土豆帮作物科学有限公司生产。尿素（N 46%），四川泸天化集团有限公司生产。45%高塔园林复合肥（N+P2O5+K2O=18%+5%+22%），湖北来地金润肥业有限公司生产。

1.2 试验方法

1.2.1 试验地概况

试验安排在重庆三峡农业科学院甘宁基地，N 30°40′11′′，E 108°14′41′′，海拔 322 m。前作甘薯，沙壤土，土壤有机质17.9 g/kg，pH 7.6，全氮0.816 g/kg，全磷0.602 g/kg，全钾16.4 g/kg，碱解氮47.8 mg/kg，有效磷43.9 mg/kg，有效钾87.7 mg/kg。

1.2.2 试验设计

试验采用随机区组设计，设7个施肥处理，分别为：代号T1（不施肥、CK），T2（常规施肥：45%高塔园林复合肥60 kg/667m2+尿素10 kg/667m2），T3（常规施肥减量10%+生物炭有机肥30 kg/667m2），T4（常规施肥减量20%+生物炭有机肥40 kg/667m2），T5（常规施肥减量30%+生物炭有机肥50 kg/667m2），T6（常规施肥减量40%+生物炭有机肥60 kg/667m2），T7（常规施肥减量50% + 生物炭有机肥70 kg/667m2）（表1）。3 次重复，小区面积7.5 m2，3 行区，每行种植15 窝，行距0.5 m，株距0.33 m，密度4 000株/667m2。

1.3 试验过程

2021 年 1 月 16 日整地开厢，1 月 18 日挖窝播种，2月23日出苗，3月22日中耕除草，3月25日追肥、培土起垄，3月24日现蕾，4月12日开花，5月14日成熟，5月18日收获，生育期82 d。底肥播种时窝施，追肥结合起垄施用（表1）。3月22日开始，用30%氟吗啉33.3 g+250 g/L吡唑醚菌酯15 g+5%啶虫眯40 mL兑水20 kg（60 kg/667m2，下同）预防晚疫病和蚜虫，50%锰锌·氟吗啉75 g + 30%氟吗啉33.3 g兑水20 kg预防晚疫病，7～10 d预防一次，两组药剂交替使用，预防5次，另于4月17日用10%稀效唑3 000倍液喷施控制植株旺长。

表1 试验处理肥料用量Table 1 Dosage of different fertilizer treatments

1.4 调查方法

开花期（4月16日）每小区调查10株的株高、主茎数，收获当天（5月18日）取中间行10株调查单株结薯数、单株块茎重，分小区调查块茎产量并进行商品薯（≥50 g为商品薯）分级。

肥料农学效率：AE=YF-Y0/F。

式中，YF为施肥区产量，Y0为不施肥区产量，F为有效养分施用量[9]。

1.5 数据分析

数据处理采用WPS 2019 表格进行统计，采用新复极差法进行处理间差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对植株性状的影响

试验各处理株高在63.7～95.1 cm，常规施肥减量20%的处理T4，株高最高，不施肥对照处理T1株高最矮，不同施肥处理株高在90.4～95.1 cm，其中常规施肥处理T2株高为92.7 cm。分析表明，除对照外，常规施肥及生物炭有机肥部分替代处理间差异不显著，但施肥处理株高均极显著高于不施肥对照处理，表明生物炭有机肥替代部分化肥对马铃薯株高无影响。

主茎数以最高替代量的处理T7最多，为6.1个，常规施肥的处理T2主茎数为4.5个，不施肥对照处理主茎数最低，仅3.9个，主茎数随生物炭有机肥替代用量增加而增加。分析表明，对照T1与处理T2、T3、T4主茎数无显著差异，处理T7主茎数显著高于其他施肥处理，而其他施肥处理间差异不显著（表2）。

表2 不同施肥处理植株性状Table 2 Plant traits of potato under different fertilizer treatments

2.2 不同施肥处理对马铃薯块茎产量的影响

单株结薯数以最高生物炭有机肥替代量的处理T7最多，为11.0个，常规施肥T2为9.6个，对照T1处理最低，仅6.8个，单株结薯数随生物炭有机肥用量增加而增加。分析表明，施肥处理单株结薯数均显著高于不施肥处理，而施肥处理间差异不显著。

单株块茎重以常规施肥处理T2最高，为806.33 g，处理T3次之，为731.33 g，不施肥处理T1最低，仅451.83 g，单株块茎重随生物炭有机肥用量的增加而降低。分析表明，施肥处理与对照T1差异极显著，而处理T2、T3、T4、T5之间差异不显著，处理T3、T4、T5、T6、T7之间差异也不显著。

块茎产量以处理T3最高，为3 290 kg/667m2，对照处理T1最低，为2 122 kg/667m2，块茎产量随生物炭有机肥用量的增加而减少。分析表明，施肥与不施肥块茎产量差异极显著，而处理T2、T3间差异不显著，T2和T4也无显著差异，最高炭基肥的处理T7与其他施肥处理（T5、T6除外）差异均达显著水平。

各处理商品薯率在76.89%～83.43%，处理T3最高，对照处理T1最低。分析表明，处理间商品薯率差异不大。

施肥处理农学效率在25.07～38.99 kg/kg，以处理T3的农学效率最大，处理T5的农学效率最小，农学效率随生物炭有机肥用量的增加而降低。分析表明，处理 T2、T3、T4间差异不显著，处理 T2、T4、T5、T6、T7间差异也未达显著水平（表3）。

表3 不同施肥处理产量和农学效率Table 3 Yields and agronomic efficiencies of potato under different fertilizer treatments

2.3 不同施肥处理对效益的影响

随着肥料成本的增加，各处理产值呈现先增加后降低的趋势，产值以处理T3产值最高，达3 948.0元/667m2，常规施肥处理T2产值居第二位，为3 746.4元/667m2，对照T1最低，为2 546.4元/667m2；扣除肥料成本后，各处理产值仍呈现先增加后降低的趋势，仍以处理T3最高，常规施肥处理T2居第二，对照T1最低；所有施肥处理扣除肥料成本后，与对照T1相比，处理T3产值增加最高，为1 120.5元/667m2，增幅44.00%，处理T7最低，为293.7 元/667m2，增幅11.53%。表明生物炭有机肥替代化肥越多，产值、产值增幅降低越多（表4）。

表4 不同施肥处理产值Table 4 Output values of potato under different fertilizer treatments

3 讨 论

马铃薯生长过程中，需要养分供应以保证地上部植株生长，而株高、主茎数是反应植株生长状况主要指标，本试验条件下，常规施肥、生物炭有机肥替代部分化肥处理的株高和主茎数均较不施肥处理极显著或显著增加，与武新娟等[10]研究认为的施肥提高了马铃薯株高和主茎数相一致。生物炭有机肥具有改善土壤通透性的作用，能促进主茎数增加，本试验生物炭有机肥的使用显著增加了植株主茎数，与生物炭有机肥的使用密切相关。

生物炭还可以影响土壤持水量、透水性、容重等物理性质，这种影响作用与生物炭的特殊结构及其施用量等有关。研究表明，在农场土壤中添加20 g/kg生物炭，田间持水量增加15%[11]。Asai等[12]研究发现，生物炭能够改善土壤饱和导水率，土壤透水性得到提高。多数研究表明，土壤容重随生物炭施用量的增加而降低[11,13]。单株结薯数和单株块茎重是构成马铃薯产量的两个重要因素，本试验生物炭有机肥替代部分化肥处理增加了单株结薯数，与生物炭积极影响土壤环境、改善土壤的理化性质密切相关[14]；单株块茎重随生物炭有机肥替代量的增加而下降，与马铃薯需肥量大，而生物炭有机肥仅仅只能作为土壤改良剂配合化肥使用，不能过量替代有关[15]。商品薯率作为品种特性之一，一般与结薯早迟、薯块生长期相关。作为衡量马铃薯块茎商品性重要指标，在中国不同季节和产区有不同要求，西南混作区以50 g 及以上薯块作为商品薯，北方薯区以100 g及以上薯块作为商品薯。随着本地早熟品种的推广，南方习惯消费的锅巴洋芋、土豆泥等甚至可以用50 g以下的薯块为加工原料。近年来，以10～50 g薯块为珍珠薯的新消费理念也逐步被推广，因此商品薯率已不是衡量品种商品性的唯一指标。本试验中，施肥与否对商品薯率有一定影响，而其他施肥处理商品薯率也无明显提高，这与杨子芬等[9]研究结果一致。肥料农学效率方面，本试验常规施肥减量10%+替代30 kg/667m2的生物炭有机肥处理T3的农学效率最高，为38.99 kg/kg，说明在相似水平的大田，可以用一定的生物炭有机肥替代10%化肥，对减少环境污染，保护土壤有利。

有机肥替代是实现化肥使用量零增长的重要途径。有机肥中含有大量的有机质，可改善土壤的理化性质，优化根际细菌，提高土壤的连续生产能力，达到增产增效的作用[15]，本试验条件下，土壤肥力较好，在不施肥的情况下，块茎产量达2 122 kg/667m2，在施复合肥（45%高塔园林复合肥）60 kg/667m2、尿素10 kg/667m2的常规施肥水平下，产量达到3 122 kg/667m2，在用生物炭有机肥30 kg/667m2替代10%化肥的处理T3，其农学效率、商品薯率、块茎产量及扣除肥料成本后的产值均最高或最重， 分别达到38.99 kg/kg、83.43%、3 290 kg/667m2、3 666.9 元/667m2。

绿色发展已成为新时代中国农业发展的最强音，是缓解资源环境压力的需要，是提升农业竞争力的需要，是实现人民美好生活愿景的需要。有机肥替代化肥是深入推进农业绿色发展手段之一[16]。因此，马铃薯生产中，在常规施肥水平上，用生物炭有机肥30 kg/667m2替代10%化肥使用，对增产增效、提高肥料利用率、改善和保持土壤质地、推进马铃薯产业绿色发展十分必要。