生物炭肥对土壤理化性质及马铃薯抗病性的影响

张天华 杨树琼 杨文兴 阮兴权

摘要 為验证生物炭肥对东川“红土地”土壤理化性质及马铃薯抗病性的影响，采用塘施和墒面撒施2种方式开展生物炭肥在马铃薯上的应用效果研究。结果显示，播种前施用生物炭肥可显著减缓马铃薯种植后土壤pH的下降，加速土壤有机质的降解，减缓土壤中水解性氮和有效磷含量的下降，显著增加土壤速效钾含量，提高马铃薯茎粗和植株覆盖度，显著提高马铃薯抗晚疫病、青枯病和疮痂病能力，显著提高马铃薯单株结薯数、单薯均重、单株产量、产量。施用2 000 kg/hm的生物炭肥，采收后pH降幅比CK减少76.12%，有机质降解率比CK提高34.29%，水解性氮含量降幅比CK少74.72%，速效钾增加量是CK的2.85倍，对马铃薯晚疫病的防效为51.18%，马铃薯产量为37.02 t/hm；塘施1 000 kg/hm的生物炭肥有效磷含量降幅比CK低20.41%，对青枯病和疮痂病的防效分别为60.38%和54.78%。由此可知，生物炭肥用量越高越有利于土壤理化性质改良、提高马铃薯抗晚疫病能力和产量；将生物炭肥塘施更有利于提高马铃薯抗青枯病和疮痂病能力。

关键词 生物炭肥；马铃薯；土壤理化性质；抗病性

中图分类号 S144 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）02-0147-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.02.033

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Biochar Fertilizer on Soil Physical and Chemical Properties and Potato Disease Resistance

ZHANG Tian-hua， YANG Shu-qiong， YANG Wen-xing  et  al

（1.Dongchuan Plant Protection and Quarantine Station，Kunming， Yunnan 654100;2.Dongchuan Economic Crop Technology Promotion Station，Kunming， Yunnan 654100;3.Dongchuan Agricultural Technology Extension Center，Kunming， Yunnan 654100）

Abstract In order to verify the effect of biochar fertilizer on the physical and chemical properties of Dongchuan ‘red soil’ and the disease resistance of potatoes， the application effect of biochar fertilizer on potatoes was studied by pond application and soil moisture spraying.The results showed that the application of biochar fertilizer before sowing could significantly slow down the decline of soil pH after potato planting， accelerate the degradation of soil organic matter， slow down the decline of the content of hydrolytic nitrogen and available phosphorus in soil， significantly increase the content of soil available potassium， improve the stem diameter and plant coverage of potato， significantly improve the ability of potato to resist late blight， bacterial wilt and scab， and significantly increase the number of tubers per plant， average weight of per plant， yield of per plant and yield.When 2 000 kg/hm biochar fertilizer was applied， the pH value decreased by 76.12% compared with CK after harvest， the organic matter degradation rate increased by 34.29% compared with CK after the biochar fertilizer increased the organic matter content， the hydrolytic nitrogen content decreased by 74.72% less than CK， the increase of available potassium was 2.85 times of CK， the control effect against potato late blight was 51.18%， and the potato yield was 37.02 t/hm.The effective phosphorus content of 1 000 kg/hm biochar fertilizer applied in pond was 20.41% lower than that of CK， and its control effects on bacterial wilt and scab were 60.38% and 54.78% respectively.The higher the amount of biochar fertilizer used， the better the soil physical and chemical properties， the higher the potato yield and the better ability to resist late blight;the application of biochar fertilizer in pond was more beneficial to improve the resistance of potato to bacterial wilt and scab.

Key words Biochar fertilizer;Potato;Physical and chemical properties of soil;Disease resistance

作者简介 张天华（1976—），男，云南昆明人，高级农艺师，从事植保植检及农业技术推广工作。

收稿日期 2023-01-11

东川区位于昆明市最北端，辖6镇2街道1乡，土地面积1 865.8 km，常住人口26.07万，户籍人口31.6万，世居少数民族主要有彝、回、布依和苗族等，是革命老区、国家老工业基地、资源型城市、国家重点生态功能区、国家乡村振兴重点帮扶县。境内海拔695～4 344 m

，可耕地面积2.8万hm，适合种植马铃薯的面积6 666.67 hm，马铃薯常年种植面积约为3 333.33 hm，平均单产12 000～37 500 kg/hm，鲜薯总产量7.5万t，占东川区种植业的11.08%，得天独厚的土壤、植被等自然条件使得东川区马铃薯品质优异，市场销量和价格较高，马铃薯产业已成为东川区脱贫攻坚和乡村振兴的支柱产业。

由致病疫霉（Phytophthora infestans）引起的马铃薯晚疫病是马铃薯生产中主要流行性和毁灭性病害， 导致马铃薯茎叶死亡和块茎腐烂，造成巨大的产量损失；由茄科劳尔氏菌（Ralstonia solanacearum）引起的马铃薯青枯病是一种毁灭性的细菌性土传病害，防治十分困难，是世界公认的马铃薯第二大病害，其重要性仅次于晚疫病；造成云南马铃薯疮痂病的病原链霉菌超过10种，由于马铃薯疮痂病主要危害块茎，导致薯块质量下降，严重影响马铃薯的经济价值。

生物炭肥是一种新型的环境友好型肥料，能够影响土壤pH、有机质含量、氮磷钾含量、土壤保水性、孔隙度、容重、土壤酶活性、土壤微生物群落等理化性状，在土壤质地改良和修复方面具有较大潜力，已成为耕地土壤改良和修复研究的热点。刘志华等研究显示，足量水分条件下，5%生物炭添加和10%生物炭添加的土壤pH显著增加，干旱条件下生物炭对土壤速效养分的影响与施用量有关，添加1%生物炭对土壤速效养分含量无显著影响，添加10%生物炭的土壤速效氮、速效磷顯著降低，速效钾含量升高；任少勇研究显示，等量氮磷钾条件下，0～40 cm土层施炭基肥处理的土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量和变化值的平均值显著高于化肥处理；苏彩霞等研究显示，BFG（炭基）有机肥能提高土壤有机碳含量，促进营养元素的释放；焦瑞枣等研究显示，马铃薯田施炭基肥后土壤容重的降幅和孔隙度的增幅明显高于化肥处理，块茎增长期和成熟收获期的土壤养分含量均高于化肥处理；张国辉等研究显示，生物炭可显著提高马铃薯耕层土壤田间持水量和含水量，降低土壤容重，增加孔隙度，提高土壤水分利用效率，实现高产；屠娟丽等研究显示，施用200 g/株的秸秆生物炭，根区土壤过氧化氢酶、脲酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性以及土壤微生物的 AWCD 值（平均吸光值）、丰富度指数、优势度指数和均匀度指数均有所增加；黄修梅等研究显示，各生物炭处理均降低了土壤真菌丰度，生物炭处理有利于提高子囊菌门的丰度，降低担子菌门和接合菌门的丰度。生物炭肥还能提高马铃薯产量，提高淀粉、蛋白质及干物质含量。苏彩霞等研究发现施用 BGF有机肥能有效降低马铃薯早疫病、炭疽病和疮痂病的发病程度；生物炭肥施用对马铃薯晚疫病和青枯病的影响则鲜见报道。

笔者开展田间随机区组试验，研究生物炭肥对东川“红土地”土壤理化性质及马铃薯抗病性的影响。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地块位于昆明市东川区红土地镇花沟村，103.2188°E，26.1363°N；海拔2 200 m。试验地块地势平坦，土壤为红壤土，偏酸性，肥力适中。

1.2 试验材料 试验品种为青薯9号。

生物炭肥，作物秸秆炭化而成，其中含有0.2亿/g的霍尔德伯克氏菌，昆明保腾生化技术有限公司提供。

1.3 试验方法 采用随机区组设计，各处理3次重复；小区面积48 m（1.2 m×20 m×2），每小区2垄，每垄种植2行马铃薯，每小区种植228株。共5个处理，4个生物炭肥处理和1个空白对照；处理A，按750 kg/hm的量塘施生物炭肥；处理B，按1 500 kg/hm的量塘施生物炭肥；处理C，按100 g/m（1 000 kg/hm）的量墒面撒施生物炭肥；处理D，按200 g/m（2 000 kg/hm）的量墒面撒施生物炭肥；处理CK，不施用生物炭肥。

于2022年3月11日播种，生物炭肥于播种前施用。按照750 kg/hm的量施用氮磷钾含量为15∶15∶15的硫酸钾型复合肥，病虫害防治按照常规方式进行。

1.4 调查项目与方法

分别于播种前和采挖后按照五点取样法采集试验田土壤检测pH、有机质、水解性氮、有效磷和速效钾含量；于马铃薯晚疫病、青枯病出现中心病株开始，每隔7 d记录1次发病情况，有其他病害发生同时记录；于盛花期调查马铃薯植株株高、茎粗、主茎数、植株覆盖度；于马铃薯采挖时调查马铃薯疮痂病发病情况，调查马铃薯单株结薯数和平均单薯重，计算产量。

播种前试验地块取1个土样，采挖后每个处理取1个土样；病害、农艺性状和产量调查时，每个小区选取50株进行调查。

1.5 数据分析

试验数据整理和常规分析采用软件Excel 2010，数据方差分析采用SPSS 19.0进行。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤pH及主要养分的影响

由表1可知，播种前土壤pH为5.78，采挖后CK处理pH下降0.67，降幅最大；施用生物炭肥的A、B、C、D 4个处理pH分别下降0.36、0.21、0.32、0.16，降幅分别为CK处理的53.73%、31.34%、47.76%、23.88%，降幅分别减少46.27%、68.66%、52.24%、76.12%。播种前土壤有机质含量为48.8 g/kg，采挖后CK处理有机质降解7.0 g/kg，降解量最小，降解率为14.34%；施用生物炭肥的A、B、C、D 4个处理有机质分别降解13.0、11.7、12.2、9.4 g/kg，降解率分别为26.64%、23.98%、25.00%、19.26%，分别比CK处理提高85.71%、67.14%、74.29%、34.29%。播种前土壤水解性氮含量为254.6 mg/kg，采挖后CK处理水解性氮含量下降72.4 mg/kg，下降量最大，降幅为28.44%；施用生物炭肥的A、B、C、D 4个处理水解性氮含量分别下降60.0、33.5、47.7、18.3 mg/kg，降幅分别为CK处理的82.87%、46.27%、65.88%、25.28%，降幅分别减少17.13%、53.73%、34.12%、74.72%。播种前土壤有效磷含量为162.7 mg/kg，采挖后CK处理有效磷含量为84.3 mg/kg，比播种前下降78.4 mg/kg，下降量最大，降幅为48.19%；施用生物炭肥的A、B、C、D 4个处理有效磷含量分别下降63.2、68.8、62.4、67.3 mg/kg，降幅分别为CK处理的80.61%、87.76%、79.59%、85.84%，降幅分别减少19.39%、12.24%、20.41%、14.16%。播种前土壤速效钾含量为280.9 mg/kg，采挖后CK处理速效钾含量为310.4 mg/kg，比播种前增加了29.5 mg/kg，增加量最小，增幅为10.50%；施用生物炭肥的A、B、C、D 4个处理速效钾含量分别增加39.2、86.4、72.6、84.2 mg/kg，增加量分别为CK处理的1.33、2.93、2.46、2.85倍。

2.2 不同处理对马铃薯生长发育的影响

农艺性状调查结果（表2）显示，各处理株高和主茎数差异不显著，4个生物碳肥处理的茎粗和植株覆盖度均极显著大于CK处理。4个生物碳肥处理中，茎粗表现为D（1.59 cm）＞B（1.58 cm）＞C（1.54 cm）=A（1.54 cm），处理B和D茎粗显著高于处理A和C，处理B和D、处理A和C茎粗差异均不显著。植株覆盖度表现为D（93.44%）＞B（92.15%）＞C（91.82%）＞A（91.19%），處理D植株覆盖度显著高于处理A，与处理B和C差异不显著，处理A、B、C差异不显著。

2.3 不同处理对马铃薯病害的防效

2.3.1 不同处理对马铃薯晚疫病的防效。

马铃薯晚疫病调查结果（表3）显示，施用生物炭肥的4个处理，4次调查的病情指数均显著低于CK处理，4个生物炭肥处理间病情指数差异不显著。4次调查中，处理A的防效为43.01%～50.00%，处理B的防效为48.82%～65.91%，处理C的防效为37.96%～84.09%，处理D的防效为51.18%～65.91%。7月11日，4个生物炭肥处理对马铃薯晚疫病的防效表现为处理D（51.18%）＞处理B（48.82%）＞处理A（43.01%）＞处理C（38.30%）。

2.3.2 不同处理对马铃薯青枯病的防效。

马铃薯青枯病调查结果（表4）显示，施用生物炭肥的4个处理，4次调查的病情指数均显著低于CK处理；4个生物炭肥处理间，后3次调查处理B病情指数显著低于处理C，处理B、处理C与处理A和D差异均不显著。4次调查中，处理A的防效为49.25%～100.00%，处理B的防效为60.38%～100.00%，处理C的防效为36.61%～100.00%，处理D的防效为55.67%～100.00%。7月11日，4个生物炭肥处理对马铃薯晚疫病的防效为处理B（60.38%）＞处理D（55.67%）＞处理A（49.25%）＞处理C（36.61%）。

2.3.3 不同处理对马铃薯疮痂病的防效。

马铃薯疮痂病调查结果（表5）显示，施用生物炭肥的4个处理，4次调查的病情指数均极显著低于CK处理，4个生物炭肥处理间病情指数差异不显著。4个生物炭肥处理对马铃薯疮痂病的防效为处理B（54.78%）＞处理D（52.17%）＞处理A（46.96%）＞处理C（42.61%）。

2.4 不同处理对马铃薯产量的影响

马铃薯产量性状调查结果（表6）显示，施用生物炭肥的4个处理，单薯均重、单株产量、产量均显著高于CK处理；B和D 2个处理单株结薯数极显著高于CK处理，B、C、D 3个处理单薯均重、单株产量、产量极显著高于CK处理。4个生物炭肥处理，单株结薯数表现为处理D（8.33）＞处理B（8.07）＞处理C（7.87）＞处理A（7.67），处理D单株结薯数极显著高于处理A，显著高于处理C，与处理B差异不显著；单薯均重表现为处理D（93.27 g）＞处理B（89.63 g）＞处理C（87.63 g）＞处理A（86.17 g），处理D单薯均重极显著高于A、B、C 3个处理，处理B单薯均重极显著高于处理A，显著高于处理C；单株产量表现为处理D（777.27 g/株）＞处理B（722.98 g/株）＞处理C（689.30 g/株）＞处理A（660.62 g/株），处理D单株产量极显著高于A、B、C 3个处理，处理B单株产量极显著高于处理A，显著高于处理C；产量表现为处理D（37.02 t/hm）＞处理B（34.43 t/hm）＞处理C（32.83 t/hm）＞处理A（31.46 t/hm），处理D产量极显著高于A、B、C 3个处理，处理B产量极显著高于处理A，显著高于处理C。

3 讨论

播种前施用生物炭肥可显著减缓马铃薯种植后土壤pH的下降，同等化肥条件下，生物炭施用量750 kg/hm（A处理）、1 000 kg/hm（C处理）、1 500 kg/hm（B处理）和2 000 kg/hm（D处理）的pH降幅分别比CK处理减少46.27%、52.24%、68.66%、76.12%，土壤pH下降的减缓作用随着生物炭肥用量的增加而提高，该结果与刘志华等的研究结果相似。施用生物炭肥可加速土壤有机质的降解，导致土壤有机质含量比CK更低，采收后，施用量750、1 000、1 500和2 000 kg/hm的有机质降解率分别比CK处理提高85.71%、67.14%、74.29%、34.29%，该结果与任少勇施用炭基肥处理的有机质先增高后降低的研究结果一致，与苏彩霞等施用BFG有机肥能提高马铃薯收获期有机碳含量的研究结果相反。采收后土壤有机质含量呈随着生物炭肥用量增加降解幅度下降的趋势，与较高用量的生物炭肥增加了土壤有机质含量有关，并非生物炭肥用量增加导致其促进有机质降解的作用下降，而是较高用量的生物炭肥使土壤有机质含量增加导致其促进有机质降解的作用被掩盖了。施用生物炭肥可减缓土壤中水解性氮和有效磷含量的下降，采收后，施用量750、1 000、1 500和2 000 kg/hm的水解性氮含量降幅分别比CK处理减少17.13%、34.12%、53.73%、74.72%，有效磷含量降幅分别比CK处理减少19.39%、20.41%、12.24%、14.16%；水解性氮含量降幅的减少比例随着生物炭肥用量的增加而提高，即生物炭肥用量越高越能减缓氮肥的流失，该结果与苏彩霞等施用炭基肥处理可提高全氮含量、杨玲添加适量的生物炭有利于提高土壤硝态氮含量的研究结果一致，与刘志华等施用10%生物炭导致土壤速效氮含量显著降低的研究结果相反。生物炭肥对土壤有效磷含量下降的减缓作用受施用方式影响较大，塘施750和1 000 kg/hm的有效磷含量降幅低于墒面撒施1 500和2 000 kg/hm，说明塘施生物炭肥更有利于减缓土壤有效磷的流失，可能是塘施生物炭肥能够直接与施用的化肥接触，能够将磷肥吸附在生物炭空隙中，使得土壤有效磷流失较慢；同种施用方式下，生物炭肥对土壤有效磷含量下降的减缓作用呈随用量增加而提高的趋势；该结果与刘志华等、任少勇研究结果炭基肥的施用导致土壤中速效磷降低不同，与傅秋华等研究结果竹炭颗粒的施用能增加土壤有效磷含量一致。施用生物炭肥能显著增加土壤速效钾含量，采收后，施用量750、1 000、1 500和2 000 kg/hm的速效钾含量的增加量分别为CK处理的1.33、2.46、2.93、2.85倍，速效钾含量的增加量总体呈随生物炭肥用量增加而提高，该结果与刘志华等、苏彩霞等的研究结果一致，与任少勇^[8]研究结果不同。

施用生物炭肥能提高马铃薯茎粗和植株覆盖度（冠幅），株高和主茎数差异不显著，该结果与李天鹤和任少勇等研究结果既有相同之处，又有所不同，生物炭肥能提高马铃薯茎粗和植株覆盖度（冠幅）与前人研究结果一致，生物炭肥对株高和主茎数无明显影响与前人研究结果不同。

施用生物炭肥能显著提高马铃薯抗晚疫病、青枯病和疮痂病能力，该结果与苏彩霞等施用 BGF 有机肥能有效降低马铃薯早疫病、炭疽病和疮痂病的发病程度相似，研究表明，碳肥的多微孔结构及丰富的 C、N源养分，在为土壤微生物提供良好物理生存空间的同时，也为其生命活动提供了一定养分来源，有利于促进微生物菌群生長，改变微生物有益、有害菌群比例，抑制真菌等某些有害微生物生长，从而减少病害发生。施用生物炭肥对马铃薯晚疫病防效最高的为2 000 kg/hm的处理D，呈随用量增加而提高的趋势；对青枯病和疮痂病的防效则与施用方式关系密切，塘施1 000 kg/hm的处理B防效最高，其次是墒面撒施2 000 kg/hm的处理D，同种施用方式下，生物炭肥对青枯病和疮痂病的防效，呈随用量增加而提高的趋势。

施用生物炭肥能显著提高马铃薯单株结薯数、单薯均重、单株产量、产量，该结果与李天鹤和任少勇等研究结果一致。随着生物炭肥施用量的增加，马铃薯单株结薯数、单薯均重、单株产量、产量随之增加，该结果与任少勇等研究结果一致。

4 结论

综上所述，播种前施用生物炭肥可显著减缓马铃薯种植后土壤pH的下降，加速土壤有机质的降解，导致土壤有机质含量下降，减缓土壤中水解性氮和有效磷含量下降，显著增加土壤速效钾含量，提高马铃薯茎粗和植株覆盖度（冠幅），显著提高马铃薯抗晚疫病、青枯病和疮痂病能力，显著提高马铃薯单株结薯数、单薯均重、单株产量、产量。生物炭肥施用量2 000 kg/hm的处理D对土壤pH下降的减缓作用、对有机质降解的加速作用、对水解性氮下降的减缓作用、对速效钾的提高作用、对马铃薯晚疫病的防效、对马铃薯产量的提高作用均最高；塘施生物炭肥1 000 kg/hm的处理B对有效磷含量下降的减缓作用、对青枯病和疮痂病的防效最高。总之，生物炭肥用量越高越有利于土壤理化性质改良、提高马铃薯产量和抗晚疫病能力；将生物炭肥塘施有利于提高马铃薯抗青枯病和疮痂病能力。

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