炭基肥對馬鈴薯干物質積累分配和產量的影響

任少勇，王姣，黃美華，肖強，魏翠果，宋樹慧，蒙美蓮*，陳有君

（1.內蒙古農業大學農學院，內蒙古呼和浩特010019；2.內蒙古農業大學生命科學院，內蒙古呼和浩特010018）

土壤肥料

炭基肥對馬鈴薯干物質積累分配和產量的影響

任少勇1，王姣1，黃美華1，肖強1，魏翠果1，宋樹慧1，蒙美蓮1*，陳有君2*

（1.內蒙古農業大學農學院，內蒙古呼和浩特010019；2.內蒙古農業大學生命科學院，內蒙古呼和浩特010018）

利用生物炭與化肥混合加工制成的炭基肥具有改良土壤、保水保肥、延長肥效的作用。為了給內蒙古陰山北麓地區馬鈴薯生產中合理施用炭基肥提供一定的依據，試驗研究了0，300，600，900和1 200 kg/hm2炭基肥及等量氮磷鉀化肥對馬鈴薯干物質積累和分配及產量的影響。結果表明：在出苗后15～75 d里，隨著炭基肥施肥量的增加，馬鈴薯干物質積累量和產量逐漸增加。炭基肥施用量300，600，900和1 200 kg/hm2的莖葉干物質積累量的平均值與不施肥對照相比分別提高了21.46%、33.89%、52.11%、60.23%，塊莖干物質積累量的平均值分別提高了2.80%、21.58%、36.26%、46.44%，且900和1 200 kg/hm2的炭基肥施肥量下，莖葉和塊莖干物質積累量的平均值與對照差異達到顯著或極顯著水平；產量分別較對照增產26.01%、34.77%、43.39%和49.71%，差異達到顯著或極顯著水平。900和1 200 kg/hm2的炭基肥施肥量下，馬鈴薯單株結薯數、大薯率、公頃干物質積累量和干物質積累速率均高于對照。等量氮磷鉀條件下，施炭基肥的馬鈴薯單株結薯數、大薯率、產量、公頃干物質積累量和積累速率均高于化肥。

炭基肥；馬鈴薯；干物質；產量

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是我國的第四大糧食作物，種植面積和鮮薯產量均居世界首位[1]，年均種植面積553萬hm2以上，年均總產量8 000萬t以上。內蒙古是我國馬鈴薯的最大產區之一，馬鈴薯種植面積和總產量排在全國前三位，均占全國的10%以上[2]。陰山北麓是內蒙古馬鈴薯主要生產地區，但是由于該地土壤瘠薄，土質較差，保水保肥性差，水肥利用率低，成為馬鈴薯產量和品質提高的重要限制因子。

炭基肥是利用生物炭與化肥進行混合加工制成的復合肥料，具有改良土壤、增加地溫、保水、保肥和延長肥效的功能。其主要成分是生物質炭。生物炭（國內有的譯為生物質炭[3,4]或生物焦[5]）是生物質有機碳，如作物秸稈、木屑、動物糞便等，在無氧或低氧狀態及高溫裂解下分離可燃氣體后剩余炭化的副產品，是一類富碳貧氮的生物質燃燒產物，具有高度的芳香環分子結構和多孔特性[6]。由于生物質炭比一般的有機物質具有更高的穩定性，施用生物質炭是培育高碳土壤和把碳封存在土壤中的重要途徑[7-9]。生物炭能延緩肥料在土壤中的養分釋放，提高土壤有機碳含量，改善土壤保水保肥性能，減少養分損失，是肥料的增效載體[10]，具有良好的土壤改良作用。它的半衰期很長，在土壤中埋藏的生物質碳往往能存在成百上千年[11]。

國外在生物炭的性質和特征及其對土壤物理、化學性質、微生物的作用，作物肥效及土壤固碳等方面展開了較廣泛的研究工作，并取得許多進展[11]。我國一些學者在生物炭的理化特性和環境功能等方面進行了一些研究，并就生物質炭在玉米[12]、小麥[13]、高粱[14]、甘薯[15]、牧草[16]等作物上的應用效果進行了相關研究，但多集中在產量和品質上，有關生物質炭對馬鈴薯干物質積累及其與產量關系的研究目前還鮮見報道。馬鈴薯光合同化產物是馬鈴薯塊莖產量形成的物質基礎，研究不同施肥條件下馬鈴薯干物質積累規律及其與產量形成的關系，對指導馬鈴薯優質、高效生產具有重要意義。本試驗通過比較研究炭基肥和等量氮磷鉀的化肥對馬鈴薯干物質積累和分配及產量的影響，以期為內蒙古陰山北麓地區馬鈴薯生產中合理施用炭基肥提供一定的依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試馬鈴薯為‘克新1號’品種的脫毒原種，試驗肥料為尿素（含氮46.3%），過磷酸鈣（含P2O516%），硫酸鉀（含K2O 52%），遼寧金和福農業開發有限公司生產的炭基馬鈴薯專用肥（10-8-18）。

1.2 試驗地概況

試驗于2012年5～9月在內蒙古武川縣大豆鋪村試驗基地進行。該地海拔1 555 m，年均氣溫2.6℃，年均日照時數2 787.9 h，無霜期110 d左右，年均降水量352.1 mm左右，年蒸發量2 068.0 mm，屬中溫帶大陸性季風氣候，試驗地土壤為栗鈣土，0～20 cm耕層有機質含量10.06 g/kg，堿解氮含量45.88 mg/kg，有效磷含量10.21 mg/kg，速效鉀含量104.59 mg/kg，pH值8.23。

1.3 試驗設計與方法

試驗設炭基肥施肥量0，300，600，900，1200 kg/hm2，與炭基肥等量純氮，P2O5，K2O的化肥，共9個處理，分別用CK，M1，M2，M3，M4，H1，H2，H3，H4表示，各處理施肥量見表1。采用隨機區組設計，4次重復，小區面積為5.0 m×6.0 m=30 m2，行距60 cm，株距31.3 cm，10行區。播種密度為52 500株/hm2。各處理肥料在播種時作為基肥一次性全部施入。5月19日人工播種，采用滴灌方式進行灌溉，其他管理同一般生產田。

1.4 取樣及測定方法

出苗后15 d開始取樣，每隔15 d取一次樣，每次將取樣株帶回室內洗凈晾干，分器官稱量鮮重，并取各器官鮮樣100 g，105℃殺青后，于75℃下烘干至恒重，稱量干重。

表1 各處理田間施肥量（kg/hm2）Table 1 Fertilization rate of various treatments（kg/ha）

1.5 數據處理

所有數據均采用Excel 2003和SAS9.1軟件進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 炭基肥對馬鈴薯干物質積累量的影響

2.1.1 炭基肥對馬鈴薯莖葉和塊莖干物質積累量的影響

由表2可知，整個生育期內，各處理的馬鈴薯單株莖葉干物質積累量隨著生育的推進，均呈先升高后降低的趨勢，最大值均出現在出苗后60 d。處理間比較，出苗后15～30 d內，各化肥處理基本上是隨施肥量的增加，單株莖葉干重呈單峰曲線變化，以H3處理的莖葉干物質積累量最大，炭基肥各處理則是隨施肥量的增加，莖葉干物質積累量呈降低的變化趨勢。等量氮磷鉀條件下，炭基肥各處理的莖葉干物質積累量低于化肥處理。出苗30 d之后，馬鈴薯莖葉干物質積累量無論是炭基肥還是化肥，均是隨施肥量的增加呈增加的變化趨勢，且在等量氮磷鉀條件下，炭基肥各處理的莖葉干物質積累量均高于化肥。表2還可以看出，各處理馬鈴薯塊莖干物質積累量隨生育的推進均呈不斷增加的變化趨勢，收獲時達到最大。出苗30 d時各施肥處理的塊莖干物質積累量均小于CK，且在等量氮磷鉀條件下，炭基肥各處理的塊莖干物質積累量平均值小于化肥；出苗45～60 d，各施肥處理的塊莖干物質積累量均超過CK，但等量氮磷鉀條件下，仍然是炭基肥處理小于化肥處理。說明炭基肥延遲了馬鈴薯塊莖的形成。對整個生育期馬鈴薯莖葉和塊莖干物質積累量的平均值進行方差分析，結果表明：莖葉干物質積累量以M4處理最大，為19.34 g/株，與對照相比達到了極顯著差異水平，其次為M3處理，與對照相比達到了顯著差異水平。H4和M4處理塊莖干物質積累量最大，分別為59.62 g/株和59.57 g/株，與對照相比均達到了顯著差異水平。等量氮磷鉀條件下，馬鈴薯莖葉和塊莖平均干物質積累量除M1塊莖略低于H1外，均表現為炭基肥大于化肥。表明炭基肥有利于全生育期馬鈴薯莖葉和塊莖平均干物質積累量的增加。

2.1.2 炭基肥對馬鈴薯公頃干物質積累量的影響

由表3可知，隨著生育的推進，各處理馬鈴薯公頃干物質積累量均呈“S”型曲線變化。出苗后一個月內馬鈴薯公頃干物質積累量增長緩慢，之后迅速增長，并在出苗后75 d達到最大值。此時，各施肥處理的馬鈴薯公頃干物質積累量均大于對照，且隨著施肥量的增加而增加，以M4處理的公頃干物質積累量最大，為8 578 kg/hm2，其次是M3處理，為8 321 kg/hm2。等量氮磷鉀條件下，出苗后15～45 d，炭基肥處理的馬鈴薯公頃干物質積累量低于化肥處理，45 d以后高于化肥處理。對馬鈴薯公頃干物質積累量的平均值進行方差分析，結果表明：馬鈴薯公頃干物質積累量的平均值以M4處理最大，達到了3 464 kg/hm2，其次是H4處理，為3 360 kg/hm2，各施肥處理與對照相比，提高了6.56%～47.93%。其中M4和H4對與照相比達到了顯著差異水平，其它處理與對照均未達到顯著水平。

2.1.3 炭基肥對馬鈴薯干物質積累速率的影響

由表4可知，在整個生育期內，各處理馬鈴薯干物質積累速率均呈“慢-快-慢”的變化趨勢，即在出苗后15 d內干物質積累速率較慢，以后迅速增加，化肥各處理在出苗后45～60 d達到最大值，炭基肥處理除M4外在出苗后60～75 d達到最大值。隨著施肥量的增加，各處理馬鈴薯干物質平均積累速率逐漸增加。對馬鈴薯干物質積累速率的平均值進行方差分析，結果表明：馬鈴薯干物質積累速率的平均值以M4處理最大，達到了114.38 kg/hm2·d，其次是M3處理，為110.95 kg/hm2·d，與對照相比M4和M3處理均達到顯著差異水平。各處理與對照相比，干物質積累速率提高了6.62%～89.25%。表明施用炭基肥有利于馬鈴薯干物質積累速率的提高。

表2 炭基肥對馬鈴薯莖葉和塊莖干物質積累量的影響（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 炭基肥對馬鈴薯公頃干物質積累量的影響（kg/hm2）Table 3 Effects of carbon based fertilizer on dry matter accumulation of potato(kg/ha)

表4 不同施肥量下馬鈴薯干物質積累速率的變化（kg/hm2·d）Table 4 Effects of carbon based fertilizer on rate of dry matter accumulation of potato(kg/ha·d)

2.1.4 炭基肥對馬鈴薯莖葉和塊莖中干物質分配率的影響

由表5可知，在整個生育期內，各處理馬鈴薯莖葉干物質分配率均呈遞減趨勢，由出苗15 d時的100%降到出苗75 d時的9.43%～16.97%。塊莖中干物質分配率隨生育的推進均呈逐漸增加的變化趨勢，由出苗30 d時的8.38%～32.43%增加到出苗75 d時的83.03%～90.57%。在等量氮磷鉀條件下，炭基肥處理莖葉干物質分配率明顯高于化肥和對照，塊莖干物質分配率卻明顯低于化肥和對照。

對馬鈴薯莖葉干物質分配率的平均值進行方差分析，結果表明：隨著施肥量的增加，施化肥的馬鈴薯莖葉干物質分配率逐漸降低，施炭基肥的莖葉干物質分配率逐漸升高。其中M4處理最高，為57.98%，與對照相比差異達到了極顯著水平，其次為M3，與對照也達到了極顯著差異水平。在等量氮磷鉀條件下，施炭基肥的莖葉干物質分配率顯著高于化肥。

表5 炭基肥對馬鈴薯干物質在莖葉和塊莖中分配率的影響（%）Table 5 Effects of carbon based fertilizer on rate of dry matte distribution in stems and leaves,and tubers of potato

對馬鈴薯塊莖干物質分配率的平均值進行方差分析，結果表明：隨著施化肥量的增加，塊莖干物質分配率逐漸升高，隨炭基肥施肥量的增加，塊莖干物質分配率逐漸降低，且與對照之間達到了顯著或極顯著差異。等量氮磷鉀條件下，施炭基肥的塊莖干物質分配率低于化肥處理。表明炭基肥可以延緩馬鈴薯地上部莖葉的衰老，可為馬鈴薯后期生育提供更多的光合產物，從而提高塊莖產量。

2.2 炭基肥對馬鈴薯產量及其構成因素的影響

由表6可看出，隨著施肥量的增加馬鈴薯單株結薯數和平均薯塊重呈遞增趨勢，各處理的馬鈴薯單株結薯數均大于對照。等量氮磷鉀條件下，炭基肥的馬鈴薯單株結薯數和平均薯塊重高于化肥，其中M4的最多，分別達到4.35個/株和130.09 g/塊，顯著高于CK和H1。馬鈴薯大薯重率雖也表現出隨施肥量的增加而增加，炭基肥大于等量氮磷鉀化肥，但與對照差異均不顯著。馬鈴薯產量隨施肥量的增加而增加。等量氮磷鉀條件下，施用炭基肥的馬鈴薯產量高于施用化肥的產量。各處理的產量高低順序表現為M4＞M3＞M2＞H4＞M1＞H3＞H2＞H1＞CK，施肥處理較對照的增產幅度為13.63%～49.71%。除H1和H2以外各處理與對照差異均達到了顯著或極顯著水平。其中，M4處理產量最高，達到了29 719.37 kg/hm2，極顯著高于CK、H1和H2，顯著高于H3和M1。其次是M3處理，產量為28 464.25 kg/hm2，極顯著高于CK和H1，顯著高于M1、H2和H3。

2.3 馬鈴薯莖葉和塊莖干物質積累量與產量的相關分析

對馬鈴薯出苗后15～75 d的5次樣品的平均值做相關分析（表7），結果表明：莖葉干物質積累量與產量之間存在極顯著正相關，相關系數為0.975；塊莖干物質積累量與產量之間存在顯著正相關，相關系數為0.768，莖葉和塊莖之間干物質積累量存在極顯著正相關，相關系數為0.806。由此說明，要想獲得塊莖的高額產量，必須促進莖葉的生長，增加莖葉的光合產物積累量。

表6 炭基肥對馬鈴薯產量及其構成因素的影響Table 6 Effects of carbon based fertilizer on yield and yield components of potato

表7 馬鈴薯莖葉和塊莖干物質積累量與產量的相關分析Table 7 Correlation of dry matter accumulation in stems and leaves,and tubers with yield of of potato

3 討論

在馬鈴薯出苗后的75 d內，隨著炭基肥施用量的增加，馬鈴薯單株莖葉和塊莖干物質積累量、公頃干物質積累量和干物質積累速率均呈遞增趨勢。莖葉干物質積累量的平均值與對照相比提高了21.46%～60.23%，塊莖干物質積累量的平均值較對照提高了2.80%～46.44%，公頃干物質積累量的平均值提高了10.75%～46.30%，干物質積累速率的平均值提高了24.06%～89.25%。等量氮磷鉀施肥條件下，炭基肥的馬鈴薯單株莖葉和塊莖干物質積累量、公頃干物質積累量和干物質積累速率的平均值均高于化肥。隨炭基肥施用量的增加，馬鈴薯莖葉干物質分配率逐漸增加，塊莖干物質分配率逐漸降低。等量氮磷鉀下，炭基肥處理的莖葉干物質分配率大于化肥，塊莖干物質分配率小于化肥。說明炭基肥具有緩釋效應，可以促進馬鈴薯地上部莖葉的生長，延緩莖葉的衰老。現在我國就炭基肥對各種作物干物質的積累和分配鮮見報道，但本文的結論與楊瑞平等[17]的氮磷鉀配施對馬鈴薯干物質積累及產量的影響研究結果相似。

隨著炭基肥施肥量增加，馬鈴薯單株結薯數、大薯率、產量呈遞增趨勢。M4、M3、M2較對照分別增產49.71%、43.39%和34.77%，差異達到極顯著水平。M1較對照增產26.01%，差異也達到了顯著水平。這與高海英等[13]在生物炭及炭基硝酸銨肥料對土壤化學性質及作物產量的影響和Zwieten等[18]在生物炭對豇豆、玉米、水稻等作物產量的影響研究結果相似。

馬鈴薯莖葉干物質積累量與塊莖干物質積累量和產量之間均存在極顯著正相關，相關系數分別為0.806和0.975，塊莖干物質積累量與產量之間存在顯著的正相關關系，相關系數為0.768。在本試驗條件下，炭基肥施用量為1 200 kg/hm2的干物質積累和產量最好。

[1]屈冬玉,謝開云,金黎平,等.中國馬鈴薯產業現狀與趨勢[M]//陳伊里,屈冬玉.中國馬鈴薯研究與產業開發.哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社,2003:230-239.

[2]舍楞,郟金梅,王春.內蒙古馬鈴薯產業現狀及發展對策[J].農業工程技術(農產品加工業),2012,04:20-25.

[3]張文玲,李桂花,高衛東.生物質炭對土壤性狀和作物產量的影響[J].中國農學通報,2009,25(17):1 53-157.

[4]劉玉學,劉微,吳偉祥,等.土壤生物質炭環境行為與環境效應[J].應用生態學報,2009,20(4):977-982.

[5]羅凱,陳漢平,王賢華,等.生物質焦及其特性[J].可再生能源, 2007,25(1):17-19.

[6]Goldberg ED.Black carbon in theenvironment:Propertiesand distribution[M].New York:JohnWiley,1985.

[7]Lehmann J,Gaunt J,Rondon M.Bio-char sequestration in terrestrial ecosystems-a review[J].Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change,2006,11:403-427.

[8]Glaser B,Lehmann J,Zech W.Amelioratingphysicalandchemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal-a review[J].Biology and Fertility of Soils,2002,35:219-230.

[9]何緒生,張樹清,佘雕,等.生物炭對土壤肥料的作用及未來研究[J].中國農學通報,2011,27(15):16-25.

[10]張阿鳳,潘根興,李戀卿.生物黑炭及增匯減排與改良土壤意義[J].農業環境科學學報,2009,28(12):2459-2463.

[11]Zwieten L Van,Kimber S,Morris S,etal.Effectsofbiocharfrom slow pyrolysis of papermill waste on agronomic performance and soil fertility[J].Plant and Soil,2010,327:235-246.

[12]盧廣遠,張艷,王祥福,等.炭基肥料種類對土壤物理性質及玉米產量的影響[J].河北農業科學,2011,15(5):50-53.

[13]高海英,何緒生,陳心想,等.生物炭及炭基硝酸銨肥料對土壤化學性質及作物產量的影響[J].農業環境科學學報,2012,10:1948-1955.

[14]SteinerC,Teixeira WG,Lehmann J,etal.Long termeffectsofmanure, charcoaland mineralfertilization on crop production and fertility on a highly weathered central Amazonian upland soil[J].Plant and Soil, 2007,291:275-290.

[15]劉晴.不同炭基肥料對甘薯農藝性狀、產量的影響[J].農業科技通訊,2012,06:73-75.

[16]鄧萬剛,吳鵬豹,趙慶輝,等.低量生物質炭對2種熱帶牧草產量和品質的影響研究初報[J].草地學報,2010,06:844-847.

[17]楊瑞平,張勝,王珊珊.氮磷鉀配施對馬鈴薯干物質積累及產量的影響[J].安徽農業科學,2011,07:3871-3874.

[18]Zwieten L Van,Kimber S,Morris S,et al.Effects of biochar from slow pyrolysis of papermill waste on agronomic performance and soil fertility[J].Plant and Soil,2010,327:235-246.

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

國家現代農業產業技術體系建設專項資金資助（CARS-10-P17）。

任少勇（1988-），男，碩士研究生，主要從事馬鈴薯栽培生理研究。

蒙美蓮，教授，主要從事馬鈴薯栽培生理方向研究，E-mail：mmeilian@126.com；陳有君，教授，主要從事植物生理研究，E-mail：cyoujun@sina.com。