不同栽培基質對馬鈴薯產量的影響

陽新月，楊 毅,2，林 茜，向 穎,2，周子禹，王季春,2*

（1.西南大學農學與生物科技學院，重慶 400715；2.薯類生物學與遺傳育種重慶市重點實驗室，重慶 400715）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是繼玉米、水稻、小麥之后的世界第四大糧食作物[1]。根據聯合國糧農組織（FAO）統計[2]，截至2019 年底，中國的馬鈴薯種植面積與馬鈴薯產量均為世界第一，種植面積約491 萬hm2，占全球種植面積的28.34%；產量達9 188 萬t，占全世界總產量的24.80%。但中國馬鈴薯單產水平僅有歐美發達國家的1/3～1/2，因此，擁有很大的增產空間[3]。

土壤耕作時間延長、不合理的耕作制度以及不科學的種植方式而導致土壤理化性質變差、養分含量嚴重降低、土壤生產力下降，是導致馬鈴薯單產不高的主要原因[4,5]。使用有機物介質與不良土壤混合種植可以提高作物產量。研究發現蛭石、珍珠巖、河沙與草炭等混合配制的基質栽培可使馬鈴薯原原種總產量、商品薯產量較純土壤種植均顯著提高[6]。直接利用有機物介質種植不現實，添加有機物介質到土壤中改良土壤，就可能促進馬鈴薯的生長發育[7]。紫色土多分布于中國西南地區，其原生礦物和鹽基離子含量豐富，是南方重要旱作土壤之一[8]。重慶市的紫色土屬于酸性黏性紫色土[9]。黏性紫色土通氣透水能力差，加之人為不合理的耕作方式，導致其酸化加劇，土地生產力逐漸下降，嚴重影響農業經濟的可持續發展。因此，在黏性紫色土中添加不同有機物介質，改良黏性紫色土理化性質，研究改良后的黏性紫色土對馬鈴薯單產的影響，有著重要意義。

在土壤中添加有機物介質改良土壤狀況，通過改善馬鈴薯生長的根際環境提高馬鈴薯的產量主要有3種方式：改善土壤理化性質，改善土壤有機質與養分狀況和改善土壤生物性狀。馮焱等[10]通過改變土壤物理性質可提高馬鈴薯產量，發現椰糠松軟透氣，將其與營養土混合，利于馬鈴薯根系生長、營養吸收和匍匐莖的生長，作為馬鈴薯原原種的栽培基質表現優異。Machado 等[11]采用組合基質，改善作物氮需求和土壤氮有效性之間的同步，從而提高馬鈴薯產量。李爽等[12]通過綜合改善馬鈴薯栽培介質理化性質，將玉米秸稈、草炭、蛭石相搭配，不僅使栽培介質容重減小，且速效養分含量升高，可以有效地為微型薯的生長發育積累更多營養物質。劉峰等[13]通過對馬鈴薯施用保羅微生物酵素菌肥，顯著提升馬鈴薯品質。

目前，在馬鈴薯栽培基質的研究中少有與地區分布廣泛的土壤相混合，研究對該特定土壤的影響，以及對馬鈴薯產量及其器官建成差異。本研究通過有機物介質改善黏性紫色土的理化性質，提高和改善馬鈴薯種植現狀。通過比較黏性紫色土添加不同有機物介質后種植馬鈴薯的產量與養分差異，篩選出改善紫色土最佳基質；通過比較優質介質中的不同基質施用比例對馬鈴薯的產量與養分差異，篩選出改善黏性紫色土最佳基質及其比例；通過比較不同時期的馬鈴薯的形態性狀、生理指標與養分特征，解釋改善后的黏性紫色土提高馬鈴薯種植產量的原因。本研究結果可為馬鈴薯種植介質研究提供科學依據，同時也為西南地區馬鈴薯產業發展提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

西南大學薯類作物研究所重慶市北碚區歇馬基地（N 29°46′，E 106°21′），坐落于川東平行嶺谷重慶市的西北部，海拔244～257 m。屬于亞熱帶季風濕潤氣候，夏季高溫酷熱，極端最高氣溫達43℃，年平均氣溫18℃，年平均降雨量為1 133.7 mm，年平均蒸發量為1 181.1 mm[14]。研究區域地貌形態以淺丘為主，土壤類型以黏性紫色土為主，是典型農業土壤之一，其紫色土具體理化性質見表1。

表1 黏性紫色土基本理化性質Table 1 Basic physical and chemical properties of sticky purplish soil

1.2 試驗設計

試驗供試馬鈴薯品種為西南大學薯類重點實驗室提供的‘青薯9 號’，屬于晚熟品種。栽培選用純紫色土（對照）以及添加特制生物有機基質、玉米秸稈和椰糠形成4 種基質，其中特制有機基質由四川正威實業有限公司提供，含N 0.6%、P2O51.5%、K2O 0.1%、有機質52.1%，玉米秸稈采用覆膜灌水漚制腐熟后使用，椰糠采用覆膜加水堆制腐熟后使用。

本試驗為盆栽試驗，試驗設置紫色土中添加有機物介質的種類A 因素與有機物介質混合入土壤的比例B 兩個因素。A 設置3 個水平，分別為特制生物有機基質（A1）、玉米秸稈（A2）、椰糠（A3），B 設置3 個處理水平，分別為紫色土中摻入20%的有機物介質（B1）、紫色土中摻入40%的有機物介質（B2）、紫色土中摻入60%的有機物介質（B3）；另設純紫色土種植（CK）。共設10 個處理，隨機區組排列，每個處理設置3 個重復，每個重復10 盆。

試驗盆行距為60 cm，窩距為28 cm，每盆播種一個種薯，折算60 000 窩/hm2。種植前統一施加單質氮、磷、鉀肥作為底肥，分別施加尿素（含有效氮46%）391.30 kg/hm2、過磷酸鈣（含有效磷12%）750.00 kg/hm2、硫酸鉀（含有效鉀52%）692.31 kg/hm2。本試驗所有花盆直徑約為24 cm，高26.5 cm，每盆需要添加基質約9 L，所有基質及肥料在播種前混合均勻，并一次性加入，除試驗設置處理外其他栽培管理措施均相同。2020 年 1 月 11 日播種，6 月 5 日收獲。

1.3 測量指標與方法

1.3.1 土壤指標測定

試驗前5 點法取樣采集0～20 cm 耕作層土壤，混合均勻后帶回實驗室風干用于測定土壤養分本底值。參照《土壤農化分析》[15]，土壤有效氮含量用堿解擴散法測定。土壤有效磷、有效鉀測定采用托普土壤養分速測儀TPY-16A測定；土壤全氮含量采用凱氏定氮法測定；土壤全磷含量用高氯酸-硫酸法測定；土壤全鉀含量用火焰光度法測定；土壤有機質含量用重鉻酸鉀容量法測定；pH 值采用水土比5∶2混合液經過150 r/min振蕩30 min后使用pH計測定；土壤容重采用環刀法，土壤容重= 環刀內干土重/環刀容積；總孔隙度采用公式法，土壤孔隙度（%）=（土粒密度-土壤容重）× 100/土壤容重。

1.3.2 馬鈴薯性狀與生理指標測定

試驗分別在盆栽馬鈴薯開花期測定株高、莖粗農藝性狀，成熟期測定產量、商品薯率（單薯重≥50 g 為商品薯，商品薯的重量占總薯塊重量的百分數為商品薯率）、單株結薯數、塊莖品質、栽培基質理化性狀、植株養分及干重指標。

馬鈴薯開花期，株高使用皮尺測定、莖粗使用游標卡尺測定。馬鈴薯根、莖、葉、薯干重測定將植株分器官裝袋于105℃烘箱殺青30 min，再80℃烘干至恒重。淀粉含量采用碘-碘化鉀染色法[16]。馬鈴薯植株全氮采用硫酸-雙氧水消煮-全自動凱氏定氮儀測定，全磷采用硫酸-雙氧水消煮-釩鉬黃比色法測定[15]。

1.4 數據處理

使用Excel 2010 進行數據整理，采用DPS 7.05對數據進行方差分析和處理平均值多重比較（SSR）。以同種有機介質中各比例均作為區組，對不同基質馬鈴薯開花期農藝性狀與干物質積累數據、成熟期馬鈴薯產量與商品性狀數據進行單因素方差分析，選出優質基質。然后，對優質基質下的基質比例進行單因素方差分析，選出優質基質下的優質栽培基質混合比例。最后，將優質基質及其比例進行氮、磷養分吸收量數據單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同基質對馬鈴薯產量和品質的影響

2.1.1 不同基質種類對馬鈴薯產量和商品性狀的影響

馬鈴薯產量和商品性狀會因栽培基質不同而存在差異。椰糠（A3）種植的馬鈴薯產量最高，玉米秸稈（A2）次之，純紫色土（CK）種植的馬鈴薯產量最低。基質A3 和A2 種植馬鈴薯的產量分別為59 908 和57 517 kg/hm2，相比于CK 分別提高72.30%和65.42%。特制有機基質（A1）種植馬鈴薯產量為44 560 kg/hm2，顯著低于A2、A3，但較CK 增加28.15%，差異顯著。不同基質的單株結薯數較CK 均存在顯著增加，增幅為29.40%～56.25%。其中A1、A3 結薯多，二者差異不顯著，但分別較CK 單株結薯數多9.0 和7.7 個。小薯平均單薯重總體而言都偏小，介于13～20 g，A2、A3 處理均顯著高于CK 和A1。各基質處理在商品薯率上與CK 持平或顯著降低。除A1 商品薯率顯著低于CK，其他處理均與CK 不存在顯著差異。不同基質種植的馬鈴薯淀粉含量與CK 相比持平或顯著增加。其中A2 淀粉含量顯著高于其他處理，達15.02%，較CK 增加24.96%；A3 淀粉含量顯著低于A2 為13.75%，較CK 顯著增加14.39%（表2）。

表2 不同基質種類對馬鈴薯產量及商品性狀的影響Table 2 Effects of different substrates on potato yields and marketable tuber characters

2.1.2 不同基質種類對馬鈴薯農藝性狀與植株干物質積累的影響

開花期馬鈴薯農藝性狀在不同基質處理下也存在一定差異。各基質的株高較純紫色土（CK）均存在顯著增加，其中玉米秸稈處理（A2）最大，特制有機基質處理（A1）次之，椰糠處理（A3）最小 。 相 比 CK 增 加 10.24～15.04 cm， 增 幅 為16.56%～24.31%。不同基質種植馬鈴薯的莖粗相差不大，僅A1 種植的馬鈴薯莖粗為0.96 cm，較CK 顯著提高15.66%（表3）。

不同基質種類對馬鈴薯地上植株干物質積累影響顯著。各基質處理下馬鈴薯在單株根、葉、塊莖干重積累上與CK 持平或顯著增長，在馬鈴薯莖干物質積累上與CK 相比顯著增加或減少。馬鈴薯單株根干物質的積累，除A1 顯著較CK 增大85.33%，其余均與CK 差異不顯著。單株馬鈴薯莖、葉干重在A1 處理下均顯著高于A2、A3，分別較CK 增加68.31%、91.74%。而在塊莖干重A2 和 A3 最大，分別為 155.24 和 155.69 g，較 CK高91.65%、92.21%。A2 的莖、葉、塊莖干重分別較CK 顯著增大11.89%、66.00%、91.65%。A3在馬鈴薯單株莖干物質積累中相比CK 顯著減少12.25%，塊莖干重中顯著高于CK 92.21%（表3）。

表3 不同基質種類對馬鈴薯農藝性狀與植株干物質積累的影響Table 3 Effects of different substrates on potato agronomic characters and dry matter accumulations

2.2 優質基質下的不同基質比例對馬鈴薯產量和品質的影響

2.2.1 優質基質下的不同基質比例對馬鈴薯產量和商品性狀的影響

相同基質下的不同基質比例對馬鈴薯產量和商品性狀存在顯著影響。混合玉米秸稈基質種植的馬鈴薯在產量、單株結薯個數（B1 除外）和淀粉產量均顯著高于純紫色土對照處理。玉米秸稈基質處理的馬鈴薯產量較CK 均有顯著增加，其產量在B3 處達到最大，為66 150 kg/hm2，較CK 增產90.25%。商品薯率在玉米秸稈基質處理中，也以B3 為最大，顯著高于其他處理，相比CK 增加9.93%。玉米秸稈基質處理的小薯平均單薯重和馬鈴薯單株結薯數與CK 持平或顯著增長，其增幅分別為11.01%～63.84%和14.38%～44.38%，其中小薯平均單薯重以B1 為最大，為22.61 g，單薯結薯數以B3 為最高，為23.1 個。淀粉產量在混合玉米秸稈基質處理中，與CK 相比增幅為82.40%～118.56%，其中B3 最大為9 138 kg/hm2，B2 次之（表4）。

混合椰糠基質種植的馬鈴薯在產量、單株結薯個數和淀粉產量均顯著高于純紫色土對照處理。椰糠基質處理的馬鈴薯產量較CK 均存在顯著增加，增幅為56.49%～88.60%。產量在B3 處達到最大，為65 575 kg/hm2，較CK 增產88.60%，但與B1 差異不顯著。商品薯率在混合椰糠基質處理中均與CK 不存在顯著差異。椰糠基質處理的馬鈴薯小薯平均單薯重和單株結薯個數較CK 均存在顯著增加。小薯平均單薯重增幅為24.86%～41.38%，以B2 處理19.51 g/個為最大，但總體而言仍偏小，介于13～20 g。馬鈴薯單株結薯數以B3 處理26.7 個為最多，較CK 增加66.88%并顯著高于其他各處理。椰糠基質處理的馬鈴薯每公頃淀粉產量較CK 均存在顯著增加，增幅為86.56%～110.19%，以B1 為最大，但處理間差異均不顯著（表4）。

表4 優質基質下的不同基質比例對馬鈴薯產量和商品性狀的影響Table 4 Effects of different quality substrate ratios on potato yields and marketable tuber characters

2.2.2 優質基質下的不同基質比例對馬鈴薯農藝性狀的影響

混合玉米秸稈基質處理的馬鈴薯株高較CK均有顯著增加。混合玉米秸稈基質株高較CK 增幅為15.81%～35.57%，B3 比例種植的馬鈴薯株高最大，為83.85 cm，較CK 增大35.57%。隨玉米秸稈占栽培基質的比例增大，馬鈴薯莖粗呈上升的趨勢，其中B3莖粗達至1.00 cm，顯著高于CK。

混合椰糠基質處理的馬鈴薯株高較CK 均有顯著增加，但處理之間沒有顯著差異。隨椰糠占栽培基質的比例增大，馬鈴薯株高呈減小的趨勢，但均較CK 植株高12.09%～22.12%。在馬鈴薯莖粗的建成上，各處理較CK 相比持平或顯著增加，其中B3 達至0.93 cm，顯著高于CK 12.04%（表5）。

表5 優質基質下的不同比例對馬鈴薯株高、莖粗的影響Table 5 Effects of different quality substrate ratios on potato plant height and stem diameter

2.3 優質基質及其比例最優處理組合對馬鈴薯營養吸收的影響

2.3.1 優質基質及其比例最優處理組合對馬鈴薯氮素吸收的影響

優質基質及其比例在一定程度上影響馬鈴薯各器官氮素的吸收。A2B3 處理在葉、塊莖的氮素吸收分別為60.96 和75.69 kg/hm2，相較CK 顯著增加71.43%、87.03%。A2B3 處理在根氮素吸收上與CK 不存在顯著差異，在莖的吸收上相比CK 顯著減少22.94%。A3B3 處理在塊莖的氮素吸收上達69.18 kg/hm2，顯著高于CK 70.94%，在根、莖、葉的吸收上，A3B3 均相比CK 顯著減少17.50%、35.73%、12.35%。A3B1 處理在根、葉、塊莖的氮素吸收上均顯著高于CK 18.75%、16.87%、79.37%，在莖吸收上顯著減小42.13%（表6）。

表6 優質基質及其比例對馬鈴薯氮素吸收的影響（kg/hm2）Table 6 Effect of quality substrate and its ratio on nitrogen absorption of potato (kg/ha)

2.3.2 優質基質及其比例最優處理組合對馬鈴薯磷素吸收的影響

馬鈴薯各器官對磷素營養的吸收與優質基質及其比例也存在一定的影響。A2B3 處理在馬鈴薯根、葉、塊莖的磷素吸收上均較CK 顯著增加46.67%、39.59%、95.24%，分別為0.22， 6.84和43.52 kg/hm2。在馬鈴薯莖吸收上，A2B3 處理雖較CK 稍有增加，但不存在顯著差異。A3B3 處理在馬鈴薯根、莖、塊莖的磷素吸收上分別為0.27、11.76 和 31.39 kg/hm2，較 CK 分別顯著增大80.00%、29.37%、40.83%。在馬鈴薯葉的吸收上，A3B3 處理雖較CK 稍有波動，但不存在顯著差異。A3B1 處理在馬鈴薯根、塊莖的磷素營養吸收上較CK 顯著增加40.00%、86.86%，在莖、葉營養吸收上與CK 不存在顯著差異（表7）。

表7 優質基質及其比例對馬鈴薯磷素吸收的影響（kg/hm2）Table 7 Effect of quality substrate and its ratio on phosphorus absorption of potato (kg/ha)

3 討 論

不同栽培基質所具備的不同優勢能影響作物產量和品質。玉米秸稈腐解可增強土壤中微生物的活性，提高土壤有機質含量和土壤通透性[17]。椰糠可調節土壤的酸堿度，有優良的保水排水能力，能提高根系的透氣能力[18]。本研究發現玉米秸稈和椰糠可以作為改良黏性紫色土種植馬鈴薯的基質。采用玉米秸稈和椰糠種植馬鈴薯產量分別為57 517 和59 908 kg/hm2，相比于純紫色土分別提高65.42%和72.30%；且紫色土中摻入60%的玉米秸稈或者椰糠以及紫色土中摻入20%椰糠種植馬鈴薯的產量分別達到66 150、 65 575 和61 238 kg/hm2，較純紫色土增產90.25%、88.60%、76.12%。馬鈴薯中的淀粉含量是衡量馬鈴薯品質的重要指標之一。紫色土中摻入60%的玉米秸稈或者椰糠以及紫色土中摻入20%椰糠種植馬鈴薯的淀粉產量分別達9 138、8 085 和8 788 kg/hm2，較純紫色土種植提高118.56%、93.37%、110.19%。但從種植成本來看，相應處理新增玉米秸稈成本約 4 200 元/hm2，新增椰糠成本約 94 500 元/hm2和31 500 元/hm2，分別高出玉米秸稈處理的22 倍和8 倍。新增塊莖按1 元/kg 計，紫色土中摻入60%的玉米秸稈處理新增純收益為27 180 元/hm2，添加椰糠的處理均不新增純利潤，因此紫色土中摻入60%的玉米秸稈處理經濟效益顯著，更為可行。與本研究相似的結果郭金嶺等[19]發現腐熟玉米秸稈作為主要栽培基質配合蛭石，可以顯著地提高萵苣的產量及品質；椰糠復合基質能顯著促進巖生報春植株的生長發育[20]。本試驗與前人的研究相符，采用玉米秸稈、椰糠作為栽培基質栽培馬鈴薯能顯著促進馬鈴薯的生長發育，在馬鈴薯的產量以及淀粉累積上產生顯著差異，可以在西南黏性紫色土區域進行推廣種植。

不同基質及其比例對馬鈴薯的養分吸收情況存在不同。本研究發現，紫色土中摻入60%的玉米秸稈或者椰糠以及摻入20%的椰糠處理種植馬鈴薯雖在營養吸收的機制上存在不同，但均能夠顯著促進養分向塊莖的轉移。紫色土中摻入60%的玉米秸稈基質，馬鈴薯在氮素營養上葉、塊莖的吸收分別為60.96 和75.69 kg/hm2，相較CK 顯著增加71.43%、87.03%；而莖的吸收上相比CK顯著減少22.94%。在磷素營養上馬鈴薯根、葉、塊莖的吸收上均較CK 顯著增加46.67% 、39.59%、95.24%。紫色土中摻入60%的椰糠基質的馬鈴薯塊莖氮素吸收達69.18 kg/hm2，顯著高于CK 70.94%；但在根、莖、葉的吸收上，均較CK 顯著減少17.50%、35.73%、12.35%；該處理馬鈴薯根、莖、塊莖的磷素吸收上分別為0.27、11.76 和 31.39 kg/hm2， 較 CK 分 別 顯 著 增 大80.00%、29.37%、40.83%，葉吸收上不存在顯著差異。紫色土中摻入20%的椰糠處理能夠在根、葉、塊莖的氮素吸收上均顯著高于其他處理組合，并較CK 增加18.75%、16.87%、79.37%，在莖吸收上顯著減小42.13%；在磷素營養上較CK 顯著提高40.00%、86.86%的馬鈴薯根和塊莖的吸收。氮素營養是影響馬鈴薯葉片和塊莖生長發育的重要因素，磷素營養與塊莖的膨大密切相關。兩者在馬鈴薯成熟期會大量向塊莖轉移，促進塊莖建成[21]。紫色土中摻入60%的玉米秸稈基質通過促進馬鈴薯葉的氮吸收、減弱莖的吸收，從而提高馬鈴薯塊莖的氮素營養；通過協同促進馬鈴薯根、葉的磷素營養吸收，促進馬鈴薯塊莖的磷素營養。紫色土中摻入60%的椰糠在氮素營養上通過拮抗作用降低馬鈴薯根、莖、葉吸收，從而提高馬鈴薯塊莖的氮素營養；磷素營養上通過協同促進馬鈴薯根、莖的營養吸收，從而提高馬鈴薯塊莖的磷素營養；紫色土中摻入20%的椰糠處理能通過提升馬鈴薯根、葉氮素吸收，降低莖吸收，從而促進馬鈴薯的氮素吸收，同時在磷素營養上也通過協調促進根吸收，從而提高馬鈴薯塊莖的磷素營養。本研究與前人的研究存在一定的差異。有研究表明，采用污泥堆肥能顯著提高非洲菊葉片的氮、磷含量，并能增加其根的重金屬含量，但向地上部分運輸的較少[22]。發酵玉米秸稈栽培能明顯增大番茄養分吸收量[23]。而也有研究表明，基質配方類型對小白菜植株地上部分含氮質量分數無明顯差異，對整株含氮量差異顯著[24]。差異的產生可能與不同的栽培基質及其比例所含的營養成分與理化性質不同有關，也與植株各部分干重差異有關，仍有待進一步證實。