生物炭基肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

摘要：探明馬鈴薯專用生物炭基肥在臨洮縣、甘州區(qū)、肅州區(qū)最佳施用量，為當(dāng)?shù)伛R鈴薯合理施肥管理措施提供依據(jù)。以馬鈴薯品種隴薯15號(hào)為材料，設(shè)置300、600、900、1 200 kg/hm2不同梯度馬鈴薯專用生物炭基肥、與其等養(yǎng)分量的N、P、K傳統(tǒng)化肥及對(duì)照不施肥等9個(gè)處理，研究比較了不同施肥處理下馬鈴薯植株性狀、產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收率的變化，并在試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行連續(xù) 2 a田間試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，生物炭基肥施用量為900 kg/hm2時(shí)馬鈴薯產(chǎn)量最高，較等養(yǎng)分量傳統(tǒng)施肥（尿素289.8 kg/hm2、普通過磷酸鈣450.0 kg/hm2、氯化鉀138.6 kg/hm2）提高12.0%；塊莖數(shù)、塊莖重、大中薯數(shù)、大中薯重、大中薯率較等養(yǎng)分傳統(tǒng)施肥分別增加43.14%、8.27%、13.04%、9.34%、18.40%，養(yǎng)分吸收效率增加6.8個(gè)百分點(diǎn)。連續(xù) 2 a田間試驗(yàn)驗(yàn)證表明，馬鈴薯專用生物炭基肥900 kg/hm2處理的產(chǎn)量較等養(yǎng)分量傳統(tǒng)全化肥施肥在臨洮縣、甘州區(qū)、肅州區(qū)分別顯著提高20.6%、16.4%、12.9%；顯著提高馬鈴薯的干物質(zhì)、蛋白質(zhì)、粗淀粉、還原糖含量。綜上所述，馬鈴薯專用生物炭基肥適宜施用量為900 kg/hm2，可提產(chǎn)增效，是臨洮縣、甘州區(qū)、肅州區(qū)馬鈴薯種植推薦施肥量。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯；產(chǎn)量；品質(zhì)；生物炭基肥

中圖分類號(hào)：S532" " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " " " "文章編號(hào)：2097-2172（2025）03-0272-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2025.03.012

Effects of Biochar-based Fertilizer on Potato Yield and Quality

ZHAO Xinnan， YANG Junlin， XIE Lihua， ZHANG Xulin， FENG Shoujiang

（1. Institute of Soil， Fertilizer， and Water-saving Agriculture， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China;

2. College of Life and Environmental Sciences， Wenzhou University， Wenzhou Zhejiang 325035， China）

Abstract： To investigate the best application amount of biochar-based fertilizer for potatoes in Lintao County， Ganzhou District and Suzhou District， and to provide basis for reasonable fertilization management measures for local potato production in this study， the potato variety Long 15 was used as material， and four biochar-based fertilizers with different gradients for potato were set up， including 300， 600， 900 and 1 200 kg/ha， and nine treatments with the same amount of traditional N， P and K fertilizers and no fertilization. The changes of potato plant traits， yield and nutrient uptake rate under different fertilization treatments were studied and compared， and field experiments were conducted in the experimental area for two consecutive years. Results showed that when the application rate of biochar-based fertilizer was 900 kg/ha， the potato yield was the highest which was 12.0% higher than that under traditional fertilization with equal nutrients（urea 289.8 kg/ha， superphosphate 450.0 kg/ha， potassium chloride 138.6 kg/ha）. Compared with traditional fertilization， number of tubers， tuber weight， number of medium and large tubers， weight of medium and large tubers， and the proportion of medium and large tubers increased by 43.14%， 8.27%， 13.04%， 9.34%， and 18.40%， respectively， while nutrient uptake efficiency improved by 6.8 percentage points. 2 consecutive years of field experiment confirmed that at 900 kg/ha， the biochar-based fertilizer treatment significantly increased potato yield by 20.6%， 16.4%， and 12.9% compared with traditional full chemical fertilization in Lintao County， Ganzhou District， and Suzhou District， respectively. It also significantly improved potato dry matter content， protein content， crude starch content， and reducing sugar content. In conclusion， the optimal application rate of potato-specific biochar-based fertilizer is 900 kg/ha， which enhances yield and efficiency. It is recommended as the fertilization rate for potato cultivation in Lintao County， Ganzhou District， and Suzhou District.

Key words： Potato; Yield; Quality; Biochar-based fertilizer

馬鈴薯是甘肅省三大糧食作物之一，種植面積和產(chǎn)量占全省糧食播種面積和產(chǎn)量的1/5以上。其產(chǎn)業(yè)是甘肅省六大特色產(chǎn)業(yè)之一，在解決甘肅省糧食安全問題以及鄉(xiāng)村振興具有不可撼動(dòng)的戰(zhàn)略地位［1 ］。隴中旱作區(qū)氣候陰涼，土壤富鉀，是馬鈴薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)［2 - 3 ］，常年種植面積穩(wěn)定在27萬hm2左右［4 ］；張掖、酒泉地處甘肅省河西走廊，是典型的綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)，馬鈴薯種植面積占耕地面積的 1/4左右，為主栽作物之一［5 ］。近年來為追求高產(chǎn)高收益，多年連作與傳統(tǒng)全化肥施肥，導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)顯著下降，嚴(yán)重阻礙全省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。生物炭基肥利用生物質(zhì)制備的生物炭能夠有效固持肥料養(yǎng)分使其在土壤中緩慢釋放，是一種優(yōu)良的緩釋肥料，可提高肥料利用率并實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物秸稈資源化利用［6 - 7 ］，有利于土壤質(zhì)量提升與植物生長(zhǎng)［8 - 11 ］。在華東地區(qū)砂壤農(nóng)田研究生物炭基肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量影響的結(jié)果表明，適宜生物炭基肥用量較傳統(tǒng)單施化肥可顯著提升產(chǎn)量［12 ］，針對(duì)同一區(qū)域探索作物專用肥施用比較試驗(yàn)已在玉米、小麥上廣泛開展，而在區(qū)域特色主栽作物馬鈴薯上卻鮮有報(bào)道［13 - 16 ］。在隴中旱作區(qū)與河西灌區(qū)研究不同生物炭基肥施用量如何影響馬鈴薯植株性狀及產(chǎn)量分析十分必要。為此，我們依托定西市臨洮縣、張掖市甘州區(qū)、酒泉市肅州區(qū)田間試驗(yàn)，通過研究對(duì)比馬鈴薯專用生物炭基肥與常規(guī)傳統(tǒng)施肥對(duì)馬鈴薯植株性狀、產(chǎn)量以及品質(zhì)的影響，為隴中旱作區(qū)與河西灌區(qū)馬鈴薯專用生物炭基肥推廣提供理論依據(jù)及數(shù)據(jù)支撐。

1" "材料與方法

1.1" "試驗(yàn)區(qū)概況

2022 — 2024年試驗(yàn)地設(shè)在臨洮縣辛店鎮(zhèn)（35° 61′ N，103° 79′ E）。該地位于甘肅省中部偏南，屬中溫帶半干旱區(qū)。土壤類型為黃綿土，平均海拔" " 2 000 m，年均太陽(yáng)輻射592.85 kJ/cm2，年均日照時(shí)數(shù)2 476.6 h， 年均氣溫6.4 ℃，≥0 ℃積溫" " 2 933.5 ℃，≥10 ℃積溫2239.1 ℃，無霜期140 d，耕層土壤含有機(jī)質(zhì)11.20 g/kg、全氮1.12 g/kg、全磷0.83 g/kg、全鉀1.23 g/kg、速效氮68.0 mg/kg、速效磷15.0 mg/kg、速效鉀162.0 mg/kg，pH 8.20。

2023、2024年增加張掖市和酒泉市試驗(yàn)地，其中張掖市試驗(yàn)地設(shè)在甘州區(qū)（39° 04′ N，100° 42′ E），年均氣溫7.6 ℃，年日照時(shí)數(shù)3 500.0 h，≥ 10 ℃積溫3 080.0℃，無霜期145 d，土壤類型為灌漠土，耕層土壤含有機(jī)質(zhì)16.20 g/kg、全氮1.22 g/kg、全磷0.94 g/kg、全鉀1.16 g/kg、速效氮92.7 mg/kg、速效磷18.4 mg/kg、速效鉀136.7 mg/kg，pH 8.34。酒泉市試驗(yàn)地設(shè)在肅州區(qū)（39° 74′ N，98° 58′ E），土壤為灌淤土，土質(zhì)疏松。年均氣溫7.3 ℃，降水量為85.3 mm，年均日照時(shí)數(shù)3 033.4 h，耕層土壤含有機(jī)質(zhì)12.80 g/kg、全氮0.81 g/kg、全磷0.77 g/kg、全鉀1.13 g/kg、速效氮80.4 mg/kg、速效磷19.5 mg/kg、速效鉀114.5 mg/kg，pH 8.54。

1.2" "供試材料

供試肥料氮肥為尿素（N 46%），由新疆心連心能源化工有限公司生產(chǎn)；磷肥為普通過磷酸鈣（P2O5 16%），由美盛國(guó)際貿(mào)易大連有限公司生產(chǎn)；鉀肥為氯化鉀（K2O 52%），山東九重化工有限公司生產(chǎn)；生物炭基馬鈴薯專用肥由生物質(zhì)炭與化肥復(fù)合而成（有機(jī)碳3%、N 15%、P2O5 8%、K2O 7%），由甘肅金九月肥業(yè)有限公司提供。指示馬鈴薯品種為隴薯15號(hào)。

1.3" "試驗(yàn)方法

1.3.1" " 專用生物炭基肥對(duì)馬鈴薯性狀、產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收利用效率的影響" " 2022年在臨洮縣辛店鎮(zhèn)，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)9個(gè)施肥處理（表1），3次重復(fù)，小區(qū)面積40 m2（5 m×8 m）。試驗(yàn)采用地膜覆蓋壟作種植方式，種植帶寬100 cm，其中壟寬60 cm，壟高20 cm，溝寬40 cm。所有肥料一次性基施。播種前覆幅寬110 cm、厚0.01 mm的地膜，在壟上間隔50 cm留滲水孔。2022年4月中下旬播種，壟上播種馬鈴薯2行，行距50 cm、株距33 cm，播深15 cm，種植密度6.0萬株/ hm2。試驗(yàn)各處理分別在苗期、現(xiàn)蕾期、開花期、塊莖膨大期小水淺灌不沒及壟面，除放苗和拔草外不進(jìn)行其他管理。9月中下旬收獲。

1.3.2" " 馬鈴薯專用生物炭基肥田間驗(yàn)證試驗(yàn)" " 選取2022年生物炭基肥試驗(yàn)最優(yōu)處理，2023、2024年分別在臨洮縣、張掖市甘州區(qū)和酒泉市肅州區(qū)進(jìn)行連續(xù) 2 a的馬鈴薯專用生物炭基肥田間試驗(yàn)驗(yàn)證，以確定生物炭基肥科學(xué)施用量。試驗(yàn)采用大區(qū)設(shè)計(jì)，共設(shè)2個(gè)處理，分別為常規(guī)施肥（T4）、對(duì)應(yīng)的最優(yōu)生物炭基肥，不設(shè)重復(fù)，大區(qū)面積200 m2。其他管理同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)農(nóng)田。

1.4" "主要測(cè)定指標(biāo)及計(jì)算方法

2022年馬鈴薯成熟期每小區(qū)隨機(jī)采10株植株樣品，測(cè)定每株鮮重、塊莖數(shù)、塊莖重、大中薯個(gè)、大中薯重量以及大中薯率。并根據(jù)小區(qū)單產(chǎn)單收，測(cè)定產(chǎn)量。單株裝入紙袋置于烘箱105 ℃ 殺青 0.5 h，80 ℃ 烘干至恒重，計(jì)算單株馬鈴薯干物質(zhì)積累量。粉樣后分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰光度計(jì)法測(cè)定植株全氮量、全磷量、全鉀量［1 ］。

2023、2024年馬鈴薯收獲時(shí)，每個(gè)大區(qū)隨機(jī)選取5點(diǎn)，每點(diǎn)隨機(jī)選取20株馬鈴薯計(jì)算馬鈴薯產(chǎn)量。使用FOSS近紅外儀（DA 1650）測(cè)馬鈴薯塊莖鮮樣蛋白質(zhì)、粗淀粉、維生素C、還原糖［1 ］。按以下公式計(jì)算總養(yǎng)分吸收量和養(yǎng)分吸收效率。

總養(yǎng)分吸收量=成熟期全植株干物質(zhì)重量×植株養(yǎng)分含量（全氮、全磷、全鉀）

養(yǎng)分吸收效率=總養(yǎng)分吸收量/總養(yǎng)分投入量×100%

1.5" "數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

所有數(shù)據(jù)在Excel 2019中進(jìn)行整理，SPSS 24.0 （IBM SPSS， USA） 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD進(jìn)行（P lt; 0.05）處理間的多重比較。

2" "結(jié)果與分析

2.1" "生物炭基肥對(duì)馬鈴薯植株性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表2可知，施肥處理下塊莖數(shù)、塊莖重、大中薯數(shù)、大中薯重、大中薯率均高于不施肥處理。不同生物炭基肥施用量以T8處理塊莖數(shù)（21.9個(gè)/穴）、塊莖重（973.8 g/株）、大中薯數(shù)（5.2個(gè)/株）、大中薯重（572.7 g/株）、大中薯率（63.7%）表現(xiàn)最優(yōu)，較等養(yǎng)分傳統(tǒng)施肥處理分別增加43.14%、8.27%、13.04%、9.34%、18.40%。

2.2" "生物炭基肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由圖1可知，馬鈴薯產(chǎn)量施肥處理均高于無肥處理，其中T8處理產(chǎn)量最高，較T6、T7處理分別顯著提高21.2%、17.6%（P ＜ 0.05），較等養(yǎng)分量傳統(tǒng)施肥T4處理顯著提高12.0%（P ＜ 0.05）；其次是T9處理，較T6處理顯著提高15.6%（P ＜ 0.05），較T7處理提高10.9%。對(duì)各處理馬鈴薯產(chǎn)量進(jìn)行方差分析表明，T8處理與T9處理差異不顯著（P gt; 0.05），與其余處理差異顯著（P ＜ 0.05））；T9處理與T4、T5、T7處理差異不顯著（P gt; 0.05），與T6、T3、T2、T1處理差異顯著（P ＜ 0.05）；T4、T5、T7處理均與T6處理差異不顯著（P gt; 0.05），與T3、T2、T1處理差異顯著（P ＜ 0.05）。可見在養(yǎng)分投入量相近情況下，馬鈴薯專用生物炭基肥較傳統(tǒng)化肥更有利于馬鈴薯產(chǎn)量提高。

2.3" "生物炭基肥對(duì)馬鈴薯養(yǎng)分吸收利用效率的影響

由表3可知，施肥處理下植株全氮量、植株全鉀量、總養(yǎng)分吸收量及養(yǎng)分吸收利用效率均高于無肥處理。T8處理下養(yǎng)分吸收利用效率顯著高于其他處理（P lt; 0.05）。與T4處理相比，T8處理植株全氮量、全磷量、全鉀量分別提高0.29、0.70、0.86 g/kg，總養(yǎng)分吸收量提高2.3 kg/hm2，養(yǎng)分吸收利用效率提高6.8個(gè)百分點(diǎn)。說明在等養(yǎng)分投入水平下，適宜生物炭基肥施用量較傳統(tǒng)施肥可顯著提高肥料養(yǎng)分利用率。

2.4" "馬鈴薯專用生物炭基肥田間驗(yàn)證分析

通過試驗(yàn)得出T8處理為生物炭基肥最優(yōu)處理，對(duì)臨洮縣、甘州區(qū)和肅州區(qū)進(jìn)行的馬鈴薯生物炭基肥對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果（表4）發(fā)現(xiàn)， 臨洮縣2 a平均產(chǎn)量生物炭基肥處理（T8）較常規(guī)處理（T4）顯著提高8.9 t/hm2，增幅20.2%。T8處理的干物質(zhì)、粗淀粉、還原糖含量與T4處理差異達(dá)顯著水平（P lt; 0.05），蛋白質(zhì)和維生素C含量與T4處理差異不顯著。甘州區(qū)2 a平均產(chǎn)量T8處理較T4處理顯著提高8.2 t/hm2，增幅16.4%，T8處理的干物質(zhì)、蛋白質(zhì)、粗淀粉、還原糖含量與T8處理差異達(dá)顯著水平（P lt; 0.05）。酒泉市肅州區(qū) 2 a平均產(chǎn)量T8處理較T4處理顯著提高6.6 t/hm2，增幅12.9%（P lt; 0.05），T8處理的干物質(zhì)、粗淀粉含量與T4處理差異達(dá)顯著水平。

3" "討論與結(jié)論

氮、磷、鉀維持馬鈴薯正常生長(zhǎng)發(fā)育的三大必需營(yíng)養(yǎng)元素，適宜的氮、磷、鉀肥用量對(duì)提升馬鈴薯產(chǎn)量品質(zhì)極具意義［17 ］。株高、塊莖重、大中薯數(shù)、大中薯重、大中薯率是馬鈴薯生長(zhǎng)性狀的主要觀測(cè)指標(biāo)［17 ］。本研究中，觀察發(fā)現(xiàn)不同生物炭基肥施用量處理株高均低于傳統(tǒng)施肥處理，而產(chǎn)量指標(biāo)卻呈相反表現(xiàn)，這表明馬鈴薯生長(zhǎng)時(shí)若地上部分徒長(zhǎng)則不利于地下塊莖，即產(chǎn)量形成，這與前人研究結(jié)果一致［18 - 19 ］。隨著生物炭基肥施用量增加，馬鈴薯產(chǎn)量呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)，這與長(zhǎng)江三角洲砂壤農(nóng)田研究生物炭基肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量結(jié)果一致［12 ］。養(yǎng)分積累量是馬鈴薯產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，肥料利用效率和塊莖產(chǎn)量均會(huì)受到養(yǎng)分積累量的影響［20 ］。本研究結(jié)果表明，適宜生物炭基肥施用量下馬鈴薯養(yǎng)分吸收效率最高，與西南地區(qū)砂壤農(nóng)田研究馬鈴薯氮、磷、鉀吸收利用的結(jié)果一致［21 ］，這可能是由于生物炭基肥在化肥氮、磷、鉀養(yǎng)分基礎(chǔ)上增加有機(jī)質(zhì)投入，促進(jìn)馬鈴薯對(duì)養(yǎng)分的吸收利用。已有眾多研究結(jié)果表明，作物產(chǎn)量與品質(zhì)不可兼得，本研究連續(xù)兩年驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明，科學(xué)適宜的馬鈴薯生物炭基肥施用量較傳統(tǒng)施肥顯著提高產(chǎn)量同時(shí)對(duì)品質(zhì)具有一定提升效果，這與研究蔬菜專用肥的研究結(jié)果一致，這可能是由于科學(xué)專用肥投入量在供應(yīng)植株養(yǎng)分同時(shí)平衡土壤養(yǎng)分［22 - 23 ］。

本研究在等養(yǎng)分條件下對(duì)4種不同生物炭基肥用量與傳統(tǒng)施肥進(jìn)行對(duì)比，研究生物炭基肥對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量以及品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，生物炭基肥施用量為900 kg/hm2處理的馬鈴薯塊莖數(shù)、塊莖重、大中薯數(shù)、大中薯重、大中薯率表現(xiàn)最優(yōu)，產(chǎn)量、養(yǎng)分利用效率表現(xiàn)最高，與等養(yǎng)分傳統(tǒng)施肥（尿素289.8 kg/hm2、普通過磷酸鈣450.0 kg/hm2、氯化鉀138.6 kg/hm2）相比，塊莖數(shù)、塊莖重、大中薯數(shù)、大中薯重、大中薯率分別增加43.14%、8.27%、13.04%、9.34%、18.40%，產(chǎn)量提高12.0%，養(yǎng)分吸收效率增加6.8個(gè)百分點(diǎn)。臨洮縣、甘州區(qū)、肅州區(qū) 2 a田間試驗(yàn)表明，馬鈴薯專用生物炭基肥900 kg/hm2處理的產(chǎn)量較等養(yǎng)分量傳統(tǒng)全化肥施肥在臨洮縣、甘州區(qū)、肅州區(qū)分別顯著提高20.6%、16.4%、12.9%；顯著提高馬鈴薯的干物質(zhì)、蛋白質(zhì)、粗淀粉、還原糖含量?？梢娚锾炕适┯昧?00 kg/hm2處理較傳統(tǒng)全化肥施肥增產(chǎn)提質(zhì)。因此，在臨洮縣、甘州區(qū)、肅州區(qū)馬鈴薯大田生產(chǎn)中，可推廣的生物炭基肥適宜施用量為900 kg/hm2。

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