生物菌肥對有機種植馬鈴薯生長和產量的影響

陳麗麗，祁香雪，宮曉晨，李鵬飛，胡躍高*

（1.中國農業大學農學院，北京 100193；2.野菜夫人農場，河北 張家口 076481）

有機種植要求在生產過程中禁止使用任何人工合成的化學肥料、除草劑、殺蟲殺菌劑及植物生長調節劑類物質，是一種可持續的農業耕作方式。因其生產過程生態環境友好、其產出品收益高[1]、品質佳、安全性好[2]，近年來備受社會各界人士青睞。有機種植過程對生產投入品使用限制苛刻、對生產技術要求高且執行嚴，造成大多數作物有機生產中存在產量低的突出問題[3]。

馬鈴薯營養豐富，適應性強，栽培面積廣，被認為是繼小麥、水稻、玉米之后的第四大糧食作物，在保障全球糧食安全中扮演重要角色。2015年，農業部正式提出“馬鈴薯主糧化戰略”，有力推動了中國馬鈴薯產業發展[4]。與此同時，馬鈴薯有機生產亦獲得一定程度發展。但是在馬鈴薯有機種植中也存在產量低的問題[5]。研究表明，在常規生產下生物菌肥及其有益菌的代謝產物能有效促進馬鈴薯的生長、提高其產量[6]。劉峰等[7]研究表明，生物酵素菌肥能明顯改善薯塊品質，但對馬鈴薯增產效果不顯著。為了探索生物菌肥在有機種植馬鈴薯上的應用效果，本研究基于10年以上有機種植體系，探究了施用2種生物菌肥對馬鈴薯生長、產量及產量構成因素的影響，以期為生物菌肥應用于有機馬鈴薯種植提供數據支撐和理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試馬鈴薯品種：‘青薯9號’（高產、晚熟、抗晚疫病）。種薯級別為原種。

供試菌肥：北京神州六合生物菌肥，山西地力旺EM菌肥。

1.2 試驗地概況

試驗地位于河北省張家口市張北縣二臺鎮野菜夫人生態農場，位于 N 41°21′～41°32′，E 114°45′～115°，海拔1 300～2 128 m。該地處于河北省西北部，內蒙古高原南部的壩上地區，為中溫帶大陸性季風氣候。年降雨300 mm左右，全年無霜期90～110 d，年均氣溫3.7℃，年均日照時數3 000 h，常年平均風速為6 m/s。種植制度為一年一熟，馬鈴薯是主要作物之一。

1.3 試驗設計

試驗于2017年5月1日播種，10月3日收獲，栽培管理遵循有機生產原則，即不施用農藥、化肥、人工合成的植物生長調節劑等化學物質。采用大壟雙行，壟寬120 cm，壟溝寬40 cm，上壟面寬60 cm，下壟面寬80 cm，株行距為40 cm×25 cm，種植密度52 500株/hm2，播種時按80 t/hm2有機肥（腐熟好的羊糞）作為底肥一次性施入，試驗地pH 7.34，全氮0.98 g/kg，有機質15.06 g/kg，有效磷42.96 mg/kg，速效鉀232.56 mg/kg。

試驗處理為：CK（僅施腐熟有機肥），LH（有機肥+六合生物菌肥），DLW（有機肥+地力旺生物菌肥），2種生物菌肥均按照750 kg/hm2與有機肥混施，2種菌肥處理與對照小區均按照有機生產方式進行管理。小區面積33 m2（6.6 m×5 m），每小區6壟，3次重復，完全隨機排列。

1.4 指標測定及方法

生長指標：每小區隨機選取4株，分別于苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期用卷尺、游標卡尺測定馬鈴薯的株高、莖粗（株高量取從植株基部至頂端位置；莖粗量取基部第3節間的直徑）；用SPAD-502葉綠素儀測定其功能葉（取從上往下數第三、四片完全展開葉片）SPAD值。

產量指標：收獲時，每小區選10 m2樣方測產，取10株測產量構成，對各塊莖分別稱重，按0～30，30～75，75～100，100～150 和＞150 g，對塊莖分級，并計算各級別薯塊所占比例。單薯鮮重≥75 g為商品薯。

1.5 數據統計與分析

試驗數據用IBM SPSS Statistics 23.0統計軟件進行方差分析（Tukey's-b， P＜0.05），用SigmaPlot 12.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同生物菌肥處理對有機種植馬鈴薯生長的影響

由圖1可知，各處理馬鈴薯株高隨生育期推進而增高，成熟期前達到最高值。各取樣時期，不同生物菌肥處理株高與CK差異不顯著（P＞0.05）。

圖1 不同生物菌肥處理對有機種植馬鈴薯株高的影響Figure 1 Effects of different biofertilizers on potato plant height under organic cultivation system

圖2 不同生物菌肥處理對有機種植馬鈴薯莖粗的影響Figure 2 Effects of different biofertilizers on potato plant stem diameter under organic cultivation system

由圖2可知，各處理莖粗在淀粉積累期達到最大，成熟期略有下降。幼苗期即出苗后30 d（幼苗期），各處理莖粗差異不顯著（P＞0.05）；塊莖形成期以后，施用生物菌肥處理莖粗（塊莖膨大期除外）均顯著高于CK（P＜0.05）；各取樣時期，2種生物菌肥處理間莖粗差異均不顯著（P＞0.05）。

由圖3可知，幼苗期各處理葉片SPAD值差異不顯著（P＞0.05）；塊莖形成期以后，施用生物菌肥處理的SPAD值顯著高于CK（P＜0.05）；各取樣時期，2種生物菌肥處理間SPAD值差異均不顯著（P＞0.05）。因地溫逐漸升高，微生物活動增強，生物菌肥發揮一定作用，菌肥處理的植株葉片相對葉綠素含量高，光合作用強，葉片制造的碳水化合物多，使得運輸流-莖粗增加。不同生物菌肥處理下SPAD值表現出先升高后保持不變，再降低的趨勢。這可能是因出苗后植株生長慢，葉片小且厚，細胞液濃度大，隨著植株生長加快，葉片增大，細胞液濃度變小，成熟期時隨著植株地上部衰老，SPAD值明顯降低。成熟期時，生物菌肥處理的葉片SPAD值下降幅度遠低于CK處理。生物菌肥處理可能通過固氮作用提高馬鈴薯植株對氮素的吸收而促進植株生長及提高葉片SPAD值。到成熟期，葉片衰老，葉綠素開始分解，對照的SPAD值大幅下降，此時2種生物菌肥處理的葉片SPAD值下降率較對照低約30%。

圖3 不同生物菌肥處理對有機種植馬鈴薯SPAD值的影響Figure 3 Effects of different biofertilizers on potato plant SPAD value under organic cultivation system

2.2 不同生物菌肥處理對有機種植馬鈴薯產量、產量構成及薯塊分級的影響

由表1可以知道，生物菌肥處理對有機種植馬鈴薯產量影響顯著。在小區產量和總產量上，2種菌肥處理均顯著高于CK（P＜0.05），2種菌肥間差異不顯著（P＞0.05）。在商品薯率上，2種生物菌肥處理則顯著低于CK（P＜0.05）；DLW菌肥處理的商品薯率顯著高于LH菌肥處理（P＜0.05）。各處理商品薯產量無顯著差異（P＞0.05）。有機種植下，生物菌肥顯著提高馬鈴薯的產量（P＜0.05），但降低了商品薯率，對商品薯產量無顯著影響（P＞0.05）。

表1 不同生物菌肥處理對有機種植馬鈴薯產量的影響Table 1 Effects of different biofertilizers on potato yield under organic cultivation system

由表2可知，生物菌肥處理對有機種植馬鈴薯植株的產量構成因素有顯著影響。在單株結薯數上，DLW菌肥處理顯著高于LH菌肥處理和CK（P＜0.05）；LH菌肥處理與CK差異不顯著（P＞0.05）。CK的平均單薯重顯著高于2種菌肥處理（P＜0.05）；LH菌肥處理的平均單薯重顯著高于DLW菌肥處理（P＜0.05）。2種菌肥處理在單株結薯重上差異不顯著（P＞0.05），均顯著高于CK（P＜0.05），表明生物菌肥處理能有效提高有機種植馬鈴薯結薯數和單株結薯重，降低平均單薯重。

由圖4可知，不同生物菌肥處理對有機種植馬鈴薯薯塊分級有影響。與對照相比，2種生物菌肥處理均明顯降低了商品薯中大于150 g以上薯塊的比例，增加了30 g以下薯塊的比例。就2種生物菌肥處理而言，除100～150 g薯塊LH菌肥處理較DLW菌肥處理高6.76個百分點，75～100 g薯塊前者較后者低10.40個百分點外，其他級別的薯塊比例基本相同。

表2 不同生物菌肥處理對有機種植馬鈴薯產量構成因素的影響Table 2 Effects of different biofertilizers on potato tuber yield components under organic cultivation system

圖4 不同生物菌肥處理對有機種植馬鈴薯薯塊分級的影響Figure 4 Effects of different biofertilizers on potato tuber classification under organic cultivation system

生物菌肥處理通過提高有機種植馬鈴薯的單株結薯數、單株薯重實現增產。微生物活動或其分泌物刺激可能會造成匍匐莖數目增加，同時影響地下薯塊的生長發育造成2種生物菌肥處理下，有機種植馬鈴薯塊莖產量、單株產量和單株結薯數目均顯著高于對照。生物菌肥處理降低了有機馬鈴薯的單薯重量、商品薯率，可能與菌肥處理下馬鈴薯薯塊數目增多，各薯塊分配到光合產物減少有關。

3 討 論

有機肥是有機生產中土壤肥力的重要來源，能為菌肥中的有益微生物提供充足的食物來源與良好的生長環境。脫毒馬鈴薯栽培施用生物菌肥增產效果顯著[8]與本研究結果一致。此外，菌肥施用方式，施用濃度對馬鈴薯產量也有影響[9]，本試驗可進一步設置不同的菌肥用量和施用時期，探究其對馬鈴薯產量的影響。徐暢等[10]報道施用菌肥能提高馬鈴薯薯塊的商品性，提高經濟效益，這與本研究結論不一致，主要原因在于有機種植系統與常規種植系統在投入、產出上的差異。有機種植下可能因肥力不足或速效肥欠缺，不能提供馬鈴薯植株足夠的肥力，在增加結薯數目和單株結薯重量同時，將薯塊重量維持在較高水平，降低商品薯的產出率。

基于10年以上有機種植體系，探究了2種生物菌肥對有機種植馬鈴薯生長和產量的影響，研究表明，生物菌肥處理能有效促進有機種植馬鈴薯植株生長、提高其產量，同時降低了有機馬鈴薯塊莖商品薯率，對商品薯產量無顯著影響。