生物炭在馬鈴薯生產中的應用研究

湯云川，陳 濤，桑有順，馮 焱，淳 俊，李 倩，楊 洪

(成都市農林科學院,成都 溫江 611130)

中國是農業大國，也是秸稈生產大國，隨著糧食產量的穩步增長，農作物秸稈廣泛分布在農村地區。據統計，截止2015年，我國主要農作物秸稈資源量為7.19億t[1]，富含氮、磷、鉀大量元素以及中微量元素，同時也是重要的碳素儲備庫。但由于缺乏切實可行的處理技術，我國農作物秸稈資源利用效率較低、經濟效益差。每年通過焚燒處理的秸稈超過2億t，損失的氮、磷、鉀資源量相當于全國化肥總產量的60%左右[2]，不僅造成秸稈資源的大量浪費，也引發嚴重的環境污染，如何提高農作物秸稈綜合利用率愈發受到人們關注。

近年來，利用高溫厭氧熱裂解技術處理秸稈廢棄物，制備生物炭及其衍生物的秸稈資源化利用方法，因其突出的生態環境效應和增產作用，受到業內廣泛關注。生物炭是秸稈等農林副產物在厭氧條件下，經高溫熱裂解產生的富炭固體[3]。因其富含有機碳和一定的礦質養分，具有疏松孔隙結構和較大比表面積，吸附能力強，施用于土壤可有效改善土壤理化性質，提高土壤肥力、增加作物產量。

目前成都市馬鈴薯播種面積常年穩定在4～5.3萬hm2左右，已經涌現了一批適度規?；洜I業主[4]。但由于化肥連年過量施用，造成土壤板結、酸化，馬鈴薯增產提質面臨較大阻力。許多文獻資料已經顯示，施用生物炭后，水稻、小麥、玉米、大豆增產效果明顯[5-7]。但在成都范圍內，未見生物炭施用后，對馬鈴薯產量影響方面的報道。生物炭的農業應用效果多集中為正面效應，在成都平原特定耕種條件下，生物炭的施用效果值得探索。為此，筆者通過設置生物炭用量試驗，以期為生物炭在馬鈴薯生產中的應用推廣提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于崇州市羊馬鎮福田村成都市農林科學院羊馬農林科技創新基地，海拔420m，年均降雨量880 mm，地勢平坦，水旱輪作，前茬休耕，肥力均勻。試驗地土壤為水稻土，質地為中壤。pH值為5.81，全氮1.83 g/kg，全磷1.37 g/kg，全鉀25.77g/kg。

表1 生物炭基本性質

1.2 試驗設計

供試品種為費烏瑞它，用種量為400kg/667m2，播種密度為4000株/667m2；生物炭生產原料為煙稈，裂解溫度為580～680℃；試驗所用肥料為常規復合肥，總養分含量為51%，氮磷鉀養分配比為N-17、P2O5-17、K2O-17。生物炭基本性質見表1。

表2 各處理試驗設計

表3 馬鈴薯產量構成因素與葉綠素相對含量聯合方差分析

注：*表示差異達到顯著性水平P<0.05。

試驗共設置6個處理(表2)，每個處理重復3次，小區面積為13.34m2，相鄰小區間隔1m，采用兩因素隨機區組設計，其中復合肥用量2水平、生物炭用量3水平。每小區4壟，壟距85cm。肥料與生物炭人工摻混后，于播種時一次性條施，不進行追肥，與大面積生產相同。

1.3 試驗實施及田間管理

試驗于2018年12月15日深翻旋耕平整后，12月20日平作起壟，采用雙行錯窩播種。播種后及時噴施芽前除草劑，并覆膜抗凍。進入翌年驚蟄后，及時揭膜，根據土壤墑情進行灌溉，做好晚疫病防控。待田間馬鈴薯莖葉50%黃化后及時收獲。本試驗于2019年4月28日進行收獲。

1.4 數據采集及測算方法

馬鈴薯現蕾期利用手持葉綠色測定儀，測定葉片倒4葉頂小葉的SPAD值；收獲后，每小區采集10株調查單株結薯數、單株薯重、單薯重等產量構成因素指標；每小區單獨進行稱重測產，并統計商品薯率(50g以上的薯塊計入商品薯重量)。

2 結果與分析

2.1 產量構成因素和葉綠素相對含量的聯合方差分析

馬鈴薯葉綠素相對含量與產量構成因素聯合方差分析結果顯示(表3)，除單株結薯數外，復合肥對各指標均有顯著性影響；生物炭對單株薯重、單株結薯數有顯著性影響。復合肥與生物炭互作均未對上述指標產生顯著效應。

2.2 添加生物炭對葉綠素相對含量的影響

在復合肥和生物炭的雙重影響下，各處理間葉片SPAD值有顯著差異(圖1)。具體來看，施肥水平對葉綠素相對含量有較大影響，隨著肥料施入，葉綠素含量顯著高于相同生物炭用量水平的不施肥處理。在相同施肥水平條件下，隨著生物炭用量的增加，葉片SPAD值呈略微下降趨勢，但未達到顯著性差異，顯示提高生物炭用量會降低葉綠素相對含量。

注：不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)

2.3 添加生物炭對產量構成因素的影響

由表4可知，施肥與否顯著影響單薯重，生物炭從低到高3個用量水平，施肥處理單薯重較不施肥處理分別提高34.68%、42.49%、38.84%；從表中數據來看，相同施肥水平，隨著生物炭用量的增加，單薯重先增加后降低，但添加生物炭后，單薯重均高于不添加生物炭的處理；施肥量為零時，添加生物炭后，單薯重分別提高6.47%和2.83%；施肥量為80kg/667m2時，添加生物炭后，單薯重分別提高12.64%和5.99%。當生物炭用量為100kg/667m2時，不施肥和施肥處理的單薯重均達到最大值，分別為87.37g和124.49g。

表4 添加生物炭對產量構成因素的影響

注：不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)

表5 各處理產量情況

施肥后，單株結薯數普遍下降，不同處理間單株結薯數受生物炭用量水平呈現顯著性差異。在同一施肥水平，單株結薯數隨著生物炭用量的增加而大幅減少。生物炭用量為100kg/667m2時，單株結薯數比未添加生物炭的處理分別下降14.00%(不施肥)和16.66%(復合肥用量80kg/667m2)；當生物炭用量達到200kg/667m2后，單株結薯數分別較未施用生物炭的處理下降22.00%(不施肥)和27.08%(復合肥用量80kg/667m2)。

單株薯重在施肥后顯著提升，但受單薯重和單株結薯數變化規律的影響，相同施肥水平情況下，隨著生物炭用量的增加，單株薯重逐漸降低，當生物炭用量達到200kg/667m2時，與未施用生物炭的處理有顯著性差異。

施用生物炭后，大中薯率有小幅提升，但在相同施肥水平，大中薯率未隨生物炭用量的變化出現顯著性差異。

2.4 各處理產量情況

添加生物炭后，無論施肥與否，產量呈下降趨勢，且隨生物炭用量的增加，逐漸減少?？傮w來看，施肥后，產量較不施肥處理提升18.17%～31.27%，差異顯著。復合肥用量為零的條件下，不施用生物炭的折合產量達到1764.17kg/667m2，當生物炭用量增至200kg/667m2時，產量降到最低，且與不施用生物炭的處理間產生顯著性差異，產量下降幅度為11.94%；在復合肥用量為80kg/667m2的情況下，生物炭用量從100kg/667m2增至200kg/667m2，產量下降幅度從14.36%增至20.73%，產生顯著性差異。

3 討論

該試驗驗證了生物炭在馬鈴薯生產中的實際應用效果，生物炭在作物增產、改善品質等方面的促進作用已有大量報道。任少勇研究表明，添加生物炭后，馬鈴薯單薯重、單株結薯數、大中薯率、最終產量均有大幅提升，且上述指標隨生物炭用量的增加依次遞增[8]。本試驗研究結果表明，無論施肥與否，添加生物炭后，單薯重均有一定幅度提升，這可能與生物炭提高了馬鈴薯生長后期同化產物的積累，從而增加了單薯重。但與任少勇研究結果不同的是，單薯重并未隨生物炭用量的增加而依次提高，反而隨生物炭用量增加而有所減少。

單株結薯數在添加生物炭后明顯降低，結合SPAD值可以看出，添加生物炭后葉片相對葉綠素含量均有所降低，這有可能是生物炭施入土壤后，生物炭因其高強度的吸附性能，固定了一部分養分。其次生物炭提高了碳氮比，造成土壤中的微生物與植株爭氮，植株氮素供應不足，從而在前期影響塊莖形成，單株結薯數大幅減少。在以上2個方面原因的綜合作用下，添加生物炭后，造成單株薯重均顯著減少，且隨生物炭用量水平提升而遞減，導致最終產量也出現類似演變規律。

4 結論

該試驗結果表明，無論施肥與否，添加生物炭后，單株薯重、大中薯率均有所增加，但隨生物炭用量增加而降低。低劑量生物炭(100kg/667m2)施用后，單薯重分別提高6.47%(不施肥)和12.64%(復合肥用量80kg/667m2)，大中薯率分別提高2.33%(不施肥)和2.98%(復合肥用量80kg/667m2)；高劑量生物炭(200kg/667m2)施用后，單薯重分別提高6.47%(不施肥)和12.64%(復合肥用量80kg/667m2)，大中薯率分別提高2.83%(不施肥)和5.99%(復合肥用量80kg/667m2)。單株結薯數在添加生物炭后均明顯減少，且生物炭用量越多，對結薯數的抑制愈發明顯。從而導致最終產量與未添加生物炭的處理明顯下降，生物炭用量越高，下降幅度越大。低劑量生物炭(100kg/667m2)，最終產量分別降低6.62%(不施肥)和11.94%(復合肥用量80kg/667m2)；高劑量生物炭(200kg/667m2)，最終產量分別降低14.36%(不施肥)和20.73%(復合肥用量80kg/667m2)，差異達到顯著。

由此可見，添加生物炭對提高馬鈴薯單薯重、大中薯率有一定的促進作用，但隨生物炭用量的增加，土壤碳氮比提高，土壤微生物與植株爭氮競爭加劇，影響塊莖形成，對單株結薯數有顯著抑制的負面效應，并導致最終產量隨生物炭劑量的增加而大幅下降。因此，在生產中應考慮將生物炭施入時間后移，并建議采用螯合制備工藝，將生物炭與肥料制備成炭基肥，以進一步探明施用效果。