優質馬鈴薯的經濟效益與碳匯效應分析

王素華，李 璐，楊 丹，何錄秋，王艷蘭，李基光，萬國安，李樹舉，楊學樂，張 璐，湯 睿

（1.湖南省作物研究所 長沙 410125； 2.國家馬鈴薯產業技術體系常德綜合試驗站 湖南常德 415000；3.常德市農林科學研究院 湖南常德 415000）

綠色高質量發展將是馬鈴薯產業發展的重要方向[1]。2018 年，國家啟動“馬鈴薯化肥農藥減施技術集成研究與示范”項目，目標是示范區肥料利用率提高8%、化肥減量17%，化學農藥利用率提高11%、減量30%，平均增產3%，其中化學肥料減施增產1%，化學農藥減施增產2%[2]。

通過近幾年科技攻關，馬鈴薯“減肥減藥”研究有了突破性進展，主要成果包括用有機肥取代部分化肥、建立馬鈴薯晚疫病預測預報模型、高效低毒化學農藥減量施用、生物農藥的應用等[2]。羅照霞等[3]、宿秀麗等[4]研究表明，用生物有機肥部分替代化肥，可顯著提高馬鈴薯產量和營養品質，達到“減肥”的目的。趙強等[5]研究表明，通過科學預測指導施藥，可大大減少馬鈴薯用藥次數。盧軍帥等[6]研究表明，50%烯酰嗎啉可濕性粉劑600 g?hm-2減量20%和40%噴施，對馬鈴薯晚疫病的防效與常量處理相比均無顯著差異；噴霧處理控病效果優于拌種處理。田恒林等[7]研究表明，生物藥劑0.3%丁子香酚SL 對馬鈴薯晚疫病的防治效果和增產效果優于其他處理，并兼有安全、環保、持效期長等優點，可在馬鈴薯產區大面積推廣應用。

隨著“糧食安全”到“綠色發展”理念的轉變，馬鈴薯也逐漸從“溫飽薯”“小康薯”轉變為美麗中國綠色發展貢獻力量的“健康薯”“文化薯”[1]，市場也逐漸從溫飽消費向營養健康消費轉變，這對馬鈴薯的營養和食味品質提出了更高的要求。由于千百年來形成的飲食習慣所限，我國很多地區還是將馬鈴薯作為蔬菜來食用，所以我國馬鈴薯品種選育也是以鮮食品種為主，品質性狀向高蛋白和高維生素C 含量的趨勢發展[8]，但以食味品質為導向的研究還很少。食味品質的評判較為復雜，與視覺、嗅覺、味覺、觸覺相關，涉及的指標很多，較難量化和統一標準。黃越等[9]研究不同馬鈴薯品種蒸食品質的差異，主要從風味、硬度、黏度、粉質感和咀嚼性5 個方面進行評分，挑選出適口性較強的品種東農312。王穎等[10]對9 份馬鈴薯地方品種的17 個食味指標進行評價，并利用主成分分析將馬鈴薯食味指標提取成4 個主成分因子，篩選出主要馬鈴薯食味性狀評價指標為風味、滋味、咀嚼后質地、外觀等10個指標。

筆者在前人研究的基礎上開展優質馬鈴薯品種與栽培技術集成試驗，通過品種篩選、安全種植、養分科學供給等措施提升馬鈴薯營養品質、食味品質，降低產品安全風險，推進馬鈴薯生產向低碳轉型。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種：費烏瑞它由湖南農業大學提供；華薯4 號由華中農業大學提供；東農310 由東北農業大學提供；中薯191 由中國農業科學院蔬菜花卉研究所提供。

供試肥料：馬鈴薯專用復合肥（N、P2O5、K2O 的質量分數分別為15%、15%、15%）、生物有機肥（N+P2O5+K2O 的質量分數≥5%，有機質的質量分數≥45%）。除草劑為體積分數為33%二甲戊靈乳油。殺菌劑分別為體積分數為0.3%丁子香酚可溶液劑，質量分數為80%的波爾多液可濕性粉劑、72%的甲霜·錳鋅可濕性粉劑、60%的唑醚·代森聯水分散粒劑。

1.2 方法

試驗于常德市農林科學研究院一季稻繁育基地進行，海拔35 m。試驗地前作為水稻，土壤為壤土，機械深翻，人工起壟。耕作層深度30～40 cm，土壤有機質含量（w，后同）17.3 g?kg-1，堿解氮含量119 mg?kg-1，有效磷含量12.2 mg?kg-1，速效鉀含量100 mg?kg-1，全氮含量1.22 g?kg-1，全磷含量0.68 g?kg-1，全鉀含量15.8 g?kg-1，土壤pH 值5.68，地力水平中等。

試驗采用兩因素隨機區組設計，因素一為栽培方式，因素二為馬鈴薯品種，設3 次重復。小區面積6.67 m2，單壟雙行種植，6 行區，株距0.22 m，行長5.56 m，行距0.60 m，走道外設1 m 保護行。馬鈴薯成熟后每小區選取連續10 株樣品進行考種。2019 年1 月27 日切塊播種，人工條播。復合肥點施于種薯之間，有機肥均勻撒施于播種溝內。2019年5 月21 日統一收獲。

因素一為3 種栽培方式（表1）。3 種栽培方式的肥料用量按照每6.67 m2施加N+P2O5+K2O 共0.45 kg 進行等量換算。（1）有機栽培（A1）[11]使用生物有機肥，用量為900 kg?667 m-2，病蟲害以物理防治為主，不使用化學農藥，露地栽培。（2）綠色栽培（A2）[12-13]采用復合肥與有機肥配施，復合肥用量為70 kg?667 m-2，有機肥用量為300 kg?667 m-2，限制使用化學農藥，3 月8 日使用33%的二甲戊靈100 mL?667 m-2封閉除草，4 月8 日使用80%波爾多液100 g?667 m-2防治晚疫病，4 月19 日使用0.3%丁子香酚100 mL?667 m-2防治晚疫病；覆膜栽培，地膜用量約5 kg。（3）常規栽培（A3）[14]使用復合肥，用量 為100 kg?667 m-2，3 月8 日使 用33%的 二 甲 戊靈100 mL?667 m-2封 閉除草，4 月8 日、4 月19 日各使用72%甲霜﹒錳鋅100 g?667 m-2+60%唑醚﹒代森聯80 g?667 m-2防治晚疫病；覆膜栽培，地膜用量約5 kg。因素二為4 個品種：中薯191（B1）、費烏瑞它（B2）、華薯4 號（B3）、東農310（B4）。試驗以費烏瑞它常規栽培（A3B2）為對照。

表1 試驗處理

1.3 測定項目及方法

田間管理參考《春馬鈴薯地膜覆蓋栽培技術規程》[14]。調查各處理的物候期、塊莖外觀性狀、產量、大中薯率、單薯質量、瘡痂病發病率等，方法參考《馬鈴薯品種試驗調查記載項目及依據》[15]。使用烘箱制備干樣，將樣品混合后采用比重法計算淀粉含量[15]；采用3，5-二硝基水楊酸比色法[16]測定還原糖含量；使用氨基酸分析儀（茚三酮柱后衍生離子交換色譜儀）測定馬鈴薯塊莖中酸水解氨基酸含量[17]。參考《土壤分析技術規范》[18]檢測土壤pH 值，以及有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、有效鉀含量。馬鈴薯收獲1 個月內進行食味評價，各處理隔水蒸煮40～50 min，然后切成2 cm3正方形塊，趁熱呈送品評人員品嘗。食味評分按0～10 分的評分標準分別從味道和口感兩方面對馬鈴薯風味進行綜合評價（因各處理為混合蒸煮，故不對其香氣區分評價）。使用艾普GY-4 數顯果實硬度測量儀φ11 測頭對蒸熟的馬鈴薯進行硬度檢測。早春馬鈴薯生產的碳源主要有：廄肥、化肥、農藥、農膜、柴油和土壤N2O[19-20]。碳吸收量、碳排放量、凈碳匯量的計算方法和參數參考田云等[19]的《中國農業生產凈碳效應分異研究》，用以下公式表示。

術中導絲斷裂分析其主要原因是操作技術不當，置入椎弓根螺釘時出現與導絲成角，螺釘旋入過程將導絲截斷，其次是導絲反復使用。

C=c×Y×（1-r）/HI；

式中C為農作物的碳吸收量；c為作物的碳吸收率；Y為作物的經濟產量；r為作物經濟產品部分的含水量；HI為作物經濟系數。

E=T×δ；

式中E為碳源的碳排放量，T為碳源的數量，δ為碳源的碳排放系數。

N=C-∑E。

式中N為農作物的凈碳匯量。

1.4 統計分析

試驗數據采用Excel 2019 軟件處理數據并繪制圖表，采用DPS 7.5 軟件統計和分析數據。

2 結果與分析

2.1 不同集成處理的主要物候期

表2 4 個品種的主要物候期

2.2 品種塊莖外觀性狀

由表3 可知，4 個品種的馬鈴薯薯形為橢圓形或圓形，薯肉黃色或白色；東農310 芽眼紅色，稍深；華薯4 號外觀獨特，芽眼帶有紫色花紋，但其塊莖較容易褐變。

表3 4 個品種塊莖外觀性狀表現

2.3 不同集成處理的主要田間表現

由表4 可以看出，3 種不同栽培方式間出苗率無顯著差異；不同品種間東農310 出苗率最高，達94.67%，其次是費烏瑞它。3 種不同栽培方式間株高無顯著差異；華薯4 號平均株高達47.62 cm，顯著高于其他3 個品種。栽培方式和品種對主莖數存在互作（p=0.03，F=2.92＞F0.05=2.56），中薯191 綠色栽培（A2B1）和東農310 常規栽培（A3B4）主莖數較多。3 種栽培方式均有瘡痂病發生，有機栽培瘡痂病發病率顯著低于常規栽培，東農310 瘡痂病發病率顯著高于其他3 個品種。栽培方式和品種都會對馬鈴薯產量有影響，有機栽培小區產量顯著低于綠色栽培和常規栽培，東農310 小區產量顯著低于其他3 個品種，中薯191 綠色栽培（A2B1）小區產量最高，為15.91 kg。3 種栽培方式的大中薯率無顯著差異；4 個品種的大中薯率也無顯著差異，均在72.68%～80.54%。栽培方式會對單薯質量有一定影響，綠色栽培的單薯質量最大，有機栽培單薯質量最小；4 個品種的單薯質量無顯著差異，均在54.56～62.39 g。

表4 品種與栽培方式對馬鈴薯主要農藝性狀的影響

由表5 可以看出，無論何種栽培方式，東農310 的淀粉含量、粗蛋白含量和游離氨基酸含量高于其他3 個品種。其中，東農310 有機栽培（A1B4）的淀粉含量最高，為18.98%；東農310 的3 種栽培方式粗蛋白含量一樣，均為1.18%；東農310 常規栽培（A3B4）的游離氨基酸含量最高，為1.79%。按0～10分的評分標準對馬鈴薯各處理進行食味評價，東農310 有機栽培食味評分最高，為6.94 分，較對照高1.06 分；費烏瑞它常規栽培食味評分最低，為5.88分。東農310 有機栽培硬度最高，為1.33 kg?cm-2；中薯191 有機栽培（A1B1）硬度最低，為0.33 kg?cm-2。

表5 品種與栽培方式對馬鈴薯品質性狀的影響

2.4 不同集成處理的品質性狀表現

淀粉、還原糖、粗蛋白、游離氨基酸含量為馬鈴薯營養指標，食味評分、硬度為馬鈴薯風味指標，對這些指標進行相關性分析。由表6 可以看出，淀粉含量與粗蛋白含量呈極顯著正相關，與游離氨基酸含量呈顯著正相關；粗蛋白含量與游離氨基酸含量呈顯著正相關；食味評分與蒸煮后的硬度呈顯著正相關。馬鈴薯風味與營養指標無顯著相關性，但與蒸煮后質地呈顯著正相關。

表6 塊莖食味評分與淀粉、還原糖、粗蛋白、游離氨基酸含量、硬度的相關性分析

2.5 不同集成處理的經濟效益分析

由表7 可以看出，相同品種有機栽培每667 m2總成本比綠色栽培多411 元，比常規栽培多468元；綠色栽培每667 m2總成本比常規栽培多57元。與費烏瑞它常規栽培（CK）相比，中薯191 綠色栽培（A2B1）增產率最高，為12.51%；東農310 有機栽培（A1B4）增產率最低，為-54.06%。有機栽培馬鈴薯按統購價5.0 元?kg-1計算，綠色栽培和常規栽培價格一致，因華薯4 號（彩色）和東農310（圓形）外觀品質較好，售價按3.0 元?kg-1計算，中薯191 和費烏瑞它按2.0 元?kg-1計算。費烏瑞它有機栽培（A1B2）每667 m2產值最高為6020 元，費烏瑞它常規栽培產值最低，為2830 元?667 m-2；通過成本核算得出利潤最少的是東農310 有機栽培，增效率為-33.41%；費烏瑞它有機栽培利潤最高，增效率為594.32%。

表7 品種與栽培方式對馬鈴薯成本效益的影響

2.6 不同栽培方式的凈碳效應分析

按馬鈴薯含水量70%、碳吸收率0.423、經濟系數0.7 計算，馬鈴薯有機栽培、綠色栽培、常規栽培的667 m2碳吸收量分別為88.47、123.65、121.87 kg。根據公式E=T×δ，在有機栽培中碳排放量最高的是廄肥，667 m2為24.30 kg；綠色栽培和常規栽培中667 m2碳排放量最高的是化肥，分別為62.69 kg 和89.56 kg，其次是農膜，為25.90 kg。通過計算得出：凈碳匯量最高的栽培方式是有機栽培，每667 m2可以固碳55.96 kg（表8）。雖然馬鈴薯有機栽培的碳吸收量低于綠色栽培和常規栽培，但有機栽培的碳排放量也遠低于綠色栽培和常規栽培。

表8 馬鈴薯不同栽培方式下的碳排放量、碳吸收量及凈碳匯量

3 討論與結論

食物的風味是指攝入口腔的食物使人的感覺器官，包括味覺、嗅覺、痛覺、觸覺和溫覺等所產生的感覺印象[21]。馬鈴薯風味品質主要靠滋味、香氣和口感來評判。品種選擇、栽培方式、生產環境、貯藏條件及加工方法等都是影響馬鈴薯風味的主要因素。

筆者通過開展優良品種和栽培方式雙因素互作試驗，評價不同栽培方式和不同品種對馬鈴薯產量性狀、外觀品質、營養品質及風味品質的影響。常規栽培和綠色栽培條件下，馬鈴薯單薯質量較大，但有機栽培瘡痂病發病率最低。郭雨鑫[22]的試驗結果表明，施用生物菌肥和黃腐酸會顯著提高馬鈴薯株高、主莖數、莖粗、SPAD 值、塊莖品質、產量、商品薯率及經濟效益，同時能夠顯著降低馬鈴薯瘡痂病的發病率。在筆者的研究中，品種和栽培方式對產量、瘡痂病發病率共同起決定作用：中薯191、費烏瑞它、華薯4 號產量都顯著高于東農310，常規栽培和綠色栽培產量也顯著高于有機栽培；在瘡痂病發病率方面，東農310 顯著高于其他3 個品種，常規栽培＞綠色栽培＞有機栽培；出苗率、株高、主莖數主要由品種特性決定；塊莖大小主要由栽培方式決定。

4 個參試品種各有特點，中薯191 和費烏瑞它作為普通品種豐產性、穩產性較好；華薯4 號芽眼顏色特別，具有很好的標識性，可以作為天然的商標，品種的外觀品質是決定馬鈴薯商品價值的一個重要方面，特殊的外觀可以迅速吸引購買者的注意；在營養品質方面，東農310 淀粉、粗蛋白和游離氨基酸含量均明顯高于其他品種；在風味品質方面，東農310 有機栽培食味評分最高，質地緊實，口感綿糯，沒有酸澀味。通過相關性分析發現，風味品質和營養品質無顯著相關性，與蒸煮后塊莖硬度呈顯著正相關。黃越[23]的研究也表明，營養品質最好的品種蒸食品質并沒有得到較高的評價，但經過蒸制的馬鈴薯塊莖硬度和咀嚼性與淀粉含量呈極顯著正相關，淀粉含量越高，硬度越大。而劉娟[24]的研究表明，塊莖的硬度主要與塊莖中干物質、纖維和果膠含量相關，干物質含量并不能單獨決定鮮薯的硬度。

通過合理選擇品種、栽培方式，可以有效提高馬鈴薯食味品質。傅童成等[25]報道施肥、栽培技術、土壤類型、土壤溫度和水分對馬鈴薯營養品質和加工食用品質均有影響。黃越等[9]對84 份育種后代無性系材料進行了營養品質和蒸食品質的評價，篩選出22 份適宜蒸食的后代無性系材料。本研究中，在有機栽培和常規栽培下，東農310 食味評分最高，營養品質最好，但產量低。綜合考慮成本效益，費烏瑞它有機栽培利潤最高，增效率594.32%，食味品質也較好。

農業兼具碳源和碳匯雙重屬性，如何不斷拓寬減排增匯途徑，更好地推進農業生產向低碳轉型，是現代農業發展的重要課題[26]。筆者通過比較3 種栽培方式的凈碳效應發現，馬鈴薯有機栽培的凈碳匯量明顯高于綠色栽培和常規栽培，雖然綠色栽培和常規栽培固碳能力較強，但碳排放量也較高，尤其是化肥的碳排放量占比達到61.23%～73.99%，所以“兩減”首先要減施化肥。在筆者的研究中，有機栽培每667 m2農藥使用量為0，綠色栽培和常規栽培的農藥使用量也只有300 mL 和460 mL，這是因為早春種植、稻薯輪作、覆膜栽培的集成方式不利于病蟲草害的發生，大大減輕了用藥壓力。但按碳源數量計算的碳排放量不能完全作為農藥對環境影響的依據，藥效、農藥殘留等方面也應考慮其中。有機栽培雖然理論效益高，但成本高、對環境、技術要求高、種植風險大，受眾狹窄，目前較難普及；與常規栽培相比，綠色栽培用有機肥等量代替30%化肥、用礦物源和植物源殺菌劑代替化學合成農藥，使產品安全風險降低，對環境更友好，而且對中薯191、費烏瑞它、華薯4 號有一定增產效果。在筆者的研究中，綠色栽培使用的芽前除草劑屬于化學合成農藥，為減少土壤污染和碳源排放，可使用黑膜覆蓋代替，黑膜覆蓋有較好的抑草效果，但較白膜覆蓋生育期推遲一周左右。

在預試驗階段，筆者通過食味評分篩選出4 個代表不同分數段的馬鈴薯品種作為試材，在正式試驗中，這種食味上的差距雖然能有所體現，但產量上的差距反而更加突出，在今后的研究中應該注意到材料的適應性問題，盡量選擇大面積推廣的品種。另外，有機肥的種類和用量也是減排增效的關鍵因素，下一步筆者將針對這方面的內容開展相關研究。

在筆者的研究中，綠色栽培適用于大多數馬鈴薯品種，使用有機肥代替部分化肥、精準用藥、安全用藥，增產效果顯著，并達到提質、增效、減碳的目的，可進一步示范推廣。