生物炭肥對土壤理化性質及馬鈴薯抗病性的影響

張天華 楊樹瓊 楊文興 阮興權

摘要 為驗證生物炭肥對東川“紅土地”土壤理化性質及馬鈴薯抗病性的影響，采用塘施和墑面撒施2種方式開展生物炭肥在馬鈴薯上的應用效果研究。結果顯示，播種前施用生物炭肥可顯著減緩馬鈴薯種植后土壤pH的下降，加速土壤有機質的降解，減緩土壤中水解性氮和有效磷含量的下降，顯著增加土壤速效鉀含量，提高馬鈴薯莖粗和植株覆蓋度，顯著提高馬鈴薯抗晚疫病、青枯病和瘡痂病能力，顯著提高馬鈴薯單株結薯數、單薯均重、單株產量、產量。施用2 000 kg/hm的生物炭肥，采收后pH降幅比CK減少76.12%，有機質降解率比CK提高34.29%，水解性氮含量降幅比CK少74.72%，速效鉀增加量是CK的2.85倍，對馬鈴薯晚疫病的防效為51.18%，馬鈴薯產量為37.02 t/hm；塘施1 000 kg/hm的生物炭肥有效磷含量降幅比CK低20.41%，對青枯病和瘡痂病的防效分別為60.38%和54.78%。由此可知，生物炭肥用量越高越有利于土壤理化性質改良、提高馬鈴薯抗晚疫病能力和產量；將生物炭肥塘施更有利于提高馬鈴薯抗青枯病和瘡痂病能力。

關鍵詞 生物炭肥；馬鈴薯；土壤理化性質；抗病性

中圖分類號 S144 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）02-0147-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.02.033

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of Biochar Fertilizer on Soil Physical and Chemical Properties and Potato Disease Resistance

ZHANG Tian-hua， YANG Shu-qiong， YANG Wen-xing? et? al

（1.Dongchuan Plant Protection and Quarantine Station，Kunming， Yunnan 654100;2.Dongchuan Economic Crop Technology Promotion Station，Kunming， Yunnan 654100;3.Dongchuan Agricultural Technology Extension Center，Kunming， Yunnan 654100）

Abstract In order to verify the effect of biochar fertilizer on the physical and chemical properties of Dongchuan ‘red soil’ and the disease resistance of potatoes， the application effect of biochar fertilizer on potatoes was studied by pond application and soil moisture spraying.The results showed that the application of biochar fertilizer before sowing could significantly slow down the decline of soil pH after potato planting， accelerate the degradation of soil organic matter， slow down the decline of the content of hydrolytic nitrogen and available phosphorus in soil， significantly increase the content of soil available potassium， improve the stem diameter and plant coverage of potato， significantly improve the ability of potato to resist late blight， bacterial wilt and scab， and significantly increase the number of tubers per plant， average weight of per plant， yield of per plant and yield.When 2 000 kg/hm biochar fertilizer was applied， the pH value decreased by 76.12% compared with CK after harvest， the organic matter degradation rate increased by 34.29% compared with CK after the biochar fertilizer increased the organic matter content， the hydrolytic nitrogen content decreased by 74.72% less than CK， the increase of available potassium was 2.85 times of CK， the control effect against potato late blight was 51.18%， and the potato yield was 37.02 t/hm.The effective phosphorus content of 1 000 kg/hm biochar fertilizer applied in pond was 20.41% lower than that of CK， and its control effects on bacterial wilt and scab were 60.38% and 54.78% respectively.The higher the amount of biochar fertilizer used， the better the soil physical and chemical properties， the higher the potato yield and the better ability to resist late blight;the application of biochar fertilizer in pond was more beneficial to improve the resistance of potato to bacterial wilt and scab.

Key words Biochar fertilizer;Potato;Physical and chemical properties of soil;Disease resistance

作者簡介 張天華（1976—），男，云南昆明人，高級農藝師，從事植保植檢及農業技術推廣工作。

收稿日期 2023-01-11

東川區位于昆明市最北端，轄6鎮2街道1鄉，土地面積1 865.8 km，常住人口26.07萬，戶籍人口31.6萬，世居少數民族主要有彝、回、布依和苗族等，是革命老區、國家老工業基地、資源型城市、國家重點生態功能區、國家鄉村振興重點幫扶縣。境內海拔695～4 344 m

，可耕地面積2.8萬hm，適合種植馬鈴薯的面積6 666.67 hm，馬鈴薯常年種植面積約為3 333.33 hm，平均單產12 000～37 500 kg/hm，鮮薯總產量7.5萬t，占東川區種植業的11.08%，得天獨厚的土壤、植被等自然條件使得東川區馬鈴薯品質優異，市場銷量和價格較高，馬鈴薯產業已成為東川區脫貧攻堅和鄉村振興的支柱產業。

由致病疫霉（Phytophthora infestans）引起的馬鈴薯晚疫病是馬鈴薯生產中主要流行性和毀滅性病害， 導致馬鈴薯莖葉死亡和塊莖腐爛，造成巨大的產量損失；由茄科勞爾氏菌（Ralstonia solanacearum）引起的馬鈴薯青枯病是一種毀滅性的細菌性土傳病害，防治十分困難，是世界公認的馬鈴薯第二大病害，其重要性僅次于晚疫病；造成云南馬鈴薯瘡痂病的病原鏈霉菌超過10種，由于馬鈴薯瘡痂病主要危害塊莖，導致薯塊質量下降，嚴重影響馬鈴薯的經濟價值。

生物炭肥是一種新型的環境友好型肥料，能夠影響土壤pH、有機質含量、氮磷鉀含量、土壤保水性、孔隙度、容重、土壤酶活性、土壤微生物群落等理化性狀，在土壤質地改良和修復方面具有較大潛力，已成為耕地土壤改良和修復研究的熱點。劉志華等研究顯示，足量水分條件下，5%生物炭添加和10%生物炭添加的土壤pH顯著增加，干旱條件下生物炭對土壤速效養分的影響與施用量有關，添加1%生物炭對土壤速效養分含量無顯著影響，添加10%生物炭的土壤速效氮、速效磷顯著降低，速效鉀含量升高；任少勇研究顯示，等量氮磷鉀條件下，0～40 cm土層施炭基肥處理的土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量和變化值的平均值顯著高于化肥處理；蘇彩霞等研究顯示，BFG（炭基）有機肥能提高土壤有機碳含量，促進營養元素的釋放；焦瑞棗等研究顯示，馬鈴薯田施炭基肥后土壤容重的降幅和孔隙度的增幅明顯高于化肥處理，塊莖增長期和成熟收獲期的土壤養分含量均高于化肥處理；張國輝等研究顯示，生物炭可顯著提高馬鈴薯耕層土壤田間持水量和含水量，降低土壤容重，增加孔隙度，提高土壤水分利用效率，實現高產；屠娟麗等研究顯示，施用200 g/株的秸稈生物炭，根區土壤過氧化氫酶、脲酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性以及土壤微生物的 AWCD 值（平均吸光值）、豐富度指數、優勢度指數和均勻度指數均有所增加；黃修梅等研究顯示，各生物炭處理均降低了土壤真菌豐度，生物炭處理有利于提高子囊菌門的豐度，降低擔子菌門和接合菌門的豐度。生物炭肥還能提高馬鈴薯產量，提高淀粉、蛋白質及干物質含量。蘇彩霞等研究發現施用 BGF有機肥能有效降低馬鈴薯早疫病、炭疽病和瘡痂病的發病程度；生物炭肥施用對馬鈴薯晚疫病和青枯病的影響則鮮見報道。

筆者開展田間隨機區組試驗，研究生物炭肥對東川“紅土地”土壤理化性質及馬鈴薯抗病性的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地塊位于昆明市東川區紅土地鎮花溝村，103.2188°E，26.1363°N；海拔2 200 m。試驗地塊地勢平坦，土壤為紅壤土，偏酸性，肥力適中。

1.2 試驗材料 試驗品種為青薯9號。

生物炭肥，作物秸稈炭化而成，其中含有0.2億/g的霍爾德伯克氏菌，昆明保騰生化技術有限公司提供。

1.3 試驗方法 采用隨機區組設計，各處理3次重復；小區面積48 m（1.2 m×20 m×2），每小區2壟，每壟種植2行馬鈴薯，每小區種植228株。共5個處理，4個生物炭肥處理和1個空白對照；處理A，按750 kg/hm的量塘施生物炭肥；處理B，按1 500 kg/hm的量塘施生物炭肥；處理C，按100 g/m（1 000 kg/hm）的量墑面撒施生物炭肥；處理D，按200 g/m（2 000 kg/hm）的量墑面撒施生物炭肥；處理CK，不施用生物炭肥。

于2022年3月11日播種，生物炭肥于播種前施用。按照750 kg/hm的量施用氮磷鉀含量為15∶15∶15的硫酸鉀型復合肥，病蟲害防治按照常規方式進行。

1.4 調查項目與方法

分別于播種前和采挖后按照五點取樣法采集試驗田土壤檢測pH、有機質、水解性氮、有效磷和速效鉀含量；于馬鈴薯晚疫病、青枯病出現中心病株開始，每隔7 d記錄1次發病情況，有其他病害發生同時記錄；于盛花期調查馬鈴薯植株株高、莖粗、主莖數、植株覆蓋度；于馬鈴薯采挖時調查馬鈴薯瘡痂病發病情況，調查馬鈴薯單株結薯數和平均單薯重，計算產量。

播種前試驗地塊取1個土樣，采挖后每個處理取1個土樣；病害、農藝性狀和產量調查時，每個小區選取50株進行調查。

1.5 數據分析

試驗數據整理和常規分析采用軟件Excel 2010，數據方差分析采用SPSS 19.0進行。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤pH及主要養分的影響

由表1可知，播種前土壤pH為5.78，采挖后CK處理pH下降0.67，降幅最大；施用生物炭肥的A、B、C、D 4個處理pH分別下降0.36、0.21、0.32、0.16，降幅分別為CK處理的53.73%、31.34%、47.76%、23.88%，降幅分別減少46.27%、68.66%、52.24%、76.12%。播種前土壤有機質含量為48.8 g/kg，采挖后CK處理有機質降解7.0 g/kg，降解量最小，降解率為14.34%；施用生物炭肥的A、B、C、D 4個處理有機質分別降解13.0、11.7、12.2、9.4 g/kg，降解率分別為26.64%、23.98%、25.00%、19.26%，分別比CK處理提高85.71%、67.14%、74.29%、34.29%。播種前土壤水解性氮含量為254.6 mg/kg，采挖后CK處理水解性氮含量下降72.4 mg/kg，下降量最大，降幅為28.44%；施用生物炭肥的A、B、C、D 4個處理水解性氮含量分別下降60.0、33.5、47.7、18.3 mg/kg，降幅分別為CK處理的82.87%、46.27%、65.88%、25.28%，降幅分別減少17.13%、53.73%、34.12%、74.72%。播種前土壤有效磷含量為162.7 mg/kg，采挖后CK處理有效磷含量為84.3 mg/kg，比播種前下降78.4 mg/kg，下降量最大，降幅為48.19%；施用生物炭肥的A、B、C、D 4個處理有效磷含量分別下降63.2、68.8、62.4、67.3 mg/kg，降幅分別為CK處理的80.61%、87.76%、79.59%、85.84%，降幅分別減少19.39%、12.24%、20.41%、14.16%。播種前土壤速效鉀含量為280.9 mg/kg，采挖后CK處理速效鉀含量為310.4 mg/kg，比播種前增加了29.5 mg/kg，增加量最小，增幅為10.50%；施用生物炭肥的A、B、C、D 4個處理速效鉀含量分別增加39.2、86.4、72.6、84.2 mg/kg，增加量分別為CK處理的1.33、2.93、2.46、2.85倍。

2.2 不同處理對馬鈴薯生長發育的影響

農藝性狀調查結果（表2）顯示，各處理株高和主莖數差異不顯著，4個生物碳肥處理的莖粗和植株覆蓋度均極顯著大于CK處理。4個生物碳肥處理中，莖粗表現為D（1.59 cm）＞B（1.58 cm）＞C（1.54 cm）=A（1.54 cm），處理B和D莖粗顯著高于處理A和C，處理B和D、處理A和C莖粗差異均不顯著。植株覆蓋度表現為D（93.44%）＞B（92.15%）＞C（91.82%）＞A（91.19%），處理D植株覆蓋度顯著高于處理A，與處理B和C差異不顯著，處理A、B、C差異不顯著。

2.3 不同處理對馬鈴薯病害的防效

2.3.1 不同處理對馬鈴薯晚疫病的防效。

馬鈴薯晚疫病調查結果（表3）顯示，施用生物炭肥的4個處理，4次調查的病情指數均顯著低于CK處理，4個生物炭肥處理間病情指數差異不顯著。4次調查中，處理A的防效為43.01%～50.00%，處理B的防效為48.82%～65.91%，處理C的防效為37.96%～84.09%，處理D的防效為51.18%～65.91%。7月11日，4個生物炭肥處理對馬鈴薯晚疫病的防效表現為處理D（51.18%）＞處理B（48.82%）＞處理A（43.01%）＞處理C（38.30%）。

2.3.2 不同處理對馬鈴薯青枯病的防效。

馬鈴薯青枯病調查結果（表4）顯示，施用生物炭肥的4個處理，4次調查的病情指數均顯著低于CK處理；4個生物炭肥處理間，后3次調查處理B病情指數顯著低于處理C，處理B、處理C與處理A和D差異均不顯著。4次調查中，處理A的防效為49.25%～100.00%，處理B的防效為60.38%～100.00%，處理C的防效為36.61%～100.00%，處理D的防效為55.67%～100.00%。7月11日，4個生物炭肥處理對馬鈴薯晚疫病的防效為處理B（60.38%）＞處理D（55.67%）＞處理A（49.25%）＞處理C（36.61%）。

2.3.3 不同處理對馬鈴薯瘡痂病的防效。

馬鈴薯瘡痂病調查結果（表5）顯示，施用生物炭肥的4個處理，4次調查的病情指數均極顯著低于CK處理，4個生物炭肥處理間病情指數差異不顯著。4個生物炭肥處理對馬鈴薯瘡痂病的防效為處理B（54.78%）＞處理D（52.17%）＞處理A（46.96%）＞處理C（42.61%）。

2.4 不同處理對馬鈴薯產量的影響

馬鈴薯產量性狀調查結果（表6）顯示，施用生物炭肥的4個處理，單薯均重、單株產量、產量均顯著高于CK處理；B和D 2個處理單株結薯數極顯著高于CK處理，B、C、D 3個處理單薯均重、單株產量、產量極顯著高于CK處理。4個生物炭肥處理，單株結薯數表現為處理D（8.33）＞處理B（8.07）＞處理C（7.87）＞處理A（7.67），處理D單株結薯數極顯著高于處理A，顯著高于處理C，與處理B差異不顯著；單薯均重表現為處理D（93.27 g）＞處理B（89.63 g）＞處理C（87.63 g）＞處理A（86.17 g），處理D單薯均重極顯著高于A、B、C 3個處理，處理B單薯均重極顯著高于處理A，顯著高于處理C；單株產量表現為處理D（777.27 g/株）＞處理B（722.98 g/株）＞處理C（689.30 g/株）＞處理A（660.62 g/株），處理D單株產量極顯著高于A、B、C 3個處理，處理B單株產量極顯著高于處理A，顯著高于處理C；產量表現為處理D（37.02 t/hm）＞處理B（34.43 t/hm）＞處理C（32.83 t/hm）＞處理A（31.46 t/hm），處理D產量極顯著高于A、B、C 3個處理，處理B產量極顯著高于處理A，顯著高于處理C。

3 討論

播種前施用生物炭肥可顯著減緩馬鈴薯種植后土壤pH的下降，同等化肥條件下，生物炭施用量750 kg/hm（A處理）、1 000 kg/hm（C處理）、1 500 kg/hm（B處理）和2 000 kg/hm（D處理）的pH降幅分別比CK處理減少46.27%、52.24%、68.66%、76.12%，土壤pH下降的減緩作用隨著生物炭肥用量的增加而提高，該結果與劉志華等的研究結果相似。施用生物炭肥可加速土壤有機質的降解，導致土壤有機質含量比CK更低，采收后，施用量750、1 000、1 500和2 000 kg/hm的有機質降解率分別比CK處理提高85.71%、67.14%、74.29%、34.29%，該結果與任少勇施用炭基肥處理的有機質先增高后降低的研究結果一致，與蘇彩霞等施用BFG有機肥能提高馬鈴薯收獲期有機碳含量的研究結果相反。采收后土壤有機質含量呈隨著生物炭肥用量增加降解幅度下降的趨勢，與較高用量的生物炭肥增加了土壤有機質含量有關，并非生物炭肥用量增加導致其促進有機質降解的作用下降，而是較高用量的生物炭肥使土壤有機質含量增加導致其促進有機質降解的作用被掩蓋了。施用生物炭肥可減緩土壤中水解性氮和有效磷含量的下降，采收后，施用量750、1 000、1 500和2 000 kg/hm的水解性氮含量降幅分別比CK處理減少17.13%、34.12%、53.73%、74.72%，有效磷含量降幅分別比CK處理減少19.39%、20.41%、12.24%、14.16%；水解性氮含量降幅的減少比例隨著生物炭肥用量的增加而提高，即生物炭肥用量越高越能減緩氮肥的流失，該結果與蘇彩霞等施用炭基肥處理可提高全氮含量、楊玲添加適量的生物炭有利于提高土壤硝態氮含量的研究結果一致，與劉志華等施用10%生物炭導致土壤速效氮含量顯著降低的研究結果相反。生物炭肥對土壤有效磷含量下降的減緩作用受施用方式影響較大，塘施750和1 000 kg/hm的有效磷含量降幅低于墑面撒施1 500和2 000 kg/hm，說明塘施生物炭肥更有利于減緩土壤有效磷的流失，可能是塘施生物炭肥能夠直接與施用的化肥接觸，能夠將磷肥吸附在生物炭空隙中，使得土壤有效磷流失較慢；同種施用方式下，生物炭肥對土壤有效磷含量下降的減緩作用呈隨用量增加而提高的趨勢；該結果與劉志華等、任少勇研究結果炭基肥的施用導致土壤中速效磷降低不同，與傅秋華等研究結果竹炭顆粒的施用能增加土壤有效磷含量一致。施用生物炭肥能顯著增加土壤速效鉀含量，采收后，施用量750、1 000、1 500和2 000 kg/hm的速效鉀含量的增加量分別為CK處理的1.33、2.46、2.93、2.85倍，速效鉀含量的增加量總體呈隨生物炭肥用量增加而提高，該結果與劉志華等、蘇彩霞等的研究結果一致，與任少勇^[8]研究結果不同。

施用生物炭肥能提高馬鈴薯莖粗和植株覆蓋度（冠幅），株高和主莖數差異不顯著，該結果與李天鶴和任少勇等研究結果既有相同之處，又有所不同，生物炭肥能提高馬鈴薯莖粗和植株覆蓋度（冠幅）與前人研究結果一致，生物炭肥對株高和主莖數無明顯影響與前人研究結果不同。

施用生物炭肥能顯著提高馬鈴薯抗晚疫病、青枯病和瘡痂病能力，該結果與蘇彩霞等施用 BGF 有機肥能有效降低馬鈴薯早疫病、炭疽病和瘡痂病的發病程度相似，研究表明，碳肥的多微孔結構及豐富的 C、N源養分，在為土壤微生物提供良好物理生存空間的同時，也為其生命活動提供了一定養分來源，有利于促進微生物菌群生長，改變微生物有益、有害菌群比例，抑制真菌等某些有害微生物生長，從而減少病害發生。施用生物炭肥對馬鈴薯晚疫病防效最高的為2 000 kg/hm的處理D，呈隨用量增加而提高的趨勢；對青枯病和瘡痂病的防效則與施用方式關系密切，塘施1 000 kg/hm的處理B防效最高，其次是墑面撒施2 000 kg/hm的處理D，同種施用方式下，生物炭肥對青枯病和瘡痂病的防效，呈隨用量增加而提高的趨勢。

施用生物炭肥能顯著提高馬鈴薯單株結薯數、單薯均重、單株產量、產量，該結果與李天鶴和任少勇等研究結果一致。隨著生物炭肥施用量的增加，馬鈴薯單株結薯數、單薯均重、單株產量、產量隨之增加，該結果與任少勇等研究結果一致。

4 結論

綜上所述，播種前施用生物炭肥可顯著減緩馬鈴薯種植后土壤pH的下降，加速土壤有機質的降解，導致土壤有機質含量下降，減緩土壤中水解性氮和有效磷含量下降，顯著增加土壤速效鉀含量，提高馬鈴薯莖粗和植株覆蓋度（冠幅），顯著提高馬鈴薯抗晚疫病、青枯病和瘡痂病能力，顯著提高馬鈴薯單株結薯數、單薯均重、單株產量、產量。生物炭肥施用量2 000 kg/hm的處理D對土壤pH下降的減緩作用、對有機質降解的加速作用、對水解性氮下降的減緩作用、對速效鉀的提高作用、對馬鈴薯晚疫病的防效、對馬鈴薯產量的提高作用均最高；塘施生物炭肥1 000 kg/hm的處理B對有效磷含量下降的減緩作用、對青枯病和瘡痂病的防效最高。總之，生物炭肥用量越高越有利于土壤理化性質改良、提高馬鈴薯產量和抗晚疫病能力；將生物炭肥塘施有利于提高馬鈴薯抗青枯病和瘡痂病能力。

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