劉拴成

(集寧師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000)

馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)又名土豆等，與玉米、水稻、小麥并稱為四大糧食作物[1]?；瘜W(xué)肥料在馬鈴薯種植過(guò)程中被廣泛應(yīng)用，有效解決了馬鈴薯單產(chǎn)低且不穩(wěn)的問(wèn)題。但長(zhǎng)期大量施用無(wú)機(jī)肥，造成土壤板結(jié)、養(yǎng)分失衡、耕性下降、保水保肥性能降低等問(wèn)題[2]，導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量下降、品質(zhì)變差、抗性變?nèi)醯萚3]。有機(jī)肥中含有大量有機(jī)質(zhì)、多種有機(jī)酸及肽類、豐富的營(yíng)養(yǎng)元素[4]。施入土壤后不僅可改善土壤理化性質(zhì)[5]，促進(jìn)微生物繁殖[6]，還能為農(nóng)作物持續(xù)提供全面營(yíng)養(yǎng)[7]。但有機(jī)肥的養(yǎng)分釋放緩慢，無(wú)法及時(shí)滿足作物需求[8]。因此，將有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥合理配施，既能實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的快速、持續(xù)、均衡供應(yīng)，又能解決長(zhǎng)期施用無(wú)機(jī)肥對(duì)土壤理化性狀的危害，同時(shí)還能提高養(yǎng)分有效性、降低無(wú)機(jī)肥損失率、促進(jìn)土壤生產(chǎn)力的持續(xù)提升[9-10]。

近年來(lái)，有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥配施在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。李燕青等[11]研究認(rèn)為，在施氮總量相同的條件下，適量增施有機(jī)氮可顯著提高小麥籽粒品質(zhì)。謝軍等[12]報(bào)道顯示，用有機(jī)氮替代50%無(wú)機(jī)氮不僅有效提高了氮素利用效率，而且顯著增加了玉米產(chǎn)量。孫耿等[13]研究發(fā)現(xiàn)，用有機(jī)氮替代20%無(wú)機(jī)氮可增加土壤活性有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤菌群結(jié)構(gòu)，提高水稻產(chǎn)量。溫延臣等[14]研究發(fā)現(xiàn)，商品有機(jī)肥部分替代化肥可顯著提高土壤有機(jī)碳和全氮含量，但對(duì)冬小麥和夏玉米的產(chǎn)量影響不顯著。李剛等[15]在河北壩上地區(qū)研究表明，在總氮投入量不變的條件下，適當(dāng)增加有機(jī)氮施用比例可顯著改善馬鈴薯塊莖的品質(zhì)。也有研究顯示，將有機(jī)肥與化肥合理配施可有效提高馬鈴薯產(chǎn)量、淀粉含量和商品率[16]。程萬(wàn)莉等[17]在甘肅省黃灌區(qū)研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代部分無(wú)機(jī)肥可顯著提高馬鈴薯根際土壤微生物群落功能多樣性。

馬鈴薯產(chǎn)業(yè)是烏蘭察布市的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，種植面積一直保持在27萬(wàn)hm2左右，約占全市農(nóng)作物總播種面積的50%。由于馬鈴薯常年連作，無(wú)機(jī)肥及農(nóng)藥大量施用，不僅影響生態(tài)環(huán)境和土壤質(zhì)量，而且威脅著馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前，關(guān)于有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量的影響研究較少，尤其在內(nèi)蒙古馬鈴薯產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，在集寧師范學(xué)院實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行大田試驗(yàn)，研究有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量的影響，找出最佳肥料配比，以期為烏蘭察布市馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在集寧師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院園藝實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行，土壤質(zhì)地為黃壤土，含有機(jī)質(zhì)11.33 g/kg、堿解氮70.69 mg/kg、速效磷14.02 mg/kg、速效鉀145.77 mg/kg，pH值為7.67。該區(qū)域?qū)儆诖箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明，年均氣溫0～18 ℃，年均降水量150～450 mm，無(wú)霜期95～145 d。

供試馬鈴薯品種為克新1號(hào)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理：不施有機(jī)肥(CK)、有機(jī)氮∶無(wú)機(jī)氮=2∶8(T1)、有機(jī)氮∶無(wú)機(jī)氮=3∶7(T2)、有機(jī)氮∶無(wú)機(jī)氮=4∶6(T3)，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為30 m2(5.0 m×6.0 m)。有機(jī)肥為芝麻餅肥(N∶P2O5∶K2O=2.2∶1.1∶2.7)，全部做底肥一次性施用；無(wú)機(jī)肥為復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶6∶21，由中農(nóng)舜天生態(tài)肥業(yè)有限公司提供)，一部分基施，一部分于現(xiàn)蕾期追施，追施量為22.5 kg/hm2。馬鈴薯整個(gè)生育期純氮施用總量為150 kg/hm2。試驗(yàn)采用起壟栽培，覆蓋地膜，于2018年4月1日起壟、覆膜，5月1日播種，株距25 cm，行距55 cm。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀 于盛花期，在各小區(qū)選取有代表性的植株3株，測(cè)定株高、莖圍、主莖數(shù)、葉面積指數(shù)。其中，葉面積指數(shù)采用美國(guó)Licor公司生產(chǎn)的LAI-2000植被冠層分析儀測(cè)定。

1.3.2 根系干質(zhì)量 于出苗后60、90、120 d，在各小區(qū)選取代表性植株3株，取出完整根系用清水沖凈后，于烘箱內(nèi)105 ℃殺青15 min，再于80 ℃烘至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量。

1.3.3 葉綠素含量 葉綠素含量測(cè)定于塊莖膨大期、淀粉積累期和收獲期進(jìn)行，測(cè)定方法為乙醇丙酮混合液法[18]。

1.3.4 品質(zhì)指標(biāo) 馬鈴薯淀粉含量采用高氯酸水解—蒽酮比色法測(cè)定[19]，還原糖含量采用3,5-二硝基水楊酸分光光度法測(cè)定[20]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250比色法測(cè)定[21]，維生素C含量采用2，6-二氯靛酚溶液標(biāo)定法測(cè)定[22]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖片繪制，利用SPSS 19.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施對(duì)馬鈴薯農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知，隨著有機(jī)肥施入比例的增加，馬鈴薯的株高、莖圍、主莖數(shù)和葉面積指數(shù)等均呈先升高后降低的趨勢(shì)。株高和葉面積指數(shù)均以T1處理最大，T3處理最??；莖圍以T1和T2處理最大，T3處理最?。恢髑o數(shù)以T2處理最多，T3處理最少。株高、莖圍、主莖數(shù)和葉面積指數(shù)在T1與T2處理間差異均不顯著；CK、T3處理間的株高、莖圍差異顯著，而主莖數(shù)和葉面積指數(shù)差異不顯著。T1處理的株高、莖圍、主莖數(shù)和葉面積指數(shù)分別較CK增加了19.57%、8.33%、10.26%和14.14%。說(shuō)明適量增施有機(jī)肥可促進(jìn)馬鈴薯植株的生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而促進(jìn)塊莖產(chǎn)量的增加。

表1 不同處理對(duì)馬鈴薯農(nóng)藝性狀的影響Tab.1 Effects of different treatments on agronomic traits of potato

注:同列數(shù)據(jù)后不同字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同。
Note:Different letters after data within a column mean significant difference among different treatments(P<0.05)，the same below.

2.2 有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施對(duì)馬鈴薯葉綠素含量的影響

由表2可知，不同施肥處理對(duì)馬鈴薯葉片葉綠素a、b含量均有顯著影響，各時(shí)期均以CK的葉綠素a、b含量最低。塊莖膨大期葉綠素a、b含量以T1處理最高，顯著高于其他處理；T2、T3處理間不具顯著性差異。淀粉積累期T2處理的葉綠素a、b含量顯著高于其他處理；T3處理的葉綠素a、b含量次之，顯著高于T1處理和CK。塊莖收獲期的葉綠素a、b含量均以T3處理最高，T2處理次之，CK最低，處理間存在顯著性差異。

表2 不同處理對(duì)馬鈴薯葉綠素a、b含量的影響Tab.2 Effects of different treatments on contents of chlorophyll a,b of potato mg/g

2.3 有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施對(duì)馬鈴薯根干質(zhì)量的影響

由圖1可知，隨生育期的推進(jìn)，各處理馬鈴薯根干物質(zhì)均呈逐漸增加趨勢(shì)，以出苗后120 d最高。3個(gè)測(cè)定時(shí)期根干物質(zhì)均以T2處理最高；T3處理次之，顯著高于T1處理和CK；CK的根干物質(zhì)最低，顯著低于其他處理。60、90 d時(shí)T2和T3處理的根干物質(zhì)不存在顯著性差異，120 d時(shí)T2處理根干物質(zhì)顯著高于其他3個(gè)處理。

2.4 有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由圖2可以看出，不同有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施比例對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量有顯著影響，其中,T2處理馬鈴薯產(chǎn)量最高，為31 572 kg/hm2，較CK提高了22.08%；T3處理次之，產(chǎn)量為29 743 kg/hm2，比CK增加了15.01%；T1處理產(chǎn)量為27 401 kg/hm2，僅較CK提高了5.96%；CK的產(chǎn)量最低，僅為25 861 kg/hm2。

不同字母表示不同處理間差異顯著(PDifferent letters mean significant difference among different treatments(P圖1 不同處理對(duì)馬鈴薯根系干質(zhì)量的影響Fig.1 Effect of different treatments on dry weight of potato root

圖2 不同處理對(duì)馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的影響Fig.2 Effect of different treatments on potato yield

2.5 有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響

由表3可以看出，隨有機(jī)肥施用量的增加，塊莖的淀粉含量逐漸增加、還原糖、可溶性蛋白和維生素C含量均呈先升高后降低的趨勢(shì)。其中，淀粉含量以T3處理最高，顯著高于其他處理，且較CK提高了22.87%；T2處理的淀粉含量次之；CK含量最低。可溶性蛋白和維生素C含量均以T2處理最高，分別較CK提高了35.76%和32.43%，T1處理次之，CK最低；可溶性蛋白含量在T1、T3和CK間的差異不顯著，T3處理和CK間維生素C含量不存在顯著性差異，且兩者均顯著低于T1和T2處理；還原糖含量以T1處理最高，較CK增加了38.36%，T2處理次之，CK的還原糖含量最低。

表3 不同處理對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響Tab.3 Effect of different treatments on potato quality g/kg

3 結(jié)論與討論

有機(jī)肥對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和地力提升有顯著促進(jìn)作用[23]，將有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施既可改善土壤理化性狀[24]、提高土壤養(yǎng)分有效性[25]，又能保證作物整個(gè)生育期對(duì)養(yǎng)分的需求。本試驗(yàn)中，馬鈴薯各農(nóng)藝性狀指標(biāo)(株高、莖圍、主莖數(shù)和葉面積指數(shù))均隨有機(jī)肥施入量的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，以T1和T2處理的效果較好，以T3處理最差。這主要是因?yàn)檠a(bǔ)充有機(jī)肥改善了土壤理化性狀，提高了養(yǎng)分有效性，促進(jìn)了根系吸收，但當(dāng)有機(jī)肥比例過(guò)高時(shí)則導(dǎo)致氮素養(yǎng)分供應(yīng)不及時(shí)，進(jìn)而影響馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育。高怡安等[3]也認(rèn)為，適量增施有機(jī)肥可提高馬鈴薯的株高、分枝數(shù)和莖粗，但有機(jī)肥比例過(guò)高或過(guò)低均不利于馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育，這在水稻[26]、小麥[27]等作物上也得到了驗(yàn)證。

葉綠素在植物光合作用過(guò)程中參與光能的吸收和傳遞，啟動(dòng)原初光化學(xué)反應(yīng)，是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)[28]。葉綠素含量在一定程度上反映了作物光合能力強(qiáng)弱和產(chǎn)量高低。本研究結(jié)果表明，增加有機(jī)肥比例可顯著提高馬鈴薯葉片的葉綠素含量，前期(塊莖膨大期和淀粉積累期)葉綠素含量隨有機(jī)肥施用比例增加呈先升高后降低趨勢(shì)，塊莖膨大期葉綠素含量以T1處理最高，淀粉積累期葉綠素含量以T2處理最高；后期(塊莖收獲期)葉綠素含量隨有機(jī)肥施用比例增加呈持續(xù)上升趨勢(shì)(T3處理最高)，不同處理間差異達(dá)顯著水平。這可能與有機(jī)肥的持續(xù)礦化逐步釋放供應(yīng)無(wú)機(jī)肥有關(guān)[29]。姜麗麗等[30]也發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯葉綠素含量與氮素供應(yīng)量呈顯著正相關(guān)；玉米葉片的SPAD值與有機(jī)氮施用比例也有類似的關(guān)系[31]。

根系作為植物吸收養(yǎng)分和水分的主要器官，其發(fā)達(dá)程度直接影響作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成。根系生長(zhǎng)發(fā)育受土壤質(zhì)地[32]、水分狀況[33]、營(yíng)養(yǎng)水平[34]等因素影響。有學(xué)者認(rèn)為，適量增施有機(jī)肥可顯著促進(jìn)根系生長(zhǎng)發(fā)育，提高根干質(zhì)量，提升根系吸收能力[35]。本研究顯示，適當(dāng)增加有機(jī)肥供應(yīng)比例可顯著提高馬鈴薯根質(zhì)量，3個(gè)測(cè)定時(shí)期的根干物質(zhì)均以T2處理最高、CK最低，T2處理根干質(zhì)量較CK分別提高了66.40%(60 d)、51.04%(90 d)和32.04%(120 d)。這主要是因?yàn)槭┯糜袡C(jī)肥改善了土壤結(jié)構(gòu)[36]，增加了微生物種群及活性[37]，并增強(qiáng)了土壤持續(xù)供應(yīng)養(yǎng)分的能力[38]，進(jìn)而促進(jìn)了根系生長(zhǎng)發(fā)育。增施有機(jī)肥增加作物根干質(zhì)量在煙草[39]、玉米[40]、棉花[41]、水稻[42]等作物上也得到了驗(yàn)證。

馬鈴薯以地下塊莖為收獲產(chǎn)品，要獲得較高產(chǎn)量，必須為塊莖生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境、供應(yīng)充足的營(yíng)養(yǎng)條件。有機(jī)肥養(yǎng)分全面、肥效持久，可為馬鈴薯塊莖持續(xù)提供豐富的養(yǎng)分，同時(shí)還為塊莖膨大提供了適宜的土壤環(huán)境。因此，適量增施有機(jī)肥是提高馬鈴薯產(chǎn)質(zhì)量的可靠途徑。本試驗(yàn)表明，有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施可顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量，以T2處理最高，為31 572 kg/hm2，T3處理次之，CK最低；3個(gè)處理的塊莖產(chǎn)量較CK分別提高了22.08%、15.01%、5.96%。李剛等[15]的研究也發(fā)現(xiàn)，適量增施有機(jī)肥可提高馬鈴薯產(chǎn)量。穆俊祥等[43]也驗(yàn)證了馬鈴薯產(chǎn)量與有機(jī)肥施用比例的類似關(guān)系。

馬鈴薯塊莖的品質(zhì)指標(biāo)主要包括淀粉、還原糖、可溶性蛋白和維生素C含量等，其除了受遺傳因素調(diào)控外，生態(tài)環(huán)境[44]、土壤條件[45]、施肥水平[46]、貯藏方式[47]等因素對(duì)品質(zhì)也有直接影響。本研究結(jié)果顯示，適量增加有機(jī)肥比例可提高馬鈴薯塊莖的淀粉、還原糖、可溶性蛋白和維生素C含量等。其中，淀粉含量以T3處理最高，較CK提高了22.87%；可溶性蛋白和維生素C含量均以T2處理最高，較CK分別提高了35.76%和32.43%；還原糖含量以T1處理最高，較CK提高了38.36%。李剛等[15]研究表明，適量增施有機(jī)肥可顯著改善馬鈴薯塊莖的品質(zhì)，但過(guò)量施用則會(huì)導(dǎo)致淀粉、粗蛋白、維生素C、還原糖含量降低。穆俊祥等[43]也驗(yàn)證了無(wú)機(jī)肥與有機(jī)肥的合理配施可提高馬鈴薯的淀粉含量。

綜上所述，在投入等量氮養(yǎng)分的條件下，用20%～30%有機(jī)氮替代無(wú)機(jī)氮的效果較好，提高了馬鈴薯葉綠素含量，進(jìn)而增強(qiáng)葉片光合性能；促進(jìn)了發(fā)達(dá)根系的形成，進(jìn)而增強(qiáng)根系吸收能力；提高了馬鈴薯塊莖產(chǎn)量，改善了塊莖品質(zhì)，增加了經(jīng)濟(jì)效益。本試驗(yàn)僅就有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)質(zhì)量的影響進(jìn)行了研究，配施后對(duì)土壤理化性狀和微生物等的影響尚需進(jìn)一步研究。