湯云川，陳 濤，桑有順，馮 焱，淳 俊，李 倩，楊 洪

(成都市農(nóng)林科學(xué)院,成都 溫江 611130)

中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，也是秸稈生產(chǎn)大國(guó)，隨著糧食產(chǎn)量的穩(wěn)步增長(zhǎng)，農(nóng)作物秸稈廣泛分布在農(nóng)村地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2015年，我國(guó)主要農(nóng)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(shí)也是重要的碳素儲(chǔ)備庫(kù)。但由于缺乏切實(shí)可行的處理技術(shù)，我國(guó)農(nóng)作物秸稈資源利用效率較低、經(jīng)濟(jì)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(dāng)于全國(guó)化肥總產(chǎn)量的60%左右[2]，不僅造成秸稈資源的大量浪費(fèi)，也引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境污染，如何提高農(nóng)作物秸稈綜合利用率愈發(fā)受到人們關(guān)注。

近年來，利用高溫厭氧熱裂解技術(shù)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(tài)環(huán)境效應(yīng)和增產(chǎn)作用，受到業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。生物炭是秸稈等農(nóng)林副產(chǎn)物在厭氧條件下，經(jīng)高溫?zé)崃呀猱a(chǎn)生的富炭固體[3]。因其富含有機(jī)碳和一定的礦質(zhì)養(yǎng)分，具有疏松孔隙結(jié)構(gòu)和較大比表面積，吸附能力強(qiáng)，施用于土壤可有效改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力、增加作物產(chǎn)量。

目前成都市馬鈴薯播種面積常年穩(wěn)定在4～5.3萬hm2左右，已經(jīng)涌現(xiàn)了一批適度規(guī)?；?jīng)營(yíng)業(yè)主[4]。但由于化肥連年過量施用，造成土壤板結(jié)、酸化，馬鈴薯增產(chǎn)提質(zhì)面臨較大阻力。許多文獻(xiàn)資料已經(jīng)顯示，施用生物炭后，水稻、小麥、玉米、大豆增產(chǎn)效果明顯[5-7]。但在成都范圍內(nèi)，未見生物炭施用后，對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量影響方面的報(bào)道。生物炭的農(nóng)業(yè)應(yīng)用效果多集中為正面效應(yīng)，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(shè)置生物炭用量試驗(yàn)，以期為生物炭在馬鈴薯生產(chǎn)中的應(yīng)用推廣提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于崇州市羊馬鎮(zhèn)福田村成都市農(nóng)林科學(xué)院羊馬農(nóng)林科技創(chuàng)新基地，海拔420m，年均降雨量880 mm，地勢(shì)平坦，水旱輪作，前茬休耕，肥力均勻。試驗(yàn)地土壤為水稻土，質(zhì)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(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

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

表2 各處理試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表3 馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因素與葉綠素相對(duì)含量聯(lián)合方差分析

注：*表示差異達(dá)到顯著性水平P<0.05。

試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理(表2)，每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)面積為13.34m2，相鄰小區(qū)間隔1m，采用兩因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，其中復(fù)合肥用量2水平、生物炭用量3水平。每小區(qū)4壟，壟距85cm。肥料與生物炭人工摻混后，于播種時(shí)一次性條施，不進(jìn)行追肥，與大面積生產(chǎn)相同。

1.3 試驗(yàn)實(shí)施及田間管理

試驗(yàn)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(cuò)窩播種。播種后及時(shí)噴施芽前除草劑，并覆膜抗凍。進(jìn)入翌年驚蟄后，及時(shí)揭膜，根據(jù)土壤墑情進(jìn)行灌溉，做好晚疫病防控。待田間馬鈴薯莖葉50%黃化后及時(shí)收獲。本試驗(yàn)于2019年4月28日進(jìn)行收獲。

1.4 數(shù)據(jù)采集及測(cè)算方法

馬鈴薯現(xiàn)蕾期利用手持葉綠色測(cè)定儀，測(cè)定葉片倒4葉頂小葉的SPAD值；收獲后，每小區(qū)采集10株調(diào)查單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重、單薯重等產(chǎn)量構(gòu)成因素指標(biāo)；每小區(qū)單獨(dú)進(jìn)行稱重測(cè)產(chǎn)，并統(tǒng)計(jì)商品薯率(50g以上的薯塊計(jì)入商品薯重量)。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量構(gòu)成因素和葉綠素相對(duì)含量的聯(lián)合方差分析

馬鈴薯葉綠素相對(duì)含量與產(chǎn)量構(gòu)成因素聯(lián)合方差分析結(jié)果顯示(表3)，除單株結(jié)薯數(shù)外，復(fù)合肥對(duì)各指標(biāo)均有顯著性影響；生物炭對(duì)單株薯重、單株結(jié)薯數(shù)有顯著性影響。復(fù)合肥與生物炭互作均未對(duì)上述指標(biāo)產(chǎn)生顯著效應(yīng)。

2.2 添加生物炭對(duì)葉綠素相對(duì)含量的影響

在復(fù)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(duì)葉綠素相對(duì)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(shì)，但未達(dá)到顯著性差異，顯示提高生物炭用量會(huì)降低葉綠素相對(duì)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(duì)產(chǎn)量構(gòu)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(gè)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(shù)據(jù)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(shí)，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(shí)，添加生物炭后，單薯重分別提高12.64%和5.99%。當(dāng)生物炭用量為100kg/667m2時(shí)，不施肥和施肥處理的單薯重均達(dá)到最大值，分別為87.37g和124.49g。

表4 添加生物炭對(duì)產(chǎn)量構(gòu)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(chǎn)量情況

施肥后，單株結(jié)薯數(shù)普遍下降，不同處理間單株結(jié)薯數(shù)受生物炭用量水平呈現(xiàn)顯著性差異。在同一施肥水平，單株結(jié)薯數(shù)隨著生物炭用量的增加而大幅減少。生物炭用量為100kg/667m2時(shí)，單株結(jié)薯數(shù)比未添加生物炭的處理分別下降14.00%(不施肥)和16.66%(復(fù)合肥用量80kg/667m2)；當(dāng)生物炭用量達(dá)到200kg/667m2后，單株結(jié)薯數(shù)分別較未施用生物炭的處理下降22.00%(不施肥)和27.08%(復(fù)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(jié)薯數(shù)變化規(guī)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(dāng)生物炭用量達(dá)到200kg/667m2時(shí)，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(xiàn)顯著性差異。

2.4 各處理產(chǎn)量情況

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

3 討論

該試驗(yàn)驗(yàn)證了生物炭在馬鈴薯生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用效果，生物炭在作物增產(chǎn)、改善品質(zhì)等方面的促進(jìn)作用已有大量報(bào)道。任少勇研究表明，添加生物炭后，馬鈴薯單薯重、單株結(jié)薯數(shù)、大中薯率、最終產(chǎn)量均有大幅提升，且上述指標(biāo)隨生物炭用量的增加依次遞增[8]。本試驗(yàn)研究結(jié)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(zhǎng)后期同化產(chǎn)物的積累，從而增加了單薯重。但與任少勇研究結(jié)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(jié)薯數(shù)在添加生物炭后明顯降低，結(jié)合SPAD值可以看出，添加生物炭后葉片相對(duì)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(qiáng)度的吸附性能，固定了一部分養(yǎng)分。其次生物炭提高了碳氮比，造成土壤中的微生物與植株?duì)幍?，植株氮素供?yīng)不足，從而在前期影響塊莖形成，單株結(jié)薯數(shù)大幅減少。在以上2個(gè)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(dǎo)致最終產(chǎn)量也出現(xiàn)類似演變規(guī)律。

4 結(jié)論

該試驗(yàn)結(jié)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(fù)合肥用量80kg/667m2)，大中薯率分別提高2.33%(不施肥)和2.98%(復(fù)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(fù)合肥用量80kg/667m2)，大中薯率分別提高2.83%(不施肥)和5.99%(復(fù)合肥用量80kg/667m2)。單株結(jié)薯數(shù)在添加生物炭后均明顯減少，且生物炭用量越多，對(duì)結(jié)薯數(shù)的抑制愈發(fā)明顯。從而導(dǎo)致最終產(chǎn)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(chǎn)量分別降低6.62%(不施肥)和11.94%(復(fù)合肥用量80kg/667m2)；高劑量生物炭(200kg/667m2)，最終產(chǎn)量分別降低14.36%(不施肥)和20.73%(復(fù)合肥用量80kg/667m2)，差異達(dá)到顯著。

由此可見，添加生物炭對(duì)提高馬鈴薯單薯重、大中薯率有一定的促進(jìn)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?duì)幍?jìng)爭(zhēng)加劇，影響塊莖形成，對(duì)單株結(jié)薯數(shù)有顯著抑制的負(fù)面效應(yīng)，并導(dǎo)致最終產(chǎn)量隨生物炭劑量的增加而大幅下降。因此，在生產(chǎn)中應(yīng)考慮將生物炭施入時(shí)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(jìn)一步探明施用效果。