陽新月，楊 毅,2，林 茜，向 穎,2，周子禹，王季春,2*

（1.西南大學農學與生物科技學院，重慶 400715；2.薯類生物學與遺傳育種重慶市重點實驗室，重慶 400715）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是繼玉米、水稻、小麥之后的世界第四大糧食作物[1]。根據聯(lián)合國糧農組織（FAO）統(tǒng)計[2]，截至2019 年底，中國的馬鈴薯種植面積與馬鈴薯產量均為世界第一，種植面積約491 萬hm2，占全球種植面積的28.34%；產量達9 188 萬t，占全世界總產量的24.80%。但中國馬鈴薯單產水平僅有歐美發(fā)達國家的1/3～1/2，因此，擁有很大的增產空間[3]。

土壤耕作時間延長、不合理的耕作制度以及不科學的種植方式而導致土壤理化性質變差、養(yǎng)分含量嚴重降低、土壤生產力下降，是導致馬鈴薯單產不高的主要原因[4,5]。使用有機物介質與不良土壤混合種植可以提高作物產量。研究發(fā)現(xiàn)蛭石、珍珠巖、河沙與草炭等混合配制的基質栽培可使馬鈴薯原原種總產量、商品薯產量較純土壤種植均顯著提高[6]。直接利用有機物介質種植不現(xiàn)實，添加有機物介質到土壤中改良土壤，就可能促進馬鈴薯的生長發(fā)育[7]。紫色土多分布于中國西南地區(qū)，其原生礦物和鹽基離子含量豐富，是南方重要旱作土壤之一[8]。重慶市的紫色土屬于酸性黏性紫色土[9]。黏性紫色土通氣透水能力差，加之人為不合理的耕作方式，導致其酸化加劇，土地生產力逐漸下降，嚴重影響農業(yè)經濟的可持續(xù)發(fā)展。因此，在黏性紫色土中添加不同有機物介質，改良黏性紫色土理化性質，研究改良后的黏性紫色土對馬鈴薯單產的影響，有著重要意義。

在土壤中添加有機物介質改良土壤狀況，通過改善馬鈴薯生長的根際環(huán)境提高馬鈴薯的產量主要有3種方式：改善土壤理化性質，改善土壤有機質與養(yǎng)分狀況和改善土壤生物性狀。馮焱等[10]通過改變土壤物理性質可提高馬鈴薯產量，發(fā)現(xiàn)椰糠松軟透氣，將其與營養(yǎng)土混合，利于馬鈴薯根系生長、營養(yǎng)吸收和匍匐莖的生長，作為馬鈴薯原原種的栽培基質表現(xiàn)優(yōu)異。Machado 等[11]采用組合基質，改善作物氮需求和土壤氮有效性之間的同步，從而提高馬鈴薯產量。李爽等[12]通過綜合改善馬鈴薯栽培介質理化性質，將玉米秸稈、草炭、蛭石相搭配，不僅使栽培介質容重減小，且速效養(yǎng)分含量升高，可以有效地為微型薯的生長發(fā)育積累更多營養(yǎng)物質。劉峰等[13]通過對馬鈴薯施用保羅微生物酵素菌肥，顯著提升馬鈴薯品質。

目前，在馬鈴薯栽培基質的研究中少有與地區(qū)分布廣泛的土壤相混合，研究對該特定土壤的影響，以及對馬鈴薯產量及其器官建成差異。本研究通過有機物介質改善黏性紫色土的理化性質，提高和改善馬鈴薯種植現(xiàn)狀。通過比較黏性紫色土添加不同有機物介質后種植馬鈴薯的產量與養(yǎng)分差異，篩選出改善紫色土最佳基質；通過比較優(yōu)質介質中的不同基質施用比例對馬鈴薯的產量與養(yǎng)分差異，篩選出改善黏性紫色土最佳基質及其比例；通過比較不同時期的馬鈴薯的形態(tài)性狀、生理指標與養(yǎng)分特征，解釋改善后的黏性紫色土提高馬鈴薯種植產量的原因。本研究結果可為馬鈴薯種植介質研究提供科學依據，同時也為西南地區(qū)馬鈴薯產業(yè)發(fā)展提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

西南大學薯類作物研究所重慶市北碚區(qū)歇馬基地（N 29°46′，E 106°21′），坐落于川東平行嶺谷重慶市的西北部，海拔244～257 m。屬于亞熱帶季風濕潤氣候，夏季高溫酷熱，極端最高氣溫達43℃，年平均氣溫18℃，年平均降雨量為1 133.7 mm，年平均蒸發(fā)量為1 181.1 mm[14]。研究區(qū)域地貌形態(tài)以淺丘為主，土壤類型以黏性紫色土為主，是典型農業(yè)土壤之一，其紫色土具體理化性質見表1。

表1 黏性紫色土基本理化性質Table 1 Basic physical and chemical properties of sticky purplish soil

1.2 試驗設計

試驗供試馬鈴薯品種為西南大學薯類重點實驗室提供的‘青薯9 號’，屬于晚熟品種。栽培選用純紫色土（對照）以及添加特制生物有機基質、玉米秸稈和椰糠形成4 種基質，其中特制有機基質由四川正威實業(yè)有限公司提供，含N 0.6%、P2O51.5%、K2O 0.1%、有機質52.1%，玉米秸稈采用覆膜灌水漚制腐熟后使用，椰糠采用覆膜加水堆制腐熟后使用。

本試驗為盆栽試驗，試驗設置紫色土中添加有機物介質的種類A 因素與有機物介質混合入土壤的比例B 兩個因素。A 設置3 個水平，分別為特制生物有機基質（A1）、玉米秸稈（A2）、椰糠（A3），B 設置3 個處理水平，分別為紫色土中摻入20%的有機物介質（B1）、紫色土中摻入40%的有機物介質（B2）、紫色土中摻入60%的有機物介質（B3）；另設純紫色土種植（CK）。共設10 個處理，隨機區(qū)組排列，每個處理設置3 個重復，每個重復10 盆。

試驗盆行距為60 cm，窩距為28 cm，每盆播種一個種薯，折算60 000 窩/hm2。種植前統(tǒng)一施加單質氮、磷、鉀肥作為底肥，分別施加尿素（含有效氮46%）391.30 kg/hm2、過磷酸鈣（含有效磷12%）750.00 kg/hm2、硫酸鉀（含有效鉀52%）692.31 kg/hm2。本試驗所有花盆直徑約為24 cm，高26.5 cm，每盆需要添加基質約9 L，所有基質及肥料在播種前混合均勻，并一次性加入，除試驗設置處理外其他栽培管理措施均相同。2020 年 1 月 11 日播種，6 月 5 日收獲。

1.3 測量指標與方法

1.3.1 土壤指標測定

試驗前5 點法取樣采集0～20 cm 耕作層土壤，混合均勻后帶回實驗室風干用于測定土壤養(yǎng)分本底值。參照《土壤農化分析》[15]，土壤有效氮含量用堿解擴散法測定。土壤有效磷、有效鉀測定采用托普土壤養(yǎng)分速測儀TPY-16A測定；土壤全氮含量采用凱氏定氮法測定；土壤全磷含量用高氯酸-硫酸法測定；土壤全鉀含量用火焰光度法測定；土壤有機質含量用重鉻酸鉀容量法測定；pH 值采用水土比5∶2混合液經過150 r/min振蕩30 min后使用pH計測定；土壤容重采用環(huán)刀法，土壤容重= 環(huán)刀內干土重/環(huán)刀容積；總孔隙度采用公式法，土壤孔隙度（%）=（土粒密度-土壤容重）× 100/土壤容重。

1.3.2 馬鈴薯性狀與生理指標測定

試驗分別在盆栽馬鈴薯開花期測定株高、莖粗農藝性狀，成熟期測定產量、商品薯率（單薯重≥50 g 為商品薯，商品薯的重量占總薯塊重量的百分數為商品薯率）、單株結薯數、塊莖品質、栽培基質理化性狀、植株養(yǎng)分及干重指標。

馬鈴薯開花期，株高使用皮尺測定、莖粗使用游標卡尺測定。馬鈴薯根、莖、葉、薯干重測定將植株分器官裝袋于105℃烘箱殺青30 min，再80℃烘干至恒重。淀粉含量采用碘-碘化鉀染色法[16]。馬鈴薯植株全氮采用硫酸-雙氧水消煮-全自動凱氏定氮儀測定，全磷采用硫酸-雙氧水消煮-釩鉬黃比色法測定[15]。

1.4 數據處理

使用Excel 2010 進行數據整理，采用DPS 7.05對數據進行方差分析和處理平均值多重比較（SSR）。以同種有機介質中各比例均作為區(qū)組，對不同基質馬鈴薯開花期農藝性狀與干物質積累數據、成熟期馬鈴薯產量與商品性狀數據進行單因素方差分析，選出優(yōu)質基質。然后，對優(yōu)質基質下的基質比例進行單因素方差分析，選出優(yōu)質基質下的優(yōu)質栽培基質混合比例。最后，將優(yōu)質基質及其比例進行氮、磷養(yǎng)分吸收量數據單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同基質對馬鈴薯產量和品質的影響

2.1.1 不同基質種類對馬鈴薯產量和商品性狀的影響

馬鈴薯產量和商品性狀會因栽培基質不同而存在差異。椰糠（A3）種植的馬鈴薯產量最高，玉米秸稈（A2）次之，純紫色土（CK）種植的馬鈴薯產量最低。基質A3 和A2 種植馬鈴薯的產量分別為59 908 和57 517 kg/hm2，相比于CK 分別提高72.30%和65.42%。特制有機基質（A1）種植馬鈴薯產量為44 560 kg/hm2，顯著低于A2、A3，但較CK 增加28.15%，差異顯著。不同基質的單株結薯數較CK 均存在顯著增加，增幅為29.40%～56.25%。其中A1、A3 結薯多，二者差異不顯著，但分別較CK 單株結薯數多9.0 和7.7 個。小薯平均單薯重總體而言都偏小，介于13～20 g，A2、A3 處理均顯著高于CK 和A1。各基質處理在商品薯率上與CK 持平或顯著降低。除A1 商品薯率顯著低于CK，其他處理均與CK 不存在顯著差異。不同基質種植的馬鈴薯淀粉含量與CK 相比持平或顯著增加。其中A2 淀粉含量顯著高于其他處理，達15.02%，較CK 增加24.96%；A3 淀粉含量顯著低于A2 為13.75%，較CK 顯著增加14.39%（表2）。

表2 不同基質種類對馬鈴薯產量及商品性狀的影響Table 2 Effects of different substrates on potato yields and marketable tuber characters

2.1.2 不同基質種類對馬鈴薯農藝性狀與植株干物質積累的影響

開花期馬鈴薯農藝性狀在不同基質處理下也存在一定差異。各基質的株高較純紫色土（CK）均存在顯著增加，其中玉米秸稈處理（A2）最大，特制有機基質處理（A1）次之，椰糠處理（A3）最小 。 相 比 CK 增 加 10.24～15.04 cm， 增 幅 為16.56%～24.31%。不同基質種植馬鈴薯的莖粗相差不大，僅A1 種植的馬鈴薯莖粗為0.96 cm，較CK 顯著提高15.66%（表3）。

不同基質種類對馬鈴薯地上植株干物質積累影響顯著。各基質處理下馬鈴薯在單株根、葉、塊莖干重積累上與CK 持平或顯著增長，在馬鈴薯莖干物質積累上與CK 相比顯著增加或減少。馬鈴薯單株根干物質的積累，除A1 顯著較CK 增大85.33%，其余均與CK 差異不顯著。單株馬鈴薯莖、葉干重在A1 處理下均顯著高于A2、A3，分別較CK 增加68.31%、91.74%。而在塊莖干重A2 和 A3 最大，分別為 155.24 和 155.69 g，較 CK高91.65%、92.21%。A2 的莖、葉、塊莖干重分別較CK 顯著增大11.89%、66.00%、91.65%。A3在馬鈴薯單株莖干物質積累中相比CK 顯著減少12.25%，塊莖干重中顯著高于CK 92.21%（表3）。

表3 不同基質種類對馬鈴薯農藝性狀與植株干物質積累的影響Table 3 Effects of different substrates on potato agronomic characters and dry matter accumulations

2.2 優(yōu)質基質下的不同基質比例對馬鈴薯產量和品質的影響

2.2.1 優(yōu)質基質下的不同基質比例對馬鈴薯產量和商品性狀的影響

相同基質下的不同基質比例對馬鈴薯產量和商品性狀存在顯著影響?；旌嫌衩捉斩捇|種植的馬鈴薯在產量、單株結薯個數（B1 除外）和淀粉產量均顯著高于純紫色土對照處理。玉米秸稈基質處理的馬鈴薯產量較CK 均有顯著增加，其產量在B3 處達到最大，為66 150 kg/hm2，較CK 增產90.25%。商品薯率在玉米秸稈基質處理中，也以B3 為最大，顯著高于其他處理，相比CK 增加9.93%。玉米秸稈基質處理的小薯平均單薯重和馬鈴薯單株結薯數與CK 持平或顯著增長，其增幅分別為11.01%～63.84%和14.38%～44.38%，其中小薯平均單薯重以B1 為最大，為22.61 g，單薯結薯數以B3 為最高，為23.1 個。淀粉產量在混合玉米秸稈基質處理中，與CK 相比增幅為82.40%～118.56%，其中B3 最大為9 138 kg/hm2，B2 次之（表4）。

混合椰糠基質種植的馬鈴薯在產量、單株結薯個數和淀粉產量均顯著高于純紫色土對照處理。椰糠基質處理的馬鈴薯產量較CK 均存在顯著增加，增幅為56.49%～88.60%。產量在B3 處達到最大，為65 575 kg/hm2，較CK 增產88.60%，但與B1 差異不顯著。商品薯率在混合椰糠基質處理中均與CK 不存在顯著差異。椰糠基質處理的馬鈴薯小薯平均單薯重和單株結薯個數較CK 均存在顯著增加。小薯平均單薯重增幅為24.86%～41.38%，以B2 處理19.51 g/個為最大，但總體而言仍偏小，介于13～20 g。馬鈴薯單株結薯數以B3 處理26.7 個為最多，較CK 增加66.88%并顯著高于其他各處理。椰糠基質處理的馬鈴薯每公頃淀粉產量較CK 均存在顯著增加，增幅為86.56%～110.19%，以B1 為最大，但處理間差異均不顯著（表4）。

表4 優(yōu)質基質下的不同基質比例對馬鈴薯產量和商品性狀的影響Table 4 Effects of different quality substrate ratios on potato yields and marketable tuber characters

2.2.2 優(yōu)質基質下的不同基質比例對馬鈴薯農藝性狀的影響

混合玉米秸稈基質處理的馬鈴薯株高較CK均有顯著增加?；旌嫌衩捉斩捇|株高較CK 增幅為15.81%～35.57%，B3 比例種植的馬鈴薯株高最大，為83.85 cm，較CK 增大35.57%。隨玉米秸稈占栽培基質的比例增大，馬鈴薯莖粗呈上升的趨勢，其中B3莖粗達至1.00 cm，顯著高于CK。

混合椰糠基質處理的馬鈴薯株高較CK 均有顯著增加，但處理之間沒有顯著差異。隨椰糠占栽培基質的比例增大，馬鈴薯株高呈減小的趨勢，但均較CK 植株高12.09%～22.12%。在馬鈴薯莖粗的建成上，各處理較CK 相比持平或顯著增加，其中B3 達至0.93 cm，顯著高于CK 12.04%（表5）。

表5 優(yōu)質基質下的不同比例對馬鈴薯株高、莖粗的影響Table 5 Effects of different quality substrate ratios on potato plant height and stem diameter

2.3 優(yōu)質基質及其比例最優(yōu)處理組合對馬鈴薯營養(yǎng)吸收的影響

2.3.1 優(yōu)質基質及其比例最優(yōu)處理組合對馬鈴薯氮素吸收的影響

優(yōu)質基質及其比例在一定程度上影響馬鈴薯各器官氮素的吸收。A2B3 處理在葉、塊莖的氮素吸收分別為60.96 和75.69 kg/hm2，相較CK 顯著增加71.43%、87.03%。A2B3 處理在根氮素吸收上與CK 不存在顯著差異，在莖的吸收上相比CK 顯著減少22.94%。A3B3 處理在塊莖的氮素吸收上達69.18 kg/hm2，顯著高于CK 70.94%，在根、莖、葉的吸收上，A3B3 均相比CK 顯著減少17.50%、35.73%、12.35%。A3B1 處理在根、葉、塊莖的氮素吸收上均顯著高于CK 18.75%、16.87%、79.37%，在莖吸收上顯著減小42.13%（表6）。

表6 優(yōu)質基質及其比例對馬鈴薯氮素吸收的影響（kg/hm2）Table 6 Effect of quality substrate and its ratio on nitrogen absorption of potato (kg/ha)

2.3.2 優(yōu)質基質及其比例最優(yōu)處理組合對馬鈴薯磷素吸收的影響

馬鈴薯各器官對磷素營養(yǎng)的吸收與優(yōu)質基質及其比例也存在一定的影響。A2B3 處理在馬鈴薯根、葉、塊莖的磷素吸收上均較CK 顯著增加46.67%、39.59%、95.24%，分別為0.22， 6.84和43.52 kg/hm2。在馬鈴薯莖吸收上，A2B3 處理雖較CK 稍有增加，但不存在顯著差異。A3B3 處理在馬鈴薯根、莖、塊莖的磷素吸收上分別為0.27、11.76 和 31.39 kg/hm2，較 CK 分別顯著增大80.00%、29.37%、40.83%。在馬鈴薯葉的吸收上，A3B3 處理雖較CK 稍有波動，但不存在顯著差異。A3B1 處理在馬鈴薯根、塊莖的磷素營養(yǎng)吸收上較CK 顯著增加40.00%、86.86%，在莖、葉營養(yǎng)吸收上與CK 不存在顯著差異（表7）。

表7 優(yōu)質基質及其比例對馬鈴薯磷素吸收的影響（kg/hm2）Table 7 Effect of quality substrate and its ratio on phosphorus absorption of potato (kg/ha)

3 討 論

不同栽培基質所具備的不同優(yōu)勢能影響作物產量和品質。玉米秸稈腐解可增強土壤中微生物的活性，提高土壤有機質含量和土壤通透性[17]。椰糠可調節(jié)土壤的酸堿度，有優(yōu)良的保水排水能力，能提高根系的透氣能力[18]。本研究發(fā)現(xiàn)玉米秸稈和椰糠可以作為改良黏性紫色土種植馬鈴薯的基質。采用玉米秸稈和椰糠種植馬鈴薯產量分別為57 517 和59 908 kg/hm2，相比于純紫色土分別提高65.42%和72.30%；且紫色土中摻入60%的玉米秸稈或者椰糠以及紫色土中摻入20%椰糠種植馬鈴薯的產量分別達到66 150、 65 575 和61 238 kg/hm2，較純紫色土增產90.25%、88.60%、76.12%。馬鈴薯中的淀粉含量是衡量馬鈴薯品質的重要指標之一。紫色土中摻入60%的玉米秸稈或者椰糠以及紫色土中摻入20%椰糠種植馬鈴薯的淀粉產量分別達9 138、8 085 和8 788 kg/hm2，較純紫色土種植提高118.56%、93.37%、110.19%。但從種植成本來看，相應處理新增玉米秸稈成本約 4 200 元/hm2，新增椰糠成本約 94 500 元/hm2和31 500 元/hm2，分別高出玉米秸稈處理的22 倍和8 倍。新增塊莖按1 元/kg 計，紫色土中摻入60%的玉米秸稈處理新增純收益為27 180 元/hm2，添加椰糠的處理均不新增純利潤，因此紫色土中摻入60%的玉米秸稈處理經濟效益顯著，更為可行。與本研究相似的結果郭金嶺等[19]發(fā)現(xiàn)腐熟玉米秸稈作為主要栽培基質配合蛭石，可以顯著地提高萵苣的產量及品質；椰糠復合基質能顯著促進巖生報春植株的生長發(fā)育[20]。本試驗與前人的研究相符，采用玉米秸稈、椰糠作為栽培基質栽培馬鈴薯能顯著促進馬鈴薯的生長發(fā)育，在馬鈴薯的產量以及淀粉累積上產生顯著差異，可以在西南黏性紫色土區(qū)域進行推廣種植。

不同基質及其比例對馬鈴薯的養(yǎng)分吸收情況存在不同。本研究發(fā)現(xiàn)，紫色土中摻入60%的玉米秸稈或者椰糠以及摻入20%的椰糠處理種植馬鈴薯雖在營養(yǎng)吸收的機制上存在不同，但均能夠顯著促進養(yǎng)分向塊莖的轉移。紫色土中摻入60%的玉米秸稈基質，馬鈴薯在氮素營養(yǎng)上葉、塊莖的吸收分別為60.96 和75.69 kg/hm2，相較CK 顯著增加71.43%、87.03%；而莖的吸收上相比CK顯著減少22.94%。在磷素營養(yǎng)上馬鈴薯根、葉、塊莖的吸收上均較CK 顯著增加46.67% 、39.59%、95.24%。紫色土中摻入60%的椰糠基質的馬鈴薯塊莖氮素吸收達69.18 kg/hm2，顯著高于CK 70.94%；但在根、莖、葉的吸收上，均較CK 顯著減少17.50%、35.73%、12.35%；該處理馬鈴薯根、莖、塊莖的磷素吸收上分別為0.27、11.76 和 31.39 kg/hm2， 較 CK 分 別 顯 著 增 大80.00%、29.37%、40.83%，葉吸收上不存在顯著差異。紫色土中摻入20%的椰糠處理能夠在根、葉、塊莖的氮素吸收上均顯著高于其他處理組合，并較CK 增加18.75%、16.87%、79.37%，在莖吸收上顯著減小42.13%；在磷素營養(yǎng)上較CK 顯著提高40.00%、86.86%的馬鈴薯根和塊莖的吸收。氮素營養(yǎng)是影響馬鈴薯葉片和塊莖生長發(fā)育的重要因素，磷素營養(yǎng)與塊莖的膨大密切相關。兩者在馬鈴薯成熟期會大量向塊莖轉移，促進塊莖建成[21]。紫色土中摻入60%的玉米秸稈基質通過促進馬鈴薯葉的氮吸收、減弱莖的吸收，從而提高馬鈴薯塊莖的氮素營養(yǎng)；通過協(xié)同促進馬鈴薯根、葉的磷素營養(yǎng)吸收，促進馬鈴薯塊莖的磷素營養(yǎng)。紫色土中摻入60%的椰糠在氮素營養(yǎng)上通過拮抗作用降低馬鈴薯根、莖、葉吸收，從而提高馬鈴薯塊莖的氮素營養(yǎng)；磷素營養(yǎng)上通過協(xié)同促進馬鈴薯根、莖的營養(yǎng)吸收，從而提高馬鈴薯塊莖的磷素營養(yǎng)；紫色土中摻入20%的椰糠處理能通過提升馬鈴薯根、葉氮素吸收，降低莖吸收，從而促進馬鈴薯的氮素吸收，同時在磷素營養(yǎng)上也通過協(xié)調促進根吸收，從而提高馬鈴薯塊莖的磷素營養(yǎng)。本研究與前人的研究存在一定的差異。有研究表明，采用污泥堆肥能顯著提高非洲菊葉片的氮、磷含量，并能增加其根的重金屬含量，但向地上部分運輸的較少[22]。發(fā)酵玉米秸稈栽培能明顯增大番茄養(yǎng)分吸收量[23]。而也有研究表明，基質配方類型對小白菜植株地上部分含氮質量分數無明顯差異，對整株含氮量差異顯著[24]。差異的產生可能與不同的栽培基質及其比例所含的營養(yǎng)成分與理化性質不同有關，也與植株各部分干重差異有關，仍有待進一步證實。