秸稈生物炭用量對馬鈴薯品質(zhì)及土壤生化性質(zhì)的影響

屠娟麗 費(fèi)偉英 張平

摘 要：為了解不同秸稈生物炭對馬鈴薯品質(zhì)及土壤性質(zhì)的影響，設(shè)置了生物炭用量分別為0、100、150、200、250 g·株-1的5個處理5次重復(fù)的田間試驗，收獲時，對馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤生化性質(zhì)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，秸稈生物炭施用量為200 g·株-1為宜，與對照相比，馬鈴薯產(chǎn)量提高了38.5%，塊莖中淀粉、蛋白質(zhì)和維生素C含量分別提高了13.5%、21.4%和30.5%，根區(qū)土壤過氧化氫酶、脲酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性分別增加了17.6%、15.4%、34.3%、79.3%，土壤微生物的AWCD值（平均吸光值）、豐富度指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)和均勻度指數(shù)等分別增加77.8%、21.7%、10.7%、82.3%。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;淀粉;蛋白質(zhì);維生素C;土壤酶;土壤微生物;生物炭

Effect of the amount of biochar on potato quality and soil biochemical properties

TU Juanli， FEI Weiying， ZHANG Ping

（Jiaxing Vocational Technical College， Jiaxing 314036， Zhejiang， China）

Abstract： In order to understand the effects of different biochar on potato quality and soil properties， five field treatments with biochar consumption of 0， 100， 150， 200， 250 g·strain-1 were set up. Potato yield， quality and soil biochemical properties were analyzed at harvest. The results showed that the best amount of application of biochar application was 200 g per plant. Compared with the control， the potato yield increased by 38.5%; the starch， protein and vitamin C content in the tubers increased by 13.5%， 21.4% and 30.5%， respectively; the soil catalase， urease， polyphenol oxidase and invertase activities in the root zone increased by 17.6%， 15.4%， 34.3%， and 79.3%， respectively; the AWCD value， richness index， dominance index and evenness index of soil microbes also increased by 77.8%， 21.7%， 10.7%， and 82.3%， respectively.

Key words： Potato; Starch; Protein; Vitamin C; Soil enzyme; Soil microorganism; Biochar

馬鈴薯（Solanum tuberosum）是茄科一年生草本植物，富含淀粉、蛋白質(zhì)和和維生素C，是十全十美的全價營養(yǎng)食物[1]。2015年我國提出了馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，是繼水稻、小麥和玉米之后的第四大糧食作物[2]，因此高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)馬鈴薯種植技術(shù)的研究顯得尤為重要。

生物炭是指作物秸稈、木屑、動物糞便在高溫?zé)o氧條件下制備而成的結(jié)構(gòu)疏松、多孔性的裂解產(chǎn)物，具有保水保肥和較強(qiáng)的吸附功能[4-5]。任少勇等[6-7]以生物質(zhì)炭為主要成分的炭基肥施用后的馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)、大薯率、產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量和塊莖直鏈淀粉、支鏈淀粉、總淀粉和蛋白質(zhì)含量均高于等量氮磷鉀條件下的化肥施用，而還原糖含量低于化肥。黃修梅等[8]研究了現(xiàn)生物質(zhì)碳添加降低了土壤真菌豐度，提高了馬鈴薯單株產(chǎn)量、單株結(jié)薯數(shù)和商品薯率。付春娜等[9]研究表明，生物質(zhì)炭施用可減緩干旱脅迫對植株的傷害，提高馬鈴薯株高、主莖數(shù)、莖粗，增大干物質(zhì)積累量，增強(qiáng)葉片的凈光合速率、蒸騰速率，而降低胞間CO2濃度。劉志華等[10]研究結(jié)果顯示，在干旱條件下添加10%生物炭的土壤速效氮、速效磷顯著降低，速效鉀含量升高。而前人在生物質(zhì)炭對馬鈴薯根區(qū)土壤酶及微生物功能多樣性方面則還未見報道。因此，筆者利用田間試驗的方法研究不同秸稈生物炭施用量對馬鈴薯產(chǎn)量、塊莖淀粉、蛋白質(zhì)和維生素C及根區(qū)土壤酶、微生物多樣性的影響，以期為馬鈴薯的合理施用生物炭奠定基礎(chǔ)并提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于浙江省嘉興市南湖區(qū)桐鄉(xiāng)大道2600號，嘉心有機(jī)農(nóng)業(yè)示范園內(nèi)，該區(qū)氣候溫暖濕潤，四季分明，屬典型亞熱帶季風(fēng)氣候。年均溫15.9 ℃，1月均溫3.3 ℃，7月均溫28 .0 ℃，極端最高氣溫40.5 ℃，極端最低氣溫-12.4 ℃，年均降水量1 089.0 mm。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗設(shè)5個處理，以CK、M2、M4、M6、M8表示，秸稈生物炭施用量分別為0、100、150、200、250 g·株-1，每個處理以畦（面積20 m2）為單位，隨機(jī)排列，5次重復(fù)。生物炭采用自制，制作原料為杭白菊秸稈，曬干后粉碎，采用水熱炭化工藝制得。經(jīng)檢測，秸稈生物炭pH值為9.5，養(yǎng)分含量（w，下同）為有機(jī)質(zhì)57.7%、全氮8.24 g·kg-1、全磷1.65 g·kg-1、全鉀28.01 g·kg-1。

2017年2月15日進(jìn)行整地作畦，畦寬1.0 m，畦間溝寬35 cm、深25 cm。采用單畦雙行栽培，株行距25 cm×50 cm。挖穴后將秸稈生物炭作為栽培基質(zhì)施入穴中，覆少量表土后將種薯置于上方，而后覆蓋土壤。馬鈴薯從嘉興先豐種業(yè)有限公司購買，為‘東農(nóng)303。選取大小相近、芽數(shù)量基本一致的馬鈴薯作為種薯。不同處理的田間管理措施均為一致。

1.2.2 測定指標(biāo)及方法 （1）馬鈴薯產(chǎn)量：采用全收獲法，統(tǒng)計馬鈴薯單株塊莖質(zhì)量和個數(shù)。（2）馬鈴薯品質(zhì)：在馬鈴薯收獲時測定塊莖品質(zhì)，淀粉含量采用比重法，蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)法，維生素C含量采用滴定法[11-12]。（3）土壤生化性質(zhì)：在收獲馬鈴薯時，采集根區(qū)及塊莖周邊土壤樣品，帶回實(shí)驗室進(jìn)行分析。土壤微生物代謝活性和功能多樣性采用BIOLOG進(jìn)行，以培養(yǎng)72 h的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和多樣性指數(shù)的計算[13-14]。土壤脲酶的測定采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法，過氧化氫酶的測定采用高錳酸鉀滴定法，多酚氧化酶的測定采用鄰苯三酚比色法，蔗糖酶的測定采用Na2S2O3滴定法[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈生物炭用量對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

隨著秸稈生物炭用量的增加（圖1），馬鈴薯單株產(chǎn)量也隨之提高，產(chǎn)量增加了8.3%～38.5%，其中M6產(chǎn)量達(dá)684.76 g·株-1，顯著高于CK和M2處理。

2.2 秸稈生物炭用量對馬鈴薯品質(zhì)的影響

從表1可知，生物炭施用后，馬鈴薯塊莖淀粉含量有所提高，增加幅度為2.6%～13.5%，其中M6處理淀粉含量為142.12 g·kg-1，顯著高于CK和M2處理。

秸稈生物炭施用后，馬鈴薯塊莖蛋白質(zhì)含量增加了0.5%～21.4%（表1），其中M6（25.52 g·kg-1）、M8（24.87 g·kg-1）處理顯著高于CK和M2處理。

馬鈴薯塊莖維生素C含量隨著生物炭用量的增加先增高而后下降（表1），與CK相比，維生素C含量增加了4.9%～30.5%，其中M6（32.12 ?g·g-1）、M8（30.51 ?g·g-1）處理顯著高于CK，但不同生物炭用量間沒有顯著性差異。

2.3 馬鈴薯根區(qū)土壤酶活性的影響

從表2可知，秸稈生物炭施用后馬鈴薯根區(qū)土壤過氧化氫酶、脲酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性均有所提高，與CK相比，分別增加了0.9%～17.6%、0.6%～15.4%、19.4%～34.3%、29.6%～79.3%。其中M6、M8土壤的過氧化氫酶和脲酶活性顯著高于CK、M2、M4;而M6、M8土壤多酚氧化酶和蔗糖酶活性顯著高于M4、M2，同時也顯著高于CK。由此可見，以生物炭施用量為200 g·株-1的M6對馬鈴薯根區(qū)土壤酶活性的增強(qiáng)作用最為明顯。

2.4 根區(qū)土壤微生物功能多樣性

隨著秸稈生物炭用量的增加，馬鈴薯根區(qū)土壤微生物的AWCD值（平均吸光值）、豐富度指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)和均勻度指數(shù)等4個指標(biāo)均表現(xiàn)為增加而后略有下降（表3），與CK相比，分別增加了16.7%～77.8%、1.2%～21.7%、2.4%～10.7%、13.2%～82.3%。M6處理的AWCD值和豐富度指數(shù)均顯著高于M2、CK，M6處理的優(yōu)勢度指數(shù)為最大，顯著高于其他處理，均勻度指數(shù)則表現(xiàn)為M6、M8顯著高于其他處理。

2.5 馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)與相關(guān)土壤指標(biāo)間的相關(guān)性

從表4可知，馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)與土壤性質(zhì)密切相關(guān)。除土壤脲酶外，馬鈴薯產(chǎn)量與土壤其他生化指標(biāo)間的相關(guān)性均達(dá)顯著水平;除土壤微生物豐富度指數(shù)外，馬鈴薯淀粉含量與土壤其他生化指標(biāo)間的相關(guān)性均達(dá)顯著水平;馬鈴薯蛋白質(zhì)、維生素C含量與土壤所檢指標(biāo)間均有極顯著或顯著性相關(guān);而馬鈴薯還原糖含量僅與土壤蔗糖酶、土壤微生物豐富度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)的相關(guān)性達(dá)顯著水平。

3 討論與結(jié)論

秸稈生物炭作為一種新型栽培基質(zhì)，在作物種植中發(fā)揮著重要的作用。生物炭能顯著提高菜心、黃瓜的產(chǎn)量[16-17]，同時還能提高蔬菜的品質(zhì)。本研究結(jié)果也表明，施用生物炭后提高了馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)，當(dāng)施用量為200 g·株-1時，馬鈴薯產(chǎn)量增加38.5%，馬鈴薯塊莖中淀粉含量（142.12 g·kg-1）、蛋白質(zhì)含量（25.5 g·kg-1）和維生素C含量（32.1 ?g·g-1）也達(dá)最高值。這與任少勇等[6-7]、黃修梅等[8]所述的馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)隨生物質(zhì)的施用提高或增加相似。

土壤酶是土壤肥力的重要標(biāo)志，也影響著土壤有機(jī)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，其中根區(qū)土壤酶活性可以評價土壤肥力水平的高低[18]。龔絲雨等[19]研究表明，增施生物炭可顯著提高土壤過氧化氫酶和脲酶活性，本試驗中當(dāng)秸稈生物炭用量為200 g·株-1時，馬鈴薯根區(qū)土壤過氧化氫酶、脲酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性顯著高于對照和低生物炭用量處理，這可能是由于生物炭用量達(dá)到一定水平時，有利于協(xié)調(diào)土壤碳氮比，改善土壤理化性狀，有助于土壤微生物和馬鈴薯的生長，從而有利于土壤酶活性的提高，通過改善土壤微生物活性和植物根系來增強(qiáng)土壤酶活性。BIOLOG分析中，AWCD值反映了土壤微生物活性和微生物群落生理功能多樣性[20]。趙淑云等[21]研究表明，生物炭的添加增加了黃瓜根際土壤微生物的數(shù)量與多樣性，本研究中秸稈生物炭施用量為200 g·株-1時馬鈴薯土壤微生物的AWCD值、豐富度指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)和均勻度指數(shù)均達(dá)最高值，說明一定量生物炭的施用促進(jìn)了土壤微生物群落功能多樣性升高，微生物區(qū)系得以改善，這可能與根際土壤酶活性的提高有一定聯(lián)系[22]。

秸稈生物炭的施用提高了馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)，改善了馬鈴薯根區(qū)土壤酶活性和土壤微生物多樣性，其中以200 g·株-1的施用量為最佳，馬鈴薯產(chǎn)量顯著增加38.5%，淀粉、蛋白質(zhì)和維生素C含量分別提高了13.5%、21.4%和30.5%。

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