马铃薯（Solanum tuberosum L．） 俗称土豆、洋芋、山药蛋等，为茄科茄属一年生草本块茎作物，是重要的粮菜兼用和工业原料作物^[1]。马铃薯块茎普遍有淀粉含量高和产量高等高产优质的特点^[2]。马铃薯是我国四大粮食经济作物之一，其生产潜能、发展状况等，对地方农业经济的健康可持续发展意义显著^[3]。然而，目前马铃薯生产中也存在施肥过量、肥料配比及基追比不合理等现象，造成马铃薯生产成本增加，限制了马铃薯的增产和增收^[4]。因此，在马铃薯稳产的前提下，如何科学合理施肥，提高马铃薯肥料利用效率，是目前马铃薯养分管理实现高产、优质和高效研究的重要内容。

提高肥料利用率，增强农作物对肥料的吸收利用能力，从而提高产量是当前农业生产的主要问题。在原有肥料基础上通过添加某种肥料增效剂达到增效增产作用是提高肥料利用率的新途径^[5-6]。近年来，已经有一些研究把纳米碳作为肥料增效剂应用到作物上。纳米碳是一种低燃点和非导电的改性碳，尺度为5～80nm，可全部溶于水并有快速吸水功能，能增加水的溶解能力、提高水的细胞生物透性等^[7]。纳米碳能增强植物的光合作用，增加植物根系吸收养分和水分的能力^[8]。据研究，选用5～50nm碳添加到肥料中，萝卜、白菜、茄子、辣椒、西红柿、芹菜等蔬菜作物有明显的增产效果，可使蔬菜增产20%～40%，与常规肥料相比，在同等产量水平下可节肥30%～50%，有促进蔬菜提早成熟和提高某些营养成分的功能^[9]。薛照文^[10]研究指出纳米碳肥料增效剂在秋马铃薯产量上表现出一定的增产效果，增产幅度为0.76%～3.31%，且具有明显的节肥作用。本试验设置几种不同施肥处理，对减钾配合纳米碳肥料增效剂对马铃薯生长发育、产量、品质和钾肥利用率的影响进行比较分析，以便研究在马铃薯产量不降低的前提下，减少肥料用量能够提高钾肥利用率的最优施肥措施，为指导区域马铃薯合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

试验于2018年在哈尔滨市双城市新兴镇进行。试验区域属中温带，年均气温3.5℃，年降水量533mm，无霜期约135d。供试马铃薯品种为“海薯1号”，试验土为黑土，耕层20cm，试验地土壤有机质4.77%，碱解氮410mg/kg，有效磷103mg/kg，速效钾324mg/kg，pH 6.5。

1.2 试验设计

试验共设6个处理，每处理3次重复，常规施肥（NPK）、纳米碳配合常规施肥（C+NPK）、纳米碳配合70%常规施肥（C+0.7NPK）、纳米碳配合无钾常规施肥（CK）、纳米碳配合50%钾量常规施肥（C+0.5K）、纳米碳配合70%钾量常规施肥（C+0.7K）。常规施肥处理每公顷施氮肥75kg，磷肥90kg，钾肥120kg。试验所用氮肥为尿素（N 46%），磷肥为重过磷酸钙（P₂O₅ 46%），钾肥为氯化钾（K₂O 60%）。试验所用纳米碳肥料增效剂（以下简称纳米碳）是利用纳米材料的表面效应、小尺寸效应，与植物所需的各种营养元素结合形成的一种新型含纳米碳的肥料，吸附性好，活化性高。由上海巷田纳米材料有限公司生产，黑色片状颗粒，平均粒径20nm，纯度99.9%。纳米碳用量为肥料的0.3%，和肥料混拌施用。

试验采用随机区组设计，小区长5m、宽8m，小区面积40m²，株距25cm，行距80cm，小区间距1m。于4月25日播种，9月10日收获。各处理施肥量见表1。

1.3 测定项目与方法

每处理选择3株长势一致的植株，在块茎形成期（TIS，6月20日）、块茎增长期（TBS，7月25日）和淀粉积累期（SDS，8月21日）测量株高和主茎粗，取平均值。

马铃薯收获时测定产量。

收获14d内进行粗蛋白质、还原糖、干物质、淀粉测定^[11]。

钾肥利用率=（施肥处理植株吸钾量-对照处理植株吸钾量）/钾肥施用量 ×100%

1.4 数据处理

试验数据采用SPSS 17.0与Excel 2010软件进行统计分析与作图，通过LSD多重比较法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同施肥对马铃薯形态指标的影响

各施肥处理的株高随生育期的推迟而增加。除CK外，其他处理株高从块茎形成期到块茎增长期表现大幅度增长（图1）。在块茎形成期各施肥处理差异不大，C+0.7NPK处理表现最好，株高为34.87cm。在块茎增长期各施肥处理株高表现明显差异， C+0.7NPK处理株高最高，为51.67cm；C+0.7NPK处理株高比C+NPK和NPK处理分别高2.78%和4.24%； C+0.7K处理株高比C+0.5K和CK处理分别高3.93%和27.94%。在淀粉积累期NPK处理株高比C+0.7NPK和C+NPK处理分别高1.89%和3.85%，C+0.7K处理株高比C+0.5K和CK处理分别高13.04%和11.59%。

注：TIS：块茎形成期；TBS：块茎增长期；SDS：淀粉积累期。不同小写字母表示差异显著。下同。

各施肥处理的主茎粗随生育期的推迟增加。从块茎增长期到淀粉积累期，CK和C+0.7NPK处理马铃薯主茎粗不再增加，其他处理表现为小幅度增加（图2）。在块茎形成期，C+NPK和C+0.7NPK处理较NPK处理分别高15%和7.5%。在块茎增长期， C+0.7NPK处理主茎粗比C+NPK和NPK处理分别增加0.11%和3.33%，C+0.7K处理主茎粗比C+0.5K和CK处理分别增加6.97%和9.52%。在淀粉积累期C+NPK处理植株主茎粗表现最好。

2.2 不同施肥对马铃薯产量的影响

由表2可知，各施肥处理马铃薯产量差异达到显著水平。C+0.7K处理产量最高，为24525kg/hm²，比NPK处理增产1905kg/hm²，增产率为8.42%； 其次是C+0.7NPK处理，为24465kg/hm²，比NPK处理增产1845kg/hm²，增产率为8.16%，C+0.7K处理产量仅比C+0.7NPK处理高0.24%；C+0.5K处理比NPK处理增产3.38%；C+NPK处理比NPK处理减产13.33%；CK处理比NPK处理减产17.04%，说明钾肥对马铃薯产量形成是必不可少的。与CK处理相比，各施肥处理均有不同程度增产，增产范围为4.48%～30.70%，其中C+0.7NPK和C+0.7K增产幅度较高，分别为30.38%和30.70%。

2.3 不同施肥对马铃薯品质的影响

与CK处理相比，C+0.5K和C+0.7K处理粗蛋白质含量分别降低0.44%和5.78%。与NPK处理相比，C+NPK和C+0.7NPK处理粗蛋白质含量分别降低10.31%和20.94%。各施肥处理对还原糖影响不大。添加纳米碳的肥料处理淀粉含量显著高于CK和NPK处理。C+0.5K和C+0.7K处理淀粉含量较CK处理分别高33.23%和24.97%，C+NPK和C+0.7NPK处理淀粉含量较NPK处理分别高24.20%和40.57%。

2.4 不同施肥对马铃薯钾肥利用率的影响

通过钾肥利用率公式计算，得出结果见表4。 C+NPK和C+0.7NPK处理块茎吸收钾量分别比NPK处理高15.62%和18.14%；与CK相比，C+0.7K处理块茎吸收钾量增加，C+0.5K处理减少。与NPK相比，C+0.7NPK处理秸秆吸收钾量增加，C+NPK处理秸秆吸收钾量减少；与CK处理相比，C+0.5K和C+0.7K处理秸秆吸收钾量分别增加43.23%和30.38%。各施肥处理植株总吸收钾量表现为C+0.7NPK>C+NPK>NPK>C+0.7K>C+0.5K>CK。

各处理中C+0.7NPK钾肥利用率最高，达68.07%，其次是C+0.7K处理，钾肥利用率39.74%，再次是C+NPK处理，钾肥利用率39.02%。C+0.5K处理钾肥利用率最低，为18.55%。

3 讨论

3.1 纳米碳对马铃薯植株生长的影响

纳米碳肥料增效剂能促进植株生长发育，植株增高、生长势强。王艳等^[12]研究在大豆上应用纳米碳指出，施用纳米碳增效肥的大豆苗期株高比普通肥增高20%，叶片大30%。在出苗后0～40d，马铃薯以地上部生长为主，株高和主茎粗增加。块茎在出苗40d后逐渐形成，然后迅速膨大，株高和主茎粗增加缓慢。马铃薯经过快速生长进入淀粉积累期，块茎增加缓慢，甚至停止增重^[13]。在本研究中，70%常规施肥配合纳米碳和70%钾量配合纳米碳提高马铃薯株高的效果较好。在块茎形成期，纳米碳配合70%常规施肥和纳米碳配合常规施肥主茎粗较大，块茎增长期纳米碳配合70%钾量常规施肥的主茎粗表现较好，说明肥料配合纳米碳施用可以健壮植株。

3.2 纳米碳对马铃薯产量的影响

科学合理的钾肥运筹能显著改善作物的生长，提高作物产量^[14]，进而提高经济效益，既能维持地力，不会使土壤养分库消耗太多导致土壤贫瘠，也不会因养分携出量较少而导致土壤养分累积过高^[15]，又能减少环境影响^[16]。而过量的施肥会抑制作物产量及经济效益的增加。本研究中，纳米碳配合70%钾量常规施肥和纳米碳配合50%钾量常规施肥产量明显高于纳米无钾常规施肥，施钾显著增加马铃薯产量，与李飞等^[17]研究结果一致。纳米碳配合70%钾量常规施肥较对照增产8.42%，纳米碳配合70%常规施肥较对照增产8.16%，肥料施用比例不同增产效果也不同，与薛照文^[10]研究结果相似。纳米碳常规施肥产量低于纳米碳配合70%常规施肥，在配合肥料增效剂的情况下，施肥量大，导致马铃薯贪青晚熟，产量反而降低。纳米碳常规施肥产量低于常规施肥，可能是由于试验过程中操作不当造成，需进一步验证。

3.3 纳米碳对马铃薯品质的影响

粗蛋白质、还原糖和淀粉含量等指标是评判马铃薯品质高低的重要依据^[18]。刘健等^[8]和马筠等^[19]研究指出，纳米增效肥料使小麦蛋白质含量减少7.52%。本研究中，添加纳米碳肥料均能降低马铃薯粗蛋白质含量，其中纳米碳配合70%钾量常规施肥比纳米碳配合70%常规施肥降低马铃薯粗蛋白质含量的效果更好。添加纳米碳的各肥料处理淀粉含量显著高于纳米无钾常规处理和常规施肥处理，其中纳米碳配合50%钾量常规施肥和纳米碳配合70%常规施肥显著提高马铃薯淀粉含量。

3.4 纳米碳对钾肥利用率的影响

本研究中施用纳米碳的各处理钾肥利用率均高于常规施肥，纳米70%常规施肥钾肥利用率最高，其次是纳米70%钾量常规施肥处理，纳米50%钾量常规施肥处理钾肥利用率最低，说明纳米碳具有提高钾肥肥效的效果。主要可能是纳米碳具有表面效应和小尺寸效应，能增强植物对肥料的吸附功能，减少肥料的流失、淋失和固定^[20]，另外纳米碳在土壤中遇水后变成超导体，提高了土壤的电位差和离子游离动力，加速土壤溶液中离子的传导，纳米碳在土壤中吸附阳离子，形成以纳米碳为胶核的新的胶体颗粒^[21]，同时进行土壤微团聚体重组，释放土壤养分，能增强植株对土壤养分、肥料养分吸收的激发或诱导效应^[22]，从而提高钾肥利用率，具有节肥功能。薛照文^[10]在秋马铃薯上应用纳米碳的研究中，节肥量可达10%～40%。本研究中，纳米碳配合常规施肥较常规施肥钾肥利用率仅高9.38百分点，由于植株总吸钾量仅提高6.16%，块茎吸钾量的增加是植株总吸钾量增加的主要贡献，说明配合施用纳米碳肥效时间长，满足马铃薯生育后期对钾元素的需求。

4 结论

本研究中几种施肥处理，纳米碳配合70%钾量常规施肥和纳米碳配合70%常规施肥处理株高、主茎粗、产量、品质和钾肥利用率均较其他处理表现好。但纳米碳配合70%常规施肥较纳米碳配合70%钾量常规施肥，氮肥量和磷肥量较少的同时，钾肥利用率有所提高。综上所述，减肥30%并添加纳米碳肥料增效剂在保证产量和品质的同时，能够提高钾肥利用率，适合区域内推广使用。

参考文献