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摘 要：以甘薯品种商薯19为试验材料，研究了小麦生物炭不同用量对甘薯蔓长、茎粗、LAI和产量的影响。结果表明：施用生物炭能够促进甘薯蔓长、茎粗的生长，提高LAI值，增加甘薯产量，其中以处理A4最佳，即施用小麦生物炭20t/hm2，甘薯产量可达58021.35kg/hm2。因此，在豫东地区种植甘薯，应根据土壤的特性、肥力、管理水平等合理施用小麦生物炭。
关键词：生物炭;不同用量;甘薯;农艺性状;产量
中图分类号 S531;S156 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2021）17-0112-04
Effects of Different Biochar Dosages on Agronomic Characters and Yield of Sweet Potato
SHI Lishan1 et al.
（1Agricultural Technology Extension Station of Suiyang District，Shangqiu 476000， China）
Abstract： In this study， the sweet potato variety Shangshu 19 was used as the experimental material to study the effects of different amounts of wheat biochar on the length， stem diameter， LAI and yield of sweet potato. The results showed that the application of biochar to sweet potato could promote the growth of sweet potato vine length and stem thickness， increase the LAI value and the yield of sweet potatoes; It was necessary to apply it reasonably according to the soil characteristics， fertility and management level when planting sweet potatoes in eastern Henan and applying wheat biochar， the biochar was best treatment A4 in this study which was the application per hectare with 20 tons of wheat biochar， the output of sweet potato was 58021.35kg/hm2.
Key words： Biochar; Different dosages; Sweet potato; Agronomic characteristics; Yield
甘薯是我國重要的效益型能源作物之一[1]。在产量和经济效益驱使下，氮肥和化学除草剂的过量投入和施用导致土壤酸化、土壤容重升高、可利用肥料率降低、土壤团粒结构和毛细管破坏加剧[2]，严重威胁甘薯产业的可持续发展。如何有效改良耕层土壤结构、提升土壤保水保肥能力及减少氮肥和除草剂的施用[3]，将为甘薯产业的可持续发展提供科学技术支撑。
近年来，诸多研究表明生物炭可改良土壤理化性质，提高土壤孔隙度，影响土壤的紧实程度[4]，降低土壤容重[5]，提高土壤吸附能力，从而导致土壤含水量上升[6]，提升土壤pH，减轻酸化程度[7]，增加土壤阳离子交换量等[8]。生物炭含有丰富的K+、Mg2+、Ca2+等离子，可作为养分直接被植物吸收利用[9-10]。大量研究表明生物炭可以增加作物产量[11-14]，如生物炭可显著提高玉米的干物质积累量[15]，施用生物炭对番茄幼苗的株高、茎粗均有显著促进作用[16]，生物炭在生长后期能显著促进烤烟的干物质量积累[17]，生物炭能明显增加酸性稻田水稻产量[18]。但也有研究指出生物炭会抑制作物产量[19]。关于生物炭对蔬菜、果树、烤烟和大田作物[20-24]等增产效益的研究很多，但生物炭应用于甘薯大田生产的报道却很少。为此，本试验以商薯19为试验材料，探究小麦生物炭不同施用量对甘薯农艺性状及产量的影响，为生物炭大面积应用于甘薯生产提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况 试验于2019年6—11月在睢阳区农业高效示范试验基地（睢阳区路河乡）进行，土壤类型为潮土类轻壤土，容重1.107g/cm3，前茬小麦产量水平为7857kg/hm2，耕层（10～25cm）土壤主要养分含量：有机质15.7g/kg、全氮0.83g/kg、碱解氮81.4mg/kg、速效磷23.7mg/kg、速效钾137.4mg/kg，pH 7.1。
1.2 供试材料 甘薯品种为商薯19，由商丘市农林科学院甘薯研究室提供;小麦生物炭由商丘三利新能源有限公司提供。
1.3 试验设计 试验采用生物炭不同施肥量（A）单因素随机区组设计，生物炭施用量设7个处理：A0（0t/hm2）、A1（5t/hm2）、A2（10t/hm2）、A3（15t/hm2）、A4（20t/hm2）、
A5（25t/hm2）、A6（30t/hm2），3次重复。小区5行区，行长6m，行距0.7m，株距0.25m，密度57145株/hm2。
1.4 试验方法 2019年6月5日小麦收获后进行整地、起垄，同时施入基肥：磷肥（过磷酸钙P2O5含量8.9%）420kg/hm2、钾肥（硫酸钾K2O含量50%）375kg/hm2、氮肥（尿素N含量45%）180kg/hm2。小区四周埋塑料薄板深0.5m、高0.1m，防止生物炭和土壤养分扩散和流失。2019年6月8日下午进行甘薯插秧，人工按标尺定点倾斜45°扦插，重复之间留1.5m走道，便于观察记载。试验周围种植10行保护行，管理同大田生产。甘薯于2019年10月30日下午收获。 1.5 测定项目及方法 甘薯生育期间从栽植后50d开始每隔l0d共计4次（分别是7月28日、8月8日、8月19日、8月30日）和收获期10月30日，调查甘薯蔓长、茎粗、分枝数等农艺性状（数据测量取第1垄）。收获中间3垄进行测产，同时取样10株进行考种。蔓长：测定甘薯茎基部到顶部生长点的垂直距离;茎粗：测定距离茎基部10cm处直径;LAI：利用LAM-B叶面积测定仪测定单株总叶面积，再计算出叶面积指数。
1.6 数据处理 采用DPS 7.05利用Duncan新复极差法对数据进行统计分析，利用Microsoft Excel 2007作图。
2 结果与分析
2.1 不同生物炭用量对甘薯蔓长和茎粗的影响 由图1、2可知，施用小麦生物炭对甘薯的蔓长、茎粗生长都有促进作用，并且随着小麦生物炭施用量的增加，蔓长和茎粗增加的速率越大。对蔓长的促进作用在栽后80d前表现为A6>A5>A4>A3>A2>A1>A0，在栽后80d到收获表现为A5>A4>A6>A3>A2>A1>A0;而对茎粗的促进作用一直表现为A6>A5>A4>A3>A2>A1>A0。由图2可知，小麦生物炭不同施用量对甘薯蔓长、茎粗增长速率的影响不同，但总体趋势相似。对蔓长的影响表现为：栽后80d前，A1、A2增速较慢，A3增速居于中间，A4、A5、A6增速逐渐升高，但增速差异不大;栽后80d后到收获期前，A1、A2增速降低缓慢，其他4个处理降速较快，其中A6降速最大。而对于茎粗的影响表现为：在栽后60d时各处理增速达到最大值，之后茎粗增速降低，栽后80d时达到最低，之后到收获期茎粗增速变大。造成蔓长、茎粗不同变化趋势的原因在于：一是甘薯由营养生长转变为生殖生长，2种生长共存，生殖生长逐渐加强;二是小麦生物炭的过量施入，影响甘薯地下部生长。
2.2 不同生物炭用量对甘薯LAI的影响 由图3可知，施用小麦生物炭对甘薯的LAI有促进作用，各处理均较对照有不同程度的提高。在栽后80d前，LAI表现为A6>A5>A4>A3>A2>A1>A0，在栽后80d至收获期LAI表现为A4>A3>A2>A5>A6>A1>A0。LAI的增长速率在栽植60d时达到最大，其后增长速率逐渐降低，A5、A6表现为一直降低，A1、A2、A3、A4表现为在栽植后80d时有所增加，在收获期增长速率表现为A4>A3>A2>A5>A6>A1>A0，这与LAI的表现一致。其原因与影响蔓长、茎粗的相同。
2.3 不同生物炭用量对甘薯产量的影响 由表1可知，不同用量生物炭对甘薯产量的影响各不相同，但均较对照增产。随着生物炭施用量的增加，A1～A3甘薯产量呈直线上升，A3～A6甘薯产量呈抛物线状，并在A4达到最高点（甘薯产量3868.09kg/hm2，较对照增产20.29%）（图4）。A5、A6甘薯产量分别为3771.62、3691.90kg/hm2，較对照增产17.29%、14.81%，但较A4甘薯产量降低了3.00%和5.48%。
3 结论与讨论
试验结果表明，不同用量的小麦生物炭对甘薯农艺性状（蔓长、茎粗和LAI）的促进作用存在差异，甘薯不同农艺性状对小麦生物炭不同施用量的敏感度的差异显著性较大，表现为蔓长>LAI>茎粗，而甘薯产量则随小麦生物炭施用量的增加呈现先直线后抛物线形状的变化。因此，在豫东地区种植甘薯应根据土壤的特性、肥力、管理水平等合理施用小麦生物炭。本试验中以处理A4最佳，即施用小麦生物炭20t/hm2，甘薯产量可达58021.35kg/hm2。
生物炭对甘薯农艺性状和产量的影响，并不是施用量越多越好，而是有一定的范围，施用量过多反而会影响甘薯的生长发育。刘明等研究表明，生物炭施用量越大，大豆株高降低幅度越明显[25];南江宽等[26]研究发现，施用生物炭过多时，高粱生物量和株高均显著降低;陈森[27]等探究了土壤中施入生物炭对白菜生长的影响，发现生物炭施用量大时白菜鲜质量表现下降趋势。这表明生物炭适宜的用量能促进植物的生长发育，而过量的生物炭则会抑制植物的生长发育，这与本研究结果一致。
基金项目：国家现代农业产业技术体系建设项目（nycytx-16-C-5）。
作者简介：施立善（1970—），男，河南睢阳人，高级农艺师，从事农作物栽培技术研究和新品种、新技术示范推广工作。 通讯作者 收稿日期：2021-07-08
参考文献
[1]马大夫.中国甘薯产业技术创新与发展[M].北京：中国农业出版社，2019.
[2]刘磊，廖萍，王海媛，等.生物炭对双季水稻产量、养分吸收和土壤性状的残留效应[J].中国稻米，2020，26（1）：63-66.
[3]黄雁飞，陈桂芬，熊柳梅，等.不同秸秆生物炭对水稻生长及土壤养分的影响[J].南方农业学报，2020，51（09）：2113-2119.
[4]姚玲丹，程广焕，王丽晓，等.施用生物炭对土壤微生物的影响[J].环境化学，2015（4）：697-704.
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[10]李冬，陈蕾，夏阳，等.生物炭改良剂对小白菜生长及低质土壤氮磷利用的影响[J].环境科学学报，2014，34（9）：2384-2391.
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[12]高海英，何绪生，陈心想，等.生物炭及炭基硝酸铵肥料对土壤化学性质及作物产量的影响[J].农业环境科学学报，2012（10）：1948-1955.
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[14]陈敏，杜相革.生物炭对土壤特性及烟草产量和品质的影响[J].中国土壤与肥料，2015（1）：80-83.
[15]程效义，张伟明，孟军，等.玉米秸秆炭对玉米物质生产及产量形成特性的影响[J].玉米科学，2016（1）：117-122.
[16]李志刚，秦军，赵健，等.添加硫酸铵的生物质炭型育苗基质使用效果研究[J].中国农学通报，2010，26（24）：295-300.
[17]邹健，彭云，王娜，等.生物炭用量对烤烟生长及产量、质量的影响[J].云南农业大学学报（自然科学），2017（04）：91-97.
[18]廖萍，眭锋，汤军，等.施用生物炭对双季稻田综合温室效应和温室气体排放强度的影响[J].核农学报，2018，32（9）：1821-1830.
[19]劉超，魏永霞.秸秆生物炭对寒地黑土区玉米生长发育及耗水规律的影响[J].中国农村水利水电，2015（4）：5-8.
[20]卢广远，张艳，王祥福，等.炭基肥料种类对土壤物理性质及玉米产量的影响[J].河北农业科学，2011，15（5）：50-53.
[21]孙大荃，孟军，张伟明，等.生物炭对棕壤大豆根际微生物的影响[J].沈阳农业大学学报，2011，42（5）：521-526.
[22]高瑞丽，朱俊，汤帆，等.水稻秸秆生物炭对镉、铅复合污染土壤中重金属形态转化的短期影响[J].环境科学学报，2016，36（1）：251-256.
[23]张涵，赵世民，刘占卿，等.生物炭对烤烟生长及烟叶品质的影响[J].湖南文理学院学报（自科版），2017，29（1）：44-48.
[24]朱优矫，李文庆，田晓飞.生物炭基质对番茄幼苗生长及光合特性的影响[J].长江蔬菜，2016（22）：18-21.
[25]刘明，来永才，李炜，等.生物炭与氮肥施用量对大豆生长发育及产量的影响[J].大豆科学，2015，34（1）：87-92.
[26]南江宽，王浩，王劲松，等.不同水分条件下秸秆生物炭对高粱生长和养分含量的影响[J].植物营养与肥料学报，2018，24，121（04）：183-194.
[27]陈森，张子谦，李婧，等.土壤镉污染下生物炭对白菜生长及植株镉浓度的影响[J].江苏农业科学，2018，46（5）：129-131.
（责编：徐世红）
关键词：生物炭;不同用量;甘薯;农艺性状;产量
中图分类号 S531;S156 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2021）17-0112-04
Effects of Different Biochar Dosages on Agronomic Characters and Yield of Sweet Potato
SHI Lishan1 et al.
（1Agricultural Technology Extension Station of Suiyang District，Shangqiu 476000， China）
Abstract： In this study， the sweet potato variety Shangshu 19 was used as the experimental material to study the effects of different amounts of wheat biochar on the length， stem diameter， LAI and yield of sweet potato. The results showed that the application of biochar to sweet potato could promote the growth of sweet potato vine length and stem thickness， increase the LAI value and the yield of sweet potatoes; It was necessary to apply it reasonably according to the soil characteristics， fertility and management level when planting sweet potatoes in eastern Henan and applying wheat biochar， the biochar was best treatment A4 in this study which was the application per hectare with 20 tons of wheat biochar， the output of sweet potato was 58021.35kg/hm2.
Key words： Biochar; Different dosages; Sweet potato; Agronomic characteristics; Yield
甘薯是我國重要的效益型能源作物之一[1]。在产量和经济效益驱使下，氮肥和化学除草剂的过量投入和施用导致土壤酸化、土壤容重升高、可利用肥料率降低、土壤团粒结构和毛细管破坏加剧[2]，严重威胁甘薯产业的可持续发展。如何有效改良耕层土壤结构、提升土壤保水保肥能力及减少氮肥和除草剂的施用[3]，将为甘薯产业的可持续发展提供科学技术支撑。
近年来，诸多研究表明生物炭可改良土壤理化性质，提高土壤孔隙度，影响土壤的紧实程度[4]，降低土壤容重[5]，提高土壤吸附能力，从而导致土壤含水量上升[6]，提升土壤pH，减轻酸化程度[7]，增加土壤阳离子交换量等[8]。生物炭含有丰富的K+、Mg2+、Ca2+等离子，可作为养分直接被植物吸收利用[9-10]。大量研究表明生物炭可以增加作物产量[11-14]，如生物炭可显著提高玉米的干物质积累量[15]，施用生物炭对番茄幼苗的株高、茎粗均有显著促进作用[16]，生物炭在生长后期能显著促进烤烟的干物质量积累[17]，生物炭能明显增加酸性稻田水稻产量[18]。但也有研究指出生物炭会抑制作物产量[19]。关于生物炭对蔬菜、果树、烤烟和大田作物[20-24]等增产效益的研究很多，但生物炭应用于甘薯大田生产的报道却很少。为此，本试验以商薯19为试验材料，探究小麦生物炭不同施用量对甘薯农艺性状及产量的影响，为生物炭大面积应用于甘薯生产提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况 试验于2019年6—11月在睢阳区农业高效示范试验基地（睢阳区路河乡）进行，土壤类型为潮土类轻壤土，容重1.107g/cm3，前茬小麦产量水平为7857kg/hm2，耕层（10～25cm）土壤主要养分含量：有机质15.7g/kg、全氮0.83g/kg、碱解氮81.4mg/kg、速效磷23.7mg/kg、速效钾137.4mg/kg，pH 7.1。
1.2 供试材料 甘薯品种为商薯19，由商丘市农林科学院甘薯研究室提供;小麦生物炭由商丘三利新能源有限公司提供。
1.3 试验设计 试验采用生物炭不同施肥量（A）单因素随机区组设计，生物炭施用量设7个处理：A0（0t/hm2）、A1（5t/hm2）、A2（10t/hm2）、A3（15t/hm2）、A4（20t/hm2）、
A5（25t/hm2）、A6（30t/hm2），3次重复。小区5行区，行长6m，行距0.7m，株距0.25m，密度57145株/hm2。
1.4 试验方法 2019年6月5日小麦收获后进行整地、起垄，同时施入基肥：磷肥（过磷酸钙P2O5含量8.9%）420kg/hm2、钾肥（硫酸钾K2O含量50%）375kg/hm2、氮肥（尿素N含量45%）180kg/hm2。小区四周埋塑料薄板深0.5m、高0.1m，防止生物炭和土壤养分扩散和流失。2019年6月8日下午进行甘薯插秧，人工按标尺定点倾斜45°扦插，重复之间留1.5m走道，便于观察记载。试验周围种植10行保护行，管理同大田生产。甘薯于2019年10月30日下午收获。 1.5 测定项目及方法 甘薯生育期间从栽植后50d开始每隔l0d共计4次（分别是7月28日、8月8日、8月19日、8月30日）和收获期10月30日，调查甘薯蔓长、茎粗、分枝数等农艺性状（数据测量取第1垄）。收获中间3垄进行测产，同时取样10株进行考种。蔓长：测定甘薯茎基部到顶部生长点的垂直距离;茎粗：测定距离茎基部10cm处直径;LAI：利用LAM-B叶面积测定仪测定单株总叶面积，再计算出叶面积指数。
1.6 数据处理 采用DPS 7.05利用Duncan新复极差法对数据进行统计分析，利用Microsoft Excel 2007作图。
2 结果与分析
2.1 不同生物炭用量对甘薯蔓长和茎粗的影响 由图1、2可知，施用小麦生物炭对甘薯的蔓长、茎粗生长都有促进作用，并且随着小麦生物炭施用量的增加，蔓长和茎粗增加的速率越大。对蔓长的促进作用在栽后80d前表现为A6>A5>A4>A3>A2>A1>A0，在栽后80d到收获表现为A5>A4>A6>A3>A2>A1>A0;而对茎粗的促进作用一直表现为A6>A5>A4>A3>A2>A1>A0。由图2可知，小麦生物炭不同施用量对甘薯蔓长、茎粗增长速率的影响不同，但总体趋势相似。对蔓长的影响表现为：栽后80d前，A1、A2增速较慢，A3增速居于中间，A4、A5、A6增速逐渐升高，但增速差异不大;栽后80d后到收获期前，A1、A2增速降低缓慢，其他4个处理降速较快，其中A6降速最大。而对于茎粗的影响表现为：在栽后60d时各处理增速达到最大值，之后茎粗增速降低，栽后80d时达到最低，之后到收获期茎粗增速变大。造成蔓长、茎粗不同变化趋势的原因在于：一是甘薯由营养生长转变为生殖生长，2种生长共存，生殖生长逐渐加强;二是小麦生物炭的过量施入，影响甘薯地下部生长。
2.2 不同生物炭用量对甘薯LAI的影响 由图3可知，施用小麦生物炭对甘薯的LAI有促进作用，各处理均较对照有不同程度的提高。在栽后80d前，LAI表现为A6>A5>A4>A3>A2>A1>A0，在栽后80d至收获期LAI表现为A4>A3>A2>A5>A6>A1>A0。LAI的增长速率在栽植60d时达到最大，其后增长速率逐渐降低，A5、A6表现为一直降低，A1、A2、A3、A4表现为在栽植后80d时有所增加，在收获期增长速率表现为A4>A3>A2>A5>A6>A1>A0，这与LAI的表现一致。其原因与影响蔓长、茎粗的相同。
2.3 不同生物炭用量对甘薯产量的影响 由表1可知，不同用量生物炭对甘薯产量的影响各不相同，但均较对照增产。随着生物炭施用量的增加，A1～A3甘薯产量呈直线上升，A3～A6甘薯产量呈抛物线状，并在A4达到最高点（甘薯产量3868.09kg/hm2，较对照增产20.29%）（图4）。A5、A6甘薯产量分别为3771.62、3691.90kg/hm2，較对照增产17.29%、14.81%，但较A4甘薯产量降低了3.00%和5.48%。
3 结论与讨论
试验结果表明，不同用量的小麦生物炭对甘薯农艺性状（蔓长、茎粗和LAI）的促进作用存在差异，甘薯不同农艺性状对小麦生物炭不同施用量的敏感度的差异显著性较大，表现为蔓长>LAI>茎粗，而甘薯产量则随小麦生物炭施用量的增加呈现先直线后抛物线形状的变化。因此，在豫东地区种植甘薯应根据土壤的特性、肥力、管理水平等合理施用小麦生物炭。本试验中以处理A4最佳，即施用小麦生物炭20t/hm2，甘薯产量可达58021.35kg/hm2。
生物炭对甘薯农艺性状和产量的影响，并不是施用量越多越好，而是有一定的范围，施用量过多反而会影响甘薯的生长发育。刘明等研究表明，生物炭施用量越大，大豆株高降低幅度越明显[25];南江宽等[26]研究发现，施用生物炭过多时，高粱生物量和株高均显著降低;陈森[27]等探究了土壤中施入生物炭对白菜生长的影响，发现生物炭施用量大时白菜鲜质量表现下降趋势。这表明生物炭适宜的用量能促进植物的生长发育，而过量的生物炭则会抑制植物的生长发育，这与本研究结果一致。
基金项目：国家现代农业产业技术体系建设项目（nycytx-16-C-5）。
作者简介：施立善（1970—），男，河南睢阳人，高级农艺师，从事农作物栽培技术研究和新品种、新技术示范推广工作。 通讯作者 收稿日期：2021-07-08
参考文献
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[3]黄雁飞，陈桂芬，熊柳梅，等.不同秸秆生物炭对水稻生长及土壤养分的影响[J].南方农业学报，2020，51（09）：2113-2119.
[4]姚玲丹，程广焕，王丽晓，等.施用生物炭对土壤微生物的影响[J].环境化学，2015（4）：697-704.
[5]尚杰，耿增超，赵军，等.生物炭对塿土水热特性及团聚体稳定性的影响[J].应用生态学报，2015，26（7）：1969-1976.
[6]吕贵芬，陈院华，杨涛，等.热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu2+的影响[J].安徽农业科学，2017，45（7）：56-58.
[7]吴志丹，尤志明，江福英，等.不同温度和时间炭化茶树枝生物炭理化特征分析[J].生态与农村环境学报，2015，31（4）：583-588. [8]王瑞峰，赵立欣，沈玉君，等.生物炭制备及其对土壤理化性质影响的研究进展[J].中国农业科技导报，2015，17（2）：126-133.
[9]丁锁，苏玉红，史衍玺，等.土壤改良剂对荧蒽、苯并[k]荧蒽提取和植物吸收的影响[J].环境化学，2006，25（6）：710-713.
[10]李冬，陈蕾，夏阳，等.生物炭改良剂对小白菜生长及低质土壤氮磷利用的影响[J].环境科学学报，2014，34（9）：2384-2391.
[11]张文玲，李桂花，高卫东.生物质炭对土壤性状和作物产量的影响[J].中国农学通报，2009，25（17）：153-157.
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[15]程效义，张伟明，孟军，等.玉米秸秆炭对玉米物质生产及产量形成特性的影响[J].玉米科学，2016（1）：117-122.
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（责编：徐世红）