复合肥不同方式配施纳米碳对甘薯产量和品质的影响

唐洪杰

（临沂市农业科学院，山东临沂 276012）

0 引言

甘薯在中国既是重要的粮食作物，也是主要的经济作物，可作为加工、饲料和工业原料，因其适应性和抗逆性强，并且耐瘠薄、价值高在中国不同地区大量种植[1]。甘薯在山东省常年种植面积在40 万hm2左右，是当地主要粮食和经济作物，对山东省丘陵和山区的农业结构调整起到关键性的作用[2]。当前，甘薯种植生产逐渐趋于稳产阶段，在这样的前提下，通过研究科学合理施肥技术，提高甘薯肥料利用效率，促进养分吸收管理，是实现甘薯高产、优质研究的重要手段。因此，通过技术手段提高肥料利用率，促进作物对营养物质的吸收利用，达到提高产量目标是当前农业生产的主要问题。

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。有研究发现将纳米碳材料施用在粒级＞2 nm的土壤中时，有利于土壤水稳定性团聚体的形成，并且团聚体数量与施用纳米碳含量呈正相关性，从而在一定程度上来提高了土壤容重，致使土壤中大孔隙的数量降低，而中小孔隙的数量大大增加，进而削弱了外界对水分吸附的影响，从而使土壤保水性提高[3]。温善菊等[4]研究了将纳米碳施入土壤中进行淋溶试验发现，与对照比较土壤中钾元素的含量提高显著。纳米碳在土壤中与水结合形成超导材料，致使土壤的电动电位增强，促进土壤中营养元素的活化、释放[5]，由此起到生物泵的作用，使植物吸收水分和养分的能力提高。纳米碳的添加可以增强植物的光合作用，有利于植株的生长发育[6]。陆长梅等[7]将纳米材料应用在大豆上进行试验，试验结果显示，纳米碳能够有效促进大豆根系活力、吸水能力的提高。刘键等[8-10]将纳米碳应用到肥料中进行研究，将其添加到普通尿素中有明显的增产效果，能促进水稻、小麦等作物的生长，增加作物的产量。同时，纳米材料通过对植物体内酶活性调节，提高了叶片光合性能，有利根系和植株生长，有效促进作物产量增加和品质提高[11-13]。纳米碳能够有效提高叶绿素含量，应用到蔬菜上可以有效提高其产量[14]；刘少泉等[15]研究得出，适量增施纳米肥料助剂可促进白菜生长发育，能够有效促进白菜产量增加和品质提高。另外，纳米碳在改善土壤构型和水肥利用及活化土壤养分等方面也展现出良好应用前景[16-18]。根据相关研究结论分析，通过在原有施肥模式基础上，添加肥料增效剂有利植物生长发育、提升农产品品质、促进作物高产高效，因此该施肥技术方法是提高肥料利用率的有效途径[19-20]。

试验在常规施用复合肥的基础上，通过以不同方式添加纳米碳增效剂进行对比试验，研究其对淀粉型和鲜食型不同类型品种的甘薯农艺形状、产量及品质变化的影响，以期探明复合肥料配施纳米碳增效剂对甘薯的增产增效作用，为纳米碳增效剂在肥料上的应用和制备新型肥料提供理论依据及技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验设在临沭县金薯地有限公司甘薯试验基地，该基地地势平坦，土层深厚，质地为沙壤土，土壤容重为1.2 g/cm3，pH 6.2；土壤肥力中等，含有机质12.4 g/kg、碱解氮46.4 g/kg、有效磷43.5 g/kg、速效钾179.4 g/kg。

试验地于2021年4月下旬均匀撒施金正大硫酸钾复合肥(N:P2O5:K2O=13:10:20)750 kg/hm2作基肥，机耙起垄，垄距85 cm左右、垄高30 cm左右；试验的纳米碳溶液用量和施用时间按设计方案执行，5 月上旬移苗栽插，株距20 cm，行距85 cm，密度约为57000株/hm2，除试验处理及调查外，其他管理与常规管理一致。10月中下旬收获，生长期160 d[21]。

1.2 试验材料

供试作物为甘薯，鲜食型品种‘烟薯25’和淀粉型品种‘商薯19’（由临沂市农业科学院提供）；纳米碳溶液（含量5%，按照1:1000倍稀释实施）；金正大复合肥料（均衡型、高钾型复合肥作为底肥）。

1.3 试验设计

试验选取鲜食型和淀粉型2个品种，设置2个相对独立的试验，每个试验设4 个处理，3 次重复。田间试验具体设计见表1。每处理小区长5 m、宽4.25 m，面积21 m2，种植5行，每行23株，合计115株。

表1 纳米碳肥溶液试验设计处理表

1.4 调查方法与测定项目

1.4.1 农艺形状调查薯苗栽插后10 d调查成活率；60 d后在各小区分别选取连续的5 株，测定叶绿素SPAD值，同时进行基部分枝、蔓长、结薯习性等主要农艺性状的测定[21]。

1.4.2 产量和品质测定收获后，每小区选取连续的10株分别调查大薯(＞250 g)、中薯(100～250 g)、小薯(50～100 g)的数量。统计单株结薯数、鲜薯重，计算商品薯率、产量[20]。

干物率测定：取中等大小的薯块（取样不少于500 g），切片、70～80℃烘至恒重，计算干物率[20]。

品质测定：可溶性糖和总淀粉含量用蒽酮比色法进行测定，维生素C 含量采用2,6-二氯靛酚滴定法测定。

商品薯率：重量50 g 以上且无病斑、无裂纹、无畸形等有商品价值的薯块重量占鲜薯总重量的百分比[20]。

SPAD值测定：SPAD-520 型叶绿素仪进行测定[22]。

1.5 数据分析

采用Excel 2010进行数据统计，采用SPSS 19.0软件进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对薯苗成活率的影响

试验结果（表2）表明，‘商薯19’和‘烟薯25’薯苗，用纳米碳肥溶液处理的比对照，缓苗时间均提早1 d；薯苗成活率也略有提高，其中‘商薯19’的处理T1、T2成活率分为97.00%、96.00%，分别比对照CK提高4个百分点和3个百分点，同时‘烟薯25’的处理T1、T2成活率均为96.00%，比对照CK提高1个百分点。

表2 不同处理对薯苗成活率的影响

2.2 不同处理对甘薯农艺性状的影响

调查结果（表3）表明，2个品种的处理T1、T2、T3的叶数、分枝数以及主茎长、茎叶鲜干重、根部鲜干重较对照CK 均有增加，其中处理T2对2 个品种的叶数、分枝数以及主茎长、茎叶鲜干重增加最为明显，而处理T1对2个品种的根部鲜干重影响更明显，增加最大；结薯数、茎叶烘干率和根部烘干率较对照也都有不同程度的增加，其中2个品种的根部烘干率则是处理T2最高。

表3 不同处理对甘薯农艺性状的影响

2.3 不同处理对甘薯叶绿素SPAD值的影响

由图1可知，品种‘烟薯25’的对照(CK)和处理T1、T2及处理T3的甘薯叶绿素SPAD平均值分别为49.6、51.4、53.2 和52.8，与对照(CK)相比，处理T1、T2和T3的SPAD平均值分别增加了3.63%、7.26%和6.45%，其中处理T2的叶绿素SPAD值增加最大，处理T3次之。‘商薯19’的对照(CK)和处理T1、T2及处理T3的甘薯叶绿素SPAD平均值分别为48.9、51.2、53.8 和52.4，与对照(CK)相比，处理T1、T2和T3的SPAD平均值分别增加了4.70%、10.02%和7.16%，同样是处理T2的叶绿素SPAD值增加最大。根据测定结果显示，虽然各个处理的叶绿素SPAD值均比对照有所增加，但是通过方差分析结果显示，与对照(CK)相比，添加纳米碳的处理T1、T2和T3均对甘薯叶绿素SPAD值影响不明显，没达到显著差异水平。

图1 不同处理对甘薯叶绿素SPAD值的影响

2.4 不同处理对甘薯结薯习性的影响

调查结果（表4）表明，2个品种的薯形、薯皮颜色、薯肉颜色、光滑度、条沟等外观特征，各个处理间没有区别；在结薯数、大薯数和单株薯重有一定影响，处理与对照均有增加，其中处理T2增加最大。各处理对单株薯重的影响，‘商薯19’增加表现不显著，‘烟薯25’较‘商薯19’增加幅度更为显著。同一品种各个处理与对照间的差异均未达到显著水平。

表4 不同处理对甘薯结薯习性的影响

2.5 不同处理对甘薯产量和烘干率的影响

调查结果（表5）表明，2 个试验品种的鲜薯产量、薯干产量及烘干率各处理较对照均有增加，其中‘烟薯25’的处理T2的鲜薯产量、薯干产量最高，较对照分别增产10%和11.3%，其次是‘烟薯25’的处理2 的鲜薯产量、薯干产量最高，较对照分别增产7.10%和7.12%；而‘商薯19’的处理2和处理3，鲜薯产量较对照仅增产2.06%和1.30%，薯干产量较对照仅增产2.64%和3.16%，对产量影响不明显。

表5 不同处理对甘薯产量和烘干率的影响

2.6 不同处理对甘薯品质的影响

由表6的测定结果可以看出，淀粉型品种‘商薯19’的干物率和淀粉含量各个使用纳米碳的处理较对照增加比较明显，其中处理T2的干物率和淀粉含量增加最多，分别为32.08 g/100 g和22.48 g/100 g。对可溶性糖和维生素C 影响不大，没有达到显著差异。鲜食型品种‘烟薯25’的干物率和淀粉含量各个使用纳米碳的处理较对照变化不明显，但是对可溶性糖和维生素C有一定的影响，特别是可溶性糖含量增加比较显著。

表6 不同处理对‘商薯19’、‘烟薯25’品质的影响

3 结论

研究结果说明了，在不同类型甘薯品种上施用纳米碳都可以增加薯块的糖类物质含量。对于淀粉型甘薯品种‘商薯19’主要是增加淀粉含量，而对于鲜食型甘薯品种‘烟薯25’主要增加可溶性糖含量。这表明纳米碳在甘薯生长过程中，有利于促进光合作用产物向有利于品种生理特性的方向转化储能，可有效的提高不同品种的甘薯品质。乔俊等[23]研究也得出添加纳米碳肥料增效剂对作物产量和品质均有很好的促进作用。

试验结果也表明，通过复合肥配施纳米碳采用处理T2的使用方式效果最好，对淀粉型‘商薯19’和鲜食型甘薯‘烟薯25’的产量分别提高3.51%和10.67%，同时淀粉型‘商薯19’的淀粉含量和鲜食型甘薯‘烟薯25’的可溶性糖含量提高最显著。因此，在实际生产中推荐栽插薯苗时用1000倍液浇窝，每窝1.0 kg；栽插30 d后，再用1000倍纳米碳液均匀喷雾茎叶。

本研究只是在纳米碳配施复合肥的不同使用方式方面进行了初步探讨，而在不同纳米碳的用量方面研究未涉及，下一步将在此方面进一步进行深入研究，以期为纳米碳在甘薯应用研究提供更加全面的理论支撑。

4 讨论

纳米碳溶液配施可以有效提高薯苗成活率，并可缩短还苗时间。范立春等[24]研究结果也得出肥料配合纳米碳施用可以健壮植株。同时李一丹等[25]研究表明增加土壤总PLFA 量，且在土壤保水方面具有积极作用。这是由于纳米碳材料具有亲水特性[26]，在薯苗栽插时浇窝，能在栽植薯苗周围形成很好的蓄水层，可有效促进薯苗的吸水、保水能力，有利于提高抗蒸腾作用，促进薯苗的生长发育，从而缩短薯苗还苗时间，提高成活率，可以有效解决丘陵山地在气候干旱条件下的薯苗栽插节约用水的问题。

根据试验结果反应，施用纳米碳对2 个品种的根部鲜重影响比较明显，特别是处理T2鲜薯产量增加显著。这与纳米碳材料具有改善土壤团粒结构和性状的特性是密切相关的，其通过改善土壤结构性状进而活化其中的营养物质，使得薯苗可以更好的吸收和利用，进而提作物的高光合效率，增加光合产物，促进营养生长，利于薯块膨大，最终表现为商品薯率和产量的提高。