馬鈴薯塊莖膨大特性及其與單薯鮮重之間的相關(guān)性

楊 平 陳昱利 鞏法江 畢海濱 高明慧

（淄博市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，255000，山東淄博）

馬鈴薯是繼小麥、水稻和玉米之后的世界第四大糧食作物，中國(guó)馬鈴薯種植面積常年穩(wěn)定在533.3萬(wàn)hm2左右[1]。隨著馬鈴薯主食化戰(zhàn)略的提出，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)于滿足居民膳食結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和保障國(guó)家糧食安全具有重要意義[2]。目前，關(guān)于馬鈴薯塊莖形成的研究已有較多報(bào)道，主要集中在耕作方式、覆蓋方式、種植模式和施肥量等對(duì)馬鈴薯塊莖形成的影響。研究表明，秸稈覆蓋栽培模式可以推薦作為陜北旱作區(qū)馬鈴薯抗旱栽培模式[3]；全膜壟上微溝覆蓋側(cè)播和秸稈粉碎覆蓋壟作穴播栽培方式的單株塊莖重顯著高于露天栽培處理，分別增產(chǎn)20.2%和17.0%[4]；滴灌施肥條件下，與窄壟單行種植相比，寬壟雙行種植模式可以促進(jìn)馬鈴薯塊莖的生長(zhǎng)，增產(chǎn)9.0%～18.0%[5]；地膜覆蓋能明顯提高春馬鈴薯的產(chǎn)量和效益，而免耕栽培有利于提高商品薯比例和單薯重[6]；塑料薄膜和稻草覆蓋種植均可以提高結(jié)薯數(shù)，增加單薯鮮重，提高塊莖產(chǎn)量[7]；塊莖的干物質(zhì)積累量、單薯鮮重和產(chǎn)量均隨施氮量的增加先增大后減小，施氮量為105kg/hm2時(shí)效果最佳[8]。但關(guān)于馬鈴薯塊莖膨大特性及膨大參數(shù)與單薯鮮重相關(guān)性的研究尚未見報(bào)道。本研究通過田間試驗(yàn)定量分析不同處理馬鈴薯單薯鮮重和塊莖膨大速率等隨結(jié)薯天數(shù)的變化規(guī)律，以及各塊莖膨大參數(shù)與單薯鮮重之間的內(nèi)在關(guān)系，以期為馬鈴薯結(jié)薯期的生長(zhǎng)調(diào)控管理和水肥高效利用提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用在山東地區(qū)種植面積較大且適應(yīng)性較廣的馬鈴薯品種費(fèi)烏瑞它為研究材料，該品種為早熟品種，在山東地區(qū)早春種植，生育期（播種-成熟）為90～100d。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2018-2019年連續(xù)兩個(gè)早春馬鈴薯生長(zhǎng)季在淄博市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)基地開展田間試驗(yàn)。土壤為褐土，0～30cm耕層含有機(jī)質(zhì)32.47g/kg，全氮1.66g/kg，速效磷15.2mg/kg，速效鉀118.49mg/kg，pH 8.02。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)水肥一體化管理（TI）和常規(guī)水肥管理（TC）2個(gè)處理，3次重復(fù)，共計(jì)6個(gè)小區(qū)。小區(qū)面積4×10m×1.2m=48m2，種植密度6.45萬(wàn)株/hm2，基施有機(jī)肥7500kg/hm2（有機(jī)質(zhì)含量≥45%），各處理氮肥（N）、磷肥（P2O5）和鉀肥（K2O）的施用量分別為240kg/hm2、120kg/hm2和240kg/hm2，其中，TI處理磷肥一次性基施，氮肥和鉀肥基施50%，另外50%作追肥，在發(fā)棵期和結(jié)薯初期分兩次隨灌水平均施入；TC處理所有肥料隨播種一次性施入。2018年馬鈴薯播種時(shí)間為3月10日，2019年馬鈴薯播種時(shí)間為3月9日，其他管理同當(dāng)?shù)伛R鈴薯高產(chǎn)栽培管理。

1.3 數(shù)據(jù)采集與分析

在馬鈴薯團(tuán)棵期，選取各小區(qū)長(zhǎng)勢(shì)一致且無(wú)病蟲害的代表性植株100株進(jìn)行標(biāo)記。自發(fā)棵期開始，每隔7d進(jìn)行破壞性取樣，直至成熟，每小區(qū)取樣3株，3次重復(fù)，統(tǒng)計(jì)塊莖數(shù)量和各塊莖鮮重，塊莖統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)某一塊莖長(zhǎng)度≥2cm時(shí)，記為結(jié)薯開始，塊莖長(zhǎng)度≥2cm的塊莖即為有效塊莖。經(jīng)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，2018和2019年田間試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，故采用2019年試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和作圖。

參照韓占江等[9]計(jì)算小麥灌漿速率的方法，對(duì)擬合的單薯鮮重Logistic曲線方程和塊莖膨大速率方程采用二階求導(dǎo)和三階求導(dǎo)等途徑，可得到不同處理馬鈴薯塊莖膨大次級(jí)參數(shù)，主要包括：塊莖最大膨大速率Rmax（g/d），塊莖膨大速率達(dá)到最大時(shí)的天數(shù)Tmax（d），塊莖平均膨大速率R（g/d），塊莖膨大持續(xù)天數(shù)T（d），塊莖膨大漸增期、快增期和緩增期的膨大速率R1（g/d）、R2（g/d）和R3（g/d）以及與之相對(duì)應(yīng)的持續(xù)天數(shù)T1（d）、T2（d）和T3（d），最終單薯鮮重W（g）。

利用Microsoft Excel 2007和SigmaPlot v10.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯單薯鮮重的變化規(guī)律

由圖1可知，隨著結(jié)薯天數(shù)的增加，各處理馬鈴薯單薯鮮重逐漸增大，然后慢慢趨于穩(wěn)定，呈“S”型曲線的變化趨勢(shì)。在結(jié)薯14d之前，TI和TC處理間單薯鮮重差異不大，在結(jié)薯14d之后，TI處理的單薯鮮重要高于TC處理，在結(jié)薯35d后，TI處理的單薯鮮重顯著高于TC處理，說(shuō)明水肥一體化處理可以有效促進(jìn)塊莖的生長(zhǎng)，特別是在馬鈴薯生長(zhǎng)后期可以有效防止馬鈴薯植株早衰，促進(jìn)干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和積累。

圖1 不同處理馬鈴薯單薯鮮重隨結(jié)薯天數(shù)的變化規(guī)律Fig.1 Changes in tuber fresh weight with days after tuber setting for different treatments

根據(jù)馬鈴薯單薯鮮重與結(jié)薯天數(shù)的定量關(guān)系，可用Logistic曲線方程（公式1）來(lái)描述單薯鮮重隨結(jié)薯天數(shù)的變化規(guī)律。由表1可知，TI和TC處理的R2分別為0.973和0.963，均達(dá)到極顯著水平。

式（1）中，W為馬鈴薯單薯鮮重（g），t為結(jié)薯后天數(shù)（d），k為擬合最大單薯鮮重（g），a和b為擬合參數(shù)，具體參數(shù)值見表1。

表1 不同處理馬鈴薯單薯鮮重隨結(jié)薯天數(shù)變化的Logistic曲線方程Table 1 Logistic curve equations of tuber fresh weight with days after tuber setting for different treatments

2.2 馬鈴薯塊莖膨大速率的變化規(guī)律

馬鈴薯塊莖膨大速率與其干物質(zhì)積累有著重要聯(lián)系，對(duì)馬鈴薯塊莖鮮重增長(zhǎng)的Logistic曲線方程（公式1）進(jìn)行一階求導(dǎo)，可得到馬鈴薯塊莖膨大速率W′方程如下：

式（2）中，W′為馬鈴薯塊莖膨大速率（g/d），t、k、a和b等參數(shù)的含義同式（1）。

將表1中各處理擬合模型參數(shù)值帶入公式（2），可得到各處理結(jié)薯后不同生長(zhǎng)時(shí)期馬鈴薯塊莖膨大速率，由圖2可知，隨著結(jié)薯后天數(shù)的增加，各處理塊莖膨大速率均呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，然后慢慢趨于穩(wěn)定，呈現(xiàn)“單峰”曲線的變化趨勢(shì)。在塊莖膨大前期，TI和TC處理的塊莖膨大速率差異較小，原因是由于該時(shí)期馬鈴薯生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分主要來(lái)源于基肥和土壤供應(yīng)，而前期肥料充足保證了兩個(gè)處理馬鈴薯塊莖的正常生長(zhǎng)；當(dāng)塊莖膨大進(jìn)入快增期后，直到成熟期，TI處理的塊莖膨大速率要明顯高于TC處理，說(shuō)明從塊莖膨大盛期開始，水肥一體化管理TI可以保障水肥的精準(zhǔn)供應(yīng)，促進(jìn)馬鈴薯塊莖的膨大和干物質(zhì)積累，而常規(guī)水肥管理TC在馬鈴薯生長(zhǎng)后期容易出現(xiàn)肥料供應(yīng)不足的情況，降低了的馬鈴薯塊莖膨大速率。

圖2 不同處理馬鈴薯塊莖膨大速率隨結(jié)薯后天數(shù)的變化規(guī)律Fig.2 Changes in bulking rate for potato tuber with days after tuber setting for different treatments

2.3 不同處理間馬鈴薯塊莖膨大參數(shù)差異

馬鈴薯塊莖膨大參數(shù)是反映馬鈴薯塊莖膨大和干物質(zhì)積累的重要指標(biāo)，對(duì)于馬鈴薯塊莖形成具有重要意義。由表2可知，TI處理的各項(xiàng)塊莖膨大速率參數(shù)指標(biāo)均高于TC處理，且TI處理塊莖膨大漸增期膨大速率（R1）和最終單薯鮮重（W）均顯著高于TC處理，其他參數(shù)處理間差異不顯著。

表2 不同處理塊莖膨大參數(shù)Table 2 Bulking parameters of potato tuber for different treatments

2.4 馬鈴薯塊莖膨大參數(shù)與單薯鮮重間的相關(guān)性分析

為了研究馬鈴薯塊莖膨大參數(shù)對(duì)單薯鮮重形成的影響，對(duì)二者進(jìn)行了相關(guān)性分析（表3）。由表3可知，馬鈴薯塊莖膨大各主要參數(shù)均與最終單薯鮮重呈正相關(guān)，但均未達(dá)到顯著差異水平。平均膨大速率R、快增期膨大速率R2和緩增期膨大速率R3均與最大膨大速率Rmax呈極顯著正相關(guān)，而快增期膨大速率R2和緩增期膨大速率R3均與平均膨大速率R呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明馬鈴薯塊莖平均膨大速率和最大膨大速率主要受馬鈴薯塊莖快增期和緩增期膨大速率影響。塊莖膨大持續(xù)天數(shù)T與塊莖膨大速率達(dá)到最大時(shí)的天數(shù)Tmax呈顯著正相關(guān)，與快增期持續(xù)時(shí)間T2和緩增期持續(xù)時(shí)間T3呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明馬鈴薯塊莖膨大持續(xù)天數(shù)主要受馬鈴薯塊莖膨大快增期和緩增期持續(xù)天數(shù)影響，而塊莖膨大達(dá)到最大速率時(shí)的天數(shù)Tmax在一定程度上也影響著整個(gè)塊莖膨大時(shí)間的長(zhǎng)短。此外，快增期塊莖膨大速率R2和緩增期塊莖膨大速率R3呈極顯著正相關(guān)，快增期持續(xù)時(shí)間T2和緩增期持續(xù)時(shí)間T3呈極顯著正相關(guān)。

表3 馬鈴薯塊莖膨大參數(shù)與單薯鮮重間的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of potato tuber bulking parameters with tuber fresh weight

3 討論

馬鈴薯是中國(guó)重要的糧食作物之一，具有營(yíng)養(yǎng)豐富、產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)和用途多樣等特點(diǎn)，對(duì)滿足人們多元化的糧食需求具有重要意義[10]。研究馬鈴薯塊莖膨大特性及其與單薯鮮重之間的相關(guān)性，對(duì)于馬鈴薯結(jié)薯期肥水精準(zhǔn)管理和提質(zhì)增效具有重要意義。姚玉璧等[11]研究表明，馬鈴薯在播種后第105天開始，塊莖由緩慢生長(zhǎng)進(jìn)入快速生長(zhǎng)階段，塊莖生長(zhǎng)速度于播后127d達(dá)到最大，至播后149d，塊莖生長(zhǎng)又從快速生長(zhǎng)轉(zhuǎn)為緩慢生長(zhǎng)，這與本研究結(jié)果相似，馬鈴薯塊莖膨大呈現(xiàn)“慢-快-慢”的變化趨勢(shì)。本研究表明，在結(jié)薯14d之前，水肥一體化管理TI和常規(guī)水肥管理TC間單薯鮮重差異不大，在結(jié)薯14d之后，TI處理的單薯鮮重高于TC處理，在結(jié)薯35d之后，TI處理的單薯鮮重顯著高于TC處理，這主要是因?yàn)樵谏L(zhǎng)前期，基肥供應(yīng)充足，不同處理對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)影響差異不大，但隨著馬鈴薯的生長(zhǎng)，常規(guī)水肥管理易出現(xiàn)肥水供應(yīng)不足的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著馬鈴薯塊莖的生長(zhǎng)和膨大。水肥一體化處理TI的各項(xiàng)塊莖膨大參數(shù)指標(biāo)均高于常規(guī)水肥處理TC，且TI處理塊莖膨大漸增期膨大速率和最終單薯鮮重顯著高于TC處理，其他參數(shù)差異不顯著。在馬鈴薯結(jié)薯盛期后，水肥一體化管理TI可以進(jìn)行肥水的精準(zhǔn)供應(yīng)，促進(jìn)馬鈴薯塊莖膨大，而常規(guī)水肥管理TC則不能及時(shí)滿足馬鈴薯生長(zhǎng)對(duì)肥水的需求，極易出現(xiàn)早衰，導(dǎo)致馬鈴薯塊莖膨大受限，嚴(yán)重影響馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯塊莖平均膨大速率和最大膨大速率主要受馬鈴薯塊莖快增期和緩增期膨大速率的影響，塊莖膨大持續(xù)天數(shù)主要受馬鈴薯塊莖膨大快增期和緩增期持續(xù)天數(shù)的影響，而塊莖膨大達(dá)到最大速率時(shí)的天數(shù)Tmax在一定程度上也影響著整個(gè)塊莖膨大時(shí)間的長(zhǎng)短，說(shuō)明馬鈴薯塊莖膨大中后期是馬鈴薯塊莖膨大和產(chǎn)量提升的關(guān)鍵時(shí)期。

4 結(jié)論

明確了馬鈴薯塊莖膨大特性及其與單薯鮮重的相關(guān)性。水肥一體化技術(shù)可以有效促進(jìn)馬鈴薯塊莖形成，提高馬鈴薯塊莖膨大快增期和緩增期膨大速率，對(duì)馬鈴薯塊莖膨大和干物質(zhì)積累具有促進(jìn)作用。