苗期水分虧缺對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量形成的影響

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苗期水分虧缺對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量形成的影響

烏蘭1，石曉華2，楊海鷹2，秦永林1，賈立國(guó)1，樊明壽1*

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010019；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)馬鈴薯繁育中心，內(nèi)蒙古呼和浩特010031 )

摘要：以‘費(fèi)烏瑞它’和‘克新1號(hào)’為試驗(yàn)材料，通過在馬鈴薯苗期設(shè)置重度水分虧缺（最大田間持水量的35%）、輕度水分虧缺（最大田間持水量的50%）和充分灌溉（最大田間持水量的65%）3個(gè)水分處理，其他時(shí)期均充分灌溉，研究了馬鈴薯苗期不同水分虧缺對(duì)產(chǎn)量形成的影響。結(jié)果表明，2品種生育前期的葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量隨苗期水分虧缺程度的增加而逐漸降低，而復(fù)水后，從出苗后22 d至收獲的葉面積指數(shù)與干物質(zhì)積累一直表現(xiàn)為：輕度水分虧缺>充分灌溉>重度水分虧缺，意味著一定程度的水分虧缺后，馬鈴薯存在明顯的復(fù)水補(bǔ)償效應(yīng)。收獲時(shí)2品種的塊莖產(chǎn)量依次為：輕度水分虧缺>充分灌溉>重度水分虧缺，其中，輕度水分虧缺處理的商品率均高于其他2個(gè)處理，而單株結(jié)薯數(shù)表現(xiàn)為：充分灌溉>輕度水分虧缺>重度水分虧缺，說明適度的水分虧缺通過控制結(jié)薯數(shù)與增加塊莖重量產(chǎn)生增產(chǎn)效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯；水分虧缺；葉面積指數(shù)；干物質(zhì)積累；產(chǎn)量形成

馬鈴薯是目前最具有發(fā)展?jié)摿Φ慕?jīng)濟(jì)作物之一。中國(guó)馬鈴薯的播種面積和總產(chǎn)量居全世界首位，但單產(chǎn)水平卻居全世界第91位[1]。內(nèi)蒙古自治區(qū)是全國(guó)馬鈴薯種植面積和總產(chǎn)量最大的省區(qū)之一，但是單產(chǎn)卻一直低于全國(guó)平均水平。在眾多影響馬鈴薯產(chǎn)量的因子當(dāng)中，水分不足是最根本的一個(gè)限制因素，而水資源短缺是內(nèi)蒙古長(zhǎng)期面臨的問題，所以高效的水分管理在馬鈴薯生產(chǎn)上勢(shì)在必行。

水分虧缺導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量減少超過了所有其他非生物脅迫影響的總和[2-4]。Hsiao[5]把水分虧缺程度分為輕度、中度和重度3個(gè)等級(jí)。作物在發(fā)生水分虧缺后均做出一定的響應(yīng)來(lái)適應(yīng)逆境脅迫，如水分虧缺后復(fù)水可以使植物產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng)[6]。非充分灌溉方式不僅節(jié)約水資源也可以達(dá)到增產(chǎn)或穩(wěn)產(chǎn)的目的[7]。石曉華[8]研究了馬鈴薯不同生育時(shí)期水分虧缺對(duì)產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，與充分灌溉相比，苗期水分虧缺表現(xiàn)出正效應(yīng)，而塊莖形成期水分虧缺和塊莖膨大期水分虧缺均表現(xiàn)出負(fù)效應(yīng)。本研究的目的是通過田間試驗(yàn)，進(jìn)一步檢驗(yàn)苗期不同水分虧缺對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量效應(yīng)影響，并深入分析其機(jī)理，為挖掘馬鈴薯高效利用水分的潛力奠定理論基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2014年在內(nèi)蒙古烏蘭察布市察右中旗防雨棚內(nèi)進(jìn)行。該區(qū)域處中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，歷年平均氣溫1.3℃，平均降雨量為304 mm，無(wú)霜期100 d左右。供試馬鈴薯品種為‘費(fèi)烏瑞它’與‘克新1號(hào)’，均由內(nèi)蒙古馬鈴薯種薯繁育中心提供。供試土壤為栗鈣土，0~40 cm土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分為：全氮0.72 g/kg、有效磷38.48 mg/kg、速效鉀193.70 mg/ kg、有機(jī)質(zhì)15.59 g/kg、pH值8.57。土壤其他性狀見表1。

表1　試驗(yàn)區(qū)土壤基本性狀Table 1 Properties of experimental field soil

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在2014年5月15日進(jìn)行播種。苗期設(shè)置3個(gè)不同水分虧缺處理，虧缺梯度分別為最大田間持水量的35%（浮動(dòng)范圍：33%~37%），50%（浮動(dòng)范圍：48%~52%）及65%（浮動(dòng)范圍：63%~67%），分別代表重度虧缺、輕度虧缺、充分灌溉。每隔3d監(jiān)測(cè)一次土壤含水量，當(dāng)土壤相對(duì)含水量達(dá)到設(shè)定的土壤含水量浮動(dòng)下限時(shí)進(jìn)行灌水，到達(dá)浮動(dòng)上限時(shí)停止灌水。在塊莖形成期（‘克新1號(hào)’7月19日；‘費(fèi)烏瑞它’7月10日），塊莖膨大期（‘克新1號(hào)’8月9日；‘費(fèi)烏瑞它’7月25日）以及淀粉積累期（‘克新1號(hào)’8月19日；‘費(fèi)烏瑞它’8月9日）分別按優(yōu)化的土壤相對(duì)含水量下限進(jìn)行灌水。各處理均采用人工起壟種植，壟高30 cm，行距75 cm，株距25 cm，種植密度為5.3×104株/hm2。供試肥料為尿素（N含量46%）、過磷酸鈣（P2O5含量16%）、硫酸鉀（K2O含量50%）。3個(gè)處理均施純氮535.65 kg/hm2、純磷375 kg/ hm2、純鉀750 kg/hm2。其中基施純氮46.8 kg/hm2、基施純磷75 kg/hm2、基施純鉀62.4 kg/hm2。追施純氮488.85 kg/hm2、追施純磷300 kg/hm2、追施純鉀687.6 kg/hm2。試驗(yàn)采用微噴帶進(jìn)行灌溉，微噴帶壁厚0.3 mm，噴灑寬幅7 m，出水量1.08 m3/h·10m。

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積52.5 m2，行長(zhǎng)5 m，每小區(qū)14行。各處理隨機(jī)排列，重復(fù)3次。為消除小區(qū)間的水分干擾，小區(qū)間設(shè)1 m隔離行。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2。

1.3取樣及測(cè)定

土壤取樣：苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期以及淀粉積累期在噴頭正下方采集0~60 cm深度的土樣，每小區(qū)3鉆，每20 cm分為一層。出苗后每3 d監(jiān)測(cè)一次。土壤含水量的測(cè)定采用烘干稱重法，土壤容重的測(cè)定采用環(huán)刀法。

植株取樣：‘克新1號(hào)’分別于出苗9，25，42，56和83 d進(jìn)行植株取樣；‘費(fèi)烏瑞它’分別于出苗7，22，37，52和63 d進(jìn)行植株取樣。每小區(qū)取3株，每個(gè)處理重復(fù)3次。

葉面積：采用打孔法，根據(jù)打孔葉片面積的干重與葉片總干重折算整株植株葉面積。葉面積指數(shù)（LAI）=綠葉葉片總面積/土地面積。

塊莖個(gè)數(shù)：每次取樣時(shí)各處理均直接觀察并記錄塊莖個(gè)數(shù)。

表2　噴灌馬鈴薯各生育時(shí)期水分處理Table 2 Sprinkler irrigation treatments in different stages of potato

塊莖重量：取樣后將塊莖洗凈擦干用百分之一電子天平稱重，并記錄薯重。

產(chǎn)量測(cè)產(chǎn)：‘克新1號(hào)’于9月13日收獲，‘費(fèi)烏瑞它’于8月17日收獲測(cè)產(chǎn)。每小區(qū)隨機(jī)取整段馬鈴薯2 m2進(jìn)行，然后折算成單位面積產(chǎn)量。單薯重量小于50 g定為小薯，大于50 g小于150 g定為中薯，大于150 g定為商品薯，并計(jì)算商品薯率。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0和Excel軟件統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD法進(jìn)行平均數(shù)間多重比較。

2　結(jié)果與分析

2.1苗期不同水分虧缺程度對(duì)馬鈴薯葉面積指數(shù)（LAI）的影響

從圖1可以看出，‘費(fèi)烏瑞它’在出苗后7 d時(shí)，苗期保持65%相對(duì)含水量處理的植株葉面積指數(shù)顯著高于其他2個(gè)處理，而35%和50%相對(duì)含水量處理的葉面積指數(shù)沒有顯著差異。在出苗后22 d時(shí)，葉面積指數(shù)隨著水分虧缺梯度的增加而減小，35%相對(duì)含水量處理的葉面積指數(shù)顯著低于50%和65%相對(duì)含水量處理，65%相對(duì)含水量處理的葉面積指數(shù)最高。出苗后37 d時(shí)50%相對(duì)含水量處理的葉面積指數(shù)不僅高于35%相對(duì)含水量處理，而且高于65%相對(duì)含水量處理，一直持續(xù)到收獲，該處理的葉面積指數(shù)顯著高于其他2個(gè)處理。而65%相對(duì)含水量處理的葉面積指數(shù)仍比35%相對(duì)含水量處理的葉面積指數(shù)高。但是，到出苗后52 d時(shí)，35%相對(duì)含水量處理的葉面積指數(shù)的增長(zhǎng)速率高于其他2個(gè)處理。

圖1　不同處理‘費(fèi)烏瑞它’全生育期葉面積指數(shù)變化Figure 1 Effect of water deficient degrees on leaf area index of potato cultivar 'Favorita'

圖2　不同處理‘克新1號(hào)’全生育期葉面積指數(shù)變化Figure 2 Effect of water deficient degrees on leaf area index of potato cultivar 'Kexin 1'

圖2是‘克新1號(hào)’在出苗后不同時(shí)間的葉面積指數(shù)。出苗后9 d時(shí)50%相對(duì)含水量處理和65%相對(duì)含水量處理的葉面積指數(shù)顯著高于35%相對(duì)含水量處理。到了出苗后42 d，35%和50%2個(gè)苗期水分虧缺處理的葉面積指數(shù)均高出了苗期保持65%相對(duì)含水量的充分灌溉處理。該趨勢(shì)一直保持至收獲。

2.2苗期不同水分虧缺程度對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)積累量的影響

圖3表明‘費(fèi)烏瑞它’品種從出苗后7 d到出苗后22 d期間，整株干物質(zhì)積累量均隨著水分虧缺梯度的增加而減少。但從出苗后22 d到出苗后37 d時(shí)，50%相對(duì)含水量處理的干物質(zhì)積累量超過了65%相對(duì)含水量處理，并持續(xù)到收獲。但到了出苗后52 d時(shí)，35%相對(duì)含水量處理的干物質(zhì)積累量速率迅速增加并逐漸接近65%相對(duì)含水量處理的干物質(zhì)積累量。到出苗后63 d時(shí)35%相對(duì)含水量處理的干物質(zhì)積累量超過了65%相對(duì)含水量處理的干物質(zhì)積累量。

圖4‘克新1號(hào)’的干物質(zhì)積累量的變化趨勢(shì)，同‘費(fèi)烏瑞它’的變化趨勢(shì)較相似。

圖3　不同處理‘費(fèi)烏瑞它’整株干物質(zhì)積累量變化Figure 3 Effect of water deficient degrees on plant dry matter accumulation of potato cultivar 'Favorita'

圖4　不同處理‘克新1號(hào)’整株干物質(zhì)積累量變化Figure 4 Effect of water deficient degrees on plant dry matter accumulation of potato cultivar 'Kexin 1'

2.3苗期不同水分虧缺程度對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量形成的影響

從表3可以看出，苗期不同水分虧缺處理對(duì)馬鈴薯品種‘費(fèi)烏瑞它’商品率有顯著影響。50%相對(duì)含水量處理的商品率顯著高于35%相對(duì)含水量處理和65%相對(duì)含水量處理。但65%相對(duì)含水量處理的單株結(jié)薯數(shù)顯著高于35%相對(duì)含水量處理。50%相對(duì)含水量處理的單株結(jié)薯重顯著高于65%相對(duì)含水量處理和35%相對(duì)含水量處理。而65%相對(duì)含水量處理的單株結(jié)薯重和35%相對(duì)含水量處理沒有顯著差異。50%相對(duì)含水量處理的產(chǎn)量顯著高于35%相對(duì)含水量處理和65%相對(duì)含水量處理，65%相對(duì)含水量處理的產(chǎn)量顯著高于35%相對(duì)含水量處理?？梢?0%相對(duì)含水量處理顯著提高產(chǎn)量是因?yàn)轱@著提高了大薯重和合理的控制了單株結(jié)薯數(shù)。

由表4可以看出，50%相對(duì)含水量處理下‘克新1號(hào)’的商品率及單株結(jié)薯重均顯著高于35%相對(duì)含水量處理和65%相對(duì)含水量處理，從而顯著地提高了產(chǎn)量。

表3　不同處理對(duì)‘費(fèi)烏瑞它’產(chǎn)量形成因子的影響Table 3 Effect of water deficient degrees on yield characters of potato cultivar 'Favorita'

表4　不同處理對(duì)‘克新1號(hào)’產(chǎn)量形成因子的影響Table 4 Effect of water deficient degrees on yield characters of potato cultivar 'Kexin 1'

3　討論

作物在一定程度的水分虧缺下復(fù)水后具有補(bǔ)償與超補(bǔ)償效應(yīng)[9,10]，而Wenkert等[11]把這種水分脅迫后復(fù)水引起的生長(zhǎng)反應(yīng)稱為“補(bǔ)償生長(zhǎng)”或者“貯積生長(zhǎng)”。試驗(yàn)采用2個(gè)馬鈴薯品種‘費(fèi)烏瑞它’和‘克新1號(hào)’進(jìn)行的研究結(jié)果均一致表明，馬鈴薯苗期適度水分虧缺（保持相對(duì)含水量50%）后，后期充分灌溉，其產(chǎn)量高于整個(gè)生育期一直充分灌溉的處理（表3，表4），這充分證明馬鈴薯也存在“補(bǔ)償生長(zhǎng)”效應(yīng)。這一效應(yīng)的證明為馬鈴薯節(jié)水栽培措施的制定奠定了重要的理論基礎(chǔ)。

試驗(yàn)進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，苗期水分虧缺使馬鈴薯苗期葉面積指數(shù)與干物質(zhì)積累均低于充分灌溉，而復(fù)水后，苗期輕度水分虧缺的處理（相對(duì)含水量50%）葉面積指數(shù)逐漸增加并超過充分灌溉處理，這成為馬鈴薯干物質(zhì)積累以及最終產(chǎn)量高于充分灌溉處理的根本基礎(chǔ)。研究還發(fā)現(xiàn)，雖然2個(gè)品種葉面積指數(shù)的變化趨勢(shì)大致相同，但‘克新1號(hào)’品種苗期水分虧缺的處理復(fù)水后，葉面積指數(shù)迅速增加，且2個(gè)水分虧缺處理均超過全生育期充分灌溉處理，而對(duì)‘費(fèi)烏瑞它’品種而言，苗期重度水分虧缺處理的葉面積指數(shù)盡管在復(fù)水后增速加大，但始終沒有超過充分灌溉處理（圖1，圖2）。這說明不同品種對(duì)水分虧缺的響應(yīng)存在一定的差異，‘克新1號(hào)’品種的“補(bǔ)償效應(yīng)”更加明顯，這點(diǎn)從產(chǎn)量結(jié)果也得到了印證?？诵?號(hào)品種苗期重度水分虧缺處理的產(chǎn)量較充分灌溉處理相差無(wú)幾，而‘費(fèi)烏瑞它’減少22%（表3，表4）。

塊莖的數(shù)量以及重量是馬鈴薯產(chǎn)量的構(gòu)成因素。試驗(yàn)中，苗期不同水分虧缺處理的馬鈴薯產(chǎn)量表現(xiàn)為50% > 65% > 35%；商品率表現(xiàn)為50% > 35% > 65%；單株結(jié)薯數(shù)表現(xiàn)為65% > 50% > 35%，說明適度的水分虧缺減少了結(jié)薯數(shù)量從而使單個(gè)塊莖的物質(zhì)積累得以增加，最終使塊莖商品率增加。商品率的增加無(wú)疑增加了馬鈴薯的生產(chǎn)效益，因此，在無(wú)霜期較短的內(nèi)蒙古陰山北麓地區(qū)，急需建立完善與苗期適度的水分虧缺相配套的技術(shù)模式加以推廣，不僅有利于馬鈴薯生產(chǎn)中水資源的節(jié)約，而且有利于經(jīng)濟(jì)效益的提高。

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Effects of Water Deficiency at Seedling Stage on Potato Yield Formation

WU Lan1, SHI Xiaohua2, YANG Haiying2, QIN Yonglin1, JIA Liguo1, FAN Mingshou1*

( 1. College of Agronomy, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot, Inner Mongolia 010019, China; 2. Inner Mongolia Seed Potato Propagation Center, Hohhot, Inner Mongolia 010031, China )

Abstract:Field plot experiments were conducted to study the effects of nitrogen rate on dry matter accumulation and sink activity of potatoes using 'Kexin 1' as the material, aiming at finding the optimal nitrogen application rate in the potato production region north of the Yinshan Mountain. Under local soil fertility conditions, the dry matter accumulation and sink activity of potato all increased firstly, and then decreased with the increase of nitrogen application rate. The dry matter accumulation, leaf dry matter accumulation, tuber dry matter accumulation and sink activity of potatoes were maximal when nitrogen was applied at the rate of 360 kg/ha, being 5 989.81 kg/ha, 20.03 g/plant, 84.32 g/plant, and 0.072 g/g ? d, respectively.Therefore, nitrogen 360 kg/ha would be regarded as the optimal nitrogen application rate for local potato production.

Key Words:potato; water deficit; leaf area index; dry matter accumulation; yield formation

*通信作者（

Corresponding author）：樊明壽，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)生理及養(yǎng)分管理的研究，E-mail: fmswh@ 126.com。

作者簡(jiǎn)介：烏蘭（1989-），女，碩士研究生，主要從事馬鈴薯水分管理研究。

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“黃土高原雨養(yǎng)農(nóng)田水分高效利用技術(shù)研究與示范——內(nèi)蒙古雨養(yǎng)農(nóng)田馬鈴薯水分高效利用技術(shù)研究與示范（201303104）”、國(guó)家自然科學(xué)基金“脫落酸對(duì)干旱條件下馬鈴薯塊莖形成的調(diào)控（31460321）”、公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“馬鈴薯滴灌條件下需水需肥規(guī)律研究與示范（201203012-4-2）”支持。

收稿日期：2014-11-10

文章編號(hào)：1672－3635（2015）02-0080-05

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

中圖分類號(hào)：S532