斷根時(shí)間與半徑對菊芋塊莖生產(chǎn)性能及其水平分布規(guī)律的影響

， ， ，

(1. 內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 內(nèi)蒙古 通遼 028043； 2. 內(nèi)蒙古自治區(qū)飼用作物工程技術(shù)研究中心, 內(nèi)蒙古 通遼 028043)

菊芋(HelianthustuberosusL.)為多年生草本植物，其塊莖菊粉含量豐富，約占干物質(zhì)70%～90%，經(jīng)發(fā)酵可轉(zhuǎn)化為乙醇，轉(zhuǎn)化率高達(dá)83%～99%[1-3]。在生物乙醇和菊粉生產(chǎn)過程中，主要原材料為菊芋塊莖部分。針對這種實(shí)際情況，國內(nèi)外學(xué)者分別從菊芋的肥料管理[4-8]、收獲時(shí)間[9]、種植密度[10-11]、水分管理[12-13]等角度就如何提高菊芋塊莖產(chǎn)量進(jìn)行了大量研究，并取得豐碩成果。對斷根提高菊芋各器官生物量方面的研究也有不少報(bào)道其主要內(nèi)容集中于斷根對菊芋各器官生物量、物質(zhì)分配規(guī)律、等形態(tài)學(xué)指標(biāo)和熱值、灰分含量、C、N、P含量等生理指標(biāo)方面進(jìn)行了相關(guān)研究[14-16]，而斷根對菊芋塊莖生物量、數(shù)量、體積以及水平分布情況研究相對較少?；谏鲜鲈?，本文通過設(shè)定不同斷根時(shí)間和半徑，通過測定菊芋塊莖生物量、數(shù)量、體積以及水平分布規(guī)律，從斷根后塊莖生物量、數(shù)量、體積和水平分布規(guī)律變化角度闡明斷根提高菊芋塊莖生物產(chǎn)量的機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地自然概況

研究地點(diǎn)位于西遼河平原內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)農(nóng)場。43°36′ N，122°22′ E，海拔178 m。試驗(yàn)地區(qū)為典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫6.4℃，極端最低溫-30.9℃，≥10℃積溫3 184℃，無霜期150d，年均降水量399.1 mm，生長季(4～9月)降水量占全年的89%。試驗(yàn)地土壤為灰色草甸土，土壤有機(jī)質(zhì)含量18.23 g·kg-1、堿解氮62.41 mg·kg-1、速效磷38.61 mg·kg-1、速效鉀184.58 mg·kg-1、pH值8.20。試驗(yàn)地具有井灌條件。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1菊芋種植 2016年5月1日，選擇無病、無傷、20～25 g重的菊芋塊莖作為種莖播種，播種深度30 cm，行株距為200 cm×200 cm。一次性施入混合復(fù)合肥140 kg·hm-2，其中57.2%的N、16.7%的P、26.1%的K。

1.2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)以菊芋單株為研究對象，分別設(shè)置5個(gè)根系切割時(shí)間和5個(gè)根系切割半徑，共計(jì)25個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)10株，共計(jì)250株，根系切割時(shí)間和半徑如下：

根系切割時(shí)間：50日齡(T1)、65日齡(T2)、80日齡(T3)、95日齡(T4)，115日齡(T5)；

根系切割半徑：切除1/5H、切除1/4H、切除1/3 H、切除1/2H、不切割(CK)；

“H”為進(jìn)行根系切割處理時(shí)的實(shí)際根系長度(通過測定3株菊芋地下根系來確定)。

1.3 測定內(nèi)容及方法

取樣時(shí)間為2016年10月9～15日之間，取樣時(shí)以每株菊芋莖稈為中心，以0～16 cm、16～30 cm、32～48 cm、48～64 cm和64～80 cm為半徑進(jìn)行環(huán)形分段取樣，分別對取樣范圍內(nèi)的所有塊莖進(jìn)行的干重、塊莖體積(排水法進(jìn)行測定)和塊莖數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

對試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用SPSS 17.0進(jìn)行雙因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 斷根時(shí)間和半徑對菊芋塊莖生物量的影響

塊莖總生物量在各斷根處理間差異不顯著；0～16 cm范圍內(nèi)隨著斷根時(shí)間的延遲塊莖總生物量呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢，T5塊莖生物量最高，極顯著高于T1、T2和T3(P<0.01)，顯著高于T4(P<0.05)，T1塊莖生物量最低，極顯著低于T3、T4和T5(P<0.01)，顯著低于T2(P<0.05)；16～32 cm范圍內(nèi)隨著斷根時(shí)間的延遲，塊莖總生物量呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢，T2最高，極顯著高于T1、T3、T4和T5(P<0.01)，T1、T3、T4和T5之間差異不顯著；32～48 cm和48～64 cm范圍內(nèi)不同處理時(shí)間之間差異不顯著；64～80 cm范圍內(nèi)隨著處理時(shí)間的延遲，塊莖總生物量呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢，T2最高，極顯著高于T1、T3和T5(P<0.01)，與T3之間差異不顯著(表1)。

塊莖總生物量及0～16 cm和16～32 cm范圍內(nèi)的塊莖生物量，各斷根半徑處理均極顯著高于對照(P<0.01)，1/2H斷根條件下塊莖總生物量最高，極顯著高于1/5H、1/4H和1/3H斷根處理(P<0.01)，1/3H極顯著高于1/4H處理(P<0.05)，1/4H顯著高于1/5H(P<0.05)；0～16 cm范圍內(nèi)與總生物量變化趨勢一致；16～32 cm范圍內(nèi)1/2H斷根條件下塊莖生物量最高，顯著高于1/5H、1/4H和1/3H(P<0.05)，而1/5H、1/4H和1/3H之間差異不顯著；32～48 cm 、48～64 cm和64～80 cm范圍內(nèi)不同斷根處理之間均沒有顯著差異(表1)。

表1 斷根時(shí)間和半徑對菊芋塊莖生物產(chǎn)量的影響Table 1 The effect of time and radius of root cutting on tuber biomass of Jerusalem Artichoke

注：同列不同大寫字母或不同小寫字母者表示不同斷根時(shí)間或半徑之間在0.01或0.05水平下差異顯著，下同

Note：Different letters show significant differences at 0.05 and 0.01 level between different cutting root radius or cutting root time, the same as below

2.2 斷根時(shí)間和半徑對菊芋塊莖體積的影響

16～32 cm、48～64 cm范圍內(nèi)單個(gè)塊莖體積和全株塊莖平均體積在不同斷根處理時(shí)間之間沒有表現(xiàn)出顯著差異；不同斷根時(shí)間條件下，0～16 cm范圍內(nèi)單個(gè)塊莖平均體積大小順序?yàn)椋篢1>T4>T5>T2>T3，T3最低，極顯著低于T1(P<0.01)，其他各處理時(shí)間之間差異不顯著；32～48 cm范圍內(nèi)單個(gè)塊莖平均體積大小順序?yàn)椋篢3>T2> T4> T5>T1，T1極顯著低于T3和T2(P<0.01)，T5極顯著低于T3(P<0.01)；64～80 cm范圍內(nèi)單個(gè)塊莖平均體積大小順序?yàn)椋篢5>T3> T4>T2> T1，T5顯著高于T2和 T1(P<0.05)(表2)。

16～32 cm、48～64 cm和64～80 cm范圍內(nèi)單個(gè)塊莖平均體積在不同斷根半徑之間沒有表現(xiàn)出顯著差異；0～16 cm范圍內(nèi)，1/5H斷根條件下單個(gè)塊莖體積最大，極顯著高于對照(P<0.01)，其他各處理之間沒有顯著差異；32～48 cm范圍內(nèi)1～2 H斷根條件下塊莖體積最高，極顯著高于對照(P<0.01)，且1/5H、1/4H和1/3H處理半徑條件下塊莖體積也均顯著高于對照(P<0.05)；不同斷根處理?xiàng)l件下塊莖平均體積均顯著高于對照(P<0.05)(表2)。

表2 斷根時(shí)間和半徑對菊芋塊莖體積的影響Table 2 The effect of cutting root time and radius on tuber volume of Jerusalem Artichoke

2.3 斷根時(shí)間和半徑對菊芋塊莖數(shù)量的影響

16～32 cm、32～48 cm、48～64 cm和64～80 cm范圍內(nèi)塊莖個(gè)數(shù)在不同斷根時(shí)間之間均沒有表現(xiàn)出顯著差異；0～16 cm范圍內(nèi)塊莖數(shù)量在不同斷根時(shí)間之間的大小關(guān)系為：T2>T4>T3>T1 > T5，T2極顯著高于T5(P<0.01)，T4顯著高于T5(P<0.05)，其他各處理時(shí)間之間沒有顯著差異；T2斷根條件下全株塊莖總數(shù)最高，顯著高于T1(P<0.05)，其他各處理之間塊莖總數(shù)沒有表現(xiàn)出顯著差異(表3)。

32～48 cm、48～64 cm和64～80 cm范圍內(nèi)塊莖個(gè)數(shù)在不同斷根半徑之間均未表現(xiàn)出顯著差異；0～16 cm范圍內(nèi)，不同斷根半徑處理?xiàng)l件下均極顯著高于對照(P<0.01)，1/2H斷根條件下塊莖數(shù)量最高顯著高于1/5H、1/4H和1/3H(P<0.05)，極顯著高于1/5H和1/4H(P<0.01)；16～32 cm范圍內(nèi)處理的塊莖個(gè)數(shù)均高于對照，其中1/2H極顯著高于對照(P<0.01)，1/4H顯著高于對照(P<0.05)；不同斷根半徑處理?xiàng)l件下單株菊芋塊莖總數(shù)均極顯著高于對照(P<0.01)，隨斷根半徑的增加塊莖數(shù)量呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢，1/2H斷根條件下顯著高于1/3(P<0.05)，極顯著高于1/4H和1/5H(P<0.01)(表3)。

表3 斷根時(shí)間和半徑對菊芋塊莖數(shù)量的影響Table 3 The effect of cutting root time and radius on tuber number of Jerusalem Artichoke

3 討論

斷根作為影響菊芋塊莖產(chǎn)量的重要農(nóng)藝措施，已有研究表明斷根能夠提高菊芋塊莖生物產(chǎn)量，且斷根半徑越大其塊莖生物產(chǎn)量越高，同時(shí)斷根時(shí)間對塊莖生物產(chǎn)量也具有一定影響[15]。本文結(jié)論也進(jìn)一步證實(shí)斷根能夠達(dá)到提高菊芋塊莖生物產(chǎn)量的目的，且斷根時(shí)間和半徑對塊莖生物產(chǎn)量均具有極顯著影響，其中不同斷根半徑處理?xiàng)l件下塊莖生物量均極顯著高于對照，且隨著斷根半徑的增加塊莖生物量呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢。表明合理斷根時(shí)間和半徑的確定是通過斷根這種農(nóng)藝措施提高菊芋塊莖產(chǎn)量的關(guān)鍵。同時(shí)，斷根提高生物產(chǎn)量在小麥、玉米和花生等作物上同樣得到驗(yàn)證，其原因主要是斷根促進(jìn)了植物根系的生長，提高了根系活力，促進(jìn)了根系對水分、營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，進(jìn)而增進(jìn)了作物的光合作用，而根系對各類礦質(zhì)元素的吸收和光合作用的增強(qiáng)恰好是作物物質(zhì)合成的重要因素，也是獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)條件[17-18]。且斷根能夠延緩根系衰老，延長根系壽命，進(jìn)而延長作物產(chǎn)量的形成時(shí)間，最終達(dá)到提高產(chǎn)量的效果[19]。本文通過對不同的斷根時(shí)間條件下菊芋塊莖生物產(chǎn)量的比較研究，也證實(shí)晚期斷根效果優(yōu)于早期斷根，且隨著斷根時(shí)間的延遲塊莖生物產(chǎn)量呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢。該結(jié)果與Bennett等通過現(xiàn)蕾期改變大豆源-庫關(guān)系對大豆產(chǎn)量的影響大于營養(yǎng)期進(jìn)行減源梳庫處理，及周海燕等通過在吐絲期至成熟期調(diào)價(jià)玉米源～庫關(guān)系能夠獲得更高的干物質(zhì)的結(jié)論相一致[20-21]。對于菊芋隨著斷根時(shí)間延遲，塊莖生物產(chǎn)量逐漸增加的原因與其生長規(guī)律有一定的關(guān)系。菊芋的生長規(guī)律包括兩個(gè)階段：第一階段為營養(yǎng)生長階段，主要是菊芋營養(yǎng)器官的生長，該時(shí)期斷根主要促進(jìn)莖稈、 葉片和根系的生長，對塊莖影響較弱; 第二階段是生殖生長階段，生長中心轉(zhuǎn)移，塊莖開始出現(xiàn)并逐漸增大。因此，在這一階段切割對塊莖的影響較大，促進(jìn)了營養(yǎng)物質(zhì)由源到庫的運(yùn)輸，使塊莖產(chǎn)量高于營養(yǎng)生長期切割。

塊莖生物產(chǎn)量主要由塊莖的數(shù)量和體積決定，本文通過對不同斷根時(shí)間和半徑條件下菊芋塊莖數(shù)量和體積的測定方差分析發(fā)現(xiàn)了不同斷根半徑處理?xiàng)l件下塊莖的體積和數(shù)量均顯著高于對照，這是斷根半徑提高塊莖生物量的主要原因，即斷根半徑通過增加塊莖數(shù)量和單個(gè)塊莖體積最終達(dá)到提供產(chǎn)量的效果；同樣，隨著斷根時(shí)間的延遲塊莖數(shù)量和單個(gè)塊莖體積均呈現(xiàn)增加的變化趨勢，也隨著斷根時(shí)間的延遲塊莖生物量逐漸增加的主要原因。

對于具有匍匐莖的菊芋來說，其塊莖在地下的分布具有一定的規(guī)律性。已有研究表明隨著離根系中心半徑的增加，菊芋單位面積內(nèi)菊芋塊莖生物量和數(shù)量呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢[10]。本文通過測定不同斷根時(shí)間和半徑條件下，菊芋距離主根不同區(qū)域內(nèi)塊莖生物量和數(shù)量的變化規(guī)律基本與未斷根一致，而單個(gè)塊莖體積隨著距離主根半徑的增加，未顯示出可尋的規(guī)律，原因主要是在測定塊莖生物量、個(gè)數(shù)和體積過程將所有塊莖(無論大小)均算在內(nèi)，故而塊莖體積規(guī)律性并不明顯。同時(shí)在不同斷根條件下，0～16 cm和16～32 cm范圍內(nèi)塊莖生物量和塊莖數(shù)量均極顯著高于對照，其原因可能是斷根處理促進(jìn)了主跟上生出更多的側(cè)根，提高了近主根端側(cè)根的密度，進(jìn)而導(dǎo)致塊莖數(shù)量和生物量的增加。

4 結(jié)論

斷根能夠達(dá)到提高菊芋塊莖生物產(chǎn)量的目的，且斷根時(shí)間和半徑對塊莖生物產(chǎn)量均具有極顯著影響。在65日齡斷根條件下塊莖生物量最高(980.07 g·株-1)，1/2斷根半徑條件下塊莖生物量最高(1 115.28 g·株-1)；115日齡斷根條件下塊莖平均體積最大(5.79 cm3)，1/5斷根半徑條件下塊莖體積最大(5.81 cm3)；65日齡斷根條件下塊莖數(shù)量最多(616.72個(gè)·株-1)，1/2斷根半徑條件下塊莖數(shù)量最多(654.93個(gè)·株-1)；斷根時(shí)間和半徑對塊莖生物產(chǎn)量均具有極顯著影響(P<0.01)，斷根處理?xiàng)l件下單位面積內(nèi)菊芋塊莖生物量和數(shù)量隨距離主根中心距離的增加呈現(xiàn)逐漸減少的變化趨勢；斷根時(shí)間和半徑對塊莖數(shù)量、生物量和體積的影響隨著距離主根中心距離的增加逐漸減弱。