增施CO₂對馬鈴薯三膜覆蓋栽培塊莖產(chǎn)量和干物重的影響

楊小華 吳靜 陳廣俠 劉芳 楊元軍 徐寶連

摘要：為明確山東二季作區(qū)馬鈴薯早春三膜覆蓋栽培模式下增施CO2的適宜濃度，本試驗設(shè)計T1（0μL/L，CK）、T2（600μL/L）、T3（1200μL/L）、T4（1800μL/L）、T5（2400μL/L）5個增施CO2處理，測定不同處理下馬鈴薯塊莖產(chǎn)量、商品薯率、干物質(zhì)和淀粉含量。結(jié)果表明，CO2增施濃度在0～1800μL/L范圍內(nèi)，隨著CO2濃度的增加，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量顯著提高，商品薯率、干物質(zhì)和淀粉含量稍有提高。T4處理的666.7m2塊莖產(chǎn)量最高（4473.2kg，較對照增產(chǎn)25.4%，干物質(zhì)含量最高（17.12%），比對照增加1.3%。CO2增施濃度為2400μL/L時，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和干物質(zhì)含量反而有所下降。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;CO2;塊莖產(chǎn)量;干物重

中圖分類號：S532.01文獻標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2019）05-0098-04

植物光合作用過程中，CO2是必不可少的碳源之一，也是作物保護地栽培中清潔環(huán)保的氣體肥料。溫室環(huán)境中CO2含量較低，難以達到作物光合作用所需的適宜濃度，而在一定范圍內(nèi)提高CO2濃度可以彌補其中CO2不足，從而起到改善作物生長狀態(tài)、提高產(chǎn)量和品質(zhì)的作用。溫室中增施CO2至800±25μmol/mol可使番茄各物候期明顯提前，促進光合作用有機物積累[1]，花層和果層數(shù)量明顯增加[2]，產(chǎn)量顯著提高，與對照相比增加66.2%[3]。施CO2能有效提高大棚黃瓜葉片的凈光合速率[4]，使黃瓜的株高、莖粗、可溶性糖、維生素C含量、凈光合速率及產(chǎn)量均顯著高于不增施CO2處理[5]，有效增加了黃瓜產(chǎn)量和效益，平均增產(chǎn)20.0%以上，增收25.0%左右[6]。另外長期施CO2肥，有助于提高辣椒的外觀、營養(yǎng)品質(zhì)和產(chǎn)量[7]，可使大棚生菜、青菜和油麥菜等葉菜類蔬菜葉片加厚，單株鮮重分別增加135.0%、322.0%和140.0%，產(chǎn)量分別提高127.1%、122.8%和97.9%[8]。

在馬鈴薯栽培過程中，增施適量CO2有增產(chǎn)效果[9]。Sicher等[10]持續(xù)以1倍、1.5倍和2倍于馬鈴薯白天環(huán)境中CO2量進行施肥，發(fā)現(xiàn)在1.5倍和2倍CO2濃度環(huán)境下，塊莖干物質(zhì)分別增加9%和40%。在氮素水平48、96kg/hm2條件下增施CO2，生育后期馬鈴薯生物量高于不增施CO2處理[11]。在馬鈴薯霧培中，增施根際CO2濃度，可使植株生長旺盛[12]。綠豆、黃豆、蕎麥和馬鈴薯在CO2濃度小于10000μL/L時，植株高度、葉片數(shù)、葉面積等指標(biāo)隨濃度的升高而增大;CO2濃度大于10000μL/L時，隨著濃度的升高，上述指標(biāo)減小[13]。在溫室條件下以組培苗為材料的研究結(jié)果顯示，提高CO2濃度可持續(xù)提高馬鈴薯葉片光合速率、擴大光合面積、延長光合時間，進而提高馬鈴薯單株產(chǎn)量和結(jié)薯數(shù)量[14]。

目前，相關(guān)研究多在實驗室內(nèi)進行，對生產(chǎn)中溫室馬鈴薯增施CO2的效果如何沒有詳細(xì)報道。鑒于此，本研究設(shè)計5個不同的增施CO2濃度處理，測定并分析不同處理下的馬鈴薯塊莖產(chǎn)量、商品薯率、干物質(zhì)和淀粉含量，以期明確中原二季作區(qū)實際生產(chǎn)中馬鈴薯三膜栽培模式下增施CO2的適宜濃度。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗于2018年春季在濟寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院溫室內(nèi)進行。供試馬鈴薯品種為荷蘭15G2代脫毒種薯，于內(nèi)蒙基地繁種;供試CO2（鋼罐氣體）純度≥99.9%，購自濟寧協(xié)力特種氣體有限公司。

1.2試驗儀器

G1.6L膜式燃?xì)獗?，德力西集團儀器儀表有限公司產(chǎn)品;WSD-CO2型CO2檢測儀，濟南威世德電子科技公司產(chǎn)品。

1.3試驗方法

采用三膜（地膜、拱棚膜、大棚膜三膜結(jié)合）覆蓋栽培方式，設(shè)5個增施CO2濃度處理（表1）。處理間用拱棚分開，1個拱棚即為1個處理，不設(shè)重復(fù)。每處理種植面積為50m2，株行距為25cm×70cm。2017年12月22日馬鈴薯種薯切塊催芽，2018年1月9日播種，2月8日馬鈴薯出齊苗，2月17日開始定量增施CO2。增施時間在晴天8∶00—9∶00，每日增施，陰雨天氣停止。一般情況下，每天增施1次，閉棚1～2h后放風(fēng)。持續(xù)增施CO2至25℃以上。5月初，植株葉片發(fā)黃開始收獲。收獲時測定馬鈴薯塊莖產(chǎn)量、商品薯率和干物質(zhì)重等指標(biāo)。

1.4測定指標(biāo)及方法

產(chǎn)量：每處理隨機選擇3個小區(qū)（小區(qū)長5m，寬1.4m）測定商品薯產(chǎn)量和小區(qū)產(chǎn)量，并折算為666.7m2產(chǎn)量。

商品薯率：小區(qū)收獲的薯塊中商品薯產(chǎn)量（M1）占本小區(qū)馬鈴薯總產(chǎn)量（M2）的百分?jǐn)?shù)，即商品薯率（%）=M1/M2×100。商品薯標(biāo)準(zhǔn)：薯塊形狀為橢圓形，表皮光滑無病斑無傷口，單薯重≥50g。

干物質(zhì)和淀粉含量：馬鈴薯收獲兩周內(nèi)，采用水比重法測定干物質(zhì)和淀粉含量[參照《農(nóng)作物種質(zhì)資源規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)》（第三次全國種質(zhì)資源普查與收集行動—中國作物種質(zhì)資源）]。

1.5數(shù)據(jù)分析

采用MicrosoftExcel2003進行數(shù)據(jù)處理并作圖，利用DPS17.10軟件進行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理對馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的影響

由圖1可以看出，不同處理間馬鈴薯塊莖產(chǎn)量有一定的差異，其中T2、T3、T4、T5與T1（CK）處理之間差異顯著。T4處理的666.7m2產(chǎn)量最高，為4473.2kg，顯著高于T1、T2、T5處理，比對照增產(chǎn)25.4%;T3處理的產(chǎn)量次之，但與T4差異不顯著，比對照增產(chǎn)16.8%;T2處理的產(chǎn)量達到3984.3kg，比對照增產(chǎn)11.7%;當(dāng)CO2氣肥濃度為2400μL/L（T5）時，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量有所下降，為4068.5kg，但仍比對照增產(chǎn)顯著，增產(chǎn)幅度達14.1%以上。表明增施CO2氣肥對馬鈴薯產(chǎn)量有顯著影響。

隨著CO2濃度的增加，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量先逐漸增加，達到峰值后再逐漸遞減，整體表現(xiàn)為開口向下的拋物線變化。在0～1800μL/L范圍內(nèi)，CO2濃度增加可提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量，并且增產(chǎn)顯著，并于1800μL/L時達到最高產(chǎn)量;當(dāng)CO2氣肥濃度達到或超過2400μL/L時，馬鈴薯生長被抑制，薯塊產(chǎn)量有明顯降低趨勢。

2.2不同處理對馬鈴薯商品薯率的影響

由圖2看出，各處理間商品薯率差異較小，其中T2、T3、T4、T5與T1（CK）差異均不顯著。T4處理商品薯率最高，達到96.7%;其次是T1（CK），商品薯率為95.2%;其它處理的商品薯率較低，但均在93.0%以上。綜上，增施CO2氣肥對馬鈴薯的商品薯率雖有提高，但幅度較小，不能作為提高商品薯率的有效措施。

2.3不同處理對馬鈴薯干物質(zhì)和淀粉含量的影響

不同處理對馬鈴薯塊莖干物質(zhì)含量的影響差異不顯著，T4處理的干物質(zhì)和淀粉含量最高，分別比對照T1（CK）增加1.3%、4.0%;其次是T5，干物質(zhì)和淀粉含量分別增加0.8%和3.0%。試驗數(shù)據(jù)顯示，增施CO2氣肥可以提高馬鈴薯干物質(zhì)和淀粉含量，但差異不顯著。

3討論與結(jié)論

3.1增施CO2對馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的影響

在光照、溫度、水分及營養(yǎng)元素滿足條件下，適當(dāng)增加CO2濃度能提高作物光合作用能力，促使同化物質(zhì)向塊莖轉(zhuǎn)移和貯存，從而提高作物產(chǎn)量[9]。趙競宇等[14]試驗顯示，在溫室條件下以組培苗為材料，提高CO2濃度可持續(xù)提高馬鈴薯葉片光合速率、擴大光合面積、延長光合時間，進而提高馬鈴薯單株產(chǎn)量和結(jié)薯數(shù)量。Kimball[15]研究指出，提高一定的CO2濃度，作物平均減少10%的蒸騰作用;C3作物的生物量和產(chǎn)量均有增加，產(chǎn)量增加19%左右。以上研究與本試驗結(jié)果基本相符，即隨著CO2氣肥濃度的增加，可顯著提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量。

本試驗得出馬鈴薯產(chǎn)量隨CO2增施濃度的增加而提高，并在1800μL/L時達到最高值;當(dāng)CO2氣肥濃度達到或超過2400μL/L時，馬鈴薯產(chǎn)量有明顯的降低趨勢。這與前人研究結(jié)果相似：增施CO2濃度過高（達CO2飽和點），同化產(chǎn)物則較多地分配在莖葉中，作物產(chǎn)量仍得不到提高[9]。

3.2增施CO2對馬鈴薯塊莖商品薯率和干物質(zhì)含量的影響

在黃土高原半干旱區(qū)，氣溫增高不利于馬鈴薯塊莖的膨大，會導(dǎo)致塊莖膨大期薯塊生長停滯，形成畸形薯塊，而在增溫的同時提高CO2濃度，可以使馬鈴薯葉片凈光合速率和水分利用效率提高，干物重積累增多[16]。隨著CO2氣肥濃度的逐漸增加，馬鈴薯的商品薯率和干物重有所提高。

C3作物中的綠豆、黃豆、蕎麥和馬鈴薯干物重隨CO2濃度的升高逐漸增大，超過一定濃度時減小[13]。本試驗結(jié)果表現(xiàn)出相同的變化趨勢：隨著增施CO2濃度的升高，干物重先增大后減小，但效果不顯著。

3.3馬鈴薯產(chǎn)量最高值所增施CO2的最大濃度

對于增施CO2的濃度，前人研究結(jié)果各不相同。植株生長發(fā)育最好、產(chǎn)量最高的CO2增施濃度處理為900μL/L;1600μL/LCO2濃度處理的產(chǎn)量較低[9]。在C3植物中，綠豆、黃豆、蕎麥和馬鈴薯的植株高度、葉片數(shù)、葉面積達到峰值時，所增施的CO2濃度拐點為10000μL/L[13]。而本研究中，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量達最高值所增施CO2氣肥濃度為1800μL/L，馬鈴薯產(chǎn)量下降明顯的CO2濃度為2400μL/L，與前人研究有所不同?；诖?，有必要進一步探索馬鈴薯增施CO2氣肥的濃度范圍，以便于更好地提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量。

在中原二季作區(qū)馬鈴薯三膜覆蓋栽培中，合理濃度范圍內(nèi)增施CO2氣肥，能夠有效地提高作物光合作用能力，促使同化物質(zhì)向塊莖轉(zhuǎn)移和貯存，從而提高馬鈴薯產(chǎn)量，商品薯率也有所提高。因此，為提高本地區(qū)三膜栽培模式下馬鈴薯的產(chǎn)量和產(chǎn)值，可選擇在適量濃度范圍內(nèi)增施CO2，但對于馬鈴薯增施的CO2最高濃度值（飽和點）目前還不能確定，有待于進一步探索研究。

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