不同肥料配比對馬鈴薯品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

李夢露，陳彥云，2，夏皖豫

(1.寧夏大學(xué)/西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地/西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750021； 2.寧夏大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)為茄科(Solanaceae)茄屬(Solanum)1年生草本植物，其塊莖既可作為糧食又可作為蔬菜食用。我國西北地區(qū)是馬鈴薯的主產(chǎn)區(qū)之一[1]，其中，寧夏回族自治區(qū)固原市西吉縣素有“中國馬鈴薯之鄉(xiāng)”之稱，該地區(qū)利用當(dāng)?shù)氐锰飒?dú)厚的氣候條件所產(chǎn)馬鈴薯品質(zhì)較優(yōu)，暢銷海外市場[2]。馬鈴薯品質(zhì)的高低除受本身遺傳和生理特性的影響外，還受栽培地區(qū)氣候、土壤肥力等因素影響[3-6]。人們通常通過施肥用以增加土壤肥力，肥料中的大量元素N、P、K是馬鈴薯生長發(fā)育的重要元素。N影響馬鈴薯從土壤中吸收養(yǎng)分的能力，進(jìn)而影響?zhàn)B分的轉(zhuǎn)運(yùn)和馬鈴薯的品質(zhì)；P可增加塊莖中干物質(zhì)和淀粉的累積；K可促進(jìn)植物內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，增加植株抗寒性。另外，微量元素對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)也有影響。研究表明，鎂(Mg)肥可以提高馬鈴薯的產(chǎn)量[7-8]；適量錳(Mn)肥可促進(jìn)馬鈴薯的生長發(fā)育與抗逆性，提高產(chǎn)量和品質(zhì)[9]；適量的鋅(Zn)肥可使馬鈴薯產(chǎn)量和質(zhì)量有所提高，過量反而使其產(chǎn)質(zhì)量下降[10]；硼(B)肥可提高馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)[11-13]。目前，關(guān)于N、P、K肥配比對馬鈴薯塊莖產(chǎn)量、光合特性和肥料利用效率的影響研究較多[6，14-16]，而不同用量B肥與不同用量N、P、K肥配施對馬鈴薯滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和產(chǎn)質(zhì)量的影響研究較少[17-20]。馬旭鳳[17]在N、P、K大量元素按照當(dāng)?shù)販y土配方施肥建議卡進(jìn)行統(tǒng)一施肥的基礎(chǔ)上基施不同用量B肥，發(fā)現(xiàn)B肥施用量7.5 kg/hm2效果最好，顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量，比不施B肥處理增產(chǎn)22.9%；李光鵬等[18]將含N 46.0%的尿素、含K2O 51.0%的硫酸鉀、含P2O514.0%的過磷酸鈣混摻不同用量的B肥后作為底肥施入，發(fā)現(xiàn)B肥基施19.79 kg/hm2可以顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量；劉福等[19]在馬鈴薯施用配方肥的基礎(chǔ)上添加不同用量的B肥進(jìn)行單因子肥效試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)最佳施肥量為農(nóng)家肥37 500 kg/hm2、N 597.2 kg/hm2、P2O5239.4 kg/hm2、K2O 539.4 kg/hm2、B 3.3 kg/hm2，此時馬鈴薯產(chǎn)量較對照(B 0 kg/hm2)提高13.62%；王澤義等[20]采用單獨(dú)追施K肥、單獨(dú)追施B肥、同時追施K肥和B肥3種施肥方法研究其對馬鈴薯的增產(chǎn)提質(zhì)效果，發(fā)現(xiàn)施用K肥195 kg/hm2、葉面噴施B肥750 kg/hm2可以提高馬鈴薯產(chǎn)量和淀粉含量。綜上，前人研究基本以同一水平的大量元素混摻不同水平的B肥研究其對馬鈴薯產(chǎn)質(zhì)量的影響，關(guān)于不同配比N、P、K、B肥對馬鈴薯產(chǎn)質(zhì)量的影響尚缺乏系統(tǒng)深入的研究。為此，采用L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計，探討了不同配比N、P、K、B肥對馬鈴薯滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、干質(zhì)量和產(chǎn)質(zhì)量的影響，為生產(chǎn)中馬鈴薯的合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)地概況

供試馬鈴薯為脫毒青薯9號原原種，種植于寧夏回族自治區(qū)固原市西吉縣吉強(qiáng)鎮(zhèn)萬崖村的西吉縣馬鈴薯產(chǎn)業(yè)服務(wù)中心試驗(yàn)示范基地。該區(qū)年均氣溫6.5 ℃，年均降雨量約365 mm，是典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。土壤為黃壤土，耕層土壤含有機(jī)質(zhì)13.57 g/kg、全N 0.93 g/kg、堿解N 56.00 mg/kg、有效P 12.49 mg/kg、速效K 229.65 mg/kg，pH值8.5。

供試儀器：UV1000紫外分光光度計(上海天美科儀器有限公司)、DHG-9101-3S電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海鴻都電子科技有限公司)、AL204型電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司)、HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋(常州潤華電器有限公司)、TGL-16G高速臺式離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠)、KA-1000低速臺式離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

播種前以N、P、K、B為4個因素，設(shè)置3個水平，采用L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計不同肥料配比組合(表1)。小區(qū)面積為40.0 m2(5 m×8 m)，每小區(qū)5壟，于2018年4月25日人工挖穴點(diǎn)播，每壟種植2行馬鈴薯，株距0.4 m，行距0.5 m。采用春季覆黑膜種植。6月中旬中耕1次，7月15日人工拔草1次，7月28日鋤草1次， 10月14—15日測產(chǎn)、收獲，并將收獲后的馬鈴薯放入貯藏窖內(nèi)，溫度4 ℃，相對濕度55%。于2018年10月20日隨機(jī)挑選各處理馬鈴薯運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室，保存在冷藏柜 (溫度4 ℃，相對濕度55%～65%)中，用于馬鈴薯相關(guān)指標(biāo)的測定，以N1(0)P1(0)K1(0)B1(0)處理為對照(CK)。

表1 馬鈴薯不同肥料配比的 L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計Tab.1 L9(34) orthogonal test design for different fertilizer ratio of potato kg/hm2

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量 脯氨酸(Proline，Pro)含量采用酸性茚三酮法測定[21]；可溶性糖(Soluble sugar，SS)含量采用硫酸-蒽酮比色法測定[21]。

1.3.2 品質(zhì)指標(biāo) 還原糖(Reducing sugar，RS)含量采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定[21]；維生素C(Vitamin C，Vc)含量采用2，6-二氯酚靛滴定法測定[21]；淀粉(Starch)含量采用硫酸-蒽酮比色法測定[21]；可溶性蛋白(Soluble protein，SP)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定[21]。

1.3.3 產(chǎn)量及干質(zhì)量 于2018年10月14日，選取小區(qū)中間的2壟馬鈴薯，全部挖出后稱質(zhì)量計產(chǎn)。于2018年10月21日，采用烘干法測定馬鈴薯干質(zhì)量[22]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理；采用SPSS 24.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析；采用LSD法進(jìn)行不同處理之間的差異顯著性比較；采用Pearson相關(guān)系數(shù)分析各指標(biāo)間的相關(guān)性；采用Origin 9.1軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同肥料配比對馬鈴薯滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由表2可知，N、P、K和B對馬鈴薯塊莖中Pro含量和SS含量均具有極顯著影響。4種因素對Pro含量的影響表現(xiàn)為P>K>N>B；由R分析可知，可提高Pro含量的最佳肥料配比組合為N3P3K2B1，與試驗(yàn)號9組合一致，Pro含量為0.081%，較CK顯著提高4.4倍。4種因素對SS含量的影響表現(xiàn)為B>N>K>P；由R分析可知，最佳肥料配比組合為N3P3K3B3。

表2 不同肥料配比對馬鈴薯滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響Tab.2 Effect of different fertilizer ratios on contents of osmotic adjustment substances of potato

注：同列中不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),下同。

Note: Different small letters within a column indicate significant difference (P<0.05)，the same below.

2.2 不同肥料配比對馬鈴薯品質(zhì)的影響

由表3可知，N、P、K和B對馬鈴薯塊莖中RS含量的影響順序?yàn)锽>P>N>K，其中K和B對RS含量具有極顯著影響；由R分析可知，最佳肥料配比組合為N2P3K1B1。4種因素中的N、P和B對Vc含量均具有顯著影響，表現(xiàn)為P>N>B>K；由R分析可知，最佳肥料配比組合為N2P2K2B3。N、P、K和B對馬鈴薯塊莖中SP含量均具有極顯著影響，表現(xiàn)為N>B>K>P；由R分析可知，最佳肥料配比組合為N2P1K2B3，其結(jié)果與試驗(yàn)號4組合一致，SP含量為13.074%，較CK顯著提高5.96倍。N、P、K和B對馬鈴薯塊莖中淀粉含量的影響表現(xiàn)為P>N>K>B；由R分析可知，最佳肥料配比組合為N2P3K1,3B1。

表3 不同肥料配比對馬鈴薯品質(zhì)的影響Tab.3 Effect of different fertilizer ratios on potato quality

2.3 不同肥料配比對馬鈴薯產(chǎn)量和干質(zhì)量的影響

由表4可知，N、P、K和B對馬鈴薯產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為N>P>K>B，最佳肥料配比組合為N3P3K1B3；由方差分析可知，N對產(chǎn)量具有極顯著影響，P對產(chǎn)量具有顯著影響(表5)。由R分析可知，N、P、K和B對馬鈴薯塊莖干質(zhì)量的影響表現(xiàn)為K>N>B>P，其最佳肥料配比組合為N2P1K2B3，與試驗(yàn)號4組合一致，干質(zhì)量為22.318 g/kg，與CK 相比顯著提高了4.07%；方差分析結(jié)果表明，N和K對干質(zhì)量均具有極顯著影響。

表4 不同肥料配比對馬鈴薯產(chǎn)量和干質(zhì)量的影響Tab.4 Effect of different fertilizer ratios on potato yield and dry weight

表5 不同肥料配比對馬鈴薯產(chǎn)量和干質(zhì)量影響的方差分析Tab.5 Variance analysis of the effects of different fertilizer ratios on potato yield and dry quality

注：**、* 分別表示在0.01、0.05水平影響極顯著、顯著。

Note: **,* indicate significant effects at the 0.01,0.05 levels respectively.

2.4 馬鈴薯滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、產(chǎn)量、品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性分析

由表6可知，馬鈴薯中的Pro含量與SS含量、干質(zhì)量、產(chǎn)量均呈顯著正相關(guān)，SS含量與Vc含量、產(chǎn)量均呈顯著正相關(guān)；Vc含量與SP含量呈極顯著正相關(guān)，與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)， SP含量與干質(zhì)量呈顯著正相關(guān)，其他指標(biāo)之間均無顯著相關(guān)性。

表6 馬鈴薯滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、產(chǎn)量、品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性分析Tab.6 Correlation analysis between osmotic adjustment substances content， quality and yield of potato

注：**、* 分別表示在0.01、0.05水平相關(guān)性極顯著、顯著。

Note: **,* indicate significant correlations at the 0.01,0.05 levels respectively.

3 結(jié)論與討論

3.1 N、P、K和B對馬鈴薯滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

在逆境條件下，馬鈴薯會主動積累各種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來降低滲透勢，用以適應(yīng)脅迫環(huán)境，提高馬鈴薯的抗逆性，其中SS和Pro是常見的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。適量的N、P、K和B配施有利于馬鈴薯滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，從而有利于馬鈴薯應(yīng)對外界環(huán)境變化。通常情況下，植物體內(nèi)游離Pro并不多，但是在低溫條件下游離Pro含量迅速提高[23]。植物中Pro合成有2條途徑：以谷氨酸為底物和以鳥氨酸為底物，在N充足條件下，植物會通過鳥氨酸合成Pro，從而提高植物的抗旱性[24]。綜合不同因素分析，本研究提高Pro含量的最佳肥料配比組合為N3P3K2B1。SS參與滲透調(diào)節(jié)，在維持植物蛋白質(zhì)穩(wěn)定方面起到重要作用[25]，適量的B肥可以提升馬鈴薯塊莖蔗糖合成酶活性，繼而促進(jìn)塊莖中SS的合成和積累[14]。本研究結(jié)果表明，提高SS含量的最佳肥料配比組合為N3P3K3B3，這與張濤等[26]的研究結(jié)果類似。趙永厚等[27]研究表明，甘藍(lán)噴施Zn+B肥后，Vc和SS含量明顯提高。

3.2 N、P、K和B對馬鈴薯品質(zhì)指標(biāo)的影響

RS、淀粉、Vc和SP是衡量馬鈴薯品質(zhì)好壞的常用指標(biāo)[28]。RS為馬鈴薯提供能量，淀粉為馬鈴薯儲存能量，Vc可以保護(hù)馬鈴薯塊莖免受自由基傷害且參與多種新陳代謝過程，SP含量的增加則可提高細(xì)胞的保水性，對馬鈴薯塊莖中的生命物質(zhì)和生物膜起到保護(hù)作用，這些指標(biāo)相互影響、共同作用以提高馬鈴薯品質(zhì)。本研究結(jié)果表明，N、P、K和B能夠顯著提高馬鈴薯品質(zhì)，在N2P3K1B1、N2P2K2B3和N2P1K2B3配比組合條件下，馬鈴薯具有較好的品質(zhì)。此外，N、P顯著影響Vc含量； K顯著影響RS含量；B顯著影響RS和Vc含量，這與前人[29-33]的研究結(jié)果類似。

3.3 N、P、K和B對馬鈴薯產(chǎn)量和干質(zhì)量的影響

干質(zhì)量是作物產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，干質(zhì)量積累是物質(zhì)生產(chǎn)的主要表現(xiàn)途徑[34]。前人研究表明，合理的N、P、K和有機(jī)肥配合施用可以促進(jìn)馬鈴薯干質(zhì)量的積累，有效增加產(chǎn)量，最終達(dá)到增產(chǎn)的目的[35-36]。本研究結(jié)果表明，合理的 N、P、K和B肥配比可以提高馬鈴薯產(chǎn)量和干質(zhì)量，其中N2P1K2B3是提高馬鈴薯塊莖干質(zhì)量的最優(yōu)肥料配比組合，N3P3K1B3是提高馬鈴薯產(chǎn)量的最佳肥料配比組合。

3.4 馬鈴薯各項(xiàng)指標(biāo)相關(guān)性分析

本研究結(jié)果表明，SS含量與Pro含量具有顯著正相關(guān)性，說明這2種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在維持植物體內(nèi)細(xì)胞的水勢平衡中均起到關(guān)鍵作用。干質(zhì)量與SP含量呈顯著正相關(guān)，表明干質(zhì)量的積累離不開SP的累積，SP的積累可以提高馬鈴薯的保水能力，維持細(xì)胞內(nèi)的水平衡，使得干質(zhì)量累積增加。產(chǎn)量與SS、Vc和Pro含量均呈顯著正相關(guān)，表明馬鈴薯產(chǎn)量同時也受到SS、Vc和Pro含量的影響，這與石銘福[37]的研究結(jié)果類似。

綜合分析，寧夏回族自治區(qū)馬鈴薯品質(zhì)、產(chǎn)量提高的最佳肥料配比組合為N3P3K2B3，即N、P、K、B肥分別為375、225、60、0.90 kg/hm2。