氣霧培營(yíng)養(yǎng)液鉀素濃度對(duì)馬鈴薯農(nóng)藝性狀及塊莖品質(zhì)的影響

榮田甜 何文壽 王斌 王楠

摘要：以馬鈴薯脫毒苗為試驗(yàn)材料，設(shè)計(jì)B1（CK，0 mmol/L）、B2（3 mmol/L）、B3（6 mmol/L）、B4（9 mmol/L）、B5（12 mmol/L）5個(gè)營(yíng)養(yǎng)液鉀素濃度梯度處理，研究從營(yíng)養(yǎng)液中缺鉀至高濃度的鉀素對(duì)馬鈴薯不同生育期植株生長(zhǎng)指標(biāo)、品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，同時(shí)篩選出適合馬鈴薯生長(zhǎng)和有效提升馬鈴薯品質(zhì)、產(chǎn)量的營(yíng)養(yǎng)液鉀素濃度。結(jié)果表明，馬鈴薯植株株高在生育期內(nèi)總體表現(xiàn)為“S”形生長(zhǎng)趨勢(shì)，各處理間植株莖粗在淀粉積累期和成熟期差異明顯，B3、B4、B5增長(zhǎng)幅度明顯高于B1和B2處理。B1處理植株葉片數(shù)大幅減少，可能是缺鉀導(dǎo)致葉片光合作用降低。B4處理在全生育期內(nèi)葉片SPAD值總體優(yōu)于其他處理。綜上所述，B4處理有利于氣霧培馬鈴薯植株地上部生長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)液中不同鉀素濃度對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)指標(biāo)影響各不相同，其中B4和B5處理的總糖、粗纖維、粗蛋白、淀粉含量高于B1、B2和B3處理。從產(chǎn)量而言，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量最高的B4處理（139.27 kg/hm2）比產(chǎn)量最低的B1處理（42.86 kg/hm2）高224.94%，綜合來(lái)看，B4處理能夠顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量，增加經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：氣霧培;鉀素濃度;不同生育期;營(yíng)養(yǎng)液;馬鈴薯;農(nóng)藝性狀;產(chǎn)量

中圖分類號(hào)： S532.06 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）23-0098-05

馬鈴薯作為一種高營(yíng)養(yǎng)、低成本同時(shí)還具有食療作用的蔬菜糧食兼用的主食，受到人們的喜愛[1]，隨著人們對(duì)食物多樣化需求的增加，各種馬鈴薯衍生食品也接踵而至，中國(guó)馬鈴薯種植面積也逐年增長(zhǎng)[2]。但是，馬鈴薯在生產(chǎn)過(guò)程中易感染細(xì)菌和病毒，影響塊莖口感和品質(zhì)，最終造成大面積減產(chǎn)，而氣霧培方法是解決這些問(wèn)題的有效方法之一。

氣霧培是無(wú)土栽培技術(shù)中的一種，利用氣霧培設(shè)備將營(yíng)養(yǎng)液氣霧化后按照一定的時(shí)間間歇將營(yíng)養(yǎng)液噴施在作物根部。它可以增大作物根系對(duì)水和養(yǎng)分的接觸面積，從而提高根系對(duì)水和養(yǎng)分利用效率。同時(shí)配合自動(dòng)化調(diào)節(jié)設(shè)備，可以縮短馬鈴薯生產(chǎn)周期，使馬鈴薯達(dá)到高效、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。修英濤等通過(guò)對(duì)氣霧法栽培、液培和沙培3種栽培方式進(jìn)行對(duì)比，研究不同的栽培方式對(duì)脫毒小薯生長(zhǎng)發(fā)育的影響，得出“氣霧法栽培的馬鈴薯植株株高、葉面積、莖粗等形態(tài)生長(zhǎng)指標(biāo)和馬鈴薯塊莖產(chǎn)量比液培和沙培有明顯提高”的結(jié)論[3]。營(yíng)養(yǎng)液作為氣霧培最重要部分[4]，可以為植株提供良好的營(yíng)養(yǎng)配比。喬建磊研究表明，改良霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液中N、P、K比例為1 ∶ 0.28 ∶ 1.3，霧培脫毒馬鈴薯實(shí)際產(chǎn)量最高[5]。氣霧培技術(shù)可以很好地解決傳統(tǒng)耕作的弊端，促進(jìn)馬鈴薯根系生長(zhǎng)，促進(jìn)地上部的吸收和地下部的同化作用，進(jìn)而提高產(chǎn)量。

鉀對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育主要有以下影響：一是馬鈴薯葉片的光合作用和葉綠素含量因施用鉀素的增加而增加[6];二是鉀作為植物細(xì)胞中重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以調(diào)節(jié)植物細(xì)胞水勢(shì)[7];三是作為植物細(xì)胞活化劑，氧化還原酶和轉(zhuǎn)移酶等60多種酶活化需要鉀離子的參與[8]。作為典型的喜鉀作物，鉀素在馬鈴薯全生育期內(nèi)不可或缺且需求旺盛，數(shù)年多次研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯塊莖從形成到收獲每1 000 kg約需要鉀素6.52 kg[9-10]。謝少平等研究發(fā)現(xiàn)，植物可能存在鉀臨界脅迫值，根系含鉀量的減少可以促進(jìn)根系對(duì)鉀素的吸收[11]。劉國(guó)棟等研究發(fā)現(xiàn)，秈稻根系表面積決定鉀的吸收速率[12]。趙雪君等研究表明，馬鈴薯塊莖形成時(shí)，鉀肥利于馬鈴薯塊莖中累積鉀素[13]。胡助力等研究發(fā)現(xiàn)，增施磷肥和鉀肥能使馬鈴薯塊莖產(chǎn)量、淀粉含量和塊莖干物質(zhì)含量提高[14]。針對(duì)以上研究發(fā)現(xiàn)，鉀素的用量和合理的使用方式直接影響著馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)，氣霧培營(yíng)養(yǎng)液培育馬鈴薯?xiàng)l件下，鉀素對(duì)于馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育影響的系統(tǒng)研究鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)以馬鈴薯脫毒苗為試驗(yàn)材料，進(jìn)行氣霧培馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)液鉀素濃度的研究，系統(tǒng)精確分析不同濃度的鉀素對(duì)馬鈴薯不同生育期植株生長(zhǎng)指標(biāo)、塊莖產(chǎn)量與品質(zhì)的差異和影響，同時(shí)確定氣霧培馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)液適宜的鉀素濃度，為氣霧培馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)液改良和馬鈴薯高效綠色種植提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)材料采用中熟品種大西洋馬鈴薯脫毒試管苗，由寧夏天啟馬鈴薯產(chǎn)業(yè)（集團(tuán)）有限公司提供。試驗(yàn)時(shí)間為2019年9—11月，在寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)基地日光溫室中進(jìn)行，試驗(yàn)地約為40 m2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素5水平設(shè)計(jì)，鉀素濃度用不同濃度的KNO3進(jìn)行調(diào)控，設(shè)置5個(gè)鉀濃度梯度處理，分別為B1（CK，0 mmol/L）、B2（3 mmol/L）、B3（6 mmol/L）、B4（9 mmol/L）、B5（12 mmol/L）。試驗(yàn)采用氣霧培法，每小區(qū)面積為2.4 m×1.2 m，每個(gè)處理定植植株42株。營(yíng)養(yǎng)液以霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液為基礎(chǔ)，修改各處理營(yíng)養(yǎng)液主要化合物濃度 （表1）和營(yíng)養(yǎng)液元素含量（表2），微量元素營(yíng)養(yǎng)液采用改良后阿農(nóng)微量元素配方（表3），配制營(yíng)養(yǎng)液所用試劑均為分析純。前20 d水培脫毒試管苗，測(cè)量株高達(dá)到 10 cm 左右，長(zhǎng)勢(shì)良好后移栽定植氣霧培設(shè)備中，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)。營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)液管道壓力約為 0.2 Pa，氣霧噴頭的流量控制在 0.3 L/min，營(yíng)養(yǎng)液利用水泵抽濾循環(huán)，每5 d更換1次。

1.3 樣品采集與測(cè)定

1.3.1 樣品采樣 從開始試驗(yàn)至收獲，按照馬鈴薯幼苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期取樣，每個(gè)處理每次選取有代表性的植株3株。

1.3.2 生物學(xué)指標(biāo)測(cè)定 包括自然株高、莖粗、葉片數(shù)和SPAD值。成熟期采收后統(tǒng)計(jì)單株總薯質(zhì)量，單株總薯數(shù)和成薯率，總產(chǎn)量按照小區(qū)產(chǎn)量折合成畝產(chǎn)。

株高采用卷尺測(cè)量，以從子葉到根基部的高度為基準(zhǔn);莖粗采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量;葉片數(shù)采用目測(cè)統(tǒng)計(jì);SPAD值采用石家莊世亞科技有限公司出產(chǎn)的葉綠素儀（SY-S02）測(cè)定。

1.3.3 塊莖品質(zhì)測(cè)定[15] 在收獲后2周內(nèi)采用蒽酮比色法測(cè)定馬鈴薯塊莖總糖含量、采用凱氏定氮法測(cè)定粗蛋白含量、采用酸堿消煮法測(cè)定粗纖維含量、采用索氏提取法測(cè)定粗脂肪含量、采用碘比色法測(cè)定淀粉含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用Excel 2010和 SPSS 21.0軟件，利用LSD方法在α=0.05水平進(jìn)行單因素顯著性分析，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。利用Origin 2018作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鉀素濃度對(duì)馬鈴薯農(nóng)藝性狀的影響

各處理馬鈴薯植株株高在生育期內(nèi)總體表現(xiàn)為“S”形生長(zhǎng)趨勢(shì)（圖1-a）。幼苗期各處理株高無(wú)明顯差異，塊莖形成期至淀粉積累期，各處理株高快速增長(zhǎng)，增幅明顯，塊莖形成期至成熟期，B3、B4、B5處理株高顯著。淀粉積累期至成熟期，株高增長(zhǎng)緩慢。B5處理在塊莖形成期至成熟期株高顯著高于B1處理，說(shuō)明塊莖形成后B5高濃度鉀處理有利于植株株高的增長(zhǎng)。

各處理馬鈴薯植株莖粗在幼苗期至塊莖膨大期差異不顯著，在淀粉積累期和成熟期各處理間差異明顯，B3、B4、B5處理增長(zhǎng)幅度明顯高于B1和B2處理。除B4處理莖粗在成熟期繼續(xù)正增長(zhǎng)，其他處理在成熟期時(shí)呈現(xiàn)相同變化趨勢(shì)都為負(fù)增長(zhǎng)。B4、B5處理在塊莖形成期后莖粗增長(zhǎng)較為明顯（圖1-b）。

馬鈴薯植株葉片數(shù)在淀粉積累期差異最明顯，表現(xiàn)為B5>B4>B3>B1>B2。B5處理葉片數(shù)幼苗期至淀粉積累期增幅最快，之后葉片數(shù)急劇減少（圖1-c）。說(shuō)明成熟期前高濃度鉀有利于葉片數(shù)增加，成熟期減少可能是地上部葉片衰老脫落所致。B1全生育期葉片數(shù)明顯少于其他處理，可能是缺鉀影響了葉片光合作用，造成植株葉片數(shù)減少。

營(yíng)養(yǎng)液中高鉀素濃度B3、B4和B5處理葉片葉綠素含量（SPAD值）幼苗期至塊莖膨大期呈現(xiàn)先快速增長(zhǎng)，塊莖膨大期至淀粉積累期緩慢下降，之后劇烈下降。缺鉀B1處理和低濃度鉀B2處理生育期總體表現(xiàn)為“S”形生長(zhǎng)趨勢(shì)。B4處理在生育期內(nèi)葉片葉綠素含量總體高于其他處理，所有處理（B1處理除外）在塊莖膨大期葉片葉綠素含量達(dá)到最高（圖1-d）。

綜上所述，B4處理在株高、莖粗、葉片數(shù)、葉綠素含量這些生長(zhǎng)指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)于其他處理，說(shuō)明B4處理有利于馬鈴薯植株地上部生長(zhǎng)。

2.2 不同鉀素濃度對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響

如表4所示，不同營(yíng)養(yǎng)液鉀濃度對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)指標(biāo)影響各不相同。各處理間總糖含量差異顯著，由高到低排序?yàn)锽5>B4>B1>B3>B2，B5處理顯著高于其他處理，總糖含量達(dá)到0.67%，比總糖含量最低的B2處理高0.44百分點(diǎn)。從總體看，除B5處理，隨著營(yíng)養(yǎng)液中鉀素濃度升高，粗蛋白含量呈升高趨勢(shì)，B4處理塊莖中粗蛋白含量達(dá)到最高，為2.44%，B1處理粗蛋白含量最低，比B4處理低0.36百分點(diǎn)，表明缺鉀會(huì)影響塊莖中粗蛋白的積累，適宜濃度的鉀素有利于粗蛋白的合成。B1處理粗纖維含量最低，為0.17%，比粗纖維含量最高的B2和B5處理低0.08百分點(diǎn)，B3和B4含量相同，為0.21%，說(shuō)明適當(dāng)增加鉀素濃度有利于粗纖維的合成。各處理粗脂肪含量差異顯著，B3處理顯著高于其他處理，說(shuō)明B3處理鉀素濃度有利于塊莖中粗脂肪積累，隨著鉀素濃度升高，B4、B5處理塊莖中粗脂肪含量反而降低，比含量最高的B3處理分別低0.31、0.21百分點(diǎn)。各處理淀粉含量表現(xiàn)為B5>B4>B2>B1>B3。B5處理淀粉含量明顯高于其他處理，達(dá)了到28.2%，比淀粉含量最低的B3處理增加8.8百分點(diǎn)。

2.3 不同鉀素濃度對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量、總成薯率、單株總薯質(zhì)量和總薯數(shù)影響

2.3.1 不同鉀素濃度對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量影響 由圖2可知，隨著營(yíng)養(yǎng)液鉀素濃度提高，產(chǎn)量呈提高趨勢(shì)，各處理表現(xiàn)為B4>B3>B5>B2>B1。B4處理馬鈴薯產(chǎn)量最高，為139.27 kg/hm2;B1處理產(chǎn)量最低，為42.86 kg/hm2，B4處理比B1、B2、B3處理分別增加224.94%、192.28%、44.92%。之后隨著鉀素濃度增加，馬鈴薯產(chǎn)量有所下降。B5產(chǎn)量為 117.45 kg/hm2，比產(chǎn)量最高的B4處理減少15.67%。說(shuō)明馬鈴薯產(chǎn)量隨著鉀素濃度的升高而升高，達(dá)到產(chǎn)量最高的最適鉀素濃度后，繼續(xù)增加鉀素濃度反而會(huì)減產(chǎn)，B4處理可以有效增產(chǎn)。

2.3.2 不同鉀素濃度對(duì)馬鈴薯總成薯率、單株總薯質(zhì)量和總薯數(shù)影響 如表5所示，B1、B4、B5處理的馬鈴薯總成薯率無(wú)顯著差異。單株總薯質(zhì)量B2、B3、B4、B5處理間差異顯著，隨著鉀素濃度的升高，5個(gè)處理單株總薯質(zhì)量表現(xiàn)為B4>B5>B3>B2>B1，B4的單株總薯質(zhì)量分別比B1、B2、B3、B5高225.01%、196.76%、44.93%、18.57%，B4單株總薯質(zhì)量較其他處理更具優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明鉀素濃度為 9 mmol/L 時(shí)有利于單株馬鈴薯塊莖膨大。B4、B5處理單株總薯數(shù)與B1、B2、B3處理差異顯著，單株總薯數(shù)最高的B5處理比B1、B2、B3、B4處理分別多131.36%、46.41%、60.81%、13.06%，可見B5處理有利于馬鈴薯匍匐莖頂端膨大成薯。

3 結(jié)論與討論

劉克禮等研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯莖中鉀素濃度在全生育期中始終高于葉片和根系，莖中高濃度鉀素可以保持植株地上部的抗性和直立，馬鈴薯對(duì)在塊莖增長(zhǎng)期和淀粉積累期對(duì)鉀素的吸收明顯大于其他時(shí)期[16]。何佳芳等研究表明，植株鉀素濃度隨著鉀肥施用量增加而增加，當(dāng)馬鈴薯鉀吸收達(dá)到頂峰后，奢侈吸收鉀素[17]。針對(duì)鉀素在馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的重要性，本試驗(yàn)研究了馬鈴薯不同生育期中對(duì)鉀素不同濃度的反應(yīng)，從而確定合適的鉀素濃度，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綠色高效種植趨勢(shì)。

本研究表明，B5處理的鉀素濃度有利于促進(jìn)馬鈴薯株高的增長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)液中鉀素水平較低時(shí)，煙草葉片、莖、根干物質(zhì)質(zhì)量與全株干物質(zhì)質(zhì)量均隨著營(yíng)養(yǎng)液中鉀水平的提高而增加[18]，這與介曉磊等研究結(jié)果[18]一致。成熟期前高濃度鉀有利于葉片數(shù)增加，且各生育期之間無(wú)顯著差異。

何佳芳等研究認(rèn)為，中鉀處理時(shí)產(chǎn)量最高，但之后增加鉀肥施用產(chǎn)量卻不會(huì)增加[17]。馬鈴薯雖然是一種需鉀多的作物，但按照其吸收特性，合理配制鉀素濃度，馬鈴薯產(chǎn)量才會(huì)增加。本試驗(yàn)認(rèn)為，B1、B5處理馬鈴薯總成薯率較高，B2、B3和B4處理次之。B4處理單株總薯質(zhì)量顯著提高，較其他處理更具優(yōu)勢(shì)。B5處理有利于馬鈴薯塊莖建成。

鉀素作為品質(zhì)元素，可以有效增加作物品質(zhì)[19-21]。馬躍等研究認(rèn)為，增施鉀肥在一定范圍內(nèi)，番茄果實(shí)中維生素C含量和可溶性糖含量會(huì)增加[22]。B3處理塊莖中粗脂肪含量最高，淀粉含量各處理由大到小為B5>B4>B2>B1>B3。高濃度鉀素促進(jìn)塊莖淀粉合成積累。殷文等研究表明，適宜的鉀濃度能夠增加馬鈴薯塊莖的淀粉含量，但馬鈴薯淀粉含量和維生素C含量達(dá)到峰值后隨鉀用量升高而降低[23]，本試驗(yàn)馬鈴薯淀粉含量的試驗(yàn)結(jié)果與之不一致，可能是培育方式和品種差異造成試驗(yàn)結(jié)果不同。綜上所述，不同鉀素濃度對(duì)馬鈴薯不同生育期植株生長(zhǎng)、品質(zhì)和產(chǎn)量均有影響，B4處理有利于馬鈴薯地上部對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，從而促進(jìn)地上部的生長(zhǎng)發(fā)育，改善馬鈴薯塊莖品質(zhì)。從增產(chǎn)效果考慮，B4處理鉀素濃度9 mmol/L下產(chǎn)量最高，可為氣霧培營(yíng)養(yǎng)液培育馬鈴薯鉀素濃度提供依據(jù)。

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