連作馬鈴薯冠層結(jié)構(gòu)與物質(zhì)積累的關(guān)系

劉拴成　馬達(dá)靈　穆俊祥　曹興明

摘要：作物冠層結(jié)構(gòu)是與外界環(huán)境相互作用最直接的界面層，為了明確短期連作馬鈴薯冠層結(jié)構(gòu)與物質(zhì)積累量指標(biāo)、產(chǎn)量的關(guān)系，以輪作馬鈴薯為對(duì)照，設(shè)置1年連作、2年連作2個(gè)處理，在馬鈴薯關(guān)鍵生育期調(diào)查株高、株幅、葉面積、分器官干質(zhì)量及其產(chǎn)量。結(jié)果表明：輪作馬鈴薯的株高、葉面積指數(shù)明顯高于1年連作和2年連作馬鈴薯;輪作狀態(tài)下的單株葉片干質(zhì)量、單穴塊莖干質(zhì)量、單株總干質(zhì)量等物質(zhì)積累量指標(biāo)高于1年連作、2年連作狀態(tài);輪作狀態(tài)下總產(chǎn)量、商品薯率均高于連作狀態(tài)。馬鈴薯的株高、葉面積指數(shù)等冠層指標(biāo)與物質(zhì)積累量、產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;連作;冠層結(jié)構(gòu);物質(zhì)積累量

中圖分類號(hào)：S532.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2020）07-0107-04

馬鈴薯作為我國(guó)四大主糧作物之一，同時(shí)兼具蔬菜、飼料等功用。內(nèi)蒙古自治區(qū)是我國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)的主要省份，其中烏蘭察布市享有“中國(guó)薯都”的稱號(hào)，每年播種面積穩(wěn)定在26.67萬hm2左右，占全區(qū)馬鈴薯種植面積的40%[1]。由于土地資源的限制和適宜種植作物種類的單一，烏蘭察布地區(qū)馬鈴薯連作栽培現(xiàn)象非常普遍，而科學(xué)研究證實(shí)長(zhǎng)期的連作會(huì)造成馬鈴薯產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降、病蟲害嚴(yán)重、生育狀況變差等情況，這將嚴(yán)重限制著馬鈴薯產(chǎn)業(yè)健康、持續(xù)的發(fā)展。

前人對(duì)馬鈴薯連作研究已取得了一些成果，主要集中在連作后馬鈴薯形態(tài)與生理的變化、連作時(shí)間與土壤養(yǎng)分含量、微生態(tài)結(jié)構(gòu)（包括生物與非生物）變化及各內(nèi)部因素的相關(guān)性等方面[2-5];而對(duì)于連作栽培條件下馬鈴薯冠層結(jié)構(gòu)與物質(zhì)積累量的研究尚未見報(bào)道。

作物冠層結(jié)構(gòu)是與外界環(huán)境相互作用最直接、最活躍的界面層，它不僅直接影響光合有效輻射的截獲，而且通過水、熱、氣等微環(huán)境影響作物生理、生態(tài)功能，最終反映在群體的物質(zhì)生產(chǎn)與產(chǎn)量上[6-7]。

因此，本研究以冠層結(jié)構(gòu)為著眼點(diǎn)，通過對(duì)比連作與輪作環(huán)境下，馬鈴薯不同生育階段的冠層結(jié)構(gòu)特征、各器官干物質(zhì)積累分配規(guī)律等指標(biāo)，明確短期連作馬鈴薯冠層結(jié)構(gòu)與物質(zhì)積累量、產(chǎn)量形成的關(guān)系，探索連作障礙評(píng)價(jià)的新指標(biāo)，以期為烏蘭察布市馬鈴薯連作產(chǎn)生的原因和如何消除連作障礙現(xiàn)象奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)選用烏蘭察布市當(dāng)?shù)刂髟择R鈴薯品種后旗紅原種，種植于集寧師范學(xué)院實(shí)訓(xùn)農(nóng)場(chǎng)（113°08′N、41°03′E）。設(shè)置馬鈴薯輪作（CK）、1年連作（CP1）、2年連作（CP2） 3個(gè)處理，每個(gè)處理6次重復(fù)，3次重復(fù)用于取樣測(cè)定，3次重復(fù)用于測(cè)產(chǎn);種植密度為50 ?000株/hm2，基施純氮 180 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2。馬鈴薯于2017年5月10日播種，6月3日出苗，9月20日收獲。

1.2 測(cè)定指標(biāo)與方法

在馬鈴薯出苗后33 d（苗期）、48 d（塊莖形成期）、63 d（塊莖膨大期）、78 d（淀粉積累期）、93 d（成熟期）分別測(cè)定馬鈴薯單株葉面積、株高、株幅等形態(tài)指標(biāo)[8]，計(jì)算葉面積指數(shù);同時(shí)，取樣分器官測(cè)定單株莖、單株葉片、單株根、單穴塊莖等干質(zhì)量。馬鈴薯成熟后按小區(qū)單收，塊莖總鮮質(zhì)量記為總產(chǎn)量;對(duì)塊莖進(jìn)行分級(jí)，單薯質(zhì)量大于50 g為商品薯，小于50 g為非商品薯。商品薯率

=商品薯鮮質(zhì)量/薯塊總鮮質(zhì)量×100%[8]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用SPSS 22.0計(jì)算馬鈴薯冠層指標(biāo)及干質(zhì)量的平均值;同一時(shí)期的數(shù)據(jù)利用F檢驗(yàn)進(jìn)行單因素方差分析;冠層指標(biāo)與物質(zhì)積累量指標(biāo)的關(guān)系采用泊松（Pearson）相關(guān)分析;利用Excel 2010作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 連作馬鈴薯冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)

對(duì)輪作（CK）、1年連作（CP1）、2年連作（CP2）處理的馬鈴薯冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)進(jìn)行方差分析，結(jié)果（表1）顯示，在苗期、塊莖膨大期，CK、CP1、CP2間的株高、葉面積指數(shù)存在顯著差異;在其他關(guān)鍵生育時(shí)期，連作對(duì)馬鈴薯的株高、株幅、葉面積指數(shù)等指標(biāo)無顯著影響。

就株高而言，CK、CP1、CP2均在塊莖膨大期達(dá)到最大值，后期略有降低，塊莖形成期到塊莖膨大期，CK增加速率明顯高于CP1、CP2;在苗期，CK為47.3 cm，明顯高于CP1（38.3 cm）、CP2（40.8 cm），均達(dá)到極顯著差異;在塊莖膨大期，CK為74.2 cm，也高于CP1、CP2（表1、圖1）。就株幅而言，各處理均在塊莖膨大期達(dá)到最高值，CK、CP1、CP2分別為74.8、71.7、68.3 cm，后期均明顯下降;在同一生育期，CK、CP1、CP2間的株幅無顯著差異（表1、圖2）。就葉面積指數(shù)而言，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，各處理呈先增后減的變化趨勢(shì)，塊莖膨大期達(dá)到最大值，CK、CP1、CP2分別為1.00、1.02、0.69。與CK相比，CP1處理在苗期、塊莖形成期的葉面積指數(shù)顯著低于對(duì)照，達(dá)到顯著水平，其余各個(gè)時(shí)期差異不明顯;CP2處理的葉面積指數(shù)在各個(gè)時(shí)期均顯著低于對(duì)照（圖3）。

2.2 連作馬鈴薯干物質(zhì)積累情況

由表2可知，單株葉片干質(zhì)量除成熟期外，其余各個(gè)時(shí)期在CK、CP1、CP2間均有顯著差異，連作對(duì)馬鈴薯單株葉片干質(zhì)量有明顯影響;單穴塊莖干質(zhì)量在整個(gè)塊莖期處理間均有顯著差異;單株莖干質(zhì)量和根干質(zhì)量在整個(gè)生育期各處理間均無顯著差異;單株總干質(zhì)量除塊莖形成期外，其余各個(gè)時(shí)期在各處理間均存在顯著差異。

如表3所示，單株葉片干質(zhì)量隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。在苗期，CK葉片干質(zhì)量明顯高于CP1、CP2;在塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期，CK單株葉片干質(zhì)量明顯高于CP2，其中在塊莖膨大期CK、CP1、CP2分別為24.4、22.4、15.2 g。CK、CP1、CP2處理的單株塊莖干質(zhì)量隨生育期推進(jìn)明顯增大，而且CK明顯高于CP2，其中在淀粉積累期， CK、 CP1、 CP2分別為65.7、54.9、40.9 g。因此，單株總干質(zhì)量隨著生育進(jìn)程推進(jìn)有明顯增加的趨勢(shì)，呈現(xiàn)“S”形增長(zhǎng)規(guī)律，并且存在CK明顯高于CP2的現(xiàn)象，尤其在成熟期，CK單株總干質(zhì)量為163.1 g，CP1為114.9 g，CP2僅為91.5 g（表3）。說明連作能夠顯著影響生育期內(nèi)馬鈴薯的干物質(zhì)積累。

從表3還可知，在苗期與塊莖形成期，單株根、單株莖、單株葉片干質(zhì)量增加迅速;在塊莖膨大期后，植株的干物質(zhì)分配方向發(fā)生改變，以塊莖的干物質(zhì)積累為主，受連作影響，在淀粉積累期CK和 CP1塊莖干質(zhì)量占整株干質(zhì)量的57%，而CP2為53%。成熟期，CK處理約73%的干物質(zhì)積累在塊莖中;而CP2處理塊莖的干物質(zhì)積累約為60%。

2.3 連作馬鈴薯產(chǎn)量表現(xiàn)及其相關(guān)性分析

由圖4可知，馬鈴薯輪作、1年連作、2年連作總產(chǎn)量分別為17.9、14.3、7.7 t/hm2，三者之間差異明顯;輪作的商品薯率（88.0%）明顯高于2年連作（75.7%），與1年連作（85.7%）差異不明顯。由此可見，輪作馬鈴薯的商品薯產(chǎn)量遠(yuǎn)高于其1年連作、2年連作。

馬鈴薯冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)與單株各器官干質(zhì)量、單株總干質(zhì)量、總產(chǎn)量、商品薯率進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果顯示，株高與單株莖、單株葉片、單株根、單穴塊莖、單株總干質(zhì)量以及總產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，葉面積指數(shù)與單株葉片、單株根干質(zhì)量、總產(chǎn)量、商品薯率密切相關(guān);株幅僅與莖、葉干質(zhì)量有明顯相關(guān)（表4）。由此可見，冠層指標(biāo)與地上部器官的物質(zhì)積累量指標(biāo)、總產(chǎn)量明顯相關(guān)，可以把冠層指標(biāo)株高、葉面積指數(shù)作為預(yù)測(cè)連作馬鈴薯產(chǎn)量的關(guān)鍵指標(biāo)。

3 討論與結(jié)論

連作障礙在一些主糧作物、蔬菜中普遍存在[9]，連作后馬鈴薯形態(tài)發(fā)生變化，隨著連作年限延長(zhǎng)，馬鈴薯株高呈降低趨勢(shì)、單株主莖數(shù)減少、葉面積減小[10]。與本研究結(jié)果類似，輪作處理的株高、葉面積指數(shù)明顯高于2年連作，但與1年連作狀態(tài)下相比差異較小，說明連作對(duì)馬鈴薯冠層結(jié)構(gòu)的影響是累積效應(yīng)。

在物質(zhì)積累方面，馬鈴薯的單株葉片、單穴塊莖的干質(zhì)量以及單株總干質(zhì)量均整體表現(xiàn)出隨著連作年限增加而下降的趨勢(shì)，并且輪作顯著高于2年連作;尤其單穴塊莖干質(zhì)量差異更加明顯，從而奠定了總干物質(zhì)差異的基礎(chǔ)。因此，輪作的產(chǎn)量遠(yuǎn)高于1年連作、2年連作。這與劉星等關(guān)于1～5年連作馬鈴薯物質(zhì)積累的研究結(jié)果[11]一致。

作物冠層結(jié)構(gòu)影響著群體內(nèi)光照、溫度、二氧化碳濃度等的分布，進(jìn)而影響到作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成[7]。葉片是光合作用的主要器官，是形成產(chǎn)量最活躍的因素;光合產(chǎn)物的積累與群體光合面積（葉面積指數(shù)）密切聯(lián)系[12]。本研究結(jié)果也表明，馬鈴薯的株高、葉面積指數(shù)與干物質(zhì)積累量指標(biāo)、總產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。因此，大小合適的群體光合面積、合理的葉層結(jié)構(gòu)是形成高產(chǎn)的基礎(chǔ)。馬鈴薯連作后會(huì)出現(xiàn)植株變矮、葉面積變小的現(xiàn)象，因此所構(gòu)建的冠層結(jié)構(gòu)不合理，從而影響產(chǎn)量的形成。后繼研究可通過栽培措施調(diào)控冠層結(jié)構(gòu)，特別注意葉面積指數(shù)、光合勢(shì)、光合生產(chǎn)率、收獲指數(shù)和C/N的值等生理生化指標(biāo)的合理調(diào)控，從而減輕連作障礙。

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