施用磷石膏對(duì)馬鈴薯塊莖保護(hù)酶活性及產(chǎn)量的影響

曹鳴宇，趙晶晶，張麗

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)理學(xué)院，大慶 163319；2.重慶三峽學(xué)院生物與食品工程學(xué)院）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）為茄科茄屬一年生塊莖草本植物，別名洋番芋、山藥蛋土豆等[1]。馬鈴薯是繼水稻、小麥、玉米之后的世界第四大作物[2]，也是人類食品及工業(yè)淀粉的重要來(lái)源作物[3]。目前，我國(guó)馬鈴薯整體生產(chǎn)水平較低，產(chǎn)量不高，且先進(jìn)的實(shí)用栽培技術(shù)和基礎(chǔ)栽培理論均較欠缺。因此，開(kāi)展馬鈴薯高產(chǎn)栽培技術(shù)及理論研究，可充分發(fā)揮馬鈴薯的生產(chǎn)潛力，節(jié)約生產(chǎn)資源，降低生產(chǎn)成本。磷石膏（簡(jiǎn)稱為PG）是磷肥、磷酸生產(chǎn)時(shí)排放出的固體廢棄物[4]。磷石膏含CaSO4達(dá)70.5%，其主要成分為Ca和S元素。Ca和S同屬農(nóng)作物所需的中量元素，施入酸性土壤后，Ca能中和土壤酸度，消除鋁離子的毒害，增加土壤養(yǎng)分的有效性，改善土壤的物理性質(zhì)。將磷石膏應(yīng)用在馬鈴薯生產(chǎn)上，可為提高馬鈴薯產(chǎn)量提供有效途徑，也對(duì)推動(dòng)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展及保證我國(guó)糧食安全具有重要意義。

相關(guān)研究表明，土壤施用磷石膏可改良土壤，進(jìn)而增加作物產(chǎn)量。施用磷石膏均顯著提高小麥及后作玉米的產(chǎn)量，同時(shí)緩坡土上施用磷石膏可有效減輕土壤流失[5]。不同用量的磷石膏對(duì)作物產(chǎn)量均有增產(chǎn)效果，且差異達(dá)顯著水平[6]；此外，花卉、草坪、樹(shù)木等的種植成活率可提高9.8%～10.0%。一定劑量的磷石膏作為農(nóng)用多元素添加劑，可提高玉米出苗率，顯著增加產(chǎn)量[7]。施用磷石膏能提高水稻秧苗抗性酶的活性，進(jìn)而提高水稻產(chǎn)量[8]。由于磷石膏能夠有效降低酸性土壤中鋁對(duì)作物的毒害且能供給作物更多的鈣和硫，施用磷石膏可提高一些田間作物的產(chǎn)量[9]。在棉花種植中施用磷石膏，增產(chǎn)可達(dá)6%以上[10]。近幾年，磷石膏在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也逐漸增多且取得了不錯(cuò)效果，但將磷石膏應(yīng)用在馬鈴薯生產(chǎn)中的研究還鮮見(jiàn)報(bào)道。針對(duì)黑龍江省馬鈴薯生產(chǎn)實(shí)際中鈣營(yíng)養(yǎng)和硫營(yíng)養(yǎng)相對(duì)缺乏的實(shí)際，將不同用量的磷石膏施入土壤，探討磷石膏對(duì)馬鈴薯保護(hù)酶活性、生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響，篩選出可提高馬鈴薯產(chǎn)量的最佳磷石膏施用量，為將磷石膏應(yīng)用于馬鈴薯生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試馬鈴薯品種為克新1號(hào)（K1）和克新18號(hào)（K18）。

克新1號(hào)：黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所于1958年以374-128為母本、Epoka為父本，經(jīng)有性雜交系統(tǒng)選育而成，原系譜號(hào)克5922-55。株型直立，分枝數(shù)量中等，莖粗壯，葉片肥大。株高70 cm左右?；ü诘仙?，花粉不育，雌蕊敗育，不能天然結(jié)實(shí)和作雜交親本。塊莖橢圓形，大而整齊，白皮，白肉，芽眼深淺中等。結(jié)薯早而集中，塊莖膨大快。

克新18號(hào)：黑龍江省農(nóng)科院馬鈴薯研究所用Epoka做母本、374-128做父本經(jīng)有性雜交育成，原系譜號(hào)7612-17。晚熟品種，株型直立，株高60厘米，株叢繁茂，莖粗壯，復(fù)葉肥大，葉色濃綠，莖綠帶褐色?；ü谏钭霞t色，開(kāi)花期長(zhǎng)，結(jié)實(shí)性差。單株結(jié)薯5～7個(gè)，大、中薯率85%以上，薯塊大而整齊，結(jié)薯集中。薯塊圓型，薯皮黃色、光滑，薯肉淡黃色，芽眼較淺，商品性好。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年在克山農(nóng)場(chǎng)科技園區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤類型為微酸性土壤，地勢(shì)平坦，肥力均勻，前茬作物小麥，春起壟。2018年試驗(yàn)田0～20 cm耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況如下：有機(jī)質(zhì)含量4.17%、堿解氮 252 mg·kg-1、有效磷 22.3 mg·kg-1、速效鉀235 mg·kg-1、pH 6.4。設(shè)置 3 個(gè)磷石膏施用劑量，分別為 L1：75 kg·hm-2，L2：225 kg·hm-2，L3：450 kg·hm-2，以空白L0為對(duì)照。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，常規(guī)密度（株距15 cm），每小區(qū)行長(zhǎng)5 m，6條壟（壟距0.80 m），小區(qū)面積24 m2，過(guò)道0.5 m，4次重復(fù)，共32個(gè)小區(qū)，5月11日播種，設(shè)置保護(hù)行。施肥、除草、病蟲(chóng)害控制等與常規(guī)生產(chǎn)一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

于馬鈴薯開(kāi)花盛期測(cè)定葉片葉綠素含量和株高，收獲測(cè)產(chǎn)取樣方法：收獲時(shí)，各小區(qū)隨機(jī)選取連續(xù)的2 m2（即2.5 m）收獲，記錄收獲株數(shù)，測(cè)定產(chǎn)量，折算成單株產(chǎn)量。大、中、小薯劃分標(biāo)準(zhǔn)為：?jiǎn)问碇卮笥?00 g為大薯，單薯重大于50 g小于100 g為中薯，單薯重小于50 g為小薯。按下列公式計(jì)算產(chǎn)量：

產(chǎn)量（kg·hm-2）=單株產(chǎn)量×公頃株數(shù)

酶的取樣方法：取收獲后大小均勻無(wú)病的馬鈴薯塊莖，用打孔器取多個(gè)去皮塊莖混勻，用分析天平稱取2 g，準(zhǔn)確記錄質(zhì)量，儲(chǔ)于-40℃冰箱中用于酶活性的測(cè)定。

葉綠素含量的測(cè)定，使用SPAD-502 Plus便攜式葉綠素儀測(cè)定。

保護(hù)酶活性的測(cè)定方法參考李合生的試驗(yàn)指導(dǎo)[11]有改動(dòng)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

用Excel 2003進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的處理及制表，用SPSS（21.0版）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用磷石膏對(duì)馬鈴薯塊莖中MDA含量的影響

如圖1所示，施用磷石膏對(duì)馬鈴薯塊莖中MDA含量的影響。對(duì)于克新1號(hào)，隨著磷石膏施用量的增加，塊莖中MDA含量一直降低，各處理含量與對(duì)照L0-K1差異達(dá)到極顯著水平，且磷石膏施用量越多，MDA含量越低。對(duì)于克新18號(hào)，呈現(xiàn)降低-升高的變化規(guī)律，L2-K18處理MDA含量達(dá)到最低，同時(shí)所有處理與對(duì)照L0-K18相比，MDA含量均達(dá)到極顯著水平。從品種來(lái)看，在磷石膏施用量相同的情況下，克新18號(hào)塊莖中MDA含量均高于克新1號(hào)，說(shuō)明品種不同，MDA含量不同，因此克新1號(hào)抗性更好，有利于高產(chǎn)。

圖1 施用磷石膏對(duì)馬鈴薯塊莖中MDA含量的影響Fig.1 Effect of application phosphogypsum on the content of MDA in different sowing date of potato tubers

2.2 施用磷石膏對(duì)馬鈴薯塊莖中SOD活性的影響

SOD是自由基清除劑，能清除具有毒性損壞細(xì)胞的超氧陰離子自由基。提高SOD活性可以提高植物的抗逆性[12]。如圖2所示，為施用磷石膏對(duì)馬鈴薯塊莖中SOD活性的影響。兩品種SOD活性呈現(xiàn)相同規(guī)律，均為升高—降低—再降低的趨勢(shì)，但都較對(duì)照高。對(duì)于克新1號(hào)，各處理的SOD活性與對(duì)照相比，均達(dá)到極顯著水平。對(duì)于克新18號(hào)，L1-K18和L2-K18處理與對(duì)照差異達(dá)到據(jù)顯著水平，而L3-K18處理與對(duì)照無(wú)顯著性差異。

圖2 施用磷石膏對(duì)馬鈴薯塊莖中SOD活性的影響Fig.2 Effect of application phosphogypsum on the content of SOD in different sowing date of potato tubers

2.3 施用磷石膏對(duì)馬鈴薯塊莖中POD活性的影響

馬鈴薯塊莖中POD活性增強(qiáng)，能使組織中所含的某些碳水化合物轉(zhuǎn)化成木質(zhì)素，增加木質(zhì)化程度，從而提高植物抗逆性[13]。如圖3所示，為施用磷石膏對(duì)馬鈴薯塊莖中POD活性的影響。兩品種塊莖中POD活性均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，同時(shí)兩品種都是L2處理POD活性達(dá)到最高，且差異性達(dá)到極顯著水平。從兩品種來(lái)看，在磷石膏施用量相同的情況下，克新18號(hào)的POD活性均高于克新1號(hào)，證明品種間是存在差異的，克新18號(hào)塊莖中POD活性更強(qiáng)。

圖3 施用磷石膏對(duì)馬鈴薯塊莖中POD活性的影響Fig.3 Effect of application phosphogypsum on the content of POD in different sowing date of potato tubers

2.4 施用磷石膏對(duì)盛花期馬鈴薯葉綠素含量的影響

如表1所示，為施用磷石膏對(duì)盛花期馬鈴薯葉綠素含量的影響。對(duì)于克新1號(hào)來(lái)說(shuō)，葉綠素含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，各處理的葉綠素含量與對(duì)照相比，差異均達(dá)到了極顯著水平，但處理間無(wú)明顯差異；經(jīng)相關(guān)性分析，在1%水平，磷石膏施用量與葉綠素含量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.790。對(duì)于克新18號(hào)，葉綠素含量同樣是依次升高的，其中L3-K18和L2-K18處理的葉綠素含量與對(duì)照相比，差異達(dá)到了顯著水平，只有L1-K18處理差異不顯著；經(jīng)相關(guān)性分析，在1%水平，磷石膏施用量與葉綠素含量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.812。

表1 施用磷石膏對(duì)馬鈴薯葉綠素含量的影響Table 1 Effect of application phosphogypsum on the chlorophyll content of potato

2.5 施用磷石膏對(duì)盛花期馬鈴薯株高的影響

如表2所示，為施用磷石膏對(duì)盛花期馬鈴薯株高的影響。對(duì)于克新1號(hào)，隨著磷石膏施用量的增加株高呈上升趨勢(shì)，各處理與對(duì)照相比，差異均達(dá)到了極顯著水平，經(jīng)相關(guān)性分析，在1%水平，磷石膏施用量與株高呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.871。對(duì)于克新18號(hào)，株高變化與克新1號(hào)呈現(xiàn)相同的規(guī)律，同樣差異性均達(dá)到了極顯著水平，經(jīng)相關(guān)性分析，在1%水平，磷石膏施用量與株高呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.816。

2.6 施用磷石膏對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量性狀的影響

2.6.1 施用磷石膏對(duì)馬鈴薯商品性狀的影響

如表3所示，為施用磷石膏對(duì)馬鈴薯商品性狀的影響。對(duì)于兩品種來(lái)說(shuō)，磷石膏施用量與單株結(jié)薯數(shù)呈正相關(guān)，且L1-K1處理與對(duì)照差異達(dá)到了顯著水平，L2-K1、L3-K1、L2-K18 和 L3-K18 處理與對(duì)照差異達(dá)到了及顯著水平；施用磷石膏的處理，均提高了大薯和中薯數(shù)目及比例，小薯比例均降低，因此可以提高馬鈴薯產(chǎn)量。

表3 施用磷石膏對(duì)馬鈴薯商品形狀的影響Table 3 Effect of application phosphogypsum on the commodity character of potato

2.6.2 施用磷石膏對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

如表4所示，為施用磷石膏對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響。對(duì)于克新1號(hào)，處理與對(duì)照的產(chǎn)量大小順序?yàn)長(zhǎng)3-K1＞L1-K1 ＞L2-K1＞L0-K1，且各處理與對(duì)照相比，差異均達(dá)到了極顯著水平，其中L3-K1處理增產(chǎn)效果最為明顯，增產(chǎn)率達(dá)到65.09%；經(jīng)相關(guān)性分析，在1%水平，磷石膏施用量與產(chǎn)量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.827。對(duì)于克新18號(hào)，L2-K18處理增產(chǎn)量最大，增產(chǎn)率為59.11%，各處理與對(duì)照相比，差異均達(dá)到極顯著，經(jīng)相關(guān)性分析，在5%水平，磷石膏施用量與產(chǎn)量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.516。

表4 施用磷石膏對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響Table 4 Effect of application phosphogypsum on the yield for potato

3 討論

3.1 施用磷石膏對(duì)馬鈴薯塊莖中保護(hù)酶活性的影響

植物體內(nèi)MDA是脂質(zhì)過(guò)氧化的主要產(chǎn)物之一，它的積累是活性氧毒害作用的表現(xiàn)，是膜脂過(guò)氧化作用的指標(biāo)[14]。研究表明，施用磷石膏后均降低了兩個(gè)馬鈴薯品種塊莖中的MDA含量，其中K1的L30處理和K18的L15處理的NDA含量達(dá)到最低，效果最佳。曲東等[15]研究結(jié)果：硫處理可降低玉米葉片中MDA含量，研究磷石膏的主要成分就是硫，兩者有異曲同工的效果。

超氧化物歧化酶（SOD）是一種抗性酶，其活性高低與植物抗性大小有一定的相關(guān)性。當(dāng)外來(lái)脅迫導(dǎo)致活性氧大量產(chǎn)生時(shí)，它能及時(shí)有效清除自由基[16]，保護(hù)細(xì)胞免受氧化脅迫的傷害。研究顯示，施用磷石膏均提高了兩品種塊莖中SOD活性，且都是L5處理提高SOD活性最為明顯，佟玉欣等[8]研究結(jié)果：磷石膏處理明顯提高了水稻秧苗SOD活性結(jié)果相符。

過(guò)氧化物酶（POD）是一種含鐵的金屬蛋白質(zhì)，是植物體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的組成部分，可以清除體內(nèi)H2O2，具有抵御組織細(xì)胞發(fā)生膜質(zhì)過(guò)氧化的作用[17]。研究得出，施用磷石膏可提高馬鈴薯塊莖中POD活性，且L15處理效果達(dá)到最佳，與前人研究[8]得出的結(jié)論：磷石膏處理有效提高水稻秧苗POD活性：有硫處理的較無(wú)硫處理的MDA含量低相類似。

研究表明，施用磷石膏后有效降低了馬鈴薯塊莖中MDA含量，提高了SOD和POD活性，減少了逆境條件下某些有害物質(zhì)和過(guò)氧化物大量積累對(duì)植物體的傷害，提高了保護(hù)酶系統(tǒng)清除有害物質(zhì)的能力，進(jìn)而為馬鈴薯抵抗逆境和高產(chǎn)奠定了一定基礎(chǔ)。

3.2 施用磷石膏對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響

葉綠素含量的高低，反應(yīng)植物進(jìn)行光合作用能力的強(qiáng)弱，只有葉綠素含量提高了，植物光合作用才會(huì)增強(qiáng)，進(jìn)而促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育和提高產(chǎn)量。研究得出，施用磷石膏后，提高了馬鈴薯葉片中葉綠素含量，并且隨著磷石膏施用量的增加，葉綠素含量逐漸提高，目前還沒(méi)有相關(guān)的報(bào)道。

馬鈴薯株高在50～60 cm之間最適宜，有利于生長(zhǎng)又不易倒伏。研究得出，施用磷石膏后，提高了葉綠素含量，進(jìn)而促進(jìn)植株生長(zhǎng)，自然會(huì)增加株高，且處理與對(duì)照的差異達(dá)到了極顯著水平，這與前人研究[10]：3種土壤調(diào)理劑均可有效促進(jìn)棉花的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)相一致。

馬鈴薯是糧食和蔬菜兩用作物[18-20]，隨著馬鈴薯即將納入主糧化，對(duì)馬鈴薯的需求量越來(lái)越大，高產(chǎn)成為馬鈴薯生產(chǎn)最終目的越來(lái)越迫切[21]。施用磷石膏后，提高了馬鈴薯大中薯比率，進(jìn)而明顯提高了產(chǎn)量，這與前人[10]研究結(jié)果：3種土壤調(diào)理劑對(duì)棉花增產(chǎn)效果明顯有異曲同工之效，為生產(chǎn)實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)。

研究?jī)H針對(duì)磷石膏的不同施用量條件下進(jìn)行試驗(yàn)，其他因素如施用時(shí)期、施用深度、施用方式、與其他肥料配合施用等對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響有待進(jìn)一步探討。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明，施用磷石膏后，增加了馬鈴薯株高，兩品種的L3處理效果最佳；提高了葉片中葉綠素的含量，同樣是L3處理達(dá)到最高；提高了馬鈴薯塊莖中保護(hù)酶的活性，兩個(gè)品種類似，L2處理的SOD活性最高，L3處理的MDA含量最低，L3處理的POD活性最高；對(duì)產(chǎn)量的影響也極為顯著，L3-K1和L2-K18處理增產(chǎn)幅度最大。