增施CO2馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)變化研究

楊小華 吳靜 徐寶連

摘要 為探索出魯西南二季作區(qū)早春三膜栽培模式下增施CO2氣肥對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的影響，設(shè)計(jì)CK（不施CO2）和增施CO2（液化氣燃燒法）2個(gè)處理。每隔6 d收獲一次，隨機(jī)收獲3株，測(cè)定單株馬鈴薯株高、株幅、葉面積、植株鮮重和干物質(zhì)率、塊莖鮮重和干物質(zhì)率等指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明，隨著增施CO2量的增加，地上部生物量和葉面積比CK增長(zhǎng)顯著;單株塊莖增產(chǎn)極顯著，平均增幅達(dá)43.3%。

關(guān)鍵詞 馬鈴薯;CO2;生長(zhǎng);發(fā)育;動(dòng)態(tài)變化

中圖分類號(hào) S532 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A ?文章編號(hào) 0517-6611（2020）21-0162-03

Abstract To explore the effects of CO2 for threefilm mulching cultivation of potatoes in the early spring under the potato double cropping mode of Southwest Shandong Province. Two treatments， CK （without CO2） and CO2 （liquefied gas combustion method）， were designed in this experiment. Three plants were harvested randomly every six days. The dynamic changes of individual potato plant were determined， including plant height， plant width， leaf area， fresh weight and dry matter rate of aboveground part，fresh weight and dry matter rate of underground tuber. The results showed that the above ground biomass and leaf area increased significantly compared with CK， with the continuous application of CO2， and the yield of tuber per plant increased significantly， with an average increase of 43.3%.

Key words Potato;CO2;Growth;Development;Dynamic changes

基金項(xiàng)目 山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系薯類產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（SDAIT-16-15）。

作者簡(jiǎn)介 楊小華（1975—），女，山東濟(jì)寧人，農(nóng)藝師，從事蔬菜育種與栽培技術(shù)研究。

*通信作者，研究員，從事蔬菜育種與栽培技術(shù)研究。

收稿日期 2020-03-30

近年來(lái)，中原二季作區(qū)大、中棚和多膜覆蓋馬鈴薯栽培面積逐年擴(kuò)大，其中以魯西南地區(qū)三膜覆蓋模式越來(lái)越多。在現(xiàn)代設(shè)施種植中，由于空間相對(duì)密閉，空氣流通不暢，CO2缺乏現(xiàn)象較為嚴(yán)重，人為增施CO2已成為設(shè)施栽培的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。CO2是光合作用的重要原料之一，是光合作用得以進(jìn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]，設(shè)施黃瓜、番茄、辣椒以及葉菜類增施CO2可增強(qiáng)光合作用，使植株健壯，有效地提高作物品質(zhì)和產(chǎn)量[2-8]。但在魯西南二季作區(qū)三膜栽培模式下加施CO2氣肥，對(duì)馬鈴薯植株生長(zhǎng)發(fā)育變化動(dòng)態(tài)的研究鮮見報(bào)道，因此，筆者對(duì)山東省濟(jì)寧地區(qū)三膜栽培模式下的馬鈴薯進(jìn)行增施CO2氣肥，進(jìn)而測(cè)定馬鈴薯植株和塊莖相關(guān)性狀指標(biāo)的變化。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

供試馬鈴薯品種為“荷蘭15”G2代脫毒種薯，于內(nèi)蒙古基地繁種;供試肥料二氧化碳由ZC-3型大棚植物增產(chǎn)器（大連創(chuàng)科君英科技發(fā)展有限公司）燃燒液化氣的方式提供，可提供300 L/h CO2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2018年春季在山東濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院的馬鈴薯試驗(yàn)基地進(jìn)行，采用三膜覆蓋的栽培方式：地膜、拱棚膜、大棚膜三膜結(jié)合。試驗(yàn)設(shè)置增施CO2和CK（不增施CO2）2個(gè)處理，處理間用拱棚分開，1個(gè)拱棚即為1個(gè)處理，不設(shè)重復(fù)。每個(gè)處理種植面積為150 m2，行距為70 cm，株距為25 cm。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，開始增施CO2。一般情況下，增施時(shí)間在晴天的08：00—09：00，每日增施CO2氣肥1 h，然后閉棚1～2 h后放風(fēng)。陰雨天氣，停止增施。持續(xù)施CO2氣肥至氣溫升至25 ℃以上。增施CO2肥30 d后，即3月8日開始收獲調(diào)查，至4月19日，平均每隔6 d收獲一次，每次隨機(jī)收獲3株，進(jìn)行馬鈴薯單株指標(biāo)的測(cè)定：株高、株幅、葉面積、地上部分單株鮮重;地下莖長(zhǎng)度;單株塊莖數(shù)量和重量;單株地上部分和塊莖干物質(zhì)率。4月21日，植株葉片發(fā)黃時(shí)收獲。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

株高：用直尺測(cè)量植株地上部最高主莖的基部至生長(zhǎng)點(diǎn)的長(zhǎng)度（“農(nóng)作物種質(zhì)資源規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)∣第三次全國(guó)種質(zhì)資源普查與收集行動(dòng)—中國(guó)作物種質(zhì)資源”）。

株幅：用直尺測(cè)量的植株地上部分最大寬度。

葉面積：使用葉面積儀對(duì)葉片進(jìn)行拍照測(cè)量，并記錄統(tǒng)計(jì)單株葉面積[9]。

干物質(zhì)：植株地上部取樣清潔后，于105 ℃進(jìn)行樣品殺青，80℃下烘干至恒重后稱重[10]。塊莖切絲混勻，稱重取樣150 g，采取相同方法烘干測(cè)定其干物質(zhì)含量[10-11]。采用YMJ-A型號(hào)的葉面積測(cè)定儀（浙江托普儀器有限公司）測(cè)定葉面積;采用YP1201N電子天平（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）測(cè)定重量;采用DHG-9623A型號(hào)的電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）烘干植株地上部分和塊莖。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用Excel 2003處理并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 株高、株幅和地下莖長(zhǎng)度

由圖1可知，在整個(gè)調(diào)查過(guò)程中，隨著增施CO2，馬鈴薯不斷地生長(zhǎng)，植株株高和株幅呈不斷升高的趨勢(shì)，4月19日調(diào)查結(jié)果達(dá)最高;CK的變化趨勢(shì)與之相同。增施CO2的馬鈴薯植株株高均比CK顯著增加，最小增加幅度在21.6%以上，最大增幅達(dá)43.0%;植株的株幅比CK同樣有所增加，增長(zhǎng)幅度平均為5.5%。馬鈴薯地下莖長(zhǎng)度保持在10 cm左右，無(wú)顯著變化。說(shuō)明長(zhǎng)期增施CO2可以促進(jìn)馬鈴薯植株地上部分的生長(zhǎng)，提高植株的高度和寬度，擴(kuò)大植株的見光面積，以更好地吸收外界營(yíng)養(yǎng);馬鈴薯地下莖的生長(zhǎng)無(wú)顯著變化，不受CO2增加的影響。

2.2 側(cè)枝和塊莖數(shù)量

圖2表明，無(wú)論增施CO2與否，不同時(shí)期馬鈴薯的側(cè)枝數(shù)量基本保持在1～2個(gè)，與CK差別不大;同樣，增施CO2馬鈴薯的塊莖數(shù)量與CK基本持平，隨著植株的生長(zhǎng)有所增加，到生長(zhǎng)中期后，塊莖數(shù)量無(wú)顯著變化，塊莖數(shù)量在3個(gè)左右。說(shuō)明增施CO2對(duì)馬鈴薯的側(cè)枝和塊莖數(shù)量沒有太大影響。

2.3 葉面積

從圖3可以看出，在整個(gè)調(diào)查期內(nèi)，增施CO2和對(duì)照2個(gè)處理的馬鈴薯葉面積變化趨勢(shì)均表現(xiàn)為開口向下的拋物線形式。馬鈴薯生長(zhǎng)前期，葉面積呈逐漸增加趨勢(shì);在4月12日即馬鈴薯出苗60 d后，葉面積達(dá)最大值，之后呈下降趨勢(shì)。增施CO2的馬鈴薯葉面積顯著高于CK，增長(zhǎng)率最少為31.1%，最高則為80.6%。說(shuō)明通過(guò)增施CO2能夠顯著提高馬鈴薯的葉面積，至馬鈴薯生長(zhǎng)后期，地上器官逐漸衰老，植株葉面積有所下降。

2.4 鮮重

從圖4可以看出，在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中，增施CO2和CK 2個(gè)處理的馬鈴薯地上部鮮重，呈雙峰曲線變化趨勢(shì)。其中增施CO2的馬鈴薯植株鮮重在3月8日至3月15日表現(xiàn)為增長(zhǎng)趨勢(shì)，后逐漸下降至3月29日;自3月29日植株鮮重再次增長(zhǎng)，直至 4月12日達(dá)到最大值后，再次下降。且增施CO2的馬鈴薯地上部鮮重比CK增加顯著，增長(zhǎng)值在15.1%以上。另外，在馬鈴薯整個(gè)調(diào)查期內(nèi)，2個(gè)處理的塊莖產(chǎn)量整體處于增長(zhǎng)狀態(tài)，4月5日后塊莖產(chǎn)量增長(zhǎng)較快，至4月19日調(diào)查最后一次達(dá)到最大值。調(diào)查過(guò)程中，增施CO2的馬鈴薯塊莖產(chǎn)量均比CK較高，平均增加43.3%。3月8日，即施肥30 d后馬鈴薯塊莖產(chǎn)量為124.0 g，比對(duì)照增長(zhǎng)25.3%。截至4月19日，單株塊莖產(chǎn)量達(dá)最高，CK單株產(chǎn)量為427.9 g，增施CO2的馬鈴薯塊莖產(chǎn)量為662.3 g，比對(duì)照增加54.8%。

綜上，在整個(gè)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，地上部和塊莖生長(zhǎng)趨勢(shì)不受增施CO2的影響，但增施CO2可以明顯地促進(jìn)兩者的生長(zhǎng)，提高馬鈴薯植株的生長(zhǎng)速度，增加塊莖產(chǎn)量。

2.5 干物重

從圖5可以看出，增施CO2和CK 2個(gè)處理的植株干物質(zhì)含量，在調(diào)查前期增加較快，隨著植株生長(zhǎng)，干物質(zhì)率有一個(gè)先下降后增長(zhǎng)的過(guò)程。2個(gè)處理的馬鈴薯塊莖，調(diào)查前期增長(zhǎng)較快，變化顯著，隨著植株生長(zhǎng)，干物質(zhì)率有所增加，但增長(zhǎng)平緩，不顯著。植株和塊莖的干物質(zhì)率在2個(gè)處理間變化不大，增長(zhǎng)不顯著。

3 討論

3.1 地上部

CO2濃度倍增，在一定程度上可促進(jìn)小麥、棉花、大豆等作物植株生長(zhǎng)[12]。與對(duì)照相比，補(bǔ)施CO2的黃瓜株高增加了10.7%[13]。CO2施肥濃度在1 000 μL/L 以下，隨著濃度的增加，綠豆、黃豆、蕎麥和馬鈴薯形態(tài)指標(biāo)變化明顯，生長(zhǎng)越來(lái)越茂盛，植株也越來(lái)越高[14]。趙競(jìng)宇等[15]研究發(fā)現(xiàn)在整個(gè)生育時(shí)期內(nèi)，馬鈴薯植株株高呈隨生育進(jìn)程增加的趨勢(shì)，增施CO2濃度顯著影響植物的同化作用及生長(zhǎng)速度，促進(jìn)馬鈴薯植株的生長(zhǎng)，且隨著增施CO2量的增加，株高呈遞增趨勢(shì)。該試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在馬鈴薯整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中，隨著不斷地增施CO2，植株生長(zhǎng)旺盛，株高和株幅逐漸增大，地上部分鮮重呈先增長(zhǎng)再下降，而后再次增長(zhǎng)后下降的趨勢(shì)增加且增長(zhǎng)顯著。

在設(shè)施保護(hù)地栽培過(guò)程中研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)施CO2氣肥，能極顯著地提高茄果類和綠葉蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量[16]，即利于植株地上部生長(zhǎng)。這與該試驗(yàn)結(jié)果有部分相似，增施CO2的馬鈴薯地上部分鮮重生物量較對(duì)照增加顯著。

3.2 葉面積

CO2濃度升高后，谷子葉面積增加，而黃瓜和番茄植株葉面積的增加達(dá)顯著水平[13，17]。CO2施肥濃度在1 000 μL/L以下，隨著濃度的增加，綠豆、黃豆、蕎麥和馬鈴薯形態(tài)指標(biāo)變化明顯，葉面積也越來(lái)越大[18]。趙競(jìng)宇等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)增施CO2，不僅提高了馬鈴薯葉片的光合速率且具持續(xù)性，而且顯著提高了馬鈴薯植株的葉面積，增加光合面積和綠葉維持時(shí)間。該試驗(yàn)結(jié)果與以上研究相似，增施CO2的馬鈴薯葉面積均高于對(duì)照，使得馬鈴薯植株整體光合性能得以進(jìn)一步提升，為馬鈴薯產(chǎn)量的增加提供基礎(chǔ)。

隨著馬鈴薯生育進(jìn)程的推移，植株葉面積呈增加趨勢(shì)，增施CO2和對(duì)照2個(gè)處理變化趨勢(shì)相同，均在移苗后60 d達(dá)到最大值，60 d后隨著馬鈴薯地上器官的衰老，植株的葉面積呈降低趨勢(shì)[18]。與該試驗(yàn)結(jié)果相同，2個(gè)處理的馬鈴薯葉面積變化趨勢(shì)均表現(xiàn)為開口向下的拋物線形式，馬鈴薯生長(zhǎng)前期，增施CO2和對(duì)照葉面積呈逐漸增加趨勢(shì)，在4月12日（即出苗60 d）葉面積達(dá)到最大值，之后呈下降趨勢(shì)。

3.3 地下莖和塊莖

該試驗(yàn)中馬鈴薯地下莖長(zhǎng)度一般保持在10 cm左右，與培土深度基本一致，CO2的增施與否對(duì)馬鈴薯地下莖的生長(zhǎng)無(wú)顯著影響。另外在整個(gè)調(diào)查期內(nèi)，2個(gè)處理的馬鈴薯單株塊莖數(shù)呈遞增趨勢(shì)，受CO2增施的影響不顯著。而趙競(jìng)宇等[15]研究發(fā)現(xiàn)，隨著環(huán)境中CO2量的增加，增施CO2處理的單株結(jié)薯數(shù)顯著大于CK，與該試驗(yàn)結(jié)果有所不同。

適當(dāng)?shù)卦黾迎h(huán)境中CO2濃度，可持續(xù)提高馬鈴薯葉片光合速率、擴(kuò)大光合面積、延長(zhǎng)光合時(shí)間[18]，促使同化物質(zhì)向塊莖的轉(zhuǎn)移和貯存，從而增加馬鈴薯產(chǎn)量[19]。Kimball[20]研究指出，提高一定量的CO2濃度，作物平均減少了10%的蒸騰作用，其中C3作物生物量和產(chǎn)量均有增加，產(chǎn)量增加19%左右。該試驗(yàn)中增施CO2的馬鈴薯單株塊莖增產(chǎn)極顯著，平均增幅達(dá)43.3%。

3.4 干物重

CO2濃度倍增，有利于作物干物質(zhì)形成，無(wú)論地下還是地上部分以及總生物量基本上呈增加趨勢(shì)，其中根的增加較明顯[12]。補(bǔ)施CO2的黃瓜干物重增加了31.4%，達(dá)極顯著水平[13]。在施氮量固定的情況下，在播種后第130天，增施CO2的馬鈴薯全株干物質(zhì)質(zhì)量高于不增施CO2處理[21]。而該試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，植株和塊莖的干物質(zhì)含量在2個(gè)處理間變化不大，有所增長(zhǎng)，但不顯著。與前人的研究結(jié)果有所不同，這需要進(jìn)一步探索CO2對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的影響。

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