現(xiàn)蕾期磷添加對(duì)菊芋塊莖產(chǎn)量及物質(zhì)分配規(guī)律的影響

沃 野， 黃佳媛， 楊 寧， 盧 軒， 林志玲， 趙力興， 李天琦， 高 凱*

(1.內(nèi)蒙古民族大學(xué)， 內(nèi)蒙古 通遼 028000； 2.興安盟農(nóng)牧科學(xué)研究所， 內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400； 3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

菊芋(HelianthustuberosusL.)又名洋勺、姜不辣(東北用名),洋姜等，菊科向日葵屬多年生草本植物，具有耐寒、耐旱、耐貧瘠、耐鹽堿等特性，在我國(guó)大部分地區(qū)均可種植[1-2]，以塊莖繁殖為主、莖直立，株高1～3 m，是新型能源植物[3-4]。菊芋地下塊莖中含有大量菊粉，占?jí)K莖干物質(zhì)的70%～90%[5]，是菊芋塊莖中碳水化合物的貯存形式，也是生產(chǎn)生物乙醇的主要原料[6]。市場(chǎng)對(duì)菊粉的需求不斷增長(zhǎng)，當(dāng)前主要任務(wù)是提高菊芋塊莖產(chǎn)量。有研究表明斷根可作為提高菊芋塊莖產(chǎn)量，朱鐵霞等[7]在菊芋現(xiàn)蕾期20 cm根系切割條件下地下塊莖產(chǎn)量最高，達(dá)到447.48 g·plant-1；李輝等[8]對(duì)‘青芋二號(hào)’進(jìn)行去花處理，減少了菊芋開(kāi)花所消耗的同化物(源)，對(duì)‘青芋二號(hào)’塊莖生物量(庫(kù))均有明顯影響，產(chǎn)量提高具體表現(xiàn)在塊莖數(shù)量、塊莖個(gè)頭和塊莖干重增加，雖然兩種方式均有效的提高塊莖產(chǎn)量，但大量種植需要耗費(fèi)較高的成本。有研究表明施肥、灌水均能明顯提高菊芋株高和產(chǎn)量[9]。施肥是當(dāng)前農(nóng)業(yè)應(yīng)用廣泛的一種農(nóng)藝措施，同時(shí)也是決定作物產(chǎn)量高低和品質(zhì)優(yōu)劣的重要因素。在氮、磷互作條件下，氮磷表現(xiàn)出協(xié)同促進(jìn)作用并加快營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向根和塊莖運(yùn)輸，使菊芋地下生物量能達(dá)到最高產(chǎn)量，使塊莖達(dá)到最優(yōu)品質(zhì)[10]；顧鑫等和朱鐵霞等[11-12]通過(guò)對(duì)菊芋進(jìn)行不同供氮水平處理發(fā)現(xiàn)，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段時(shí)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)優(yōu)先供應(yīng)地上器官，能增加植株開(kāi)展度和葉片數(shù)量，利于積累光合產(chǎn)物，在菊芋生殖階段，光合產(chǎn)物大量向地下運(yùn)輸，利于塊莖膨大，而有關(guān)菊芋磷肥處理的研究相對(duì)較少。磷作為植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的三大營(yíng)養(yǎng)元素之一[13]，它能參與葉綠體能量變化和代謝，光合同化力形成和光合碳循環(huán)，在光合作用中具有重要作用[14-15]。在菊芋生長(zhǎng)栽培管理中，磷肥能夠促進(jìn)莖葉干物質(zhì)積累并在現(xiàn)蕾期促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)元素向地下運(yùn)輸[16]。菊芋現(xiàn)蕾期開(kāi)始?jí)K莖形成，干物質(zhì)由上向下運(yùn)輸促進(jìn)塊莖膨大，貯存在莖葉中的光合產(chǎn)物量開(kāi)始大量向塊莖運(yùn)輸[17]。因此，本試驗(yàn)通過(guò)現(xiàn)蕾期施不同梯度磷肥來(lái)調(diào)控菊芋的物質(zhì)分配規(guī)律，對(duì)菊芋地下塊莖產(chǎn)量進(jìn)行研究，以期確定現(xiàn)蕾期菊芋物質(zhì)分配適宜的磷肥施用量，為科爾沁沙地菊芋栽培管理提供科學(xué)理論依據(jù)，對(duì)科爾沁沙地種植菊芋具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019—2020年在內(nèi)蒙古通遼市科爾沁區(qū)西遼河平原內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)(43°36′ N，122°2′ E，海拔178 m)進(jìn)行,該地為典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫6.4℃，極端最低溫-30.9℃,≥10℃積溫3 184℃，無(wú)霜期150 d；年均降水量約400 mm，生長(zhǎng)季(4-9月)降水量約占全年的90%。科爾沁沙地土壤為灰色草甸土，土壤有機(jī)質(zhì)含量為18.23 g·kg-1,堿解氮含量為62.41 mg·kg-1,速效磷含量為38.61 mg·kg-1,速效鉀含量為184.58 mg·kg-1,pH為8.2。試驗(yàn)地具有噴灌設(shè)備。

1.2 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

供試品種為當(dāng)?shù)匕灼ぞ沼?種子為上一年收獲塊莖)，選取重量為15～30 g，無(wú)病、無(wú)傷的塊莖作為種莖。于2019年5月種植，株距0.8 m，行距0.8 m，播種深度15 cm，待出苗后定株，拔節(jié)期和分蘗期進(jìn)行2次灌水(噴灌)，現(xiàn)蕾期和塊莖膨大期灌水(噴灌)2次，中耕除草2次。在菊芋營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)期追施尿素60 kg·hm-2、鉀肥75 kg·hm-2，在菊芋根頸0.4 m處表施；于菊芋現(xiàn)蕾期(2019年8月25日)以菊芋單株為研究對(duì)象，以單株莖稈為中心，以半徑40 cm培土5 cm，設(shè)置5個(gè)磷肥處理(CK：0 kg P2O5·hm-2;T1：37.5 kg P2O5·hm-2;T2：75 kg P2O5·hm-2;T3：112.5 kg P2O5·hm-2;T4：150 kg P2O5·hm-2)，每個(gè)處理重復(fù)5次，共25株，以地下根為中心，用撒施方式在半徑0.4 m范圍內(nèi)施肥，并在10月12日深挖30 cm全株取回。

1.3 生物量測(cè)定

地上生物量：用鐮刀齊地面刈割單株，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行莖、葉片和花的分離，在105℃烘箱中烘48 h后稱干重。

地下生物量：以菊芋地下根為中心，以半徑0.4 m畫(huà)圓深挖30 cm，取出地下塊莖和地下根系并用清水沖洗干凈，在105℃烘箱中烘48 h后稱干重。

其中地上生物量(g·plant-1)=莖稈生物量+花生物量+葉片生物量；地下生物量(g·plant-1)=根系生物量+塊莖生物量；總生物量(g·plant-1)=地上生物量+地下生物量；根系比重(%)=根系生物量/總生物量×100；莖比重(%)=莖稈生物量/總生物量×100；葉比重(%)=葉片生物量/總生物量×100；塊莖比重(%)=塊莖生物量/總生物量×100；根冠比=地下生物量干重/地上生物量干重；莖葉比=莖干重/葉干重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2013對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，DPS 7.05進(jìn)行單因素方差分析，用單因素方差分析法進(jìn)行多重比較，P<0.05為差異顯著，采用Excel制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同磷肥施用量對(duì)菊芋生物量的影響

由圖1可知，地下生物量、地上生物量和總生物量均隨磷肥施加量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì)，地下生物量各處理均值為CK：54.10 kg·hm-2，T1：109.15 kg·hm-2，T2：112.85 kg·hm-2，T3：75.91 kg·hm-2，T4：69.13 kg·hm-2，其大小順序?yàn)椋篢2>T1 >T3 >T4>CK，且T2顯著高于CK,T3和T4處理(P<0.05)，T1與T2無(wú)顯著差異；地上生物量各處理值為CK：150.02 kg·hm-2，T1：188.11 kg·hm-2，T2：352.32 kg·hm-2，T3：299.84 kg·hm-2，T4：189.59 kg·hm-2，T2處理的地上生物量最大，并顯著高于CK，T1和T4(P<0.05)，T2與T3無(wú)顯著差異；菊芋總生物量隨著磷肥施用量的增加呈現(xiàn)出先上升再下降的變化趨勢(shì)，且T2處理顯著高于其他處理(P<0.05)。

圖1 不同磷肥施用量對(duì)菊芋生物量的影響

2.2 不同磷肥施用量對(duì)菊芋各器官生物量的影響

由表1可知，磷肥施用量顯著影響菊芋的葉片重、莖重和塊莖重(P<0.05)，但對(duì)根重影響不顯著。隨著磷肥施用量的增加，葉片重呈出先下降再上升再下降的變化趨勢(shì)，其中T2處理葉片重最大，與CK,T1,T4差異顯著(P<0.05)；莖重隨著磷肥施用量的增加表現(xiàn)為升高—降低的變化趨勢(shì)，在T2處理下達(dá)到最大值，T2顯著高于CK和T4處理(P<0.05)；塊莖重隨著磷肥施用量的增加呈現(xiàn)出先上升再下降的變化趨勢(shì)，其大小順序?yàn)椋篢1>T2>T3>T4>CK，T1和T2處理顯著高于CK和T4處理(P<0.05)。

表1 不同磷肥施用量對(duì)菊芋各器官生物量的影響

2.3 不同磷肥施用量對(duì)根冠比和莖葉比的影響

由圖2可知，菊芋莖葉比和根冠比均隨著磷肥施用量的增加呈升高—降低—升高的變化趨勢(shì)，均在T1處理時(shí)最大，其中莖葉比最大值為3.45，根冠比最大值為0.58，T1與CK，T2，T3和T4處理的莖葉比和根冠比差異顯著(P<0.05)。

圖2 不同磷肥施用量對(duì)菊芋根冠比和莖葉比的影響

2.4 不同磷肥施用量對(duì)菊芋各器官比重的影響

由表2可知，隨著磷肥施用量的增加葉片比重呈下降—升高—下降的變化趨勢(shì)，在T3處理下達(dá)到最大值，顯著高于CK,T1和T4處理(P<0.05)，T1處理顯著低于各處理(P<0.05)；隨著磷肥施用量的增加根系比重呈現(xiàn)下降—升高的變化趨勢(shì)，其中CK處理顯著高于T2,T3處理(P<0.05)，CK,T1和T4處理無(wú)顯著差異；隨著磷肥施用量增加塊莖比重的大小順序?yàn)椋篢1>T2>T4>T3>CK，其中T1塊莖比重顯著高于CK，T2,T3和T4處理(P<0.05)，CK，T2，T3和T4處理間無(wú)顯著差異；磷肥施用量的增加對(duì)莖比重?zé)o顯著影響。

表2 不同磷肥施用量對(duì)菊芋各器官比重的影響

3 討論

磷肥是提升作物品質(zhì)及產(chǎn)量的有效途徑之一[18]，但使用時(shí)需注意磷肥的施用量。本試驗(yàn)在菊芋發(fā)育后期隨著磷肥施用量的增加，塊莖生物量逐漸降低，可能原因是施磷導(dǎo)致莖葉早衰轉(zhuǎn)運(yùn)到塊莖中的同化物減少，這與鐘啟文[17]在青海省農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所試驗(yàn)基地對(duì)菊芋高施磷研究結(jié)果一致。各學(xué)者研究地區(qū)土壤地質(zhì)不同，環(huán)境條件差異大，也可能導(dǎo)致研究結(jié)果不同。趙孟良等[19]在騰格里沙漠對(duì)菊芋進(jìn)行不同水平供磷處理，試驗(yàn)研究結(jié)果表明，不同供磷水平下菊芋塊莖產(chǎn)量差異不顯著，而本研究在磷肥施用量為37.5 kg P2O5·hm-2處理下塊莖產(chǎn)量最高。本試驗(yàn)研究結(jié)果與其不一致，造成這種差異可能與地理?xiàng)l件有關(guān)。本試驗(yàn)可以通過(guò)現(xiàn)蕾期施磷肥調(diào)控不同部位產(chǎn)量，要想獲得較多的葉片和莖稈作為動(dòng)物飼料時(shí)，科爾沁沙地最適磷肥施用量為75 kg P2O5·hm-2，要想獲得較多的菊粉、菊糖等工業(yè)原料就要促進(jìn)地下塊莖的產(chǎn)量，科爾沁沙地最適磷肥施用量為37.5 kg P2O5·hm-2。本研究發(fā)現(xiàn)，磷肥施用量在75 kg P2O5·hm-2和112.5 kg P2O5·hm-2處理下的根冠比和莖葉比值較低時(shí)，地上生物量積累明顯較高，造成該情況的原因可能是現(xiàn)蕾期該磷肥施用量促進(jìn)了菊芋葉片的伸長(zhǎng)，同時(shí)提高了菊芋抗旱能力，保持葉片水分，減少了菊芋枯葉量同時(shí)使葉片的光合作用時(shí)間延長(zhǎng)，從而提高地上生物量。

本研究發(fā)現(xiàn)菊芋現(xiàn)蕾期莖比重較小，這可能和后期塊莖膨大期需要更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，莖將自身營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移至塊莖有關(guān)。而現(xiàn)蕾期磷肥施用量為37.5 kg P2O5·hm-2時(shí)，葉片比重低，地下塊莖的產(chǎn)量高，這可能和葉作為源向塊莖庫(kù)輸入大量光合產(chǎn)物有關(guān)。因此，在不影響植物正常生長(zhǎng)發(fā)育條件下通過(guò)人工去葉片降低葉比重，可以使菊芋地下生物量的產(chǎn)量增加[20]。菊芋的塊莖比重隨著磷肥施用量的增加逐漸升高再降低，雖然現(xiàn)蕾期施磷肥起到了促進(jìn)菊芋塊莖膨脹的作用，但菊芋的塊莖比在37.5 kg P2O5·hm-2達(dá)到峰值，這與張靜等人在馬鈴薯方面研究結(jié)果一致[21]，當(dāng)肥料超過(guò)一定限度后，隨著施肥量增加種薯產(chǎn)量呈遞減趨勢(shì)。本研究在37.5 kg P2O5·hm-2處理下菊芋塊莖達(dá)到峰值也與土壤速效磷含量較高有關(guān)(38.61 mg·kg-1)。本試驗(yàn)以菊芋單株為單位進(jìn)行了研究，生產(chǎn)上群體較大，是否與單株試驗(yàn)結(jié)果一致，仍需要繼續(xù)研究。種植少量菊芋，可以通過(guò)人工撒施進(jìn)行施肥，而菊芋現(xiàn)蕾期株高2 m以上，生產(chǎn)追肥方式仍需探討。

4 結(jié)論

現(xiàn)蕾期磷添加能使菊芋物質(zhì)分配轉(zhuǎn)變，提高菊芋塊莖產(chǎn)量。在科爾沁沙地，菊芋現(xiàn)蕾期隨著磷肥施用量的增加莖葉比和根冠比呈升高-降低-升高趨勢(shì)，且莖葉比和根冠比均在磷肥施用量為37.5 kg P2O5·hm-2處理達(dá)到最高值；想獲得較多的葉片和莖稈作為動(dòng)物飼料，菊芋現(xiàn)蕾期最適磷肥施用量為75 kg P2O5·hm-2；想獲得較多的塊莖，菊芋現(xiàn)蕾期磷肥最適量為37.5 kg·hm-2。