海南澄邁甘薯營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與土壤養(yǎng)分相關(guān)性研究

劉 健，婁運(yùn)生*，任麗軒，王 坤，邢鈺媛，李淑君，王 媛，湯麗玲，蘇 磊 *，楊建洲

(1.南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210044；2.南京信息工程大學(xué)江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210044；3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210095；4.農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中下游植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210095；5.江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210095；6.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北 廊坊 065000)

【研究意義】海南島“橋沙地瓜”甘薯是澄邁地理標(biāo)志農(nóng)產(chǎn)品，但其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)不穩(wěn)定不優(yōu)質(zhì)是當(dāng)前生產(chǎn)面臨的突出問(wèn)題。本文探討了不同質(zhì)地土壤理化性質(zhì)與甘薯品質(zhì)差異性的關(guān)系，以期為當(dāng)?shù)馗适砗侠矸N植和田間管理提供依據(jù)。【前人研究進(jìn)展】近年來(lái)，隨著科學(xué)飲食觀念增強(qiáng)，甘薯生產(chǎn)尤其是品質(zhì)日益受到重視。土壤養(yǎng)分對(duì)甘薯品質(zhì)有重要影響。Fernandes等(2020年)通過(guò)氮肥試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)維持最大塊根產(chǎn)量的礦質(zhì)氮素施用量不低于120 kg/hm2[1]。冉園園和劉洪斌提出重慶山地和丘陵區(qū)甘薯推薦氮磷鉀施肥量[2]。Mukhongo等(2017年)研究表明，氮磷鉀配施可顯著提高甘薯產(chǎn)量[3]。上述研究主要涉及施肥對(duì)甘薯產(chǎn)量的影響，但對(duì)品質(zhì)影響關(guān)注較少。盧會(huì)翔等研究發(fā)現(xiàn)，引起甘薯淀粉含量變化的基因型、環(huán)境、基因型與環(huán)境互作效應(yīng)以及環(huán)境與年份互作效應(yīng)均達(dá)顯著水平[4]?？扇苄蕴?、蛋白質(zhì)含量是甘薯重要營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)[5-7]，甘薯種植環(huán)境和年份對(duì)可溶性糖、蛋白質(zhì)含量的影響大于基因型影響，可能與土壤環(huán)境和氣象因素有關(guān)[8-9]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】不同土壤環(huán)境條件對(duì)甘薯品質(zhì)指標(biāo)的影響，還有待深入研究?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究重點(diǎn)明晰甘薯產(chǎn)區(qū)壤土、黏壤土和黏土中甘薯營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)穩(wěn)定和優(yōu)質(zhì)的條件。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于海南省澄邁縣北部沿海橋頭鎮(zhèn)，東北和西南邊界為海岸線，東西相距5322.22 m(109.93～109.98 °E)，南北相距3753.33 m(19.93～19.96 °N)。平均海拔7.03 m(-13.6～37.5 m)，地勢(shì)平坦開(kāi)闊，為海積平原。屬熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫24.0 ℃，年均降雨量1786.1 mm，雨熱同期且無(wú)霜凍。土壤以黏壤土為主，壤土和黏土為輔，其中黏壤土粘粒占比24%～36%，平均28%，粉粒占比0～20%，平均6%，砂粒占比44%～72%，平均67%；壤土粘粒占比12%～20%，平均18%，粉粒占比4%～24%，平均12%，砂粒占比64%～80%，平均70%；黏土粘粒占比36%～80%，平均51%，粉粒占比0～28%，平均14%，砂粒占比0%～64%，平均36%。pH平均為5.11，其中黏壤土為4.57～6.17，平均5.33；壤土為4.67～5.75，平均5.06；黏土為4.18～6.85，平均5.46。供試甘薯品種為甘薯高系-14號(hào)，采用常規(guī)壟作栽培技術(shù)，種植密度為0.15 m×0.80 m。

1.2 樣品采集和處理

在澄邁縣橋頭鎮(zhèn)甘薯核心產(chǎn)區(qū)選擇有代表性的甘薯田塊60塊，每塊農(nóng)田按蛇形采樣法采集0～20 cm耕層土壤，去除石塊枯葉等雜物，五點(diǎn)混合成一個(gè)樣本，共計(jì)60個(gè)土壤樣品，每樣品重約500 g。土樣經(jīng)自然風(fēng)干后，碾碎、過(guò)篩，用于測(cè)定有機(jī)質(zhì)、有效氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量。

在采集土樣的田塊，選取有代表性的甘薯植株，采集薯塊和地上部植株莖葉樣品，每個(gè)田塊采集3～5株，將甘薯薯塊切片烘干，用小型粉碎機(jī)磨碎，用于甘薯營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)測(cè)定。

1.3 測(cè)定分析方法

土壤樣品采用常規(guī)土壤農(nóng)化方法測(cè)定[10-11]，有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀氧化容量法；全氮用半微量開(kāi)氏法；銨態(tài)氮采用靛酚藍(lán)比色法；硝態(tài)氮采用酚二磺酸比色法；有效磷采用鉬銻抗比色法；速效鉀采用火焰光度法。土壤質(zhì)地采用吸管法測(cè)定。土壤pH用酸度計(jì)測(cè)定。參照全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將土壤養(yǎng)分肥力分級(jí)，一級(jí)為很豐，二級(jí)為豐富，三級(jí)為適量，四級(jí)為缺乏，五級(jí)為很缺，六級(jí)為極缺[12]。

總淀粉和直鏈淀粉含量分別用酶法和碘藍(lán)比色法測(cè)定[13]。甘薯可溶性糖含量測(cè)定采用銅還原-碘量法(參照GB/T37493—2019)。蛋白質(zhì)含量用開(kāi)氏法測(cè)定[10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和表格繪制， 采用SAS 9.4的CORR過(guò)程進(jìn)行相關(guān)系數(shù)計(jì)算、用Pearson法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和用REG過(guò)程的Linear Regression Model以0.05為顯著性條件進(jìn)行逐步線性回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分和甘薯品質(zhì)的差異分析

不同土壤質(zhì)地類別下土壤養(yǎng)分均值大小(表1)和土壤養(yǎng)分占比(表2)分析表明，壤土、黏壤土和黏土的有機(jī)質(zhì)平均值分別為40.44、29.44和37.44 g/kg，均高于適宜甘薯生長(zhǎng)的20 g/kg[14]，且適量及以上的土樣占比高達(dá)76%、62.96%和75%。壤土、黏壤土和黏土的全氮平均值分別為0.75、0.76和1.25 g/kg，適量及以上的土樣占比12%、22.22%和62.5%，速效氮平均值分別為117.57、115.09和139.36 mg/kg，適量及以上的土樣占比76%、51.86%和62.5%。壤土、黏壤土和黏土的有效磷均值分別為167.52、186.28和169.06 mg/kg，適量及以上的土樣占比均達(dá)100%。壤土、黏壤土和黏土的速效鉀均值分別為173.08、219.01和223.03 mg/kg，適量及以上的土樣占比分別達(dá)64%、81.48%和100%。

表1 不同土壤類別下土壤養(yǎng)分及其變化差異分析表

表2 不同質(zhì)地土壤養(yǎng)分豐缺狀況

由表1可知，壤土中銨態(tài)氮和pH變異系數(shù)最小，黏壤土中有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀變異系數(shù)最小，黏土中速效氮和硝態(tài)氮變異系數(shù)最小。盧會(huì)翔等在對(duì)影響甘薯品質(zhì)和環(huán)境效應(yīng)的研究中，將重慶不同縣區(qū)/品種甘薯的淀粉含量、適口性、蔓長(zhǎng)、莖粗、商薯率和產(chǎn)量等的變異系數(shù)總和大小進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為總變異系數(shù)小即該縣區(qū)/品種甘薯性狀穩(wěn)定[4]。本研究中黏壤土的土壤養(yǎng)分含量總變異系數(shù)最小，為315.71；其次為壤土，為361.19；最大為黏土，為392.50。土壤類別對(duì)全氮的影響差異顯著，黏土全氮含量顯著高于黏壤土和壤土。

由表3可知，壤土中直鏈淀粉、總淀粉、可溶性糖和蛋白質(zhì)變異系數(shù)最小，黏壤土中支鏈淀粉變異系數(shù)最小。壤土甘薯的品質(zhì)總變異系數(shù)最小，為78.28；其次為黏壤土，為87.63；最大為黏土，為100.92。不同土壤類別下甘薯品質(zhì)含量均值(Mean)大小分析表明，壤土中直鏈淀粉和可溶性糖含量最高，黏壤土中蛋白質(zhì)的含量最高，黏土中支鏈淀粉和總淀粉的含量最高。土壤類別對(duì)可溶性糖含量的影響差異顯著，壤土可溶性糖含量顯著高于黏土。

表3 不同土壤類別下甘薯品質(zhì)及其變化差異分析表

2.2 不同質(zhì)地土壤養(yǎng)分對(duì)甘薯品質(zhì)的影響

由表4可知，壤土甘薯直鏈淀粉含量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。除相關(guān)分析外，逐步回歸變量入選先后次序反映了各參數(shù)偏相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值大小，體現(xiàn)出對(duì)于因變量的相對(duì)重要性，陸國(guó)權(quán)用該法確定出快速黏度儀各參數(shù)中對(duì)甘薯食味總評(píng)起作用的主次影響因子為回復(fù)值和峰值時(shí)間[15]。以直鏈淀粉為因變量，土壤理化指標(biāo)為自變量進(jìn)行逐步線性回歸分析，第一步入選變量也為pH(表5)，說(shuō)明壤土甘薯直鏈淀粉的主要影響因子為土壤pH。

由表6可見(jiàn)，黏壤土甘薯直鏈淀粉與銨態(tài)氮呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與pH呈極顯著負(fù)相關(guān)，兩種相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值大小相等。逐步線性回歸分析第一步入選變量為銨態(tài)氮，第二步為pH(表5)，說(shuō)明黏壤土甘薯直鏈淀粉的主要影響因子為土壤銨態(tài)氮，其次為pH。黏壤土甘薯支鏈淀粉與土壤銨態(tài)氮呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系且絕對(duì)值最大，與有效磷和全氮均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與pH呈顯著正相關(guān)關(guān)系。逐步線性回歸分析第一步入選變量為銨態(tài)氮(表5)，說(shuō)明黏壤土甘薯支鏈淀粉的主要影響因子為土壤銨態(tài)氮。

表4 壤土理化性質(zhì)與甘薯品質(zhì)相關(guān)系數(shù)

表5 品質(zhì)逐步回歸

表6 黏壤土理化性質(zhì)與甘薯品質(zhì)相關(guān)系數(shù)

表7表明，黏土甘薯直鏈淀粉和有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)且絕對(duì)值最大，與硝態(tài)氮呈顯著正相關(guān)。逐步線性回歸分析第一步入選變量為有機(jī)質(zhì)(表5)，說(shuō)明黏土直鏈淀粉的主要影響因子為土壤有機(jī)質(zhì)。黏土甘薯支鏈淀粉和有機(jī)質(zhì)呈極顯著負(fù)相關(guān)且絕對(duì)值最大。逐步線性回歸分析第一步入選變量為有機(jī)質(zhì)(表5)，說(shuō)明黏土支鏈淀粉的主要影響因子為土壤有機(jī)質(zhì)。

3 討 論

直鏈淀粉直接影響淀粉加工品質(zhì)，是評(píng)價(jià)淀粉特征的重要指標(biāo)，一般認(rèn)為直鏈淀粉含量高，則甘薯粉絲品質(zhì)好[15-17]。Duan W等研究發(fā)現(xiàn)，施用150 kg/hm2氮素的冀薯25直鏈淀粉最高且差異顯著[18]，本研究發(fā)現(xiàn)種植于黏壤土中的甘薯直鏈淀粉含量主要受銨態(tài)氮的影響且呈正相關(guān)關(guān)系，可能與黏壤土中粘粒和砂粒占比居于壤土和黏土間，利于土壤保持合適的水分和氧氣，促進(jìn)根系對(duì)銨態(tài)氮的直接吸收利用，利于ADPG焦磷酸化酶和淀粉合酶的生成，從而促進(jìn)直鏈淀粉生成。硝態(tài)氮與甘薯直鏈淀粉含量相關(guān)性不顯著，可能與植物根系對(duì)銨態(tài)氮的吸收速率快于硝態(tài)氮二十倍有關(guān)[19]。另外發(fā)現(xiàn)，直鏈淀粉含量在壤土與pH呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，可能與壤土中粘粒含量最少和砂粒含量最多有關(guān)，造成土壤孔隙大，不利于土壤養(yǎng)分保持，這種情況下，pH高就表明質(zhì)子化的銨根離子少，通過(guò)銨載體進(jìn)入根系的銨態(tài)氮減少，最終會(huì)影響直鏈淀粉合成酶的生成。本研究發(fā)現(xiàn)，直鏈淀粉在黏土中與有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系?？赡芘c黏土中粘粒和粉粒含量最多，砂粒含量最少有關(guān)，造成土壤孔隙小，通氣透水性差，不利于葡萄糖-1-磷酸和相關(guān)酶的生成，抑制直鏈淀粉的產(chǎn)生。

高含量和長(zhǎng)鏈長(zhǎng)的支鏈淀粉粘度和穩(wěn)定性更高，是淀粉糊化的主因[20]。Duan W等研究發(fā)現(xiàn)，施氮可顯著降低支鏈淀粉含量[18]。甘薯品種Rainha Branca淀粉含量隨尿素水平的增加而降低，尿素水平為460 kg/hm2時(shí)淀粉含量最低[21]。本研究發(fā)現(xiàn)，甘薯支鏈淀粉含量在黏壤土中與銨態(tài)氮呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，可能與土壤特性使分支酶生成減少有關(guān)。

可溶性糖與口感密切相關(guān)，是甘薯重要的食用品質(zhì)和應(yīng)對(duì)逆境的重要物質(zhì)。柳洪鵑等研究發(fā)現(xiàn)，施腐植酸(大分子有機(jī)質(zhì))可顯著抑制塊根可溶性糖轉(zhuǎn)換相關(guān)酶活性，促進(jìn)淀粉水解，從而提高甘薯可溶性糖含量[22-23]。本研究發(fā)現(xiàn)種植于壤土中的甘薯可溶性糖含量顯著高于黏土，同時(shí)壤土中有機(jī)質(zhì)含量在三類土中最多，這可能與壤土中粘粒含量最少和砂粒含量最多有關(guān)，造成土壤孔隙大，影響可溶性糖相關(guān)酶活性，這有待進(jìn)一步研究.

表7 黏土理化性質(zhì)與甘薯品質(zhì)相關(guān)系數(shù)

4 結(jié) 論

海南省澄邁縣北部沿海橋頭鎮(zhèn)的壤土中粘粒含量最少和砂粒含量最多，甘薯營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)總變異系數(shù)最小；黏壤土中粘粒和砂粒占比居于壤土和黏土間，甘薯營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)總變異系數(shù)次小；黏土中粘粒和粉粒含量最多，砂粒含量最少，甘薯營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)總變異系數(shù)最大。

黏壤土中甘薯直鏈淀粉主要受銨態(tài)氮影響且呈顯著正相關(guān)關(guān)系，壤土中直鏈淀粉主要受pH影響且呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，黏土中直鏈淀粉主要受有機(jī)質(zhì)影響且呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。黏壤土中甘薯支鏈淀粉主要受銨態(tài)氮影響呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。壤土中甘薯可溶性糖顯著高于黏土。