深松對葉叢生長期甜菜形態(tài)結(jié)構(gòu)特性及生物量積累特性的影響

阿不都卡地爾·庫爾班，陳友強(qiáng)，劉華君，潘竟海，李小惠，林 明，魯偉丹，白曉山，董心久，李思忠

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，烏魯木齊 830091；2.伽師奧都農(nóng)業(yè)有限公司，新疆伽師 844300)

0 引 言

【研究意義】甜菜(BetavulgarisL.)是世界制糖工業(yè)的主要原料之一[1]，也是我國主要的經(jīng)濟(jì)作物之一[2]。新疆甜菜種植區(qū)域作為我國三大甜菜種植區(qū)域之一[3]，甜菜種植面積不斷向南疆溫?zé)釁^(qū)擴(kuò)大。新疆南疆長年以鏵式犁的翻耕制度及高強(qiáng)度機(jī)械作業(yè)，加劇了農(nóng)田耕作層淺化，犁底層加厚，形成不合理耕層結(jié)構(gòu)[4]，制約了作物生長發(fā)育與高產(chǎn)高效[5]。研究不同耕層結(jié)構(gòu)對作物生長的影響，合理優(yōu)化和改良耕層結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造有利于作物生長發(fā)育和作物持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的土壤環(huán)境[6]。【前人研究進(jìn)展】植物生長環(huán)境的差異導(dǎo)致植株形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的差異[7]，深松作為保護(hù)性耕作之一，能夠打破犁底層的致密結(jié)構(gòu)，加深耕層厚度，形成合理耕層結(jié)構(gòu)[8-9]。深松深度超過犁底層，能夠疏松土壤、提高土壤孔隙度、改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、加厚耕層、有利于根系對深層土壤中養(yǎng)分和水分的吸收利用，且能使植物根系形態(tài)優(yōu)化，進(jìn)而促進(jìn)植物根系生長發(fā)育、且能提高作物產(chǎn)量[10-14]。甜菜植株葉片的形態(tài)結(jié)構(gòu)特性直接影響著甜菜塊根的形成和糖分的積累[15]。研究新疆南疆喀什新糖區(qū)甜菜葉源根庫關(guān)系，對提高甜菜含糖量及產(chǎn)量有重要意義[16]。【本研究切入點(diǎn)】關(guān)于深松對小麥[17]、玉米[18]、棉花[4]、甘蔗[19]等作物生長影響研究有過報道。但有關(guān)深松對葉叢生長期甜菜形態(tài)結(jié)構(gòu)特性及生物量積累的影響鮮有報道。需研究深松深度對新疆南疆甜菜葉叢生長期植株形態(tài)結(jié)構(gòu)及生物量積累影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究不同深松深度對葉叢生長期甜菜植株形態(tài)結(jié)構(gòu)特性及生物量積累分配的調(diào)控的影響，為挖掘南疆甜菜增產(chǎn)增糖潛力提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2020年4～10月在新疆伽師縣和夏阿瓦提鎮(zhèn)巴依托喀依村實(shí)施，位于喀什噶爾沖積平原中下游，天山南麓，塔里木盆地西緣。平均海拔高1 208.6 m，地處(N 39°35′58″，E 76°40′22″)。屬暖溫帶內(nèi)陸干燥氣候區(qū)，年平均氣溫11.7℃，年均降雨量54 mm，無霜期232 d左右，晝夜溫差大。供試土壤基理化學(xué)為0～20 cm，pH、有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀分別為7.9、16.82 g/kg、67.0 mg/kg、30.6 mg/kg、167 m/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計

采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計，設(shè)置4個處理，分別為未作深松處理(CK)、深松深度35 cm(S35)、深松深度45 cm(S45)、深松深度55 cm(S55)。供試品種KWS-1197(德國KWS種子股份有限公司)，采用等行距種植模式，1膜2行，行距為45 cm，株距為16 cm。理論密度13.89×104株/hm2，長8 m，寬4 m，小區(qū)面積32 m2，重復(fù)3次。于4月4日進(jìn)行處理，4月5日進(jìn)行播種，中耕2次，灌水6次，其他按大田處理。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 形態(tài)性狀

于甜菜葉叢生長期每小區(qū)選取有代表性的5株甜菜測量各處理綠葉片數(shù)、第一片葉子(L1)至第八片葉子(L8)葉片長、葉片寬、葉片鮮重、葉柄長、葉柄粗及葉柄鮮重。

1.2.2.2 塊根形態(tài)性狀

于甜菜葉叢生長期每小區(qū)選取具有代表性的5株甜菜測量各處理塊根長、塊根直徑、塊根圍及塊根鮮重。

根冠比(RSR)=根部生物量積累(鮮重)葉叢期/地上部生物量積累(鮮重)葉叢期。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS19.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，方差分析均為0.05水平，采用Duncan新復(fù)極差多重比較法并用Excel2010作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 深松深度對葉叢生長期甜菜不同葉序葉片結(jié)構(gòu)特性的影響

研究表明，不同深松深度葉叢生長期甜菜葉片長、葉片寬及葉片鮮重均隨葉序的增加呈先增后降的趨勢。不同處理甜菜葉片長均L5出現(xiàn)峰值。不同處理間，S45、S55處理與CK相比顯著(P<0.05)增加了10.30%、13.92%。不同葉片寬隨葉序的增加而呈現(xiàn)先增后降的趨勢，均L4出現(xiàn)峰值。不同處理間，S55處理L4葉寬對CK處理而言顯著(P<0.05)增加了14.29%。不同葉片鮮重隨葉序的增加而呈現(xiàn)先增后降的趨勢，均L4出現(xiàn)峰值。不同處理間，S45、S55處理L4葉鮮重對CK處理而言顯著(P<0.05)增加了23.39%、33.87%。甜菜葉叢期不同葉序中L4、L5葉片可作為功能葉，深松深度45～55 cm有利于促進(jìn)功能葉片的生長，且促進(jìn)葉片鮮重的增加，從而增加源。圖1

圖1 不同深松深度下葉叢期甜菜不同葉序葉片形態(tài)特性變化Fig.1 Effect of subsoiling depth on leaf morphological characteristics of different leaf arrangements in Sugar beet at leaf cluster stage

2.2 深松深度對葉叢生長期甜菜不同葉序葉柄形態(tài)特性的影響

研究表明，不同深松深度甜菜葉叢期葉柄長、葉柄粗及葉柄鮮重均隨葉序的增加先增后降的趨勢。不同處理甜菜葉柄長均L5出現(xiàn)峰值。L5葉柄長在不同處理間無顯著差異(P>0.05)，不同處理大小表現(xiàn)S55>S45>S35>CK。不同葉柄粗隨葉序的增加而呈現(xiàn)先增后降的趨勢，均L5出現(xiàn)峰值。L5葉柄長在不同處理間無顯著(P>0.05)差異，不同處理大小表現(xiàn)S55>S45>S35>CK。不同葉柄鮮重隨葉序的增加而呈現(xiàn)先增后降的趨勢。不同處理間，S55處理L6、L7、L8葉柄鮮重較CK處理相比分別顯著(P<0.05)增加了41.24%、44.29%、41.53%。甜菜葉叢期不同葉序中L5葉片可作為功能葉，深松深度55 cm有利于促進(jìn)功能葉L5葉柄的生長，提供葉片與塊根物質(zhì)較大的運(yùn)輸環(huán)境。圖2

2.3 深松深度對葉叢生長期甜菜形態(tài)特性影響

2.3.1 深松深度對葉叢生長期甜菜塊根形態(tài)特性的影響

研究表明，甜菜塊根長、塊根直徑、塊根圍及塊根鮮重在不同處理間均有顯著(P<0.05)差異，甜菜塊根長、塊根直徑、塊根圍及塊根鮮重均隨深松深度的增大而增大，大小均表現(xiàn)為S55>S45>S35>CK，其中S55比CK處理分別顯著(P<0.05)增加了25.93%、25.59%、30.15%、19.19%。不同處理間S55與S45處理無顯著(P>0.05)差異，其中S45比CK處理分別增加了17.96%、15.64%、24.37%、13.35%。S55處理均能有效促進(jìn)甜菜葉叢期塊根長、塊根直徑及塊根圍，增長塊根生物量的積累。表1

表1 不同深松深度下葉叢生長期甜菜塊根形態(tài)特性變化Table 1 Effects of subsoiling depth on morphological characteristics of sugar beet root tubers at leaf cluster stage

2.3.2 深松深度對葉叢生長期甜菜植株形態(tài)特性的影響

研究表明，甜菜綠葉數(shù)、葉柄鮮重比例不同處理間無顯著(P<0.05)差異,其中甜菜綠葉數(shù)大小表現(xiàn)為S55>S45>S35>CK，S55處理甜菜綠葉數(shù)與CK增加了18.13%。甜菜單株總鮮重、葉片鮮重比例、塊根鮮重比例、根冠比在不同處理間均有顯著(P<0.05)差異，甜菜單株總鮮重和葉片鮮重比例隨深松深度的增大而增大，大小均表現(xiàn)為S55>S45>S35>CK，其中S55比CK處理分別增加了29.99%、9.96%。甜菜塊根鮮重比例和根冠比隨深松深度的增大反而減小，大小均表現(xiàn)為CK>S35>S45>S55，其中S55比CK處理分別下降了8.35%、14.29%。S55處理有效促進(jìn)葉叢期甜菜葉片生長，增加單株甜菜生物量的積累，為甜菜植株增加源。表2

表2 不同深松深度下甜菜葉叢期植株形態(tài)特性變化Table 2 Effects of subsoiling depth on morphological characteristics of Sugar beet plants at leaf cluster stage

2.4 葉叢生長期甜菜不同葉序形態(tài)特征與植株塊根形態(tài)特性相關(guān)性

研究表明，塊根長與葉片長L5，葉片寬L3，葉片鮮重L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7，葉柄長L2，葉柄鮮重L6、L7、L8呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)，塊根長與葉片長L7，葉片寬L2、L4、L5、L6、L7，葉片鮮重L8，葉柄粗L6、L7，葉柄鮮重L1、L2、L3成顯著(P<0.05)正相關(guān)；塊根直徑與葉片寬L2，葉片鮮重L1、L2、L3、L4、L5、L6，葉柄長L2，葉柄粗L6、葉柄鮮重L2、L6、L7、L8成極顯著(P<0.01)正相關(guān)，塊根直徑與葉片長L4、L5、L7、L8，葉片寬L3、L4、L5、L6，葉片鮮重L3、L8，葉柄粗L7，葉柄鮮重L3成顯著(P<0.05)正相關(guān)；塊根圍與葉片長L5、L7，葉片鮮重L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7，葉柄長L2，葉柄鮮重L6、L7、L8成極顯著(P<0.01)正相關(guān)，塊根圍與葉片長L4，葉片寬L2、L3、L6、L7，葉片鮮重L8，葉柄粗L6、L7，葉柄鮮重L2、L3成顯著(P<0.05)正相關(guān)；塊根鮮重與葉片寬L2，葉片鮮重L2、L4、L5、L7，葉柄粗L6，葉柄鮮重L2、L7成極顯著(P<0.01)正相關(guān)，塊根鮮重與葉片長L4、L5，葉片寬L3、L4、L5、L7，葉片鮮重L1、L3、L6，葉柄長L2，葉柄粗L7，葉柄鮮重L3、L7、L8成顯著(P<0.05)正相關(guān)。甜菜葉片鮮重與塊根長、塊根直徑、塊根圍及塊根鮮重相關(guān)性較強(qiáng)。表3

表3 甜菜不同葉序形態(tài)特性與植株塊根形態(tài)特性相關(guān)性Table 3 Correlation between morphological characteristics of different leaf arrangements and root tubers in Sugarbeet

2.5 葉叢生長期甜菜葉片鮮重對植株塊根形態(tài)特性的響應(yīng)

研究表明，甜菜葉叢期葉片鮮重與塊根長、塊根直徑、塊根圍及塊根鮮重呈現(xiàn)直線關(guān)系，且相關(guān)性均達(dá)到極顯著(P<0.01)正相關(guān)。在甜菜塊根長與葉片鮮重關(guān)系中，甜菜塊根長隨葉片鮮重的增加而增加，呈現(xiàn)線性關(guān)系Y=0.053X+4.889，擬合值為0.751 3；在甜菜塊根長與葉片鮮重關(guān)系中，甜菜塊根長隨葉片鮮重的增加而增加，呈現(xiàn)線性關(guān)系Y=0.021X+1.553，擬合值為0.785 5；在甜菜塊根長與葉片鮮重關(guān)系中，甜菜塊根長隨葉片鮮重的增加而增加，呈現(xiàn)直線關(guān)系Y=0.837X+3.3725，擬合值為0.773 1；在甜菜塊根長與葉片鮮重關(guān)系中，甜菜塊根長隨葉片鮮重的增加而增加，呈現(xiàn)線性關(guān)系Y=0.520 4X+72.735，擬合值為0.667 1。甜菜葉叢期葉片生物量(源)積累量越大，能有效促進(jìn)塊根(庫)生物量的積累。圖4

圖4 不同甜菜葉片鮮重下植株塊根形態(tài)特性變化Fig.4 Response of leaf fresh weight to morphological characteristics of root in Sugarbeet

3 討 論

土壤耕層變淺、有效耕層土壤量減少及犁底層上移等耕層結(jié)構(gòu)性問題已成為作物高產(chǎn)高效的主要制約因素[20]。合理深松可打破緊實(shí)犁底層的障礙,能夠有效加深耕層和疏松土壤，進(jìn)而改善土壤的滲透性，增加深層土壤蓄水量，促進(jìn)根系向下伸長，進(jìn)而為作物生長與產(chǎn)量形成創(chuàng)造一個適宜的土壤環(huán)境[21-22]。胡樹平等[23]研究表明，深松可以有效改善植株的生長環(huán)境。潘金華等[24]研究表明，條帶深松處理可明顯增加煙葉發(fā)育后期的株高、莖粗、葉片大小和煙根干物質(zhì)重量。前人[25-26]研究表明，土壤深松促進(jìn)甘蔗生長速度加快、根系發(fā)達(dá)，甘蔗成熟期的株高、莖徑、蔗糖分、青葉數(shù)提高。研究表明，甜菜葉叢生長期葉片長、葉片寬、葉片鮮重、葉柄長、葉柄粗及葉柄鮮重均隨葉序的增加先增后降的趨勢，不同葉序中L5葉片出現(xiàn)最大值，可作為功能葉，且深松深度55 cm處理葉叢生長期甜菜有利于促進(jìn)功能葉(L5)和葉柄的生長，且促進(jìn)葉片鮮重的增加，從而增加源，且提供葉片與塊根物質(zhì)較大的運(yùn)輸環(huán)境。

根系是吸收水分和養(yǎng)分的主要器官，根系形態(tài)、生理活性以及在土壤中的時空分布均能顯著影響植株對水分和養(yǎng)分的吸收[27]。過厚的犁底層阻礙了作物根系的下扎，造成作物根系分布淺層化，不利于根系吸收深層水分和養(yǎng)分，易造成作物水分和養(yǎng)分虧缺[28]。根系吸收水分和養(yǎng)分增加主要靠根長和根直徑的增加[29]。深松可以改善土壤孔隙狀況, 增加土壤通透性,有利于根系下扎, 促進(jìn)根系生長[30]，特別是下層根系干物質(zhì)密度的增加, 增加根系縱深分布[31]。研究表明，深松深度55 cm均能有效促進(jìn)甜菜葉叢期塊根長、塊根直徑及塊根圍的增長，從而增長塊根生物量的積累，與高中超等[32]深松能有效促進(jìn)成熟期的甜菜根長增長、根粗增粗類似。研究表明[33-35]，合理的耕作方式能夠提升根系對土壤養(yǎng)分的吸收利用能力，有利于地上部生物量的形成。研究表明，深松深度為55 cm有效增加甜菜葉叢生長期單株總鮮重和葉片鮮重比例。深松深度為55 cm能使甜菜塊根鮮重比例和根冠比降低8.35%、14.29%，且有效促進(jìn)葉叢生長期甜菜葉片的生長，從而增加甜菜地上部生物量的積累。前人[36-40]研究表明，通過確定作物器官生物量與形態(tài)參數(shù)的定量關(guān)系和作物形態(tài)參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，建立形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)模型。研究在甜菜葉叢生長期植株塊根形態(tài)性狀指標(biāo)與不同葉序葉片、葉柄形態(tài)性狀指標(biāo)相關(guān)性中發(fā)現(xiàn)，甜菜葉片鮮重與塊根長、塊根直徑、塊根圍及塊根鮮重相關(guān)性較強(qiáng)，且呈現(xiàn)直線(P<0.01)正相關(guān)，甜菜葉叢期葉片生物量(源)積累量越大，能有效促進(jìn)塊根(庫)生物量的積累。

4 結(jié) 論

甜菜葉叢生長期葉片長、葉片寬、葉片鮮重、葉柄長、葉柄粗及葉柄鮮重均隨葉序的增加先增后降的趨勢，其中L5葉片出現(xiàn)最大值，可作為功能葉，且深松深度為55 cm促進(jìn)甜菜葉叢生長期功能葉片和葉柄的生長。深松55 cm與對照(CK)而言使甜菜葉叢期塊根長、塊根直徑、塊根圍及塊根鮮重顯著(P<0.05)增加了25.93%、25.59%、30.15%、19.19%，使單株總鮮重和葉片鮮重比例分別增加了29.99%、9.96%，降低甜菜塊根鮮重比例和根冠比8.35%、14.29%。在南疆深松深度為55 cm能有效促進(jìn)甜菜葉叢生長期葉片生長，增加甜菜葉片生物量(源)的積累。