定向槽內(nèi)溫度對(duì)山藥塊莖膨大發(fā)育的影響

郭文琦 張培通* 王 立 劉賢松 殷劍美 金 林 蔣 璐 韓曉勇 杜 靜 李春宏

（1 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，江蘇南京 210014；2 邳州市宿羊山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，江蘇邳州 221300）

山藥（Thunb.）屬于薯蕷科薯蕷屬纏繞性草質(zhì)藤本單子葉植物，其塊莖富含淀粉、蛋白質(zhì)、糖類、皂苷等成分，具有補(bǔ)脾養(yǎng)胃、補(bǔ)肺益腎等功效，是我國傳統(tǒng)的藥食同源作物，有2 000 多年的栽培歷史（李慶宏，2011；錢文文 等，2016；周瀅 等，2016）。山藥主要有薯蕷類山藥、參薯、山薯和褐苞薯蕷等類型（羅宜富，2015；齊路明 等，2016），薯蕷類山藥是我國傳統(tǒng)山藥的主要類型，分布區(qū)域廣，栽培面積大，占山藥栽培面積的80%以上。薯蕷類山藥傳統(tǒng)種植方式采用粉壟種植，山藥下扎1 m 多深，種植過程勞動(dòng)力投入大、勞動(dòng)強(qiáng)度大（史新敏 等，2010；殷劍美 等，2014）。隨著我國農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移，種植用工問題成為限制山藥生產(chǎn)發(fā)展的瓶頸，加之近年來主產(chǎn)區(qū)暴雨頻發(fā)，山藥塌溝頻現(xiàn)，山藥生產(chǎn)氣候風(fēng)險(xiǎn)凸顯（侯本民 等，2017；張武君 等，2019）。為解決上述問題，多地在生產(chǎn)實(shí)踐中開展了薯蕷類山藥定向槽栽培技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)，但由于山藥塊莖生長的土壤溫度、濕度、角度等環(huán)境發(fā)生改變，塊莖普遍出現(xiàn)畸形，導(dǎo)致定向槽淺生栽培技術(shù)在薯蕷類山藥種植中無法推廣應(yīng)用。筆者多年潛心研究薯蕷類山藥定向槽淺生栽培技術(shù)，探索塊莖畸形發(fā)育和產(chǎn)量降低的原因，發(fā)現(xiàn)定向槽內(nèi)溫度變化對(duì)山藥塊莖膨大發(fā)育影響很大，本試驗(yàn)旨在探索定向槽內(nèi)溫度對(duì)薯蕷類山藥塊莖膨大發(fā)育的影響，以期為薯蕷類山藥定向槽淺生栽培技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019 年和2020 年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合實(shí)驗(yàn)基地（118.83°E，32.35°N）進(jìn)行，供試品種為六月薯（福建地方特色薯蕷類山藥農(nóng)家品種），采用定向槽淺生種植方法（圖1）。供試土壤為馬肝土，有機(jī)質(zhì)含量為15.94 g·kg，土壤堿解氮98.55 mg·kg，有效磷15.21 mg·kg，速效鉀111.32 mg·kg。試驗(yàn)設(shè)置2 個(gè)處理，分別為覆蓋秸稈降溫處理（在鋪設(shè)定向槽的坡面覆蓋黑色地膜，然后在地膜上嚴(yán)密覆蓋厚10 cm 的玉米秸稈）和不覆蓋秸稈處理（僅在鋪設(shè)定向槽的坡面覆蓋黑色地膜），每個(gè)處理3 次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)60 m，隨機(jī)區(qū)組排列。2019 年和2020 年均在3 月25—27 日用機(jī)械起梯形壟，壟高50 cm，底面寬220 cm，頂面寬40 cm，坡面角30左右，壟為南北走向，在壟的東西向壟面均按照槽距20 cm 鋪設(shè)定向槽，定向槽長100 cm，寬7.5 cm，深3.5 cm，用機(jī)器先在壟面開槽，然后將定向槽放入開好的槽中，然后覆土，土層厚度為10～15 cm，每667 m鋪設(shè)2 500槽。起壟前每667 m施腐熟有機(jī)肥1 000 kg、45%硫酸鉀復(fù)合肥（N-PO-KO 為15-15-15）50 kg，播種時(shí)在壟頂施腐熟菜籽餅肥200 kg，膨大期再施腐熟菜籽餅肥200 kg。2019 年于4 月25 日播種，2020年于4 月27 日播種，播種結(jié)束后立即覆蓋黑色地膜，2019 年和2020 年均為6 月26 日開始覆蓋秸稈，直到收獲，其他管理按薯蕷類山藥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)要求執(zhí)行。

圖1 山藥定向槽淺生栽培技術(shù)及秸稈覆蓋

1.2 定向槽內(nèi)溫度調(diào)查

在定向槽內(nèi)放置精創(chuàng)RC-4 溫度記錄儀，槽內(nèi)溫度測(cè)定時(shí)間是2019 年6 月26 日至9 月19 日，連續(xù)記錄不同處理定向槽內(nèi)溫度，記錄間隔時(shí)間為0.5 h。

1.3 塊莖生長發(fā)育調(diào)查

2019 年 度 分 別 于7 月22 日、8 月9 日、8 月29 日、9 月19 日，2020 年度分別于7 月13 日、8 月27 日、9 月28 日進(jìn)行塊莖膨大發(fā)育調(diào)查，每個(gè)處理每次選取代表性山藥植株5 株，收取整株塊莖樣品，調(diào)查塊莖鮮質(zhì)量和干質(zhì)量；收獲期（2019年10 月25 日收獲，2020 年9 月28 日收獲）測(cè)定各處理山藥產(chǎn)量及其構(gòu)成。將每次調(diào)查后烘干塊莖樣品粉碎保存，用于測(cè)定塊莖品質(zhì)指標(biāo)。

塊莖干鮮質(zhì)量累積速率=（后一次單株山藥塊莖的干鮮質(zhì)量 -前一次單株山藥塊莖的干鮮質(zhì)量）/前后兩次取樣間隔的天數(shù)

1.4 塊莖品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

用微量凱氏定氮法測(cè)定塊莖氮含量，再乘以系數(shù)6.25，為塊莖蛋白質(zhì)含量（李合生，2000）；采用碘化鉀反應(yīng)法測(cè)定淀粉含量（龍?chǎng)┖?等，2009）；參考張敏等（2007）的方法測(cè)定皂苷含量；采用苯酚硫酸法測(cè)定多糖含量（王晶 等，2017）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，用SPSS 11.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 定向槽內(nèi)高溫形成原因分析

對(duì)不覆蓋秸稈處理的東西朝向坡面定向槽內(nèi)溫度日變化情況進(jìn)行比較（圖2），可以看出，晴天定向槽內(nèi)溫度隨著壟面日照的變化存在較大差異，東向壟面的定向槽內(nèi)溫度5：30—13：00 高于西向壟面定向槽內(nèi)溫度，而15：00—19：00 低于西向壟面；但陰天東西向壟的定向槽內(nèi)溫度差異很小，說明晴天定向槽內(nèi)出現(xiàn)極端高溫主要是由于日曬提高土表溫度所致。

圖2 定向槽內(nèi)溫度日變化（2019 年）

2.2 不同覆蓋方式對(duì)定向槽內(nèi)溫度的影響

分析山藥定向槽內(nèi)溫度變化情況可知（表1），2019 年和2020 年山藥塊莖膨大發(fā)育期，與不覆蓋秸稈處理相比，覆蓋秸稈降溫處理的定向槽內(nèi)日均溫平均值分別下降1.17 ℃和1.72 ℃，日最高溫平均值下降5.33 ℃和4.44 ℃，日最低溫平均值升高1.23 ℃和0.22 ℃；膨大期日均溫極差分別降低5.40℃和2.52 ℃，日最高溫極差分別降低14.20 ℃和10.90 ℃，日最低溫極差分別降低4.80 ℃和0.20 ℃；覆蓋秸稈后極端高溫分別下降13.50 ℃和10.00℃，極端低溫提高4.80 ℃和0.30 ℃，平均日溫差降低6.56 ℃和4.22 ℃。以上結(jié)果表明，覆蓋秸稈后定向槽內(nèi)平均溫度略有下降，日最高溫降低，日最低溫提高，溫差大幅度降低，具有穩(wěn)定槽內(nèi)溫度的效果。

表1 不同覆蓋方式對(duì)山藥膨大期定向槽內(nèi)溫度的影響

分析山藥膨大期主要階段定向槽內(nèi)溫度變化情況（表2），表明在山藥膨大期，最高溫出現(xiàn)在膨大加速期（7 月23 日至8 月9 日）和快速膨大期（8月10—29 日），且極端高溫也主要出現(xiàn)在這個(gè)時(shí)期；其次溫度相對(duì)較高的階段為膨大前期（6 月26 日至7 月22 日）。覆蓋秸稈降溫處理定向槽內(nèi)溫度在膨大前期到快速膨大期的日均溫、日最高溫、日溫差均低于不覆蓋秸稈處理。表明覆蓋秸稈能夠有效降低槽內(nèi)極端高溫和溫差，尤其在極端高溫容易出現(xiàn)的山藥膨大加速期和快速膨大期對(duì)槽內(nèi)溫度穩(wěn)定效果最為明顯，利于塊莖的快速膨大。

表2 不同覆蓋方式對(duì)山藥膨大期各階段定向槽內(nèi)溫度的影響

2.3 定向槽內(nèi)溫度對(duì)山藥塊莖膨大的影響

由圖3 可見，覆蓋秸稈降溫處理在7 月中下旬至8 月底的塊莖鮮質(zhì)量累積速率和干質(zhì)量累積速率顯著高于不覆蓋秸稈處理，但在9 月上中旬低于不覆蓋秸稈處理，表明通過覆蓋秸稈降低定向槽內(nèi)溫度影響了塊莖膨大發(fā)育動(dòng)態(tài)。在塊莖膨大加速期和快速膨大期，覆蓋秸稈能有效降低定向槽內(nèi)溫度，尤其大幅降低極端高溫，使定向槽內(nèi)溫度更有利于塊莖膨大；9 月上中旬進(jìn)入山藥塊莖膨大后期，由于覆蓋秸稈定向槽內(nèi)溫度相對(duì)較低，此時(shí)低溫不利于塊莖膨大，導(dǎo)致塊莖鮮質(zhì)量和干質(zhì)量累積速率低于不覆蓋秸稈處理。

圖3 定向槽內(nèi)溫度對(duì)山藥塊莖鮮質(zhì)量和干質(zhì)量累積的影響（2019 年和2020 年）

2.4 定向槽內(nèi)溫度對(duì)山藥產(chǎn)量的影響

由表3 可見，與不覆蓋秸稈處理相比，覆蓋秸稈降溫處理的單株結(jié)薯數(shù)降低，單個(gè)塊莖質(zhì)量、單株塊莖質(zhì)量和單產(chǎn)增加，畸形薯率顯著降低。表明覆蓋秸稈降溫有利于減少塊莖畸形，促進(jìn)單個(gè)塊莖膨大，提高單產(chǎn)，增產(chǎn)提質(zhì)效果明顯。

表3 定向槽內(nèi)溫度對(duì)山藥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

2.5 定向槽內(nèi)溫度對(duì)山藥品質(zhì)的影響

山藥塊莖中淀粉、蛋白質(zhì)、皂苷、多糖含量是評(píng)價(jià)山藥品質(zhì)的重要指標(biāo)，由圖4 可見，在整個(gè)山藥塊莖膨大發(fā)育期，塊莖淀粉含量呈持續(xù)增加的趨勢(shì)；塊莖粗蛋白、皂苷和多糖含量均呈先升高后降低的趨勢(shì)，并在8 月上旬出現(xiàn)峰值，覆蓋秸稈降溫處理沒有改變各指標(biāo)在整個(gè)膨大期的變化趨勢(shì)。與不覆蓋秸稈處理相比，覆蓋秸稈降溫處理的山藥塊莖蛋白質(zhì)含量降低，多糖和皂苷含量升高，淀粉含量在塊莖膨大后期高于不覆蓋秸稈處理。說明定向槽內(nèi)溫度對(duì)塊莖品質(zhì)形成有明顯影響，坡面秸稈覆蓋處理有利于提高塊莖淀粉、皂苷、多糖的含量。

圖4 定向槽內(nèi)溫度對(duì)山藥塊莖品質(zhì)指標(biāo)的影響（2019 年和2020 年）

3 討論與結(jié)論

我國長江以北是薯蕷類山藥主產(chǎn)區(qū)，山藥種植主要采取粉壟栽培技術(shù)，受氣候和采挖費(fèi)工等因素的限制，種植風(fēng)險(xiǎn)和成本居高不下，導(dǎo)致山藥傳統(tǒng)主產(chǎn)區(qū)種植面積大幅下滑，產(chǎn)業(yè)脆弱。為解決該問題，生產(chǎn)中開展了薯蕷類山藥定向槽淺生栽培技術(shù)引進(jìn)實(shí)踐，該技術(shù)雖然在南方參薯類山藥品種應(yīng)用中獲得成功，但在薯蕷類山藥應(yīng)用時(shí)，由于塊莖畸形率太高，產(chǎn)量太低，未獲成功。筆者在該項(xiàng)技術(shù)多年的試驗(yàn)探索中發(fā)現(xiàn)，薯蕷類山藥定向槽淺生種植由于土層覆蓋較淺，夏季受到陽光暴曬和高溫天氣疊加影響，容易引起槽內(nèi)高溫，槽內(nèi)溫度可達(dá)45 ℃以上，而適合于山藥塊莖生長和膨大的溫度僅為20～30 ℃，因此過高的氣溫和定向槽內(nèi)溫度可能是導(dǎo)致山藥畸形發(fā)育，塊莖膨大受阻，產(chǎn)量降低的主要原因。秸稈覆蓋是夏季田間降溫保墑的重要措施，本試驗(yàn)通過秸稈覆蓋措施調(diào)節(jié)定向槽內(nèi)溫度，山藥膨大前期定向槽坡面覆蓋秸稈后，可降低定向槽內(nèi)日均溫、日最高溫，尤其是極端高溫降低更為明顯，定向槽內(nèi)溫度變化更趨穩(wěn)定。在2019 年度未出現(xiàn)持續(xù)40 ℃以上的高溫天氣，且采用的是較耐高溫的品種六月薯，坡面不覆蓋秸稈時(shí)定向槽種植的塊莖畸形率達(dá)到32.1%；而定向槽坡面覆蓋秸稈后，極端高溫不超過32 ℃，塊莖畸形率降低到12.5%，達(dá)到正常種植水平，同時(shí)產(chǎn)量顯著提高，進(jìn)一步說明定向槽內(nèi)高溫是導(dǎo)致薯蕷類山藥淺生種植塊莖發(fā)生畸形和產(chǎn)量降低的重要原因。但目前有關(guān)山藥塊莖高溫致畸作用機(jī)理還不明確。

研究表明，馬鈴薯生長階段高溫對(duì)植株生理代謝和生長發(fā)育均有影響，進(jìn)而影響塊莖形態(tài)和產(chǎn)量品質(zhì)（馮朋博 等，2019）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在山藥塊莖快速膨大期和膨大加速期，由于氣溫和強(qiáng)日曬導(dǎo)致的定向槽內(nèi)溫度遠(yuǎn)高于山藥塊莖膨大的適宜溫度，而坡面覆蓋秸稈具有很好的降溫效果，有利于膨大加速期的塊莖膨大，塊莖鮮質(zhì)量和干質(zhì)量累積速率明顯加快，且這一階段容易出現(xiàn)極端高溫，定向槽坡面覆蓋秸稈后，大幅降低了極端高溫，薯塊畸形得到有效控制。9 月以后山藥進(jìn)入塊莖膨大后期，坡面覆蓋秸稈降溫處理的塊莖鮮質(zhì)量和干質(zhì)量累積速率反而低于不覆蓋秸稈處理，其原因一方面可能是此時(shí)不覆蓋秸稈的定向槽內(nèi)溫度適宜塊莖膨大，秸稈覆蓋降溫抑制了塊莖的膨大，另一方面可能是通過覆蓋降溫使塊莖膨大發(fā)育高峰提前，促進(jìn)了塊莖提前發(fā)育成熟，導(dǎo)致后期塊莖鮮質(zhì)量和干質(zhì)量累積速率降低。因此，薯蕷類山藥在定向槽淺生種植時(shí)，田間覆蓋措施的應(yīng)用關(guān)鍵是要加強(qiáng)塊莖快速膨大期和膨大加速期的覆蓋管理，保障定向槽內(nèi)溫度適宜穩(wěn)定；進(jìn)入塊莖膨大后期隨著氣溫的降低，可適當(dāng)采取去除覆蓋秸稈的措施，提高地溫，滿足山藥塊莖膨大對(duì)溫度的需求。

山藥作為典型的藥食同源作物，提升其營養(yǎng)和保健功能成分是山藥生產(chǎn)的重要內(nèi)容，山藥塊莖中淀粉、蛋白質(zhì)、多糖、皂苷含量是評(píng)價(jià)山藥品質(zhì)的重要指標(biāo)（Huang et al.，2007；梁任繁 等，2011；羅海玲 等，2018）。目前有關(guān)山藥營養(yǎng)和功能物質(zhì)積累方面的研究，多數(shù)認(rèn)為山藥塊莖品質(zhì)與品種（王飛 等，2005；王小麗 等，2013）、產(chǎn)地（謝彩霞，2002；付小雨，2012；韓曉勇 等，2018）、栽培措施（高國棟 等，2007；范玉貞，2011；殷劍美 等，2014；倪丹 等，2018；朱建軍 等，2020）等有關(guān)。梁任繁等（2011）對(duì)不同山藥品種品質(zhì)研究表明，不同品種間代謝物質(zhì)和功能物質(zhì)積累存在較大差異，山藥塊莖多糖含量、皂苷含量與淀粉含量顯著相關(guān)；對(duì)不同產(chǎn)地山藥品質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，生態(tài)環(huán)境對(duì)山藥塊莖品質(zhì)影響顯著，同一品種在不同產(chǎn)地營養(yǎng)品質(zhì)和功能成分差異較大（韓曉勇 等，2018）；對(duì)山藥秸稈套網(wǎng)袋栽培研究發(fā)現(xiàn)，山藥秸稈套網(wǎng)袋栽培有利于提高山藥皂苷、可溶性糖、粗多糖和黏液多糖等營養(yǎng)、功效成分的含量（殷劍美 等，2014）；對(duì)文成糯米山藥研究發(fā)現(xiàn)，淺生槽定向栽培條件下種植密度和定向槽大小對(duì)山藥品質(zhì)有明顯影響（朱建軍 等，2020）。但目前有關(guān)淺生種植條件下生態(tài)環(huán)境對(duì)薯蕷類山藥塊莖發(fā)育和品質(zhì)形成過程的影響鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)結(jié)果表明，薯蕷類山藥淺生種植條件下，定向槽內(nèi)溫度對(duì)山藥塊莖營養(yǎng)和藥用成分有明顯影響，秸稈覆蓋降低定向槽內(nèi)溫度可明顯提高塊莖的淀粉、皂苷和多糖含量，提升山藥的藥用保健功能。

綜上所述，定向槽內(nèi)高溫是導(dǎo)致薯蕷類山藥定向槽淺生種植塊莖畸形率高、產(chǎn)量降低的重要因素，采用秸稈覆蓋措施，在山藥膨大期降低定向槽內(nèi)溫度，可提高山藥塊莖膨大速率，尤其是與高溫期重疊的塊莖膨大加速期和快速膨大期的塊莖膨大速率增加更為明顯，降低塊莖畸形率，同時(shí)提高產(chǎn)量，促進(jìn)山藥塊莖功能成分含量的提升。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，也可以充分考慮利用山藥藤蔓和密集葉片的遮陰效果、增加定向槽上土壤覆蓋的厚度來進(jìn)一步降低定向槽內(nèi)溫度，以滿足山藥塊莖膨大對(duì)溫度的需求。