榆陽區(qū)不同品種馬鈴薯生態(tài)適應性研究

白尚尚，江林春，鄧新為，劉世鵬，2*

（1. 延安大學生命科學學院；2. 陜西省紅棗重點實驗室，陜西延安 716000）

馬鈴薯（Solanum tuberosumL）是我國的第三大主要糧食作物，其產量、品質的高低影響著國家的糧食安全戰(zhàn)略［1-2］。當前，我國馬鈴薯的種薯繁育體系的建立不完善，加上環(huán)境氣候因素［3］、遺傳因素、栽培耕作技術［4］等多重因素的影響，如何提高馬鈴薯的產量和品質是需要攻克的難點［5-6］。目前，國內外關于馬鈴薯的研究主要集中于抗旱性［7-8］、抗病性［9］、水肥管理［10-12］以及馬鈴薯二次加工的工藝研究［13］等方面，各地區(qū)在品種篩選方面的研究［14］也比較多，但對陜西省榆陽區(qū)不同品種的選育鮮有報道。西北是我國馬鈴薯最大種植區(qū)域之一［15］，而榆陽區(qū)位于毛烏素沙漠和黃土高原的交界處，土質疏松，晝夜溫差大，非常適合馬鈴薯的生長。本研究對榆陽區(qū)新引進的6個馬鈴薯品種進行相同管理條件下的大田試驗，對其塊莖產量、品質和根層土壤養(yǎng)分進行比較，并對塊莖產量、品質指標進行主成分分析，最后對塊莖產量、品質與土壤養(yǎng)分進行偏最小二乘回歸分析，探究土壤殘留養(yǎng)分與馬鈴薯塊莖產量、品質的關系，以期進一步完善榆陽區(qū)馬鈴薯塊莖產量、品質的綜合評價體系，為不同品種馬鈴薯在榆陽區(qū)選育和種植生產提供一定的理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況及材料

試驗地位于陜西省榆林市榆陽區(qū)，于2020 年5—9 月在榆林市現(xiàn)代農業(yè)科技示范園“西北農林科技大學馬鈴薯試驗示范站”進行，該試驗地位于東經38°22′、北緯109°45′，海拔1 102.2 m。試驗站土壤為沙質土，供試土壤pH 值為8.00，土壤容重為1.38 g·cm-3，土壤有機質含量為3.46 g·kg-1，土壤堿解氮含量為14.32 mg·kg-1，土壤銨態(tài)氮含量為5.8 mg·kg-1，土壤硝態(tài)氮含量為2.1 mg·kg-1，土壤有效磷含量為6.2 mg·kg-1，土壤速效鉀含量為67.4 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

本試驗中馬鈴薯統(tǒng)一使用機械化種植模式種植，各壟之間寬度約為90 cm，兩株馬鈴薯之間播種距離約為25 cm。每小區(qū)種植3 壟，小區(qū)寬1.8 m，長20 m，小區(qū)面積為36 m2。在保證土壤狀況、種植密度、施肥水平、田間管理均相同的同一環(huán)境條件下種植，播種日期2020 年5 月13 日，將刀用70%乙醇消毒后切割馬鈴薯，每塊留1 個芽眼，播種深度8~10 cm。試驗肥料采用當?shù)剞r民常用肥料，分別選用磷酸二銨（N 18%、P2O546%）、尿素（N 46.4%）和硝酸鉀（N 13.5%、K2O 46%）混合配比施用。施肥采用同一水平，根據當?shù)赝扑]施肥水平設為N-P2O5-K2O（200-80-300）kg·hm-2。

1.3 試驗測定指標與方法

1.3.1 樣品采集

馬鈴薯樣品采集：2020年9月26日分別采樣6個品種馬鈴薯，每個品種在3 壟中隨機選取5 株塊莖，稱重并記錄后裝入塑料袋并密封，做好標記。土壤樣品采集：在馬鈴薯樣地中隨機選取5個取樣點，且每個取樣點距馬鈴薯植株根部10~20 cm，利用取土鉆沿垂直方向取0~60 cm 土壤，每10 cm 為一層裝入塑封袋并密封，做好標記，帶回測定土壤指標。土樣經風干磨細后，過0.85 mm 篩，用于測定硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量。

1.3.2 測定指標與方法

馬鈴薯品質指標測定方法：粗蛋白質采用考馬斯亮藍法［16］；淀粉采用碘比色法測定［17］；可溶性總糖采用蔥酮比色法測定［18］；還原糖采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定［19］；維生素C 采用2，6-二氯酚靛酚滴定法與碘量法［20］。

土壤測定方法：pH 值采用雷磁PHB-4 便攜式pH 計測定［21］；電導率采用雷磁便攜式電導率儀測定［21］；硝態(tài)氮含量采用紫外分光光度計法測定［21］；堿解氮采用堿解擴散法測定［21］；有機質采用重鉻酸鉀容量法——外加熱法測定［21］；有效磷含量采用鉬藍比色法測定［21］；速效鉀含量采用火焰光度法測定［21］。

1.4 數(shù)據采集與處理

使用Microsoft Excel 2010 對數(shù)據進行預處理；采用SPSS.20 統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析、主成分分析和偏最小二乘回歸分析，運用Duncan’s法進行多重比較；采用Origin 2018進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同品種馬鈴薯產量與品質的比較

如圖1 所示，對6 個品種馬鈴薯塊莖的產量和品質進行比較分析，對于單株薯重（圖1A），天薯14號除與榆薯3 號無顯著性差異外，與其余品種相比較均有顯著性差異（P<0.05），單株薯重最大的是天薯14 號，為1 236.00 g·plant-1，比最低的隴薯16 號高出135.88%；對于淀粉含量指標（圖1B），6個品種之間均未見顯著性差異（P>0.05），麗薯7號的含量最高，占比12.55%；對于可溶性總糖（圖1C），麗薯7 號除與榆薯3號無顯著性差異（P>0.05）外，與其余4個品種均有顯著性差異（P<0.05），其中麗薯7 號的可溶性總糖含量約為寧薯18 號的3.5 倍；對于還原糖含量（圖1D），隴薯16 號、寧薯18 號分別與其余5 個品種均存在顯著差異（P<0.05），其還原糖含量由大到小表現(xiàn)為隴薯16號>寧薯17號>麗薯7號>天薯14號>榆薯3 號>寧薯18 號；對于粗蛋白質（圖1E），榆薯3 號與其余5 個品種均有顯著差異（P<0.05），且5 個品種之間未見顯著差異（P>0.05）；對于維生素C 含量（圖1F），榆薯3 號、麗薯7 號分別與其余5 個品種均存在顯著性差異（P<0.05），榆薯3 號比寧薯18 號約高5.7個百分點，其余組間的相關品質指標未見顯著性差異（P>0.05）。

圖1 不同品種馬鈴薯塊莖的產量、品質比較

2.2 不同品種馬鈴薯土壤因子的比較

如圖2 所示，對6 個品種馬鈴薯土壤因子進行比較分析，在0~60 cm 土層下，堿解氮含量范圍為4.02~28.56 mg·kg-1（圖2A），均值為8.06 mg·kg-1，變異系數(shù)為39.57%，其中天薯14 號的均值含量最高，為20.65 mg·kg-1；土層的pH值范圍為8.19~8.96（圖2B），均值為8.61，變異系數(shù)為3.10%，其中隴薯16號的均值最大，為8.84，而麗薯7號和榆薯3號的pH值遠低于其余4 個品種；土層的有機質含量范圍為2.38~9.31 g·kg-1（圖2C），均值為6.21 g·kg-1，變異系數(shù)為29.65%，其中寧薯17號的均值最高，為7.48 g·kg-1；土層的速效鉀含量范圍為45.00~222.40 mg·kg-1（圖2D），均值為119.39 mg·kg-1，變異系數(shù)為37.88%，其中天薯14 號的均值最高，為144.10 mg·kg-1；土層的電導率范圍為46.76~196.42 μs·cm-1（圖2E），均值為100.74 μs·cm-1，變異系數(shù)為44.19%，其中榆薯3號的均值最大，為165.45 μs·cm-1；土層的有效磷含量范圍在3.12~42.31 mg·kg-1（圖2F），均值為14.34 mg·kg-1，變異系數(shù)為84.96%，其中天薯14 號的均值最高，為18.59 mg·kg-1；土壤含水量范圍為1.63%~8.51%（圖2G），均值為5.09%，變異系數(shù)為35.01%，其中榆薯3 號的均值最大，為6.39%；土層的硝態(tài)氮含量范圍為1.09~19.05 mg·kg-1（圖2H），均值為6.17 mg·kg-1，變異系數(shù)為69.55%，其中榆薯3號的均值排第一，為13.97 mg·kg-1，且遠高于其他品種；土層的銨態(tài)氮含量范圍為4.52~15.60 mg·kg-1（圖2I），均值為9.34 mg·kg-1，變異系數(shù)為29.87%，其中麗薯7 號的均值最高，為13.89 mg·kg-1。對土壤因子指標進行整體分析，發(fā)現(xiàn)隨著土壤深度的增加，土壤堿解氮含量、有機質含量、速效鉀含量、有效磷含量總體呈下降趨勢；大多數(shù)品種的pH 值、電導率、硝態(tài)氮含量保持相對穩(wěn)定；不同品種土壤的含水量和銨態(tài)氮含量值波動范圍較大。

2.3 不同品種馬鈴薯品質的綜合評價

采用主成分分析對馬鈴薯品質進行綜合評價（表1），選取其中特征值≥1 的3 個主成分，累計貢獻率為89.170%，可以解釋原始變量的大部分主要信息。第1 主成分特征值為2.391，其方差貢獻率為39.849%；第2主成分特征值為1.768，方差貢獻率為29.470%；第3主成分特征值為1.191，其方差貢獻率為19.851%。

圖2 不同品種馬鈴薯土壤因子的比較

表1 主成分特征值、方差貢獻率和累計貢獻率

根據表2 的因子得分系數(shù)矩陣及其所對應的主成分，可以計算出各個主成分因子得分，公式如下：

表2 因子得分系數(shù)矩陣表

式中及表中，y1~y6分別表示單株薯重、可溶性總糖、淀粉、粗蛋白質、維生素C、還原糖6個品質指標；F1、F2和F3分別表示各主成分得分值。

結合主成分因子得分公式并以各主成分方差貢獻率為權重，構建馬鈴薯品質綜合評價得分函數(shù)，公式如下：

式中，F(xiàn)為不同品種馬鈴薯品質的綜合評價得分值。

根據綜合評價得分函數(shù)計算出不同品種馬鈴薯品質的綜合得分及其排序（表3），其F 值越大，表明該品種馬鈴薯的綜合指標越好。針對6個不同品種馬鈴薯綜合排名，麗薯7 號的綜合品質得分最高，即其綜合評價最佳，其次為榆薯3號、隴薯16號、寧薯17 號、天薯14 號、寧薯18 號，其中寧薯17 號、寧薯18 號和天薯14 號其得分在-0.12~-0.59 范圍內，表明這3個品種的馬鈴薯綜合評價較差。

表3 不同品種馬鈴薯品質因子得分與綜合得分

2.4 馬鈴薯產量和品質與土壤因子的偏最小二乘回歸分析

本研究選取變量投影重要性值大于1的土壤因子［22］，作為影響馬鈴薯塊莖產量和品質的重要因子，主要有土壤含水量（x1）、pH 值（x2）、電導率（x3）、速效鉀（x4）、有機質（x5）、堿解氮（x6）、銨態(tài)氮（x7）、硝態(tài)氮（x8）、有效磷（x9）。由表4 可知，土壤含水量對可溶性總糖、維生素C 和還原糖的影響較大；pH 值對單株薯重、粗蛋白質、維生素C和還原糖的影響較大；電導率對除可溶性總糖外其余品質指標有較大影響；速效鉀對單株薯重、可溶性總糖、淀粉的影響較大；有機質、堿解氮和有效磷對單株薯重的影響較大；銨態(tài)氮對除單株薯重外的其余品質指標有較大影響；硝態(tài)氮對除還原糖外的其余品質指標有較大影響。

根據篩選出的主要土壤因子，應用偏最小二乘回歸分析法，以土壤因子為自變量，馬鈴薯塊莖的產量和品質指標為因變量建立回歸方程（表5）。回歸方程的系數(shù)表示不同土壤因子對馬鈴薯塊莖產量和品質的重要程度，系數(shù)越小，表明土壤因子對馬鈴薯塊莖產量和品質的影響越小，反之亦然；回歸方程的符號表示土壤因子對馬鈴薯塊莖產量和品質的正負效應，土壤因子為負表明有負面的影響，土壤因子為正表明有正面的影響。

表4 影響馬鈴薯塊莖產量和品質的土壤因子變量的投影重要性

表5 土壤因子與馬鈴薯塊莖產量和品質的回歸方程

單株薯重主要受pH 值、電導率、速效鉀、有機質、堿解氮、硝態(tài)氮、有效磷的影響；可溶性總糖主要受土壤含水量、速效鉀、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的影響；淀粉主要受電導率、速效鉀、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的影響；粗蛋白質主要受pH 值、電導率、硝態(tài)氮、有效磷的影響；維生素C 主要受土壤含水量、pH 值、電導率、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的影響；還原糖主要受土壤含水量、pH值、電導率、銨態(tài)氮的影響。

3 討論與結論

品種選育是提升馬鈴薯產量和品質的關鍵因素之一，篩選出適宜當?shù)厣L的優(yōu)良品種對馬鈴薯產業(yè)的發(fā)展有重要的意義［23-24］。王秀康等［25］通過主成分分析法分析了施肥量對馬鈴薯塊莖品質的影響。常勇等［26］通過比較的方法從7個馬鈴薯品種中篩選出3 個商品性狀好、產量高的品種。本文通過對6 個不同品種馬鈴薯塊莖產量和品質的比較，得出天薯14 號的產量最高，但其可溶性總糖、還原糖、粗蛋白質和維生素C含量都相對較低，在進行主成分綜合評價后，僅能排第5 名。而麗薯7 號和榆薯3號分別排第1名和第2名，其淀粉、可溶性總糖、還原糖、粗蛋白質和維生素C 含量都相對較高。根據油炸薯條、薯片的原材料還原糖含量鮮重約為0.10%，炸薯片的上限不超過0.30%，炸薯條的上限不超0.50%［27］，本研究的6 個馬鈴薯品種均可作為加工薯條薯片的原材料。

此外，在植株生長發(fā)育過程中，需要大量土壤養(yǎng)分來支撐，而氮素是對產量及品質影響最為顯著的土壤因子［28］。施用鉀肥可促進塊莖干物質積累，促進粗淀粉、維生素C 和可溶性蛋白的合成。適量鉀肥可降低馬鈴薯塊莖還原糖含量。合理施磷肥有利于提高馬鈴薯淀粉含量，改善淀粉品質，促進氮素吸收。馬鈴薯塊莖營養(yǎng)豐富，其中淀粉、蛋白質和維生素等營養(yǎng)物質是衡量馬鈴薯塊莖品質的主要指標，而這些營養(yǎng)物質含量除由遺傳學控制外，還受溫度、水分、土壤特性等生態(tài)因素影響［29］。不同品種馬鈴薯吸收土壤養(yǎng)分能力的不同，導致土壤層的養(yǎng)分含量均不相同。本研究對6個品種馬鈴薯的根層殘留的水分、養(yǎng)分進行比較，榆薯3號的土壤含水量最高，即其耗水量最低，同時其硝態(tài)氮含量和電導率也是最高的；隴薯16號的pH 值最大；天薯14號的堿解氮含量、速效鉀含量和有效磷含量均是最高的，即其對這3種養(yǎng)分的吸收最少；寧薯17號的有機質含量最高；麗薯7 號的銨態(tài)氮含量最高。根據各個品種對水分、養(yǎng)分的吸收不同，可制定精準的水肥管理方案。

綜上所述，麗薯7號馬鈴薯生態(tài)性適應強，適宜于榆陽區(qū)土質種植，其產量和品質的綜合評價為6個品種馬鈴薯中最佳，建議在榆陽區(qū)推廣使用。