鐵肥對(duì)馬鈴薯生理特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

安 珍， 張茹艷， 周春濤， 張衛(wèi)娜， 石銘福， 康益晨， 張俊蓮， 秦舒浩

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)是世界上第四大糧食作物[1-2]，作為甘肅地區(qū)的主要種植作物之一，在當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展中具有不可替代的作用[3]。在馬鈴薯生產(chǎn)過(guò)程中，為了完善施肥制度并實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，除了施入必需元素之外，還需要施入微量元素來(lái)促進(jìn)馬鈴薯生長(zhǎng)，適量噴施鐵肥對(duì)馬鈴薯的生理特性、產(chǎn)量及品質(zhì)具有促進(jìn)作用[4]。

鐵元素作為一種重要的微量元素，會(huì)直接或者間接地影響植物的光合作用、呼吸作用，參與植物體內(nèi)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的合成，調(diào)控植物生長(zhǎng)和植物體內(nèi)氧化還原反應(yīng)[5]等，還與植物體內(nèi)活性氧代謝[6]及抗氧化酶系統(tǒng)[7]有關(guān)。近年來(lái)，鐵肥在辣椒[8]、水稻[9]和花生[10]等農(nóng)作物上得到廣泛應(yīng)用。有研究結(jié)果表明，葉面噴施鐵肥對(duì)植物各器官具有促進(jìn)作用。例如，施用螯合鐵可促進(jìn)小麥中大量元素、微量元素的協(xié)同作用，使其得到更充分的利用[11]；螯合鐵對(duì)當(dāng)歸的光合作用、新陳代謝、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成具有明顯的促進(jìn)作用[12]；在番茄、白菜中施用鐵肥，會(huì)提高其抗氧化酶活性，降低脯氨酸含量，促進(jìn)作物對(duì)土壤有效養(yǎng)分的吸收，從而顯著提高作物產(chǎn)量[13-14]。在馬鈴薯的生產(chǎn)過(guò)程中，葉面噴施適量鐵元素，可以促進(jìn)馬鈴薯植株生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而提高馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)[15]，但馬鈴薯對(duì)微量元素不同形式鐵的吸收具有一定的差異性。鐵在土壤中多以Fe3+形式存在，植物根系對(duì)其吸收利用率低，鐵元素有效性不顯著[16]，影響馬鈴薯的生理、產(chǎn)量及品質(zhì)特性，因此需要對(duì)鐵肥的配比進(jìn)行細(xì)致研究。到目前為止，有關(guān)鐵肥對(duì)馬鈴薯生理特性、產(chǎn)量及品質(zhì)影響的研究較少，且結(jié)論尚不一致。本研究擬以馬鈴薯品種大西洋原原種為試驗(yàn)材料，探究鐵肥對(duì)馬鈴薯生理特性、產(chǎn)量形成及品質(zhì)的影響，篩選適合馬鈴薯生長(zhǎng)的鐵肥種類(lèi)，以期為進(jìn)一步改善馬鈴薯施肥技術(shù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)于2020年5月10日至10月8日在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院試驗(yàn)基地(36°5′20″N，103°41′59″E)進(jìn)行，該區(qū)海拔1 530 m，年均氣溫9.6 ℃，無(wú)霜期191 d，年日照時(shí)數(shù)2 634 h，年降水量349.8 mm，年均蒸發(fā)量1 446.4 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤為砂性灌淤土，土壤偏堿性，pH值為8.3，有效鐵較缺乏。0～20 cm土壤速效氮含量20.10 mg/kg，速效磷含量23.20 mg/kg，速效鉀含量152.42 mg/kg，有效鐵含量2.63 mg/kg。4月26日整地起壟時(shí)將尿素(N 46%)、過(guò)磷酸鈣(P2O516%)、硫酸鉀(K2O 52%)按質(zhì)量比N∶P2O5∶K2O=2∶1∶2的比例施入，其中尿素326.10 kg/hm2，過(guò)磷酸鈣468.75 kg/hm2，硫酸鉀288.45 kg/hm2。

1.2 試驗(yàn)材料

馬鈴薯品種為大西洋原原種，由定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)預(yù)試驗(yàn)中不同類(lèi)型鐵肥最適質(zhì)量濃度配比的篩選結(jié)果，共設(shè)計(jì)6個(gè)處理(表1)，其中以等量清水作為對(duì)照(CK)。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積為48.99 m2；馬鈴薯采用覆膜壟播種模式(圖1)，壟高20.00 cm，壟寬80.00 cm，壟距40.00 cm，每壟種植2行，播種深度為15.0 cm，行距40.0 cm，株距40.0 cm；栽培密度為1 hm25.25×104株。于2020年5月8日播種，6月4日(齊苗)開(kāi)始處理，7 d為1個(gè)周期處理1次，苗期到塊莖形成期(植株全部開(kāi)花)共處理4次，噴施時(shí)間為8∶00-11∶00和16∶00-18∶00，以噴至葉面水滴形成并開(kāi)始下滴為標(biāo)準(zhǔn)。2020年10月8日(塊莖成熟期)收獲薯塊。

圖1 馬鈴薯全膜壟播種植示意圖Fig.1 Schematic diagram of potato whole film ridge planting

表1 試驗(yàn)處理

1.4 測(cè)定指標(biāo)及測(cè)定方法

1.4.1 生長(zhǎng)指標(biāo) 鐵肥處理后，在苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期和塊莖成熟期分別測(cè)定1次馬鈴薯的株高和莖粗。

株高：采用測(cè)量尺進(jìn)行測(cè)量，沿植株莖，從子葉節(jié)到植株最高點(diǎn)的垂直高度；莖粗：采用游標(biāo)卡尺測(cè)定，植株基部最粗處的橫縱兩個(gè)方向直徑的平均值。

1.4.2 酶活性 本研究主要測(cè)定馬鈴薯塊莖膨大期葉片中抗氧化酶的活性，設(shè)3次重復(fù)。超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定參見(jiàn)鄒琦[17]的方法，過(guò)氧化物酶(POD)活性的測(cè)定采用任雪[18]的方法，過(guò)氧化氫酶(CAT)活性測(cè)定參見(jiàn)王麗等[19]的方法，丙二醛(MDA)含量測(cè)定參見(jiàn)楊娜娜等[20]的方法，脯氨酸(Pro)含量采用茚三酮比色法測(cè)定[21]。

1.4.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀 收獲時(shí)，各處理隨機(jī)選取10株馬鈴薯進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，并考種；按照大薯(>150 g)、中薯(50～150 g)和小薯(<50 g)的標(biāo)準(zhǔn)分析產(chǎn)量構(gòu)成性狀，記錄大薯、中薯、小薯的結(jié)薯個(gè)數(shù)及質(zhì)量。按小區(qū)折算1 hm2的產(chǎn)量，并通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算得到增產(chǎn)率。

1.4.4 品質(zhì) 馬鈴薯塊莖收獲后于4 ℃條件下貯藏，采用近紅外品質(zhì)分析儀測(cè)定塊莖中淀粉、還原糖、維生素C(VC)、蛋白質(zhì)含量[22]，為了保證可靠性，各處理均重復(fù)測(cè)定3次。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及統(tǒng)計(jì)，利用SPSS 25.0進(jìn)行方差分析，用Duncan’s新復(fù)極差法(P<0.05)進(jìn)行多重比較，使用Origin 2018繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鐵肥對(duì)馬鈴薯植株株高和莖粗的影響

圖2顯示，不同類(lèi)型鐵肥處理對(duì)馬鈴薯株高和莖粗的影響不同。在塊莖成熟期，與CK相比，T1、T2、T3、T4、T5處理馬鈴薯株高分別增加13.37%、13.83%、11.06%、10.60%和25.81%，其中T5處理馬鈴薯株高增幅最大，顯著高于CK(P<0.05)；與CK相比，T1、T2、T3、T4、T5處理馬鈴薯植株莖粗分別增加18.31%、36.72%、37.10%、27.66%、42.99%，T5處理的馬鈴薯植株莖粗增幅最大。

CK、T1、T2、T3、T4、T5見(jiàn)表1。圖中同一生育期不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。圖2 鐵肥對(duì)馬鈴薯植株株高和莖粗的影響Fig.2 Effects of iron fertilizer on the potato plant height and stem diameter

2.2 鐵肥對(duì)馬鈴薯植株抗氧化性的影響

2.2.1 鐵肥對(duì)馬鈴薯SOD、POD、CAT活性的影響 圖3顯示，在塊莖膨大期，馬鈴薯葉面噴施鐵肥后其葉片抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性與對(duì)照相比顯著升高。其中，T5處理SOD活性較CK、T1、T2、T3、T4處理分別升高42.06%、32.26%、20.13%、6.72%、24.97%。T5處理POD活性較其他5個(gè)處理增加0.83%～49.66%。與CK相比，T1～T5處理CAT活性分別提高20.73%、13.00%、28.61%、7.60%和40.41%，除T2處理與T4處理間CAT活性差異不顯著外，其他各處理間差異顯著(P<0.05)。綜合考慮，本研究中6 mg/L螯合鐵對(duì)抗氧化酶活性的影響最大，15 mg/L檸檬酸+36 mg/L硫酸鐵次之。

CK、T1、T2、T3、T4、T5見(jiàn)表1。圖中不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。圖3 鐵肥對(duì)馬鈴薯抗氧化酶活性的影響Fig.3 Effects of iron fertilizer on antioxidant enzyme activity of potato

2.2.2 鐵肥對(duì)馬鈴薯植株MDA、Pro含量的影響 圖4顯示，增施鐵肥后馬鈴薯葉片MDA、Pro含量均整體呈下降趨勢(shì)。與CK相比，T1、T2、T3、T4、T5處理馬鈴薯葉片MDA含量分別降低7.55%、2.69%、12.46%、7.21%、16.55%，除T1處理與T4處理間MDA含量差異不顯著外，其他各處理間均差異顯著(P<0.05)。T5處理Pro含量較CK、T1、T2、T3、T4處理分別降低了40.64%、30.03%、18.66%、6.22%、18.58%。綜上可知，6 mg/L螯合鐵和15 mg/L檸檬酸+36 mg/L硫酸鐵對(duì)MDA、Pro含量的影響較大。

CK、T1、T2、T3、T4、T5見(jiàn)表1。圖中不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。圖4 鐵肥對(duì)馬鈴薯丙二醛、脯氨酸含量的影響Fig.4 Effects of iron fertilizer on malondialdehyde content and proline content of potato

2.3 鐵肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響

2.3.1 產(chǎn)量 圖5顯示，5種不同類(lèi)型鐵肥處理的馬鈴薯塊莖產(chǎn)量均顯著高于CK(P<0.05)，T1、T2、T3、T4、T5處理與CK相比分別增產(chǎn)12.26%、20.45%、27.95、14.95%、34.68%。其中，6 mg/L螯合鐵處理馬鈴薯塊莖產(chǎn)量最高，為62 537.22 kg/hm2，15 mg/L檸檬酸+36 mg/L硫酸鐵處理馬鈴薯塊莖產(chǎn)量次之，為59 412.21 kg/hm2，這2個(gè)處理間的馬鈴薯塊莖產(chǎn)量差異不顯著。

CK、T1、T2、T3、T4、T5見(jiàn)表1。圖中不同小寫(xiě)字母表示不同處理間產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)。圖5 鐵肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響Fig.5 Effects of iron fertilizer on potato yield

2.3.2 產(chǎn)量性狀 表2顯示，與CK相比，5種鐵肥處理馬鈴薯大薯、中薯、小薯的質(zhì)量以及結(jié)薯個(gè)數(shù)均增加。測(cè)10株馬鈴薯的結(jié)薯質(zhì)量，T1、T2、T3、T4、T5處理與CK相比，大薯質(zhì)量增加9.77%～48.86%，中薯質(zhì)量增加10.40%～40.53%，小薯質(zhì)量增加2.72%～21.09%。測(cè)10株馬鈴薯的結(jié)薯個(gè)數(shù)，T1、T2、T3、T4、T5處理與CK相比，大薯個(gè)數(shù)增加15.00%～55.06%，中薯個(gè)數(shù)增加21.87%～48.42%，小薯個(gè)數(shù)增加6.27%～26.78%。

表2 各處理的馬鈴薯結(jié)薯性比較

2.4 鐵肥對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的影響

圖6顯示，與CK相比，不同鐵肥處理均可提高馬鈴薯中淀粉、還原糖、VC、蛋白質(zhì)含量。與CK相比，T1～T5處理馬鈴薯塊莖淀粉含量分別增加8.45%、30.77%、38.23%、24.96%、39.35%，T3處理與T5處理間淀粉含量差異不顯著。與CK相比，T1～T5處理馬鈴薯塊莖還原糖含量分別增加4.92%、13.13%、18.05%、13.13%和21.34%。與CK相比，T1～T5處理馬鈴薯塊莖VC含量增加了6.08%～24.91%，其中T5處理馬鈴薯塊莖VC含量最高，為19.26 μg/g；T3處理次之，為18.11 μg/g。T1～T5處理馬鈴薯塊莖蛋白質(zhì)含量較CK分別增加6.55%、11.92%、25.24%、16.54%、30.72%。

CK、T1、T2、T3、T4、T5見(jiàn)表1。圖中不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。圖6 鐵肥對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的影響Fig.6 Effects of iron fertilizer on potato quality

2.5 馬鈴薯生理特性、產(chǎn)量、產(chǎn)量性狀及品質(zhì)的相關(guān)性和聚類(lèi)分析結(jié)果

圖7顯示，馬鈴薯產(chǎn)量與株高、莖粗、SOD活性、POD活性、CAT活性、小薯質(zhì)量、中薯質(zhì)量、中薯個(gè)數(shù)、大薯質(zhì)量、大薯個(gè)數(shù)、淀粉含量、還原糖含量、VC含量、蛋白質(zhì)含量均呈極顯著正相關(guān),相關(guān)性由大到小依次為：VC含量(r=0.92***)>中薯個(gè)數(shù)(r=0.89***)>SOD活性(r=0.87***)=淀粉含量(r=0.87***)>POD活性(r=0.86***)=中薯質(zhì)量(r=0.86***)=小薯質(zhì)量(r=0.86***)>蛋白質(zhì)含量(r=0.85***)>CAT活性(r=0.82***)>還原糖含量(r=0.78***)>大薯質(zhì)量(r=0.77***)>莖粗(r=0.76***)=大薯個(gè)數(shù)(r=0.76***)>株高(r=0.65**)。小薯個(gè)數(shù)與產(chǎn)量以及其他指標(biāo)的相關(guān)性都不高。產(chǎn)量與MDA含量、Pro含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，其中，產(chǎn)量與Pro含量的負(fù)相關(guān)性最高(r=-0.93***)。

*：0.05水平顯著相關(guān)；**：0.01水平顯著相關(guān)；***：0.001水平顯著相關(guān)。r：相關(guān)系數(shù)。A:株高;B:莖粗;C:超氧化物歧化酶活性;D:過(guò)氧化物酶活性;E:過(guò)氧化氫酶活性;F:丙二醛含量;G:脯氨酸含量;H:產(chǎn)量;I:小薯質(zhì)量;J:小薯個(gè)數(shù);K:中薯質(zhì)量;L:中薯個(gè)數(shù);M:大薯質(zhì)量;N:大薯個(gè)數(shù);O:淀粉含量;P:還原糖含量;Q:維生素C含量;R：蛋白質(zhì)含量。圖7 馬鈴薯生理特性、產(chǎn)量、產(chǎn)量性狀及品質(zhì)的相關(guān)性Fig.7 Correlation of potato physiological characteristics, yield, yield traits and quality

根據(jù)不同指標(biāo)間的差異，對(duì)各處理進(jìn)行聚類(lèi)分析，圖8顯示，可將所有處理分為兩大類(lèi)，分別是CK與T1處理、T2處理、T4處理為一類(lèi)，T3處理與T5處理為一類(lèi)。

CK、T1、T2、T3、T4、T5見(jiàn)表1。r：均一化參數(shù)。A:株高;B:莖粗;C:超氧化物歧化酶活性;D:過(guò)氧化物酶活性;E:過(guò)氧化氫酶活性;F:丙二醛含量;G:脯氨酸含量;H:產(chǎn)量;I:小薯質(zhì)量;J:小薯個(gè)數(shù);K:中薯質(zhì)量;L:中薯個(gè)數(shù);M:大薯質(zhì)量;N:大薯個(gè)數(shù);O:淀粉含量;P:還原糖含量;Q:維生素C含量;R：蛋白質(zhì)含量。圖8 馬鈴薯生理特性、產(chǎn)量、產(chǎn)量性狀及品質(zhì)的聚類(lèi)結(jié)果Fig.8 The clustering results of potato physiological characteristics, yield, yield traits and quality

3 討 論

鐵在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用[23-27]。本研究結(jié)果表明，葉面噴施不同類(lèi)型的鐵肥均可促進(jìn)馬鈴薯植株的生長(zhǎng)，增加馬鈴薯葉片中抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性，降低MDA含量和Pro含量，并對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生一定影響。

株高和莖粗是作物生長(zhǎng)量的基本指標(biāo)，在實(shí)際栽培過(guò)程中，常以株高和莖粗的變化來(lái)衡量各種技術(shù)措施的效果，具有重要的參考意義[28]。噴施鐵肥可以促進(jìn)馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育，從而為生育后期馬鈴薯產(chǎn)量形成以及淀粉、還原糖、VC、蛋白質(zhì)的積累提供充足的營(yíng)養(yǎng)[29]。在本研究中，噴施6 mg/L螯合鐵最有利于馬鈴薯植株生長(zhǎng)。

在一定范圍內(nèi)，抗氧化酶活性的增加會(huì)延緩植株的衰老[30]，提高植株的抗逆性[31]，從而提高馬鈴薯產(chǎn)量，改善塊莖品質(zhì)。本研究發(fā)現(xiàn)，在馬鈴薯塊莖膨大期，葉面噴施鐵肥會(huì)改變馬鈴薯抗氧化酶系統(tǒng)，增加葉片中SOD、POD、CAT活性，降低MDA含量和Pro含量。在不同處理中，6 mg/L螯合鐵處理對(duì)馬鈴薯抗氧化系統(tǒng)影響最大。

施肥是提高馬鈴薯產(chǎn)量及增加經(jīng)濟(jì)效益的重要措施[32]。前人的研究結(jié)果[33-34]表明，葉面噴施鐵肥可以提高小麥產(chǎn)量且以螯合鐵的處理效果最佳，這與本研究結(jié)果一致。淀粉、還原糖、Vc和蛋白質(zhì)是衡量馬鈴薯品質(zhì)的幾個(gè)重要指標(biāo)，鐵肥在馬鈴薯品質(zhì)形成過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，參與植物呼吸作用及多種物質(zhì)代謝過(guò)程，并通過(guò)酶的作用對(duì)植物碳、氮代謝等產(chǎn)生廣泛影響[35]。在本研究中，不同鐵肥處理均能夠增加馬鈴薯塊莖中淀粉、還原糖、VC、蛋白質(zhì)含量，其中6 mg/L螯合鐵處理影響最大，15 mg/L檸檬酸+36 mg/L硫酸鐵處理次之。螯合鐵肥的施肥成本較高，因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，若以經(jīng)濟(jì)效益為原則，建議噴施檸檬酸和硫酸鐵混合而成的絡(luò)合物，其肥效與螯合鐵相近，既可達(dá)到增產(chǎn)、提高品質(zhì)的效果，又可降低經(jīng)濟(jì)成本。

4 結(jié) 論

增施鐵肥均可促進(jìn)馬鈴薯生長(zhǎng)，提高葉片中SOD、POD、CAT活性，降低MDA、Pro含量，提高馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)。綜上，葉面噴施6 mg/L螯合鐵處理或15 mg/L檸檬酸+36 mg/L硫酸鐵處理可作為馬鈴薯優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的施肥技術(shù)體系之一。