聚天門冬氨酸功能肥對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的影響

方小婷，馬海艷，鄭順林，2*，劉娟娟，向竹清，龔靜

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 作物生理生態(tài)及栽培四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 611130；2.農(nóng)業(yè)部薯類作物遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都久森農(nóng)業(yè)科技有限公司，四川 新都 610500）

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）作為全球第四大糧食作物，具有極其重要的食用價(jià)值，同時(shí)是重要的工、農(nóng)原料［1］。馬鈴薯是以塊莖為經(jīng)濟(jì)器官的茄科作物，在不同生育階段對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的種類和數(shù)量需求各不相同，所以施用肥料的種類和肥料在土壤中的轉(zhuǎn)換速率可以一定程度上影響馬鈴薯的生長(zhǎng)狀況、塊莖品質(zhì)和產(chǎn)量［2-4］。

聚天門冬氨酸（PASP）是一種水溶性仿生聚合物，在農(nóng)業(yè)上作為功能肥與肥料、農(nóng)藥并施，可以提高農(nóng)作物肥料、農(nóng)藥的利用率與農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，并且聚天門冬氨酸對(duì)金屬離子具有螯合作用，它可以富集N、P、K 及微量元素供給植物，使得植物更有效地利用肥料，以提高肥料利用效率［5-7］。由于其特殊的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈上有一個(gè)羧基，能起到凝膠保水的作用［8］，從而提高移栽存活率。同時(shí)PASP 可吸附肥料離子基團(tuán)，從而起到緩控釋肥，減少肥料淋溶的作用［9-10］。

PASP 在水稻、玉米和油菜等農(nóng)作物的應(yīng)用已有一定研究。有研究表明混合肥料施入PASP，可減緩水稻田中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮及總氮的流失，并且促進(jìn)水稻分蘗，增加根鮮重、苗高，并提高產(chǎn)量［11-14］；可促進(jìn)玉米和油菜氮素吸收及干物質(zhì)積累，提高籽粒產(chǎn)量［15-16］；利用PASP 包裹尿素還可以平衡小麥植株花前和花后氮素利用率［17］。目前前人的研究多集中在PASP 與無機(jī)肥互作的情況下，對(duì)PASP 與有機(jī)肥混施和其在馬鈴薯上的作用研究較少。本研究通過測(cè)定不同時(shí)期植株農(nóng)藝性狀和生理指標(biāo)，判斷聚天門冬氨酸分別與有機(jī)肥和無機(jī)肥混施時(shí)對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響，旨在為該功能肥在馬鈴薯生產(chǎn)上應(yīng)用與研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及材料

試驗(yàn)于2018 年12 月下旬在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地（溫江區(qū)惠和村）進(jìn)行，土壤基礎(chǔ)肥力全氮1.43 g·kg-1、有機(jī)質(zhì)23.29 g·kg-1、pH 值為5.33、速效鉀84.00 mg·kg-1、速效磷26.99 mg·kg-1、銨態(tài)氮10.32 mg·kg-1、硝態(tài)氮18.85 mg·kg-1。

供試材料為川芋50，購(gòu)于九森農(nóng)業(yè)有限公司。聚天門冬氨酸（PASP）購(gòu)于美島之星，有效成分≥98%。所用有機(jī)肥為洲際植物有機(jī)肥，N+P2O5+K2O≥10%，有機(jī)質(zhì)≥45%；無機(jī)肥為住商復(fù)合肥料，N≥25%，P2O5≥7%，K2O≥8%；尿素（46%）；硫酸鉀（51%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4 個(gè)處理：

（1）單施有機(jī)肥（Y）1125 kg·hm-2；

（2）單施無機(jī)肥（W）：復(fù)合肥1500 kg·hm-2，尿素（46%）和硫酸鉀（51%）各375 kg·hm-2；

（3）有機(jī)肥增施功能肥（Y+PASP）：在Y 基礎(chǔ)上增施PASP 375 kg·hm-2；

（4）無機(jī)肥增施功能肥（W+PASP）：在W 基礎(chǔ)上增施PASP 375 kg·hm-2。

以Y 和W 處理分別為Y+PASP 和W+PASP 的對(duì)照。試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)，每處理小區(qū)長(zhǎng)4 m、寬1.4 m，小區(qū)面積5.6 m2。株距0.25 m，行距0.7 m，每公頃約57 150 株。試驗(yàn)于2018 年12 月22 日播種，播種前全田翻耕，播種后覆黑膜，所有處理肥料均作底肥在播種時(shí)一次施入。在馬鈴薯生育期內(nèi)對(duì)其田間生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程、病害情況進(jìn)行調(diào)查、取樣測(cè)定，收獲后分小區(qū)測(cè)產(chǎn)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在苗期（出苗30 d）和塊莖膨大期（出苗60 d）取長(zhǎng)勢(shì)一致、無病蟲害的代表性植株，每小區(qū)3 穴，用打孔法測(cè)葉面積，EPSON V700 掃描儀掃描根系，采用WinRHIZO PRO 2013 系統(tǒng)軟件分析總根長(zhǎng)、根表面積、根平均直徑和根體積。按根、莖、葉和塊莖器官分樣裝入紙袋，105 ℃殺青30 min 后，85 ℃烘干至恒重后稱重，記錄各器官干物質(zhì)的質(zhì)量。利用VELP-UDK169 型凱氏定氮儀測(cè)定植株不同部位氮素含量。在塊莖成熟期（出苗90 d）選擇完整無病害塊莖測(cè)量其直鏈/支鏈淀粉含量（雙波長(zhǎng)法［18］）、還原糖（DNS 比色法［19］）、蛋白質(zhì)含量（凱氏定氮法［20］）。

在全田植株50%的葉片變黃時(shí)收獲，先統(tǒng)計(jì)每個(gè)小區(qū)株數(shù)，再全部收獲后稱重計(jì)產(chǎn)（剔除病薯、爛薯、蟲蛀薯），并考察其單株產(chǎn)量、商品率等。商品薯率采取GB/T 31784-2015 標(biāo)準(zhǔn)下三級(jí)商品薯分類，即不小于75 g 薯塊劃分為商品薯，一般情況下，扣除收獲薯塊總重的1.5% 作為雜質(zhì)、含土量。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

使用Excel 2019 處理數(shù)據(jù)及繪圖，SPSS 23.0軟件進(jìn)行方差分析和多重比較，用Origin 2018 進(jìn)行圖像制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 PASP 對(duì)農(nóng)藝性狀的影響

由表1 可 見，苗 期，Y+PASP 和W+PASP 處理株高分別比Y、W 處理降低22.0%、30.5%（P＜0.05）；各處理間莖粗差異不顯著，但PASP 降低了馬鈴薯單株葉面積46.8%～54.0%（P＜0.05）。在塊莖膨大期，Y+PASP 和W+PASP 處理株高分別比Y、W 處理高20.7%和12.6%，而Y 處理莖粗和葉面積指數(shù)顯著（P＜0.05）低于Y+PASP 處理，W 處理莖粗和葉面積指數(shù)顯著高于W+PASP處理。

表1 不同時(shí)期馬鈴薯植株形態(tài)Table 1 Plant morphology of potatoes at different growth stages

2.2 PASP 對(duì)根系形態(tài)的影響

從圖1 可以看出，苗期地下部和地上部生長(zhǎng)同步，增施PASP 對(duì)有機(jī)肥和無機(jī)肥處理都表現(xiàn)出根長(zhǎng)、根表面積和根體積減小的趨勢(shì)。苗期Y 處理的根系最發(fā)達(dá)，W+PASP 處理根系最短，體積最小。在塊莖膨大期，W+PASP 處理根長(zhǎng)、根表面積和根體積顯著高于其他處理，Y 處理根系最弱；Y+PASP 和W+PASP 處理根長(zhǎng)分別比Y 和W處理高68.6%和66.5%，根表面積分別高73.3%和66.4%，根體積分別高78.6%和66.9%，均達(dá)顯著水平（P＜0.05）。在所有時(shí)期根平均直徑差異不顯著，塊莖膨大期根平均直徑比苗期有減小趨勢(shì)。

圖1 不同時(shí)期馬鈴薯根系形態(tài)Fig.1 Root morphology of potato at different growth stages

2.3 PASP 對(duì)干物質(zhì)積累的影響

由 圖2 可 見，苗 期Y+PASP 和W+PASP 處理下植株根、莖、葉的干物質(zhì)量都低于Y 和W 處理。在塊莖膨大期，Y+PASP 處理根干重、莖干重和葉干重分別比Y 處理高66.2%、47.0% 和58.9%，W+PASP 處理根干重和葉干重分別比W處理低69.5%和77.1%。

圖2 不同時(shí)期馬鈴薯各部位干物質(zhì)積累量Fig.2 Dry matter accumulation in different parts of potato at different growth stages

2.4 PASP 對(duì)植株氮素積累的影響

從 表2 可 以 看 出，Y+PASP 和W+PASP 處理馬鈴薯植株根、莖、葉的全氮含量都顯著低于Y、W 處理，其中Y 處理地上部全氮含量最高；在塊莖膨大期，W+PASP 處理根和地上部全氮含量分別比W 處理下降40.2%和30.9%；而Y+PASP 處理根和地上部全氮含量分別比Y 處理下降35.2%和56.2%。從表3 可以看出，收獲時(shí)單施有機(jī)肥處理馬鈴薯植株的氮素吸收量最高，總體來看呈Y＞W(wǎng)＞W(wǎng)+PASP＞Y+PASP；但在成熟期，增施PASP 分別比單施有機(jī)肥和無機(jī)肥增加了9.8%和12.2%的氮素轉(zhuǎn)移率，增效作用達(dá)顯著水平。

表2 不同時(shí)期馬鈴薯的植株氮素吸收量Table 2 The amount of nitrogen uptake amount in different parts of potato plants at different growth stages kg·hm-2

表3 成熟期馬鈴薯的植株氮素吸收量Table 3 Nitrogen uptake amount of potato plants during harvest time

2.5 PASP 對(duì)塊莖營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

表4 結(jié)果表明，施用PASP 可使有機(jī)肥和無機(jī)肥下馬鈴薯塊莖直鏈淀粉分別降低5.2% 和12.2%、支鏈淀粉分別增加27.5%和降低6.3%；顯著增加無機(jī)肥處理塊莖蛋白質(zhì)含量，但與有機(jī)肥互作效果不明顯；Y 和W 處理塊莖還原糖分別比Y+PASP 和W+PASP 處理低了30.5% 和78.5%。

表4 成熟期馬鈴薯塊莖營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)Table 4 Nutritional quality of potato tubers at maturity stage

2.6 PASP 對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響

由表5 可見，Y+PASP 和W+PASP 處理 單株產(chǎn)量和折合公頃產(chǎn)量分別比Y 和W 處理低43.4% 和59.1%，商品薯產(chǎn)量比Y 和W 分別低45.1%和61.4%，且差異顯著（P＜0.05）。表明增施PASP 功能肥后都造成產(chǎn)量降低，但是對(duì)于無機(jī)肥的影響更加明顯；其中Y 處理比W 處理折合產(chǎn)量高2.3 t·hm-2，Y+PASP 折合產(chǎn)量比W+PASP處理高7.6 t·hm-2，對(duì)商品薯率影響不明顯。

表5 不同施肥處理的馬鈴薯產(chǎn)量Table 5 Potato yields in different fertilizer treatments

3 討論

3.1 PASP 對(duì)馬鈴薯農(nóng)藝性狀的影響

馬鈴薯的產(chǎn)量不僅與干物質(zhì)積累量緊密相關(guān)，而且和干物質(zhì)在各個(gè)器官中的轉(zhuǎn)運(yùn)和分配相關(guān)［21］。本研究顯示，增施PASP 功能肥在馬鈴薯不同生育時(shí)期會(huì)造成不同的效果：苗期不管是與有機(jī)肥還是無機(jī)肥混施都不利于植株生長(zhǎng)，降低株高、減小葉面積；在塊莖膨大期，有機(jī)肥增施PASP使株高、莖粗、葉面積顯著增加；但在無機(jī)肥條件下增施PASP 呈現(xiàn)相反的結(jié)果?？赡苁且?yàn)镻ASP 自身的多孔高分子集團(tuán)與高電負(fù)性，對(duì)土壤中養(yǎng)分離子具有富集與緩釋作用［6］，導(dǎo)致植株前期可獲取養(yǎng)分減少，植株生長(zhǎng)延緩。根形態(tài)來看，增施PASP 在苗期可以抑制根系的生長(zhǎng)，但在塊莖膨大期對(duì)根系生長(zhǎng)表現(xiàn)出促進(jìn)作用，尤其是在與無機(jī)肥混施時(shí)對(duì)根長(zhǎng)和根表面積有顯著增加作用。這與曹丹［22］在楊樹苗、郭景麗［23］在玉米苗上的試驗(yàn)結(jié)果一致，一定濃度的聚天門冬氨酸可以促進(jìn)植物地上部和地下部的形態(tài)建成，但是超過臨界值會(huì)造成相反結(jié)果［24］。而根系的形態(tài)與根系吸收能力呈正相關(guān)，所以在生長(zhǎng)后期PASP 可以提高植株根系的吸收能力從而有利于植株地上部枝葉伸展，光合面積增加，從而增加干物質(zhì)積累量和氮含量。同時(shí)PASP 對(duì)土壤結(jié)構(gòu)具有良好改善效果［25］，可能是導(dǎo)致后期根系伸展情況較好的重要原因。

3.2 PASP 對(duì)馬鈴薯氮素及干物質(zhì)積累的影響

馬鈴薯全生育期中對(duì)氮素都有較高要求，通過對(duì)馬鈴薯植株氮素吸收和干物質(zhì)積累情況的測(cè)量可以反應(yīng)植株的光合、代謝和發(fā)育情況，從氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)推測(cè)產(chǎn)量高低［26-27］。試驗(yàn)中PASP 會(huì)減少植株氮素含量，尤其在生長(zhǎng)后期，增施PASP 比單施有機(jī)肥和無機(jī)肥處理的植株氮素吸收量顯著減少，其中有機(jī)肥處理下，氮素吸收效果最好。干物質(zhì)積累情況前期與氮素積累同步，后期相反。在和有機(jī)肥混施時(shí)，前期抑制植株干物質(zhì)積累，后期卻呈現(xiàn)顯著促進(jìn)效果；而與無機(jī)肥混施時(shí)不管是前期還是后期都會(huì)減少植株干物質(zhì)積累。該結(jié)果與唐會(huì)會(huì)［28］在玉米上的研究結(jié)果相似，PASP 在花前減少植株干物質(zhì)積累，但花后會(huì)有增效作用。

3.3 PASP 對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)及產(chǎn)量的影響

從試驗(yàn)結(jié)果來看PASP 與無機(jī)肥混施時(shí)顯著提高塊莖蛋白質(zhì)和還原糖含量，與有機(jī)肥混施作用不明顯，其對(duì)塊莖直鏈和支鏈淀粉的影響也不顯著。從經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量來看，增施PASP 沒有提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的作用，這與在水稻［12］、蘿卜［29］和黃瓜［30］等作物上試驗(yàn)結(jié)果不同，造成這種結(jié)果的原因首先可能是因?yàn)椋厚R鈴薯以變態(tài)匍匐莖作為經(jīng)濟(jì)器官收獲，PASP 對(duì)于土壤養(yǎng)分的吸附利用并不利于其莖的發(fā)生，即由于前期PASP 的富集作用，使馬鈴薯出苗受抑，植株前期生長(zhǎng)緩慢，到后期PASP 與肥料經(jīng)過締合作用生成多肽尿素，抑制尿素在土壤中的硝化作用和銨化作用，提高了氮素的利用率，起到緩釋作用［11-12］，從而使植株可利用氮增加。植株出現(xiàn)后期地上部持續(xù)生長(zhǎng)的情況，地上營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)強(qiáng)度大于生殖生長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)沒有及時(shí)向塊莖中轉(zhuǎn)運(yùn)，導(dǎo)致產(chǎn)量降低［21］和塊莖還原糖增加［31］；對(duì)比單施無機(jī)肥和有機(jī)肥的產(chǎn)量結(jié)果，有機(jī)肥處理產(chǎn)量比無機(jī)肥高6.6%，可能是因?yàn)橛袡C(jī)肥對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)同化速率和產(chǎn)量提高有積極效果［32］。

其次，聚天門冬氨酸在馬鈴薯生產(chǎn)方面的研究報(bào)道還不完善，本次試驗(yàn)的參考較少，試驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)出馬鈴薯生育期延長(zhǎng)的現(xiàn)象，而在成熟期對(duì)氮素向塊莖轉(zhuǎn)運(yùn)卻有增效作用，可能是該功能肥適合生育期長(zhǎng)的品種和作物；從本試驗(yàn)結(jié)果中馬鈴薯植株生長(zhǎng)前期受抑，生長(zhǎng)后期促進(jìn)，塊莖還原糖含量增加等現(xiàn)象也可推斷該功能肥可能具有延遲馬鈴薯生育期的作用。但是造成該結(jié)果是否與功能肥施用量和施用方式有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

經(jīng)綜合比較發(fā)現(xiàn)，增施聚天門冬氨酸功能肥有利于馬鈴薯植株生長(zhǎng)后期的株高、莖粗增加，根系伸展，促進(jìn)莖、葉、根干物質(zhì)的增加，卻不利于前期生長(zhǎng)。對(duì)馬鈴薯塊莖膨大期氮素吸收、塊莖加工品質(zhì)和產(chǎn)量形成有消極影響，與無機(jī)肥混合施用有顯著提高塊莖還原糖和蛋白質(zhì)含量的效果。