斷根時間與半徑對菊芋塊莖生產性能及其水平分布規律的影響

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(1. 內蒙古民族大學農學院， 內蒙古 通遼 028043； 2. 內蒙古自治區飼用作物工程技術研究中心, 內蒙古 通遼 028043)

菊芋(HelianthustuberosusL.)為多年生草本植物，其塊莖菊粉含量豐富，約占干物質70%～90%，經發酵可轉化為乙醇，轉化率高達83%～99%[1-3]。在生物乙醇和菊粉生產過程中，主要原材料為菊芋塊莖部分。針對這種實際情況，國內外學者分別從菊芋的肥料管理[4-8]、收獲時間[9]、種植密度[10-11]、水分管理[12-13]等角度就如何提高菊芋塊莖產量進行了大量研究，并取得豐碩成果。對斷根提高菊芋各器官生物量方面的研究也有不少報道其主要內容集中于斷根對菊芋各器官生物量、物質分配規律、等形態學指標和熱值、灰分含量、C、N、P含量等生理指標方面進行了相關研究[14-16]，而斷根對菊芋塊莖生物量、數量、體積以及水平分布情況研究相對較少。基于上述原因，本文通過設定不同斷根時間和半徑，通過測定菊芋塊莖生物量、數量、體積以及水平分布規律，從斷根后塊莖生物量、數量、體積和水平分布規律變化角度闡明斷根提高菊芋塊莖生物產量的機制。

1 材料與方法

1.1 試驗地自然概況

研究地點位于西遼河平原內蒙古民族大學農學院試驗農場。43°36′ N，122°22′ E，海拔178 m。試驗地區為典型的溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫6.4℃，極端最低溫-30.9℃，≥10℃積溫3 184℃，無霜期150d，年均降水量399.1 mm，生長季(4～9月)降水量占全年的89%。試驗地土壤為灰色草甸土，土壤有機質含量18.23 g·kg-1、堿解氮62.41 mg·kg-1、速效磷38.61 mg·kg-1、速效鉀184.58 mg·kg-1、pH值8.20。試驗地具有井灌條件。

1.2 試驗設計

1.2.1菊芋種植 2016年5月1日，選擇無病、無傷、20～25 g重的菊芋塊莖作為種莖播種，播種深度30 cm，行株距為200 cm×200 cm。一次性施入混合復合肥140 kg·hm-2，其中57.2%的N、16.7%的P、26.1%的K。

1.2.2試驗設計 本試驗以菊芋單株為研究對象，分別設置5個根系切割時間和5個根系切割半徑，共計25個處理，每個處理重復10株，共計250株，根系切割時間和半徑如下：

根系切割時間：50日齡(T1)、65日齡(T2)、80日齡(T3)、95日齡(T4)，115日齡(T5)；

根系切割半徑：切除1/5H、切除1/4H、切除1/3 H、切除1/2H、不切割(CK)；

“H”為進行根系切割處理時的實際根系長度(通過測定3株菊芋地下根系來確定)。

1.3 測定內容及方法

取樣時間為2016年10月9～15日之間，取樣時以每株菊芋莖稈為中心，以0～16 cm、16～30 cm、32～48 cm、48～64 cm和64～80 cm為半徑進行環形分段取樣，分別對取樣范圍內的所有塊莖進行的干重、塊莖體積(排水法進行測定)和塊莖數量進行統計。

1.4 數據分析

對試驗數據利用SPSS 17.0進行雙因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 斷根時間和半徑對菊芋塊莖生物量的影響

塊莖總生物量在各斷根處理間差異不顯著；0～16 cm范圍內隨著斷根時間的延遲塊莖總生物量呈現逐漸增加的變化趨勢，T5塊莖生物量最高，極顯著高于T1、T2和T3(P<0.01)，顯著高于T4(P<0.05)，T1塊莖生物量最低，極顯著低于T3、T4和T5(P<0.01)，顯著低于T2(P<0.05)；16～32 cm范圍內隨著斷根時間的延遲，塊莖總生物量呈現先增加后降低的變化趨勢，T2最高，極顯著高于T1、T3、T4和T5(P<0.01)，T1、T3、T4和T5之間差異不顯著；32～48 cm和48～64 cm范圍內不同處理時間之間差異不顯著；64～80 cm范圍內隨著處理時間的延遲，塊莖總生物量呈現先增加后降低的變化趨勢，T2最高，極顯著高于T1、T3和T5(P<0.01)，與T3之間差異不顯著(表1)。

塊莖總生物量及0～16 cm和16～32 cm范圍內的塊莖生物量，各斷根半徑處理均極顯著高于對照(P<0.01)，1/2H斷根條件下塊莖總生物量最高，極顯著高于1/5H、1/4H和1/3H斷根處理(P<0.01)，1/3H極顯著高于1/4H處理(P<0.05)，1/4H顯著高于1/5H(P<0.05)；0～16 cm范圍內與總生物量變化趨勢一致；16～32 cm范圍內1/2H斷根條件下塊莖生物量最高，顯著高于1/5H、1/4H和1/3H(P<0.05)，而1/5H、1/4H和1/3H之間差異不顯著；32～48 cm 、48～64 cm和64～80 cm范圍內不同斷根處理之間均沒有顯著差異(表1)。

表1 斷根時間和半徑對菊芋塊莖生物產量的影響Table 1 The effect of time and radius of root cutting on tuber biomass of Jerusalem Artichoke

注：同列不同大寫字母或不同小寫字母者表示不同斷根時間或半徑之間在0.01或0.05水平下差異顯著，下同

Note：Different letters show significant differences at 0.05 and 0.01 level between different cutting root radius or cutting root time, the same as below

2.2 斷根時間和半徑對菊芋塊莖體積的影響

16～32 cm、48～64 cm范圍內單個塊莖體積和全株塊莖平均體積在不同斷根處理時間之間沒有表現出顯著差異；不同斷根時間條件下，0～16 cm范圍內單個塊莖平均體積大小順序為：T1>T4>T5>T2>T3，T3最低，極顯著低于T1(P<0.01)，其他各處理時間之間差異不顯著；32～48 cm范圍內單個塊莖平均體積大小順序為：T3>T2> T4> T5>T1，T1極顯著低于T3和T2(P<0.01)，T5極顯著低于T3(P<0.01)；64～80 cm范圍內單個塊莖平均體積大小順序為：T5>T3> T4>T2> T1，T5顯著高于T2和 T1(P<0.05)(表2)。

16～32 cm、48～64 cm和64～80 cm范圍內單個塊莖平均體積在不同斷根半徑之間沒有表現出顯著差異；0～16 cm范圍內，1/5H斷根條件下單個塊莖體積最大，極顯著高于對照(P<0.01)，其他各處理之間沒有顯著差異；32～48 cm范圍內1～2 H斷根條件下塊莖體積最高，極顯著高于對照(P<0.01)，且1/5H、1/4H和1/3H處理半徑條件下塊莖體積也均顯著高于對照(P<0.05)；不同斷根處理條件下塊莖平均體積均顯著高于對照(P<0.05)(表2)。

表2 斷根時間和半徑對菊芋塊莖體積的影響Table 2 The effect of cutting root time and radius on tuber volume of Jerusalem Artichoke

2.3 斷根時間和半徑對菊芋塊莖數量的影響

16～32 cm、32～48 cm、48～64 cm和64～80 cm范圍內塊莖個數在不同斷根時間之間均沒有表現出顯著差異；0～16 cm范圍內塊莖數量在不同斷根時間之間的大小關系為：T2>T4>T3>T1 > T5，T2極顯著高于T5(P<0.01)，T4顯著高于T5(P<0.05)，其他各處理時間之間沒有顯著差異；T2斷根條件下全株塊莖總數最高，顯著高于T1(P<0.05)，其他各處理之間塊莖總數沒有表現出顯著差異(表3)。

32～48 cm、48～64 cm和64～80 cm范圍內塊莖個數在不同斷根半徑之間均未表現出顯著差異；0～16 cm范圍內，不同斷根半徑處理條件下均極顯著高于對照(P<0.01)，1/2H斷根條件下塊莖數量最高顯著高于1/5H、1/4H和1/3H(P<0.05)，極顯著高于1/5H和1/4H(P<0.01)；16～32 cm范圍內處理的塊莖個數均高于對照，其中1/2H極顯著高于對照(P<0.01)，1/4H顯著高于對照(P<0.05)；不同斷根半徑處理條件下單株菊芋塊莖總數均極顯著高于對照(P<0.01)，隨斷根半徑的增加塊莖數量呈現逐漸增加的變化趨勢，1/2H斷根條件下顯著高于1/3(P<0.05)，極顯著高于1/4H和1/5H(P<0.01)(表3)。

表3 斷根時間和半徑對菊芋塊莖數量的影響Table 3 The effect of cutting root time and radius on tuber number of Jerusalem Artichoke

3 討論

斷根作為影響菊芋塊莖產量的重要農藝措施，已有研究表明斷根能夠提高菊芋塊莖生物產量，且斷根半徑越大其塊莖生物產量越高，同時斷根時間對塊莖生物產量也具有一定影響[15]。本文結論也進一步證實斷根能夠達到提高菊芋塊莖生物產量的目的，且斷根時間和半徑對塊莖生物產量均具有極顯著影響，其中不同斷根半徑處理條件下塊莖生物量均極顯著高于對照，且隨著斷根半徑的增加塊莖生物量呈現逐漸增加的變化趨勢。表明合理斷根時間和半徑的確定是通過斷根這種農藝措施提高菊芋塊莖產量的關鍵。同時，斷根提高生物產量在小麥、玉米和花生等作物上同樣得到驗證，其原因主要是斷根促進了植物根系的生長，提高了根系活力，促進了根系對水分、營養物質的吸收，進而增進了作物的光合作用，而根系對各類礦質元素的吸收和光合作用的增強恰好是作物物質合成的重要因素，也是獲得高產的基礎條件[17-18]。且斷根能夠延緩根系衰老，延長根系壽命，進而延長作物產量的形成時間，最終達到提高產量的效果[19]。本文通過對不同的斷根時間條件下菊芋塊莖生物產量的比較研究，也證實晚期斷根效果優于早期斷根，且隨著斷根時間的延遲塊莖生物產量呈現逐漸增加的變化趨勢。該結果與Bennett等通過現蕾期改變大豆源-庫關系對大豆產量的影響大于營養期進行減源梳庫處理，及周海燕等通過在吐絲期至成熟期調價玉米源～庫關系能夠獲得更高的干物質的結論相一致[20-21]。對于菊芋隨著斷根時間延遲，塊莖生物產量逐漸增加的原因與其生長規律有一定的關系。菊芋的生長規律包括兩個階段：第一階段為營養生長階段，主要是菊芋營養器官的生長，該時期斷根主要促進莖稈、 葉片和根系的生長，對塊莖影響較弱; 第二階段是生殖生長階段，生長中心轉移，塊莖開始出現并逐漸增大。因此，在這一階段切割對塊莖的影響較大，促進了營養物質由源到庫的運輸，使塊莖產量高于營養生長期切割。

塊莖生物產量主要由塊莖的數量和體積決定，本文通過對不同斷根時間和半徑條件下菊芋塊莖數量和體積的測定方差分析發現了不同斷根半徑處理條件下塊莖的體積和數量均顯著高于對照，這是斷根半徑提高塊莖生物量的主要原因，即斷根半徑通過增加塊莖數量和單個塊莖體積最終達到提供產量的效果；同樣，隨著斷根時間的延遲塊莖數量和單個塊莖體積均呈現增加的變化趨勢，也隨著斷根時間的延遲塊莖生物量逐漸增加的主要原因。

對于具有匍匐莖的菊芋來說，其塊莖在地下的分布具有一定的規律性。已有研究表明隨著離根系中心半徑的增加，菊芋單位面積內菊芋塊莖生物量和數量呈現逐漸降低的變化趨勢[10]。本文通過測定不同斷根時間和半徑條件下，菊芋距離主根不同區域內塊莖生物量和數量的變化規律基本與未斷根一致，而單個塊莖體積隨著距離主根半徑的增加，未顯示出可尋的規律，原因主要是在測定塊莖生物量、個數和體積過程將所有塊莖(無論大小)均算在內，故而塊莖體積規律性并不明顯。同時在不同斷根條件下，0～16 cm和16～32 cm范圍內塊莖生物量和塊莖數量均極顯著高于對照，其原因可能是斷根處理促進了主跟上生出更多的側根，提高了近主根端側根的密度，進而導致塊莖數量和生物量的增加。

4 結論

斷根能夠達到提高菊芋塊莖生物產量的目的，且斷根時間和半徑對塊莖生物產量均具有極顯著影響。在65日齡斷根條件下塊莖生物量最高(980.07 g·株-1)，1/2斷根半徑條件下塊莖生物量最高(1 115.28 g·株-1)；115日齡斷根條件下塊莖平均體積最大(5.79 cm3)，1/5斷根半徑條件下塊莖體積最大(5.81 cm3)；65日齡斷根條件下塊莖數量最多(616.72個·株-1)，1/2斷根半徑條件下塊莖數量最多(654.93個·株-1)；斷根時間和半徑對塊莖生物產量均具有極顯著影響(P<0.01)，斷根處理條件下單位面積內菊芋塊莖生物量和數量隨距離主根中心距離的增加呈現逐漸減少的變化趨勢；斷根時間和半徑對塊莖數量、生物量和體積的影響隨著距離主根中心距離的增加逐漸減弱。