連作馬鈴薯冠層結構與物質積累的關系

劉拴成　馬達靈　穆俊祥　曹興明

摘要：作物冠層結構是與外界環境相互作用最直接的界面層，為了明確短期連作馬鈴薯冠層結構與物質積累量指標、產量的關系，以輪作馬鈴薯為對照，設置1年連作、2年連作2個處理，在馬鈴薯關鍵生育期調查株高、株幅、葉面積、分器官干質量及其產量。結果表明：輪作馬鈴薯的株高、葉面積指數明顯高于1年連作和2年連作馬鈴薯;輪作狀態下的單株葉片干質量、單穴塊莖干質量、單株總干質量等物質積累量指標高于1年連作、2年連作狀態;輪作狀態下總產量、商品薯率均高于連作狀態。馬鈴薯的株高、葉面積指數等冠層指標與物質積累量、產量呈顯著正相關。

關鍵詞：馬鈴薯;連作;冠層結構;物質積累量

中圖分類號：S532.01文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2020）07-0107-04

馬鈴薯作為我國四大主糧作物之一，同時兼具蔬菜、飼料等功用。內蒙古自治區是我國馬鈴薯生產的主要省份，其中烏蘭察布市享有“中國薯都”的稱號，每年播種面積穩定在26.67萬hm2左右，占全區馬鈴薯種植面積的40%[1]。由于土地資源的限制和適宜種植作物種類的單一，烏蘭察布地區馬鈴薯連作栽培現象非常普遍，而科學研究證實長期的連作會造成馬鈴薯產量降低、品質下降、病蟲害嚴重、生育狀況變差等情況，這將嚴重限制著馬鈴薯產業健康、持續的發展。

前人對馬鈴薯連作研究已取得了一些成果，主要集中在連作后馬鈴薯形態與生理的變化、連作時間與土壤養分含量、微生態結構（包括生物與非生物）變化及各內部因素的相關性等方面[2-5];而對于連作栽培條件下馬鈴薯冠層結構與物質積累量的研究尚未見報道。

作物冠層結構是與外界環境相互作用最直接、最活躍的界面層，它不僅直接影響光合有效輻射的截獲，而且通過水、熱、氣等微環境影響作物生理、生態功能，最終反映在群體的物質生產與產量上[6-7]。

因此，本研究以冠層結構為著眼點，通過對比連作與輪作環境下，馬鈴薯不同生育階段的冠層結構特征、各器官干物質積累分配規律等指標，明確短期連作馬鈴薯冠層結構與物質積累量、產量形成的關系，探索連作障礙評價的新指標，以期為烏蘭察布市馬鈴薯連作產生的原因和如何消除連作障礙現象奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

本試驗選用烏蘭察布市當地主栽馬鈴薯品種后旗紅原種，種植于集寧師范學院實訓農場（113°08′N、41°03′E）。設置馬鈴薯輪作（CK）、1年連作（CP1）、2年連作（CP2） 3個處理，每個處理6次重復，3次重復用于取樣測定，3次重復用于測產;種植密度為50 ?000株/hm2，基施純氮 180 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2。馬鈴薯于2017年5月10日播種，6月3日出苗，9月20日收獲。

1.2 測定指標與方法

在馬鈴薯出苗后33 d（苗期）、48 d（塊莖形成期）、63 d（塊莖膨大期）、78 d（淀粉積累期）、93 d（成熟期）分別測定馬鈴薯單株葉面積、株高、株幅等形態指標[8]，計算葉面積指數;同時，取樣分器官測定單株莖、單株葉片、單株根、單穴塊莖等干質量。馬鈴薯成熟后按小區單收，塊莖總鮮質量記為總產量;對塊莖進行分級，單薯質量大于50 g為商品薯，小于50 g為非商品薯。商品薯率

=商品薯鮮質量/薯塊總鮮質量×100%[8]。

1.3 數據分析

運用SPSS 22.0計算馬鈴薯冠層指標及干質量的平均值;同一時期的數據利用F檢驗進行單因素方差分析;冠層指標與物質積累量指標的關系采用泊松（Pearson）相關分析;利用Excel 2010作圖。

2 結果與分析

2.1 連作馬鈴薯冠層結構指標

對輪作（CK）、1年連作（CP1）、2年連作（CP2）處理的馬鈴薯冠層結構指標進行方差分析，結果（表1）顯示，在苗期、塊莖膨大期，CK、CP1、CP2間的株高、葉面積指數存在顯著差異;在其他關鍵生育時期，連作對馬鈴薯的株高、株幅、葉面積指數等指標無顯著影響。

就株高而言，CK、CP1、CP2均在塊莖膨大期達到最大值，后期略有降低，塊莖形成期到塊莖膨大期，CK增加速率明顯高于CP1、CP2;在苗期，CK為47.3 cm，明顯高于CP1（38.3 cm）、CP2（40.8 cm），均達到極顯著差異;在塊莖膨大期，CK為74.2 cm，也高于CP1、CP2（表1、圖1）。就株幅而言，各處理均在塊莖膨大期達到最高值，CK、CP1、CP2分別為74.8、71.7、68.3 cm，后期均明顯下降;在同一生育期，CK、CP1、CP2間的株幅無顯著差異（表1、圖2）。就葉面積指數而言，隨著生育進程的推進，各處理呈先增后減的變化趨勢，塊莖膨大期達到最大值，CK、CP1、CP2分別為1.00、1.02、0.69。與CK相比，CP1處理在苗期、塊莖形成期的葉面積指數顯著低于對照，達到顯著水平，其余各個時期差異不明顯;CP2處理的葉面積指數在各個時期均顯著低于對照（圖3）。

2.2 連作馬鈴薯干物質積累情況

由表2可知，單株葉片干質量除成熟期外，其余各個時期在CK、CP1、CP2間均有顯著差異，連作對馬鈴薯單株葉片干質量有明顯影響;單穴塊莖干質量在整個塊莖期處理間均有顯著差異;單株莖干質量和根干質量在整個生育期各處理間均無顯著差異;單株總干質量除塊莖形成期外，其余各個時期在各處理間均存在顯著差異。

如表3所示，單株葉片干質量隨著生育進程的推進呈現增加的趨勢。在苗期，CK葉片干質量明顯高于CP1、CP2;在塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期，CK單株葉片干質量明顯高于CP2，其中在塊莖膨大期CK、CP1、CP2分別為24.4、22.4、15.2 g。CK、CP1、CP2處理的單株塊莖干質量隨生育期推進明顯增大，而且CK明顯高于CP2，其中在淀粉積累期， CK、 CP1、 CP2分別為65.7、54.9、40.9 g。因此，單株總干質量隨著生育進程推進有明顯增加的趨勢，呈現“S”形增長規律，并且存在CK明顯高于CP2的現象，尤其在成熟期，CK單株總干質量為163.1 g，CP1為114.9 g，CP2僅為91.5 g（表3）。說明連作能夠顯著影響生育期內馬鈴薯的干物質積累。

從表3還可知，在苗期與塊莖形成期，單株根、單株莖、單株葉片干質量增加迅速;在塊莖膨大期后，植株的干物質分配方向發生改變，以塊莖的干物質積累為主，受連作影響，在淀粉積累期CK和 CP1塊莖干質量占整株干質量的57%，而CP2為53%。成熟期，CK處理約73%的干物質積累在塊莖中;而CP2處理塊莖的干物質積累約為60%。

2.3 連作馬鈴薯產量表現及其相關性分析

由圖4可知，馬鈴薯輪作、1年連作、2年連作總產量分別為17.9、14.3、7.7 t/hm2，三者之間差異明顯;輪作的商品薯率（88.0%）明顯高于2年連作（75.7%），與1年連作（85.7%）差異不明顯。由此可見，輪作馬鈴薯的商品薯產量遠高于其1年連作、2年連作。

馬鈴薯冠層結構指標與單株各器官干質量、單株總干質量、總產量、商品薯率進行相關分析，結果顯示，株高與單株莖、單株葉片、單株根、單穴塊莖、單株總干質量以及總產量呈顯著正相關，葉面積指數與單株葉片、單株根干質量、總產量、商品薯率密切相關;株幅僅與莖、葉干質量有明顯相關（表4）。由此可見，冠層指標與地上部器官的物質積累量指標、總產量明顯相關，可以把冠層指標株高、葉面積指數作為預測連作馬鈴薯產量的關鍵指標。

3 討論與結論

連作障礙在一些主糧作物、蔬菜中普遍存在[9]，連作后馬鈴薯形態發生變化，隨著連作年限延長，馬鈴薯株高呈降低趨勢、單株主莖數減少、葉面積減小[10]。與本研究結果類似，輪作處理的株高、葉面積指數明顯高于2年連作，但與1年連作狀態下相比差異較小，說明連作對馬鈴薯冠層結構的影響是累積效應。

在物質積累方面，馬鈴薯的單株葉片、單穴塊莖的干質量以及單株總干質量均整體表現出隨著連作年限增加而下降的趨勢，并且輪作顯著高于2年連作;尤其單穴塊莖干質量差異更加明顯，從而奠定了總干物質差異的基礎。因此，輪作的產量遠高于1年連作、2年連作。這與劉星等關于1～5年連作馬鈴薯物質積累的研究結果[11]一致。

作物冠層結構影響著群體內光照、溫度、二氧化碳濃度等的分布，進而影響到作物的生長發育和產量形成[7]。葉片是光合作用的主要器官，是形成產量最活躍的因素;光合產物的積累與群體光合面積（葉面積指數）密切聯系[12]。本研究結果也表明，馬鈴薯的株高、葉面積指數與干物質積累量指標、總產量呈顯著正相關。因此，大小合適的群體光合面積、合理的葉層結構是形成高產的基礎。馬鈴薯連作后會出現植株變矮、葉面積變小的現象，因此所構建的冠層結構不合理，從而影響產量的形成。后繼研究可通過栽培措施調控冠層結構，特別注意葉面積指數、光合勢、光合生產率、收獲指數和C/N的值等生理生化指標的合理調控，從而減輕連作障礙。

參考文獻：

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