增施CO2馬鈴薯生長發育動態變化研究

楊小華 吳靜 徐寶連

摘要 為探索出魯西南二季作區早春三膜栽培模式下增施CO2氣肥對馬鈴薯生長發育的影響，設計CK（不施CO2）和增施CO2（液化氣燃燒法）2個處理。每隔6 d收獲一次，隨機收獲3株，測定單株馬鈴薯株高、株幅、葉面積、植株鮮重和干物質率、塊莖鮮重和干物質率等指標的動態變化。結果表明，隨著增施CO2量的增加，地上部生物量和葉面積比CK增長顯著;單株塊莖增產極顯著，平均增幅達43.3%。

關鍵詞 馬鈴薯;CO2;生長;發育;動態變化

中圖分類號 S532 ?文獻標識碼 A ?文章編號 0517-6611（2020）21-0162-03

Abstract To explore the effects of CO2 for threefilm mulching cultivation of potatoes in the early spring under the potato double cropping mode of Southwest Shandong Province. Two treatments， CK （without CO2） and CO2 （liquefied gas combustion method）， were designed in this experiment. Three plants were harvested randomly every six days. The dynamic changes of individual potato plant were determined， including plant height， plant width， leaf area， fresh weight and dry matter rate of aboveground part，fresh weight and dry matter rate of underground tuber. The results showed that the above ground biomass and leaf area increased significantly compared with CK， with the continuous application of CO2， and the yield of tuber per plant increased significantly， with an average increase of 43.3%.

Key words Potato;CO2;Growth;Development;Dynamic changes

基金項目 山東省現代農業產業技術體系薯類產業創新團隊項目（SDAIT-16-15）。

作者簡介 楊小華（1975—），女，山東濟寧人，農藝師，從事蔬菜育種與栽培技術研究。

*通信作者，研究員，從事蔬菜育種與栽培技術研究。

收稿日期 2020-03-30

近年來，中原二季作區大、中棚和多膜覆蓋馬鈴薯栽培面積逐年擴大，其中以魯西南地區三膜覆蓋模式越來越多。在現代設施種植中，由于空間相對密閉，空氣流通不暢，CO2缺乏現象較為嚴重，人為增施CO2已成為設施栽培的一項重要技術措施。CO2是光合作用的重要原料之一，是光合作用得以進行的物質基礎[1]，設施黃瓜、番茄、辣椒以及葉菜類增施CO2可增強光合作用，使植株健壯，有效地提高作物品質和產量[2-8]。但在魯西南二季作區三膜栽培模式下加施CO2氣肥，對馬鈴薯植株生長發育變化動態的研究鮮見報道，因此，筆者對山東省濟寧地區三膜栽培模式下的馬鈴薯進行增施CO2氣肥，進而測定馬鈴薯植株和塊莖相關性狀指標的變化。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

供試馬鈴薯品種為“荷蘭15”G2代脫毒種薯，于內蒙古基地繁種;供試肥料二氧化碳由ZC-3型大棚植物增產器（大連創科君英科技發展有限公司）燃燒液化氣的方式提供，可提供300 L/h CO2。

1.2 試驗設計

于2018年春季在山東濟寧市農業科學研究院的馬鈴薯試驗基地進行，采用三膜覆蓋的栽培方式：地膜、拱棚膜、大棚膜三膜結合。試驗設置增施CO2和CK（不增施CO2）2個處理，處理間用拱棚分開，1個拱棚即為1個處理，不設重復。每個處理種植面積為150 m2，行距為70 cm，株距為25 cm。2017年12月22日馬鈴薯種薯切塊催芽，2018年1月9日播種，2月8日馬鈴薯出齊苗，開始增施CO2。一般情況下，增施時間在晴天的08：00—09：00，每日增施CO2氣肥1 h，然后閉棚1～2 h后放風。陰雨天氣，停止增施。持續施CO2氣肥至氣溫升至25 ℃以上。增施CO2肥30 d后，即3月8日開始收獲調查，至4月19日，平均每隔6 d收獲一次，每次隨機收獲3株，進行馬鈴薯單株指標的測定：株高、株幅、葉面積、地上部分單株鮮重;地下莖長度;單株塊莖數量和重量;單株地上部分和塊莖干物質率。4月21日，植株葉片發黃時收獲。

1.3 測定指標與方法

株高：用直尺測量植株地上部最高主莖的基部至生長點的長度（“農作物種質資源規范與標準∣第三次全國種質資源普查與收集行動—中國作物種質資源”）。

株幅：用直尺測量的植株地上部分最大寬度。

葉面積：使用葉面積儀對葉片進行拍照測量，并記錄統計單株葉面積[9]。

干物質：植株地上部取樣清潔后，于105 ℃進行樣品殺青，80℃下烘干至恒重后稱重[10]。塊莖切絲混勻，稱重取樣150 g，采取相同方法烘干測定其干物質含量[10-11]。采用YMJ-A型號的葉面積測定儀（浙江托普儀器有限公司）測定葉面積;采用YP1201N電子天平（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）測定重量;采用DHG-9623A型號的電熱恒溫鼓風干燥箱（上海精宏實驗設備有限公司）烘干植株地上部分和塊莖。

1.4 數據分析

試驗數據應用Excel 2003處理并作圖。

2 結果與分析

2.1 株高、株幅和地下莖長度

由圖1可知，在整個調查過程中，隨著增施CO2，馬鈴薯不斷地生長，植株株高和株幅呈不斷升高的趨勢，4月19日調查結果達最高;CK的變化趨勢與之相同。增施CO2的馬鈴薯植株株高均比CK顯著增加，最小增加幅度在21.6%以上，最大增幅達43.0%;植株的株幅比CK同樣有所增加，增長幅度平均為5.5%。馬鈴薯地下莖長度保持在10 cm左右，無顯著變化。說明長期增施CO2可以促進馬鈴薯植株地上部分的生長，提高植株的高度和寬度，擴大植株的見光面積，以更好地吸收外界營養;馬鈴薯地下莖的生長無顯著變化，不受CO2增加的影響。

2.2 側枝和塊莖數量

圖2表明，無論增施CO2與否，不同時期馬鈴薯的側枝數量基本保持在1～2個，與CK差別不大;同樣，增施CO2馬鈴薯的塊莖數量與CK基本持平，隨著植株的生長有所增加，到生長中期后，塊莖數量無顯著變化，塊莖數量在3個左右。說明增施CO2對馬鈴薯的側枝和塊莖數量沒有太大影響。

2.3 葉面積

從圖3可以看出，在整個調查期內，增施CO2和對照2個處理的馬鈴薯葉面積變化趨勢均表現為開口向下的拋物線形式。馬鈴薯生長前期，葉面積呈逐漸增加趨勢;在4月12日即馬鈴薯出苗60 d后，葉面積達最大值，之后呈下降趨勢。增施CO2的馬鈴薯葉面積顯著高于CK，增長率最少為31.1%，最高則為80.6%。說明通過增施CO2能夠顯著提高馬鈴薯的葉面積，至馬鈴薯生長后期，地上器官逐漸衰老，植株葉面積有所下降。

2.4 鮮重

從圖4可以看出，在整個生長過程中，增施CO2和CK 2個處理的馬鈴薯地上部鮮重，呈雙峰曲線變化趨勢。其中增施CO2的馬鈴薯植株鮮重在3月8日至3月15日表現為增長趨勢，后逐漸下降至3月29日;自3月29日植株鮮重再次增長，直至 4月12日達到最大值后，再次下降。且增施CO2的馬鈴薯地上部鮮重比CK增加顯著，增長值在15.1%以上。另外，在馬鈴薯整個調查期內，2個處理的塊莖產量整體處于增長狀態，4月5日后塊莖產量增長較快，至4月19日調查最后一次達到最大值。調查過程中，增施CO2的馬鈴薯塊莖產量均比CK較高，平均增加43.3%。3月8日，即施肥30 d后馬鈴薯塊莖產量為124.0 g，比對照增長25.3%。截至4月19日，單株塊莖產量達最高，CK單株產量為427.9 g，增施CO2的馬鈴薯塊莖產量為662.3 g，比對照增加54.8%。

綜上，在整個馬鈴薯生長發育過程中，地上部和塊莖生長趨勢不受增施CO2的影響，但增施CO2可以明顯地促進兩者的生長，提高馬鈴薯植株的生長速度，增加塊莖產量。

2.5 干物重

從圖5可以看出，增施CO2和CK 2個處理的植株干物質含量，在調查前期增加較快，隨著植株生長，干物質率有一個先下降后增長的過程。2個處理的馬鈴薯塊莖，調查前期增長較快，變化顯著，隨著植株生長，干物質率有所增加，但增長平緩，不顯著。植株和塊莖的干物質率在2個處理間變化不大，增長不顯著。

3 討論

3.1 地上部

CO2濃度倍增，在一定程度上可促進小麥、棉花、大豆等作物植株生長[12]。與對照相比，補施CO2的黃瓜株高增加了10.7%[13]。CO2施肥濃度在1 000 μL/L 以下，隨著濃度的增加，綠豆、黃豆、蕎麥和馬鈴薯形態指標變化明顯，生長越來越茂盛，植株也越來越高[14]。趙競宇等[15]研究發現在整個生育時期內，馬鈴薯植株株高呈隨生育進程增加的趨勢，增施CO2濃度顯著影響植物的同化作用及生長速度，促進馬鈴薯植株的生長，且隨著增施CO2量的增加，株高呈遞增趨勢。該試驗發現，在馬鈴薯整個生長過程中，隨著不斷地增施CO2，植株生長旺盛，株高和株幅逐漸增大，地上部分鮮重呈先增長再下降，而后再次增長后下降的趨勢增加且增長顯著。

在設施保護地栽培過程中研究發現，補施CO2氣肥，能極顯著地提高茄果類和綠葉蔬菜的生長發育和產量[16]，即利于植株地上部生長。這與該試驗結果有部分相似，增施CO2的馬鈴薯地上部分鮮重生物量較對照增加顯著。

3.2 葉面積

CO2濃度升高后，谷子葉面積增加，而黃瓜和番茄植株葉面積的增加達顯著水平[13，17]。CO2施肥濃度在1 000 μL/L以下，隨著濃度的增加，綠豆、黃豆、蕎麥和馬鈴薯形態指標變化明顯，葉面積也越來越大[18]。趙競宇等[15]研究發現，在一定范圍內增施CO2，不僅提高了馬鈴薯葉片的光合速率且具持續性，而且顯著提高了馬鈴薯植株的葉面積，增加光合面積和綠葉維持時間。該試驗結果與以上研究相似，增施CO2的馬鈴薯葉面積均高于對照，使得馬鈴薯植株整體光合性能得以進一步提升，為馬鈴薯產量的增加提供基礎。

隨著馬鈴薯生育進程的推移，植株葉面積呈增加趨勢，增施CO2和對照2個處理變化趨勢相同，均在移苗后60 d達到最大值，60 d后隨著馬鈴薯地上器官的衰老，植株的葉面積呈降低趨勢[18]。與該試驗結果相同，2個處理的馬鈴薯葉面積變化趨勢均表現為開口向下的拋物線形式，馬鈴薯生長前期，增施CO2和對照葉面積呈逐漸增加趨勢，在4月12日（即出苗60 d）葉面積達到最大值，之后呈下降趨勢。

3.3 地下莖和塊莖

該試驗中馬鈴薯地下莖長度一般保持在10 cm左右，與培土深度基本一致，CO2的增施與否對馬鈴薯地下莖的生長無顯著影響。另外在整個調查期內，2個處理的馬鈴薯單株塊莖數呈遞增趨勢，受CO2增施的影響不顯著。而趙競宇等[15]研究發現，隨著環境中CO2量的增加，增施CO2處理的單株結薯數顯著大于CK，與該試驗結果有所不同。

適當地增加環境中CO2濃度，可持續提高馬鈴薯葉片光合速率、擴大光合面積、延長光合時間[18]，促使同化物質向塊莖的轉移和貯存，從而增加馬鈴薯產量[19]。Kimball[20]研究指出，提高一定量的CO2濃度，作物平均減少了10%的蒸騰作用，其中C3作物生物量和產量均有增加，產量增加19%左右。該試驗中增施CO2的馬鈴薯單株塊莖增產極顯著，平均增幅達43.3%。

3.4 干物重

CO2濃度倍增，有利于作物干物質形成，無論地下還是地上部分以及總生物量基本上呈增加趨勢，其中根的增加較明顯[12]。補施CO2的黃瓜干物重增加了31.4%，達極顯著水平[13]。在施氮量固定的情況下，在播種后第130天，增施CO2的馬鈴薯全株干物質質量高于不增施CO2處理[21]。而該試驗發現，植株和塊莖的干物質含量在2個處理間變化不大，有所增長，但不顯著。與前人的研究結果有所不同，這需要進一步探索CO2對馬鈴薯生長發育的影響。

參考文獻

[1]曾青，朱建國，劉剛，等.開放式空氣CO2濃度增高條件下C3作物（水稻）與C4雜草（稗草）的競爭關系[J].應用生態學報，2002，13（10）：1231-1234.

[2]王迪軒.二氧化碳氣肥在蔬菜生產中的應用[J].農業科技與信息，2004（10）：8.

[3]劉洋，孫勝，邢國明，等.不同濃度CO2施肥對溫室黃瓜生長與產量的影響[J].山西農業大學學報（自然科學版），2018，38（2）：53-58.

[4]劉佰志.大棚黃瓜二氧化碳氣體施肥效果試驗[J].農業科技通訊，2010（4）：76-77.

[5]孫潛，崔世茂，宋陽，等.內保溫日光溫室光溫性能及增施二氧化碳對黃瓜生長發育的影響[J].北方園藝，2016（9）：50-55.

[6]王立革，郭珺，韓雄，等.增施CO2對設施土壤栽培番茄的生長、產量和養分吸收特性的影響[J].中國土壤與肥料，2018（6）：174-181.

[7]楊志剛.長期CO2加富對溫室辣椒結果期生長的影響及生理基礎研究[D].呼和浩特：內蒙古農業大學，2016.

[8]張樹生，梅淑芳，趙華，等.有機廢棄物發酵加富大棚CO2對葉菜類蔬菜生長的影響[J].廣東微量元素科學，2011，18（8）：27-32.

[9]曹櫟，趙小光，王竹云，等.甘藍型油菜葉面積測定方法的研究[J].江西農業學報，2018，30（8）：33-36.

[10]高陽，傅積海，章建新，等.施氮量對滴灌高產春大豆干物質積累及轉運特性的影響[J].中國農業大學學報，2018，23（12）：21-30.

[11]賈趙東，馬佩勇，邊小峰，等.不同施磷水平下甘薯干物質積累及其氮磷鉀養分吸收特性[J].西北農業學報，2016，29（6）：1358-1365.

[12]王春乙，潘亞茹，白月明，等.CO2濃度倍增對中國主要作物影響的試驗研究[J].氣象學報，1997，55（1）：86-94.

[13]崔慶法，王靜.補施CO2對日光溫室黃瓜生長的影響[J].西北植物學報，2003，23（1）：39-43.

[14]張碩，莊亞其，劉桂良，等.有機廢棄物生物發酵CO2施肥對大棚櫻桃番茄的效果[J].浙江農業科學，2010，58（1）：24-27.

[15]趙競宇，劉廣晶，崔世茂，等.增施CO2對馬鈴薯植株光合特性及產量的影響[J].作物雜志，2016（3）：79-83.

[16]劉志華，蔣海燕，程建峰.CO2肥對保護地茄果類蔬菜光合作用和產量形成的效應[J].安徽農學通報，2009，15（5）：81-83，87.

[17]高宇，崔世茂，宋陽，等.CO2加富對番茄幼苗生長及光合特性的影響[J].江蘇農業科學，2018，46（24）：147-149.

[18]吳江莉.高濃度CO2對C3作物生長發育的影響研究[D].西安：西北大學，2013.

[19]白鳴祺，王芳.增施CO2對馬鈴薯生長發育及產量的影響[J].黑龍江氣象，2000（2）：23-24，26.

[20]KIMBALL B A.Crop responses to elevated CO2 and interactions with H2O，N，and temperature[J].Current opinion in plant biology，2016，31：36-43.

[21]李曉靜，樊明壽.增施CO2對設施馬鈴薯生長及氮素積累的影響[J].華北農學報，2011，26（4）：174-177.