耐連作甘薯品種的篩選及薯塊氮、磷、鉀營養狀況分析

摘要： 連作障礙嚴重制約了甘薯產業的發展，為了篩選適宜在甘薯連作障礙地生長的甘薯品種，本研究通過大田試驗，在安徽泗縣甘薯連作15年的連作障礙地塊和相鄰未種過甘薯的正常地塊，分別種植26個代表性甘薯品種，分析了這些甘薯品種分別在連作障礙地塊和正常地塊的產量和薯塊的氮、磷、鉀含量。結果表明：（1）連作障礙使甘薯產量顯著降低。通過計算障礙地與正常地甘薯產量的比值，并結合聚類分析，篩選出1個強耐連作甘薯品種（蘇33），4個中耐連作甘薯品種（徐A1-144、徐D1-95、寧紫1號、徐B21-38），其他21個品種不耐連作障礙；（2）連作障礙使薯塊的氮和磷含量增加，鉀含量降低；（3）不同甘薯品種的耐連作能力與正常地塊的薯塊氮、磷、鉀含量之間呈顯著正相關。本研究結果為甘薯種植和耐連作甘薯新品種選育提供了種質資源，也為解析甘薯連作障礙機制提供了理論依據，有助于甘薯產業高質量發展。

關鍵詞： 甘薯；耐連作能力；氮；磷；鉀

中圖分類號： S531 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-4440（2023）03-0657-08

Screening of sweetpotato cultivars resistant to continuous cropping and analysis of nitrogen， phosphorus and potassium in the tuber

XU Xian-ju1， JIANG Xiao-rui2， CHEN Dan-yan2， TIAN Mao-shang3， FENG Bing1， ZHONG Yue-hua1，WANG Ji-dong1， ZHANG Yong-chun1

（1.Institute of Agricultural Resources and Environment， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences/Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation of Jiangsu Province， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Nanjing 210014， China；2.College of Horticulture， Jinling Institute of Technology， Nanjing 210038， China；3.Sixian Institute of Agricultural Sciences， Suzhou 234399， China）

Abstract： Continuous cropping obstacle has seriously restricted the healthy development of sweetpotato industry. In order to screen sweetpotato cultivars suitable for continuous cropping obstacle soil， 26 representative sweetpotato cultivars were planted on fifteen years sweetpotato continuous cropping obstacle soil and heathly soil， respectively. The yield and the contents of nitrogen， phosphorus and potassium of these sweetpotato cultivars were analyzed. The results showed that the continuous cropping obstacle significantly reduced the yield of sweetpotato. By calculating the ratio of sweetpotato yield between continuous cropping obstacle soil and heathly soil and combining cluster analysis， one sweet potato cultivar （Su 33） with strong tolerance to continuous cropping， four sweetpotato cultivars （Xu A1-144， Xu D1-95， Ning Zi 1， Xu B21-38） with moderate tolerance to continuous cropping， and other 21 cultivars with no tolerance to continuous cropping were screened out. The continuous cropping obstacle increased the content of nitrogen and phosphorus， and decreased the content of potassium in sweetpotato. There was a significant positive correlation between the tolerance to continuous cropping obstacles of different sweetpotato cultivars and the contents of nitrogen， phosphorus and potassium in the tubers planted on healthy soil. The results of this study provide germplasm resources for sweetpotato cultivation and cultivars selection， as well as theoretical basis for understanding and analyzing the obstacle mechanism of continuous cropping of sweetpotato， which is conducive to the high-quality development of sweetpotato industry.

Key words： sweetpotato；continuous cropping tolerance；nitrogen；phosphorus；potassium

隨著經濟的快速發展，集約化種植已成為中國農業生產的重要模式之一，相應的作物連作現象越來越多。連作常導致一些作物生長發育不良、產量和品質下降、土傳病害嚴重等問題發生，極大地威脅農業生產的可持續性。甘薯是重要的糧食、飼料和能源植物，它對土壤條件要求較低，可以耐受多種土壤逆境，在多種土壤類型上均能廣泛種植，對于保障國家糧食安全和能源穩定具有重要意義[1]。由于甘薯脫氫表雄甾酮含量高，可以預防多種癌癥，甘薯還被譽為“抗癌之王”。據統計，2020年中國甘薯產量為2.3239×107 t，占世界甘薯產量的30%。甘薯在中國糧食作物中產量排名第4。近年來，隨著甘薯種植業的快速發展，甘薯種植面積不斷擴大，多年連作越來越多，導致甘薯產量和品質降低、自毒物質積累、土傳病害頻發、土壤微生態系統破壞，甘薯連作障礙問題日益突出[2]。連作障礙嚴重制約了甘薯產業的健康發展，已成為甘薯種植業中的突出問題之一，亟需研發克服甘薯連作障礙的技術。

雖然連作障礙已成為甘薯生產中的一個突出問題，但是相對于蔬菜瓜果和豆科作物的連作障礙研究，針對甘薯連作障礙的研究不多。目前對甘薯連作障礙方面的研究主要集中于化學防控劑（如肥料、菌劑、殺線劑等）、種植模式（輪作和間作）以及連作對土壤理化和生物性質影響等方面。比如，一些報道表明生物菌劑、有機肥、腐植酸可以改善連作障礙土壤上甘薯生長狀況，抑制甘薯連作障礙發生[3-5]。另外，不少研究結果表明甘薯與其他作物間作、輪作都可以很好地抑制甘薯連作障礙發生[6-10]。土傳病害被認為是甘薯連作障礙的主要原因之一，其中甘薯莖線蟲病尤為突出，嚴重時可導致甘薯絕收。目前已有一些關于甘薯連作對土壤微生物特別是線蟲多樣性和群落結構影響的報道，這些報道闡明了甘薯連作障礙發生的土壤生物機制[3，6，11-13]。雖然上述研究結果為克服甘薯連作障礙提供了理論基礎和技術途徑，但這些研究較多關注土壤化學和生物性質以及甘薯產量，并沒重視甘薯本身耐連作的遺傳潛力和礦質營養。

不同基因型的甘薯品種對土壤逆境的適應能力存在很大的差異，種植耐連作的甘薯品種可作為解決甘薯連作障礙問題的技術途徑之一。相對于土壤改良和作物種植模式調整，種植耐連作的甘薯品種具有節約資源、省時省力、綠色環保等多方面優勢。雖然目前已有很多養分高效利用和抗土壤逆境的作物品種篩選報道，但是尚未見到關于耐連作甘薯品種篩選的報道。篩選耐連作甘薯品種，對甘薯種植、品種選育、抗逆機制研究均具有重要意義。本研究選用不同遺傳背景的26個甘薯品種，分別在正常地和連作障礙地上比較了它們的產量和耐連作能力的差異，以期獲得耐連作的甘薯品種。植物營養狀況不佳可能是甘薯連作障礙發生的原因之一，但以前甘薯連作障礙方面的研究較少關注甘薯體內養分狀況，這導致不能從植物營養角度闡釋甘薯連作障礙發生的原因。因此，本研究在篩選耐連作甘薯品種的基礎上，進一步分析了26個甘薯品種薯塊氮、磷、鉀含量，以期從植物營養角度解析甘薯連作障礙發生的原因。

1 材料與方法

1.1 供試地點

試驗地點設在安徽省泗縣，選擇甘薯連作15年的連作障礙地塊（33.418 863°N，117.897 365°E）和相鄰的未種過甘薯的正常地塊（33.419 963°N，117.896 729°E）為試驗地。土壤類型為砂姜黑土。試驗所在地屬暖溫帶半溫潤季風氣候，年均降水量800～930 mm，雨季降水量占全年的56%，年均氣溫14 ℃，年均無霜期200～220 d，年日照時數2 284～2 495 h，日照率52%～57%。周年種植模式為：小麥-甘薯。試驗開始前多點混合，采取基礎土樣，理化性質見表1。

1.2 供試材料

供試品種選擇依據：江蘇當地主栽品種、全國大面積推廣品種、安徽泗縣常栽品種。供試品種主要來自國家甘薯產業技術體系特用甘薯品種改良團隊、南京試驗站和安徽泗縣農業科學研究所。供試甘薯品種見表2。

1.3 試驗設計

26個甘薯品種分別種植在甘薯連作障礙地塊和正常地塊。每小區面積9.49 m2，每小區有3壟，每壟0.95 m×3.33 m，每小區50株，株距20 cm。每小區之間插標牌，小區與小區間隔0.5 m不種植甘薯，設置3次重復。2021年6月16日起壟，6月19日移栽，10月25日收獲。甘薯收獲時，單獨記錄每個小區甘薯薯塊質量，并采集薯塊樣品，測定薯塊的氮、磷、鉀含量。

1.4 測定項目及分析方法

土壤有機質含量測定采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法［14］，堿解氮測定采用堿解擴散法［14］，有效磷以Olsen-P含量表示，Olsen-P用0.5 mol/L NaHCO3溶液（pH8.5）浸提-鉬藍比色法［14］測定，速效鉀用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法［14］（FP640型火焰光度計）測定，土壤pH用電位法［14］（水土比2.5∶1.0，質量比）測定，土壤電導率用電導率儀測定。薯塊氮、磷和鉀含量用濃硫酸-雙氧水消煮，全自動定氮法[14]測定氮含量，鉬藍比色法[14]測定磷含量，火焰光度法[14]測定鉀含量。

1.5 數據分析

甘薯耐連作能力用連作障礙地塊甘薯產量與正常地塊甘薯產量的比值來表示，比值高表示耐連作能力強，反之則弱；甘薯薯塊氮、磷和鉀的相對含量為連作障礙地塊甘薯氮、磷和鉀含量與正常地塊甘薯氮、磷和鉀含量的比值。試驗數據采用 SPSS 18.0統計軟件進行處理，鄧肯檢驗進行多重比較和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同甘薯品種耐連作能力比較

產量降低是甘薯連作障礙的最終反映指標。不同甘薯品種在正常地上的產量也存在差異。為了消除這種差異，本研究采用連作障礙地甘薯產量與正常地甘薯產量之間的比值來評價不同甘薯品種耐連作能力。表3表明，相對于正常地，連作障礙地26個甘薯品種的平均產量降幅約35%，表明連作障礙使甘薯產量大幅度降低。通過配對樣本t檢驗得出，26個甘薯品種在連作障礙地的產量極顯著低于正常地塊。連作障礙地26個甘薯品種的產量變異系數較正常地塊大，表明正常地塊上不同甘薯品種之間產量差異較小，而連作障礙使不同品種之間的產量差異增大，這導致甘薯耐連作能力存在品種間差異。對26個甘薯品種的產量分析表明，蘇33的產量在連作障礙地略高于正常對照地，其他25個甘薯品種的產量在連作障礙地均低于正常對照地，但是品種間降幅存在很大差異。

進一步依據耐連作能力，對26個甘薯品種進行聚類分析，可分為4類（圖1）：Ⅰ，強耐連作甘薯品種，耐連作能力系數≥1，只有1個品種蘇33；Ⅱ，中耐連作甘薯品種，耐連作能力為0.757～0.869，包括徐A1-144、徐D1-95、寧紫1號、徐B21-38等4個品種；Ⅲ，不耐連作甘薯品種，耐連作能力為0.549～0.723，包括皖361、皖373、商19、普32、徐E21-21、徐37、煙25、蘇28、徐21-46、蘇16、徐D10-81、徐D12-170、徐紫8、蘇36、浙13、浙33、寧紫4等17個品種；Ⅳ，超不耐連作甘薯品種，耐連作能力≤0.515，包括蘇29、濟26、徐D9-123、徐D9-244等4個品種。

2.2 連作障礙對不同甘薯品種薯塊氮、磷、鉀含量的影響

連作障礙影響植物對養分的吸收，營養不良（包括養分過多、過少和不平衡）是植物發生連作障礙的因子之一。因此，進一步分析了26個甘薯品種薯塊的氮、磷、鉀含量。

表4薯塊氮含量結果表明，相對于正常地，從26個品種氮含量的平均值看，連作障礙使薯塊氮含量增加約41%，說明連作障礙促進甘薯地上部的氮向薯塊轉移和累積；從單個品種的相對氮含量看，只有寧紫1號、皖361、蘇33的相對氮含量小于1，連作障礙沒有使這3個品種薯塊氮含量增加，而使其他品種薯塊氮含量都增加；連作障礙地塊薯塊氮含量變異系數小于正常地塊。

表4薯塊磷含量結果表明，相對于正常地塊，從26個品種磷含量的平均值看，連作障礙使薯塊磷含量增加約23%，說明連作障礙促進甘薯地上部的磷向薯塊轉移和累積；從單個品種的相對磷含量看，所有品種的相對磷含量都大于1；連作障礙地薯塊磷含量變異系數小于正常地。

表4薯塊鉀含量結果表明，相對于正常地，從26個品種鉀含量的平均值看，與氮、磷含量相反，連作障礙使薯塊鉀含量降低約25%，說明連作障礙阻礙甘薯地上部的鉀向薯塊轉移和累積；從單個品種的相對鉀含量看，只有蘇16和徐21-46的相對鉀含量大于1，連作障礙沒有使這兩個品種薯塊鉀含量降低，而使其他品種薯塊鉀含量降低；連作障礙地薯塊鉀含量變異系數小于正常地塊。

3 討論

甘薯雖是一種對環境適應性較強的植物，但在農業高度集約化和經濟利益最大化的生產背景下，土壤出現了一些逆境因子，限制了甘薯的高產和優質［15-16］。目前，已有一些關于抗莖線蟲病[17-18]、耐寒[19]、耐低鉀[20]、耐鹽[21]、耐旱[22-23]甘薯品種篩選方面的報道。本研究針對甘薯產業體系中的連作障礙問題，根據正常地和障礙地26個甘薯品種的產量，通過計算相對產量，并基于聚類分析，篩選出了耐連作甘薯品種，包括1個強耐連作甘薯品種，4個中耐連作甘薯品種，17個不耐連作甘薯品種，4個超不耐連作甘薯品種。由于這些品種來自江蘇、安徽和中國其他主要甘薯種植區，遺傳背景多樣化，具有一定的代表性，這不僅為甘薯種植提供了品種資源，也為研究甘薯耐連作機制提供了遺傳材料，同時也為全國各地甘薯種植和管理提供了參考。強耐連作甘薯品種蘇33在連作障礙地的產量甚至略高于正常地的產量，該品種將來可作為一種寶貴種質資源，用來進行理論研究和甘薯新品種選育，有望為解決甘薯連作障礙問題提供新途徑。

目前防治甘薯連作障礙發生的主要技術途徑有化學防控（如肥料、菌劑、殺線劑等）、種植模式調整（輪作和間作），在機制上主要研究連作對土壤理化和生物性質的影響，而對于甘薯營養狀況與連作障礙之間的關系關注較少。植物很多病害的發生與其自身的營養狀況有關，營養均衡對于植物的健康生長具有關鍵性作用。在本研究中，雖然正常地的土壤有效氮、磷、鉀含量均高于障礙地，但是薯塊氮、磷、鉀含量的分析結果卻表明，相對于正常地，障礙地薯塊氮、磷含量提高，薯塊鉀含量卻大幅降低，這必將導致甘薯氮、磷、鉀營養之間的不平衡。甘薯是喜鉀作物，高鉀可促進塊根淀粉積累與膨大，提高甘薯產量。另外，鉀可增加淀粉向甘薯塊根的分配，抑制地上部分旺長，氮、鉀平衡可協調甘薯地上部分與地下部分之間的生長，從而提高塊根產量[24-28]。適宜的氮、磷、鉀比例對甘薯增產和品質改善非常重要，適當增施鉀肥，減施氮肥，保持適量磷肥，可有效控制甘薯地上部旺長，實現甘薯地上部分與地下部分的協調生長，實現甘薯高產[27，29]。氮、磷、鉀缺乏對甘薯苗期生長的影響由大到小依次為：缺氮gt;缺鉀gt;缺磷[30]。甘薯的氮、磷、鉀配比肥料試驗結果得出了很多氮、磷、鉀肥的適宜配比，如1∶1∶2 [27]，1.0∶0.3～0.5∶0.8～1.2[31]，1.00∶0.38∶1.24[32]，1.0∶1.0∶2.5[33]。這些氮、磷、鉀肥的適宜配比綜合表明了甘薯氮、磷、鉀之間均衡的重要性，特別是鉀肥的比例都較高。因此，我們推測甘薯氮、磷、鉀之間的失衡可能是甘薯連作障礙發生的一個重要原因，本研究結果也表明，甘薯耐連作能力與正常地甘薯薯塊氮、磷、鉀含量之間具有顯著相關性。將來可通過合理調控氮、磷、鉀之間的比例，減輕甘薯連作障礙的發生。連作可能會引起土壤微生物菌群及酚酸類化感物質發生變化，進而對產量產生影響，這部分工作正在進一步的研究。

綜合以上分析，連作障礙使甘薯產量顯著降低，但是不同甘薯品種對連作的耐性存在很大差異。本研究從26個甘薯品種中篩選獲得1個強耐連作的甘薯品種（蘇33），4個較耐連作的甘薯品種（徐A1-144、徐D1-95、寧紫1號、徐B21-38），其他21個品種不耐連作，為甘薯栽培種植和品種選育提供了種質資源。連作障礙使薯塊氮和磷含量增加，鉀含量降低，不同甘薯品種的耐連作能力與正常地甘薯薯塊的氮、磷、鉀含量之間呈顯著正相關，氮、磷、鉀營養失衡可能是甘薯連作障礙發生的一個原因，這為解析甘薯連作障礙發生機制提供了理論依據。

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（責任編輯：成紓寒）

收稿日期：2022-08-04

基金項目：江蘇省農業科技自主創新基金項目[CX（20）3083];國家甘薯產業技術體系項目（CARS-10）;科技基礎資源調查專項（2021FY100500）

作者簡介：許仙菊（1976-），女，山西絳縣人，博士，副研究員，主要從事土壤質量方面的研究。（E-mail）xuxianju76@163.com

通訊作者：張永春，（E-mail）yczhang66@sina.com