覆膜栽培下甘薯的干物質(zhì)積累特性

翟穩(wěn)熙，李向嶺，楊晴，王健，楊敏，劉學(xué)茹，韓金玲，3*

(1.河北科技師范學(xué)院 農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院，河北 秦皇島 066000；2.河北省作物逆境生物學(xué)重點實驗室，河北 秦皇島 066000；3.河北省(秦皇島)甘薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河北 盧龍 066400；4.河北中薯農(nóng)業(yè)科技有限公司，河北 盧龍 066400)

甘薯[IpomoeaBatatas(L.)Lam]屬旋花科甘薯屬，是世界上重要的糧食、飼料和工業(yè)原料。我國是甘薯生產(chǎn)大國，據(jù)FAO統(tǒng)計，2019年我國甘薯總產(chǎn)量占世界甘薯總產(chǎn)量的57%[1]。在我國，甘薯是僅次于水稻、小麥和玉米的第四大糧食作物[2]。地膜覆蓋是目前廣泛推廣的栽培方式，它能夠改善田間小氣候，克服低溫干旱等不利因素，增加作物產(chǎn)量。世界上最早應(yīng)用和研究地膜覆蓋的國家是日本。1955年，日本在草莓上應(yīng)用地膜覆蓋栽培技術(shù)獲得了成功，并在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用，隨后很快從蔬菜、煙草普及到玉米、小麥等大田作物[3-5]。近年來，地膜覆蓋栽培已經(jīng)在很多農(nóng)作物上得到應(yīng)用，如冬小麥、玉米、花生、大豆以及馬鈴薯等，增產(chǎn)效果十分明顯[6-9]。有研究[10-12]表明，覆膜栽培在甘薯生產(chǎn)中也起到了顯著的增產(chǎn)效果，覆蓋地膜可使太陽光透過薄膜到達地表，使地表溫度提高，從而滿足甘薯根系生長對溫度的要求；且地膜密封性較好，能顯著降低土壤水分的蒸發(fā)量，使土壤水分狀況維持在一個較為穩(wěn)定的水平，達到增溫保墑的作用，有助于土壤中微生物繁殖，有機質(zhì)大量分解，加速營養(yǎng)物質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)化，促進植株營養(yǎng)器官快速生長，早結(jié)薯、延長生育期，進而提高塊根產(chǎn)量[13-15]。目前，覆膜栽培的相關(guān)研究多集中在甘薯的土壤環(huán)境和增產(chǎn)效果上，對覆膜栽培下甘薯生長特性的研究尚少。為此，本文選用當(dāng)?shù)?個主栽品種為材料，以不覆膜為對照，研究在覆膜條件下甘薯干物質(zhì)積累與分配特性以及塊根產(chǎn)量，旨在為冀東地區(qū)甘薯生產(chǎn)中田間管理提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2021年5—10月在河北科技師范學(xué)院試驗基地開展，試驗基地位于河北省秦皇島市盧龍縣(39°96′N，118°98′E)，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季變化和季風(fēng)進退都較明顯，年均溫11.2 ℃，無霜期180～190 d，近10 a平均降雨量為634.96 mm[16]。試驗期間的降水量和氣溫狀況見表1，甘薯生育期高溫天氣主要集中于7、8月份，降雨量主要在8、9月份(表1)。試驗田土壤為砂壤土，0～20 cm耕層有機質(zhì)含量為18.43 g·kg-1，堿解氮含量為119·00 mg·kg-1，有效磷含量為5.24 mg·kg-1，速效鉀含量為75.92 mg·kg-1，pH值為6.62。

表1 試驗期間降水量和氣溫Table 1 Precipitation and temperature conditions during the experiment

1.2 試驗材料

試驗材料為當(dāng)?shù)刂髟愿适砥贩N脫毒盧選1號和濟薯25，由河北中薯農(nóng)業(yè)科技集團股份有限公司提供。供試地膜為厚度0.01 mm、寬度1 m的黑色膜，從農(nóng)資市場購買。

1.3 試驗設(shè)計

采用品種和覆膜兩因素裂區(qū)試驗設(shè)計：主因素為品種，設(shè)盧選1號(A1)和濟薯25(A2)2個水平，副因素為覆膜，設(shè)覆膜(B1)和不覆膜(B2)2個水平，共4個處理，3次重復(fù)。試驗于2021年5月5日進行移栽，10月15日收獲，生長期160 d。起壟前底施N 97.14 kg·hm-2、P2O561.5 kg·hm-2和K2O 103.5 kg·hm-2，用旋耕、覆膜一體機進行起壟覆膜，小區(qū)面積16 m×7.2 m，行距90 cm，一壟雙行交錯種植，密度為63 750 株·hm-2。甘薯生長期間進行常規(guī)田間管理。

1.4 測定指標(biāo)與方法

從移栽后25 d開始取樣，之后每隔20 d取樣1次，直至收獲。每次每小區(qū)在有代表性樣點連續(xù)取樣5株，取樣后將地上部和塊根分開，用塑料袋帶回室內(nèi)，進行以下指標(biāo)測定。

1.4.1 甘薯最長蔓長

用5 m卷尺測量中間主莖自基部露出地面位置至最長蔓頂端生長點的長度。

1.4.2 甘薯地上部和塊根鮮、干物質(zhì)重

將甘薯地上部和塊根分開，稱量鮮重，之后105 ℃殺青30 min，60 ℃烘干至質(zhì)量恒定，測定干物質(zhì)量。

1.4.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

收獲時每個小區(qū)取有代表性樣點3個，每點測定5 m長2行甘薯株數(shù)、單株薯塊數(shù)，收獲全部薯塊稱重計算產(chǎn)量和單薯重。分別統(tǒng)計單株結(jié)薯數(shù)、單株鮮薯重，調(diào)查大中薯數(shù)(收獲期質(zhì)量為>100 g塊根)、小薯數(shù)(收獲期質(zhì)量≤100 g塊根)以及相應(yīng)薯塊重，進而計算出大、中、小薯數(shù)量及產(chǎn)量占比、T/R值[17-19]等。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2010軟件進行錄入、計算和統(tǒng)計，用DPS 14.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆膜栽培對甘薯生長的影響

由表2可見，隨著生育進程的不斷推進，植株的蔓長逐漸增加，整個生育期間，2個品種覆膜栽培下的甘薯蔓長大于不覆膜栽培，處理間差異顯著(P<0.05)。盧選1號在移栽后105 d處理間差異最大，濟薯25處理間差異最大值出現(xiàn)在移栽后85 d。與不覆膜處理相比，盧選1號和濟薯25覆膜處理下甘薯蔓長差異最大時分別為52.80和38.20 cm，收獲期蔓長差異分別為24.19 cm和19.98 cm。以上結(jié)果表明，覆膜栽培下的甘薯莖蔓生長勢更強，生長前期覆膜栽培蔓長增長較快，后期增長較慢。

表2 甘薯蔓長生長動態(tài)Table 2 Sweet potato vine growth dynamics

2.2 覆膜栽培對甘薯干物質(zhì)積累特性的影響

2.2.1 地上部干物質(zhì)積累動態(tài)

由表3可見，甘薯地上部干物質(zhì)積累量在整個生育期均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，地上部干物質(zhì)積累速率也表現(xiàn)出先快后慢的趨勢(圖1)。盧選1號覆膜栽培下，地上部干物質(zhì)積累量在移栽后85 d達最大值，生長速率在移栽后65～85 d達到頂峰，之后生長速率急劇下降，干物質(zhì)積累量逐漸下降，不覆膜處理的地上部干物質(zhì)積累量最大值出現(xiàn)在移栽后105 d，生長速率在85～105 d出現(xiàn)峰值；濟薯25覆膜栽培下，地上部干物質(zhì)積累量在移栽后105 d達最大值，而不覆膜處理的最大值則后移至125 d，地上部生長速率均在移栽后65～85 d達到峰值之后下降。

圖1 甘薯地上部干物質(zhì)積累速率Fig.1 Dry matter accumulation rate in the shoots of sweet potato

表3 甘薯地上部干物質(zhì)積累動態(tài)Table 3 Dynamics of dry matter accumulation in the shoots of sweet potato

整個生育期間，2個品種均表現(xiàn)出覆膜栽培下地上部干物質(zhì)積累量較多，處理間差異顯著，處理間差異在達最大后逐漸縮小。盧選1號在移栽后85 d處理間差異最大，濟薯25處理間差異最大值出現(xiàn)在移栽后105 d。與不覆膜處理比較，盧選1號和濟薯25覆膜處理地上部干物質(zhì)積累量差異最大時分別增加119.02%和52.41%，收獲期分別增加36.49%和2.58%。

從干物質(zhì)積累速率來看(圖1)，覆膜栽培條件下，2個品種地上部干物質(zhì)積累速率在生長前期快于不覆膜栽培，之后慢于不覆膜栽培。與不覆膜處理比較，盧選1號和濟薯25覆膜處理地上部生長速率最大值分別增加59.4和46.26 kg·hm2·d-1。以上表明，覆膜能夠顯著增加甘薯地上部干物質(zhì)積累，提高地上部生長速率，并提前促進地上部干物質(zhì)向塊根轉(zhuǎn)運；品種間地上部干物質(zhì)積累達最大值時間不一致。

2.2.2 塊根生長

由表4可知，隨著生育進程的不斷推進，甘薯塊根干物質(zhì)積累量逐漸增加，在收獲期達到最大值。整個生育期間，2個品種均表現(xiàn)出覆膜栽培下塊根干物質(zhì)積累量較多，處理間差異顯著。2個品種處理間差異最大值均出現(xiàn)在移栽后85 d。與不覆膜處理比較，盧選1號和濟薯25覆膜處理塊根干物質(zhì)積累量差異最大時分別增加153.88%和325.63%，收獲期分別增加26.21%和13.49%。

表4 甘薯塊根干物質(zhì)積累動態(tài)Table 4 Dynamics of dry matter accumulation in roots of sweet potato

由圖2可見，覆膜栽培下的甘薯塊根干物質(zhì)積累速率均呈現(xiàn)雙峰變化，盧選1號和濟薯25均在移栽后65～85 d達到第1個峰值，在105～125 d達到第2個峰值，第1峰值高于第2峰值。甘薯在不覆膜栽培下的塊根干物質(zhì)積累速率均呈現(xiàn)單峰變化，2個品種峰值都出現(xiàn)在移栽后105～125 d。與不覆膜處理相比，盧選1號和濟薯25覆膜處理塊根生長速率最大值分別增加41.11和32.74 kg·hm-2·d-1。2個品種在覆膜栽培下的塊根干物質(zhì)積累速率第2個峰值與不覆膜栽培下的峰值出現(xiàn)在同一時期，從移栽至移栽后85 d，基本以覆膜栽培下的塊根干物質(zhì)積累速率較快。以上表明，覆膜能顯著增加甘薯塊根干物質(zhì)積累量，塊根膨大加快，尤其促進早期塊根結(jié)薯及塊根迅速膨大。

圖2 甘薯塊根干物質(zhì)積累速率Fig.2 Dry matter accumulation rate in roots of sweet potato

2.2.3 全株干物質(zhì)動態(tài)積累的Logistic方程擬合

采用Logistic方程對田間試驗數(shù)據(jù)進行擬合，以栽植后天數(shù)(t)為自變量，干物質(zhì)積累量為因變量(Y)，通過非線性回歸分析得出干物質(zhì)積累的動態(tài)方程Y=k/(1+ea+bt)，式中a、b、k均為常數(shù)。甘薯干物質(zhì)積累量與栽植后天數(shù)進行Logistic模型擬合的各參數(shù)如表3所示，各處理的決定系數(shù)R2在0.987 1～0.995 9，表明各處理的擬合效果較好。干物質(zhì)的積累曲線呈現(xiàn)明顯的“S”形增長規(guī)律，顯著性檢驗也表明擬合得到的Logistic方程的相關(guān)系數(shù)均達到顯著水平，具有統(tǒng)計學(xué)意義。

由表5可見，覆膜栽培使植株干物質(zhì)積累提前進入快速積累期(t1)，但干物質(zhì)快速積累時間(Δt)縮短，增加了最大積累速率(Vmax)，且保持較高的平均積累速率(Vmean)，具有較大的干物質(zhì)積累潛力(k)。與不覆膜相比，盧選1號覆膜栽培下Y增加了22.37%，Vmax增加了47.35%，Vmean增加了47.35%，t1提前了17 d；濟薯25覆膜栽培下Y增加了1.11%，Vmax增加了84.72%，Vmean增加了84.72%，t1提前了17 d。上述結(jié)果分析表明，地膜覆蓋促進甘薯提早發(fā)育，縮短干物質(zhì)快速積累期的持續(xù)時間，增加甘薯全株干物質(zhì)積累量、干物質(zhì)最大增長速率和干物質(zhì)快速積累期的干物質(zhì)平均增長速率。

表5 甘薯整株干物質(zhì)積累量特征參數(shù)Table 5 Characteristic parameters of dry matter accumulation in whole sweet potato plant

2.2.4 干物質(zhì)分配動態(tài)

如圖3和圖4所示，甘薯地上部干物質(zhì)分配比例隨生育期推進逐漸減少，塊根干物質(zhì)分配比例逐漸增加。

圖3 盧選1號干物質(zhì)在地上部和塊根的分配比例Fig.3 The distribution ratio of dry matter of Luxuan 1 in the shoots and roots

圖4 濟薯25干物質(zhì)在地上部和塊根的分配比例Fig.4 The distribution ratio of dry matter of Jishu 25 in the shoots and roots

覆膜栽培下2個品種的地上部干物質(zhì)分配比例低于不覆膜栽培，而塊根干物質(zhì)分配比例高于不覆膜栽培。上述結(jié)果分析表明，覆膜處理能夠促進干物質(zhì)向塊根轉(zhuǎn)移，提高塊根產(chǎn)量。盧選1號處理間差異小于濟薯25，表明覆膜處理的效果因品種間差異表現(xiàn)不同。

2.3 T/R值動態(tài)變化

T/R值是反映甘薯在生長期間源庫關(guān)系是否協(xié)調(diào)的重要指標(biāo)[20]。從表6可以看出，2個品種均表現(xiàn)為隨著甘薯的生長，T/R值逐漸變小，在收獲期最小。盧選1號覆膜栽培下在移栽后45 d時趨近于1，而不覆膜栽培在移栽后65 d時趨近于1；濟薯25覆膜栽培條件下移栽后在65 d時趨近于1，而不覆膜栽培在105 d時趨近于1。在這之前，甘薯干物質(zhì)的分配以擴大源的強度為目的，主要分配在地上部莖葉中，在這以后，甘薯干物質(zhì)的分配以擴大庫的容量為目的，主要以塊根為中心。以上表明，覆膜處理能降低T/R值，有效協(xié)調(diào)甘薯地上部與塊根的關(guān)系，加快甘薯地上部向塊根輸送光合產(chǎn)物的速率，有利于植株早結(jié)薯，進而促進甘薯中后期塊根膨大。

表6 T/R值動態(tài)變化Table 6 Dynamic change of T/R values

2.4 覆膜栽培對甘薯產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響

由表7可知，覆膜栽培能顯著提高單株結(jié)薯數(shù)和單株薯重，處理間差異顯著。與不覆膜對照相比，盧選1號增加了46.15%和74.49%；濟薯25增加了52.17%和102.88%。覆膜栽培能顯著提高大中薯數(shù)和大中薯重，處理間差異顯著，并降低小薯數(shù)和小薯重，但處理間無顯著差異。與不覆膜相比，盧選1號覆膜栽培條件下大中薯數(shù)和大中薯重分別增加63.59%和103.10%，小薯數(shù)和小薯重分別降低43.14%和36.24%；濟薯25覆膜栽培條件下大中薯數(shù)和大中薯重增加93.26%、95.04%，小薯數(shù)和小薯率分別降低9.75%、19.14%。覆膜栽培能顯著提高甘薯產(chǎn)量，處理間差異顯著。與不覆膜相比，盧選1號覆膜栽培下增產(chǎn)152.84%，濟薯25增產(chǎn)62.72%。

表7 甘薯產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀Table 7 Sweet potato yield and yield traits

綜上所述，覆膜栽培能顯著提高甘薯單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重、大中薯率和產(chǎn)量，降低小薯數(shù)和減少小薯占比。

3 討論

甘薯覆膜后，促進了甘薯地上部的生長，提早了塊根膨大期，能促苗早發(fā)快長，促進光合物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)移，從而增加植株干物質(zhì)的積累[19]。在本試驗中，甘薯在覆膜栽培下莖蔓生長更旺盛，光合作用更強，光合產(chǎn)物充足，提高了光合產(chǎn)物向塊根的轉(zhuǎn)運效率。T/R值反映了甘薯生長發(fā)育過程中源庫是否協(xié)調(diào)，也反映了源庫間相互制約、相互促進的關(guān)系[20]，當(dāng)T/R值趨近于1時，源庫并進生長，在此之前，光合產(chǎn)物主要用于地上部源的生長，在此之后，主要用于塊根庫的充實[21]。本試驗中，與不覆膜對照相比，盧選1號覆膜栽培下T/R值趨近于1提前了20 d；濟薯25提前了40 d。說明甘薯在覆膜栽培下光合產(chǎn)物向塊根轉(zhuǎn)運的時間更早，提前進入干物質(zhì)積累期，延長了干物質(zhì)積累的時間，有利于提高產(chǎn)量。寧運旺等[22]的研究表明，提早光合產(chǎn)物向塊根運輸時間，提前了干物質(zhì)向塊根的分配，促進塊根的形成和膨大，有利于塊根的干物質(zhì)積累。本研究表明，地上部干物質(zhì)積累量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，塊根干物質(zhì)積累量呈現(xiàn)上升趨勢，覆膜栽培能促進甘薯地上部的生長和塊根的膨大，在甘薯生長前期，覆膜栽培的優(yōu)勢表現(xiàn)在地上部，在生長后期表現(xiàn)在塊根，覆膜栽培提高了甘薯整個生育期的生長優(yōu)勢，最終達到了增產(chǎn)效果，這與前人研究[23-24]結(jié)果一致。地膜覆蓋后，地面受光增溫快，地溫散失慢，覆膜栽培能減少土壤水分蒸發(fā)，利于保墑，改善了田間土壤小氣候和甘薯生長發(fā)育環(huán)境。

甘薯是以收獲塊根為目的的高產(chǎn)作物，因此，甘薯產(chǎn)量的形成取決于植株干物質(zhì)積累總量的大小和分配到地下塊根中的比例[25-27]。地膜覆蓋能夠起到保水保墑、增肥增溫、改善土壤物理特性、減輕病蟲害發(fā)生，進而促進甘薯塊根發(fā)育，提高產(chǎn)量的作用。鄧仁菊等[28]通過研究5種地膜覆蓋對甘薯的影響，表明覆膜處理顯著提高了甘薯的產(chǎn)量；王翠娟等[29]通過2 a的試驗表明，覆膜能顯著提高甘薯的單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重和大中薯率，增加甘薯產(chǎn)量與鮮重。本研究結(jié)果與前人一致，覆膜栽培可提高單株薯重和單株結(jié)薯數(shù)，提高大中薯的占比，減少小薯率，且覆膜栽培的甘薯產(chǎn)量均高于不覆膜栽培。