马铃薯是继小麦、水稻和玉米之后的世界第四大粮食作物,中国马铃薯种植面积常年稳定在533.3万hm2左右[1]。随着马铃薯主食化战略的提出,马铃薯产业发展对于满足居民膳食结构转型、农业种植结构调整和保障国家粮食安全具有重要意义[2]。目前,关于马铃薯块茎形成的研究已有较多报道,主要集中在耕作方式、覆盖方式、种植模式和施肥量等对马铃薯块茎形成的影响。研究表明,秸秆覆盖栽培模式可以推荐作为陕北旱作区马铃薯抗旱栽培模式[3];全膜垄上微沟覆盖侧播和秸秆粉碎覆盖垄作穴播栽培方式的单株块茎重显著高于露天栽培处理,分别增产20.2%和17.0%[4];滴灌施肥条件下,与窄垄单行种植相比,宽垄双行种植模式可以促进马铃薯块茎的生长,增产9.0%~18.0%[5];地膜覆盖能明显提高春马铃薯的产量和效益,而免耕栽培有利于提高商品薯比例和单薯重[6];塑料薄膜和稻草覆盖种植均可以提高结薯数,增加单薯鲜重,提高块茎产量[7];块茎的干物质积累量、单薯鲜重和产量均随施氮量的增加先增大后减小,施氮量为105kg/hm2时效果最佳[8]。但关于马铃薯块茎膨大特性及膨大参数与单薯鲜重相关性的研究尚未见报道。本研究通过田间试验定量分析不同处理马铃薯单薯鲜重和块茎膨大速率等随结薯天数的变化规律,以及各块茎膨大参数与单薯鲜重之间的内在关系,以期为马铃薯结薯期的生长调控管理和水肥高效利用提供一定的理论参考。
1 材料与方法
1.1 供试材料
选用在山东地区种植面积较大且适应性较广的马铃薯品种费乌瑞它为研究材料,该品种为早熟品种,在山东地区早春种植,生育期（播种-成熟）为90~100d。
1.2 试验设计
于2018-2019年连续两个早春马铃薯生长季在淄博市农业科学研究院试验基地开展田间试验。土壤为褐土,0~30cm耕层含有机质32.47g/kg,全氮1.66g/kg,速效磷15.2mg/kg,速效钾118.49mg/kg,pH 8.02。采用随机区组设计,设水肥一体化管理（TI）和常规水肥管理（TC）2个处理,3次重复,共计6个小区。小区面积4×10m×1.2m=48m2,种植密度6.45万株/hm2,基施有机肥7500kg/hm2（有机质含量≥45%）,各处理氮肥（N）、磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）的施用量分别为240kg/hm2、120kg/hm2和240kg/hm2,其中,TI处理磷肥一次性基施,氮肥和钾肥基施50%,另外50%作追肥,在发棵期和结薯初期分两次随灌水平均施入;TC处理所有肥料随播种一次性施入。2018年马铃薯播种时间为3月10日,2019年马铃薯播种时间为3月9日,其他管理同当地马铃薯高产栽培管理。
1.3 数据采集与分析
在马铃薯团棵期,选取各小区长势一致且无病虫害的代表性植株100株进行标记。自发棵期开始,每隔7d进行破坏性取样,直至成熟,每小区取样3株,3次重复,统计块茎数量和各块茎鲜重,块茎统计标准：当某一块茎长度≥2cm时,记为结薯开始,块茎长度≥2cm的块茎即为有效块茎。经数据分析发现,2018和2019年田间试验结果呈现相同的变化趋势,故采用2019年试验数据进行分析和作图。
参照韩占江等[9]计算小麦灌浆速率的方法,对拟合的单薯鲜重Logistic曲线方程和块茎膨大速率方程采用二阶求导和三阶求导等途径,可得到不同处理马铃薯块茎膨大次级参数,主要包括：块茎最大膨大速率Rmax（g/d）,块茎膨大速率达到最大时的天数Tmax（d）,块茎平均膨大速率R（g/d）,块茎膨大持续天数T（d）,块茎膨大渐增期、快增期和缓增期的膨大速率R1（g/d）、R2（g/d）和R3（g/d）以及与之相对应的持续天数T1（d）、T2（d）和T3（d）,最终单薯鲜重W（g）。
利用Microsoft Excel 2007和SigmaPlot v10.0统计软件进行数据分析和作图。
2 结果与分析
2.1 马铃薯单薯鲜重的变化规律
由图1可知,随着结薯天数的增加,各处理马铃薯单薯鲜重逐渐增大,然后慢慢趋于稳定,呈“S”型曲线的变化趋势。在结薯14d之前,TI和TC处理间单薯鲜重差异不大,在结薯14d之后,TI处理的单薯鲜重要高于TC处理,在结薯35d后,TI处理的单薯鲜重显著高于TC处理,说明水肥一体化处理可以有效促进块茎的生长,特别是在马铃薯生长后期可以有效防止马铃薯植株早衰,促进干物质转运和积累。
图1
图1
不同处理马铃薯单薯鲜重随结薯天数的变化规律
Fig.1
Changes in tuber fresh weight with days after tuber setting for different treatments
根据马铃薯单薯鲜重与结薯天数的定量关系,可用Logistic曲线方程（公式1）来描述单薯鲜重随结薯天数的变化规律。由表1可知,TI和TC处理的R2分别为0.973和0.963,均达到极显著水平。
表1 不同处理马铃薯单薯鲜重随结薯天数变化的Logistic曲线方程
Table 1
 |
“**”表示在0.01水平上极显著相关,下同
"**" indicates the extremely significant correlation at 0.01 level, the same below
式（1）中,W为马铃薯单薯鲜重（g）,t为结薯后天数（d）,k为拟合最大单薯鲜重（g）,a和b为拟合参数,具体参数值见表1。
2.2 马铃薯块茎膨大速率的变化规律
马铃薯块茎膨大速率与其干物质积累有着重要联系,对马铃薯块茎鲜重增长的Logistic曲线方程（公式1）进行一阶求导,可得到马铃薯块茎膨大速率W′方程如下：
式（2）中,W′为马铃薯块茎膨大速率（g/d）,t、k、a和b等参数的含义同式（1）。
将表1中各处理拟合模型参数值带入公式（2）,可得到各处理结薯后不同生长时期马铃薯块茎膨大速率,由图2可知,随着结薯后天数的增加,各处理块茎膨大速率均呈现先升高后降低的变化趋势,然后慢慢趋于稳定,呈现“单峰”曲线的变化趋势。在块茎膨大前期,TI和TC处理的块茎膨大速率差异较小,原因是由于该时期马铃薯生长所需的养分主要来源于基肥和土壤供应,而前期肥料充足保证了两个处理马铃薯块茎的正常生长;当块茎膨大进入快增期后,直到成熟期,TI处理的块茎膨大速率要明显高于TC处理,说明从块茎膨大盛期开始,水肥一体化管理TI可以保障水肥的精准供应,促进马铃薯块茎的膨大和干物质积累,而常规水肥管理TC在马铃薯生长后期容易出现肥料供应不足的情况,降低了的马铃薯块茎膨大速率。
图2
图2
不同处理马铃薯块茎膨大速率随结薯后天数的变化规律
Fig.2
Changes in bulking rate for potato tuber with days after tuber setting for different treatments
2.3 不同处理间马铃薯块茎膨大参数差异
马铃薯块茎膨大参数是反映马铃薯块茎膨大和干物质积累的重要指标,对于马铃薯块茎形成具有重要意义。由表2可知,TI处理的各项块茎膨大速率参数指标均高于TC处理,且TI处理块茎膨大渐增期膨大速率（R1）和最终单薯鲜重（W）均显著高于TC处理,其他参数处理间差异不显著。
表2 不同处理块茎膨大参数
Table 2
| 参数 Parameter | 处理Treatment | |
|---|---|---|
| TI | TC | |
| Rmax | 5.42a | 4.94a |
| Tmax | 20.86a | 18.86a |
| R | 3.66a | 3.28a |
| T | 45.93a | 40.18a |
| R1 | 3.54a | 2.82b |
| R2 | 4.23a | 3.45a |
| R3 | 3.77a | 2.99a |
| T1 | 10.21a | 9.96a |
| T2 | 20.78a | 17.67a |
| T3 | 14.69a | 12.49a |
| W | 168.03a | 131.67b |
不同小写字母表示在0.05水平上差异显著
Different lowercase letters indicate the significant differences (P < 0.05)
2.4 马铃薯块茎膨大参数与单薯鲜重间的相关性分析
为了研究马铃薯块茎膨大参数对单薯鲜重形成的影响,对二者进行了相关性分析（表3）。由表3可知,马铃薯块茎膨大各主要参数均与最终单薯鲜重呈正相关,但均未达到显著差异水平。平均膨大速率R、快增期膨大速率R2和缓增期膨大速率R3均与最大膨大速率Rmax呈极显著正相关,而快增期膨大速率R2和缓增期膨大速率R3均与平均膨大速率R呈极显著正相关,说明马铃薯块茎平均膨大速率和最大膨大速率主要受马铃薯块茎快增期和缓增期膨大速率影响。块茎膨大持续天数T与块茎膨大速率达到最大时的天数Tmax呈显著正相关,与快增期持续时间T2和缓增期持续时间T3呈极显著正相关,说明马铃薯块茎膨大持续天数主要受马铃薯块茎膨大快增期和缓增期持续天数影响,而块茎膨大达到最大速率时的天数Tmax在一定程度上也影响着整个块茎膨大时间的长短。此外,快增期块茎膨大速率R2和缓增期块茎膨大速率R3呈极显著正相关,快增期持续时间T2和缓增期持续时间T3呈极显著正相关。
表3 马铃薯块茎膨大参数与单薯鲜重间的相关性分析
Table 3
| 参数Parameter | Rmax | Tmax | R | T | R1 | R2 | R3 | T1 | T2 | T3 | W |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Rmax | -1 | ||||||||||
| Tmax | -0.46 | -1 | |||||||||
| R | -0.96** | -0.37 | -1 | ||||||||
| T | -0.63 | -0.91* | -0.47 | -1 | |||||||
| R1 | -0.14 | -0.13 | -0.36 | -0.40 | 1.00 | ||||||
| R2 | -1.00** | -0.46 | -0.96** | -0.63 | 0.14 | -1 | |||||
| R3 | -1.00** | -0.46 | -0.96** | -0.63 | 0.14 | -1.00** | -1 | ||||
| T1 | -0.12 | -0.60 | -0.04 | -0.21 | -0.45 | -0.12 | -0.12 | -1 | |||
| T2 | -0.67 | -0.80 | -0.49 | -0.98** | 0.51 | -0.67 | -0.67 | -0.01 | 1 | ||
| T3 | -0.67 | -0.80 | -0.49 | -0.98** | 0.51 | -0.67 | -0.67 | -0.01 | 1.00** | 1 | |
| W | -0.27 | -0.60 | -0.46 | -0.57 | 0.70 | -0.27 | -0.27 | -0.31 | 0.52 | 0.52 | 1 |
“*”表示在0.05水平上显著相关
"*" indicates the significant correlation at 0.05 level
3 讨论
马铃薯是中国重要的粮食作物之一,具有营养丰富、产业链长和用途多样等特点,对满足人们多元化的粮食需求具有重要意义[10]。研究马铃薯块茎膨大特性及其与单薯鲜重之间的相关性,对于马铃薯结薯期肥水精准管理和提质增效具有重要意义。姚玉璧等[11]研究表明,马铃薯在播种后第105天开始,块茎由缓慢生长进入快速生长阶段,块茎生长速度于播后127d达到最大,至播后149d,块茎生长又从快速生长转为缓慢生长,这与本研究结果相似,马铃薯块茎膨大呈现“慢-快-慢”的变化趋势。本研究表明,在结薯14d之前,水肥一体化管理TI和常规水肥管理TC间单薯鲜重差异不大,在结薯14d之后,TI处理的单薯鲜重高于TC处理,在结薯35d之后,TI处理的单薯鲜重显著高于TC处理,这主要是因为在生长前期,基肥供应充足,不同处理对马铃薯生长影响差异不大,但随着马铃薯的生长,常规水肥管理易出现肥水供应不足的现象,严重影响着马铃薯块茎的生长和膨大。水肥一体化处理TI的各项块茎膨大参数指标均高于常规水肥处理TC,且TI处理块茎膨大渐增期膨大速率和最终单薯鲜重显著高于TC处理,其他参数差异不显著。在马铃薯结薯盛期后,水肥一体化管理TI可以进行肥水的精准供应,促进马铃薯块茎膨大,而常规水肥管理TC则不能及时满足马铃薯生长对肥水的需求,极易出现早衰,导致马铃薯块茎膨大受限,严重影响马铃薯产量和品质。研究发现,马铃薯块茎平均膨大速率和最大膨大速率主要受马铃薯块茎快增期和缓增期膨大速率的影响,块茎膨大持续天数主要受马铃薯块茎膨大快增期和缓增期持续天数的影响,而块茎膨大达到最大速率时的天数Tmax在一定程度上也影响着整个块茎膨大时间的长短,说明马铃薯块茎膨大中后期是马铃薯块茎膨大和产量提升的关键时期。
4 结论
明确了马铃薯块茎膨大特性及其与单薯鲜重的相关性。水肥一体化技术可以有效促进马铃薯块茎形成,提高马铃薯块茎膨大快增期和缓增期膨大速率,对马铃薯块茎膨大和干物质积累具有促进作用。
参考文献
气象条件对西北温凉半湿润区马铃薯块茎形成及产量的影响
利用西北温凉半湿润区马铃薯生长发育定位观测资料、加密观测和对应平行气象观测资料,应用农业气象统计分析方法,分析马铃薯块茎生长与气象条件的关系。结果表明:研究区域马铃薯播种到可收约需150~168d,需≥0℃积温2000~2300℃.d,降水量400~500mm,日照时数900~1100h;马铃薯在播种后第105天开始,块茎由缓慢生长转为迅速生长阶段,在播种后的第127天,块茎生长速度最大,播种后第149天开始,块茎生长从迅速生长又转为缓慢生长。气温对马铃薯产量形成除采收期外,均为负效应,块茎膨大期对气温变化十分敏感;降水量的影响函数同热量的影响函数呈反相位分布,除出苗期和采收期为负效应外,其余时段降水量对马铃薯产量形成均为正效应,马铃薯分枝-开花期对降水量变化十分敏感。
