氣霧培營養液鉀素濃度對馬鈴薯農藝性狀及塊莖品質的影響

榮田甜 何文壽 王斌 王楠

摘要：以馬鈴薯脫毒苗為試驗材料，設計B1（CK，0 mmol/L）、B2（3 mmol/L）、B3（6 mmol/L）、B4（9 mmol/L）、B5（12 mmol/L）5個營養液鉀素濃度梯度處理，研究從營養液中缺鉀至高濃度的鉀素對馬鈴薯不同生育期植株生長指標、品質和產量的影響，同時篩選出適合馬鈴薯生長和有效提升馬鈴薯品質、產量的營養液鉀素濃度。結果表明，馬鈴薯植株株高在生育期內總體表現為“S”形生長趨勢，各處理間植株莖粗在淀粉積累期和成熟期差異明顯，B3、B4、B5增長幅度明顯高于B1和B2處理。B1處理植株葉片數大幅減少，可能是缺鉀導致葉片光合作用降低。B4處理在全生育期內葉片SPAD值總體優于其他處理。綜上所述，B4處理有利于氣霧培馬鈴薯植株地上部生長，營養液中不同鉀素濃度對馬鈴薯塊莖品質指標影響各不相同，其中B4和B5處理的總糖、粗纖維、粗蛋白、淀粉含量高于B1、B2和B3處理。從產量而言，馬鈴薯塊莖產量最高的B4處理（139.27 kg/hm2）比產量最低的B1處理（42.86 kg/hm2）高224.94%，綜合來看，B4處理能夠顯著提高馬鈴薯產量，增加經濟效益。

關鍵詞：氣霧培;鉀素濃度;不同生育期;營養液;馬鈴薯;農藝性狀;產量

中圖分類號： S532.06 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）23-0098-05

馬鈴薯作為一種高營養、低成本同時還具有食療作用的蔬菜糧食兼用的主食，受到人們的喜愛[1]，隨著人們對食物多樣化需求的增加，各種馬鈴薯衍生食品也接踵而至，中國馬鈴薯種植面積也逐年增長[2]。但是，馬鈴薯在生產過程中易感染細菌和病毒，影響塊莖口感和品質，最終造成大面積減產，而氣霧培方法是解決這些問題的有效方法之一。

氣霧培是無土栽培技術中的一種，利用氣霧培設備將營養液氣霧化后按照一定的時間間歇將營養液噴施在作物根部。它可以增大作物根系對水和養分的接觸面積，從而提高根系對水和養分利用效率。同時配合自動化調節設備，可以縮短馬鈴薯生產周期，使馬鈴薯達到高效、優質生產。修英濤等通過對氣霧法栽培、液培和沙培3種栽培方式進行對比，研究不同的栽培方式對脫毒小薯生長發育的影響，得出“氣霧法栽培的馬鈴薯植株株高、葉面積、莖粗等形態生長指標和馬鈴薯塊莖產量比液培和沙培有明顯提高”的結論[3]。營養液作為氣霧培最重要部分[4]，可以為植株提供良好的營養配比。喬建磊研究表明，改良霍格蘭營養液中N、P、K比例為1 ∶ 0.28 ∶ 1.3，霧培脫毒馬鈴薯實際產量最高[5]。氣霧培技術可以很好地解決傳統耕作的弊端，促進馬鈴薯根系生長，促進地上部的吸收和地下部的同化作用，進而提高產量。

鉀對植株生長發育主要有以下影響：一是馬鈴薯葉片的光合作用和葉綠素含量因施用鉀素的增加而增加[6];二是鉀作為植物細胞中重要的滲透調節物質，可以調節植物細胞水勢[7];三是作為植物細胞活化劑，氧化還原酶和轉移酶等60多種酶活化需要鉀離子的參與[8]。作為典型的喜鉀作物，鉀素在馬鈴薯全生育期內不可或缺且需求旺盛，數年多次研究發現馬鈴薯塊莖從形成到收獲每1 000 kg約需要鉀素6.52 kg[9-10]。謝少平等研究發現，植物可能存在鉀臨界脅迫值，根系含鉀量的減少可以促進根系對鉀素的吸收[11]。劉國棟等研究發現，秈稻根系表面積決定鉀的吸收速率[12]。趙雪君等研究表明，馬鈴薯塊莖形成時，鉀肥利于馬鈴薯塊莖中累積鉀素[13]。胡助力等研究發現，增施磷肥和鉀肥能使馬鈴薯塊莖產量、淀粉含量和塊莖干物質含量提高[14]。針對以上研究發現，鉀素的用量和合理的使用方式直接影響著馬鈴薯生長、產量和品質，氣霧培營養液培育馬鈴薯條件下，鉀素對于馬鈴薯生長發育影響的系統研究鮮有報道。本試驗以馬鈴薯脫毒苗為試驗材料，進行氣霧培馬鈴薯營養液鉀素濃度的研究，系統精確分析不同濃度的鉀素對馬鈴薯不同生育期植株生長指標、塊莖產量與品質的差異和影響，同時確定氣霧培馬鈴薯營養液適宜的鉀素濃度，為氣霧培馬鈴薯營養液改良和馬鈴薯高效綠色種植提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗地概況

試驗材料采用中熟品種大西洋馬鈴薯脫毒試管苗，由寧夏天啟馬鈴薯產業（集團）有限公司提供。試驗時間為2019年9—11月，在寧夏大學農學院試驗基地日光溫室中進行，試驗地約為40 m2。

1.2 試驗設計

試驗采用單因素5水平設計，鉀素濃度用不同濃度的KNO3進行調控，設置5個鉀濃度梯度處理，分別為B1（CK，0 mmol/L）、B2（3 mmol/L）、B3（6 mmol/L）、B4（9 mmol/L）、B5（12 mmol/L）。試驗采用氣霧培法，每小區面積為2.4 m×1.2 m，每個處理定植植株42株。營養液以霍格蘭營養液為基礎，修改各處理營養液主要化合物濃度 （表1）和營養液元素含量（表2），微量元素營養液采用改良后阿農微量元素配方（表3），配制營養液所用試劑均為分析純。前20 d水培脫毒試管苗，測量株高達到 10 cm 左右，長勢良好后移栽定植氣霧培設備中，按照試驗設計進行試驗。營養液進液管道壓力約為 0.2 Pa，氣霧噴頭的流量控制在 0.3 L/min，營養液利用水泵抽濾循環，每5 d更換1次。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 樣品采樣 從開始試驗至收獲，按照馬鈴薯幼苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期取樣，每個處理每次選取有代表性的植株3株。

1.3.2 生物學指標測定 包括自然株高、莖粗、葉片數和SPAD值。成熟期采收后統計單株總薯質量，單株總薯數和成薯率，總產量按照小區產量折合成畝產。

株高采用卷尺測量，以從子葉到根基部的高度為基準;莖粗采用數顯游標卡尺測量;葉片數采用目測統計;SPAD值采用石家莊世亞科技有限公司出產的葉綠素儀（SY-S02）測定。

1.3.3 塊莖品質測定[15] 在收獲后2周內采用蒽酮比色法測定馬鈴薯塊莖總糖含量、采用凱氏定氮法測定粗蛋白含量、采用酸堿消煮法測定粗纖維含量、采用索氏提取法測定粗脂肪含量、采用碘比色法測定淀粉含量。

1.4 數據處理

數據分析采用Excel 2010和 SPSS 21.0軟件，利用LSD方法在α=0.05水平進行單因素顯著性分析，結果以“平均值±標準差”表示。利用Origin 2018作圖。

2 結果與分析

2.1 不同鉀素濃度對馬鈴薯農藝性狀的影響

各處理馬鈴薯植株株高在生育期內總體表現為“S”形生長趨勢（圖1-a）。幼苗期各處理株高無明顯差異，塊莖形成期至淀粉積累期，各處理株高快速增長，增幅明顯，塊莖形成期至成熟期，B3、B4、B5處理株高顯著。淀粉積累期至成熟期，株高增長緩慢。B5處理在塊莖形成期至成熟期株高顯著高于B1處理，說明塊莖形成后B5高濃度鉀處理有利于植株株高的增長。

各處理馬鈴薯植株莖粗在幼苗期至塊莖膨大期差異不顯著，在淀粉積累期和成熟期各處理間差異明顯，B3、B4、B5處理增長幅度明顯高于B1和B2處理。除B4處理莖粗在成熟期繼續正增長，其他處理在成熟期時呈現相同變化趨勢都為負增長。B4、B5處理在塊莖形成期后莖粗增長較為明顯（圖1-b）。

馬鈴薯植株葉片數在淀粉積累期差異最明顯，表現為B5>B4>B3>B1>B2。B5處理葉片數幼苗期至淀粉積累期增幅最快，之后葉片數急劇減少（圖1-c）。說明成熟期前高濃度鉀有利于葉片數增加，成熟期減少可能是地上部葉片衰老脫落所致。B1全生育期葉片數明顯少于其他處理，可能是缺鉀影響了葉片光合作用，造成植株葉片數減少。

營養液中高鉀素濃度B3、B4和B5處理葉片葉綠素含量（SPAD值）幼苗期至塊莖膨大期呈現先快速增長，塊莖膨大期至淀粉積累期緩慢下降，之后劇烈下降。缺鉀B1處理和低濃度鉀B2處理生育期總體表現為“S”形生長趨勢。B4處理在生育期內葉片葉綠素含量總體高于其他處理，所有處理（B1處理除外）在塊莖膨大期葉片葉綠素含量達到最高（圖1-d）。

綜上所述，B4處理在株高、莖粗、葉片數、葉綠素含量這些生長指標表現優于其他處理，說明B4處理有利于馬鈴薯植株地上部生長。

2.2 不同鉀素濃度對馬鈴薯塊莖品質的影響

如表4所示，不同營養液鉀濃度對馬鈴薯塊莖品質指標影響各不相同。各處理間總糖含量差異顯著，由高到低排序為B5>B4>B1>B3>B2，B5處理顯著高于其他處理，總糖含量達到0.67%，比總糖含量最低的B2處理高0.44百分點。從總體看，除B5處理，隨著營養液中鉀素濃度升高，粗蛋白含量呈升高趨勢，B4處理塊莖中粗蛋白含量達到最高，為2.44%，B1處理粗蛋白含量最低，比B4處理低0.36百分點，表明缺鉀會影響塊莖中粗蛋白的積累，適宜濃度的鉀素有利于粗蛋白的合成。B1處理粗纖維含量最低，為0.17%，比粗纖維含量最高的B2和B5處理低0.08百分點，B3和B4含量相同，為0.21%，說明適當增加鉀素濃度有利于粗纖維的合成。各處理粗脂肪含量差異顯著，B3處理顯著高于其他處理，說明B3處理鉀素濃度有利于塊莖中粗脂肪積累，隨著鉀素濃度升高，B4、B5處理塊莖中粗脂肪含量反而降低，比含量最高的B3處理分別低0.31、0.21百分點。各處理淀粉含量表現為B5>B4>B2>B1>B3。B5處理淀粉含量明顯高于其他處理，達了到28.2%，比淀粉含量最低的B3處理增加8.8百分點。

2.3 不同鉀素濃度對馬鈴薯產量、總成薯率、單株總薯質量和總薯數影響

2.3.1 不同鉀素濃度對馬鈴薯產量影響 由圖2可知，隨著營養液鉀素濃度提高，產量呈提高趨勢，各處理表現為B4>B3>B5>B2>B1。B4處理馬鈴薯產量最高，為139.27 kg/hm2;B1處理產量最低，為42.86 kg/hm2，B4處理比B1、B2、B3處理分別增加224.94%、192.28%、44.92%。之后隨著鉀素濃度增加，馬鈴薯產量有所下降。B5產量為 117.45 kg/hm2，比產量最高的B4處理減少15.67%。說明馬鈴薯產量隨著鉀素濃度的升高而升高，達到產量最高的最適鉀素濃度后，繼續增加鉀素濃度反而會減產，B4處理可以有效增產。

2.3.2 不同鉀素濃度對馬鈴薯總成薯率、單株總薯質量和總薯數影響 如表5所示，B1、B4、B5處理的馬鈴薯總成薯率無顯著差異。單株總薯質量B2、B3、B4、B5處理間差異顯著，隨著鉀素濃度的升高，5個處理單株總薯質量表現為B4>B5>B3>B2>B1，B4的單株總薯質量分別比B1、B2、B3、B5高225.01%、196.76%、44.93%、18.57%，B4單株總薯質量較其他處理更具優勢，說明鉀素濃度為 9 mmol/L 時有利于單株馬鈴薯塊莖膨大。B4、B5處理單株總薯數與B1、B2、B3處理差異顯著，單株總薯數最高的B5處理比B1、B2、B3、B4處理分別多131.36%、46.41%、60.81%、13.06%，可見B5處理有利于馬鈴薯匍匐莖頂端膨大成薯。

3 結論與討論

劉克禮等研究發現，馬鈴薯莖中鉀素濃度在全生育期中始終高于葉片和根系，莖中高濃度鉀素可以保持植株地上部的抗性和直立，馬鈴薯對在塊莖增長期和淀粉積累期對鉀素的吸收明顯大于其他時期[16]。何佳芳等研究表明，植株鉀素濃度隨著鉀肥施用量增加而增加，當馬鈴薯鉀吸收達到頂峰后，奢侈吸收鉀素[17]。針對鉀素在馬鈴薯生長發育過程中的重要性，本試驗研究了馬鈴薯不同生育期中對鉀素不同濃度的反應，從而確定合適的鉀素濃度，符合現代農業綠色高效種植趨勢。

本研究表明，B5處理的鉀素濃度有利于促進馬鈴薯株高的增長，營養液中鉀素水平較低時，煙草葉片、莖、根干物質質量與全株干物質質量均隨著營養液中鉀水平的提高而增加[18]，這與介曉磊等研究結果[18]一致。成熟期前高濃度鉀有利于葉片數增加，且各生育期之間無顯著差異。

何佳芳等研究認為，中鉀處理時產量最高，但之后增加鉀肥施用產量卻不會增加[17]。馬鈴薯雖然是一種需鉀多的作物，但按照其吸收特性，合理配制鉀素濃度，馬鈴薯產量才會增加。本試驗認為，B1、B5處理馬鈴薯總成薯率較高，B2、B3和B4處理次之。B4處理單株總薯質量顯著提高，較其他處理更具優勢。B5處理有利于馬鈴薯塊莖建成。

鉀素作為品質元素，可以有效增加作物品質[19-21]。馬躍等研究認為，增施鉀肥在一定范圍內，番茄果實中維生素C含量和可溶性糖含量會增加[22]。B3處理塊莖中粗脂肪含量最高，淀粉含量各處理由大到小為B5>B4>B2>B1>B3。高濃度鉀素促進塊莖淀粉合成積累。殷文等研究表明，適宜的鉀濃度能夠增加馬鈴薯塊莖的淀粉含量，但馬鈴薯淀粉含量和維生素C含量達到峰值后隨鉀用量升高而降低[23]，本試驗馬鈴薯淀粉含量的試驗結果與之不一致，可能是培育方式和品種差異造成試驗結果不同。綜上所述，不同鉀素濃度對馬鈴薯不同生育期植株生長、品質和產量均有影響，B4處理有利于馬鈴薯地上部對養分的吸收利用，從而促進地上部的生長發育，改善馬鈴薯塊莖品質。從增產效果考慮，B4處理鉀素濃度9 mmol/L下產量最高，可為氣霧培營養液培育馬鈴薯鉀素濃度提供依據。

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