栽培技術對馬鈴薯營養和食用品質的影響

傅童成，唐朝臣，焦大春，柯劍鴻*，楊波華，周 見，杜倫靜，岳 媛，彭 艷，唐 鑫

（1.重慶市農業科學院，重慶 401329；2.廣東省農業科學院，廣東 廣州 510640；3.重慶市石柱土家族自治縣武陵山研究院，重慶 石柱 409100）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是茄科一年生草本植物，全球有約13億人以馬鈴薯為主糧，一些國家也把其列為戰略儲備儲糧。中國馬鈴薯產業近年來呈現高速發展的態勢，種植面積和產量逐年增加，種植面積從2007 年的43.06 萬hm2逐漸增加至2016 年的562.58 萬hm2，馬鈴薯產量從2007 年的1 295.7 萬t 逐 漸 增 加 至2016 年 的1 947.9 萬t[1]。2015年，農業部啟動了馬鈴薯主糧化戰略，擬將馬鈴薯納入國家儲備糧計劃[2]，目前中國馬鈴薯產量和播種面積較大的省（直轄市、自治區）是四川、貴州、甘肅、云南、內蒙古和重慶，播種面積和產量分別在36.46萬～79.78萬hm2和126.6萬～307.3萬t[1]。

自2011年后，中國馬鈴薯種植面積趨于穩定，產量增長也逐漸變慢[1]。馬鈴薯產業從單純強調產量，逐漸轉向高產和高品質雙向發展[3,4]。馬鈴薯含有豐富的淀粉和氨基酸，與大米、小麥、玉米一樣，非常適宜作為主食。此外，馬鈴薯富含膳食纖維、維生素、礦物質等其他植物營養素，是一種適宜當代人健康生活需求的食糧作物。為推動馬鈴薯主食化戰略，開發與馬鈴薯相關的加工產品，需要全面了解栽培技術對馬鈴薯營養價值及加工品質的影響。

1 農藝因素影響馬鈴薯營養品質

馬鈴薯的營養品質指標主要包括塊莖干物質含量、淀粉含量、還原糖含量、蛋白質含量等，除了品種差異，栽培技術和大田管理也影響馬鈴薯塊莖營養品質[5,6]。

1.1 播期、密度與播前處理

播期是決定馬鈴薯干物質含量的重要因素，主要取決于特定地區常規溫度及土壤水分等特性，對于馬鈴薯成熟度和干物質積累較為重要。各地馬鈴薯的適宜播期存在一定差異，華北地區一般宜于4月中旬播種[7]，華南地區一年可種植多季馬鈴薯，大部分為11月中旬左右種植冬薯，也有部分晚秋薯和春薯[8]。近年來的試驗結果也表明，在大多數情況下，將播期適當提前，可以有效增加馬鈴薯的塊莖干物質及淀粉含量，適當早播對于馬鈴薯的品質提升具有一定積極作用[7-12]。根據國外相關研究，隨著播期的延后，馬鈴薯塊莖干物質含量會減少，推遲播期會減少結薯數、單薯重和薯塊淀粉含量[13-15]。

種植密度直接影響馬鈴薯的結薯數、單薯重和產量。適宜生產商品薯的種植密度約為70 000～90 000株/hm2，此密度下的單株結薯數、商品薯率和產量都較高，以121 200 株/hm2種植適合生產種薯，此密度下薯塊較小[16-18]。除了種植密度外，覆土高度也影響馬鈴薯的產量，在干旱條件下，將播種時覆土高度提高至20 cm左右時，可有效提高商品薯率和產量，間接降低生產成本[19]。

目前，馬鈴薯生產主要采用種薯無性繁殖，由于整薯播種用種量大，將種薯切塊可以降低生產成本，但種薯切塊又產生了芽位、傷口消毒（拌種）和生長勢對馬鈴薯產量的影響[20]。樊祖立等[21]使用切塊芽位+赤霉素（GA）催芽試劑濃度+薯塊拌種方法研究了其對早熟馬鈴薯產量和其他性狀的影響，結果顯示，底部芽位切塊的薯塊產量明顯高于頂芽切塊薯塊，且使用濃度10 mg/L 赤霉素催芽處理15 min后，再使用草木灰+多菌靈+農用鏈霉素拌種，可以顯著提高馬鈴薯單產。此外，播前拌種對于馬鈴薯病害的預防及產量增加有關鍵作用。最新研究[22]顯示，60%吡蟲啉10 mL+66.85%霜霉威+氟吡菌胺10 mL+清水200 mL拌種薯15 kg可有效預防馬鈴薯晚疫病，并比清水拌種增產33.10%；采用濃度3%噻霉酮50.40 mL拌種100 kg種薯可有效預防馬鈴薯黑脛病，較清水拌種可增產18.18%[23]。

1.2 土壤類型

馬鈴薯干物質產生受土壤持水能力、通氣性和結構的影響，這些因素單獨或相互作用，對馬鈴薯干重積累產生效應。例如，多年來世界許多地區開展的對照研究表明，同一地區，與淤泥土、泥炭土和沼澤土種植的馬鈴薯對比，疏松、含礦物質高的土壤能夠產生較高的馬鈴薯干物質產量[24]。彭慧[25]通過試驗發現，施復合肥100 kg/667m2時，紫色土中所生長的馬鈴薯薯塊的干物質和氨基酸含量遠高于河流沖積土、板頁巖紅壤、第四紀紅土和石灰巖紅壤。在美國紐約州西部，種植在沙瀝粉沙土上的10個馬鈴薯品種的干物質平均含量為22.31%，高于種植于淤泥土或泥炭土上的品種，后者平均淀粉含量為18.72%[26]。另外，砂質土壤上種植的馬鈴薯果膠含量（0.455%～0.758%）也遠低于泥炭土上種植的相同品種，塊莖果膠含量低的馬鈴薯品種具有較好的烹飪品質[27]。

1.3 土壤水分和溫度

土壤水分差異產生原因主要有灌溉、降雨、土壤類型、徑流和蒸發。在較為濕潤的地區，馬鈴薯種植可選擇只依賴降雨，但在干旱和半干旱地區，除了正常降雨外，還需對馬鈴薯進行灌溉。但是，過多的灌溉會導致馬鈴薯淀粉含量降低[28,29]，塊莖比重降低[30,31]。Smith和Nash[32]的試驗結果表明，在濕潤條件下，于馬鈴薯生育期內3個月以噴灌方式灌水114.81 mm，會導致馬鈴薯干物質含量從未灌溉的23.28%減少至22.46%。Yadav和Tripathi[33]的研究發現，以有效水分25%、50%、75%進行灌溉時，盡管較高土壤水分降低了塊莖淀粉含量，但是塊莖比重沒有受明顯影響。

正常土壤水分條件下，灌溉馬鈴薯在其基部含有較多的干物質。水分脅迫狀態下，馬鈴薯干物質分配和還原糖分布出現不均勻的情況，基部淀粉損失，pH下降，這是由于受水分脅迫影響，馬鈴薯的根部頂端部位開始活躍生長，并使用了來自基部的碳水化合物[34]。進一步研究發現，在塊莖發育初期，水分脅迫會導致頂部和基部干物質分配量發生顛倒，如果脅迫發生在塊莖發育后期，這種顛倒就不會發生，與肥力水平相比，水分脅迫對干物質的分配有更大的影響[35]。

馬鈴薯葡萄糖和淀粉含量在土壤溫度為20～22℃時最佳，溫度再高就迅速下降[36]。除了灌溉對土壤水分含量的直接影響外，在高溫年份灌溉會降低土壤溫度，從而間接影響馬鈴薯的營養品質[37]。馬鈴薯的結薯溫度一般為16～20℃[38,39]。王曉宇和郭華春[40]通過在15～25℃設置不同溫度梯度發現，16～18℃為大多數馬鈴薯塊莖生長最適宜溫度。一些溫度敏感的品種如‘轉心烏’在10～15℃下不結薯，而耐低溫品種‘合作88’在此溫度下產量較高。

除灌溉等直接影響土壤水分的栽培管理措施，地膜覆蓋也可以間接影響土壤水分和溫度。目前廣泛應用的旱作覆膜栽培技術，通過在農作物的表面覆蓋上一層薄膜，可起到保溫、防水分蒸發的作用。根據大量已發表的田間研究數據表明，地膜覆蓋下，中國馬鈴薯平均增產率為28.8%，在西北地區為37%，西南地區為20%、東南地區為13%[41]。地膜覆蓋馬鈴薯增產率受地膜顏色和壟作、平作種植方式影響不明顯，但受溫度和降水量影響顯著[41]。

1.4 土壤酸堿度

表面上看來，土壤酸堿度對馬鈴薯干物質含量影響較小。很少有學者對這2個因素之間關系進行深入研究。一般來說，馬鈴薯應栽培在pH 4.8～7.0的弱酸性土壤環境中，以pH在5.0～5.5為佳，pH高于7.0馬鈴薯難出苗，易感瘡痂病，影響干物質產量[42-44]。當馬鈴薯處于pH低于4.8的強酸土壤環境下，易產生植株矮化、葉面卷曲和品質下降等不良反應[42]。Smith[45]研究發現，pH在5.4～6.05時種植馬鈴薯塊莖與pH較低時種植的馬鈴薯塊莖相比，前者淀粉百分比含量更高，且pH小于5.0時馬鈴薯成熟較早，這可能是高酸度土壤種植的馬鈴薯品質較差的原因。

1.5 中耕與除草

中耕和化學除草的方法對馬鈴薯干物質直接影響不明顯。常規方法的中耕可能會影響土壤水分，從而間接地影響塊莖干物質含量。保墑中耕與灌溉對馬鈴薯生長的影響是異途同歸，過度破壞深層土壤而造成水分喪失的中耕方法，都可能產生對馬鈴薯生長的反效果[46]。

馬鈴薯田的雜草群落組成與旱田作物玉米、大豆相近，雖存在一定地域差異，但主要以一年生禾本科與闊葉雜草如稗草、狗尾草、馬唐、蟋蚌草、早熟禾以及藜、莧、蓼、繁縷、篇蓄、龍葵為主[47]。雜草要在初期消滅，否則土壤水分會通過其葉面蒸騰迅速減少，進而影響土壤水分，間接影響馬鈴薯干物質含量。雖然中國近年來不斷減少化學除草試劑的使用量，但是目前馬鈴薯的除草方法還是以使用化學除草劑為主。

除草劑主要在種植前、出苗前和出苗后3個時段施用。根據Thakral和陳建平[48]的研究結果顯示，在馬鈴薯播種后4～6周（出苗后）進行除草，可以把產量損失降到10%以內，并提高馬鈴薯的中大塊莖產量。

中國目前廣泛施用的播前除草劑為二甲戊樂靈（3 000～4 500 mL/hm2兌水60 kg）、氟樂靈（60～750 mL/hm2兌水750～900 kg）、利谷隆（300 mL/hm2兌水600～900 kg）、乙氧氟草醚（3 000～4 500 mL/hm2兌水600～900 kg）、綠麥隆（4 500 g/hm2兌水750 kg）、惡草靈（1 500～2 250 mL/hm2兌水900 kg），苗后除草劑為吡氟禾草靈（450～900 mL/hm2兌水600～900 kg）、禾草靈（3 000 mL/hm2兌水225 kg）、稀禾啶（3 000～4 500 mL/hm2兌水750～900 kg）、乙草胺（1 800 mL/hm2）[49,50]。截至目前，國內鮮見除草劑對馬鈴薯產量和品質的相關研究，僅有李明聰等[50]研究了不同類型除草劑對馬鈴薯塊莖產量的影響，結果顯示，施用1 800 mL/hm2乙草胺除草的馬鈴薯塊莖產量最高，比對照不除草組可增產24.2%。國外相關研究結果表明，施用2,4-D（二氯苯氧乙酸）可以增加塊莖比重[51,52]，且與提前收獲相比，更有利于減少過大塊莖比例，且不降低商品薯率[53]。但由于2,4-D 容易在作物果實中殘留且有劇毒，在全球多個國家都不允許施用此類除草劑。

1.6 施 肥

施肥是最有效、快捷的增產提質措施[54]。馬鈴薯是喜肥作物，合理施肥可增加產量和提高品質，但過量施肥會導致產量品質降低、養分浪費、種植成本上升和環境污染壓力增大[55]。為了能夠更合理利用肥料資源并減少環境污染，國內外學者對馬鈴薯施肥技術進行了較多的研究。

大多數馬鈴薯種植地區，氮素無論是以基肥施入，還是按追肥施入，都對產量影響大。施氮主要對于馬鈴薯的小薯個數和大薯質量有影響[55]。氮素的吸收率最高時期是塊莖形成期和塊莖膨大期，根據不同地區土壤條件，馬鈴薯的商品薯率、淀粉含量和產量隨施肥量在一定范圍內呈遞增趨勢[56]。當施氮量過高時，會導致葉片伸展、薯秧過度生長，從而延長馬鈴薯的生育期，因此收獲時馬鈴薯會不成熟，還原糖含量高且淀粉含量低。Smith和Nash[57]在美國紐約州的研究發現，以基肥67.3 kg/hm2生產的馬鈴薯干物質含量始終高于施氮134.5 kg/hm2的馬鈴薯，這說明單純提高施氮量并不能提高馬鈴薯薯塊的質量。此外，土壤硝態氮不易被土壤顆粒吸附而易隨水分移動發生淋洗[58]，過多的施用氮肥不僅使生產成本增加，馬鈴薯質量下降，且有可能造成如地下水硝酸鹽環境污染等問題[59]。

磷酸銨和重過磷酸鈣是目前較為常見的磷肥。磷元素可刺激同化產物從葉到塊莖的轉移，以及淀粉合成中所需α-葡萄糖酸化酶的合成活性。磷元素不足會抑制馬鈴薯根系生長和干物質形成[56]。有研究發現，施磷可增加結薯率[60,61]和淀粉含量[62]。但是，也有研究表明，過量施用磷肥會導致馬鈴薯的商品薯率和塊莖比重下降[56,63]。

馬鈴薯對于鉀元素的需求量高，鉀元素可有效增加馬鈴薯葉片的光合效率、蒸騰速率[64]，增加商品薯的個數，提高馬鈴薯塊莖淀粉含量[65]。在中國農業生產中，一般通過施有機肥料和草木灰補充土壤中的鉀元素[66]。此外，鉀肥可以提高氮、磷肥的利用效率，使肥料效益充分發揮[67]。但鉀肥應在一定范圍內合理施用，重施鉀肥會導致馬鈴薯塊莖中的蛋白質含量降低[68,69]，鉀肥利用率明顯降低[70]，并引起干物質和淀粉含量降低，品質降低[63,71-73]。常用的鉀肥主要有硫酸鉀、氯化鉀、硝酸鉀等。相較于氯化鉀和硝酸鉀，硫酸鉀更有助于干物質累積，利于提升馬鈴薯的產量和品質[68]，硫元素還是一些代謝和蛋白質形成的所需元素，所以硫酸鉀是雙重營養肥料[74]。

若干試驗結果表明，有機肥和化肥配施可提高馬鈴薯產量和品質。Smith和Nash[57]發現，大豆秸稈作為綠肥可有效提高馬鈴薯塊莖的干物質含量。相較于單施化肥或有機肥，氮磷鉀復合肥與有機肥配施可更顯著促進馬鈴薯生長，增加馬鈴薯的產量、淀粉含量，并提高水分利用效率[58,75,76]。

馬鈴薯連作會使土壤養分失衡，改變土壤理化性質[77]。Smith和Nash[57]在一項對10種類型輪作的研究中發現，馬鈴薯每年種植在同一地塊上且不施肥或不利用肥田作物時，生產出的塊莖比重較大，但商品薯率較低。前茬種植大豆后種植馬鈴薯，塊莖比重較小，但塊莖淀粉含量和商品薯率高。

2 農藝管理對馬鈴薯炸片和鮮食品質的影響

2.1 炸片品質

油炸后的薯片顏色是評價馬鈴薯油炸品質的主要因素，高質量的馬鈴薯油炸制品應為金褐色或淺黃色，且含油量低[78]。但是在高溫油炸過程中，薯片中的還原糖與氨基酸會發生反應，產生褐色素，這個過程又被叫做“美拉德反應”（Maillard reaction），因此減少塊莖中的還原糖含量可有效提高馬鈴薯的油炸品質。

相比一些其他品種，有些品種總是能生產出顏色較淡和外觀吸引人的加工產品。目前國內有部分地區對于適宜油炸用的馬鈴薯品種進行了篩選，如閩南地區適宜油炸的品種有‘泉引1號’、‘中甸紅’、‘W.F’和‘大西洋’[79]，青海省適宜的品種有‘臨薯’、‘隴薯3號’、‘夏坡蒂’等[80]，這些品種的塊莖還原糖含量均在0.33%以下，適宜作為油炸加工材料。

增施肥料對馬鈴薯還原糖含量和加工價值提升不大[81]，甚至過多施鉀肥，會造成生產出的薯片顏色變深[82]，因此目前認為肥料總量和養分平衡對馬鈴薯薯片的顏色影響不大[83]。

在病蟲害較為嚴重的地區，需要施用一些殺蟲劑如六氯化苯（六六六）或林丹（Lindane），但是這2種殺蟲劑都導致鮮馬鈴薯有“霉臭”異味[84]。當林丹以1.12 kg/hm2于馬鈴薯種植前施于土壤，會導致收獲的馬鈴薯加工品帶有異味[84]。

2.2 鮮食品質

馬鈴薯的蒸食品質評價主要由色澤、質構和風味組成。研究表明，馬鈴薯風味由250 多種揮發性物質構成，影響成分多且復雜，目前，尚未對農業生產管理對馬鈴薯蒸煮加工后風味的影響形成統一的定論[85,86]。質構品質方面，已有研究證明貯藏階段的生理生化反應是影響鮮薯硬度的主要因素[87,88]。

馬鈴薯蒸煮后產生褐變的原因是三價鐵與綠原酸反應，產生了深色絡合物[89,90]。由試驗證明，在高氮重鉀[91]或低磷[92]施肥條件下，馬鈴薯塊莖經蒸煮后顏色易變深。pH對馬鈴薯顏色變深有影響，以往試驗觀察到在有機酸含量豐富的淤泥土中馬鈴薯薯塊顏色更深[32,57,93]。另外，試驗證明在收獲前幾周的溫度低于10℃，那么收獲的薯塊會比在正常溫度條件下收獲的馬鈴薯顏色更深[94]。目前還沒有試驗證明光照強度或土壤水分對馬鈴薯的顏色變深有直接影響。綜上所述，需要在農業生產中保證適當施氮鉀肥，施足磷肥，保證中性或偏酸性土壤pH，并在正常溫度條件下收獲，可以防止馬鈴薯薯塊在蒸煮后出現顏色加深。

3 總結與展望

馬鈴薯的品質和產量受灌水、施肥等多種種植管理措施影響。增加水、肥投入，可提升馬鈴薯的產量和品質，但是超過一定范圍，會導致馬鈴薯的水肥利用率下降，加工食用品質變差。綜上可知，在今后研究中需要關注以下幾點：首先，要針對當地氣候、溫度、土壤等條件，選取適合的種植方式及施肥管理措施；第二，種植馬鈴薯時應選擇疏松且含礦物質多的土壤；第三，在施用一些新型殺蟲劑時，需要注意其對馬鈴薯食用品質的影響；最后，加強有關馬鈴薯收貯運的研究，避免因貯藏不當造成馬鈴薯還原糖含量過高的情況，合理的大田管理措施和貯藏，是馬鈴薯節能、優質、高產的基礎。