海南澄邁甘薯營養品質與土壤養分相關性研究

劉 健，婁運生*，任麗軒，王 坤，邢鈺媛，李淑君，王 媛，湯麗玲，蘇 磊 *，楊建洲

(1.南京信息工程大學氣象災害預報預警與評估協同創新中心，江蘇 南京 210044；2.南京信息工程大學江蘇省農業氣象重點實驗室，江蘇 南京 210044；3.南京農業大學資源與環境科學學院，江蘇 南京 210095；4.農業部長江中下游植物營養與肥料重點實驗室，江蘇 南京 210095；5.江蘇省有機固體廢棄物資源化協同創新中心，江蘇 南京 210095；6.中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，河北 廊坊 065000)

【研究意義】海南島“橋沙地瓜”甘薯是澄邁地理標志農產品，但其營養品質不穩定不優質是當前生產面臨的突出問題。本文探討了不同質地土壤理化性質與甘薯品質差異性的關系，以期為當地甘薯合理種植和田間管理提供依據。【前人研究進展】近年來，隨著科學飲食觀念增強，甘薯生產尤其是品質日益受到重視。土壤養分對甘薯品質有重要影響。Fernandes等(2020年)通過氮肥試驗，發現維持最大塊根產量的礦質氮素施用量不低于120 kg/hm2[1]。冉園園和劉洪斌提出重慶山地和丘陵區甘薯推薦氮磷鉀施肥量[2]。Mukhongo等(2017年)研究表明，氮磷鉀配施可顯著提高甘薯產量[3]。上述研究主要涉及施肥對甘薯產量的影響，但對品質影響關注較少。盧會翔等研究發現，引起甘薯淀粉含量變化的基因型、環境、基因型與環境互作效應以及環境與年份互作效應均達顯著水平[4]。可溶性糖、蛋白質含量是甘薯重要營養品質指標[5-7]，甘薯種植環境和年份對可溶性糖、蛋白質含量的影響大于基因型影響，可能與土壤環境和氣象因素有關[8-9]。【本研究切入點】不同土壤環境條件對甘薯品質指標的影響，還有待深入研究。【擬解決的關鍵問題】本研究重點明晰甘薯產區壤土、黏壤土和黏土中甘薯營養品質穩定和優質的條件。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于海南省澄邁縣北部沿海橋頭鎮，東北和西南邊界為海岸線，東西相距5322.22 m(109.93～109.98 °E)，南北相距3753.33 m(19.93～19.96 °N)。平均海拔7.03 m(-13.6～37.5 m)，地勢平坦開闊，為海積平原。屬熱帶季風氣候，年平均氣溫24.0 ℃，年均降雨量1786.1 mm，雨熱同期且無霜凍。土壤以黏壤土為主，壤土和黏土為輔，其中黏壤土粘粒占比24%～36%，平均28%，粉粒占比0～20%，平均6%，砂粒占比44%～72%，平均67%；壤土粘粒占比12%～20%，平均18%，粉粒占比4%～24%，平均12%，砂粒占比64%～80%，平均70%；黏土粘粒占比36%～80%，平均51%，粉粒占比0～28%，平均14%，砂粒占比0%～64%，平均36%。pH平均為5.11，其中黏壤土為4.57～6.17，平均5.33；壤土為4.67～5.75，平均5.06；黏土為4.18～6.85，平均5.46。供試甘薯品種為甘薯高系-14號，采用常規壟作栽培技術，種植密度為0.15 m×0.80 m。

1.2 樣品采集和處理

在澄邁縣橋頭鎮甘薯核心產區選擇有代表性的甘薯田塊60塊，每塊農田按蛇形采樣法采集0～20 cm耕層土壤，去除石塊枯葉等雜物，五點混合成一個樣本，共計60個土壤樣品，每樣品重約500 g。土樣經自然風干后，碾碎、過篩，用于測定有機質、有效氮、磷、鉀等養分含量。

在采集土樣的田塊，選取有代表性的甘薯植株，采集薯塊和地上部植株莖葉樣品，每個田塊采集3～5株，將甘薯薯塊切片烘干，用小型粉碎機磨碎，用于甘薯營養品質測定。

1.3 測定分析方法

土壤樣品采用常規土壤農化方法測定[10-11]，有機質用重鉻酸鉀氧化容量法；全氮用半微量開氏法；銨態氮采用靛酚藍比色法；硝態氮采用酚二磺酸比色法；有效磷采用鉬銻抗比色法；速效鉀采用火焰光度法。土壤質地采用吸管法測定。土壤pH用酸度計測定。參照全國第二次土壤普查養分分級標準，將土壤養分肥力分級，一級為很豐，二級為豐富，三級為適量，四級為缺乏，五級為很缺，六級為極缺[12]。

總淀粉和直鏈淀粉含量分別用酶法和碘藍比色法測定[13]。甘薯可溶性糖含量測定采用銅還原-碘量法(參照GB/T37493—2019)。蛋白質含量用開氏法測定[10]。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2019進行數據整理和表格繪制， 采用SAS 9.4的CORR過程進行相關系數計算、用Pearson法進行顯著性檢驗和用REG過程的Linear Regression Model以0.05為顯著性條件進行逐步線性回歸分析。

2 結果與分析

2.1 土壤養分和甘薯品質的差異分析

不同土壤質地類別下土壤養分均值大小(表1)和土壤養分占比(表2)分析表明，壤土、黏壤土和黏土的有機質平均值分別為40.44、29.44和37.44 g/kg，均高于適宜甘薯生長的20 g/kg[14]，且適量及以上的土樣占比高達76%、62.96%和75%。壤土、黏壤土和黏土的全氮平均值分別為0.75、0.76和1.25 g/kg，適量及以上的土樣占比12%、22.22%和62.5%，速效氮平均值分別為117.57、115.09和139.36 mg/kg，適量及以上的土樣占比76%、51.86%和62.5%。壤土、黏壤土和黏土的有效磷均值分別為167.52、186.28和169.06 mg/kg，適量及以上的土樣占比均達100%。壤土、黏壤土和黏土的速效鉀均值分別為173.08、219.01和223.03 mg/kg，適量及以上的土樣占比分別達64%、81.48%和100%。

表1 不同土壤類別下土壤養分及其變化差異分析表

表2 不同質地土壤養分豐缺狀況

由表1可知，壤土中銨態氮和pH變異系數最小，黏壤土中有機質、全氮、有效磷和速效鉀變異系數最小，黏土中速效氮和硝態氮變異系數最小。盧會翔等在對影響甘薯品質和環境效應的研究中，將重慶不同縣區/品種甘薯的淀粉含量、適口性、蔓長、莖粗、商薯率和產量等的變異系數總和大小進行對比，認為總變異系數小即該縣區/品種甘薯性狀穩定[4]。本研究中黏壤土的土壤養分含量總變異系數最小，為315.71；其次為壤土，為361.19；最大為黏土，為392.50。土壤類別對全氮的影響差異顯著，黏土全氮含量顯著高于黏壤土和壤土。

由表3可知，壤土中直鏈淀粉、總淀粉、可溶性糖和蛋白質變異系數最小，黏壤土中支鏈淀粉變異系數最小。壤土甘薯的品質總變異系數最小，為78.28；其次為黏壤土，為87.63；最大為黏土，為100.92。不同土壤類別下甘薯品質含量均值(Mean)大小分析表明，壤土中直鏈淀粉和可溶性糖含量最高，黏壤土中蛋白質的含量最高，黏土中支鏈淀粉和總淀粉的含量最高。土壤類別對可溶性糖含量的影響差異顯著，壤土可溶性糖含量顯著高于黏土。

表3 不同土壤類別下甘薯品質及其變化差異分析表

2.2 不同質地土壤養分對甘薯品質的影響

由表4可知，壤土甘薯直鏈淀粉含量與pH呈顯著負相關關系。除相關分析外，逐步回歸變量入選先后次序反映了各參數偏相關系數絕對值大小，體現出對于因變量的相對重要性，陸國權用該法確定出快速黏度儀各參數中對甘薯食味總評起作用的主次影響因子為回復值和峰值時間[15]。以直鏈淀粉為因變量，土壤理化指標為自變量進行逐步線性回歸分析，第一步入選變量也為pH(表5)，說明壤土甘薯直鏈淀粉的主要影響因子為土壤pH。

由表6可見，黏壤土甘薯直鏈淀粉與銨態氮呈極顯著正相關關系，與pH呈極顯著負相關，兩種相關系數絕對值大小相等。逐步線性回歸分析第一步入選變量為銨態氮，第二步為pH(表5)，說明黏壤土甘薯直鏈淀粉的主要影響因子為土壤銨態氮，其次為pH。黏壤土甘薯支鏈淀粉與土壤銨態氮呈極顯著負相關關系且絕對值最大，與有效磷和全氮均呈顯著負相關關系，與pH呈顯著正相關關系。逐步線性回歸分析第一步入選變量為銨態氮(表5)，說明黏壤土甘薯支鏈淀粉的主要影響因子為土壤銨態氮。

表4 壤土理化性質與甘薯品質相關系數

表5 品質逐步回歸

表6 黏壤土理化性質與甘薯品質相關系數

表7表明，黏土甘薯直鏈淀粉和有機質呈極顯著正相關且絕對值最大，與硝態氮呈顯著正相關。逐步線性回歸分析第一步入選變量為有機質(表5)，說明黏土直鏈淀粉的主要影響因子為土壤有機質。黏土甘薯支鏈淀粉和有機質呈極顯著負相關且絕對值最大。逐步線性回歸分析第一步入選變量為有機質(表5)，說明黏土支鏈淀粉的主要影響因子為土壤有機質。

3 討 論

直鏈淀粉直接影響淀粉加工品質，是評價淀粉特征的重要指標，一般認為直鏈淀粉含量高，則甘薯粉絲品質好[15-17]。Duan W等研究發現，施用150 kg/hm2氮素的冀薯25直鏈淀粉最高且差異顯著[18]，本研究發現種植于黏壤土中的甘薯直鏈淀粉含量主要受銨態氮的影響且呈正相關關系，可能與黏壤土中粘粒和砂粒占比居于壤土和黏土間，利于土壤保持合適的水分和氧氣，促進根系對銨態氮的直接吸收利用，利于ADPG焦磷酸化酶和淀粉合酶的生成，從而促進直鏈淀粉生成。硝態氮與甘薯直鏈淀粉含量相關性不顯著，可能與植物根系對銨態氮的吸收速率快于硝態氮二十倍有關[19]。另外發現，直鏈淀粉含量在壤土與pH呈顯著負相關關系，可能與壤土中粘粒含量最少和砂粒含量最多有關，造成土壤孔隙大，不利于土壤養分保持，這種情況下，pH高就表明質子化的銨根離子少，通過銨載體進入根系的銨態氮減少，最終會影響直鏈淀粉合成酶的生成。本研究發現，直鏈淀粉在黏土中與有機質呈顯著負相關關系。可能與黏土中粘粒和粉粒含量最多，砂粒含量最少有關，造成土壤孔隙小，通氣透水性差，不利于葡萄糖-1-磷酸和相關酶的生成，抑制直鏈淀粉的產生。

高含量和長鏈長的支鏈淀粉粘度和穩定性更高，是淀粉糊化的主因[20]。Duan W等研究發現，施氮可顯著降低支鏈淀粉含量[18]。甘薯品種Rainha Branca淀粉含量隨尿素水平的增加而降低，尿素水平為460 kg/hm2時淀粉含量最低[21]。本研究發現，甘薯支鏈淀粉含量在黏壤土中與銨態氮呈顯著負相關關系，可能與土壤特性使分支酶生成減少有關。

可溶性糖與口感密切相關，是甘薯重要的食用品質和應對逆境的重要物質。柳洪鵑等研究發現，施腐植酸(大分子有機質)可顯著抑制塊根可溶性糖轉換相關酶活性，促進淀粉水解，從而提高甘薯可溶性糖含量[22-23]。本研究發現種植于壤土中的甘薯可溶性糖含量顯著高于黏土，同時壤土中有機質含量在三類土中最多，這可能與壤土中粘粒含量最少和砂粒含量最多有關，造成土壤孔隙大，影響可溶性糖相關酶活性，這有待進一步研究.

表7 黏土理化性質與甘薯品質相關系數

4 結 論

海南省澄邁縣北部沿海橋頭鎮的壤土中粘粒含量最少和砂粒含量最多，甘薯營養品質總變異系數最小；黏壤土中粘粒和砂粒占比居于壤土和黏土間，甘薯營養品質總變異系數次小；黏土中粘粒和粉粒含量最多，砂粒含量最少，甘薯營養品質總變異系數最大。

黏壤土中甘薯直鏈淀粉主要受銨態氮影響且呈顯著正相關關系，壤土中直鏈淀粉主要受pH影響且呈顯著負相關關系，黏土中直鏈淀粉主要受有機質影響且呈顯著負相關關系。黏壤土中甘薯支鏈淀粉主要受銨態氮影響呈顯著負相關關系。壤土中甘薯可溶性糖顯著高于黏土。