滴灌模式下苗期追施鈣肥對馬鈴薯產量及塊莖貯藏品質的影響

2021-12-31 06:29:38黃鵬翔劉玉匯曹正鵬秦舒浩張俊蓮

西南農業學報 2021年11期

黃鵬翔，劉玉匯，劉震，曹正鵬，秦舒浩，張俊蓮*

(1.甘肅農業大學園藝學院，甘肅蘭州 730070；2.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，甘肅蘭州 730070；3.甘肅省隴南市經濟作物技術推廣總站，甘肅隴南 746005)

【研究意義】鈣是植物生長發育必不可少的營養元素，對維持細胞壁胞間層和細胞膜結構和生理特性有重要作用，而且可以激活許多與細胞分裂和伸長的酶活性[1-2]。鈣也被稱為細胞內的第二信使，作為感受外界環境的不同變化，參與植物信號傳導過程，從而提高植物的抗逆性[3-4]。鈣能夠提高果蔬的貯藏性，對果實采后的生理生化有著重要的作用，增施鈣肥不但能明顯提高其貯藏品質，還能有效減少采收后的腐爛問題[5]。馬鈴薯是僅次于小麥，水稻，玉米的第四大作物，且我國馬鈴薯種植面積及產量位居世界第一，其應用和食用價值十分廣泛[6]。在馬鈴薯生長發育過程中增施鈣肥，不僅能夠促進主莖增粗、提高商品薯產量及塊莖干物質的含量[7-8]，還可有效提高馬鈴薯塊莖內鈣離子含量[9]。Senay[10]研究得出，鈣可以影響馬鈴薯生長發育和產量構成因素。馬鈴薯塊莖鈣含量的增加，可以延遲其塊莖細胞的衰老，不同程度減少馬鈴薯病害發生，繼而提高馬鈴薯塊莖的貯藏性[11]。【前人研究進展】已有研究表明，增施外源鈣肥，能夠提高馬鈴薯產量和貯藏期馬鈴薯塊莖的品質，但不同鈣源對提高馬鈴薯產量研究較少，對提高塊莖貯藏品質的最佳鈣源和鈣肥用量尚無統一結論。大田條件下，高建莉[12]研究發現，以滴灌的方式施硝酸鈣用量在300 kg/hm2時，對提高馬鈴薯塊莖品質方面有較好的效果。辛建華[13]認為，在盆栽條件下，增施氯化鈣150～500 mg/L，均可有效提高塊莖貯藏品質。而李文霞[14]則認為，以滴灌方式施氯化鈣用量大于228 kg/hm2時，并不利于馬鈴薯塊莖品質的形成。【本研究切入點】有報道認為，無機鈣可以提高花生，玉米等作物的產量[15-16]，與無機鈣相比，施用外源有機鈣能顯著提高蘋果果實和冬棗果實的品質[17-18]，而外源有機鈣對馬鈴薯產量和貯藏品質的影響卻鮮有報道。【擬解決的關鍵問題】本研究以海斯薯為供試材料，研究在甘肅省中部干旱半干旱地區，無機鈣和有機鈣及其用量對馬鈴薯塊莖貯藏品質及產量的影響，為馬鈴薯高效施肥方案和提高馬鈴薯產量及塊莖品質改良提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

海斯薯(甘引2號)原原種，每粒大小約15 g。該品種由甘肅農業大學和定西馬鈴薯研究所從奧地利Agrico公司引進。

1.2 1.2試區概況

本試驗于甘肅省定西市農業科學院試驗站進行，該試驗站位于甘肅省定西市安定區，海拔1900 m，東經104°50’，北緯35°42’，年平均氣溫6.4 ℃，干燥度2.53。該區土壤類型為黃綿土，土層深厚，肥力均勻中等。播種前土壤肥力狀況為有機質12.1 mg/kg、全氮0.63 g/kg、堿解氮19.8 mg/kg、速效磷34.8 mg/kg、速效鉀213.9 mg/kg、可溶性鈣含量158.55 mg/kg、土壤pH 7.97。

1.3 試驗設計

試驗采用硝酸鈣(廣西茂斯福化肥有限公司)和有機鈣(美國布蘭特股份有限公司)做為鈣源，進行雙因素隨機區組設計，硝酸鈣(其成分為：12N-0P-0K-24Ca)設4個鈣水平，分別為400 g/hm2(A1)，1200 g/hm2(A2)，2000 g/hm2(A3)，2800 g/hm2(A4)；有機鈣(其成分為氮：100 g/L，水溶性鈣：100 g/L)設4個鈣水平，分別為400 g/hm2(B1)，1200 g/hm2(B2)，2000 g/hm2(B3)，2800 g/hm2(B4)，以不施鈣，施尿素作為氮肥補平處理為對照(CK)。試驗共9個處理，3次重復，27個小區，每小區種植5行，每行10株，株距為0.30 m，行距為0.70 m，小區面積為10.50 m2。出苗15 d后，每隔7 d以滴灌的方式施1次鈣肥，共施4次。施用鈣肥時，各處理水量一致，其它管理同一般大田。本試驗于2019年4月27日播種，于2019年9月20日收獲。試驗處理見表1。

1.4 測定的項目及方法

收獲時測定單株結薯數、單株薯重量、產量、大薯率、中薯率、小薯率及商品薯率。收獲后，選無斑痕，無蟲害，無機械損傷的的馬鈴薯塊莖置于甘肅農業大學冷庫貯藏，貯藏溫度為1～4 ℃。分別在貯藏第0、45、90、135天取樣，測定馬鈴薯塊莖貯藏品質，主要包括塊莖淀粉、還原糖、干物質、粗蛋白、維生素C的含量及塊莖硬度。

表1 試驗處理

1.4.1 貯藏品質的測定 (1)還原糖含量的測定：采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定還原糖含量[19]。

(2)干物質含量的測定：采用烘干稱重法測定，分3次取30 g左右，總計約100 g薯肉稱重(W1)，于105 ℃殺青30 min，再于85 ℃烘至恒重，再次稱重(W2)。塊莖干物質含量= (W2/W1)×100%[20]。

(3)塊莖硬度的測定：使用質構分析儀(TA.XT Express,Stable MicroSystems Inc.，英國)對馬鈴薯塊莖進行硬度測定，力量感應元10 kg，使用P2(2 mm)探頭穿刺測定塊莖硬度，測試速度2.0 mm/s，穿刺距離15 mm，塊莖硬度為穿刺過程中受力峰值，每個塊莖均在不同部位穿刺3次(沿塊莖縱軸的近臍部、中心部位、近頂部)，每個處理測試3個塊莖[21]。

(4)維生素C含量的測定：采用二氯酚靛酚滴定法[22]。

(5)淀粉含量的測定：采用水比重法測定淀粉含量[23]。

(6)粗蛋白含量的測定：凱氏定氮法[24]。使用K1100 全自動凱氏定氮儀。

1.4.2 產量及其構成因素 (1)產量：每小區隨機挖出5株測產，測定單株結薯數(個)，單株薯重量(kg)，求5株平均數。根據小區面積計算產量。

(2)塊莖商品性：塊莖直徑大于匍匐莖2倍的均計為有效薯塊，用分析天平稱量每株塊莖鮮重。評價標準為：大薯200 g以上，中薯85～200 g，小薯85 g以下，商品薯=大薯+中薯。

1.5 數據處理

數據采用 Microsoft Excel 2010，SPSS 20.0和Origin 2018進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同鈣肥處理對馬鈴薯塊莖貯藏品質的影響

2.1.1 不同鈣肥處理對馬鈴薯塊莖貯藏期還原糖的影響由圖1可知，隨著貯藏期的延長，各處理塊莖的還原糖含量大體上呈逐漸上升的變化趨勢，且在貯藏90～135 d時達到最大。貯藏0～45 d，塊莖還原糖含量快速增加，CK處理下達到最大增幅為70.59%，至貯藏45～135 d，各處理塊莖的還原糖含量增幅較小，趨于穩定，其A3處理下增幅最大僅為12.82%。在0 d時，各處理間的塊莖還原糖含量無明顯變化趨勢，其A3和B3處理的還原糖含量低于CK，分別低于2.90%和14.71%。貯藏45～90 d，鈣肥處理下還原糖含量都低于CK，隨著硝酸鈣鈣肥用量的增加，塊莖還原糖含量呈先降低后增加的趨勢；分別在貯藏45和90 d，有機鈣的B2處理，塊莖還原糖含量顯著低于CK39.66%和42.19%。貯藏135 d時，施鈣處理塊莖還原糖含量均顯著低于CK(P<0.05)，其中A2、B2、B3和B4處理還原糖含量顯著低于其它各處理，分別較最大值CK降低了40.00%、41.54%、38.46%和40.00%。

圖1 不同鈣肥處理對馬鈴薯塊莖貯藏期還原糖的影響Fig.1 Effects of different calcium fertilizer treatments on reducing sugars of potato tubers during storage

各鈣肥處理的塊莖還原糖含量在貯藏45～135 d塊莖還原糖含量都均低于CK，且有機鈣處理較硝酸鈣處理相比，塊莖的還原糖含量更低。

2.1.2 不同鈣肥處理對馬鈴薯塊莖貯藏期干物質含量的影響由圖2可知，隨著貯藏期的延長，CK處理塊莖的干物質含量呈緩慢上升的變化趨勢。貯藏0～135 d，不同鈣肥處理下的塊莖干物質含量增長都比較緩慢。在0 d時，各處理的塊莖干物質含量無明顯變化趨勢，其中A4處理干物質含量最大，且較CK提高了18.40%。貯藏45～90 d，各鈣肥處理的塊莖干物質含量均高于CK，并且隨著硝酸鈣鈣肥用量的增加，塊莖干物質含量呈逐漸增加的變化趨勢；隨著有機鈣肥用量的增加，塊莖干物質含量無明顯變化趨勢。貯藏45 d時，A4處理干物質含量較CK有顯著性差異(P<0.05)，較CK增加了19.53%；貯藏90 d時，B3處理干物質含量顯著高于其它處理，較CK增加了15.76%。貯藏135 d時，塊莖干物質含量隨著鈣肥用量的增加，呈先降低后增加的趨勢，其中A4、B3、B4處理的塊莖干物質含量顯著高于CK，分別較CK提高了7.50%、9.04%和5.94%。

整體來看，不同鈣肥處理顯著提高了貯藏期塊莖干物質含量。貯藏90～135 d時，有機鈣的B3處理對馬鈴薯塊莖干物質含量的增效明顯優于硝酸鈣。

2.1.3 不同鈣肥處理對馬鈴薯塊莖貯藏期維生素C含量的影響由圖3可知，隨著貯藏期的延長，各處理馬鈴薯塊莖維生素C含量呈先降低后波動變化趨勢。在0 d時，B1、B3和B4處理維生素C含量分別較CK提高了24.56%、17.70%和22.25%，且差異顯著(P<0.05)。貯藏45 d時，各鈣肥處理，塊莖維生素C含量均低于CK，其中B2處理含量最低，較CK降低28.02%。貯藏90 d時，所有鈣肥處理下維生素C含量都低于CK，其中A1、A2、A4和B4處理與CK存在顯著性差異。隨著苗期硝酸鈣用量的增加，在貯藏135 d時，塊莖維生素C含量呈緩慢下降的趨勢；隨著有機鈣用量的增加，塊莖維生素C含量呈先上升后降低的趨勢，且A4、B1、B2和B3處理與CK無顯著性差異，A1、A2和A3處理顯著高于CK(P<0.05)，分別增加了22.00%，14.81%和14.28%。

圖2 不同鈣肥處理對馬鈴薯塊莖貯藏期干物質含量的影響Fig.2 Effects of different calcium fertilizer treatments on the dry matter content of potato tubers during storage

總體而言，不同外源鈣肥處理，在0 d時，馬鈴薯塊莖的維生素C含量最大。貯藏135 d時，硝酸鈣的A1處理下馬鈴薯塊莖維生素C含量顯著高于CK，有機鈣處理下對塊莖維生素C含量無明顯變化。

2.1.4 不同鈣肥處理對馬鈴薯塊莖貯藏期淀粉含量的影響由圖4可知，隨著貯藏期的延長，CK處理下馬鈴薯塊莖的淀粉含量呈逐漸下降的變化趨勢。貯藏0～90 d，塊莖淀粉含量快速下降，至貯藏90～135 d，各處理塊莖淀粉含量緩慢下降，趨于穩定。在0 d時，隨著鈣肥用量的增加，塊莖淀粉含量呈先降低后增加又降低的趨勢，A3處理顯著高于其它各處理，較CK增加了21.37%。貯藏45～90 d時，各處理塊莖淀粉含量都高于CK，其中45和90 d時，A3、B1處理高于其它處理，分別較最小值CK增加了33.12%和35.84%。在貯藏135 d時，B1、B3和B4處理塊莖淀粉含量顯著高于CK(P<0.05)，較CK增加了27.69%，26.21%和30.66%。

圖3 不同鈣肥處理對馬鈴薯塊莖貯藏期維生素C含量的影響Fig.3 Effects of different calcium fertilizer treatments on the vitamin C content of potato tubers during storage

圖4 不同鈣肥處理對馬鈴薯塊莖貯藏期淀粉含量的影響Fig.4 Effects of different calcium fertilizer treatments on starch content of potato tubers during storage

總體而言，在0 d時，馬鈴薯塊莖淀粉含量最高。貯藏135 d，各處理下的塊莖淀粉含量都高于CK，且有機鈣的B3處理較硝酸鈣的A3相比，塊莖淀粉含量更高。

2.1.5 不同鈣肥處理對馬鈴薯塊莖貯藏期粗蛋白含量的影響由圖5可知，隨著貯藏時間的延長，各處理下馬鈴薯塊莖粗蛋白的含量呈先降低后增加的變化趨勢。在0 d時，隨著鈣肥用量的增加，塊莖粗蛋白的含量無明顯的變化趨勢，其中B2和B3處理下粗蛋白含量顯著高于其它各處理，較CK增加了46.37%和48.60%。貯藏45 d，除了A1，A2和B1處理，其余各處理下塊莖粗蛋白的含量均與CK有顯著性差異(P<0.05)，其中B2處理塊莖粗蛋白含量最大，較CK增加了37.85%。貯藏90 d時，隨著鈣肥用量的增加，硝酸鈣和有機鈣處理下的塊莖粗蛋白含量均呈現先增加后降低的變化趨勢，其中B2處理顯著高于CK(P<0.05)，較CK增加了18.75%。貯藏135 d時，各處理下塊莖粗蛋白含量都高于CK，其中A2和B3處理塊莖粗蛋白含量顯著高于CK(P<0.05)，較CK增加了25.22%和26.52%。

圖5 不同鈣肥處理對馬鈴薯塊莖貯藏期粗蛋白含量的影響Fig.5 Effects of different calcium fertilizer treatments on the crude protein content of potato tubers during storage

結果表明，在0～135 d時，不同外源鈣肥處理，塊莖粗蛋白含量均高于CK。其在135 d時，塊莖粗蛋白含量為最高。貯藏45～135 d時，有機鈣的B2和B3處理對塊莖粗蛋白的積累作用要優于硝酸鈣。

2.1.6 不同鈣肥處理對馬鈴薯塊莖貯藏期硬度的影響由圖6可知，隨著貯藏時間的延長，各鈣肥處理下馬鈴薯塊莖硬度無明顯的變化趨勢。在0 d時，隨著鈣肥用量的增加，塊莖硬度無明顯的變化趨勢，A1、A4和B2處理下，塊莖硬度顯著高于CK(P<0.05)，較CK增加了17.06%，12.30%和9.00%。貯藏45 d時，A4處理較CK增加了1.21%，其余各處理，塊莖硬度與CK之間有顯著性差異(P<0.05)。貯藏90 d時，A2和B3處理與CK有顯著性差異(P<0.05)，分別較CK增加了22.04%和20.94%。貯藏135 d時，隨著鈣肥用量的增加，塊莖硬度呈先降低后增加的變化趨勢，B3處理塊莖硬度最大，較CK增加了1.27%。

結果表明，從0～45 d時，不同外源鈣肥處理，對塊莖硬度無明顯的變化。貯藏90～135 d時，不同外源鈣肥處理可以增加塊莖的硬度，其在90 d時，硝酸鈣的A2處理和有機鈣的B3處理可顯著提高塊莖硬度。

圖6 不同鈣肥處理對馬鈴薯塊莖貯藏期硬度的影響Fig.6 Effects of different calcium fertilizer treatments on the hardness of potato tubers during storage

2.2 不同鈣肥處理對馬鈴薯產量及其構成因素的影響

由表2可以看出，不同鈣肥處理下馬鈴薯單株結薯數均高于CK處理，其B3處理顯著高于CK(P<0.05)，較CK增加了61.39%，說明鈣肥處理有助于促進薯塊的形成。不同鈣肥處理均有利于馬鈴薯產量的提高，不同濃度硝酸鈣處理，馬鈴薯產量與CK無顯著性差異，有機鈣的B3處理，其產量顯著高于CK(P<0.05)，是CK的1.80倍。不同鈣肥處理下的單株薯重，其變化規律大致與產量相同，隨著鈣肥用量的增加，單株薯重呈現先增加后降低的趨勢，各處理下單株薯重都高于CK，B3處理與CK有顯著性差異，較CK增加了79.59%。不同濃度的硝酸鈣處理，大薯率與CK無顯著性差異，不同濃度有機鈣處理，大薯率都高于CK，B3處理下最高，顯著高于CK。不同鈣肥處理下馬鈴薯的中薯率與CK無顯著性差異，小薯率與大薯率呈相反的變化趨勢，B3處理小薯率顯著低于CK，僅為CK的73.37%。各鈣肥處理下，對馬鈴薯的商品薯率均有提升作用，B3處理下商品薯率顯著高于CK(P<0.05)，是CK的1.24倍，說明增施鈣肥有助于商品薯的形成。

以上結果表明，在馬鈴薯苗期不同鈣肥處理能有效增加馬鈴薯產量，單株結薯數，提高商品薯率。兩種鈣肥相比，有機鈣的B3處理，對馬鈴薯的產量，單株結薯數，單株薯重，大薯率，商品薯率的效果要優于硝酸鈣處理。

3 討論

隨著糧食、蔬菜、食品加工等領域對馬鈴薯的需求日益增大，人們對馬鈴薯的高產栽培和塊莖貯藏品質的關注也日趨加強[25]。而鈣可以防止細胞壁降解、抑制呼吸，乙烯生成和減少塊莖病害的發生等作用，從而提高其產量和貯藏性[26]。因此增施外源鈣可以改善馬鈴薯的外觀，提高馬鈴薯塊莖產量和貯藏品質，延長貯藏時間[27]。

施用外源鈣促進了馬鈴薯生長發育，提高了產量，與對照相比，在一定范圍內施鈣肥可以提高馬鈴薯單株結薯數、單株薯重、大中小薯率及增加商品薯率這與李玉鵬[28]的研究結果一致。鈣影響馬鈴薯塊莖產量是一個較復雜的生理過程，目前普遍認為是鈣離子增加了匍匐莖中細胞分裂素和赤霉素水平[29]。本實驗中，相較硝酸鈣處理，有機鈣用量在2000 g/hm2時，顯著提高馬鈴薯單株結薯數、單株薯重、大薯率和商品產量。

本試驗結果表明，增施鈣肥可以提高馬鈴薯塊莖的貯藏品質。還原糖含量是馬鈴薯塊莖品質中比較重要的一個，是影響馬鈴薯加工品質的重要因素之一[30]。杜強[31]認為，增施鈣肥能夠抑制還原糖含量的增加，使其保持在相對較低的水平。本研究結果表明，施用外源鈣，可有效降低貯藏期塊莖的還原糖含量，貯藏45～135 d時，硝酸鈣和有機鈣處理下，塊莖還原糖含量均低于對照，兩種鈣肥相比，有機鈣的效果要優于硝酸鈣，其中有機鈣用量為1200～2000 g/hm2時，塊莖還原糖含量最低。淀粉是馬鈴薯中主要的碳水化合物來源，也是重要的品質指標[32]。本研究還發現，外源鈣肥處理，可以提高貯藏期塊莖淀粉含量，這與張麗秋等[33]的研究結果一致。鈣能夠明顯抑制淀粉酶的活性，這可能是鈣處理后馬鈴薯塊莖在貯藏期淀粉含量相對較高的原因。在貯藏135 d時，兩種鈣肥相比，有機鈣用量在2000 g/hm2時，塊莖淀粉含量最高。

馬鈴薯塊莖中營養豐富，其中粗蛋白等營養物質是衡量塊莖品質重要指標[34]。劉喜平等[35]認為，增施鈣肥對馬鈴薯塊莖中粗蛋白質的積累起促進作用，這與本試驗研究結果基本一致，其原因主要是鈣可以促進糖酵解、三羧酸循環和磷酸戊糖途徑，進而提高氨基酸的合成[36]。兩種鈣肥都可以提高塊莖中的粗蛋白含量，有機鈣和硝酸鈣相比，有機鈣用量在1200～2000 g/hm2時，在貯藏期間塊莖中粗蛋白含量達到最大。增施鈣肥在一定用量范圍內還可以提高塊莖干物質和維生素C的含量，同時減緩塊莖硬度的降低，這與前人研究結果基本一致[37-39]。本研究發現，在貯藏90～135 d，與硝酸鈣相比，施用有機鈣用量為2000 g/hm2時，其塊莖干物質含量均高于其它各處理，且顯著高于對照。馬鈴薯是糧菜作物中維生素含量最豐富的，其中維生素C含量甚至高于蘋果，梨等水果[40]，本研究發現，與對照相比，在貯藏135 d時，兩種鈣肥處理下，硝酸鈣效果要優于有機鈣，硝酸鈣用量在400 g/hm2時，塊莖維生素C含量最高。馬鈴薯塊莖硬度是衡量薯肉抗壓力強弱的指標，也是反映維生素C等營養等營養物質損失率的間接指標[41]。貯藏90 d時，施用硝酸鈣和有機鈣均能夠改善塊莖硬度，其A2處理>B3處理>對照，且差異顯著；貯藏135 d時，硝酸鈣處理，塊莖硬度都低于對照，有機鈣用量在2000 g/hm2時，塊莖硬度最高，且顯著高于其它各處理，因此，有機鈣用量為2000 g/hm2，更有利于提高塊莖硬度。