深松對葉叢生長期甜菜形態結構特性及生物量積累特性的影響

阿不都卡地爾·庫爾班，陳友強，劉華君，潘竟海，李小惠，林 明，魯偉丹，白曉山，董心久，李思忠

(1.新疆農業科學院經濟作物研究所，烏魯木齊 830091；2.伽師奧都農業有限公司，新疆伽師 844300)

0 引 言

【研究意義】甜菜(BetavulgarisL.)是世界制糖工業的主要原料之一[1]，也是我國主要的經濟作物之一[2]。新疆甜菜種植區域作為我國三大甜菜種植區域之一[3]，甜菜種植面積不斷向南疆溫熱區擴大。新疆南疆長年以鏵式犁的翻耕制度及高強度機械作業，加劇了農田耕作層淺化，犁底層加厚，形成不合理耕層結構[4]，制約了作物生長發育與高產高效[5]。研究不同耕層結構對作物生長的影響，合理優化和改良耕層結構，創造有利于作物生長發育和作物持續高產穩產的土壤環境[6]。【前人研究進展】植物生長環境的差異導致植株形態結構特征的差異[7]，深松作為保護性耕作之一，能夠打破犁底層的致密結構，加深耕層厚度，形成合理耕層結構[8-9]。深松深度超過犁底層，能夠疏松土壤、提高土壤孔隙度、改善土壤團粒結構、加厚耕層、有利于根系對深層土壤中養分和水分的吸收利用，且能使植物根系形態優化，進而促進植物根系生長發育、且能提高作物產量[10-14]。甜菜植株葉片的形態結構特性直接影響著甜菜塊根的形成和糖分的積累[15]。研究新疆南疆喀什新糖區甜菜葉源根庫關系，對提高甜菜含糖量及產量有重要意義[16]。【本研究切入點】關于深松對小麥[17]、玉米[18]、棉花[4]、甘蔗[19]等作物生長影響研究有過報道。但有關深松對葉叢生長期甜菜形態結構特性及生物量積累的影響鮮有報道。需研究深松深度對新疆南疆甜菜葉叢生長期植株形態結構及生物量積累影響。【擬解決的關鍵問題】研究不同深松深度對葉叢生長期甜菜植株形態結構特性及生物量積累分配的調控的影響，為挖掘南疆甜菜增產增糖潛力提供重要的科學依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2020年4～10月在新疆伽師縣和夏阿瓦提鎮巴依托喀依村實施，位于喀什噶爾沖積平原中下游，天山南麓，塔里木盆地西緣。平均海拔高1 208.6 m，地處(N 39°35′58″，E 76°40′22″)。屬暖溫帶內陸干燥氣候區，年平均氣溫11.7℃，年均降雨量54 mm，無霜期232 d左右，晝夜溫差大。供試土壤基理化學為0～20 cm，pH、有機質、速效氮、速效磷、速效鉀分別為7.9、16.82 g/kg、67.0 mg/kg、30.6 mg/kg、167 m/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用隨機區組試驗設計，設置4個處理，分別為未作深松處理(CK)、深松深度35 cm(S35)、深松深度45 cm(S45)、深松深度55 cm(S55)。供試品種KWS-1197(德國KWS種子股份有限公司)，采用等行距種植模式，1膜2行，行距為45 cm，株距為16 cm。理論密度13.89×104株/hm2，長8 m，寬4 m，小區面積32 m2，重復3次。于4月4日進行處理，4月5日進行播種，中耕2次，灌水6次，其他按大田處理。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 形態性狀

于甜菜葉叢生長期每小區選取有代表性的5株甜菜測量各處理綠葉片數、第一片葉子(L1)至第八片葉子(L8)葉片長、葉片寬、葉片鮮重、葉柄長、葉柄粗及葉柄鮮重。

1.2.2.2 塊根形態性狀

于甜菜葉叢生長期每小區選取具有代表性的5株甜菜測量各處理塊根長、塊根直徑、塊根圍及塊根鮮重。

根冠比(RSR)=根部生物量積累(鮮重)葉叢期/地上部生物量積累(鮮重)葉叢期。

1.3 數據處理

采用SPSS19.0進行統計分析，方差分析均為0.05水平，采用Duncan新復極差多重比較法并用Excel2010作圖。

2 結果與分析

2.1 深松深度對葉叢生長期甜菜不同葉序葉片結構特性的影響

研究表明，不同深松深度葉叢生長期甜菜葉片長、葉片寬及葉片鮮重均隨葉序的增加呈先增后降的趨勢。不同處理甜菜葉片長均L5出現峰值。不同處理間，S45、S55處理與CK相比顯著(P<0.05)增加了10.30%、13.92%。不同葉片寬隨葉序的增加而呈現先增后降的趨勢，均L4出現峰值。不同處理間，S55處理L4葉寬對CK處理而言顯著(P<0.05)增加了14.29%。不同葉片鮮重隨葉序的增加而呈現先增后降的趨勢，均L4出現峰值。不同處理間，S45、S55處理L4葉鮮重對CK處理而言顯著(P<0.05)增加了23.39%、33.87%。甜菜葉叢期不同葉序中L4、L5葉片可作為功能葉，深松深度45～55 cm有利于促進功能葉片的生長，且促進葉片鮮重的增加，從而增加源。圖1

圖1 不同深松深度下葉叢期甜菜不同葉序葉片形態特性變化Fig.1 Effect of subsoiling depth on leaf morphological characteristics of different leaf arrangements in Sugar beet at leaf cluster stage

2.2 深松深度對葉叢生長期甜菜不同葉序葉柄形態特性的影響

研究表明，不同深松深度甜菜葉叢期葉柄長、葉柄粗及葉柄鮮重均隨葉序的增加先增后降的趨勢。不同處理甜菜葉柄長均L5出現峰值。L5葉柄長在不同處理間無顯著差異(P>0.05)，不同處理大小表現S55>S45>S35>CK。不同葉柄粗隨葉序的增加而呈現先增后降的趨勢，均L5出現峰值。L5葉柄長在不同處理間無顯著(P>0.05)差異，不同處理大小表現S55>S45>S35>CK。不同葉柄鮮重隨葉序的增加而呈現先增后降的趨勢。不同處理間，S55處理L6、L7、L8葉柄鮮重較CK處理相比分別顯著(P<0.05)增加了41.24%、44.29%、41.53%。甜菜葉叢期不同葉序中L5葉片可作為功能葉，深松深度55 cm有利于促進功能葉L5葉柄的生長，提供葉片與塊根物質較大的運輸環境。圖2

2.3 深松深度對葉叢生長期甜菜形態特性影響

2.3.1 深松深度對葉叢生長期甜菜塊根形態特性的影響

研究表明，甜菜塊根長、塊根直徑、塊根圍及塊根鮮重在不同處理間均有顯著(P<0.05)差異，甜菜塊根長、塊根直徑、塊根圍及塊根鮮重均隨深松深度的增大而增大，大小均表現為S55>S45>S35>CK，其中S55比CK處理分別顯著(P<0.05)增加了25.93%、25.59%、30.15%、19.19%。不同處理間S55與S45處理無顯著(P>0.05)差異，其中S45比CK處理分別增加了17.96%、15.64%、24.37%、13.35%。S55處理均能有效促進甜菜葉叢期塊根長、塊根直徑及塊根圍，增長塊根生物量的積累。表1

表1 不同深松深度下葉叢生長期甜菜塊根形態特性變化Table 1 Effects of subsoiling depth on morphological characteristics of sugar beet root tubers at leaf cluster stage

2.3.2 深松深度對葉叢生長期甜菜植株形態特性的影響

研究表明，甜菜綠葉數、葉柄鮮重比例不同處理間無顯著(P<0.05)差異,其中甜菜綠葉數大小表現為S55>S45>S35>CK，S55處理甜菜綠葉數與CK增加了18.13%。甜菜單株總鮮重、葉片鮮重比例、塊根鮮重比例、根冠比在不同處理間均有顯著(P<0.05)差異，甜菜單株總鮮重和葉片鮮重比例隨深松深度的增大而增大，大小均表現為S55>S45>S35>CK，其中S55比CK處理分別增加了29.99%、9.96%。甜菜塊根鮮重比例和根冠比隨深松深度的增大反而減小，大小均表現為CK>S35>S45>S55，其中S55比CK處理分別下降了8.35%、14.29%。S55處理有效促進葉叢期甜菜葉片生長，增加單株甜菜生物量的積累，為甜菜植株增加源。表2

表2 不同深松深度下甜菜葉叢期植株形態特性變化Table 2 Effects of subsoiling depth on morphological characteristics of Sugar beet plants at leaf cluster stage

2.4 葉叢生長期甜菜不同葉序形態特征與植株塊根形態特性相關性

研究表明，塊根長與葉片長L5，葉片寬L3，葉片鮮重L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7，葉柄長L2，葉柄鮮重L6、L7、L8呈極顯著(P<0.01)正相關，塊根長與葉片長L7，葉片寬L2、L4、L5、L6、L7，葉片鮮重L8，葉柄粗L6、L7，葉柄鮮重L1、L2、L3成顯著(P<0.05)正相關；塊根直徑與葉片寬L2，葉片鮮重L1、L2、L3、L4、L5、L6，葉柄長L2，葉柄粗L6、葉柄鮮重L2、L6、L7、L8成極顯著(P<0.01)正相關，塊根直徑與葉片長L4、L5、L7、L8，葉片寬L3、L4、L5、L6，葉片鮮重L3、L8，葉柄粗L7，葉柄鮮重L3成顯著(P<0.05)正相關；塊根圍與葉片長L5、L7，葉片鮮重L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7，葉柄長L2，葉柄鮮重L6、L7、L8成極顯著(P<0.01)正相關，塊根圍與葉片長L4，葉片寬L2、L3、L6、L7，葉片鮮重L8，葉柄粗L6、L7，葉柄鮮重L2、L3成顯著(P<0.05)正相關；塊根鮮重與葉片寬L2，葉片鮮重L2、L4、L5、L7，葉柄粗L6，葉柄鮮重L2、L7成極顯著(P<0.01)正相關，塊根鮮重與葉片長L4、L5，葉片寬L3、L4、L5、L7，葉片鮮重L1、L3、L6，葉柄長L2，葉柄粗L7，葉柄鮮重L3、L7、L8成顯著(P<0.05)正相關。甜菜葉片鮮重與塊根長、塊根直徑、塊根圍及塊根鮮重相關性較強。表3

表3 甜菜不同葉序形態特性與植株塊根形態特性相關性Table 3 Correlation between morphological characteristics of different leaf arrangements and root tubers in Sugarbeet

2.5 葉叢生長期甜菜葉片鮮重對植株塊根形態特性的響應

研究表明，甜菜葉叢期葉片鮮重與塊根長、塊根直徑、塊根圍及塊根鮮重呈現直線關系，且相關性均達到極顯著(P<0.01)正相關。在甜菜塊根長與葉片鮮重關系中，甜菜塊根長隨葉片鮮重的增加而增加，呈現線性關系Y=0.053X+4.889，擬合值為0.751 3；在甜菜塊根長與葉片鮮重關系中，甜菜塊根長隨葉片鮮重的增加而增加，呈現線性關系Y=0.021X+1.553，擬合值為0.785 5；在甜菜塊根長與葉片鮮重關系中，甜菜塊根長隨葉片鮮重的增加而增加，呈現直線關系Y=0.837X+3.3725，擬合值為0.773 1；在甜菜塊根長與葉片鮮重關系中，甜菜塊根長隨葉片鮮重的增加而增加，呈現線性關系Y=0.520 4X+72.735，擬合值為0.667 1。甜菜葉叢期葉片生物量(源)積累量越大，能有效促進塊根(庫)生物量的積累。圖4

圖4 不同甜菜葉片鮮重下植株塊根形態特性變化Fig.4 Response of leaf fresh weight to morphological characteristics of root in Sugarbeet

3 討 論

土壤耕層變淺、有效耕層土壤量減少及犁底層上移等耕層結構性問題已成為作物高產高效的主要制約因素[20]。合理深松可打破緊實犁底層的障礙,能夠有效加深耕層和疏松土壤，進而改善土壤的滲透性，增加深層土壤蓄水量，促進根系向下伸長，進而為作物生長與產量形成創造一個適宜的土壤環境[21-22]。胡樹平等[23]研究表明，深松可以有效改善植株的生長環境。潘金華等[24]研究表明，條帶深松處理可明顯增加煙葉發育后期的株高、莖粗、葉片大小和煙根干物質重量。前人[25-26]研究表明，土壤深松促進甘蔗生長速度加快、根系發達，甘蔗成熟期的株高、莖徑、蔗糖分、青葉數提高。研究表明，甜菜葉叢生長期葉片長、葉片寬、葉片鮮重、葉柄長、葉柄粗及葉柄鮮重均隨葉序的增加先增后降的趨勢，不同葉序中L5葉片出現最大值，可作為功能葉，且深松深度55 cm處理葉叢生長期甜菜有利于促進功能葉(L5)和葉柄的生長，且促進葉片鮮重的增加，從而增加源，且提供葉片與塊根物質較大的運輸環境。

根系是吸收水分和養分的主要器官，根系形態、生理活性以及在土壤中的時空分布均能顯著影響植株對水分和養分的吸收[27]。過厚的犁底層阻礙了作物根系的下扎，造成作物根系分布淺層化，不利于根系吸收深層水分和養分，易造成作物水分和養分虧缺[28]。根系吸收水分和養分增加主要靠根長和根直徑的增加[29]。深松可以改善土壤孔隙狀況, 增加土壤通透性,有利于根系下扎, 促進根系生長[30]，特別是下層根系干物質密度的增加, 增加根系縱深分布[31]。研究表明，深松深度55 cm均能有效促進甜菜葉叢期塊根長、塊根直徑及塊根圍的增長，從而增長塊根生物量的積累，與高中超等[32]深松能有效促進成熟期的甜菜根長增長、根粗增粗類似。研究表明[33-35]，合理的耕作方式能夠提升根系對土壤養分的吸收利用能力，有利于地上部生物量的形成。研究表明，深松深度為55 cm有效增加甜菜葉叢生長期單株總鮮重和葉片鮮重比例。深松深度為55 cm能使甜菜塊根鮮重比例和根冠比降低8.35%、14.29%，且有效促進葉叢生長期甜菜葉片的生長，從而增加甜菜地上部生物量的積累。前人[36-40]研究表明，通過確定作物器官生物量與形態參數的定量關系和作物形態參數之間的內在聯系，建立形態結構參數模型。研究在甜菜葉叢生長期植株塊根形態性狀指標與不同葉序葉片、葉柄形態性狀指標相關性中發現，甜菜葉片鮮重與塊根長、塊根直徑、塊根圍及塊根鮮重相關性較強，且呈現直線(P<0.01)正相關，甜菜葉叢期葉片生物量(源)積累量越大，能有效促進塊根(庫)生物量的積累。

4 結 論

甜菜葉叢生長期葉片長、葉片寬、葉片鮮重、葉柄長、葉柄粗及葉柄鮮重均隨葉序的增加先增后降的趨勢，其中L5葉片出現最大值，可作為功能葉，且深松深度為55 cm促進甜菜葉叢生長期功能葉片和葉柄的生長。深松55 cm與對照(CK)而言使甜菜葉叢期塊根長、塊根直徑、塊根圍及塊根鮮重顯著(P<0.05)增加了25.93%、25.59%、30.15%、19.19%，使單株總鮮重和葉片鮮重比例分別增加了29.99%、9.96%，降低甜菜塊根鮮重比例和根冠比8.35%、14.29%。在南疆深松深度為55 cm能有效促進甜菜葉叢生長期葉片生長，增加甜菜葉片生物量(源)的積累。