定向槽內溫度對山藥塊莖膨大發育的影響

郭文琦 張培通* 王 立 劉賢松 殷劍美 金 林 蔣 璐 韓曉勇 杜 靜 李春宏

（1 江蘇省農業科學院經濟作物研究所，江蘇南京 210014；2 邳州市宿羊山鎮農業技術推廣服務中心，江蘇邳州 221300）

山藥（Thunb.）屬于薯蕷科薯蕷屬纏繞性草質藤本單子葉植物，其塊莖富含淀粉、蛋白質、糖類、皂苷等成分，具有補脾養胃、補肺益腎等功效，是我國傳統的藥食同源作物，有2 000 多年的栽培歷史（李慶宏，2011；錢文文 等，2016；周瀅 等，2016）。山藥主要有薯蕷類山藥、參薯、山薯和褐苞薯蕷等類型（羅宜富，2015；齊路明 等，2016），薯蕷類山藥是我國傳統山藥的主要類型，分布區域廣，栽培面積大，占山藥栽培面積的80%以上。薯蕷類山藥傳統種植方式采用粉壟種植，山藥下扎1 m 多深，種植過程勞動力投入大、勞動強度大（史新敏 等，2010；殷劍美 等，2014）。隨著我國農村勞動力轉移，種植用工問題成為限制山藥生產發展的瓶頸，加之近年來主產區暴雨頻發，山藥塌溝頻現，山藥生產氣候風險凸顯（侯本民 等，2017；張武君 等，2019）。為解決上述問題，多地在生產實踐中開展了薯蕷類山藥定向槽栽培技術應用試驗，但由于山藥塊莖生長的土壤溫度、濕度、角度等環境發生改變，塊莖普遍出現畸形，導致定向槽淺生栽培技術在薯蕷類山藥種植中無法推廣應用。筆者多年潛心研究薯蕷類山藥定向槽淺生栽培技術，探索塊莖畸形發育和產量降低的原因，發現定向槽內溫度變化對山藥塊莖膨大發育影響很大，本試驗旨在探索定向槽內溫度對薯蕷類山藥塊莖膨大發育的影響，以期為薯蕷類山藥定向槽淺生栽培技術的進一步研發提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2019 年和2020 年在江蘇省農業科學院六合實驗基地（118.83°E，32.35°N）進行，供試品種為六月薯（福建地方特色薯蕷類山藥農家品種），采用定向槽淺生種植方法（圖1）。供試土壤為馬肝土，有機質含量為15.94 g·kg，土壤堿解氮98.55 mg·kg，有效磷15.21 mg·kg，速效鉀111.32 mg·kg。試驗設置2 個處理，分別為覆蓋秸稈降溫處理（在鋪設定向槽的坡面覆蓋黑色地膜，然后在地膜上嚴密覆蓋厚10 cm 的玉米秸稈）和不覆蓋秸稈處理（僅在鋪設定向槽的坡面覆蓋黑色地膜），每個處理3 次重復，每個小區60 m，隨機區組排列。2019 年和2020 年均在3 月25—27 日用機械起梯形壟，壟高50 cm，底面寬220 cm，頂面寬40 cm，坡面角30左右，壟為南北走向，在壟的東西向壟面均按照槽距20 cm 鋪設定向槽，定向槽長100 cm，寬7.5 cm，深3.5 cm，用機器先在壟面開槽，然后將定向槽放入開好的槽中，然后覆土，土層厚度為10～15 cm，每667 m鋪設2 500槽。起壟前每667 m施腐熟有機肥1 000 kg、45%硫酸鉀復合肥（N-PO-KO 為15-15-15）50 kg，播種時在壟頂施腐熟菜籽餅肥200 kg，膨大期再施腐熟菜籽餅肥200 kg。2019 年于4 月25 日播種，2020年于4 月27 日播種，播種結束后立即覆蓋黑色地膜，2019 年和2020 年均為6 月26 日開始覆蓋秸稈，直到收獲，其他管理按薯蕷類山藥高產優質栽培技術要求執行。

圖1 山藥定向槽淺生栽培技術及秸稈覆蓋

1.2 定向槽內溫度調查

在定向槽內放置精創RC-4 溫度記錄儀，槽內溫度測定時間是2019 年6 月26 日至9 月19 日，連續記錄不同處理定向槽內溫度，記錄間隔時間為0.5 h。

1.3 塊莖生長發育調查

2019 年 度 分 別 于7 月22 日、8 月9 日、8 月29 日、9 月19 日，2020 年度分別于7 月13 日、8 月27 日、9 月28 日進行塊莖膨大發育調查，每個處理每次選取代表性山藥植株5 株，收取整株塊莖樣品，調查塊莖鮮質量和干質量；收獲期（2019年10 月25 日收獲，2020 年9 月28 日收獲）測定各處理山藥產量及其構成。將每次調查后烘干塊莖樣品粉碎保存，用于測定塊莖品質指標。

塊莖干鮮質量累積速率=（后一次單株山藥塊莖的干鮮質量 -前一次單株山藥塊莖的干鮮質量）/前后兩次取樣間隔的天數

1.4 塊莖品質指標測定

用微量凱氏定氮法測定塊莖氮含量，再乘以系數6.25，為塊莖蛋白質含量（李合生，2000）；采用碘化鉀反應法測定淀粉含量（龍雯虹 等，2009）；參考張敏等（2007）的方法測定皂苷含量；采用苯酚硫酸法測定多糖含量（王晶 等，2017）。

1.5 數據分析

采用Excel 軟件進行數據處理和作圖，用SPSS 11.0 軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 定向槽內高溫形成原因分析

對不覆蓋秸稈處理的東西朝向坡面定向槽內溫度日變化情況進行比較（圖2），可以看出，晴天定向槽內溫度隨著壟面日照的變化存在較大差異，東向壟面的定向槽內溫度5：30—13：00 高于西向壟面定向槽內溫度，而15：00—19：00 低于西向壟面；但陰天東西向壟的定向槽內溫度差異很小，說明晴天定向槽內出現極端高溫主要是由于日曬提高土表溫度所致。

圖2 定向槽內溫度日變化（2019 年）

2.2 不同覆蓋方式對定向槽內溫度的影響

分析山藥定向槽內溫度變化情況可知（表1），2019 年和2020 年山藥塊莖膨大發育期，與不覆蓋秸稈處理相比，覆蓋秸稈降溫處理的定向槽內日均溫平均值分別下降1.17 ℃和1.72 ℃，日最高溫平均值下降5.33 ℃和4.44 ℃，日最低溫平均值升高1.23 ℃和0.22 ℃；膨大期日均溫極差分別降低5.40℃和2.52 ℃，日最高溫極差分別降低14.20 ℃和10.90 ℃，日最低溫極差分別降低4.80 ℃和0.20 ℃；覆蓋秸稈后極端高溫分別下降13.50 ℃和10.00℃，極端低溫提高4.80 ℃和0.30 ℃，平均日溫差降低6.56 ℃和4.22 ℃。以上結果表明，覆蓋秸稈后定向槽內平均溫度略有下降，日最高溫降低，日最低溫提高，溫差大幅度降低，具有穩定槽內溫度的效果。

表1 不同覆蓋方式對山藥膨大期定向槽內溫度的影響

分析山藥膨大期主要階段定向槽內溫度變化情況（表2），表明在山藥膨大期，最高溫出現在膨大加速期（7 月23 日至8 月9 日）和快速膨大期（8月10—29 日），且極端高溫也主要出現在這個時期；其次溫度相對較高的階段為膨大前期（6 月26 日至7 月22 日）。覆蓋秸稈降溫處理定向槽內溫度在膨大前期到快速膨大期的日均溫、日最高溫、日溫差均低于不覆蓋秸稈處理。表明覆蓋秸稈能夠有效降低槽內極端高溫和溫差，尤其在極端高溫容易出現的山藥膨大加速期和快速膨大期對槽內溫度穩定效果最為明顯，利于塊莖的快速膨大。

表2 不同覆蓋方式對山藥膨大期各階段定向槽內溫度的影響

2.3 定向槽內溫度對山藥塊莖膨大的影響

由圖3 可見，覆蓋秸稈降溫處理在7 月中下旬至8 月底的塊莖鮮質量累積速率和干質量累積速率顯著高于不覆蓋秸稈處理，但在9 月上中旬低于不覆蓋秸稈處理，表明通過覆蓋秸稈降低定向槽內溫度影響了塊莖膨大發育動態。在塊莖膨大加速期和快速膨大期，覆蓋秸稈能有效降低定向槽內溫度，尤其大幅降低極端高溫，使定向槽內溫度更有利于塊莖膨大；9 月上中旬進入山藥塊莖膨大后期，由于覆蓋秸稈定向槽內溫度相對較低，此時低溫不利于塊莖膨大，導致塊莖鮮質量和干質量累積速率低于不覆蓋秸稈處理。

圖3 定向槽內溫度對山藥塊莖鮮質量和干質量累積的影響（2019 年和2020 年）

2.4 定向槽內溫度對山藥產量的影響

由表3 可見，與不覆蓋秸稈處理相比，覆蓋秸稈降溫處理的單株結薯數降低，單個塊莖質量、單株塊莖質量和單產增加，畸形薯率顯著降低。表明覆蓋秸稈降溫有利于減少塊莖畸形，促進單個塊莖膨大，提高單產，增產提質效果明顯。

表3 定向槽內溫度對山藥產量及其構成的影響

2.5 定向槽內溫度對山藥品質的影響

山藥塊莖中淀粉、蛋白質、皂苷、多糖含量是評價山藥品質的重要指標，由圖4 可見，在整個山藥塊莖膨大發育期，塊莖淀粉含量呈持續增加的趨勢；塊莖粗蛋白、皂苷和多糖含量均呈先升高后降低的趨勢，并在8 月上旬出現峰值，覆蓋秸稈降溫處理沒有改變各指標在整個膨大期的變化趨勢。與不覆蓋秸稈處理相比，覆蓋秸稈降溫處理的山藥塊莖蛋白質含量降低，多糖和皂苷含量升高，淀粉含量在塊莖膨大后期高于不覆蓋秸稈處理。說明定向槽內溫度對塊莖品質形成有明顯影響，坡面秸稈覆蓋處理有利于提高塊莖淀粉、皂苷、多糖的含量。

圖4 定向槽內溫度對山藥塊莖品質指標的影響（2019 年和2020 年）

3 討論與結論

我國長江以北是薯蕷類山藥主產區，山藥種植主要采取粉壟栽培技術，受氣候和采挖費工等因素的限制，種植風險和成本居高不下，導致山藥傳統主產區種植面積大幅下滑，產業脆弱。為解決該問題，生產中開展了薯蕷類山藥定向槽淺生栽培技術引進實踐，該技術雖然在南方參薯類山藥品種應用中獲得成功，但在薯蕷類山藥應用時，由于塊莖畸形率太高，產量太低，未獲成功。筆者在該項技術多年的試驗探索中發現，薯蕷類山藥定向槽淺生種植由于土層覆蓋較淺，夏季受到陽光暴曬和高溫天氣疊加影響，容易引起槽內高溫，槽內溫度可達45 ℃以上，而適合于山藥塊莖生長和膨大的溫度僅為20～30 ℃，因此過高的氣溫和定向槽內溫度可能是導致山藥畸形發育，塊莖膨大受阻，產量降低的主要原因。秸稈覆蓋是夏季田間降溫保墑的重要措施，本試驗通過秸稈覆蓋措施調節定向槽內溫度，山藥膨大前期定向槽坡面覆蓋秸稈后，可降低定向槽內日均溫、日最高溫，尤其是極端高溫降低更為明顯，定向槽內溫度變化更趨穩定。在2019 年度未出現持續40 ℃以上的高溫天氣，且采用的是較耐高溫的品種六月薯，坡面不覆蓋秸稈時定向槽種植的塊莖畸形率達到32.1%；而定向槽坡面覆蓋秸稈后，極端高溫不超過32 ℃，塊莖畸形率降低到12.5%，達到正常種植水平，同時產量顯著提高，進一步說明定向槽內高溫是導致薯蕷類山藥淺生種植塊莖發生畸形和產量降低的重要原因。但目前有關山藥塊莖高溫致畸作用機理還不明確。

研究表明，馬鈴薯生長階段高溫對植株生理代謝和生長發育均有影響，進而影響塊莖形態和產量品質（馮朋博 等，2019）。本試驗結果表明，在山藥塊莖快速膨大期和膨大加速期，由于氣溫和強日曬導致的定向槽內溫度遠高于山藥塊莖膨大的適宜溫度，而坡面覆蓋秸稈具有很好的降溫效果，有利于膨大加速期的塊莖膨大，塊莖鮮質量和干質量累積速率明顯加快，且這一階段容易出現極端高溫，定向槽坡面覆蓋秸稈后，大幅降低了極端高溫，薯塊畸形得到有效控制。9 月以后山藥進入塊莖膨大后期，坡面覆蓋秸稈降溫處理的塊莖鮮質量和干質量累積速率反而低于不覆蓋秸稈處理，其原因一方面可能是此時不覆蓋秸稈的定向槽內溫度適宜塊莖膨大，秸稈覆蓋降溫抑制了塊莖的膨大，另一方面可能是通過覆蓋降溫使塊莖膨大發育高峰提前，促進了塊莖提前發育成熟，導致后期塊莖鮮質量和干質量累積速率降低。因此，薯蕷類山藥在定向槽淺生種植時，田間覆蓋措施的應用關鍵是要加強塊莖快速膨大期和膨大加速期的覆蓋管理，保障定向槽內溫度適宜穩定；進入塊莖膨大后期隨著氣溫的降低，可適當采取去除覆蓋秸稈的措施，提高地溫，滿足山藥塊莖膨大對溫度的需求。

山藥作為典型的藥食同源作物，提升其營養和保健功能成分是山藥生產的重要內容，山藥塊莖中淀粉、蛋白質、多糖、皂苷含量是評價山藥品質的重要指標（Huang et al.，2007；梁任繁 等，2011；羅海玲 等，2018）。目前有關山藥營養和功能物質積累方面的研究，多數認為山藥塊莖品質與品種（王飛 等，2005；王小麗 等，2013）、產地（謝彩霞，2002；付小雨，2012；韓曉勇 等，2018）、栽培措施（高國棟 等，2007；范玉貞，2011；殷劍美 等，2014；倪丹 等，2018；朱建軍 等，2020）等有關。梁任繁等（2011）對不同山藥品種品質研究表明，不同品種間代謝物質和功能物質積累存在較大差異，山藥塊莖多糖含量、皂苷含量與淀粉含量顯著相關；對不同產地山藥品質研究發現，生態環境對山藥塊莖品質影響顯著，同一品種在不同產地營養品質和功能成分差異較大（韓曉勇 等，2018）；對山藥秸稈套網袋栽培研究發現，山藥秸稈套網袋栽培有利于提高山藥皂苷、可溶性糖、粗多糖和黏液多糖等營養、功效成分的含量（殷劍美 等，2014）；對文成糯米山藥研究發現，淺生槽定向栽培條件下種植密度和定向槽大小對山藥品質有明顯影響（朱建軍 等，2020）。但目前有關淺生種植條件下生態環境對薯蕷類山藥塊莖發育和品質形成過程的影響鮮見報道。本試驗結果表明，薯蕷類山藥淺生種植條件下，定向槽內溫度對山藥塊莖營養和藥用成分有明顯影響，秸稈覆蓋降低定向槽內溫度可明顯提高塊莖的淀粉、皂苷和多糖含量，提升山藥的藥用保健功能。

綜上所述，定向槽內高溫是導致薯蕷類山藥定向槽淺生種植塊莖畸形率高、產量降低的重要因素，采用秸稈覆蓋措施，在山藥膨大期降低定向槽內溫度，可提高山藥塊莖膨大速率，尤其是與高溫期重疊的塊莖膨大加速期和快速膨大期的塊莖膨大速率增加更為明顯，降低塊莖畸形率，同時提高產量，促進山藥塊莖功能成分含量的提升。在實際生產應用中，也可以充分考慮利用山藥藤蔓和密集葉片的遮陰效果、增加定向槽上土壤覆蓋的厚度來進一步降低定向槽內溫度，以滿足山藥塊莖膨大對溫度的需求。