冬苗蒜種植對芋增產提質作用分析

郭文琦， 李春宏， 張培通， 殷劍美， 金林， 王立， 蔣璐， 韓曉勇

(江蘇省農業科學院 經濟作物研究所，江蘇 南京 210014)

江蘇沿江是我國傳統的優質芋產區，芋的傳統種植技術和輪作模式較成熟，露地和大棚種植模式多樣，種植技術各具特色，通常種植1季芋后，輪換種植1～2 a其他作物(水稻、小麥、玉米及蔬菜等)，通過年度間輪作換茬，實現芋的持續優質高產[1-3]。近年來，隨著機械化和輕簡化種植技術的快速發展，推動芋向規模化種植發展，但由于受耕地資源、土地流轉方式及經濟利益等因素的影響，重茬種植不可避免，而芋不耐重茬，導致產量品質的大幅降低，加大了種植戶的種植風險[4-5]。

大蒜是眾多作物的優良前茬。研究表明，由于大蒜根系分泌物具有良好的抗菌、消毒、驅蟲的作用，對多種作物生長具有促進作用，由此圍繞大蒜建立了豐富的周年高效種植模式[6-9]。由于苗蒜生育期短及茬口搭配較靈活的優勢，生產中種植較普遍，周年種植的經濟、生態效益明顯[10-12]。本研究通過種植冬苗蒜對芋增產提質效應的研究，豐富芋的種植模式，提高種植效益，以探索消減芋重茬障礙的方式。

1 材料與方法

1.1 處理設計

試驗于2019—2020年在江蘇省農業科學院六合基地(118.83°E，32.35°N)進行，供試芋品種為靖江香沙芋，土壤為馬肝土，有機質含量為15.94 g·kg-1，土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為98.55、15.21、111.32 mg·kg-1，前茬為玉米。

試驗設4個處理。D1：2019年頭茬種植芋，收獲后冬季空茬，再于2020年4月4日重茬種植芋，即芋-冬空茬-芋；D2：2019年頭茬種植芋，采后于10月21日種植苗蒜，2020年2月24日苗蒜收獲后，于2020年4月4日種植芋，即芋-冬苗蒜-芋；D3：2019年種植玉米，冬季空茬，2020年4月6日頭茬種植芋，即玉米-冬空茬-芋；D4：2019年種植玉米，采后于10月21日種植苗蒜，在2020年2月24日收獲苗蒜后，于2020年4月6日種植芋，即玉米-冬苗蒜-芋。每小區60 m2，重復3次。芋、苗蒜、玉米管理均按當地高產技術要求進行。

1.2 測定指標

1.2.1 芋生長發育及產量

分別于芋發棵期(7月22日)、膨大初期(8月12日)、膨大后期(9月25日)進行生長發育調查。每處理每次連續選取代表性芋5株，調查其葉面積、葉片鮮重及母芋、子孫芋的鮮重。收獲期測定各處理芋的單株子芋數、單株子芋重、單個子芋重、單個母芋重，并計算產量。每次調查后，經105 ℃殺青、65 ℃烘干至恒重，將芋樣品粉碎保存，用于測定養分和品質指標。

1.2.2 光合速率和葉綠素含量

在膨大初期(8月12日)，每處理選擇生長一致的芋在9:00—11:00用LI-6400型光合儀測定芋功能葉(倒三葉)的凈光合速率(Pn)，測定時儀器使用開放式氣路，CO2濃度為380 μmol·L-1；選擇紅藍光源葉室，設定光量子密度(PAR)為1 400 μmol·s-1m-2。用SPAD 502 Plus葉綠素計測定葉綠素含量。每處理重復測定5株。

1.2.3 土壤和植株營養元素

采用硫酸-加速劑消解的凱氏法測定土壤全氮含量，采用堿解擴散法測定土壤堿解氮含量，采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定土壤速效磷含量，采用HF-HClO4消煮的火焰光度計法測定土壤速效鉀含量，采用EDTA-銨鹽交換法測定土壤交換鈣含量，采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法測定土壤有效鐵含量[13]。采用凱氏法測定植物全氮含量[13]；通過硝酸消解，采用ICP-OES測定植物磷、鉀、鈣、鐵元素含量。

1.2.4 品質指標

采用凱氏定氮法測定芋塊莖氮含量，計算塊莖粗蛋白質含量[14]；采用碘化鉀反應法測定淀粉含量[14]；采用蒽酮法測定可溶性糖含量[14]。

1.2.5 效益

根據當地農資、工人工資，芋頭、蒜苗時價進行種植效益測算。

1.3 數據分析

采用Excel軟件進行數據處理，用SPSS 11.0軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 冬苗蒜種植對芋產量效益的影響

由表1可見，重茬種植的D1、D2的芋單產顯著低于D3、D4；且相比D1和D3，種植冬苗蒜的D2和D4均提高了芋的單產；這表明冬季種植苗蒜不僅具有緩解芋連作障礙的效果，且對芋具有一定的增產效應。

表1 2019—2020年不同種植模式產量、成本及經濟效益

分析各種植方式的經濟效益結果表明，種植冬苗蒜的D2、D4純收益分別較重茬的D1、D3增加49 218、45 069 元·hm-2，可見種植冬苗蒜增效明顯。由此表明，利用芋田冬季空閑時間生產一茬冬苗蒜可顯著增收，同時還對后茬芋種植具有很好的促增產效應。

2.2 冬苗蒜種植對芋產量構成品質特點的影響

2.2.1 芋產量構成

由表2可見，相比D3和D4，D1和D2的單個和單株子芋重顯著降低。相比D1和D3，種植冬苗蒜的D2和D4均使單個子芋重增加，表明種植冬苗蒜有利于單個子芋重的提高。

表2 冬苗蒜種植對芋產量構成的影響

2.2.2 芋品質指標

由表3可見，相比D3和D4，D1和D2處理的芋塊莖中可溶性糖含量顯著升高，淀粉含量和蛋白質含量顯著降低。相比D1和D3，種植冬苗蒜的D2和D4均使塊莖中可溶性糖含量、淀粉含量和蛋白質含量顯著升高。

表3 冬苗蒜種植對芋品質的影響

2.3 冬苗蒜種植對芋生長的促進效應

2.3.1 營養生長

由表4可見，D3在發棵期、膨大初期、膨大后期的芋綠葉面積和地上部鮮重均顯著高于D1。種植冬苗蒜的D2和D4在各時期的綠葉面積和地上部鮮重均顯著高于D1和D3。

表4 冬苗蒜種植對芋葉面積和地上部鮮重的影響

2.3.2 光合作用

由圖1可見，功能葉凈光合速率Pn和葉綠素含量SPAD依次為D4>D3>D2>D1，可見種植冬苗蒜可促進芋生長，提高芋的Pn和葉綠素含量。

圖1 冬苗蒜種植對芋功能葉凈光合速率和葉綠素含量的影響

2.4 冬苗蒜種植對培肥土壤的效應

2.4.1 土壤養分平衡

由圖2可見，在2020年芋播種前(苗蒜收獲后)和芋收獲后，D1的土壤全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效鐵和交換性鈣含量均低于D3。相比D1，種植冬苗蒜的D2在芋播種前和收獲后土壤中的全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效鐵含量升高，交換性鈣含量降低。相比D3，種植冬苗蒜的D4的土壤中的全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效鐵含量升高，交換性鈣含量降低。

圖2 冬苗蒜種植對土壤養分含量的影響

2.4.2 芋養分吸收

由圖3可以看出，在地上部和塊莖中，除鉀含量以外，其他各處理的氮、磷、鈣、鐵含量均高于D1；D2的地上部鉀含量低于D1，塊莖中鉀含量增加。

圖3 冬苗蒜種植對芋養分含量的影響

D4的地上部和塊莖中的氮、磷、鈣、鐵含量明顯高于其他處理，其地上部鉀含量最低，塊莖中鉀含量高于D1和D3。

3 小結與討論

3.1 冬苗蒜種植對芋種植的效應

苗蒜生產由于適宜的播期長，蒜苗上市靈活，為下茬作物收獲騰茬早，可滿足多種下茬作物的接茬種植。目前設施和露地生產中已建立了以苗蒜生產為主或作為搭配作物的豐富多樣的輪作模式，生態和經濟效益較好[10-12]。根據熟期，露地芋從3月中旬開始播種，9月中旬即開始陸續上市；大棚芋從2月上中旬開始播種，8月中旬陸續收獲上市，恰好與苗蒜生產周期相吻合。秋冬季種植苗蒜即可很好地銜接前芋茬口，也可及時收獲為下茬芋生產騰出茬口。基于此，本研究試驗了芋-冬苗蒜-芋和玉米-冬苗蒜-芋兩種種植方式，其周年(芋和蒜苗)純收益分別達到113 640和124 407 元·hm-2，種植效益可觀。

大蒜是眾多作物的理想前茬作物，對煙蒜輪作模式的研究表明，煙蒜輪作可提高土壤解鉀菌、解磷菌等活化土壤養分的有益菌，進而增強土壤的養分供應[15-16]。本研究結果表明，種植冬苗蒜對于芋種植也是有利的茬口，冬苗蒜種植提高了芋的綠葉面積和植株地上部鮮重，增強了功能葉光合性能，使單個子芋重增大，單株子芋數增加，芋頭產量顯著提高。種植冬苗蒜提高了土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀和有效鐵的含量，這可能也與種植苗蒜有利于提高土壤相關酶活性、增強土壤養分供應能力、改善土壤營養環境有關。此外，種植冬苗蒜后，土壤中可交換性鈣的含量降低，其原因可能是大蒜對鈣有偏向性吸收特點，導致土壤中交換性鈣含量的降低。因此，在苗蒜-芋種植方式中，可加強鈣肥的補充，以滿足苗蒜和芋生長的需求。

3.2 冬苗蒜種植對緩解芋重茬種植障礙的效應分析

在江蘇芋主產區，芋主要通過與水稻、小麥以及蔬菜等進行輪作換茬種植，以實現芋的優質高產。在經濟效益的驅使下，出現芋重茬種植，由于芋不耐重茬，短期重茬就會加重病害發生，使生長發育受到抑制，產量品質降低[5]。研究表明，種植大蒜可增加土壤中細菌、放線菌的數量，降低真菌、鐮刀菌的數量，并且對鐮刀菌的抑制效果非常明顯，改善了土壤中微生物的環境，減少了病害發生，從而促進作物生長[15-16]。本試驗中，種植冬苗蒜減輕了重茬種植芋的病害的發生，提高了重茬種植芋的綠葉面積、地上部鮮重、功能葉光合性能，使產量品質顯著提升，種植冬苗蒜表現出明顯的消減芋重茬障礙的效應。

土壤養分供應失衡和根系養分吸收功能受到抑制是重茬種植影響作物生長發育和產量品質的重要原因[17-21]。本研究中，芋重茬種植降低了土壤中全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣和有效鐵含量，同時降低了下茬芋地上部和塊莖中的氮、磷、鈣、鐵元素的含量，這與前人研究結果一致[5]。此外，重茬種植盡管降低了土壤中鉀的含量，但提高了芋植株地上部和塊莖中鉀的含量，這可能是重茬種植導致芋植株中鉀的生理效率降低所致。本研究中，冬苗蒜種植提高了重茬種植芋田土壤中的全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效鐵含量，說明冬苗蒜種植有利于提升重茬芋田土壤養分的有效性，提高土壤養分的供應能力；冬苗蒜種植也提高了重茬芋地上部和塊莖中氮、磷、鈣和鐵的含量，說明種植冬苗蒜也有利于重茬芋對氮、磷、鈣和鐵等養分的吸收，改善芋植株營養狀況，進而促進芋的生長發育。此外，種植冬苗蒜可能促進了芋植株中鉀元素由地上部營養器官向儲藏器官塊莖的轉運，導致芋地上部鉀含量降低，塊莖中鉀含量增加。

綜上所述，種植冬苗蒜可有效平衡土壤養分供應，促進下茬芋養分的吸收，提升功能葉片的光合性能，增加芋綠葉面積和植株鮮重，進而提高芋產量品質，并可有效消減芋連作障礙，周年種植效益可觀，在以芋種植為核心的生產基地可推廣應用。