外源鈣對食用木薯產量及其品質的影響研究

陳會鮮，朱涵鈺#，李恒銳*，何 文，梁振華，楊海霞，黎 萍，曹 升

（1．廣西南亞熱帶農業科學研究所，廣西 龍州 532415；2．廣西農業科學院經濟作物研究所，廣西 南寧 530007）

食用木薯是大戟科（Euphorbiaceae）木薯屬（Manihot）植物，俗稱面包木薯，因其富含淀粉和膳食纖維，近年來被加工成面條、餅干、蛋糕等產品［1］，越來越受百姓所喜愛，具有廣闊的發展前景。然而，食用木薯在產業化生產上存在產量和附加值低兩大亟須解決的難題。鈣作為植物生長所必需的中量元素，在植物生長、花芽分化、抗逆、延長貯藏等方面有著至關重要的作用［2-5］，適量的鈣素營養對作物的產量和品質產生積極的作用［6-7］；鈣也是人體所必需的礦物質，它對人體的生長發育和新陳代謝有著舉足輕重的作用，通過外源鈣的施入來提高農產品的鈣含量，對于提高農產品的附加值具有重要的實際意義。

前人在研究外源鈣對木薯生長、產量和品質的影響時發現，外源鈣對木薯的生長、產量和淀粉積累具有促進作用。曾黎明［8］發現施用石灰對木薯產量和淀粉產量沒有顯著的影響，但在一定程度上提高了木薯的株高和莖徑；冀乙萌等［9］發現在低溫脅迫下，20 mmol/L 外源Ca2+使木薯的各項抗寒生理指標提高，有利于木薯的生長；陸小靜等［10］發現用1.0%的氯化鈣或是1.0%的石灰水浸泡木薯種莖，可顯著提高木薯的產量和淀粉含量。但是，前人的研究焦點主要集中在木薯株高、莖粗、產量、淀粉含量的影響，而對于外源鈣對食用木薯的粗纖維、鈣素營養、蛋白質、耐貯藏能力等因子的影響效應的研究很少。為了更為深入地研究外源鈣對食用木薯產量和品質的影響，本試驗采用當前廣西主推的3個食用木薯品種為試材，分析不同食用木薯品種在不同外源鈣施用量下的產量及產量構成因子、鈣素含量、營養成分、耐貯藏力的綜合變化，探究外源鈣對食用木薯的作用效應，并確定一個最佳的鈣肥施用量，以期為食用木薯高產高質栽培提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗于2018～2019年在廣西南亞熱帶農業科學研究所的基地進行。試驗基地位于廣西壯族自治區崇左市龍州縣域內，地處北回歸線以南，22°20′26″N，106°47′39″E，海拔330 m，屬南亞熱帶季風氣候，年平均氣溫22.6 ℃，極端最高氣溫40.9 ℃，極端最低氣溫2.0 ℃，最熱月平均氣溫27.5 ℃，最冷月平均氣溫19.9 ℃，平均年降水量1392.7 mm，年平均相對濕度 86%，平均年蒸發量1113.9 mm，無霜期350 d以上。土壤類型為砂壤土，土壤有機質29.6 g/kg，堿解氮63.2 mg/kg，有效磷80 mg/kg，速效鉀210 mg/kg，pH 7.23，可溶性鈣含量273.25 μg/g。

供試材料為木薯NK-10、SC12、SC9，均由廣西農業科學院經濟作物研究所提供。于3月25日種植，當年12月收獲，采用一壟雙行，種植規格為100 cm×80 cm。試驗設4個處理，施用的鈣肥為氯化鈣，施肥量換算成鈣含量施入，鈣含量分別是0、20、40、60 kg/hm2，分別記做CK、T1、T2、T3。本試驗采取裂區設計，整區處理為3個品種，裂區處理為4個外源鈣處理，設3個重復區組，每個試驗小區面積24 m2。外源鈣分別在塊莖形成期和塊莖膨大期配合第一、第二次追肥施入，每次施用量為總量的一半，施用方法為將氯化鈣溶液施入植株根部土壤。除外源鈣的施用方法不一樣外，其他的栽培措施均按韋本輝［11］的木薯常規栽培技術種植。

1.2 測定指標與方法

1.2.1 產量及其產量構成的測定

在木薯的收獲期調查6株正常生長植株的薯長、薯粗、薯數。薯長用直尺測定，從薯柄與薯塊的連接處開始測定，直至塊根尾部；薯粗用游標卡尺測定，測定薯塊上中下3個部位的直徑，取3個直徑的平均值作為薯粗。每個小區連續取8株正常生長的植株，稱量每株植株塊根的鮮重，然后按每公頃1.2萬株換算成公頃產量。

1.2.2 營養成分的測定

淀粉含量測定采用GB 5009.9-2016第二法，酸水解法；蛋白質含量測定采用GB 5009.5-2016第一法，凱氏定氮法；粗纖維素含量測定采用GB/T 5009.10-2003，植物類食品中粗纖維的測定方法；鈣含量測定采用火焰分光光度法。

1.2.3 食用木薯耐貯藏力測定

采用國際熱帶作物研究中心（The International Center for Tropical Agriculture，CIAT）建立的目測法［12］測定采后生理性變質（PPD）。

1.3 試驗數據分析

試驗數據采用SPSS 17.0和Excel 2016進行裂區試驗的方差分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 外源鈣對食用木薯產量及產量構成因子的影響

不同外源鈣處理下食用木薯產量及其產量構成因素的變化如表1所示，產量、薯長、薯粗均呈先增大后減小的變化趨勢，薯數呈逐漸增大的變化趨勢，其中產量和薯粗在T1和T2處理下顯著大于CK，薯長在T1處理下顯著大于CK，薯數在各處理下的變化不顯著。以上結果表明：外源鈣在一定范圍內可以提高食用木薯的薯長和薯粗，從而增加木薯的產量，但超出一定范圍就會對食用木薯產量及塊根的生長產生消極的影響。

表1 不同外源鈣處理下食用木薯的產量及其構成因素的變化

2.2 外源鈣對食用木薯塊根鈣素營養的影響

從圖1可知，隨著外源鈣施用量的不斷增加，食用木薯塊根的鈣含量呈逐漸升高的趨勢，且T1、T2、T3處理的塊根鈣含量均大于CK，其中T2和T3處理下食用木薯塊根的鈣素含量均顯著高于CK。這說明食用木薯施用外源鈣后，塊根的鈣素含量提高了。

圖1 不同外源鈣處理下食用木薯塊根鈣素含量的變化

2.3 外源鈣對食用木薯塊根淀粉含量的影響

淀粉是食用木薯的主要營養物質，它的含量大小對食用木薯的品質評價具有舉足輕重的作用。從圖2可知，隨著外源鈣使用量的增加，各外源鈣處理下的淀粉積累量呈現先增大后減小的變化趨勢，但各外源鈣處理下的塊根淀粉含量均顯著高于CK。這表明外源鈣的施用有利于食用木薯淀粉的積累。

圖2 不同外源鈣處理下食用木薯塊根淀粉含量的變化

2.4 外源鈣對食用木薯塊根蛋白質含量的影響

食用木薯的蛋白質含量較低，這是制約其營養價值的主要因素。從圖3可知，隨著外源鈣施用量的增加，食用木薯塊根的蛋白質含量逐漸增加，其中在T2和T3處理下顯著高于CK，這說明外源鈣可促進食用木薯蛋白質的積累。

2.5 外源鈣對食用木薯塊根粗纖維含量的影響

從圖4可知，食用木薯塊根的粗纖維含量隨著施鈣量的增加而增加，但是增加的幅度很小，T1、T2、T3處理與CK的差異不顯著。這說明外源鈣可以增加食用木薯塊根的粗纖維含量，但作用效果很小。

圖4 不同外源鈣處理下食用木薯塊根粗纖維含量的變化

2.6 外源鈣對食用木薯塊根貯藏能力的影響

木薯采后容易產生生理性變質（PPD），影響木薯的貯藏能力。本研究采用CIAT建立的目測法測定PPD，以薯塊產生PPD所占的面積計量。把食用木薯采收回來放置陰涼干燥處20 d，觀察PPD的發生情況。如圖5所示，隨著外源鈣施用量的增加，食用木薯塊根產生PPD的面積占比呈逐漸下降的趨勢，且T1、T2、T3產生PPD均顯著小于CK，這說明施用外源鈣可抑制食用木薯品種PPD的產生。

圖5 不同外源鈣處理下食用木薯PPD的產生情況

2.7 食用木薯最佳外源鈣施用量的確定

為了找到一個具有普遍指導意義的外源鈣使用量，以產量作為研究對象，利用SPSS 17.0對不同外源鈣處理下食用木薯的產量進行回歸分析。通過觀察發現，食用木薯的產量呈先增大后減小的變化趨勢，這說明外源鈣的施用量與食用木薯產量之間的關系呈曲線相關。通過曲線回歸分析（表2），發現外源鈣的施用量與食用木薯產量之間的關系呈現二次項關系，建立的回歸方程的Sig都小于0.01，R2也比較接近1，這說明食用木薯產量與外源鈣施用量之間的回歸關系極顯著，且回歸方程能很好地描述外源鈣施用量與產量之間的相關關系。擬以回歸方程作為施鈣效應函數，通過計算發現在外源鈣

表2 不同外源鈣處理下產量的回歸分析

的施用量為33 kg/hm2時產量最大，是最適宜的外源鈣施用量。

3 討論

3.1 外源鈣可提高食用木薯的產量

本試驗結果表明，適量的施入外源鈣可以提高食用木薯的產量，并對塊根的增長和增粗具有促進作用，但對薯數的作用不大。陸小靜等［10］發現用1.0%的氯化鈣或是1.0%的石灰水浸泡木薯種莖，可顯著提高木薯的產量；袁偉玲等［13］發現通過葉面噴施外源鈣，白菜的生物量增加了，進而提高了產量；Ozgen等［14］研究結果表明，給馬鈴薯補充鈣素養分，可以提高塊莖的數量和大小，提高產量；Escalante等［15］發現馬鈴薯施用糖醇鈣肥后單株結薯數、單薯重量、單株產量均有不同程度的增加。劉運平［16］研究在盆栽條件下氯化鈣對不同甘薯品種的薯數、單薯重、產量的影響，發現不同品種的單薯重和產量均呈先升后降的趨勢，但不同甘薯品種的薯數變化趨勢不同。通過對比前人的研究結果發現，外源鈣對產量和塊根有伸長、增粗的促進作用，在很多作物上都得到了驗證，但外源鈣對薯數的作用卻難以統一，這說明外源鈣促進薯數增加的作用效應可能會因品種而異。

3.2 外源鈣可改善食用木薯的品質

通過施入適量的外源鈣，食用木薯塊根的鈣素營養、蛋白質、淀粉含量有所增加，這一結論與其他研究在馬鈴薯［17］、菠菜［18］、窩筍［19］上得出的結論一致。這是因為給作物補充外源鈣后，土壤中的Ca2+濃度上升，更有利于植物吸收鈣元素；而且鈣能提高作物的光合作用、提高磷酸蔗糖合成酶（SPS）的活性，降低轉化酶活性［16］，激發植株磷酸戊糖途徑和三羧酸循環［20］，促進碳水化合物和氨基酸的合成與分配，為淀粉和蛋白質的積累奠定了物質基礎，因此，適量施入外源鈣能提高作物的蛋白質和淀粉含量。

3.3 外源鈣可抑制食用木薯PPD的形成

采后生理性變質是食用木薯采后不耐貯藏的主要原因。目前，已經明確了木薯采后生理性變質產生的重要途徑是活性氧（ROS），而超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）是清除ROS的相關酶，提高其酶活性更有利于抑制PPD的產生［21］。冀乙萌等［9］研究發現在干旱脅迫下，外源鈣可以提高木薯的SOD和POD活性；李賀［22］發現給大蒜施鈣可以提高其體內的抗氧化酶活性；王芳等［23］在研究鈣對花生幼苗生長的影響時發現，鈣可以提高花生葉片中SOD、CAT的活性，從而抑制了ROS的積累。可見，外源鈣可以提高作物的抗氧化性，這可能是外源鈣抑制食用木薯產生PPD的重要原因。

3.4 食用木薯施用外源鈣的最佳施用量

外源鈣的施用量并不是越多越好。通過回歸分析發現，外源鈣的施用量與食用木薯產量的關系呈現二次項關系，最佳外源鈣施用量為33 kg/hm2，超過這個施用量，產量會降低。這可能是因為過量的鈣施入會對植物產生毒害作用，不利于作物的生長［24-26］。前人在研究作物最適施肥量時得到的數值往往不同［27-29］，這可能是因為不同作物的生長特性不一樣，從而導致對鈣的耐受能力不一樣，因此，每種作物對外源鈣吸收利用均存在一個特定的閾值，確定這個特定閾值對其生產具有指導意義。

4 結論

通過開展外源鈣對食用木薯產量和品質的影響研究，得出結論：一定范圍內的外源鈣可以提高食用木薯的根長、根粗、產量、淀粉、蛋白質，對提高木薯的耐貯藏能力也有重要作用，但是對薯數和粗纖維的影響較小；食用木薯的外源鈣施用量在33 kg/hm2左右為宜。