地膜覆蓋對膠園間種珠芽黃魔芋光合生理特性及產量的影響

原慧芳 巖香甩 李金威 田耀華

關鍵詞：地膜覆蓋；珠芽黃魔芋；膠園；光合生理特性；產量

目前，全世界魔芋（Konjac）精粉年需求量在20萬t以上，短期內有望擴大3倍以上，但全球年總產不足5萬t。隨著魔芋精粉價格的不斷提高和國內外需求的不斷增加，我國西南地區農民種植魔芋的積極性日益高漲，魔芋產業已成為這一地區農村經濟發展中最具競爭優勢和發展潛力的特色產業之一[1-3]。目前，廣泛種植于我國亞熱帶或暖溫帶的魔芋主要是花魔芋（Amorphophallus.konjac）和白魔芋（Amorphophallusalbus），但這2個種易感染軟腐病、白絹病和根腐病，多年連作導致減產甚至絕產[4]。而原生于我國西南邊境及臨近的南亞、東南亞國家的珠芽黃魔芋（Amorphophallusmuelleri）類群具有抗病性強、生長速度快、耐熱耐濕能力強、產量高、加工品質優良等優點[5-7]。

近年來，天然橡膠價格持續低迷，植膠企業和農戶生產積極性嚴重受挫，且生產中存在著單一種植產出效益低、生態服務功能弱等問題，以致膠農增收和國家天然橡膠生產保護區建設面臨嚴峻挑戰。若利用珠芽黃魔芋耐陰的生物學特性，把橡膠林作為天然的“遮陰”，省去了搭建遮陰網的成本投入，在橡膠林保護帶間種珠芽黃魔芋，不僅能有效提高土地利用率和增加生物多樣性，而且能增加膠園單位面積產出，進而調動膠農生產積極性。因此，珠芽黃魔芋是熱區進一步鞏固天然橡膠產業、發展林下經濟的優良資源植物之一，推廣應用前景十分廣闊。

但珠芽黃魔芋生長期恰逢熱區高溫高濕季節，若采用傳統無覆蓋種植模式，易發生土壤板結、雜草滋生等問題，導致產量受損。有不少報道如玉米、花生、棗樹等作物[8-10]，采用不同地膜覆蓋后達到增產的研究結論。關于橡膠林下間種魔芋的光合生理特性及產量變化的研究也有少量報道[11-13]，但將不同材質地膜統一在同一試驗樣地上進行光合生理特性及產量的比較研究尚未涉及。而作物產量的高低依賴于光合效率大小和光合產物在源器官的積累與分配情況[14]，往往植株葉片在生長中進行復雜的代謝活動，葉片的代謝活動中主要的調節者是各種酶，這些酶活性的高低決定葉片的生理代謝功能的強弱，而葉片中各種酶的活性可以用可溶性蛋白（SP）含量來反映。光合效率的高低和光合產物積累的多少可以用葉綠素（Chl）含量和可溶性糖（SS）含量高低來反映[15-16]。因此，本研究通過比較不同地膜覆蓋處理下珠芽黃魔芋（以下簡稱“魔芋”）光合生理特性、土壤物理性狀指標和產量的變化情況，擬篩選適宜的地膜類型，為熱區魔芋增產增效的栽培技術提供理論依據和數據支撐。

1材料與方法

1.1研究區概況

試驗地選擇在云南省西雙版納州云南省熱帶作物科學研究所1985年定植的寬行密株（20m×2m）橡膠林下進行（22°00′49″N，100°45′51″E），該地海拔570m，屬于熱帶西南季風氣候，一年中有明顯的旱季（11月至次年4月）和雨季（5～10月）之分，年平均氣溫18.6～21.9℃，年平均降水量1200～1700mm，年平均日照1800～2300h，相對濕度80%～86%，≥10℃的年平均積溫5062～8000℃，土壤基礎理化性狀見表1。

1.2方法

1.2.1試驗設計試驗以珠芽黃魔芋優勢栽培種彌勒魔芋（A.muelleri）的葉面珠芽（規格為5g/顆）為種植材料。采用隨機區組設計，設置6個地膜覆蓋材料處理：T1（銀色地膜，厚0.01mm）、T2（黑色地膜，厚0.01mm）、T3（白色地膜，厚0.01mm）、T4（防草席，厚0.02mm）、T5（加厚黑色地膜，厚0.015mm）、T6（微孔黑色地膜，厚0.01mm），所有材料打孔規格一致，寬度均為120cm，以無覆蓋（CK）為對照，共7個處理。于2021年6月9日在橡膠林行間空地距離橡膠樹種植行2.5m進行平行起壟種植，以1.2m寬的壟基起壟，壟面1m，壟高30cm，溝寬30cm，共9壟，每壟長47m；壟上種植按株行距20cm×25cm，深度10cm雙行播種。每處理300株，3次重復。每666.7m2施復合肥50kg（N∶P∶K=15∶10∶12）、有機肥1000kg、鈣鎂磷肥50kg、石灰50kg。試驗地田間其他管理措施均一致。

1.2.2測定指標與方法（1）光合特性。分別在換頭期（7月）、膨大期（9月）、成熟期（11月）采用Li-6400便攜式光合測定儀（LI-COR，USA）對主干頂蓬角度基本一致的健康葉片進行標記測定：凈光合速率[Pn，μmol/（m2·s）]、氣孔導度[Gs，mol/（m2·s）]、蒸騰速率[Tr，mmol/（m2·s）]和胞間CO2濃度[Ci，μmol/moL]。測定時使用開放氣路，空氣流速為500μmol/s，葉溫28℃，相對濕度70%，CO2濃度設定在400（μmol/moL），光強800[μmol/（m2·s）]，每處理選3株，3～5次重復。測定時間為晴天上午8：30—12：00。（2）葉綠素熒光。采用PAM-2500便攜式熒光儀（WALZ，DEU）對以上標記的健康葉進行光合電子傳遞速率（ETR）測定。每次測定前首先將葉片暗適應20min后，測定時間為晴天上午8：30—12：00。（3）生理特性。早上8：30對各處理標記好的健康葉片剪至冰壺的密封袋中，迅速帶回室內進行測定。SP含量采用考馬斯亮藍法，SS含量采用蒽酮比色法，Chl含量測定采用直接浸提法[17]。（4）土壤物理性狀。采用野外便攜式速測儀（HH2+WET-2型，Delta-TDevicesLtd.，Cambridge，UK）對各處理土壤原位測定土壤含水量（SWC）、土壤電導率（SC）和土壤溫度（ST）3個參數。（5）球莖產量。于12月份魔芋倒苗2周后，將魔芋地下球莖挖出，每處理選20株進行稱重，3次重復，最后統計平均值。

1.3數據處理

采用SPSS19.0軟件對試驗數據進行統計分析。以單雙因素方差（ANOVA）分析不同處理的各項參數，以Duncan’s法進行方差多重比較（P<0.05）。使用Sigmaplot10.0軟件完成繪圖。

2結果與分析

2.1不同地膜覆蓋處理對魔芋葉片光合特性的影響

不同地膜覆蓋處理對3個時期魔芋葉片光合特性的影響見表2。同一時期不同處理魔芋葉片的Pn、Gs、Tr和ETR均高于CK，換頭期和膨大期T4處理的Pn均顯著最高（P<0.05），較CK分別提高了60%和39%，除了膨大期T1和T3處理的Pn較CK無顯著差異外，其他處理的Pn均顯著高于CK，其間無顯著差異。成熟期T1處理的Pn顯著最高，較CK提高了84%，其次T2、T5和T6處理顯著高于CK，C和T4處理較CK均無顯著差異。同一時期T4處理的Gs均顯著最高，各時期較CK分別提高了61%、70%、50%，其次是T5處理，其他處理間無顯著差異。同一時期T4處理的Tr均顯著最高，各時期較CK分別提高了53%、7%、140%，其中膨大期不同處理間無顯著差異。同一時期不同處理的Ci變化趨勢不一，換頭期T6處理的Ci最高，較CK提高了3%，其間無顯著差異，而T3和T1均顯著低于CK的20%。膨大期不同處理間的Ci無顯著差異。成熟期T3處理的Ci顯著最高，而T4處理的Ci顯著最低，其他處理間不規律變幅，但其間無顯著差異。同一時期不同處理的ETR變化趨勢不一，換頭期T2處理的ETR顯著最高，較CK提高了46%。膨大期各處理的ETR不規律變幅，其間無顯著差異。成熟期T3處理的ETR顯著最高，較CK提高了50%，其他處理間無顯著差異；同一處理不同時期間魔芋葉片的Pn、Gs、Tr、ETR變化趨勢基本一致，均為換頭期顯著最高，其次為膨大期，成熟期最低。綜合比較各參數來看，不同地膜覆蓋處理的高低順序依次表現為：T4>T5>T1>T2>T6>T3>CK。

2.2不同地膜覆蓋處理對魔芋葉片生理特性的影響

不同地膜覆蓋處理對3個時期魔芋葉片生理特性的影響見圖1。換頭期和膨大期各處理魔芋葉片的SP和Chl均高于CK，換頭期T2、T4和T6處理的SP顯著高于CK，分別提高了35%、36%和35%，而T1、T3和T5處理的SP較CK無顯著差異。膨大期T6處理的SP顯著高于C和CK，其他處理較CK無顯著差異。除了換頭期T5處理的Chl顯著高于CK外，其他處理較CK無顯著差異。膨大期T3處理的Chl較CK無顯著差異，而其他處理均顯著高于CK，成熟期T1處理的Chl顯著最高，較CK提高了48%，其他處理的Chl不規律變幅，其間無顯著差異。同一時期不同處理魔芋葉片的SS與Chla/b變化趨勢稍有不同，除了3個時期CK的SS均最低外，其他處理的SS均為成熟期顯著最高，而換頭期各處理的SS間無顯著差異。膨大期T5處理的SS顯著高于T3處理，其他處理間無顯著差異。換頭期T6處理的Chla/b顯著高于T5處理外，其他處理間的Chla/b無顯著差異。3個時期各處理的Chla/b均為成熟期顯著高于其他2個時期。同一處理不同時期間魔芋葉片的SP、SS、Chl和Chla/b變化趨勢不一，各處理的Chl和SP均為換頭期最高，其次為膨大期，成熟期明顯最低。而各處理的SS和Chla/b為成熟期顯著最高，而換頭期和膨大期間的SS無顯著差異。

2.3不同地膜覆蓋處理對土壤物理性狀的影響

不同地膜覆蓋處理對3個時期魔芋土壤原位物理性狀的影響見表3。同一時期不同地膜覆蓋處理的SMC、SC和ST變化趨勢不一，各處理的SMC均高于CK，3個時期T5處理的SMC均顯著高于CK，分別提高了25%、59%和51%，其他處理3個時期不規律上下變幅，其間無顯著差異。換頭期不同處理的SC均高于CK，但其間無顯著差異。膨大期T6處理和成熟期T4處理的SC均明顯最高，較CK分別提高了61%和53%，其他處理間的SC無顯著差異。不同地膜覆蓋處理的ST在3個時期變化趨勢不一，換頭期T3處理的ST顯著高于CK，膨大期和成熟期F、CK處理的ST最高，其他處理間也有小幅度變化，但無顯著差異。同一處理不同時期間魔芋葉片的SMC、SC和ST變化趨勢基本一致，均為換頭期顯著最高，其次為膨大期，成熟期最低。

2.4不同地膜覆蓋處理對魔芋球莖產量的影響

不同地膜覆蓋處理對魔芋球莖產量的影響見圖2，不同處理的產量均高于CK，CK球莖平均重為80g，T1、T2、T3和T5處理的球莖平均重均顯著高于CK，分別為153、145、138、127g，較CK分別提高了92%、81%、73%和58%，但其間無顯著差異。C和T6處理的平均重與CK均無顯著差異，分別為111g和92g，較CK分別提高了39%和15%，其間無顯著差異。可見，不同地膜覆蓋處理均提高了魔芋產量，而T1、T2、T4和T5處理的增產效果較明顯，不同地膜覆蓋處理地下球莖平均重量高低順序依次為T1>T2>T4>T5>T3>T6>CK。

2.5不同地膜覆蓋處理魔芋光合生理指標、土壤物理性狀與球莖產量的相關性

將不同地膜覆蓋處理下魔芋3個時期光合生理指標、土壤物理性狀與球莖產量進行相關性分析，結果可見表4，SS和Chla/b間呈極顯著正相關（P<0.01），SS、Chla/b與Gs間均無顯著差異，但與其他指標呈顯著負相關。魔芋3個時期的SS和ST、Chla/b和ST間呈極顯著負相關，Gs和Ci、SS和SM、Chla/b和SM、Chla/b和SC間無顯著相關外，其他指標之間呈顯著或極顯著相關。但所有指標與球莖產量均未達到顯著相關。

3討論

光合作用是植物生長發育的基礎，光合作用強弱反映了光合產物轉化多少進而影響作物最終的產量[18-19]。本研究發現，不同地膜覆蓋處理均提高了魔芋葉片的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率和電子傳遞速率，在一定程度上降低了胞間二氧化碳濃度，有效增強了光合作用，與白魔芋、芋艿和油菜[20-22]等作物地膜覆蓋的研究結論相類似。這表明地膜覆蓋處理可促進魔芋葉片光合作用利用的CO2增多，生長代謝增強，進而提高葉片光合速率。隨著魔芋生長期的推進，各處理的光合參數呈下降趨勢，且3個時期間有顯著差異。從不同地膜覆蓋處理的光合參數相比較來看，防草席處理的光合速率明顯最高，這可能因為防草席的透氣效果最明顯，加快了氣體交換速度，進而顯著增強了葉片的光合作用，與石艷艷等[23]研究中滲水和麻纖維地膜的通氣特性明顯改善了土壤環境條件，進而促進了光合產物形成的結論類似。而其他地膜處理間的光合參數變化不明顯，這可能與其透氣性相類似有關。一般植物生理狀況、光合能力、光合產物積累分配等的高低變化，均直接影響了作物的產量[24-25]。本研究發現，換頭期和膨大期不同地膜覆蓋處理魔芋葉片的可溶性蛋白和葉綠素含量均高于對照。各處理魔芋葉片的可溶性糖和葉綠素a/b變化趨勢稍有不同，成熟期各處理的可溶性糖顯著高于對照，而葉綠素a/b較對照無顯著差異，但成熟期各處理的可溶性糖和葉綠素a/b均高于換頭期和膨大期。可見，隨著魔芋生長期的推進，各處理的可溶性蛋白和葉綠素含量逐漸降低，而可溶性糖和葉綠素a/b升高。與前人學者[26-28]研究結果相類似，這暗示著換頭期和膨大期魔芋葉片的氮素吸收與同化利用過程較旺盛，使得魔芋生長與物質轉化速度加快，而在成熟期代謝速度降低，魔芋地上部分生長逐漸停滯，進而積累了大量光合產物。總之，不同地膜覆蓋處理均促進了魔芋葉片的生理代謝活動，進而提高了魔芋葉片光合產物的分配。

地膜覆蓋可以降低土壤水分蒸發，提高土壤含水量，改善土壤溫度狀況，促進植株生長進而提高作物產量[29-31]。本研究發現，不同地膜覆蓋處理均提高了土壤含水量和土壤電導率，加厚黑色地膜處理的土壤含水量在全周期均最高，這可能由于地膜材質偏厚保水性更強，明顯抑制了水分和熱量從地表向大氣的散失[32]。膨大期微孔地膜處理和成熟期防草席處理的土壤電導率均最高，這可能由于兩種材質地膜均具有透氣的特性，使土壤中的鹽分隨著土壤水分蒸發的升高遷移至土壤表層，進而土壤電導率呈現增加趨勢。而其他地膜材質均具有與外界空氣阻斷的特點，致使其處理間無顯著差異。不同地膜覆蓋處理的土壤溫度在3個時期變化趨勢不一，換頭期白膜處理的土壤溫度最高，膨大期和成熟期微孔地膜和對照處理的土壤溫度最高，其他處理間無顯著差異。這可能是因為換頭期魔芋植株矮小，白色地膜透光強，進而增溫效果也最明顯，與多個學者[33-35]研究中白膜增溫作用大于黑色地膜的結論相似，而在膨大期和成熟期時植株遮光強后引起土壤溫度降低。無覆蓋的對照在膨大期和成熟期的土壤溫度均最高，這可能是與當地氣溫和土壤含水量的變化趨勢相一致原因所致。

經不同地膜覆蓋處理魔芋葉片的光合生理指標、土壤物理性狀與地下球莖產量的相關性分析發現，除了土壤溫度與產量呈負相關外，其他指標與產量均呈正相關，但未達到顯著相關。經濟作物的主要價值直接由產量體現[36-38]。本研究發現，不同地膜覆蓋處理較對照均提高了魔芋產量，銀色地膜、黑色地膜、防草席、加厚黑色地膜處理的增產效果顯著，而白色地膜和微孔地膜增產效果不明顯，這與前人的研究結論相似，可能是由于白色地膜透光性強、地溫升高迅速，植株生長過快，生育期縮短，導致產量降低；另一方面白色地膜容易引起作物生長前期土壤水分和養分損耗嚴重，后期脫水脫肥，致使作物產量降低[39-40]。關于微孔地膜增產不明顯，可能由于試驗布置中微孔地膜處理均距離橡膠樹最近，水肥競爭導致減產。研究結果可見，不同覆蓋處理均明顯調控了珠芽黃魔芋自身的光合特性、生理特性和土壤物理性狀，而這些因素又進一步決定了珠芽黃魔芋產量高低，在魔芋實際生產中，采用銀色地膜、黑色地膜、防草席和加厚黑色地膜都是魔芋增產增效的可行選擇。