高寒黑土區不同耕作與秸稈還田方式對馬鈴薯營養成分及產量的影響

摘 要 為尋找在高寒黑土區，對馬鈴薯營養成分與產量適宜的耕作方式，以費烏瑞它為研究對象，試驗共設4個處理，分別為：深翻+秸稈還田（PS）、深松+秸稈還田（SS）、旋耕+秸稈還田（RS）、常規耕作（CK），分析不同耕作方式與秸稈還田的馬鈴薯淀粉、蛋白質、維生素C、干物質、還原糖含量。結果表明：1）不同耕作方式與秸稈還田的馬鈴薯淀粉含量存在極顯著差異，SS淀粉含量最高，為16.87 %，其次是PS淀粉含量，為15.99 %，兩個處理都極顯著高于RS和CK，與CK相比，SS與PS顯著增加了27.7 %與21.04 %，不同耕作措施馬鈴薯淀粉含量為：SS＞PS＞RS＞CK；SS處理的馬鈴薯維生素C含量最高，為17.07 mg·（100 g）-1，與CK相比增加了30.21%，維生素C含量為：SS＞PS＞RS＞CK；PS處理的馬鈴薯蛋白質與干物質含量最高，其中蛋白質含量為1.02%，與CK相比增加了7.58 %；干物質含量達到20.63 mg·（100 g）-1，較CK增加了13.91 mg·（100 g）-1，不同耕作措施的干物質含量為：PS＞SS＞RS＞CK；馬鈴薯還原糖含量以SS、PS處理最高，都達到了0.27 %，較CK增加了12.5 %。2）與CK處理相比，SS、PS、RS處理下的馬鈴薯產量與商品薯率均高于CK，其中產量較CK分別顯著提高了25.79%、19.79%、16.56%。綜上，在高寒黑土區深翻+秸稈還田、深松+秸稈還田兩種耕作措施使馬鈴薯營養成分含量表現最佳。

關鍵詞 馬鈴薯；耕作方式；秸稈還田；營養成分；產量；高寒黑土區

中圖分類號：S532 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.19.002

馬鈴薯（Solanum tuber L.）又名洋芋、土豆，是繼水稻、小麥、玉米之后的第四大糧食作物，是一種高淀粉、低脂肪、果腹感強的重要經濟作物，也是唯一的塊莖類糧食作物[1]，因其具有耐貧瘩、耐干旱的特點，目前已在全球157個國家和地區廣泛種植[2]。近年來隨著馬鈴薯主食產業化戰略的實施和政府政策的有力支持，中國馬鈴薯生產發展迅速[3]。據統計，目前我國馬鈴薯種植面積和產量均居世界首位[4]。大力發展馬鈴薯生產及深入推進馬鈴薯主糧化對保障我國糧食安全、緩解食品安全壓力、滿足居民膳食結構升級和促進鄉村振興將產生重要而深遠的影響[5]。

馬鈴薯品種大致可分為3類：鮮食型品種、油炸加工型品種和淀粉加工型品種[6-7]。隨著中國馬鈴薯產業的快速崛起和人民生活水平的日益提高，人們對馬鈴薯的消費需求發生了根本轉變，對馬鈴薯的營養品質要求逐步提高。隨著馬鈴薯成為越來越多人的主食，馬鈴薯營養成分的微小差異將對居民健康產生重大影響[8]，其含有的碳水化合物、蛋白質、膳食纖維、維生素、礦物質和抗氧化劑（多酚和類黃酮），為人類提供了很高的營養價值[9]。目前干物質、淀粉、蛋白質、維生素C、還原糖等仍是評價馬鈴薯品質性狀的主要指標[10]。關于不同馬鈴薯品種營養品質分析評價的研究已有大量報道[11-14]，而由于受不同地質地貌、氣候、土壤環境等的影響，種植在不同地區的同一馬鈴薯品種，其品質也存在較大差異[15]。

馬鈴薯高產穩產的前提是擁有良好的土壤環境，在高寒黑土區馬鈴薯是主要種植作物之一，黑土作為東北主要耕作土壤，主要特征為性狀優良、肥力較高、適合農耕等，是世界上寶貴又富饒的土壤之一[16]，在保障世界糧食安全方面具有舉足輕重的地位[17]。然而近年來不合理的耕作制度和田間管理措施會使農田生態承載力和生產承載力不斷下降，造成耕地地力透支進而導致農田土壤退化、土壤養分下降、作物減產等[18-19]。合理的耕作措施是改變土壤條件的重要方法之一。現代農業想要可持續發展，前提是農田土壤是否優質、健康。而影響土壤質量的演變和農業可持續利用的一大因素就是耕作方式。合理的耕作方式不僅可以改善土壤特性，還可以提高田間水分利用效率，實現節水增產，有效促進農田生態系統的良性循環，提高資源利用效率[20]。前人研究發現，適宜的耕作方式+秸稈還田能夠改變土壤耕層結構，提高土地生產力，更加利于作物種植[21-24]。本試驗在氣候獨特、有“高寒禁區”之稱的高寒黑土區大興安嶺西麓，探究不同耕作方式與秸稈還田對馬鈴薯營養成分與產量的影響，實現“藏糧于地、藏糧于技”的國家戰略需求，為高寒黑土區的可持續利用與發展提供理論依據。

1 "材料與方法

1.1 "試驗材料與試驗地概況

試驗于2019—2022年，連續4年開展于內蒙古自治區呼倫貝爾市牙克石市免渡河鎮蕓麥興農場，該農場位于內蒙古自治區東北部、呼倫貝爾市中部，是內蒙古自治區高緯度地區之一，地處大興安嶺中脊中段西坡，47°39′～50°52′N、120°28′～122°29′E，屬寒溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫-2.9 ℃，晝夜溫差大，年均日照時數2 378～2 720 h，土壤類型為黑鈣土，供試作物為馬鈴薯，品種為費烏瑞它，取樣后，在內蒙古農業大學實驗室進行分析檢測。

1.2 "試驗設計

試驗采用大區設計、定位試驗，試驗共設4個處理（見表1），2021年種植作物為小麥，于2022年5月初播種馬鈴薯，株距為25 cm，行距為90 cm，小區面積為300 m2，施肥量：氮肥（N）300 kg·hm-2、磷肥（P2O5）150 kg·hm-2、鉀肥（K2O）150 kg·hm-2，田間管理模式按農戶常規耕作進行。

表1 "試驗設計

[處理 耕作方式 具體操作方法 CK 常規耕作 秋季收獲后，人工移除麥稈 RS 旋耕+秸稈還田 小麥秸稈全量還田，還田量4 500 kg·hm-2 PS 深翻+秸稈還田 小麥秸稈全量還田，還田量4 500 kg·hm-2 SS 深松+秸稈還田 小麥秸稈全量還田，還田量4 500 kg·hm-2 ]

1.3 "測定項目與方法

馬鈴薯收獲期采用隨機取樣法，每個小區隨機選取3個壟長為2 m的馬鈴薯進行產量與商品薯率的測定，商品薯率=大中薯塊莖質量/塊莖總質量×100%。選擇薯形比較一致、生長健康的馬鈴薯塊莖帶回實驗室進行相關指標測定。馬鈴薯還原糖采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，干物質、淀粉、蛋白質、維生素C含量的測定，分別采用GB 5009.3—2016[25]、GB 5009.9—2016[26]、CB5009.5—2016[27]、GB5009.86—2016[28]。

1.4 "數據統計與分析

試驗數據采用Excel 2019軟件進行整理，并利用SPSS 20.0軟件進行數據的統計分析，用單因素方差分析法檢驗處理間差異顯著性。

2 "結果與分析

2.1 "不同耕作方式與秸稈還田對馬鈴薯營養成分的影響

對不同耕作方式與秸稈還田的馬鈴薯淀粉、蛋白質、干物質、維生素C、還原糖含量進行測定并分析，如表2所示，不同耕作方式與秸稈還田的馬鈴薯淀粉含量存在顯著差異，不同耕作措施的馬鈴薯淀粉含量維持在13.21%～16.87%，SS淀粉含量最高，為16.87%，極顯著高于RS和CK，較CK顯著增加了27.7%；其次是PS，淀粉含量為15.99 %，較CK顯著提升了21.04%；不同耕作措施淀粉含量為：SS＞PS＞RS＞CK。

不同耕作方式與秸稈還田的馬鈴薯蛋白質含量維持在0.950%～1.022%，其中以PS處理最高，達到1.022%，與其余處理差異不顯著，較CK增加了7.58%。

不同耕作方式與秸稈還田的馬鈴薯干物質含量維持在18.11～20.63 mg·（100 g）-1，以PS處理最高，達到20.63 mg·（100 g）-1，與其余處理差異不顯著，較CK增加了13.91 mg·（100 g）-1；不同耕作措施馬鈴薯干物質含量為：PS＞SS＞RS＞CK。

不同耕作方式與秸稈還田的馬鈴薯維生素C含量維持在13.11～17.07 mg·（100 g）-1，以SS處理最高，達到17.07 mg·（100 g）-1，與其余處理差異不顯著，較CK增加了30.21%；不同耕作措施馬鈴薯維生素C含量為：SS＞PS＞RS＞CK。

不同耕作方式與秸稈還田的馬鈴薯還原糖含量維持在0.24%～0.27%，以SS、PS處理最高，都達到了0.27%，與其余處理差異不顯著，較CK增加了12.5%；不同耕作措施馬鈴薯還原糖含量為：SS＞PS＞RS＞CK。

2.2 "不同耕作方式與秸稈還田對馬鈴薯產量的影響

如圖1所示，不同耕作方式間馬鈴薯產量存在極顯著差異，不同耕作方式下馬鈴薯產量維持在41 566.25～52 287.89 kg·hm-2，SS產量最高，為52 287.89 kg·hm-2，極顯著高于CK，較CK提高了25.79%；PS與CK也存在極顯著差異，與CK相比增多了19.79%；RS較CK顯著提高了16.56%；不同耕作方式馬鈴薯產量依次為：SS＞PS＞RS＞CK。

2.3 "不同耕作方式與秸稈還田對馬鈴薯商品薯率的影響

如圖2所示，不同耕作方式間馬鈴薯商品薯率未達到顯著差異，商品薯率維持在79.4%～87.1%，SS商品薯率最高，為87.1%，較CK提高了9.7%；PS商品薯率為84.75%，與CK相比增多了6.7%；不同耕作方式馬鈴薯商品薯率依次為：SS＞PS＞RS＞CK。

3 "討論與結論

馬鈴薯是公認的繼大米、小麥等主糧之后的新型糧食，馬鈴薯中含有很多活性成分，對預防和治療疾病有特效，具有很好的消腫散瘀、解痙消炎的作用，還具有抗癌、降低脂質過氧化、降低膽固醇和減少糖尿病等功能[28-30]。馬鈴薯品質成分含量的多少會直接影響其營養價值，不同耕作方式與秸稈還田對馬鈴薯營養成分的影響也有所不同。韋本輝等研究發現，在粉壟耕作條件下，木薯的淀粉含量可增加3.23%～18.67%[31]，本試驗研究表明，不同耕作方式與秸稈還田的馬鈴薯淀粉含量存在顯著差異，SS淀粉含量達到16.87 %，較CK顯著增加了27.7 %。馬鈴薯中維生素C含量豐富，是馬鈴薯品質的重要指標[32]。SS處理的馬鈴薯維生素C含量最高，與CK相比增加了30.21%。蛋白質是人體賴以生存的基本營養素，而且馬鈴薯蛋白質屬于完全蛋白質，其賴氨酸含量高于谷物，可與各種谷物互補，作為彌補“賴氨酸缺乏癥”的優質食物[33-34]。PS處理的馬鈴薯蛋白質與干物質含量最高，分別較CK增加了7.58%、13.91 mg·（100 g）-1。侯賢清等研究發現，深松結合秸稈覆蓋能有效提高馬鈴薯產量。深松作為保護性耕作措施之一，主要是通過打碎土層，改善土壤通氣狀況，使得土壤中的氣體更容易交換，有利于根系呼吸，促進作物的生長發育，從而實現作物高效生產的目的[35]。秸稈是一種優質的可再生有機資源[36]，可就地取材直接覆蓋于田或粉碎還田，使有機肥含量增加[37]。秸稈還田顯著提升了土壤生產力，是維持農田土壤可持續生產的農業措施，所以深松與秸稈還田相結合可顯著增加馬鈴薯產量。

在高寒黑土區，不同耕作方式與秸稈還田對馬鈴薯營養成分與產量影響有所不同，與CK相比，SS、PS、RS的營養成分與產量均有所增加，其中SS處理的淀粉、維生素C、還原糖含量最高；PS處理的蛋白質、干物質、還原糖含量最高；SS處理的商品薯率和產量最高。綜上，在高寒黑土區深翻+秸稈還田、深松+秸稈還田兩種耕作措施使馬鈴薯營養成分含量表現最佳。

參考文獻：

[1] BEN JEDDOU K， KAMMOUN M， HELLSTR?M J， et al. Profiling beneficial phytochemicals in a potato somatic hybrid for tuber peels processing： phenolic acids and anthocyanins composition [J]. Food Science and Nutrition， 2021， 9（3）： 1388-1398.

[2] 鄭子凡，于佳樂，聶虎帥，等.干旱脅迫對18個馬鈴薯品種生理特性的影響[J].中國馬鈴薯， 2023，37（4）：306-319.

[3] 崔永偉，杜聰慧，李樹君.中國馬鈴薯種薯產業發展分析與展望[J].農業展望，2020，16（1）：71-76.

[4] 陳萌山. 馬鈴薯簡史·中國主糧 [M]. 北京： 中國農業出版社， 2020： 5-6.

[5] 張慧慧. 陜北地區不同馬鈴薯品種的比選及評價研究 [D]. 延安： 延安大學， 2020.

[6] 吳琪瀅，李德明，郭志乾，等.西北地區不同馬鈴薯種質資源產量和營養品質綜合分析與評價[J].中國馬鈴薯， 2021， 35（6）：489-499.

[7] CAMIRE M E， KUBOW S， DONNELLY D J. Potatoes and human health [J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition， 2009， 49（10）： 823-840.

[8] RASHEED H， AHMAD D， BAO J S. Genetic diversity and health properties of polyphenols in potato [J]. Antioxidants， 2022， 11（4）： 603.

[9] SANCHEZ P D C， HASHIM N， SHAMSUDIN R， et al. Applications of imaging and spectroscopy techniques for non-destructive quality evaluation of potatoes and sweet potatoes： a review [J]. Trends in Food Science amp; Technology， 2020， 96： 208-221.

[10] 邵國莉， 譚占明， 程云霞， 等. 12種馬鈴薯營養品質測定及綜合評價 [J]. 食品與機械， 2023， 39（10）： 146-149， 174.

[11] 劉娟. 馬鈴薯種質資源加工性狀評價及品種篩選 [D]. 蘭州： 甘肅農業大學， 2018.

[12] 趙春波， 宋述堯， 張傳偉， 等. 同品種馬鈴薯品質分析與評價 [J]. 吉林農業科學， 2011， 36（4）： 58-60.

[13] 王丹， 張志成， 曹興明， 等. 烏蘭察布市22份馬鈴薯品種的分析與評價 [J]. 北方農業學報， 2020， 48（5）： 34-42.

[14] 閆海鋒，許娟，李韋柳，等. 廣西冬作區不同馬鈴薯品種（系）品質比較與綜合評價[J].南方農業學報， 2017， 48（2）：246-251.

[15] 劉洪彬，李順婷，吳夢瑤，等.耕地數量、質量、生態“三位一體”視角下我國東北黑土地保護現狀及其實現路徑選擇研究[J].土壤通報，2021，52（3）：544-552

[16] 尹祥， 袁偉. 我國立法保護東北黑土地 [J]. 生態經濟， 2022， 38（9）： 9-12.

[17] LAL R. Tillage effects on soil degradation， soil resilience， soil quality， and sustainability [J]. Soil and Tillage Research， 1993， 27（1-4）： 1-8.

[18] TILMAN D， CASSMAN K G， MATSON P A， et al. Agricultural sustainability and intensive production practices [J]. Nature， 2002， 418（6898）： 671-677.

[19] 裴雪霞， 黨建友， 張定一， 等. 不同耕作方式對石灰性褐土磷脂脂肪酸及酶活性的影響 [J]. 應用生態學報， 2014， 25（8）： 2275-2280.

[20] 劉衛玲， 程思賢， 李娜， 等. 深松（耕）時期與方式對砂姜黑土耕層養分和冬小麥、夏玉米產量的影響 [J]. 河南農業科學， 2020， 49（3）： 8-16.

[21] 鄔石根. 秸稈還田對酸性水稻土培肥增產、土壤微生物生物量及酶活性的影響研究 [J]. 土壤與作物， 2017， 6（4）： 270-276.

[22] 冀保毅， 趙亞麗， 郭海斌， 等. 深耕條件下秸稈還田對不同質地土壤肥力的影響 [J]. 玉米科學， 2015， 23（4）： 104-109， 116.

[23] 謝迎新， 靳海洋， 李夢達， 等. 周年耕作方式對砂姜黑土農田土壤養分及作物產量的影響 [J]. 作物學報， 2016， 42（10）： 1560-1568.

[24] 中華人民共和國國家衛生和計劃生育委員會. 食品安全國家標準 食品中水分的測定： GB 5009.3—2016 [S]. 北京： 中國標準出版社， 2017.

[25] 國家衛生和計劃生育委員會， 國家食品藥品監督管理總局. 食品安全國家標準 食品中淀粉的測定： GB 5009.9—2016 [S]. 北京： 中國標準出版社， 2017.

[26] 國家衛生和計劃生育委員會， 國家食品藥品監督管理總局. 食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定： GB 5009.5—2016 [S]. 北京： 中國標準出版社， 2017.

[27] 中華人民共和國國家衛生和計劃生育委員會. 食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定： GB 5009.86—2016 [S]. 北京： 中國標準出版社， 2017.

[28] 黃志宏， 蔣東旭， 謝友良， 等. 馬鈴薯中總糖苷生物堿的制備工藝優化及抗炎活性研究 [J]. 中國藥師， 2016， 19（10）： 1866-1869.

[29] 郭瑩， 龔東磊， 辛雪， 等. 響應面法優化紫馬鈴薯中花色苷的提取工藝 [J]. 中國食品添加劑， 2018（1）： 95-102.

[30] 木泰華，李鵬高.馬鈴薯中生物活性成分及其功能[J].食品科學，2016，37（19）：269-276.

[31] 韋本輝， 甘秀芹， 申章佑， 等. 粉壟栽培木薯增產效果及理論探討 [J]. 中國農學通報， 2011， 27（21）： 78-81.

[32] 楊嬌.預處理對不同干燥方式制備的馬鈴薯全粉干燥特性及品質影響[D]. 呼和浩特：內蒙古大學，2021.

[33] 侯飛娜. 馬鈴薯全粉營養特性分析及馬鈴薯—小麥復合饅頭專用品種篩選研究 [D]. 烏魯木齊： 新疆農業大學， 2015.

[34] 胡宏海， 張泓， 戴小楓. 馬鈴薯營養與健康功能研究現狀 [J]. 生物產業技術， 2017（4）： 31-35.

[35] 侯賢清， 李榮， 馬菲， 等. 休閑期耕作覆蓋對馬鈴薯苗期生理生態與產量的影響 [J]. 農業機械學報， 2020， 51（7）： 263-273.

[36] 高金虎，孫占祥，馮良山，等.秸稈與氮肥配施對遼西旱區土壤酶活性與土壤養分的影響[J].生態環境學報，2012，21（4）：677-681.

[37] 顧熾明. 施氮對關中灌區秸稈還田小麥生長及秸稈腐解規律的影響 [D]. 楊凌： 西北農林科技大學， 2013.

（責任編輯：易 "婧）