不同水分條件下有機無機肥配施對甘薯生理生化特性及產量的影響

中圖分類號：S531.062 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2025）08-0117-08

AbstractThis study conducted a field experiment using Yanshu 25 as test material and setting four treatments，namely，single application of chemical fertilizer under normal water conditions（T1），combined application of organic and inorganic fertilizers under normal water conditions （T2），single application of chemical fertilizer under water shortage conditions（T3），and combined application of organic and inorganic fertilizers under water shortage conditions （T4）.The effects of combined application of organic and inorganic fertilizers under different water conditionson root growth，chlorophyll content in leaves，antioxidant system， content of leaf osmotic regulatory substances and yield of sweet potato were analyzed.The results showed that the total root length，total root surface area，average root diameter，total root volume and root tip number of sweet potato in water shortage treatments were significantly reduced compared withthe normal water treatments. The total root length，total root surface area，average rot diameter，total root volume and root tip number of T4 treatment increased by 12.04% ， 16.57% ， 12.41% ， 20.90% and 23.59% respectively compared with T3 treatment （ Plt;0.05 ）. Water shortage significantly reduced the content of chlorophyll a in leaves. Combined application of organicand inorganic fertilizers significantly increased the contents ofchlorophyllaand chlorophyll b underdifferent water conditions compared with single applicationof chemical fertilizer.In water shortage treatmens，the malondialdehyde （MDA）content in sweet potato leaves significantly increased，and the activities of superoxide dismutase （SOD），peroxidase （POD）and catalase （CAT） significantly increased. Compared with T3 treatment， the MDA content in leaves of T4 treatment significantly decreased by 24.12% ，the SOD and CAT activities significantly increased by 8.28% and 9.97% respectively，and the activity of POD increased by 6.90% with no significant difference； the contents of soluble sugar， soluble protein and vitamin C significantly increased by 11.18% ， 14.03% and 14.85% （ Plt;0.05 ），respectively，and the water loss rate of leaves decreased by 3.5 percentage points at 12 and 14 hours after removed from the plants.Water shortage treatments significantly reduced the number of sweet potato per plant，and the average weight and yield of the fresh sweet potatoes.The combination of organic and inorganic fertilizers under diferent water conditions could significantly increase the fresh potato yield，among which，the yield offresh sweet potatoes in T4 treatment increased by 23.27% compared to T3 treatment. In summary， the combined application of organic and inorganic fertilizers could aleviate the effects of water shortage on root growth of sweet potato，increase chlorophyll content of sweet potato leaves，enhance the activity of antioxidant enzyme，reduce malondialdehyde content，effectively delay leaf senescence，maintain good water conditions in leaves，and finally improve the yield of sweet potato.This conclusion could provide the theoretical basis and technological support for water and fertilizer management in high-yield cultivation of sweet potato.

KeywordsCombined application of organic and inorganic fertilizers； Sweet potato； Soil moisture;Physicochemical characteristics；Yield

甘薯［Ipomoeabatatas（L.）Lam]具有耐貧瘠、適應性廣、高產穩產、營養豐富等特點，是世界衛生組織推薦的最佳食物之一[1]。中國一直是世界上最大的甘薯生產國，聯合國糧農組織（Foodand AgricultureOrganization，FAO）統計數據顯示，2018 年中國甘薯種植總面積為237.93萬 hm² ，占世界種植面積的 29.51% ，總產占世界的57.91%^[2] 。省是我國甘薯主產區之一，種植區主要集中在山區丘陵地帶及平原旱地[3]。省地處華北平原，春季干旱少雨，水資源短缺是限制甘薯生產的主要因素之一。自20世紀80 年代以后，農民為追求高產，盲目高投入化肥，而有機肥施用嚴重不足。長期不合理的施肥方式導致土壤酸化加劇，養分含量下降，農作物減產，農田生態系統遭到嚴重破壞[4-5]。有研究表明，單施有機肥或有機肥與化肥配施，可顯著提高土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶及堿性磷酸酶活性，有效調節土壤養分，調整土壤 pH ，緩解土壤酸化[6-7]。因此，研究不同水分條件下有機無機肥配施對甘薯生長發育的影響對甘薯生產中的水肥科學管理具有重要意義。

根系是植物吸收土壤養分和水分的重要器官。隨著土壤中氮、磷、鉀元素水平的提高，植物的根系生長呈現出“低促高抑”現象。化肥配施有機肥相比單施化肥可促進植物更好地利用土壤中的養分，增加土壤的保水能力，提高土壤持水量，進而促進根系生長[8]。通過合理的水肥互作，能有效促進根系發育，提高干物質積累和促進高產，實現“以肥促根、以肥調水”的目標。光合作用是植物合成有機物質和生物量積累的重要途徑。水分虧缺會導致甘薯光合作用受阻，葉綠素含量、光合速率和蒸騰速率均下降，進而影響甘薯莖葉生長和塊根膨大[9-1]。除此之外，當作物受到干旱脅迫時，體內的滲透調節物質，如可溶性糖、可溶性蛋白等，及抗氧化酶活性等均會發生變化，以增加作物的抗逆能力[12]。有研究表明，有機肥配施化肥能提高甘薯的光合作用，促進光合產物合成，提高甘薯產量；化肥或緩控釋肥配施生物有機肥能夠提高甘薯植株葉片過氧化氫酶、過氧化物酶、超氧化物歧化酶活性，降低丙二醛含量[13]。可見，甘薯根系生長發育、葉片光合特性及抗氧化系統水平等對產量形成及水肥利用效率等尤為重要。以往研究多集中于干旱脅迫或者施用有機肥對甘薯生長發育的影響[14]，而關于不同水分條件下有機無機肥配施對甘薯根系生長發育及地上部干物質積累及轉運影響的綜合性研究較少。本研究通過田間試驗，探究不同水分條件下有機無機肥配施對甘薯根系生長、葉片滲透調節物質含量、抗氧化系統、葉綠素含量及產量的影響，以期為甘薯高產栽培的水肥管理提供理論依據和技術支持。

材料與方法

1.1 試驗材料

供試甘薯品種為鮮食型甘薯煙薯25號。

1.2 試驗設計及方法

試驗于2022年在試驗基地的大型防雨棚內進行。該地區屬于暖溫帶大陸性季風氣候，年均降水量 555.5mm 。試驗地土壤類型為砂壤土，土壤基本養分含量為：有機質 10.31g/kg 、堿解氮 54.19mg/kg 有效磷 36.65mg/kg 、速效鉀110.33mg/kg 。

試驗共設置4個處理，T1：正常水分條件（土壤相對含水量 65%～75% 下單施化肥（正常 + 化肥600kg/hm² ）；T2：正常水分條件下有機無機肥配施（正常 + 化肥 300kg/hm²+ 有機肥 15000kg/hm². ：T3：缺水條件（土壤相對含水量 45%～55% 下單施化肥（干旱 + 化肥 600kg/hm² ）；T4：缺水條件下有機無機肥配施（干旱 + 化肥 300kg/hm²+ 有機肥15000kg/hm² 。每處理重復3次。小區面積12.8m²（4m×3.2m） 。有機肥中堿解氮當季礦化率按 20% 計算，有機無機肥配施按照等氮量替代，保證單施化肥和有機無機肥配施處理氮素用量基本相同。有機肥和化肥均基施，于整地前均勻撒施于試驗小區后耕翻起壟。甘薯采用壟作（單壟雙行）栽培，壟距 0.80m 。每小區4壟，移栽株距 0.25m ，折合密度5萬株 ?hm²

1.3 樣品采集與處理

移栽后 50d ，每小區每壟兩端各采集1株完整植株，每處理采集24株，將地上和地下部分開其中，地下部通過水浸泡法獲取完整根系，用于測定根系形態學參數。地上部葉片分兩部分，一部分于液氮罐中速凍帶回實驗室， -80°C 冰箱中保存，用于測定葉綠素含量、葉片含水量和失水率及生理生化等指標；另一部分于車載冰箱中保鮮帶回實驗室后，去離子水洗凈用于葉片失水率測定。

1.4 測定項目及方法

根系形態學參數測定：用（EpsonPerfectionV850Pro ，China）根系掃描儀掃描，并用WinRHI-ZO分析系統得出總根長、總根表面積、總根體積、平均根直徑和根尖數。

葉片失水率測定：將采集的新鮮葉片浸入水中至飽和，然后取出擦干水分，懸掛于空氣中使其自然失水，每 ^2h 稱重一次，共計觀察 ^14h ，所測數據用初始飽水鮮重的百分數表示。離體葉片失水率 （%）=[1-（W₁-W₂）/W₁]×100 。 W₁ 為離體葉片飽和失水前的重量， W₂ 為離體葉片飽和失水后的重量[15] 。

葉綠素含量采用分光光度法測定；葉片可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；葉片維生素C含量采用2，6-二氯靛酚滴定法[測定；葉片可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法[17測定；葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）過氧化氫酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量均采用南京建成生物工程研究所生產的試劑盒測定移栽后150d，按小區進行收獲測產并統計單株結薯數和平均薯塊重。

1.5 數據處理與分析

用MicrosoftExcel2016對試驗數據進行處理和做圖，用DPS9.5統計分析軟件進行方差分析，用LSD法進行多重比較（ Plt;0.05） %

2 結果與分析

2.1 不同水分條件下有機無機肥配施對甘薯根系形態學參數的影響

由表1可以看出，水分及施肥對甘薯根系生長均有顯著影響。與正常水分處理相比，缺水處理甘薯根系形態學各參數值均顯著降低。其中，T3處理甘薯總根長、總根表面積、平均根直徑、總根體積、根尖數較T1分別減少 51.56% 、 44.43% ！31.84%.28.70%.45.73%;T² 4處理較T2分別減少43.11%，39.54%，28.04%，21.56%，42.97% 。相同水分條件下，施肥處理對甘薯根系形態性狀的影響存在差異：與T1相比，T2處理甘薯總根長減少4.61% 但差異不顯著，總根體積增加 9.91% 但差異也不顯著，總根表面積、平均根直徑、根尖數分別增加 7.15%，6.47%，17.62% 且均達顯著差異水平；與T3相比，T4處理甘薯總根長、總根表面積、平均根直徑、總根體積、根尖數分別增加 12.04% ！16.57%.12.41%.20.90%.23.59% ，均達顯著水平。表明無論是正常水分還是缺水條件下，有機無機肥配施均較單施化肥顯著促進根系生長。

表1不同處理甘薯根系形態學參數

注：數據格式為平均值±標準差，同列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著（Plt;0.05） ，下同。

2.2 不同水分條件下有機無機肥配施對甘薯葉片葉綠素含量的影響

由表2可以看出，與正常水分條件相比，缺水處理甘薯葉片葉綠素a含量和葉綠素 a/b 值均顯著降低，葉綠素b含量均降低但差異不顯著。其中，T3處理葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素a/b 值較T1分別降低 33.11%.7.17%.20.52%， T4較 T2分別降低 27.25%.5.98%.19.73% 。正常水分條件下，T2處理葉綠素a、葉綠素 b 含量較T1分別增加 14.76%.7.89% ，均差異顯著；缺水條件下，T4處理葉綠素 ^a， 葉綠素 b 含量較T3分別增加 24.81%.9.27% ，均差異顯著;相同水分條件下不同施肥處理葉片葉綠素 a/b 值間均無顯著差異。

表2不同處理甘薯葉片葉綠素含量

2.3 不同水分條件下有機無機肥配施對甘薯葉片抗氧化系統的影響

由表3可以看出，與正常水分條件相比，缺水處理甘薯葉片 MDA含量顯著增加，SOD、POD、CAT活性顯著提高。其中，T3處理葉片MDA含量較T1增加 98.26% ，T4 處理較 T2 增加 84.04% ：T3處理葉片SOD、POD、CAT活性較T1分別提高15.55%.14.10%.37.07% ，T4處理較T2分別提高19.46%，22.95%，53.38% 。相同水分條件下，與T1相比，T2處理葉片丙二醛含量降低 18.26% 但差異不顯著，SOD活性略有增加，POD、CAT活性略有降低，但均未達顯著水平；與T3相比，T4處理葉片MDA含量降低 24.12% ，SOD、CAT活性分別增加 8.28%.9.97% 且均達顯著水平，POD活性增加 6.90% 但差異不顯著。

表3不同處理甘薯葉片MDA含量及抗氧化酶活性

2.4不同水分條件下有機無機肥配施對甘薯葉片滲透調節物質含量的影響

由表4可以看出，缺水處理甘薯葉片可溶性糖、可溶性蛋白及維生素C含量較正常水分處理均顯著增加，其中，T3 較T1分別增加 33.33% ！15.36%.18.40%， T4 較T2分別增加 40.91% ！17.97%.22.75% 。正常水分條件下，與T1相比，T2 處理葉片可溶性蛋白含量顯著增加，增幅為11.50% ;可溶性糖、維生素C含量分別增加5.20%.10.78% ，但差異均不顯著。缺水條件下，與 T3相比，T4處理葉片可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量均顯著增加，增幅分別為 11.18% ！14.03% 、 14.85% 。

表4不同處理甘薯葉片滲透調節物質含量

2.5 不同水分條件下有機無機肥配施對甘薯葉片保水性能的影響

不同離體時間甘薯葉片失水率反映其保水性能，當處于離體狀態時，葉片在不同時段內的失水率可間接反映自身水分的保持能力。由圖1可以看出，甘薯葉片失水率在離體前 8h 上升較快，之后逐漸減緩。正常水分條件下，T1、T2處理葉片失水率在離體 4，8，12，14h 時分別為 17.0% 和15.0%.25.0% 和 23.0%.35.0% 和 31.5% ） 36.5% 和32.5% ;T3、T4處理在 4，8，12，14h 時分別為16.0% 和 14.0% 、 30.0% 和 27.0%.34.0% 和 30.5% 、35.5% 和 32.0%，12，14h 時T4較T3均降低3.5個百分點。表明有機無機肥配施較單施化肥能有效緩解離體甘薯葉片失水。

圖1不同處理離體甘薯葉片失水率

2.6 不同水分條件下有機無機肥配施對甘薯產量及其構成的影響

由表5可以看出，與正常水分處理相比，缺水處理顯著降低單株結薯數、平均薯塊重和鮮薯產量，其中，T3 鮮薯產量較T1降低 30.87% ，T4較T2 降低 28.04% 。正常水分條件下，T2處理單株結薯數較T1顯著增加 22.84% ，平均薯塊重降低3.63% 但差異不顯著，鮮薯產量增加 18.42% （ Plt; 0.05）；缺水條件下，T4處理單株結薯數較T3增加 20.92%（Plt;0.05） ，平均薯塊重增加 1.92% 但差異不顯著，鮮薯產量增加 23.27% （ Plt;0.05） 。表明，正常水分條件下有機無機肥配施主要通過提高單株結薯數增加鮮薯產量；缺水條件下有機無機肥配施通過提高單株結薯數和平均薯塊重增加鮮薯產量。

表5不同處理甘薯產量及其構成

2.7 不同處理下甘薯各指標間的相關性分析

由圖2可知，鮮薯產量與總根表面積、平均根直徑、總根體積、根尖數和葉片葉綠素a含量均呈顯著或極顯著正相關（ Plt;0.05，Plt;0.01 ），與葉片可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量及SOD、POD、CAT活性均呈負相關但未達顯著水平，與丙二醛含量呈顯著負相關（ Plt;0.05）

3 討論

3.1 有機無機肥配施對甘薯根系生長發育的影響

合理灌溉和施肥能夠促進根系生長發育，優化根系結構，使植株根系充分吸收土壤中的水分和養分，對于節約水資源和改善土壤環境具有重要意義。作物根系生長發育及形態分布與葉片衰老和作物產量有著密切關系[18]。有研究表明，在輕度缺水條件下，有機無機肥配施能夠提高根系活力，優化根系形態及分布，促進地上部干物質積累進而提高產量[8]。不同的水氮配比影響南瓜細根根長進而影響南瓜產量[19]。水分脅迫阻礙甘薯毛細根生長進而導致甘薯減產[20]。有機肥含有豐富的營養元素，可增加土壤有機質，改善土壤水分、養分和通透性等土壤環境，進而可提高甘薯水肥利用效率，有效緩解缺水對甘薯的影響，促進甘薯根系的生長發育[21-22]。本研究中，水分虧缺抑制根系生長，總根長、總根表面積、平均根直徑、總根體積、根尖數較正常水分條件均顯著減少；相比單施化肥，有機無機肥配施在水分虧缺和正常水分條件下均更有利于根系的生長發育，尤其是細根的生長，進而促進地下部干物質積累；相關性分析結果得出，根系性狀與產量具有較強相關性，其中總根表面積、平均根直徑、總根體積、根尖數與產量均呈顯著或極顯著正相關。

圖2不同處理下各指標間的相關性熱圖

3.2 有機無機肥配施對甘薯葉片光合作用、水分利用效率的影響

葉綠素是植物進行光合作用的一類色素，其含量高低是衡量植物光合能力強弱的重要指標之_[23]。有研究發現，輕度干旱脅迫下甘薯葉綠素含量不降反升，當PEG-6000濃度達到 7% 以上時，葉綠素含量隨脅迫濃度增加呈顯著降低趨勢[12]。單施化肥處理甘薯葉片葉綠素含量隨著生長時間的延長逐漸降低，而有機無機肥配施處理則呈升高趨勢[13]。本研究中，水分虧缺條件下，甘薯葉片葉綠素a和葉綠素b含量較正常水分條件均有所下降。這是因為缺水導致葉肉細胞的葉綠素合成受阻，同時葉綠素酶活性提高使原有葉綠素分解加快，致使葉綠素總量降低[24]。與單施化肥相比，有機無機肥配施處理葉片葉綠素含量均顯著增加，且在水分虧缺條件下的葉綠素b含量高于正常水分條件下的單施化肥處理。相關性分析結果表明，葉綠素a含量與產量呈極顯著正相關，葉綠素b含量與產量正相關但未達顯著水平。這表明有機無機肥配施能夠顯著提高作物的光能利用率，即使在缺水條件下也能有效維持甘薯的光合能力，促使產生較多的光合產物并向地下部運輸，進而提高產量。

植物葉片相對含水量通常用于表征植物葉片水分狀況，而離體葉片水分損失速率表示葉片角質層蒸騰（非氣孔蒸騰）和葉片內在的抗蒸騰能力[25]。有研究表明，干旱條件下有機肥替代部分氮肥能有效降低離體葉片水分損失速率，增加葉片保水能力，有利于干旱脅迫下葉片維持一定的水分含量，進而提高抗旱能力[26]。本研究結果顯示，有機無機肥配施能有效降低離體甘薯葉片失水率，從而在水分虧缺條件下維持更好的葉片水分狀況，提高甘薯抗旱能力。

3.3 有機無機肥配施對甘葉片滲透調節的影響

滲透調節是植物抵御和忍耐干旱的一種重要生理機制，可溶性糖是甘薯葉片中重要的滲透調節物質，其含量的增加可降低原生質的滲透勢，有利于細胞從外界吸水以維持正常代謝。當甘薯受到干旱脅迫時，葉片中不溶性蛋白質在相關酶的作用下轉變為可溶性蛋白質以增加葉片的滲透調節能力[8]。本研究結果表明，在水分虧缺條件下，甘薯葉片可溶性糖、可溶性蛋白及維生素C的含量均顯著增加，表明甘薯葉片細胞滲透調節能力提高，使細胞在逆境條件下能夠維持一定的膨壓，以適應缺水環境，這與張明生等[27]的研究結果一致。有機無機肥配施處理甘薯葉片滲透調節物質含量較單施化肥增加，尤其在水分虧缺條件下，葉片可溶性糖、可溶性蛋白及維生素C的含量均顯著高于單施化肥處理。表明有機肥替代部分化肥可降低干旱脅迫對甘薯造成的損傷。

3.4有機無機肥配施對甘薯葉片抗氧化的影響

干旱條件下植物細胞產生過量活性氧，使自由基的產生和清除遭到破壞導致膜脂過氧化而產生大量 MDA，導致生物膜受到損傷[28]。SOD 是甘薯葉片中重要的抗氧化酶，在氧化和抗氧化平衡中起到重要作用。POD與植物體光合作用、呼吸作用密切相關，是一種活性較高的抗氧化酶。CAT可促使過氧化氫分解，使細胞免于過氧化氫傷害，是生物防御體系中一種重要的酶。本研究結果顯示，缺水條件下，葉片MDA含量及SOD、POD、CAT活性均顯著增加；正常水分條件下，有機無機肥配施處理甘薯葉片 MDA含量及SOD、POD、CAT活性與單施化肥處理差異均不顯著；水分虧缺條件下，有機無機肥配施處理甘薯葉片SOD、CAT活性顯著提高，MDA含量顯著降低，有效減輕葉片的膜脂過氧化損傷，增強甘薯抗旱能力。

4結論

水分和施肥對甘薯根系生長、葉片滲透調節、抗氧化系統、光合作用及產量均有顯著影響。水分虧缺抑制甘薯根系發育及光合作用，進而影響地下部干物質積累。有機無機肥配施促進各水分條件下甘薯根系生長，提高葉片光合能力。尤其在水分虧缺條件下，與單施化肥相比，有機無機肥配施能夠顯著促進甘薯根系形態發育，增加地下部干物質積累；顯著提高甘薯葉片葉綠素含量和光合能力；提高抗氧化酶活性，丙二醛含量顯著降低；維持葉片較好的水分狀況，有效延緩葉片衰老，增加甘薯的抗旱能力，最終提高甘薯產量。該結論可為甘薯高產栽培中的水肥管理提供理論依據和技術支持。

致謝：本研究在試驗設計與數據分析方面得到青島農業大學劉慶教授給予的指導，特此致謝！

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