土壤緊實(shí)度對甘薯群體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量的影響

劉永晨　司成成　柳洪鵑　孟迪　史春余

摘要：以本地區(qū)主栽淀粉型甘薯品種商薯19和濟(jì)徐23為試材，設(shè)置疏松（SS）、對照（CK）和緊實(shí)（JS）3個(gè)不同土壤緊實(shí)度處理，研究土壤緊實(shí)度對甘薯主要群體結(jié)構(gòu)性狀及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：與對照相比，土壤緊實(shí)度增加、通氣性下降時(shí)，甘薯葉面積指數(shù)大幅提高，主莖長度、分枝數(shù)和基部莖粗均顯著增加;而土壤緊實(shí)度下降通氣性提高時(shí)，葉面積指數(shù)和分枝數(shù)顯著提高但顯著低于緊實(shí)處理，主莖長度和基部莖粗顯著下降。增加土壤緊實(shí)度，結(jié)薯位點(diǎn)數(shù)顯著減少，顯著降低單薯重和深層結(jié)薯位點(diǎn)的薯重;而降低土壤緊實(shí)度則增加深層結(jié)薯位點(diǎn)數(shù)，顯著提高單株薯重和深層結(jié)薯位點(diǎn)的薯重。與對照相比，緊實(shí)處理顯著提高地上部干物質(zhì)分配率而降低塊根中干物質(zhì)分配率，塊根產(chǎn)量顯著降低;降低土壤緊實(shí)度，即疏松處理則顯著提高塊根中干物質(zhì)分配率和塊根產(chǎn)量。綜合來看，降低土壤緊實(shí)度，能改善土壤通氣性，可以促進(jìn)源端光合產(chǎn)物向塊根中運(yùn)轉(zhuǎn)形成合理的群體結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：甘薯;土壤緊實(shí)度;群體結(jié)構(gòu);產(chǎn)量

中圖分類號：S531.061 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2019）10-0099-05

Effects of Soil Compactness on Population Structure and Yield of Sweet Potato

Liu Yongchen1， Si Chengcheng2， Liu Hongjuan1， Meng Di1， Shi Chunyu1

（1.College of Agronomy， Shandong Agricultural University/ State Key Laboratory of Crop Biology， Taian 271018， China; 2.College of Horticulture， Hainan University， Haikou 570228， China）

Abstract Three different soil compactness treatments including loose （SS）， control （CK） and compact （JS） were designed to study their effects on main population structure characters and yield of sweet potato using the main starchy varieties of Shangshu 19 and Jixu 23 as materials. The results showed that compared with CK， the leaf area index of sweet potato raised substantially， and the length of main stem， the number of branches and basal stem diameter increased significantly when soil compactness increased and soil aeration decreased. When soil compactness decreased and soil aeration increased， the leaf area index and the number of branches increased significantly but significantly lower than those of JS treatment， and the length of main stem and the basal stem diameter decreased significantly. When increasing the soil compactness， the number of knot potato sites and fresh weight of single tuber root and deep knot potato sites reduced significantly. On the contrary， reducing soil compactness increased the number of deep knot potato sites， and significantly increased the fresh weight of single tuber root and deep knot potato sites. Compared with CK， JS treatment significantly increased the dry matter distribution rate of aboveground part and decreased that in tuber roots， while SS treatment significantly increased the dry matter distribution rate in tuber roots and yield. That was to say， reducing soil compactness could improve the soil aeration and promote the photosynthetic products from source into tuber roots to form reasonable population structure and increase yield.

Keywords Sweet potato; Soil compactness; Population structure; Yield

甘薯用途廣泛，適應(yīng)能力強(qiáng)[1-3]，山地丘陵和平原地區(qū)均有栽植[4-6]。因其以地下部塊根作為收獲器官，生產(chǎn)上極易發(fā)生地上部莖葉生長過旺、塊根膨大緩慢而減產(chǎn)的現(xiàn)象，尤其是在緊實(shí)度較高的土壤條件下[7-11]。干旱板結(jié)、不合理施肥及大型機(jī)械作業(yè)均易引起土壤緊實(shí)的增加[12-14]。土壤緊實(shí)度增加后的通氣性變差已經(jīng)成為制約甘薯高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要因素之一。如何構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu)，提高光合產(chǎn)物的利用率，是甘薯生產(chǎn)亟待解決的問題。為此，本研究以本地區(qū)主栽淀粉型甘薯品種為材料，通過構(gòu)建不同緊實(shí)度的土壤條件，分別從莖葉生長特點(diǎn)、塊根空間分布及干物質(zhì)分配等方面入手，探究土壤緊實(shí)度對甘薯群體結(jié)構(gòu)形成及產(chǎn)量的影響，以期為甘薯高產(chǎn)栽培提供有力的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為淀粉型品種：商薯19和濟(jì)徐23。

供試土壤為砂壤土，0～20 cm土層堿解氮含量106.29 mg/kg、有效磷36.93 mg/kg、速效鉀109.67 mg/kg和有機(jī)質(zhì)0.97%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2017年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行微區(qū)試驗(yàn)。每個(gè)品種設(shè)置三種緊實(shí)度處理，即緊實(shí)區(qū)（JS）：試驗(yàn)地壓實(shí)而成;標(biāo)準(zhǔn)區(qū)（CK）：試驗(yàn)地原狀;疏松區(qū)（SS）：試驗(yàn)地土壤、有機(jī)肥和沙混合而成（混合標(biāo)準(zhǔn)是：使疏松區(qū)土壤和標(biāo)準(zhǔn)區(qū)有機(jī)質(zhì)含量一致并將3個(gè)處理的速效氮、磷、鉀含量調(diào)到基本一致）。3個(gè)處理各時(shí)期土壤緊實(shí)度如表1所示。

采取裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，品種為主區(qū)，緊實(shí)處理為副區(qū)，重復(fù)3次。小區(qū)面積10 m2。行距80 cm，株距25 cm，每公頃栽植密度約50 000株。5月10日栽秧，10月22日收獲。栽秧后間隔5天測量土壤0～20 cm和20～40 cm土層土壤體積含水量。小區(qū)每平方米含水量（m3）為H×1 m2×土壤體積含水量（%），其中H為土層深度。以含水量最高的小區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)，將其余小區(qū)含水量補(bǔ)齊。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀調(diào)查和測產(chǎn)從栽后60天開始，到栽后140天，每20天調(diào)查一次農(nóng)藝性狀。每小區(qū)取5棵代表性植株，調(diào)查主莖長、分枝數(shù)（長度大于等于5 cm的分枝）和基部莖粗。收獲期每小區(qū)選取10株長勢基本一致的甘薯，調(diào)查塊根結(jié)薯位點(diǎn)及每個(gè)位點(diǎn)的結(jié)薯數(shù)及薯重。將薯塊全部挖出，分小區(qū)稱重測產(chǎn)。

收獲期經(jīng)濟(jì)系數(shù)=收獲期塊根鮮重/收獲期整株鮮重。

1.3.2 葉面積指數(shù)測定每個(gè)品種每個(gè)處理選取5處長勢基本一致的區(qū)域，于晴朗無風(fēng)天氣12∶00—14∶00，用Sunscan植物冠層分析儀（Delta-TDevices，UK），在距離地面5 cm處的壟溝底部進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用DPS 7.05進(jìn)行方差分析，用SigmaPlot 12.5進(jìn)行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤緊實(shí)度對甘薯地上部長勢的影響

2.1.1 葉面積指數(shù)由圖1可知，葉面積指數(shù)呈單峰變化趨勢，商薯19葉面積指數(shù)峰值出現(xiàn)在栽后120 天，濟(jì)徐23出現(xiàn)在栽后100 天。與對照相比，疏松處理的葉面積指數(shù)顯著提高，全生育期維持在2～5之間，峰值之后降低緩慢;緊實(shí)處理葉面積指數(shù)顯著提高，高峰期時(shí)均超過7，峰值之后快速降低。

2.1.2 主莖長由表2可知，與對照相比，疏松處理主莖長顯著降低;緊實(shí)處理主莖長則顯著提高。兩甘薯品種表現(xiàn)規(guī)律一致。

2.1.3 分枝數(shù)由表3可知，與對照相比，疏松處理下甘薯分枝數(shù)在栽后60～120天顯著增加;緊實(shí)處理下甘薯分枝數(shù)在栽后60～140天均顯著增加，其中緊實(shí)處理增幅高于疏松處理。兩甘薯品種表現(xiàn)規(guī)律一致。

2.1.4 基部莖粗由表4可知，甘薯基部莖粗在栽后60～140天呈上升趨勢。與對照相比，疏松處理下甘薯基部莖粗在栽后60～140天顯著下降，緊實(shí)處理下表現(xiàn)出相反規(guī)律。兩甘薯品種表現(xiàn)規(guī)律一致。

2.2 土壤緊實(shí)度對塊根空間分布的影響

由表5可知，與對照相比，疏松處理下商薯19在3個(gè)節(jié)點(diǎn)上結(jié)薯，第2和第3節(jié)點(diǎn)結(jié)薯較多，第1節(jié)點(diǎn)結(jié)薯較少，其中第3節(jié)點(diǎn)薯重最高;緊實(shí)處理下，商薯19只在第1、第2節(jié)點(diǎn)上結(jié)薯，第3、第4節(jié)點(diǎn)未結(jié)薯，其中第2節(jié)點(diǎn)薯重最高。

與對照相比，疏松處理下濟(jì)徐23在4個(gè)節(jié)點(diǎn)上均結(jié)薯，且各位點(diǎn)結(jié)薯數(shù)較為平均，其中第3節(jié)點(diǎn)薯重最高;緊實(shí)處理下濟(jì)徐23在3個(gè)節(jié)點(diǎn)上結(jié)薯，第1、第2節(jié)點(diǎn)結(jié)薯較多，第3節(jié)點(diǎn)結(jié)薯較少，第4節(jié)點(diǎn)未結(jié)薯，其中第2節(jié)點(diǎn)薯重最高。

2.3 土壤緊實(shí)度對甘薯干物質(zhì)分配影響

由表6可知，與對照相比，疏松處理顯著提高塊根干重、塊根干重與地上部干重比值;緊實(shí)處理下，塊根干重顯著降低，地上部干重及其與塊根干重的比值顯著增加。兩品種結(jié)果表現(xiàn)規(guī)律一致，表明降低土壤緊實(shí)度、提高土壤通氣性，有利于促進(jìn)光合產(chǎn)物向塊根分配。

2.4 土壤緊實(shí)度對甘薯塊根產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表7可知，與對照相比，疏松處理顯著提高商薯19和濟(jì)徐23的塊根產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)系數(shù)，其中塊根產(chǎn)量增幅分別為17.73%和19.23%，經(jīng)濟(jì)系數(shù)增幅分別為6.93%和5.67%;緊實(shí)處理顯著降低兩品種塊根產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)系數(shù)，其中塊根產(chǎn)量降幅分別為14.96%和12.34%，經(jīng)濟(jì)系數(shù)降幅分別為6.24%和15.42%。疏松處理顯著提高單薯重;緊實(shí)處理則與之相反。即：疏松處理主要通過提高單薯重、提高經(jīng)濟(jì)系數(shù)而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，緊實(shí)處理則因顯著降低單薯重，從而降低經(jīng)濟(jì)系數(shù)而減產(chǎn)。

3 討論與結(jié)論

有研究表明，高緊實(shí)度土壤抑制植物地上部莖葉生長，造成單株葉面積變小和單葉厚度變薄，直接影響光合產(chǎn)物的積累，降低地上部生物產(chǎn)量[15]。增加土壤緊實(shí)度，會減慢植物葉片的擴(kuò)展速度，減小單葉面積，使葉片厚度變薄[16]。也有研究表明緊實(shí)土壤對植物地上部生長有影響，但不明顯[17];甚至有研究者認(rèn)為對地上部無影響[18，19]。

[15]Buttery B R，Tan C S，Drury C F，et al. The effects of soil compaction，soil moisture and soil type on growth and nodulation of soybean and common bean[J]. Can. J. Plant Sci.，1998，78（4）：571-576.

[16]Andrade A，Wolf D W，F(xiàn)ereres E. Leaf expansion，photosynthesis is and water relations of sunflower plants growth on compacted soil[J]. Plant and Soil，1993，149：175-184.

[17]Goodman A M，Ennos A R. The effects of soil bulk density on the morphology and anchorage mechanics of the root systems of sunflower and maize[J]. Ann. Bot.，1999，83（3）：293-302.

[18]Oussible M，Crookston R K，Larson W E. Subsurface compaction reduces the root and shoots growth and grain yield of wheat[J]. A. Gron.，1992，84（1）：34-38.

[19]Watanabe K，Kodama T. Studies on the effects of soil physical conditions on the growth and yield of crop plants：I.Effects of soil bulk density on the seed germination and growth of crop plants in their early growth stage[J]. Japaneses Journal of Crop Science，1965，33（4）：409-413.

[20]Watanabe K，Kodama T.Studies on the effects of soil physical conditions on the growth and yield of crop plants：Ⅱ. Effects of the bulk density and moisture content of soil on the growth and yield of crop plants[J].Japanese Journal of Crop Science，1965，33（4）：414-417.

[21]Watanabe K，Kodama T.Studies on the effects of soil physical conditions on the growth and gield of crop plants：Ⅲ.Effects of the capacity and composition of soil air on the growth and gield of sweet potato plants[J].Japanese Journal of Crop Science，1965，33（4）：418-422.

[22]史春余，王振林，郭風(fēng)法，等. 土壤通氣性對甘薯養(yǎng)分吸收、14C-同化物分配及產(chǎn)量的影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)，2002， 16（4）：232-236.

[23]周全盧. 秋甘薯不同類型品種干物質(zhì)積累特性研究[D]. 重慶：西南大學(xué)，2007.

[24]Larry K H，Conrad H M，William H S，et al. Influence of N source，N rate and K rate on the yield and mineral concentration of sweet potato[J]. J. Am. Soc. Hortic. Sci.，1984，109（3）：294-298.

[25]宋吉軒，陳超，李云，等. 甘薯南薯88干物質(zhì)積累與分配規(guī)律研究[J]. 中國種業(yè)，2010（7）：65-66.

收稿日期：2019-05-12

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31371577，31701357）;山東省薯類產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席專家項(xiàng)目（SDAIT-16-01）

作者簡介：劉永晨（1994—），男，山東寧陽人，碩士研究生，研究方向?yàn)樽魑锷砩鷳B(tài)。E-mail： liuyongchensdau@163.com

通訊作者：史春余（1964—），男，山東莒南人，研究方向?yàn)楦适砩砩鷳B(tài)。E-mail：scyu@sdau.edu.cn

柳洪鵑（1985—），女，山東棲霞人，副教授，研究方向?yàn)楦适砩砩鷳B(tài)。E-mail： liumei0535@126.com