栽培技术对马铃薯营养和食用品质的影响

傅童成，唐朝臣，焦大春，柯剑鸿*，杨波华，周 见，杜伦静，岳 媛，彭 艳，唐 鑫

（1.重庆市农业科学院，重庆 401329；2.广东省农业科学院，广东 广州 510640；3.重庆市石柱土家族自治县武陵山研究院，重庆 石柱 409100）

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是茄科一年生草本植物，全球有约13亿人以马铃薯为主粮，一些国家也把其列为战略储备储粮。中国马铃薯产业近年来呈现高速发展的态势，种植面积和产量逐年增加，种植面积从2007 年的43.06 万hm2逐渐增加至2016 年的562.58 万hm2，马铃薯产量从2007 年的1 295.7 万t 逐 渐 增 加 至2016 年 的1 947.9 万t[1]。2015年，农业部启动了马铃薯主粮化战略，拟将马铃薯纳入国家储备粮计划[2]，目前中国马铃薯产量和播种面积较大的省（直辖市、自治区）是四川、贵州、甘肃、云南、内蒙古和重庆，播种面积和产量分别在36.46万～79.78万hm2和126.6万～307.3万t[1]。

自2011年后，中国马铃薯种植面积趋于稳定，产量增长也逐渐变慢[1]。马铃薯产业从单纯强调产量，逐渐转向高产和高品质双向发展[3,4]。马铃薯含有丰富的淀粉和氨基酸，与大米、小麦、玉米一样，非常适宜作为主食。此外，马铃薯富含膳食纤维、维生素、矿物质等其他植物营养素，是一种适宜当代人健康生活需求的食粮作物。为推动马铃薯主食化战略，开发与马铃薯相关的加工产品，需要全面了解栽培技术对马铃薯营养价值及加工品质的影响。

1 农艺因素影响马铃薯营养品质

马铃薯的营养品质指标主要包括块茎干物质含量、淀粉含量、还原糖含量、蛋白质含量等，除了品种差异，栽培技术和大田管理也影响马铃薯块茎营养品质[5,6]。

1.1 播期、密度与播前处理

播期是决定马铃薯干物质含量的重要因素，主要取决于特定地区常规温度及土壤水分等特性，对于马铃薯成熟度和干物质积累较为重要。各地马铃薯的适宜播期存在一定差异，华北地区一般宜于4月中旬播种[7]，华南地区一年可种植多季马铃薯，大部分为11月中旬左右种植冬薯，也有部分晚秋薯和春薯[8]。近年来的试验结果也表明，在大多数情况下，将播期适当提前，可以有效增加马铃薯的块茎干物质及淀粉含量，适当早播对于马铃薯的品质提升具有一定积极作用[7-12]。根据国外相关研究，随着播期的延后，马铃薯块茎干物质含量会减少，推迟播期会减少结薯数、单薯重和薯块淀粉含量[13-15]。

种植密度直接影响马铃薯的结薯数、单薯重和产量。适宜生产商品薯的种植密度约为70 000～90 000株/hm2，此密度下的单株结薯数、商品薯率和产量都较高，以121 200 株/hm2种植适合生产种薯，此密度下薯块较小[16-18]。除了种植密度外，覆土高度也影响马铃薯的产量，在干旱条件下，将播种时覆土高度提高至20 cm左右时，可有效提高商品薯率和产量，间接降低生产成本[19]。

目前，马铃薯生产主要采用种薯无性繁殖，由于整薯播种用种量大，将种薯切块可以降低生产成本，但种薯切块又产生了芽位、伤口消毒（拌种）和生长势对马铃薯产量的影响[20]。樊祖立等[21]使用切块芽位+赤霉素（GA）催芽试剂浓度+薯块拌种方法研究了其对早熟马铃薯产量和其他性状的影响，结果显示，底部芽位切块的薯块产量明显高于顶芽切块薯块，且使用浓度10 mg/L 赤霉素催芽处理15 min后，再使用草木灰+多菌灵+农用链霉素拌种，可以显著提高马铃薯单产。此外，播前拌种对于马铃薯病害的预防及产量增加有关键作用。最新研究[22]显示，60%吡虫啉10 mL+66.85%霜霉威+氟吡菌胺10 mL+清水200 mL拌种薯15 kg可有效预防马铃薯晚疫病，并比清水拌种增产33.10%；采用浓度3%噻霉酮50.40 mL拌种100 kg种薯可有效预防马铃薯黑胫病，较清水拌种可增产18.18%[23]。

1.2 土壤类型

马铃薯干物质产生受土壤持水能力、通气性和结构的影响，这些因素单独或相互作用，对马铃薯干重积累产生效应。例如，多年来世界许多地区开展的对照研究表明，同一地区，与淤泥土、泥炭土和沼泽土种植的马铃薯对比，疏松、含矿物质高的土壤能够产生较高的马铃薯干物质产量[24]。彭慧[25]通过试验发现，施复合肥100 kg/667m2时，紫色土中所生长的马铃薯薯块的干物质和氨基酸含量远高于河流冲积土、板页岩红壤、第四纪红土和石灰岩红壤。在美国纽约州西部，种植在沙沥粉沙土上的10个马铃薯品种的干物质平均含量为22.31%，高于种植于淤泥土或泥炭土上的品种，后者平均淀粉含量为18.72%[26]。另外，砂质土壤上种植的马铃薯果胶含量（0.455%～0.758%）也远低于泥炭土上种植的相同品种，块茎果胶含量低的马铃薯品种具有较好的烹饪品质[27]。

1.3 土壤水分和温度

土壤水分差异产生原因主要有灌溉、降雨、土壤类型、径流和蒸发。在较为湿润的地区，马铃薯种植可选择只依赖降雨，但在干旱和半干旱地区，除了正常降雨外，还需对马铃薯进行灌溉。但是，过多的灌溉会导致马铃薯淀粉含量降低[28,29]，块茎比重降低[30,31]。Smith和Nash[32]的试验结果表明，在湿润条件下，于马铃薯生育期内3个月以喷灌方式灌水114.81 mm，会导致马铃薯干物质含量从未灌溉的23.28%减少至22.46%。Yadav和Tripathi[33]的研究发现，以有效水分25%、50%、75%进行灌溉时，尽管较高土壤水分降低了块茎淀粉含量，但是块茎比重没有受明显影响。

正常土壤水分条件下，灌溉马铃薯在其基部含有较多的干物质。水分胁迫状态下，马铃薯干物质分配和还原糖分布出现不均匀的情况，基部淀粉损失，pH下降，这是由于受水分胁迫影响，马铃薯的根部顶端部位开始活跃生长，并使用了来自基部的碳水化合物[34]。进一步研究发现，在块茎发育初期，水分胁迫会导致顶部和基部干物质分配量发生颠倒，如果胁迫发生在块茎发育后期，这种颠倒就不会发生，与肥力水平相比，水分胁迫对干物质的分配有更大的影响[35]。

马铃薯葡萄糖和淀粉含量在土壤温度为20～22℃时最佳，温度再高就迅速下降[36]。除了灌溉对土壤水分含量的直接影响外，在高温年份灌溉会降低土壤温度，从而间接影响马铃薯的营养品质[37]。马铃薯的结薯温度一般为16～20℃[38,39]。王晓宇和郭华春[40]通过在15～25℃设置不同温度梯度发现，16～18℃为大多数马铃薯块茎生长最适宜温度。一些温度敏感的品种如‘转心乌’在10～15℃下不结薯，而耐低温品种‘合作88’在此温度下产量较高。

除灌溉等直接影响土壤水分的栽培管理措施，地膜覆盖也可以间接影响土壤水分和温度。目前广泛应用的旱作覆膜栽培技术，通过在农作物的表面覆盖上一层薄膜，可起到保温、防水分蒸发的作用。根据大量已发表的田间研究数据表明，地膜覆盖下，中国马铃薯平均增产率为28.8%，在西北地区为37%，西南地区为20%、东南地区为13%[41]。地膜覆盖马铃薯增产率受地膜颜色和垄作、平作种植方式影响不明显，但受温度和降水量影响显著[41]。

1.4 土壤酸碱度

表面上看来，土壤酸碱度对马铃薯干物质含量影响较小。很少有学者对这2个因素之间关系进行深入研究。一般来说，马铃薯应栽培在pH 4.8～7.0的弱酸性土壤环境中，以pH在5.0～5.5为佳，pH高于7.0马铃薯难出苗，易感疮痂病，影响干物质产量[42-44]。当马铃薯处于pH低于4.8的强酸土壤环境下，易产生植株矮化、叶面卷曲和品质下降等不良反应[42]。Smith[45]研究发现，pH在5.4～6.05时种植马铃薯块茎与pH较低时种植的马铃薯块茎相比，前者淀粉百分比含量更高，且pH小于5.0时马铃薯成熟较早，这可能是高酸度土壤种植的马铃薯品质较差的原因。

1.5 中耕与除草

中耕和化学除草的方法对马铃薯干物质直接影响不明显。常规方法的中耕可能会影响土壤水分，从而间接地影响块茎干物质含量。保墒中耕与灌溉对马铃薯生长的影响是异途同归，过度破坏深层土壤而造成水分丧失的中耕方法，都可能产生对马铃薯生长的反效果[46]。

马铃薯田的杂草群落组成与旱田作物玉米、大豆相近，虽存在一定地域差异，但主要以一年生禾本科与阔叶杂草如稗草、狗尾草、马唐、蟋蚌草、早熟禾以及藜、苋、蓼、繁缕、篇蓄、龙葵为主[47]。杂草要在初期消灭，否则土壤水分会通过其叶面蒸腾迅速减少，进而影响土壤水分，间接影响马铃薯干物质含量。虽然中国近年来不断减少化学除草试剂的使用量，但是目前马铃薯的除草方法还是以使用化学除草剂为主。

除草剂主要在种植前、出苗前和出苗后3个时段施用。根据Thakral和陈建平[48]的研究结果显示，在马铃薯播种后4～6周（出苗后）进行除草，可以把产量损失降到10%以内，并提高马铃薯的中大块茎产量。

中国目前广泛施用的播前除草剂为二甲戊乐灵（3 000～4 500 mL/hm2兑水60 kg）、氟乐灵（60～750 mL/hm2兑水750～900 kg）、利谷隆（300 mL/hm2兑水600～900 kg）、乙氧氟草醚（3 000～4 500 mL/hm2兑水600～900 kg）、绿麦隆（4 500 g/hm2兑水750 kg）、恶草灵（1 500～2 250 mL/hm2兑水900 kg），苗后除草剂为吡氟禾草灵（450～900 mL/hm2兑水600～900 kg）、禾草灵（3 000 mL/hm2兑水225 kg）、稀禾啶（3 000～4 500 mL/hm2兑水750～900 kg）、乙草胺（1 800 mL/hm2）[49,50]。截至目前，国内鲜见除草剂对马铃薯产量和品质的相关研究，仅有李明聪等[50]研究了不同类型除草剂对马铃薯块茎产量的影响，结果显示，施用1 800 mL/hm2乙草胺除草的马铃薯块茎产量最高，比对照不除草组可增产24.2%。国外相关研究结果表明，施用2,4-D（二氯苯氧乙酸）可以增加块茎比重[51,52]，且与提前收获相比，更有利于减少过大块茎比例，且不降低商品薯率[53]。但由于2,4-D 容易在作物果实中残留且有剧毒，在全球多个国家都不允许施用此类除草剂。

1.6 施 肥

施肥是最有效、快捷的增产提质措施[54]。马铃薯是喜肥作物，合理施肥可增加产量和提高品质，但过量施肥会导致产量品质降低、养分浪费、种植成本上升和环境污染压力增大[55]。为了能够更合理利用肥料资源并减少环境污染，国内外学者对马铃薯施肥技术进行了较多的研究。

大多数马铃薯种植地区，氮素无论是以基肥施入，还是按追肥施入，都对产量影响大。施氮主要对于马铃薯的小薯个数和大薯质量有影响[55]。氮素的吸收率最高时期是块茎形成期和块茎膨大期，根据不同地区土壤条件，马铃薯的商品薯率、淀粉含量和产量随施肥量在一定范围内呈递增趋势[56]。当施氮量过高时，会导致叶片伸展、薯秧过度生长，从而延长马铃薯的生育期，因此收获时马铃薯会不成熟，还原糖含量高且淀粉含量低。Smith和Nash[57]在美国纽约州的研究发现，以基肥67.3 kg/hm2生产的马铃薯干物质含量始终高于施氮134.5 kg/hm2的马铃薯，这说明单纯提高施氮量并不能提高马铃薯薯块的质量。此外，土壤硝态氮不易被土壤颗粒吸附而易随水分移动发生淋洗[58]，过多的施用氮肥不仅使生产成本增加，马铃薯质量下降，且有可能造成如地下水硝酸盐环境污染等问题[59]。

磷酸铵和重过磷酸钙是目前较为常见的磷肥。磷元素可刺激同化产物从叶到块茎的转移，以及淀粉合成中所需α-葡萄糖酸化酶的合成活性。磷元素不足会抑制马铃薯根系生长和干物质形成[56]。有研究发现，施磷可增加结薯率[60,61]和淀粉含量[62]。但是，也有研究表明，过量施用磷肥会导致马铃薯的商品薯率和块茎比重下降[56,63]。

马铃薯对于钾元素的需求量高，钾元素可有效增加马铃薯叶片的光合效率、蒸腾速率[64]，增加商品薯的个数，提高马铃薯块茎淀粉含量[65]。在中国农业生产中，一般通过施有机肥料和草木灰补充土壤中的钾元素[66]。此外，钾肥可以提高氮、磷肥的利用效率，使肥料效益充分发挥[67]。但钾肥应在一定范围内合理施用，重施钾肥会导致马铃薯块茎中的蛋白质含量降低[68,69]，钾肥利用率明显降低[70]，并引起干物质和淀粉含量降低，品质降低[63,71-73]。常用的钾肥主要有硫酸钾、氯化钾、硝酸钾等。相较于氯化钾和硝酸钾，硫酸钾更有助于干物质累积，利于提升马铃薯的产量和品质[68]，硫元素还是一些代谢和蛋白质形成的所需元素，所以硫酸钾是双重营养肥料[74]。

若干试验结果表明，有机肥和化肥配施可提高马铃薯产量和品质。Smith和Nash[57]发现，大豆秸秆作为绿肥可有效提高马铃薯块茎的干物质含量。相较于单施化肥或有机肥，氮磷钾复合肥与有机肥配施可更显著促进马铃薯生长，增加马铃薯的产量、淀粉含量，并提高水分利用效率[58,75,76]。

马铃薯连作会使土壤养分失衡，改变土壤理化性质[77]。Smith和Nash[57]在一项对10种类型轮作的研究中发现，马铃薯每年种植在同一地块上且不施肥或不利用肥田作物时，生产出的块茎比重较大，但商品薯率较低。前茬种植大豆后种植马铃薯，块茎比重较小，但块茎淀粉含量和商品薯率高。

2 农艺管理对马铃薯炸片和鲜食品质的影响

2.1 炸片品质

油炸后的薯片颜色是评价马铃薯油炸品质的主要因素，高质量的马铃薯油炸制品应为金褐色或浅黄色，且含油量低[78]。但是在高温油炸过程中，薯片中的还原糖与氨基酸会发生反应，产生褐色素，这个过程又被叫做“美拉德反应”（Maillard reaction），因此减少块茎中的还原糖含量可有效提高马铃薯的油炸品质。

相比一些其他品种，有些品种总是能生产出颜色较淡和外观吸引人的加工产品。目前国内有部分地区对于适宜油炸用的马铃薯品种进行了筛选，如闽南地区适宜油炸的品种有‘泉引1号’、‘中甸红’、‘W.F’和‘大西洋’[79]，青海省适宜的品种有‘临薯’、‘陇薯3号’、‘夏坡蒂’等[80]，这些品种的块茎还原糖含量均在0.33%以下，适宜作为油炸加工材料。

增施肥料对马铃薯还原糖含量和加工价值提升不大[81]，甚至过多施钾肥，会造成生产出的薯片颜色变深[82]，因此目前认为肥料总量和养分平衡对马铃薯薯片的颜色影响不大[83]。

在病虫害较为严重的地区，需要施用一些杀虫剂如六氯化苯（六六六）或林丹（Lindane），但是这2种杀虫剂都导致鲜马铃薯有“霉臭”异味[84]。当林丹以1.12 kg/hm2于马铃薯种植前施于土壤，会导致收获的马铃薯加工品带有异味[84]。

2.2 鲜食品质

马铃薯的蒸食品质评价主要由色泽、质构和风味组成。研究表明，马铃薯风味由250 多种挥发性物质构成，影响成分多且复杂，目前，尚未对农业生产管理对马铃薯蒸煮加工后风味的影响形成统一的定论[85,86]。质构品质方面，已有研究证明贮藏阶段的生理生化反应是影响鲜薯硬度的主要因素[87,88]。

马铃薯蒸煮后产生褐变的原因是三价铁与绿原酸反应，产生了深色络合物[89,90]。由试验证明，在高氮重钾[91]或低磷[92]施肥条件下，马铃薯块茎经蒸煮后颜色易变深。pH对马铃薯颜色变深有影响，以往试验观察到在有机酸含量丰富的淤泥土中马铃薯薯块颜色更深[32,57,93]。另外，试验证明在收获前几周的温度低于10℃，那么收获的薯块会比在正常温度条件下收获的马铃薯颜色更深[94]。目前还没有试验证明光照强度或土壤水分对马铃薯的颜色变深有直接影响。综上所述，需要在农业生产中保证适当施氮钾肥，施足磷肥，保证中性或偏酸性土壤pH，并在正常温度条件下收获，可以防止马铃薯薯块在蒸煮后出现颜色加深。

3 总结与展望

马铃薯的品质和产量受灌水、施肥等多种种植管理措施影响。增加水、肥投入，可提升马铃薯的产量和品质，但是超过一定范围，会导致马铃薯的水肥利用率下降，加工食用品质变差。综上可知，在今后研究中需要关注以下几点：首先，要针对当地气候、温度、土壤等条件，选取适合的种植方式及施肥管理措施；第二，种植马铃薯时应选择疏松且含矿物质多的土壤；第三，在施用一些新型杀虫剂时，需要注意其对马铃薯食用品质的影响；最后，加强有关马铃薯收贮运的研究，避免因贮藏不当造成马铃薯还原糖含量过高的情况，合理的大田管理措施和贮藏，是马铃薯节能、优质、高产的基础。