施用不同种类肥料对紫色马铃薯生长、产量品质及花青素的影响

2021-12-09张招娟黄家伟黄泷健郭玉春

江苏农业科学 2021年21期

张招娟黄家伟黄泷健郭玉春

摘要：研究复合肥、缓释肥和土壤调节剂加复合肥3种不同肥料对紫色马铃薯生长特性及花青素含量的影响。以紫色马铃薯华颂66为供试材料，施用复合肥为对照，采用随机区组排列设计，利用HPLC法定性定量分析紫色马铃薯花青素含量。结果表明，施用缓释肥对植株高度、叶面积指数和产量具有显著的促进作用;同时显著提高维生素C和淀粉含量;但显著降低还原糖含量。花青素含量在土壤调节剂加复合肥的施用中最高，在缓释肥施用中含量最低。高效液相色谱分析表明，施用缓释肥时，总花青素组分中缺少天竺葵色素，推测该施肥种类对天竺葵色素合成具有抑制作用。因此，在生产实践上应根据不同目标需求，合理选用不同种类肥料。

关键词：紫色马铃薯;肥料;生长特性;品质;花青素

中图分类号： S532.06 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）21-0094-06

收稿日期：2021-06-01

基金项目：福建省科技厅粮食重大专项子专题（编号：2017NZ0002-2）;福建省种业创新与产业化工程农业项目（编号：fjzycxny2017005）。

作者简介：张招娟（1971—），女，福建古田人，高级实验师，硕士生导师，主要从事马铃薯抗逆栽培与育种研究。E-mail：jzhzh702@sina.com。

马铃薯（Solanum tuberosum L.）属茄科茄属，其产量高、营养价值丰富、适应性强，加工用途广泛，已有130多个地区和国家种植马铃薯，主产国包括俄罗斯、中国、美国、印度等，种植总面积处于第4位，仅次于小麦、水稻和玉米[1]。马铃薯是中国第四大粮食作物，分布广、适应性强、产量高、营养丰富，粮菜饲兼用，加工用途多，经济效益好[2]。马铃薯品种多样，除生活中常见的黄皮马铃薯外，还有粉红、红、紫、金黄、黑等颜色的特色马铃薯品种，因其具有特殊的营养物质花青素而备受大众青睐[3]。花青素具有强抗氧化活性，特色马铃薯的花青素抗氧化活性是普通马铃薯的2～3倍[4-5];紫色马铃薯花青素具有很多有益的生物活性[6]。花青素还具有抑制癌细胞的增长，保护肝功能、降低血糖血脂、保护视力等功能[7]。因此推动彩色马铃薯产业对改善农业结构、增加农民持续增收、保障粮食安全具有重要作用[8]。

随着彩色马铃薯种植面积逐年扩大，化肥用量也随之增加，导致土壤板结，肥力下降，土壤酸度变化和其他不良后果[9]。因此不仅需要尽可能地保证马铃薯的产量和品质，同时也需要不影响土壤结构和降低有害物质的含量，注重对土壤资源的保护[10]。近年来，相关环境友好型的新型肥料已经逐渐受到人们的广泛关注，缓释肥在一定程度上简化了施肥次数，实现一次性施肥就能满足作物整个生长期的养分需求，有利于培育健壮植株，在提高肥料利用率的同时，大幅度减少了劳动成本投入[11]。土壤调节剂是世界農林业种植的新型绿色生产资料，能够改善土壤理化性状和微生物群落结构，从而提高紫色马铃薯的产量和品质[12]。因此，选择合适的肥料是促进彩色马铃薯产量，保护土壤结构、增加肥效的重要措施，本试验以紫色马铃薯“华颂66”为供试材料，研究复合肥、缓释肥和土壤调理剂施用效果，为紫色马铃薯的高效优质栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试紫色马铃薯品种华颂66由内蒙古华颂农业科技有限公司提供。施用的肥料种类：施丰源牌复合肥（N ∶P2O5 ∶K2O=16 ∶16 ∶16）、好康多牌缓释肥（N ∶P2O5 ∶K2O=14 ∶12 ∶14）、本然牌土壤调节剂（N ∶P2O5 ∶K2O=5 ∶5 ∶5）。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计试验在福建农林大学尤溪县洋中镇国家级农作物品种区试站进行。土壤为弱酸性沙壤土，土壤pH值5.5，有机质含量55.6 g/kg，碱释氮含量139.3 mg/kg，有效磷含量24.5 mg/kg，有效钾含量285.0 mg/kg。试验设3个处理，分别为复合肥（CK）、缓释肥、土壤调节剂+复合肥，保证3种肥料处理的N、P2O5、K2O含量一致。试验采用随机区组排列设计，设3次重复，每畦长 8.33 m，宽1.2 m，小区面积为20 m2。2019年1月9日整地时，将基肥均匀撒施于地表，而后翻耕、起垄。在畦中间挖种植沟，在沟内条施3种肥料，田间施用量见表1，2019年1月10日双畦双行播种种植马铃薯。播种密度为 60 000株/hm2。另设1个挖根考种区，试验地4周均设有保护行，采用黑膜覆盖栽培，栽培管理措施参照当地马铃薯生产方法进行。

1.2.2 测定项目及方法分别于播后30、45、60、75、90 d在挖根考种区随机选取10株长势一致、具有代表性的植株进行取样考种。（1）农艺性状。主要包括株高、SPAD、茎粗、叶鲜质量等。用手持式SPAD仪测定植株叶片的SPAD值;采用打孔法测定植株叶面积指数。

（2）根系活力。采用TTC法测定马铃薯根系活力。

（3）产量。收获时对3个小区进行全区测产;并记录大中小薯的数量及质量。

（4）品质测定。选取若干块茎，采用考马斯亮蓝G-250染色法测定蛋白质含量、DNS法测定还原糖含量、2，6-二氯靛酚滴定法测定抗坏血酸含量、烘干法测定干物质含量。

（5）花青素含量测定。采用 HPLC法定性定量分析。

1.3 数据处理

利用Microsoft Excel 2007 软件对数据进行统计，采用DPS软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 施用不同种类肥料的紫色马铃薯农艺性状

2.1.1 株高在马铃薯栽培中，以株高的生长变化来衡量各种栽培技术措施的效果，具有重要的参考价值[13]。从图1可以看出，不同时期施肥种类对紫色马铃薯华颂66的株高有一定的影响，但整体上株高呈不断上升的趋势。90 d时施用缓释肥的株高最高，为47.1 cm，与其他2个处理差异显著。75～90 d中3种施肥处理株高增长幅度最大，复合肥为21.38%、缓释肥为41.02%、土壤调节剂+复合肥为29.87%，其中缓释肥处理的株高显著高于其他2种施肥处理且增幅最大。

2.1.2 叶面积指数叶面积指数是衡量马铃薯光合作用能力的重要生理指标，叶面积越大越有利于提高光合利用率，促进植株生长所需能量物质的合成[14]。从图2可以看出，3种施肥种类下紫色马铃薯华颂66的整个生育期的叶面积指数均表现出显著差异，说明2种新型肥料对马铃薯的光合作用有明显的影响。播种后30 d时，施用缓释肥与其他2种肥料差异显著，而复合肥与土壤调节剂+复合肥差异不显著，说明土壤调节剂在作物生长发育前期作用不明显。45 d开始施用不同肥料之间叶面积指数均差异显著，说明肥料种类对马铃薯匍匐茎生长发育有不同影响。随生育期的推移，马铃薯叶面积指数逐渐增加，叶面积指数范围在0.03～0.10之间，播种后90 d时叶面积指数达到最大值，此时施用缓释肥叶面积指数最大，达0.09。整个生育期间缓释肥处理下的叶面积指数始终高于其他2个处理，表明施用缓释肥有利于马铃薯叶面积增长、光合产物的积累，有利于块茎产量的提高。

2.1.3 叶绿素相对含量叶片的SPAD值越大，说明马铃薯叶片的叶绿素相对含量越高，植株地上部分的光合作用越强。从图3可以看出，施用不同种类肥料的SPAD值整体上处于下降的趋势。播种后30 d时施用缓释肥的SPAD值最大，为45.4，但3种肥料处理差异不显著。播种后30～60 d期间施用土壤调节剂+复合肥的SPAD值变化明显，呈持续下降的趋势; 播种后60～90 d期间变化不大，说明土壤调节剂主要影响马铃薯植株生长发育是在播种后45～60 d。其他2种肥料处理表现一致，均在播种后60～75 d期间的叶绿素相对含量变化大，呈明显降低的趋势，减幅对照复合肥为27.79%、缓释肥为19.51%，其他时期波动幅度小。

2.1.4 根系活力根系活力能反映根的生长情况和活力水平，间接影响地上部分生长发育和营养状况。从图4可以看出，紫色马铃薯在施用不同肥料时根系活力随植株生长发育进程呈逐渐增加的趋势，具体表现为缓释肥>土壤调节剂+复合肥>复合肥，在播种后90 d时根系活力达到最大值，同比增长31.9%。在播种后30 d时，施用缓释肥和土壤调节剂+复合肥的促进作用不明显。在播种后 45～90 d时，施用不同种类肥料根系活力差异显著，表明2种新型肥料对根系活力的促进作用主要表现在植株生长的中后期，施用缓释肥在马铃薯生长中期对根的促进作用最大。

2.1.5 根冠比变化根冠比的大小是衡量施肥是否科学合理的重要标准[15-16]，能准确地反映施用不同肥料对马铃薯地上部和地下部生物量的相互影响[17]。从表2可以看出，施用3种类型肥料的根冠比表现为缓释肥>土壤调节剂+复合肥>复合肥（CK），说明施用缓释肥能增加紫色馬铃薯华颂66地上部和地下部的干质量。此外，施用缓释肥后的根冠比与施用复合肥（CK）比较差异明显，与施用土壤调节剂+复合肥差异不明显。其中施用缓释肥地上部干质量影响最大，达19.802 g，比施用复合肥（CK）高18.03%。施用3类型肥料间地下部干质量差异明显，施用缓释肥对地下部干质量最大，达1.795 g，比施用复合肥（CK）高33.66%。施用缓释肥根冠比最大，为0.090 6。

2.2 不同种类肥料对紫色马铃薯产量的影响

从表3可以看出，施用不同种类肥料对紫色马铃薯华颂66产量差异达极显著水平，小区平均产量在42～46 kg/hm2，平均折合产量在21 000～22 700 kg/hm2，施用缓释肥的产量最高，为 22 683.45 kg/hm2，比对照增产1 641.6 kg/hm2，增产7.8%;其次是施用土壤调节剂+复合肥的产量为22 179.75 kg/hm2，比对照增产1 137.9 kg/hm2，增产5.41%;施用复合肥（CK）的产量最低，为 21 041.85 kg/hm2。此外，商品性是衡量马铃薯经济效益的重要因素，通常以商品薯率表示。紫色马铃薯华颂66施用缓释肥的商品率最高，达92.3%;其次是施用土壤调节剂+复合肥的，商品薯率达89.58%;单施复合肥（CK）的商品率最低，仅为86.67%。施用缓释肥比复合肥（CK）马铃薯商品率提高5.63百分点，比土壤调节剂+复合肥的商品薯率提高2.72百分点，表明施用缓释肥有利于提高紫色马铃薯华颂66的商品性，提高了经济效益。

2.3 不同种类肥料对紫色马铃薯品质的影响

生物有机肥中含有氨基酸，而氨基酸是组成蛋白质的基本单位[18-19]。从表4可以看出，施用土壤调节剂+复合肥和缓释肥的蛋白质含量均高于复合肥（CK），对紫色马铃薯块茎蛋白质的积累有显著影响。其中施用土壤调节剂+复合肥后的蛋白质含量最高，为1.74 mg/g，比施用复合肥（CK）增加38.09%。施用缓释肥的蛋白质含量为1.42 mg/g，比施用复合肥（CK）增加12.70%。表明施用2种新型肥料均能提高紫色马铃薯的蛋白质含量。还原糖是衡量马铃薯加工品种的重要指标之一。施用土壤调节剂+复合肥后的还原糖含量最高，为0.28%，比施用复合肥（CK）提高12.00%。而施用缓释肥时还原糖含量仅为0.14%，比施用复合肥（CK）下降44%。3种施肥方式之间存在显著差异，说明不同种类肥料显著影响还原糖积累;施用缓释肥还原糖含量较低，马铃薯不易变质，耐储藏，有利于加工。施用缓释肥处理紫色马铃薯华颂66的维生素C的含量最高，为16.45 mg/100 g，比复合肥（CK）增33.31%。施用土壤调节剂+复合肥后维生素C含量为13.22 mg/100 g，比复合肥（CK）增7.13%。2种类型肥料与复合肥（CK）差异显著。表明施用2种新型肥料能够提高紫色马铃薯的维生素C含量。施用缓释肥时紫色马铃薯华颂66的淀粉含量最高，为15.652%，比施用复合肥（CK）、施用土壤调节剂+复合肥增加20.64%、11.21%。说明施用缓释肥能够提高紫色马铃薯华颂66的淀粉含量。

2.4 花青素所含色素种类及含量

从图5、图6可以看出，通过高效液相色谱法测出紫色马铃薯的块茎中主要存在6种花青素，分别为飞燕草色素、矢车菊色素、矮牵牛色素、天竺葵色素、芍药素、锦葵色素。3种不同种类肥料施用后各个色素的含量有所不同。从含量来看，土壤调节剂+复合肥处理的花青素总量最大，3种施肥方式中矮牵牛色素含量最高，分别占花青素总量的32.1%、35.1%、34.7%，缓释肥矮牵牛色素最高;其次是芍药色素，分别占花青素总量的32.1%、33.5%、29.9%。天竺葵色素含量最少，分别占花青素总量6.5%、0、6.2%，其中缓释肥处理基本不含天竺葵色素。3种肥料处理下的花青素总含量多少虽有差异，但各花青素组成比例基本一致，含量的高低主要是因为天竺葵色素的不同，说明施用不同种类肥料并不能引起色素种类的改变，且3种类型肥料施用后花青素的含量与紫色马铃薯中的天竺葵色素的积累有明显相关。

3 讨论与结论

廖佳丽等研究表明，施肥能够提高紫色马铃薯的株高，单施化肥氮磷钾以及化肥氮磷钾配施有机肥处理的株高较高，表明肥料中的氮、磷、钾是马铃薯旺盛生长时期中最主要的营养元素[20]。弓建国等研究表明，紫色马铃薯的商品率随氮、磷、钾施量的增加呈抛物线型上升，马铃薯商品率随有机肥施用量的增加基本呈直线型增加趋势[21]。俞凤芳研究表明，平衡施肥马铃薯单株结薯个数较普通施肥小区少，但大薯率高;平衡施肥与普通施肥相比单株大薯率和块茎平均质量差异极显著[22]。李勇等研究表明，氮磷钾配施处理与对照处理除主茎数差异不大外，其他主要农艺性状如茎粗、株高、叶面积指数均优于对照[23]。杨丽辉等研究表明，肥料配施可显著提高马铃薯还原糖、粗蛋白和氨基酸含量，以有机肥和氮磷钾配施处理效果最为明显[24]。马铃薯是需肥量较大的作物，肥料在马铃薯整个生育期扮演着十分重要的角色。生产实践证明，经过不同培肥处理后土壤微生物群落结构发生了一定的变化[25]，肥料的投入极大地促进了作物产量和经济效益的提高。张佩等报道，由于缓慢释放养分且与马铃薯养分吸收规律同步，因此能提高肥料利用率和经济效益，减少肥料淋溶对环境和土壤的污染[26]。俞巧钢等报道，缓释肥可明显促进茶花苗木生长，与普通肥相比，生物量增加，叶片的叶绿素含量增加，肥料氮利用率提高[27]。本试验在前人研究基础上进一步对紫色马铃薯品质和花青素开展深入的研究，以期为彩色马铃薯的高效优质安全栽培提供依据。

本试验选用紫色马铃薯华颂66，研究不同种类肥料对其农艺性状、产量品质和总花青素的影响。结果表明，施用缓释肥和增施土壤调节剂后紫色马铃薯华颂66的株高、SPAD值、叶面积指数、根冠比均有所提高。相关研究指出，虽然缓释肥价格较贵，但缓释肥相对于复合肥的淋溶挥发更少，可减少10%～20%使用量，同时可作1次性基肥施入，不用追肥，在减少肥料使用量和省工方面都有较明显优势。本试验中施用缓释肥比当地常规施用复合肥的增产7.8%;商品薯率最高，达92. 3%;蛋白质含量增加12.70%;还原糖含量下降44%;维生素C含量增加33.31%。结果表明，缓释肥对马铃薯生长、产量及品质有明显的促进作用。此外，施用土壤调节剂+复合肥后比只施用复合肥（CK）增产5.41%;蛋白质含量最高，为1.74 mg/g，比只施用复合肥（CK）高38.09%;还原糖含量提高12.00%;维生素C含量为13.22 mg/100 g，相较于只施用复合肥（CK）增幅7.13%。表明土壤调节剂+复合肥可通过调节土壤条件，防止土壤板结、增强土壤肥水渗透力，从而提高紫色马铃薯华颂66的产量和品质。施用缓释肥和土壤调节剂均可达到改善紫色马铃薯品质、提高产量的目标。

紫色马铃薯中含有丰富的花青素，花青素是一种天然色素对人们的身体健康有着重要保健作用。本试验通过高效液相色谱法的测定，结果施用土壤调节剂+复合肥的花青素含量最高，达 241.8 mg/100 g，而施用缓释肥花青素含量较低，仅为182.74 mg/100g。因此，在实际生产中应根据当地气候类型、土壤环境条件、肥料成本预算及目标产量、品质等多种因素综合考量，选用合适的肥料种类实现紫色马铃薯生产增收增效的目标。

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