滴灌模式下苗期追施钙肥对马铃薯产量及块茎贮藏品质的影响

2021-12-31黄鹏翔刘玉汇曹正鹏秦舒浩张俊莲

西南农业学报 2021年11期

黄鹏翔，刘玉汇，刘震，曹正鹏，秦舒浩，张俊莲*

(1.甘肃农业大学园艺学院，甘肃兰州 730070；2.甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃兰州 730070；3.甘肃省陇南市经济作物技术推广总站，甘肃陇南 746005)

【研究意义】钙是植物生长发育必不可少的营养元素，对维持细胞壁胞间层和细胞膜结构和生理特性有重要作用，而且可以激活许多与细胞分裂和伸长的酶活性[1-2]。钙也被称为细胞内的第二信使，作为感受外界环境的不同变化，参与植物信号传导过程，从而提高植物的抗逆性[3-4]。钙能够提高果蔬的贮藏性，对果实采后的生理生化有着重要的作用，增施钙肥不但能明显提高其贮藏品质，还能有效减少采收后的腐烂问题[5]。马铃薯是仅次于小麦，水稻，玉米的第四大作物，且我国马铃薯种植面积及产量位居世界第一，其应用和食用价值十分广泛[6]。在马铃薯生长发育过程中增施钙肥，不仅能够促进主茎增粗、提高商品薯产量及块茎干物质的含量[7-8]，还可有效提高马铃薯块茎内钙离子含量[9]。Senay[10]研究得出，钙可以影响马铃薯生长发育和产量构成因素。马铃薯块茎钙含量的增加，可以延迟其块茎细胞的衰老，不同程度减少马铃薯病害发生，继而提高马铃薯块茎的贮藏性[11]。【前人研究进展】已有研究表明，增施外源钙肥，能够提高马铃薯产量和贮藏期马铃薯块茎的品质，但不同钙源对提高马铃薯产量研究较少，对提高块茎贮藏品质的最佳钙源和钙肥用量尚无统一结论。大田条件下，高建莉[12]研究发现，以滴灌的方式施硝酸钙用量在300 kg/hm2时，对提高马铃薯块茎品质方面有较好的效果。辛建华[13]认为，在盆栽条件下，增施氯化钙150～500 mg/L，均可有效提高块茎贮藏品质。而李文霞[14]则认为，以滴灌方式施氯化钙用量大于228 kg/hm2时，并不利于马铃薯块茎品质的形成。【本研究切入点】有报道认为，无机钙可以提高花生，玉米等作物的产量[15-16]，与无机钙相比，施用外源有机钙能显著提高苹果果实和冬枣果实的品质[17-18]，而外源有机钙对马铃薯产量和贮藏品质的影响却鲜有报道。【拟解决的关键问题】本研究以海斯薯为供试材料，研究在甘肃省中部干旱半干旱地区，无机钙和有机钙及其用量对马铃薯块茎贮藏品质及产量的影响，为马铃薯高效施肥方案和提高马铃薯产量及块茎品质改良提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

海斯薯(甘引2号)原原种，每粒大小约15 g。该品种由甘肃农业大学和定西马铃薯研究所从奥地利Agrico公司引进。

1.2 1.2试区概况

本试验于甘肃省定西市农业科学院试验站进行，该试验站位于甘肃省定西市安定区，海拔1900 m，东经104°50’，北纬35°42’，年平均气温6.4 ℃，干燥度2.53。该区土壤类型为黄绵土，土层深厚，肥力均匀中等。播种前土壤肥力状况为有机质12.1 mg/kg、全氮0.63 g/kg、碱解氮19.8 mg/kg、速效磷34.8 mg/kg、速效钾213.9 mg/kg、可溶性钙含量158.55 mg/kg、土壤pH 7.97。

1.3 试验设计

试验采用硝酸钙(广西茂斯福化肥有限公司)和有机钙(美国布兰特股份有限公司)做为钙源，进行双因素随机区组设计，硝酸钙(其成分为：12N-0P-0K-24Ca)设4个钙水平，分别为400 g/hm2(A1)，1200 g/hm2(A2)，2000 g/hm2(A3)，2800 g/hm2(A4)；有机钙(其成分为氮：100 g/L，水溶性钙：100 g/L)设4个钙水平，分别为400 g/hm2(B1)，1200 g/hm2(B2)，2000 g/hm2(B3)，2800 g/hm2(B4)，以不施钙，施尿素作为氮肥补平处理为对照(CK)。试验共9个处理，3次重复，27个小区，每小区种植5行，每行10株，株距为0.30 m，行距为0.70 m，小区面积为10.50 m2。出苗15 d后，每隔7 d以滴灌的方式施1次钙肥，共施4次。施用钙肥时，各处理水量一致，其它管理同一般大田。本试验于2019年4月27日播种，于2019年9月20日收获。试验处理见表1。

1.4 测定的项目及方法

收获时测定单株结薯数、单株薯重量、产量、大薯率、中薯率、小薯率及商品薯率。收获后，选无斑痕，无虫害，无机械损伤的的马铃薯块茎置于甘肃农业大学冷库贮藏，贮藏温度为1～4 ℃。分别在贮藏第0、45、90、135天取样，测定马铃薯块茎贮藏品质，主要包括块茎淀粉、还原糖、干物质、粗蛋白、维生素C的含量及块茎硬度。

表1 试验处理

1.4.1 贮藏品质的测定 (1)还原糖含量的测定：采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定还原糖含量[19]。

(2)干物质含量的测定：采用烘干称重法测定，分3次取30 g左右，总计约100 g薯肉称重(W1)，于105 ℃杀青30 min，再于85 ℃烘至恒重，再次称重(W2)。块茎干物质含量= (W2/W1)×100%[20]。

(3)块茎硬度的测定：使用质构分析仪(TA.XT Express,Stable MicroSystems Inc.，英国)对马铃薯块茎进行硬度测定，力量感应元10 kg，使用P2(2 mm)探头穿刺测定块茎硬度，测试速度2.0 mm/s，穿刺距离15 mm，块茎硬度为穿刺过程中受力峰值，每个块茎均在不同部位穿刺3次(沿块茎纵轴的近脐部、中心部位、近顶部)，每个处理测试3个块茎[21]。

(4)维生素C含量的测定：采用二氯酚靛酚滴定法[22]。

(5)淀粉含量的测定：采用水比重法测定淀粉含量[23]。

(6)粗蛋白含量的测定：凯氏定氮法[24]。使用K1100 全自动凯氏定氮仪。

1.4.2 产量及其构成因素 (1)产量：每小区随机挖出5株测产，测定单株结薯数(个)，单株薯重量(kg)，求5株平均数。根据小区面积计算产量。

(2)块茎商品性：块茎直径大于匍匐茎2倍的均计为有效薯块，用分析天平称量每株块茎鲜重。评价标准为：大薯200 g以上，中薯85～200 g，小薯85 g以下，商品薯=大薯+中薯。

1.5 数据处理

数据采用 Microsoft Excel 2010，SPSS 20.0和Origin 2018进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同钙肥处理对马铃薯块茎贮藏品质的影响

2.1.1 不同钙肥处理对马铃薯块茎贮藏期还原糖的影响由图1可知，随着贮藏期的延长，各处理块茎的还原糖含量大体上呈逐渐上升的变化趋势，且在贮藏90～135 d时达到最大。贮藏0～45 d，块茎还原糖含量快速增加，CK处理下达到最大增幅为70.59%，至贮藏45～135 d，各处理块茎的还原糖含量增幅较小，趋于稳定，其A3处理下增幅最大仅为12.82%。在0 d时，各处理间的块茎还原糖含量无明显变化趋势，其A3和B3处理的还原糖含量低于CK，分别低于2.90%和14.71%。贮藏45～90 d，钙肥处理下还原糖含量都低于CK，随着硝酸钙钙肥用量的增加，块茎还原糖含量呈先降低后增加的趋势；分别在贮藏45和90 d，有机钙的B2处理，块茎还原糖含量显著低于CK39.66%和42.19%。贮藏135 d时，施钙处理块茎还原糖含量均显著低于CK(P<0.05)，其中A2、B2、B3和B4处理还原糖含量显著低于其它各处理，分别较最大值CK降低了40.00%、41.54%、38.46%和40.00%。

图1 不同钙肥处理对马铃薯块茎贮藏期还原糖的影响Fig.1 Effects of different calcium fertilizer treatments on reducing sugars of potato tubers during storage

各钙肥处理的块茎还原糖含量在贮藏45～135 d块茎还原糖含量都均低于CK，且有机钙处理较硝酸钙处理相比，块茎的还原糖含量更低。

2.1.2 不同钙肥处理对马铃薯块茎贮藏期干物质含量的影响由图2可知，随着贮藏期的延长，CK处理块茎的干物质含量呈缓慢上升的变化趋势。贮藏0～135 d，不同钙肥处理下的块茎干物质含量增长都比较缓慢。在0 d时，各处理的块茎干物质含量无明显变化趋势，其中A4处理干物质含量最大，且较CK提高了18.40%。贮藏45～90 d，各钙肥处理的块茎干物质含量均高于CK，并且随着硝酸钙钙肥用量的增加，块茎干物质含量呈逐渐增加的变化趋势；随着有机钙肥用量的增加，块茎干物质含量无明显变化趋势。贮藏45 d时，A4处理干物质含量较CK有显著性差异(P<0.05)，较CK增加了19.53%；贮藏90 d时，B3处理干物质含量显著高于其它处理，较CK增加了15.76%。贮藏135 d时，块茎干物质含量随着钙肥用量的增加，呈先降低后增加的趋势，其中A4、B3、B4处理的块茎干物质含量显著高于CK，分别较CK提高了7.50%、9.04%和5.94%。

整体来看，不同钙肥处理显著提高了贮藏期块茎干物质含量。贮藏90～135 d时，有机钙的B3处理对马铃薯块茎干物质含量的增效明显优于硝酸钙。

2.1.3 不同钙肥处理对马铃薯块茎贮藏期维生素C含量的影响由图3可知，随着贮藏期的延长，各处理马铃薯块茎维生素C含量呈先降低后波动变化趋势。在0 d时，B1、B3和B4处理维生素C含量分别较CK提高了24.56%、17.70%和22.25%，且差异显著(P<0.05)。贮藏45 d时，各钙肥处理，块茎维生素C含量均低于CK，其中B2处理含量最低，较CK降低28.02%。贮藏90 d时，所有钙肥处理下维生素C含量都低于CK，其中A1、A2、A4和B4处理与CK存在显著性差异。随着苗期硝酸钙用量的增加，在贮藏135 d时，块茎维生素C含量呈缓慢下降的趋势；随着有机钙用量的增加，块茎维生素C含量呈先上升后降低的趋势，且A4、B1、B2和B3处理与CK无显著性差异，A1、A2和A3处理显著高于CK(P<0.05)，分别增加了22.00%，14.81%和14.28%。

图2 不同钙肥处理对马铃薯块茎贮藏期干物质含量的影响Fig.2 Effects of different calcium fertilizer treatments on the dry matter content of potato tubers during storage

总体而言，不同外源钙肥处理，在0 d时，马铃薯块茎的维生素C含量最大。贮藏135 d时，硝酸钙的A1处理下马铃薯块茎维生素C含量显著高于CK，有机钙处理下对块茎维生素C含量无明显变化。

2.1.4 不同钙肥处理对马铃薯块茎贮藏期淀粉含量的影响由图4可知，随着贮藏期的延长，CK处理下马铃薯块茎的淀粉含量呈逐渐下降的变化趋势。贮藏0～90 d，块茎淀粉含量快速下降，至贮藏90～135 d，各处理块茎淀粉含量缓慢下降，趋于稳定。在0 d时，随着钙肥用量的增加，块茎淀粉含量呈先降低后增加又降低的趋势，A3处理显著高于其它各处理，较CK增加了21.37%。贮藏45～90 d时，各处理块茎淀粉含量都高于CK，其中45和90 d时，A3、B1处理高于其它处理，分别较最小值CK增加了33.12%和35.84%。在贮藏135 d时，B1、B3和B4处理块茎淀粉含量显著高于CK(P<0.05)，较CK增加了27.69%，26.21%和30.66%。

图3 不同钙肥处理对马铃薯块茎贮藏期维生素C含量的影响Fig.3 Effects of different calcium fertilizer treatments on the vitamin C content of potato tubers during storage

图4 不同钙肥处理对马铃薯块茎贮藏期淀粉含量的影响Fig.4 Effects of different calcium fertilizer treatments on starch content of potato tubers during storage

总体而言，在0 d时，马铃薯块茎淀粉含量最高。贮藏135 d，各处理下的块茎淀粉含量都高于CK，且有机钙的B3处理较硝酸钙的A3相比，块茎淀粉含量更高。

2.1.5 不同钙肥处理对马铃薯块茎贮藏期粗蛋白含量的影响由图5可知，随着贮藏时间的延长，各处理下马铃薯块茎粗蛋白的含量呈先降低后增加的变化趋势。在0 d时，随着钙肥用量的增加，块茎粗蛋白的含量无明显的变化趋势，其中B2和B3处理下粗蛋白含量显著高于其它各处理，较CK增加了46.37%和48.60%。贮藏45 d，除了A1，A2和B1处理，其余各处理下块茎粗蛋白的含量均与CK有显著性差异(P<0.05)，其中B2处理块茎粗蛋白含量最大，较CK增加了37.85%。贮藏90 d时，随着钙肥用量的增加，硝酸钙和有机钙处理下的块茎粗蛋白含量均呈现先增加后降低的变化趋势，其中B2处理显著高于CK(P<0.05)，较CK增加了18.75%。贮藏135 d时，各处理下块茎粗蛋白含量都高于CK，其中A2和B3处理块茎粗蛋白含量显著高于CK(P<0.05)，较CK增加了25.22%和26.52%。

图5 不同钙肥处理对马铃薯块茎贮藏期粗蛋白含量的影响Fig.5 Effects of different calcium fertilizer treatments on the crude protein content of potato tubers during storage

结果表明，在0～135 d时，不同外源钙肥处理，块茎粗蛋白含量均高于CK。其在135 d时，块茎粗蛋白含量为最高。贮藏45～135 d时，有机钙的B2和B3处理对块茎粗蛋白的积累作用要优于硝酸钙。

2.1.6 不同钙肥处理对马铃薯块茎贮藏期硬度的影响由图6可知，随着贮藏时间的延长，各钙肥处理下马铃薯块茎硬度无明显的变化趋势。在0 d时，随着钙肥用量的增加，块茎硬度无明显的变化趋势，A1、A4和B2处理下，块茎硬度显著高于CK(P<0.05)，较CK增加了17.06%，12.30%和9.00%。贮藏45 d时，A4处理较CK增加了1.21%，其余各处理，块茎硬度与CK之间有显著性差异(P<0.05)。贮藏90 d时，A2和B3处理与CK有显著性差异(P<0.05)，分别较CK增加了22.04%和20.94%。贮藏135 d时，随着钙肥用量的增加，块茎硬度呈先降低后增加的变化趋势，B3处理块茎硬度最大，较CK增加了1.27%。

结果表明，从0～45 d时，不同外源钙肥处理，对块茎硬度无明显的变化。贮藏90～135 d时，不同外源钙肥处理可以增加块茎的硬度，其在90 d时，硝酸钙的A2处理和有机钙的B3处理可显著提高块茎硬度。

图6 不同钙肥处理对马铃薯块茎贮藏期硬度的影响Fig.6 Effects of different calcium fertilizer treatments on the hardness of potato tubers during storage

2.2 不同钙肥处理对马铃薯产量及其构成因素的影响

由表2可以看出，不同钙肥处理下马铃薯单株结薯数均高于CK处理，其B3处理显著高于CK(P<0.05)，较CK增加了61.39%，说明钙肥处理有助于促进薯块的形成。不同钙肥处理均有利于马铃薯产量的提高，不同浓度硝酸钙处理，马铃薯产量与CK无显著性差异，有机钙的B3处理，其产量显著高于CK(P<0.05)，是CK的1.80倍。不同钙肥处理下的单株薯重，其变化规律大致与产量相同，随着钙肥用量的增加，单株薯重呈现先增加后降低的趋势，各处理下单株薯重都高于CK，B3处理与CK有显著性差异，较CK增加了79.59%。不同浓度的硝酸钙处理，大薯率与CK无显著性差异，不同浓度有机钙处理，大薯率都高于CK，B3处理下最高，显著高于CK。不同钙肥处理下马铃薯的中薯率与CK无显著性差异，小薯率与大薯率呈相反的变化趋势，B3处理小薯率显著低于CK，仅为CK的73.37%。各钙肥处理下，对马铃薯的商品薯率均有提升作用，B3处理下商品薯率显著高于CK(P<0.05)，是CK的1.24倍，说明增施钙肥有助于商品薯的形成。

以上结果表明，在马铃薯苗期不同钙肥处理能有效增加马铃薯产量，单株结薯数，提高商品薯率。两种钙肥相比，有机钙的B3处理，对马铃薯的产量，单株结薯数，单株薯重，大薯率，商品薯率的效果要优于硝酸钙处理。

3 讨论

随着粮食、蔬菜、食品加工等领域对马铃薯的需求日益增大，人们对马铃薯的高产栽培和块茎贮藏品质的关注也日趋加强[25]。而钙可以防止细胞壁降解、抑制呼吸，乙烯生成和减少块茎病害的发生等作用，从而提高其产量和贮藏性[26]。因此增施外源钙可以改善马铃薯的外观，提高马铃薯块茎产量和贮藏品质，延长贮藏时间[27]。

施用外源钙促进了马铃薯生长发育，提高了产量，与对照相比，在一定范围内施钙肥可以提高马铃薯单株结薯数、单株薯重、大中小薯率及增加商品薯率这与李玉鹏[28]的研究结果一致。钙影响马铃薯块茎产量是一个较复杂的生理过程，目前普遍认为是钙离子增加了匍匐茎中细胞分裂素和赤霉素水平[29]。本实验中，相较硝酸钙处理，有机钙用量在2000 g/hm2时，显著提高马铃薯单株结薯数、单株薯重、大薯率和商品产量。

本试验结果表明，增施钙肥可以提高马铃薯块茎的贮藏品质。还原糖含量是马铃薯块茎品质中比较重要的一个，是影响马铃薯加工品质的重要因素之一[30]。杜强[31]认为，增施钙肥能够抑制还原糖含量的增加，使其保持在相对较低的水平。本研究结果表明，施用外源钙，可有效降低贮藏期块茎的还原糖含量，贮藏45～135 d时，硝酸钙和有机钙处理下，块茎还原糖含量均低于对照，两种钙肥相比，有机钙的效果要优于硝酸钙，其中有机钙用量为1200～2000 g/hm2时，块茎还原糖含量最低。淀粉是马铃薯中主要的碳水化合物来源，也是重要的品质指标[32]。本研究还发现，外源钙肥处理，可以提高贮藏期块茎淀粉含量，这与张丽秋等[33]的研究结果一致。钙能够明显抑制淀粉酶的活性，这可能是钙处理后马铃薯块茎在贮藏期淀粉含量相对较高的原因。在贮藏135 d时，两种钙肥相比，有机钙用量在2000 g/hm2时，块茎淀粉含量最高。

马铃薯块茎中营养丰富，其中粗蛋白等营养物质是衡量块茎品质重要指标[34]。刘喜平等[35]认为，增施钙肥对马铃薯块茎中粗蛋白质的积累起促进作用，这与本试验研究结果基本一致，其原因主要是钙可以促进糖酵解、三羧酸循环和磷酸戊糖途径，进而提高氨基酸的合成[36]。两种钙肥都可以提高块茎中的粗蛋白含量，有机钙和硝酸钙相比，有机钙用量在1200～2000 g/hm2时，在贮藏期间块茎中粗蛋白含量达到最大。增施钙肥在一定用量范围内还可以提高块茎干物质和维生素C的含量，同时减缓块茎硬度的降低，这与前人研究结果基本一致[37-39]。本研究发现，在贮藏90～135 d，与硝酸钙相比，施用有机钙用量为2000 g/hm2时，其块茎干物质含量均高于其它各处理，且显著高于对照。马铃薯是粮菜作物中维生素含量最丰富的，其中维生素C含量甚至高于苹果，梨等水果[40]，本研究发现，与对照相比，在贮藏135 d时，两种钙肥处理下，硝酸钙效果要优于有机钙，硝酸钙用量在400 g/hm2时，块茎维生素C含量最高。马铃薯块茎硬度是衡量薯肉抗压力强弱的指标，也是反映维生素C等营养等营养物质损失率的间接指标[41]。贮藏90 d时，施用硝酸钙和有机钙均能够改善块茎硬度，其A2处理>B3处理>对照，且差异显著；贮藏135 d时，硝酸钙处理，块茎硬度都低于对照，有机钙用量在2000 g/hm2时，块茎硬度最高，且显著高于其它各处理，因此，有机钙用量为2000 g/hm2，更有利于提高块茎硬度。