深松对叶丛生长期甜菜形态结构特性及生物量积累特性的影响

阿不都卡地尔·库尔班，陈友强，刘华君，潘竟海，李小惠，林 明，鲁伟丹，白晓山，董心久，李思忠

(1.新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830091；2.伽师奥都农业有限公司，新疆伽师 844300)

0 引 言

【研究意义】甜菜(BetavulgarisL.)是世界制糖工业的主要原料之一[1]，也是我国主要的经济作物之一[2]。新疆甜菜种植区域作为我国三大甜菜种植区域之一[3]，甜菜种植面积不断向南疆温热区扩大。新疆南疆长年以铧式犁的翻耕制度及高强度机械作业，加剧了农田耕作层浅化，犁底层加厚，形成不合理耕层结构[4]，制约了作物生长发育与高产高效[5]。研究不同耕层结构对作物生长的影响，合理优化和改良耕层结构，创造有利于作物生长发育和作物持续高产稳产的土壤环境[6]。【前人研究进展】植物生长环境的差异导致植株形态结构特征的差异[7]，深松作为保护性耕作之一，能够打破犁底层的致密结构，加深耕层厚度，形成合理耕层结构[8-9]。深松深度超过犁底层，能够疏松土壤、提高土壤孔隙度、改善土壤团粒结构、加厚耕层、有利于根系对深层土壤中养分和水分的吸收利用，且能使植物根系形态优化，进而促进植物根系生长发育、且能提高作物产量[10-14]。甜菜植株叶片的形态结构特性直接影响着甜菜块根的形成和糖分的积累[15]。研究新疆南疆喀什新糖区甜菜叶源根库关系，对提高甜菜含糖量及产量有重要意义[16]。【本研究切入点】关于深松对小麦[17]、玉米[18]、棉花[4]、甘蔗[19]等作物生长影响研究有过报道。但有关深松对叶丛生长期甜菜形态结构特性及生物量积累的影响鲜有报道。需研究深松深度对新疆南疆甜菜叶丛生长期植株形态结构及生物量积累影响。【拟解决的关键问题】研究不同深松深度对叶丛生长期甜菜植株形态结构特性及生物量积累分配的调控的影响，为挖掘南疆甜菜增产增糖潜力提供重要的科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2020年4～10月在新疆伽师县和夏阿瓦提镇巴依托喀依村实施，位于喀什噶尔冲积平原中下游，天山南麓，塔里木盆地西缘。平均海拔高1 208.6 m，地处(N 39°35′58″，E 76°40′22″)。属暖温带内陆干燥气候区，年平均气温11.7℃，年均降雨量54 mm，无霜期232 d左右，昼夜温差大。供试土壤基理化学为0～20 cm，pH、有机质、速效氮、速效磷、速效钾分别为7.9、16.82 g/kg、67.0 mg/kg、30.6 mg/kg、167 m/kg。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用随机区组试验设计，设置4个处理，分别为未作深松处理(CK)、深松深度35 cm(S35)、深松深度45 cm(S45)、深松深度55 cm(S55)。供试品种KWS-1197(德国KWS种子股份有限公司)，采用等行距种植模式，1膜2行，行距为45 cm，株距为16 cm。理论密度13.89×104株/hm2，长8 m，宽4 m，小区面积32 m2，重复3次。于4月4日进行处理，4月5日进行播种，中耕2次，灌水6次，其他按大田处理。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 形态性状

于甜菜叶丛生长期每小区选取有代表性的5株甜菜测量各处理绿叶片数、第一片叶子(L1)至第八片叶子(L8)叶片长、叶片宽、叶片鲜重、叶柄长、叶柄粗及叶柄鲜重。

1.2.2.2 块根形态性状

于甜菜叶丛生长期每小区选取具有代表性的5株甜菜测量各处理块根长、块根直径、块根围及块根鲜重。

根冠比(RSR)=根部生物量积累(鲜重)叶丛期/地上部生物量积累(鲜重)叶丛期。

1.3 数据处理

采用SPSS19.0进行统计分析，方差分析均为0.05水平，采用Duncan新复极差多重比较法并用Excel2010作图。

2 结果与分析

2.1 深松深度对叶丛生长期甜菜不同叶序叶片结构特性的影响

研究表明，不同深松深度叶丛生长期甜菜叶片长、叶片宽及叶片鲜重均随叶序的增加呈先增后降的趋势。不同处理甜菜叶片长均L5出现峰值。不同处理间，S45、S55处理与CK相比显著(P<0.05)增加了10.30%、13.92%。不同叶片宽随叶序的增加而呈现先增后降的趋势，均L4出现峰值。不同处理间，S55处理L4叶宽对CK处理而言显著(P<0.05)增加了14.29%。不同叶片鲜重随叶序的增加而呈现先增后降的趋势，均L4出现峰值。不同处理间，S45、S55处理L4叶鲜重对CK处理而言显著(P<0.05)增加了23.39%、33.87%。甜菜叶丛期不同叶序中L4、L5叶片可作为功能叶，深松深度45～55 cm有利于促进功能叶片的生长，且促进叶片鲜重的增加，从而增加源。图1

图1 不同深松深度下叶丛期甜菜不同叶序叶片形态特性变化Fig.1 Effect of subsoiling depth on leaf morphological characteristics of different leaf arrangements in Sugar beet at leaf cluster stage

2.2 深松深度对叶丛生长期甜菜不同叶序叶柄形态特性的影响

研究表明，不同深松深度甜菜叶丛期叶柄长、叶柄粗及叶柄鲜重均随叶序的增加先增后降的趋势。不同处理甜菜叶柄长均L5出现峰值。L5叶柄长在不同处理间无显著差异(P>0.05)，不同处理大小表现S55>S45>S35>CK。不同叶柄粗随叶序的增加而呈现先增后降的趋势，均L5出现峰值。L5叶柄长在不同处理间无显著(P>0.05)差异，不同处理大小表现S55>S45>S35>CK。不同叶柄鲜重随叶序的增加而呈现先增后降的趋势。不同处理间，S55处理L6、L7、L8叶柄鲜重较CK处理相比分别显著(P<0.05)增加了41.24%、44.29%、41.53%。甜菜叶丛期不同叶序中L5叶片可作为功能叶，深松深度55 cm有利于促进功能叶L5叶柄的生长，提供叶片与块根物质较大的运输环境。图2

2.3 深松深度对叶丛生长期甜菜形态特性影响

2.3.1 深松深度对叶丛生长期甜菜块根形态特性的影响

研究表明，甜菜块根长、块根直径、块根围及块根鲜重在不同处理间均有显著(P<0.05)差异，甜菜块根长、块根直径、块根围及块根鲜重均随深松深度的增大而增大，大小均表现为S55>S45>S35>CK，其中S55比CK处理分别显著(P<0.05)增加了25.93%、25.59%、30.15%、19.19%。不同处理间S55与S45处理无显著(P>0.05)差异，其中S45比CK处理分别增加了17.96%、15.64%、24.37%、13.35%。S55处理均能有效促进甜菜叶丛期块根长、块根直径及块根围，增长块根生物量的积累。表1

表1 不同深松深度下叶丛生长期甜菜块根形态特性变化Table 1 Effects of subsoiling depth on morphological characteristics of sugar beet root tubers at leaf cluster stage

2.3.2 深松深度对叶丛生长期甜菜植株形态特性的影响

研究表明，甜菜绿叶数、叶柄鲜重比例不同处理间无显著(P<0.05)差异,其中甜菜绿叶数大小表现为S55>S45>S35>CK，S55处理甜菜绿叶数与CK增加了18.13%。甜菜单株总鲜重、叶片鲜重比例、块根鲜重比例、根冠比在不同处理间均有显著(P<0.05)差异，甜菜单株总鲜重和叶片鲜重比例随深松深度的增大而增大，大小均表现为S55>S45>S35>CK，其中S55比CK处理分别增加了29.99%、9.96%。甜菜块根鲜重比例和根冠比随深松深度的增大反而减小，大小均表现为CK>S35>S45>S55，其中S55比CK处理分别下降了8.35%、14.29%。S55处理有效促进叶丛期甜菜叶片生长，增加单株甜菜生物量的积累，为甜菜植株增加源。表2

表2 不同深松深度下甜菜叶丛期植株形态特性变化Table 2 Effects of subsoiling depth on morphological characteristics of Sugar beet plants at leaf cluster stage

2.4 叶丛生长期甜菜不同叶序形态特征与植株块根形态特性相关性

研究表明，块根长与叶片长L5，叶片宽L3，叶片鲜重L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7，叶柄长L2，叶柄鲜重L6、L7、L8呈极显著(P<0.01)正相关，块根长与叶片长L7，叶片宽L2、L4、L5、L6、L7，叶片鲜重L8，叶柄粗L6、L7，叶柄鲜重L1、L2、L3成显著(P<0.05)正相关；块根直径与叶片宽L2，叶片鲜重L1、L2、L3、L4、L5、L6，叶柄长L2，叶柄粗L6、叶柄鲜重L2、L6、L7、L8成极显著(P<0.01)正相关，块根直径与叶片长L4、L5、L7、L8，叶片宽L3、L4、L5、L6，叶片鲜重L3、L8，叶柄粗L7，叶柄鲜重L3成显著(P<0.05)正相关；块根围与叶片长L5、L7，叶片鲜重L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7，叶柄长L2，叶柄鲜重L6、L7、L8成极显著(P<0.01)正相关，块根围与叶片长L4，叶片宽L2、L3、L6、L7，叶片鲜重L8，叶柄粗L6、L7，叶柄鲜重L2、L3成显著(P<0.05)正相关；块根鲜重与叶片宽L2，叶片鲜重L2、L4、L5、L7，叶柄粗L6，叶柄鲜重L2、L7成极显著(P<0.01)正相关，块根鲜重与叶片长L4、L5，叶片宽L3、L4、L5、L7，叶片鲜重L1、L3、L6，叶柄长L2，叶柄粗L7，叶柄鲜重L3、L7、L8成显著(P<0.05)正相关。甜菜叶片鲜重与块根长、块根直径、块根围及块根鲜重相关性较强。表3

表3 甜菜不同叶序形态特性与植株块根形态特性相关性Table 3 Correlation between morphological characteristics of different leaf arrangements and root tubers in Sugarbeet

2.5 叶丛生长期甜菜叶片鲜重对植株块根形态特性的响应

研究表明，甜菜叶丛期叶片鲜重与块根长、块根直径、块根围及块根鲜重呈现直线关系，且相关性均达到极显著(P<0.01)正相关。在甜菜块根长与叶片鲜重关系中，甜菜块根长随叶片鲜重的增加而增加，呈现线性关系Y=0.053X+4.889，拟合值为0.751 3；在甜菜块根长与叶片鲜重关系中，甜菜块根长随叶片鲜重的增加而增加，呈现线性关系Y=0.021X+1.553，拟合值为0.785 5；在甜菜块根长与叶片鲜重关系中，甜菜块根长随叶片鲜重的增加而增加，呈现直线关系Y=0.837X+3.3725，拟合值为0.773 1；在甜菜块根长与叶片鲜重关系中，甜菜块根长随叶片鲜重的增加而增加，呈现线性关系Y=0.520 4X+72.735，拟合值为0.667 1。甜菜叶丛期叶片生物量(源)积累量越大，能有效促进块根(库)生物量的积累。图4

图4 不同甜菜叶片鲜重下植株块根形态特性变化Fig.4 Response of leaf fresh weight to morphological characteristics of root in Sugarbeet

3 讨 论

土壤耕层变浅、有效耕层土壤量减少及犁底层上移等耕层结构性问题已成为作物高产高效的主要制约因素[20]。合理深松可打破紧实犁底层的障碍,能够有效加深耕层和疏松土壤，进而改善土壤的渗透性，增加深层土壤蓄水量，促进根系向下伸长，进而为作物生长与产量形成创造一个适宜的土壤环境[21-22]。胡树平等[23]研究表明，深松可以有效改善植株的生长环境。潘金华等[24]研究表明，条带深松处理可明显增加烟叶发育后期的株高、茎粗、叶片大小和烟根干物质重量。前人[25-26]研究表明，土壤深松促进甘蔗生长速度加快、根系发达，甘蔗成熟期的株高、茎径、蔗糖分、青叶数提高。研究表明，甜菜叶丛生长期叶片长、叶片宽、叶片鲜重、叶柄长、叶柄粗及叶柄鲜重均随叶序的增加先增后降的趋势，不同叶序中L5叶片出现最大值，可作为功能叶，且深松深度55 cm处理叶丛生长期甜菜有利于促进功能叶(L5)和叶柄的生长，且促进叶片鲜重的增加，从而增加源，且提供叶片与块根物质较大的运输环境。

根系是吸收水分和养分的主要器官，根系形态、生理活性以及在土壤中的时空分布均能显著影响植株对水分和养分的吸收[27]。过厚的犁底层阻碍了作物根系的下扎，造成作物根系分布浅层化，不利于根系吸收深层水分和养分，易造成作物水分和养分亏缺[28]。根系吸收水分和养分增加主要靠根长和根直径的增加[29]。深松可以改善土壤孔隙状况, 增加土壤通透性,有利于根系下扎, 促进根系生长[30]，特别是下层根系干物质密度的增加, 增加根系纵深分布[31]。研究表明，深松深度55 cm均能有效促进甜菜叶丛期块根长、块根直径及块根围的增长，从而增长块根生物量的积累，与高中超等[32]深松能有效促进成熟期的甜菜根长增长、根粗增粗类似。研究表明[33-35]，合理的耕作方式能够提升根系对土壤养分的吸收利用能力，有利于地上部生物量的形成。研究表明，深松深度为55 cm有效增加甜菜叶丛生长期单株总鲜重和叶片鲜重比例。深松深度为55 cm能使甜菜块根鲜重比例和根冠比降低8.35%、14.29%，且有效促进叶丛生长期甜菜叶片的生长，从而增加甜菜地上部生物量的积累。前人[36-40]研究表明，通过确定作物器官生物量与形态参数的定量关系和作物形态参数之间的内在联系，建立形态结构参数模型。研究在甜菜叶丛生长期植株块根形态性状指标与不同叶序叶片、叶柄形态性状指标相关性中发现，甜菜叶片鲜重与块根长、块根直径、块根围及块根鲜重相关性较强，且呈现直线(P<0.01)正相关，甜菜叶丛期叶片生物量(源)积累量越大，能有效促进块根(库)生物量的积累。

4 结 论

甜菜叶丛生长期叶片长、叶片宽、叶片鲜重、叶柄长、叶柄粗及叶柄鲜重均随叶序的增加先增后降的趋势，其中L5叶片出现最大值，可作为功能叶，且深松深度为55 cm促进甜菜叶丛生长期功能叶片和叶柄的生长。深松55 cm与对照(CK)而言使甜菜叶丛期块根长、块根直径、块根围及块根鲜重显著(P<0.05)增加了25.93%、25.59%、30.15%、19.19%，使单株总鲜重和叶片鲜重比例分别增加了29.99%、9.96%，降低甜菜块根鲜重比例和根冠比8.35%、14.29%。在南疆深松深度为55 cm能有效促进甜菜叶丛生长期叶片生长，增加甜菜叶片生物量(源)的积累。