榆阳区不同品种马铃薯生态适应性研究

白尚尚，江林春，邓新为，刘世鹏，2*

（1. 延安大学生命科学学院；2. 陕西省红枣重点实验室，陕西延安 716000）

马铃薯（Solanum tuberosumL）是我国的第三大主要粮食作物，其产量、品质的高低影响着国家的粮食安全战略［1-2］。当前，我国马铃薯的种薯繁育体系的建立不完善，加上环境气候因素［3］、遗传因素、栽培耕作技术［4］等多重因素的影响，如何提高马铃薯的产量和品质是需要攻克的难点［5-6］。目前，国内外关于马铃薯的研究主要集中于抗旱性［7-8］、抗病性［9］、水肥管理［10-12］以及马铃薯二次加工的工艺研究［13］等方面，各地区在品种筛选方面的研究［14］也比较多，但对陕西省榆阳区不同品种的选育鲜有报道。西北是我国马铃薯最大种植区域之一［15］，而榆阳区位于毛乌素沙漠和黄土高原的交界处，土质疏松，昼夜温差大，非常适合马铃薯的生长。本研究对榆阳区新引进的6个马铃薯品种进行相同管理条件下的大田试验，对其块茎产量、品质和根层土壤养分进行比较，并对块茎产量、品质指标进行主成分分析，最后对块茎产量、品质与土壤养分进行偏最小二乘回归分析，探究土壤残留养分与马铃薯块茎产量、品质的关系，以期进一步完善榆阳区马铃薯块茎产量、品质的综合评价体系，为不同品种马铃薯在榆阳区选育和种植生产提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况及材料

试验地位于陕西省榆林市榆阳区，于2020 年5—9 月在榆林市现代农业科技示范园“西北农林科技大学马铃薯试验示范站”进行，该试验地位于东经38°22′、北纬109°45′，海拔1 102.2 m。试验站土壤为沙质土，供试土壤pH 值为8.00，土壤容重为1.38 g·cm-3，土壤有机质含量为3.46 g·kg-1，土壤碱解氮含量为14.32 mg·kg-1，土壤铵态氮含量为5.8 mg·kg-1，土壤硝态氮含量为2.1 mg·kg-1，土壤有效磷含量为6.2 mg·kg-1，土壤速效钾含量为67.4 mg·kg-1。

1.2 试验设计

本试验中马铃薯统一使用机械化种植模式种植，各垄之间宽度约为90 cm，两株马铃薯之间播种距离约为25 cm。每小区种植3 垄，小区宽1.8 m，长20 m，小区面积为36 m2。在保证土壤状况、种植密度、施肥水平、田间管理均相同的同一环境条件下种植，播种日期2020 年5 月13 日，将刀用70%乙醇消毒后切割马铃薯，每块留1 个芽眼，播种深度8~10 cm。试验肥料采用当地农民常用肥料，分别选用磷酸二铵（N 18%、P2O546%）、尿素（N 46.4%）和硝酸钾（N 13.5%、K2O 46%）混合配比施用。施肥采用同一水平，根据当地推荐施肥水平设为N-P2O5-K2O（200-80-300）kg·hm-2。

1.3 试验测定指标与方法

1.3.1 样品采集

马铃薯样品采集：2020年9月26日分别采样6个品种马铃薯，每个品种在3 垄中随机选取5 株块茎，称重并记录后装入塑料袋并密封，做好标记。土壤样品采集：在马铃薯样地中随机选取5个取样点，且每个取样点距马铃薯植株根部10~20 cm，利用取土钻沿垂直方向取0~60 cm 土壤，每10 cm 为一层装入塑封袋并密封，做好标记，带回测定土壤指标。土样经风干磨细后，过0.85 mm 筛，用于测定硝态氮、有效磷、速效钾含量。

1.3.2 测定指标与方法

马铃薯品质指标测定方法：粗蛋白质采用考马斯亮蓝法［16］；淀粉采用碘比色法测定［17］；可溶性总糖采用蔥酮比色法测定［18］；还原糖采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定［19］；维生素C 采用2，6-二氯酚靛酚滴定法与碘量法［20］。

土壤测定方法：pH 值采用雷磁PHB-4 便携式pH 计测定［21］；电导率采用雷磁便携式电导率仪测定［21］；硝态氮含量采用紫外分光光度计法测定［21］；碱解氮采用碱解扩散法测定［21］；有机质采用重铬酸钾容量法——外加热法测定［21］；有效磷含量采用钼蓝比色法测定［21］；速效钾含量采用火焰光度法测定［21］。

1.4 数据采集与处理

使用Microsoft Excel 2010 对数据进行预处理；采用SPSS.20 统计软件进行单因素方差分析、主成分分析和偏最小二乘回归分析，运用Duncan’s法进行多重比较；采用Origin 2018进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同品种马铃薯产量与品质的比较

如图1 所示，对6 个品种马铃薯块茎的产量和品质进行比较分析，对于单株薯重（图1A），天薯14号除与榆薯3 号无显著性差异外，与其余品种相比较均有显著性差异（P<0.05），单株薯重最大的是天薯14 号，为1 236.00 g·plant-1，比最低的陇薯16 号高出135.88%；对于淀粉含量指标（图1B），6个品种之间均未见显著性差异（P>0.05），丽薯7号的含量最高，占比12.55%；对于可溶性总糖（图1C），丽薯7 号除与榆薯3号无显著性差异（P>0.05）外，与其余4个品种均有显著性差异（P<0.05），其中丽薯7 号的可溶性总糖含量约为宁薯18 号的3.5 倍；对于还原糖含量（图1D），陇薯16 号、宁薯18 号分别与其余5 个品种均存在显著差异（P<0.05），其还原糖含量由大到小表现为陇薯16号>宁薯17号>丽薯7号>天薯14号>榆薯3 号>宁薯18 号；对于粗蛋白质（图1E），榆薯3 号与其余5 个品种均有显著差异（P<0.05），且5 个品种之间未见显著差异（P>0.05）；对于维生素C 含量（图1F），榆薯3 号、丽薯7 号分别与其余5 个品种均存在显著性差异（P<0.05），榆薯3 号比宁薯18 号约高5.7个百分点，其余组间的相关品质指标未见显著性差异（P>0.05）。

图1 不同品种马铃薯块茎的产量、品质比较

2.2 不同品种马铃薯土壤因子的比较

如图2 所示，对6 个品种马铃薯土壤因子进行比较分析，在0~60 cm 土层下，碱解氮含量范围为4.02~28.56 mg·kg-1（图2A），均值为8.06 mg·kg-1，变异系数为39.57%，其中天薯14 号的均值含量最高，为20.65 mg·kg-1；土层的pH值范围为8.19~8.96（图2B），均值为8.61，变异系数为3.10%，其中陇薯16号的均值最大，为8.84，而丽薯7号和榆薯3号的pH值远低于其余4 个品种；土层的有机质含量范围为2.38~9.31 g·kg-1（图2C），均值为6.21 g·kg-1，变异系数为29.65%，其中宁薯17号的均值最高，为7.48 g·kg-1；土层的速效钾含量范围为45.00~222.40 mg·kg-1（图2D），均值为119.39 mg·kg-1，变异系数为37.88%，其中天薯14 号的均值最高，为144.10 mg·kg-1；土层的电导率范围为46.76~196.42 μs·cm-1（图2E），均值为100.74 μs·cm-1，变异系数为44.19%，其中榆薯3号的均值最大，为165.45 μs·cm-1；土层的有效磷含量范围在3.12~42.31 mg·kg-1（图2F），均值为14.34 mg·kg-1，变异系数为84.96%，其中天薯14 号的均值最高，为18.59 mg·kg-1；土壤含水量范围为1.63%~8.51%（图2G），均值为5.09%，变异系数为35.01%，其中榆薯3 号的均值最大，为6.39%；土层的硝态氮含量范围为1.09~19.05 mg·kg-1（图2H），均值为6.17 mg·kg-1，变异系数为69.55%，其中榆薯3号的均值排第一，为13.97 mg·kg-1，且远高于其他品种；土层的铵态氮含量范围为4.52~15.60 mg·kg-1（图2I），均值为9.34 mg·kg-1，变异系数为29.87%，其中丽薯7 号的均值最高，为13.89 mg·kg-1。对土壤因子指标进行整体分析，发现随着土壤深度的增加，土壤碱解氮含量、有机质含量、速效钾含量、有效磷含量总体呈下降趋势；大多数品种的pH 值、电导率、硝态氮含量保持相对稳定；不同品种土壤的含水量和铵态氮含量值波动范围较大。

2.3 不同品种马铃薯品质的综合评价

采用主成分分析对马铃薯品质进行综合评价（表1），选取其中特征值≥1 的3 个主成分，累计贡献率为89.170%，可以解释原始变量的大部分主要信息。第1 主成分特征值为2.391，其方差贡献率为39.849%；第2主成分特征值为1.768，方差贡献率为29.470%；第3主成分特征值为1.191，其方差贡献率为19.851%。

图2 不同品种马铃薯土壤因子的比较

表1 主成分特征值、方差贡献率和累计贡献率

根据表2 的因子得分系数矩阵及其所对应的主成分，可以计算出各个主成分因子得分，公式如下：

表2 因子得分系数矩阵表

式中及表中，y1~y6分别表示单株薯重、可溶性总糖、淀粉、粗蛋白质、维生素C、还原糖6个品质指标；F1、F2和F3分别表示各主成分得分值。

结合主成分因子得分公式并以各主成分方差贡献率为权重，构建马铃薯品质综合评价得分函数，公式如下：

式中，F为不同品种马铃薯品质的综合评价得分值。

根据综合评价得分函数计算出不同品种马铃薯品质的综合得分及其排序（表3），其F 值越大，表明该品种马铃薯的综合指标越好。针对6个不同品种马铃薯综合排名，丽薯7 号的综合品质得分最高，即其综合评价最佳，其次为榆薯3号、陇薯16号、宁薯17 号、天薯14 号、宁薯18 号，其中宁薯17 号、宁薯18 号和天薯14 号其得分在-0.12~-0.59 范围内，表明这3个品种的马铃薯综合评价较差。

表3 不同品种马铃薯品质因子得分与综合得分

2.4 马铃薯产量和品质与土壤因子的偏最小二乘回归分析

本研究选取变量投影重要性值大于1的土壤因子［22］，作为影响马铃薯块茎产量和品质的重要因子，主要有土壤含水量（x1）、pH 值（x2）、电导率（x3）、速效钾（x4）、有机质（x5）、碱解氮（x6）、铵态氮（x7）、硝态氮（x8）、有效磷（x9）。由表4 可知，土壤含水量对可溶性总糖、维生素C 和还原糖的影响较大；pH 值对单株薯重、粗蛋白质、维生素C和还原糖的影响较大；电导率对除可溶性总糖外其余品质指标有较大影响；速效钾对单株薯重、可溶性总糖、淀粉的影响较大；有机质、碱解氮和有效磷对单株薯重的影响较大；铵态氮对除单株薯重外的其余品质指标有较大影响；硝态氮对除还原糖外的其余品质指标有较大影响。

根据筛选出的主要土壤因子，应用偏最小二乘回归分析法，以土壤因子为自变量，马铃薯块茎的产量和品质指标为因变量建立回归方程（表5）。回归方程的系数表示不同土壤因子对马铃薯块茎产量和品质的重要程度，系数越小，表明土壤因子对马铃薯块茎产量和品质的影响越小，反之亦然；回归方程的符号表示土壤因子对马铃薯块茎产量和品质的正负效应，土壤因子为负表明有负面的影响，土壤因子为正表明有正面的影响。

表4 影响马铃薯块茎产量和品质的土壤因子变量的投影重要性

表5 土壤因子与马铃薯块茎产量和品质的回归方程

单株薯重主要受pH 值、电导率、速效钾、有机质、碱解氮、硝态氮、有效磷的影响；可溶性总糖主要受土壤含水量、速效钾、铵态氮、硝态氮的影响；淀粉主要受电导率、速效钾、铵态氮、硝态氮的影响；粗蛋白质主要受pH 值、电导率、硝态氮、有效磷的影响；维生素C 主要受土壤含水量、pH 值、电导率、铵态氮、硝态氮的影响；还原糖主要受土壤含水量、pH值、电导率、铵态氮的影响。

3 讨论与结论

品种选育是提升马铃薯产量和品质的关键因素之一，筛选出适宜当地生长的优良品种对马铃薯产业的发展有重要的意义［23-24］。王秀康等［25］通过主成分分析法分析了施肥量对马铃薯块茎品质的影响。常勇等［26］通过比较的方法从7个马铃薯品种中筛选出3 个商品性状好、产量高的品种。本文通过对6 个不同品种马铃薯块茎产量和品质的比较，得出天薯14 号的产量最高，但其可溶性总糖、还原糖、粗蛋白质和维生素C含量都相对较低，在进行主成分综合评价后，仅能排第5 名。而丽薯7 号和榆薯3号分别排第1名和第2名，其淀粉、可溶性总糖、还原糖、粗蛋白质和维生素C 含量都相对较高。根据油炸薯条、薯片的原材料还原糖含量鲜重约为0.10%，炸薯片的上限不超过0.30%，炸薯条的上限不超0.50%［27］，本研究的6 个马铃薯品种均可作为加工薯条薯片的原材料。

此外，在植株生长发育过程中，需要大量土壤养分来支撑，而氮素是对产量及品质影响最为显著的土壤因子［28］。施用钾肥可促进块茎干物质积累，促进粗淀粉、维生素C 和可溶性蛋白的合成。适量钾肥可降低马铃薯块茎还原糖含量。合理施磷肥有利于提高马铃薯淀粉含量，改善淀粉品质，促进氮素吸收。马铃薯块茎营养丰富，其中淀粉、蛋白质和维生素等营养物质是衡量马铃薯块茎品质的主要指标，而这些营养物质含量除由遗传学控制外，还受温度、水分、土壤特性等生态因素影响［29］。不同品种马铃薯吸收土壤养分能力的不同，导致土壤层的养分含量均不相同。本研究对6个品种马铃薯的根层残留的水分、养分进行比较，榆薯3号的土壤含水量最高，即其耗水量最低，同时其硝态氮含量和电导率也是最高的；陇薯16号的pH 值最大；天薯14号的碱解氮含量、速效钾含量和有效磷含量均是最高的，即其对这3种养分的吸收最少；宁薯17号的有机质含量最高；丽薯7 号的铵态氮含量最高。根据各个品种对水分、养分的吸收不同，可制定精准的水肥管理方案。

综上所述，丽薯7号马铃薯生态性适应强，适宜于榆阳区土质种植，其产量和品质的综合评价为6个品种马铃薯中最佳，建议在榆阳区推广使用。