铁肥对马铃薯生理特性、产量及品质的影响

安 珍， 张茹艳， 周春涛， 张卫娜， 石铭福， 康益晨， 张俊莲， 秦舒浩

(甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州 730070)

马铃薯(SolanumtuberosumL.)是世界上第四大粮食作物[1-2]，作为甘肃地区的主要种植作物之一，在当地产业发展中具有不可替代的作用[3]。在马铃薯生产过程中，为了完善施肥制度并实现高产，除了施入必需元素之外，还需要施入微量元素来促进马铃薯生长，适量喷施铁肥对马铃薯的生理特性、产量及品质具有促进作用[4]。

铁元素作为一种重要的微量元素，会直接或者间接地影响植物的光合作用、呼吸作用，参与植物体内生长调节剂的合成，调控植物生长和植物体内氧化还原反应[5]等，还与植物体内活性氧代谢[6]及抗氧化酶系统[7]有关。近年来，铁肥在辣椒[8]、水稻[9]和花生[10]等农作物上得到广泛应用。有研究结果表明，叶面喷施铁肥对植物各器官具有促进作用。例如，施用螯合铁可促进小麦中大量元素、微量元素的协同作用，使其得到更充分的利用[11]；螯合铁对当归的光合作用、新陈代谢、营养物质合成具有明显的促进作用[12]；在番茄、白菜中施用铁肥，会提高其抗氧化酶活性，降低脯氨酸含量，促进作物对土壤有效养分的吸收，从而显著提高作物产量[13-14]。在马铃薯的生产过程中，叶面喷施适量铁元素，可以促进马铃薯植株生长发育，进而提高马铃薯的产量和品质[15]，但马铃薯对微量元素不同形式铁的吸收具有一定的差异性。铁在土壤中多以Fe3+形式存在，植物根系对其吸收利用率低，铁元素有效性不显著[16]，影响马铃薯的生理、产量及品质特性，因此需要对铁肥的配比进行细致研究。到目前为止，有关铁肥对马铃薯生理特性、产量及品质影响的研究较少，且结论尚不一致。本研究拟以马铃薯品种大西洋原原种为试验材料，探究铁肥对马铃薯生理特性、产量形成及品质的影响，筛选适合马铃薯生长的铁肥种类，以期为进一步改善马铃薯施肥技术，实现优质、高产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本试验于2020年5月10日至10月8日在甘肃农业大学园艺学院试验基地(36°5′20″N，103°41′59″E)进行，该区海拔1 530 m，年均气温9.6 ℃，无霜期191 d，年日照时数2 634 h，年降水量349.8 mm，年均蒸发量1 446.4 mm。试验区土壤为砂性灌淤土，土壤偏碱性，pH值为8.3，有效铁较缺乏。0～20 cm土壤速效氮含量20.10 mg/kg，速效磷含量23.20 mg/kg，速效钾含量152.42 mg/kg，有效铁含量2.63 mg/kg。4月26日整地起垄时将尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O516%)、硫酸钾(K2O 52%)按质量比N∶P2O5∶K2O=2∶1∶2的比例施入，其中尿素326.10 kg/hm2，过磷酸钙468.75 kg/hm2，硫酸钾288.45 kg/hm2。

1.2 试验材料

马铃薯品种为大西洋原原种，由定西市农业科学研究院提供。

1.3 试验设计

依据预试验中不同类型铁肥最适质量浓度配比的筛选结果，共设计6个处理(表1)，其中以等量清水作为对照(CK)。采用随机区组设计，3次重复，小区面积为48.99 m2；马铃薯采用覆膜垄播种模式(图1)，垄高20.00 cm，垄宽80.00 cm，垄距40.00 cm，每垄种植2行，播种深度为15.0 cm，行距40.0 cm，株距40.0 cm；栽培密度为1 hm25.25×104株。于2020年5月8日播种，6月4日(齐苗)开始处理，7 d为1个周期处理1次，苗期到块茎形成期(植株全部开花)共处理4次，喷施时间为8∶00-11∶00和16∶00-18∶00，以喷至叶面水滴形成并开始下滴为标准。2020年10月8日(块茎成熟期)收获薯块。

图1 马铃薯全膜垄播种植示意图Fig.1 Schematic diagram of potato whole film ridge planting

表1 试验处理

1.4 测定指标及测定方法

1.4.1 生长指标 铁肥处理后，在苗期、块茎形成期、块茎膨大期和块茎成熟期分别测定1次马铃薯的株高和茎粗。

株高：采用测量尺进行测量，沿植株茎，从子叶节到植株最高点的垂直高度；茎粗：采用游标卡尺测定，植株基部最粗处的横纵两个方向直径的平均值。

1.4.2 酶活性 本研究主要测定马铃薯块茎膨大期叶片中抗氧化酶的活性，设3次重复。超氧化物歧化酶(SOD)活性测定参见邹琦[17]的方法，过氧化物酶(POD)活性的测定采用任雪[18]的方法，过氧化氢酶(CAT)活性测定参见王丽等[19]的方法，丙二醛(MDA)含量测定参见杨娜娜等[20]的方法，脯氨酸(Pro)含量采用茚三酮比色法测定[21]。

1.4.3 产量及产量性状 收获时，各处理随机选取10株马铃薯进行测产，并考种；按照大薯(>150 g)、中薯(50～150 g)和小薯(<50 g)的标准分析产量构成性状，记录大薯、中薯、小薯的结薯个数及质量。按小区折算1 hm2的产量，并通过进一步计算得到增产率。

1.4.4 品质 马铃薯块茎收获后于4 ℃条件下贮藏，采用近红外品质分析仪测定块茎中淀粉、还原糖、维生素C(VC)、蛋白质含量[22]，为了保证可靠性，各处理均重复测定3次。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2010进行数据整理及统计，利用SPSS 25.0进行方差分析，用Duncan’s新复极差法(P<0.05)进行多重比较，使用Origin 2018绘图。

2 结果与分析

2.1 铁肥对马铃薯植株株高和茎粗的影响

图2显示，不同类型铁肥处理对马铃薯株高和茎粗的影响不同。在块茎成熟期，与CK相比，T1、T2、T3、T4、T5处理马铃薯株高分别增加13.37%、13.83%、11.06%、10.60%和25.81%，其中T5处理马铃薯株高增幅最大，显著高于CK(P<0.05)；与CK相比，T1、T2、T3、T4、T5处理马铃薯植株茎粗分别增加18.31%、36.72%、37.10%、27.66%、42.99%，T5处理的马铃薯植株茎粗增幅最大。

CK、T1、T2、T3、T4、T5见表1。图中同一生育期不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。图2 铁肥对马铃薯植株株高和茎粗的影响Fig.2 Effects of iron fertilizer on the potato plant height and stem diameter

2.2 铁肥对马铃薯植株抗氧化性的影响

2.2.1 铁肥对马铃薯SOD、POD、CAT活性的影响 图3显示，在块茎膨大期，马铃薯叶面喷施铁肥后其叶片抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性与对照相比显著升高。其中，T5处理SOD活性较CK、T1、T2、T3、T4处理分别升高42.06%、32.26%、20.13%、6.72%、24.97%。T5处理POD活性较其他5个处理增加0.83%～49.66%。与CK相比，T1～T5处理CAT活性分别提高20.73%、13.00%、28.61%、7.60%和40.41%，除T2处理与T4处理间CAT活性差异不显著外，其他各处理间差异显著(P<0.05)。综合考虑，本研究中6 mg/L螯合铁对抗氧化酶活性的影响最大，15 mg/L柠檬酸+36 mg/L硫酸铁次之。

CK、T1、T2、T3、T4、T5见表1。图中不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。图3 铁肥对马铃薯抗氧化酶活性的影响Fig.3 Effects of iron fertilizer on antioxidant enzyme activity of potato

2.2.2 铁肥对马铃薯植株MDA、Pro含量的影响 图4显示，增施铁肥后马铃薯叶片MDA、Pro含量均整体呈下降趋势。与CK相比，T1、T2、T3、T4、T5处理马铃薯叶片MDA含量分别降低7.55%、2.69%、12.46%、7.21%、16.55%，除T1处理与T4处理间MDA含量差异不显著外，其他各处理间均差异显著(P<0.05)。T5处理Pro含量较CK、T1、T2、T3、T4处理分别降低了40.64%、30.03%、18.66%、6.22%、18.58%。综上可知，6 mg/L螯合铁和15 mg/L柠檬酸+36 mg/L硫酸铁对MDA、Pro含量的影响较大。

CK、T1、T2、T3、T4、T5见表1。图中不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。图4 铁肥对马铃薯丙二醛、脯氨酸含量的影响Fig.4 Effects of iron fertilizer on malondialdehyde content and proline content of potato

2.3 铁肥对马铃薯产量及产量性状的影响

2.3.1 产量 图5显示，5种不同类型铁肥处理的马铃薯块茎产量均显著高于CK(P<0.05)，T1、T2、T3、T4、T5处理与CK相比分别增产12.26%、20.45%、27.95、14.95%、34.68%。其中，6 mg/L螯合铁处理马铃薯块茎产量最高，为62 537.22 kg/hm2，15 mg/L柠檬酸+36 mg/L硫酸铁处理马铃薯块茎产量次之，为59 412.21 kg/hm2，这2个处理间的马铃薯块茎产量差异不显著。

CK、T1、T2、T3、T4、T5见表1。图中不同小写字母表示不同处理间产量差异显著(P<0.05)。图5 铁肥对马铃薯产量的影响Fig.5 Effects of iron fertilizer on potato yield

2.3.2 产量性状 表2显示，与CK相比，5种铁肥处理马铃薯大薯、中薯、小薯的质量以及结薯个数均增加。测10株马铃薯的结薯质量，T1、T2、T3、T4、T5处理与CK相比，大薯质量增加9.77%～48.86%，中薯质量增加10.40%～40.53%，小薯质量增加2.72%～21.09%。测10株马铃薯的结薯个数，T1、T2、T3、T4、T5处理与CK相比，大薯个数增加15.00%～55.06%，中薯个数增加21.87%～48.42%，小薯个数增加6.27%～26.78%。

表2 各处理的马铃薯结薯性比较

2.4 铁肥对马铃薯品质的影响

图6显示，与CK相比，不同铁肥处理均可提高马铃薯中淀粉、还原糖、VC、蛋白质含量。与CK相比，T1～T5处理马铃薯块茎淀粉含量分别增加8.45%、30.77%、38.23%、24.96%、39.35%，T3处理与T5处理间淀粉含量差异不显著。与CK相比，T1～T5处理马铃薯块茎还原糖含量分别增加4.92%、13.13%、18.05%、13.13%和21.34%。与CK相比，T1～T5处理马铃薯块茎VC含量增加了6.08%～24.91%，其中T5处理马铃薯块茎VC含量最高，为19.26 μg/g；T3处理次之，为18.11 μg/g。T1～T5处理马铃薯块茎蛋白质含量较CK分别增加6.55%、11.92%、25.24%、16.54%、30.72%。

CK、T1、T2、T3、T4、T5见表1。图中不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。图6 铁肥对马铃薯品质的影响Fig.6 Effects of iron fertilizer on potato quality

2.5 马铃薯生理特性、产量、产量性状及品质的相关性和聚类分析结果

图7显示，马铃薯产量与株高、茎粗、SOD活性、POD活性、CAT活性、小薯质量、中薯质量、中薯个数、大薯质量、大薯个数、淀粉含量、还原糖含量、VC含量、蛋白质含量均呈极显著正相关,相关性由大到小依次为：VC含量(r=0.92***)>中薯个数(r=0.89***)>SOD活性(r=0.87***)=淀粉含量(r=0.87***)>POD活性(r=0.86***)=中薯质量(r=0.86***)=小薯质量(r=0.86***)>蛋白质含量(r=0.85***)>CAT活性(r=0.82***)>还原糖含量(r=0.78***)>大薯质量(r=0.77***)>茎粗(r=0.76***)=大薯个数(r=0.76***)>株高(r=0.65**)。小薯个数与产量以及其他指标的相关性都不高。产量与MDA含量、Pro含量呈极显著负相关，其中，产量与Pro含量的负相关性最高(r=-0.93***)。

*：0.05水平显著相关；**：0.01水平显著相关；***：0.001水平显著相关。r：相关系数。A:株高;B:茎粗;C:超氧化物歧化酶活性;D:过氧化物酶活性;E:过氧化氢酶活性;F:丙二醛含量;G:脯氨酸含量;H:产量;I:小薯质量;J:小薯个数;K:中薯质量;L:中薯个数;M:大薯质量;N:大薯个数;O:淀粉含量;P:还原糖含量;Q:维生素C含量;R：蛋白质含量。图7 马铃薯生理特性、产量、产量性状及品质的相关性Fig.7 Correlation of potato physiological characteristics, yield, yield traits and quality

根据不同指标间的差异，对各处理进行聚类分析，图8显示，可将所有处理分为两大类，分别是CK与T1处理、T2处理、T4处理为一类，T3处理与T5处理为一类。

CK、T1、T2、T3、T4、T5见表1。r：均一化参数。A:株高;B:茎粗;C:超氧化物歧化酶活性;D:过氧化物酶活性;E:过氧化氢酶活性;F:丙二醛含量;G:脯氨酸含量;H:产量;I:小薯质量;J:小薯个数;K:中薯质量;L:中薯个数;M:大薯质量;N:大薯个数;O:淀粉含量;P:还原糖含量;Q:维生素C含量;R：蛋白质含量。图8 马铃薯生理特性、产量、产量性状及品质的聚类结果Fig.8 The clustering results of potato physiological characteristics, yield, yield traits and quality

3 讨 论

铁在植物生长发育过程中发挥重要作用[23-27]。本研究结果表明，叶面喷施不同类型的铁肥均可促进马铃薯植株的生长，增加马铃薯叶片中抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性，降低MDA含量和Pro含量，并对马铃薯产量和品质产生一定影响。

株高和茎粗是作物生长量的基本指标，在实际栽培过程中，常以株高和茎粗的变化来衡量各种技术措施的效果，具有重要的参考意义[28]。喷施铁肥可以促进马铃薯的生长发育，从而为生育后期马铃薯产量形成以及淀粉、还原糖、VC、蛋白质的积累提供充足的营养[29]。在本研究中，喷施6 mg/L螯合铁最有利于马铃薯植株生长。

在一定范围内，抗氧化酶活性的增加会延缓植株的衰老[30]，提高植株的抗逆性[31]，从而提高马铃薯产量，改善块茎品质。本研究发现，在马铃薯块茎膨大期，叶面喷施铁肥会改变马铃薯抗氧化酶系统，增加叶片中SOD、POD、CAT活性，降低MDA含量和Pro含量。在不同处理中，6 mg/L螯合铁处理对马铃薯抗氧化系统影响最大。

施肥是提高马铃薯产量及增加经济效益的重要措施[32]。前人的研究结果[33-34]表明，叶面喷施铁肥可以提高小麦产量且以螯合铁的处理效果最佳，这与本研究结果一致。淀粉、还原糖、Vc和蛋白质是衡量马铃薯品质的几个重要指标，铁肥在马铃薯品质形成过程中发挥着重要作用，参与植物呼吸作用及多种物质代谢过程，并通过酶的作用对植物碳、氮代谢等产生广泛影响[35]。在本研究中，不同铁肥处理均能够增加马铃薯块茎中淀粉、还原糖、VC、蛋白质含量，其中6 mg/L螯合铁处理影响最大，15 mg/L柠檬酸+36 mg/L硫酸铁处理次之。螯合铁肥的施肥成本较高，因此在实际生产过程中，若以经济效益为原则，建议喷施柠檬酸和硫酸铁混合而成的络合物，其肥效与螯合铁相近，既可达到增产、提高品质的效果，又可降低经济成本。

4 结 论

增施铁肥均可促进马铃薯生长，提高叶片中SOD、POD、CAT活性，降低MDA、Pro含量，提高马铃薯产量和品质。综上，叶面喷施6 mg/L螯合铁处理或15 mg/L柠檬酸+36 mg/L硫酸铁处理可作为马铃薯优质高产的施肥技术体系之一。