不同生态型马铃薯品种对湖南春季和秋季环境条件的响应

2023-11-21田敏姜艳芳张慧菊胡新喜

作物研究 2023年5期

田敏，姜艳芳，张慧菊，胡新喜

(湖南农业大学园艺学院/湖南省马铃薯工程技术研究中心，湖南长沙 410128)

马铃薯(Solanum tuberosumL.)原产于南美洲安第斯山区，是茄科属一年生草本块茎作物[1-2]。而我国马铃薯种植面积居世界第一位。马铃薯对环境的适应性较强，产量高，营养丰富，喜欢低温冷凉的生长环境，在我国各地都得到大面积推广种植。根据各地气候、地理条件、栽培制度和栽培类型等，可将马铃薯栽培区域划分为北方一作区、中原二作区、西南混作区以及南方冬作区四大区域[3]。马铃薯早熟品种主要分布在南方冬作区、中原二作区和西南低海拔二作区，中晚熟品种主要分布在北方一作区和西南的中、高海拔区。马铃薯产量和品质受品种特性与外部环境、栽培措施等的影响，环境条件特别是气温和光照对马铃薯植株生长、块茎的形成、膨大和产量的影响至关重要。因各地区环境条件不同，不同区域马铃薯的年生产周期和耕作时间差别较大[4]。研究[5-9]表明，马铃薯在较冷凉(8 ～21 ℃)的温度条件下才能正常产生块茎，其最适生长温度为21℃。温度过高会抑制植株的生长，当日平均温度超过21 ℃时，马铃薯块茎的生长发育会受到一定抑制，当超过24 ℃时，这种抑制则会加强[10-11]。 Blanc等[12]研究认为，昼夜温度的变化更有利于块茎的形成。马铃薯是喜光作物，长日照有利于马铃薯植株茎叶的生长和开花、结实[13]，而短日照条件则有利于马铃薯块茎的形成[14]。张永成和田丰[15]研究表明，马铃薯株高与日照时数呈极显著正相关，日照时数越长，株高越高。但因不同品种马铃薯对光周期的感应程度不同，光周期变化对马铃薯普通栽培品种中的晚熟品种薯块和茎叶生长的影响比其他类型品种都要大[16-18]。大部分早熟品种对光周期反应不是特别敏感，尤其是极早熟的品种，即便是在长日照条件下也能正常结薯，并且还能获得较高的产量[19-21]。因此，高温长日照对茎叶生长有利，可促进匍匐茎伸长，抑制块茎形成；而较低温度及短日照易引起匍匐茎顶端膨大，有利于块茎形成和获得高产[22-23]，但短日照处理可以消除高温带来的负面影响[24]，且不同马铃薯品种对温度和光周期的要求不同[25-27]。在实际生产中，马铃薯生长受温、光等多种因子的综合影响，远比单一因子的影响更复杂。湖南位于亚热带季风湿润气候区，季节明显，光照、热度和水分基本同季，春季和秋季适合马铃薯的生长。春季气温逐渐升高、日长逐渐延长，雨水充足，较适合早熟马铃薯生长；而秋季早期气温高，随后气温逐渐降低，日长逐渐缩短，雨水相对较少。湖南露地环境条件不适合进行马铃薯杂交育种，因此生产上的主推品种多由其他地方引进。但引种前需进行品种比较试验以降低种植风险。由于湖南春、秋季条件差异较大，需分别进行品种比较试验。本研究选择全国不同生态区域种植的8 个典型马铃薯品种，在湖南春季和秋季的环境条件下对其主要农艺性状进行鉴定评价，分析不同品种马铃薯对湖南春季和秋季环境条件的响应，以期为湖南春马铃薯和秋马铃薯的引种、品种选育和筛选提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本试验以中薯5 号、中薯18 号、尤金、冀张薯12 号、陇薯7 号、合作88、丽薯6 号、青薯9 号为试验材料(表1)，在湖南省长沙市湖南农业大学耘园试验基地(28°07′58″N，113°17′32″E，海拔57 m) 进行试验。

表1 不同生态区域马铃薯品种基本情况Table 1 Introduction of potato varieties from different ecological regions

1.2 试验方法

选择完好、无病害的脱毒种薯，于春季将种薯切块进行种植。春马铃薯收获后，留30 ～50 g/个的无病虫马铃薯作为秋马铃薯的种薯，晾干表面水分后，贮藏于4 ℃冷库。 7 月20 日，将种薯取出置于20 ℃条件下，通过散射光催芽。播种前10 d 左右，试验地用旋耕机翻耕，翻耕深度30 cm 以上。

以上8 个马铃薯品种均种植2 季，1 季春马铃薯和1 季秋马铃薯。试验采用随机区组设计，小区面积20 m2，3 次重复。春季播种时间为2019 年12月10 日，秋季播种时间为2020 年9 月9 日，采用单垄双行种植，春季垄宽(包沟)1 m，秋季垄宽(包沟)1.3 m。施复合肥1 125 kg/hm2，全部沟施做基肥。播种后覆盖地膜，种薯出苗后，人工破膜引苗。

1.3 项目测定与分析

在块茎膨大期，各小区随机取10 株植株，调查株高、主茎数、匍匐茎数，单株结薯数，烘干后测定生物量。按小区收获后，折算产量。调查单株块茎数、单株块茎质量、单薯质量，并将块茎按大小分级(单薯质量≥50 g 的为商品薯，其他为非商品薯)，计算商品薯率。参考姜艳芳等[28]的方法测定马铃薯块茎干物质和淀粉含量。

1.4 数据分析

采用Excel 2010 进行数据整理和绘图；采用SPSS 23.0 软件进行方差分析与相关性分析。

2 结果与分析

2.1 春季和秋季环境条件的比较

根据表2，春季的月平均气温、平均最高气温和平均最低气温均低于秋季，春季气温呈上升趋势，秋季气温呈下降趋势，春季的月降水量、降水日数与降水量均高于秋季。春季日照时数呈增加趋势，春分后为长日照；秋季日照时数呈降低趋势，秋分后为短日照。

表2 长沙市1—4 月、9—12 月气象情况Table 2 Meteorological elements of Changsha from January to April and September to December

2.2 湖南环境条件对不同生态型马铃薯植株生长和产量的影响

2.2.1 湖南环境条件对不同生态型马铃薯植株生长的影响

由表3 可以看出，来自不同生态区域的马铃薯品种春季出苗日期在1 月28 日至2 月12 日之间。3 月20 日前，马铃薯生长在短日照条件下，3 月21日后生长在长日照下。各品种生育期为75 ～90 d，出苗率为95.06%～99.18%，株高为33.97～83.63 cm(合作88 的株高最高，尤金最矮)，主茎数为1.00 ～3.33(合作88 的主茎数显著多于其他品种)，匍匐茎数为2.00～10.33(合作88 显著高于其他品种，尤金最少)，块茎膨大期生物量为45.00 ～156.67 g/株(陇薯7 号显著高于其他品种，尤金显著低于其他品种)。除中薯5 号、尤金、陇薯7 号外，其他5 个品种均开花。

秋季各品种出苗日期在9 月18 日至9 月23 日之间，各品种基本上生长在短日照条件下，生育期为76～81 d，出苗率为90.33%～99.33%，植株株高为49.37～83.40 cm(丽薯6 号株高显著高于尤金，其他马铃薯品种间差异不显著)，主茎数为1.67 ～2.67(中薯5 号显著高于尤金和冀张薯12 号，其他品种间差异不显著)，匍匐茎数为2.33 ～8.00(中薯5 号和中薯18 号显著高于尤金)，块茎膨大期生物量为48.57～265.07 g/株(冀张薯12 号显著高于其他品种，尤金显著低于其他品种)。中薯18 号、合作88 和丽薯6 号开花，其他品种未开花。

对相同品种不同季节的表现进行比较，除合作88 和青薯9 号外，其他品种秋季株高均高于春季；除合作88 外，其他品种秋季主茎数均多于春季；除陇薯7 号、合作88 和青薯9 号外，其他品种秋季匍匐茎数均多于春季。中薯18 号、合作88 和丽薯6号在春季和秋季均开花，说明其对日长不敏感。

2.2.2 湖南环境条件对不同生态型马铃薯品种产量及其构成因子的影响

由表4 可知，各品种马铃薯春季产量为20.27～44.84 t/hm2，产量最高的品种是冀张薯12 号，其次是青薯9 号、中薯18 号，合作88 产量最低，部分品种间差异显著；秋季产量为8.72 ～36.44 t/hm2，产量最高的品种是冀张薯12 号，其次是青薯9 号、中薯18 号，尤金产量最低，部分品种间差异显著。相同品种春季栽培产量显著高于秋季，且不同品种春季和秋季产量排名基本一致。一般线性模型分析表明，季节、品种对产量的影响极显著，季节与品种互作效应不显著。冀张薯12 号、青薯9 号、中薯18 号都是晚熟品种，由于湖南春季和秋季短日条件有利于结薯，其生育期提前，获得了高产。

表4 不同生态区域马铃薯品种产量及其构成因子Table 4 Yield and its components of potato cultivars from different ecological regions

不同生态区域品种春季马铃薯的商品薯率为46.58%～92.08%，中薯18 号最高，合作88 最低；单株块茎数为4.17～21.17，合作88 单株块茎数最多，中薯5 号最少，部分品种间差异显著；单株块茎质量为235.83～610.51 g，冀张薯12 号的单株块茎质量最大，合作88 最小，部分品种间差异显著；单薯质量为11.79 ～102.37 g，中薯5 号的单薯质量最大，合作88 最小，部分品种间差异显著。

各品种秋季商品薯率为83.91%～96.33%，冀张薯12 号的商品薯率最高，陇薯7 号的商品薯率最低，部分品种间差异显著；单株块茎数为3.27 ～7.40，合作88 单株块茎最多，中薯18 号最少，部分品种间差异显著；单株块茎质量为193.33～634.33 g，冀张薯12 号的单株块茎质量最大，尤金最小，部分品种间差异显著；单薯质量为58.70 ～132.19 g，冀张薯12 号的单薯质量最大，尤金最小，部分品种间差异显著。

除中薯5 号、尤金和陇薯7 号外，其他品种秋季商品薯率高于春季；除中薯5 号和尤金外，其他品种秋季单薯质量高于春季；除中薯5 号外，其他品种春季单株块茎数高于秋季；中薯5 号、中薯18 号、尤金和陇薯7 号单株块茎质量为春季高于秋季，而冀张薯12 号、合作88、丽薯6 号和青薯9 号单株块茎则为秋季高于春季。一般线性模型分析表明，季节、品种对块茎商品薯率、单株块茎质量和单薯质量的影响极显著，季节与品种互作效应极显著。品种显著影响单株块茎数，但季节对单株块茎数的影响不显著，季节与品种对单株块茎数的互作效应显著。

2.3 湖南环境条件对不同生态区域马铃薯品种块茎干物质含量和淀粉含量的影响

各品种春季块茎干物质含量如表5 所示。各品种块茎干物质含量为15.19%～20.69%，其中陇薯7号的干物质含量最高，为20.69%；秋季块茎干物质含量为15.69%～21.60%，陇薯7 号的干物质含量最高，为21.60%，部分品种间差异显著，但季节间差异不显著。各品种春季块茎淀粉含量为9.50%～14.90%，其中陇薯7 号的淀粉含量最高，为14.90%，部分品种间差异显著；秋季块茎淀粉含量为9.93%～15.83%，陇薯7 号淀粉含量最高，为15.83%，其次是中薯18 号，为15.25%，淀粉含量最低的品种为尤金(9.93%)，部分品种间差异显著。除尤金和合作88 外，其他6 个品种淀粉含量均为秋季高于春季，但差异不显著。

表5 不同生态区域马铃薯品种干物质和淀粉含量Table 5 Dry matter and starch content of potato cultivars from different ecological regions %

表6 不同生态区域马铃薯品种生长、产量及其构成因子相关性分析Table 6 Correlation analysis of growth，yield and its components of potatoes from different ecological regions

2.4 不同生态区域马铃薯品种生长、产量及其构成因子相关性分析

相关性分析结果见表5。株高与匍匐茎数、总生物量呈极显著正相关，与主茎数显著正相关；主茎数与匍匐茎数、总生物量呈显著正相关；匍匐茎数与总生物量、单株块茎数呈极显著正相关；总生物量与单株块茎质量呈显著正相关，与单薯质量呈极显著正相关；产量与单株块茎质量呈极显著正相关；商品薯率与单薯质量呈显著正相关；单株块茎数与单薯质量呈极显著负相关；单株块茎质量与单薯质量呈极显著正相关。

3 讨论

季节对马铃薯的影响主要是由于气温和光照的差异所造成，春季温度逐渐升高，日照逐渐增长，秋季刚好相反。本试验中除合作88 和青薯9 号外的6 个品种的株高均为秋季高于春季，与王良俊[29]等的研究基本相符，可能与秋季前期为高温弱光环境有关。陇薯7 号与青薯9 号只在春季开花，而中薯18 号、丽薯6 号和合作88 两季均开花，对日长反应不敏感，其余3 个品种两季均不开花。各品种的主茎数、匍匐茎数和单株块茎数为秋季高于春季，可能是因为春季采用切块种植，而秋季采用整薯播种，芽眼多，出苗数多，主茎数多，从而匍匐茎数和单株块茎数增多。各品种秋季生物量大于春季，可能是由于取样的时间不同及秋季结薯较早的原因造成。但是，春季马铃薯产量显著高于秋季。可能是由于以下原因:一是秋季马铃薯的种薯不是脱毒种薯，而是来源于春季马铃薯所剩下的小个商品薯，种薯质量差，且带有少许病毒。二是由于早霜的影响，秋季生育期短于春季。 Jefferies 等[30]研究发现，生态条件对马铃薯产量的影响明显，不同生态型品种对环境的适应能力也具有较大差异。中薯18 号、冀张薯12 号、陇薯7 号、青薯9 号在湖南春秋2 季的产量均较高。东北生态型品种尤金的产量最低，其株高和生物量也最低，可能是因为其对光照强度要求较高，而湖南春季和秋季光照强度弱，地上部生长严重受到抑制，进而影响块茎产量。而云南高原选育的品种丽薯6 号和合作88，地上部在春季和秋季均生长旺盛，影响了块茎膨大和产量的形成，产量较低。

马铃薯块茎干物质的主要成分是淀粉，淀粉含量除由自身的遗传条件决定外，还不同程度地受到气候条件等生态因素的影响[31-34]。本试验研究结果表明，除尤金和合作88 外，其他6 个品种的淀粉含量均为秋季高于春季，与Burton[35]的研究结果一致。可能因为春季马铃薯生长期间降水量较多，光照弱，影响了光合作用和干物质的积累。