潮土与滩涂盐土环境下甘薯块根产量及营养成分差异分析

王 洁 赵凌霄 张 安 周志林 戴习彬 肖世卓 曹清河 赵冬兰

（江苏徐淮地区徐州农业科学研究所，江苏 徐州 221131）

甘薯［Ipomoeabatatas（L.） Lam］是旋花科番薯属的重要粮食作物，具有高产、稳产的优点［1］。虽然我国粮食产能高，但人口基数大且饮食标准日益提高。在现有耕地不变的前提下，仅靠提高作物产量水平来增加粮食总量较为困难，且短期难以突破。随着农业科技水平的进步，物理、化学、生物及其集成技术逐渐应用于开发盐碱地等非传统类型的耕地［2］。我国内陆盐碱地面积约为1 亿公顷，其中约234 万公顷为滩涂地［3］，具有极大的利用空间，但盐碱土环境容易使植物发生生理干旱或离子毒害［4］。有报道称，当土壤含盐量低于2‰时，杨树存活率可达到80%以上，而当含盐量达到4‰时，杨树存活率约为60%［5］。此外，盐胁迫还会抑制土壤微生物活性，降低根际土壤微生物功能性继而影响植物营养吸收［6］。为了充分利用盐碱土地，研究人员筛选了大量的耐盐水稻［7-8］、小麦［9］、大豆［10］种质资源。甘薯有较强的逆境耐受能力，在3.87‰盐渍地条件下，200 个甘薯品种产量平均能达到改良对照地块产量的67%，且有22 个品种持平甚至超出对照地块产量［11］。除了具有较稳定的产量，甘薯还能降低盐渍地盐分，提高其氮、磷、钾元素含量，进而改良土壤［12］。

甘薯块根营养成分易受盐胁迫影响，与非盐渍地相比，盐渍地甘薯块根干物率下降，而可溶性糖、还原性糖、蛋白质含量均增加［13］。甘薯淀粉粒径、均方根旋转半径、多分散系数、红外光谱吸收（1 045 cm-1/1 022 cm-1）峰强度比值等结构性质对其粉条品质有重要影响［14］，不同甘薯品种块根的淀粉组分、糊化特性有所差异，对其淀粉加工价值有直接影响［15］。根据X射线在不同衍射角度的特征峰，淀粉主要分为A、B、C三种晶体型［16-17］。甘薯淀粉结构具有多样性，有研究报道甘薯淀粉由A、B、C 三种晶体型淀粉混合构成［18］。盐土环境对淀粉结构性质有一定影响，有研究发现，与普通耕土（潮土）相比，盐土环境下（含盐量3.1‰）甘薯淀粉的高峰黏度、低谷黏度、最后黏度、反弹值、峰值时间平均值较高，而稀懈值和糊化温度平均值较低［19］。

综上所述，甘薯在沿海滩涂地推广有很好的发展潜力，对保障我国粮食安全具有重要意义。鉴于此，本研究通过盐土和潮土环境下甘薯块根产量和营养成分的差异分析，旨在揭示盐土环境对甘薯块根产量和营养组分的影响，为甘薯在盐碱地中的推广种植提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及处理

两处试验地分别位于徐州市和连云港市：江苏徐淮地区徐州农业科学研究所院内基地（117.31°E，34.28°N），土壤为碱性潮土；连云港市连云区新滩二组（119.20°E，34.76°N），土壤为盐碱土。分别取两地0～15 cm 土层土样。两地试验材料均为6月中旬栽插，10 月中下旬收获。每个品种（系）种2 行，每行10 株，行距80 cm，株距25 cm。甘薯试验材料一共113份，包括8个品种和105个有性杂交（新24×豫薯10号）后代品系。在连云港盐土有79份材料收获膨大块根（表1），选择薯形良好的10 份试验材料测定其营养成分，其中包括4个常见的鲜食品种和6个新品系。

表1 盐土中有膨大块根的79份甘薯材料Table 1 The 79 sweet potato materials with bulky roots in saline soil

1.2 测定项目与方法

1.2.1 土壤总盐量的测定 土壤水溶性盐待测液的制备：称取过1 mm筛的20 g风干土，放于三角瓶中，准确加入100 mL无CO2蒸馏水，加塞，振荡浸提3 min，干过滤。弃去最初浑浊液，收集清液，每25 mL滤液加1滴0.1%偏磷酸钠溶液，备用。浸出液中盐分的测定：用移液管吸取浸提待测液50 mL 放于已知烘干质量（万分之一天平）的瓷蒸发皿中，在沸水浴上蒸干。用滴管沿皿周围滴加少量15%的H2O2使残渣湿润，蒸干。如此反复加少量H2O2溶液处理，至有机质被氧化完全，残渣呈白色，蒸干后将残渣和皿一起放入已升温至105 ℃的烘箱中，在105～110 ℃条件下烘干1～2 h 后取出，冷却，用分析天平称量，记录质量。然后再将蒸发皿和残渣放入烘箱中105～110 ℃烘0.5 h，取出冷却，称量，至前后两次质量之差不大于2 mg 为恒重。按以下公式，用最低一次的质量计算土壤总盐量：

土壤总盐量= 干残渣质量÷ 称样量× 100%。

1.2.2 土壤营养元素含量的测定 土壤营养元素检测委托江苏徐淮地区徐州农业科学研究所中心实验室进行，硝态氮含量参照DB22/T 2270-2018《农田土壤中铵态氮、硝态氮的测定 流动注射分析法》［20］进行测定；有效磷含量参照NY/T1121.25-2012《土壤检测第25 部分：土壤有效磷的测定连续流动分析仪法》［21］进行测定；速效钾含量参照DB13/T 844-2007《土壤速效钾的测定 中性醋酸铵提取-火焰光度法》［22］（前处理）采用发射光谱法（inductively coupled plasma，ICP）进行测定；有效钙含量参照NY/T 1121.13-2006《土壤检测 第13 部分：土壤交换性钙和镁的测定》［23］进行测定；参照NY/T 890-2004《土壤有效态锌、锰、铁、铜含量的测定 二乙三胺五乙酸（DTPA）浸提法》［24］，采用二乙三胺五乙酸（diethylenetriaminepentaacetic acid，DTPA）浸提法测定有效铁、有效锰、有效铜、有效锌含量；有机质含量测定参考NY/T 85-1988《土壤有机质测定法》［25］；pH 值测定参考NY/T 1121.2-2012《土壤肥力评价 第2部分：土壤pH值的测定》［26］。

1.2.3 块根产量及干物率的测定 收获称量每行10 株所有块根重量，不足10 株的换算成10 株产量；干物率测定流程参考《甘薯种质资源描述规范和数据标准》［27］，收获后选取中等大小薯块3 块，将薯块洗净后晾干，随后切丝混匀，称取100 g新鲜薯丝，置于鼓风干燥箱65 ℃、48 h 烘至恒重，记录烘干后薯丝重量，每个样品两个重复。

1.2.4 块根营养成分含量的测定 参考唐忠厚等［28］的方法，使用VECTOR22/N型近红外反射光谱仪（德国BRUKER 光谱仪器公司）测定薯块中的淀粉、可溶性糖、蛋白质含量。参考Xiao 等［29］的方法，采用比色法测定鲜样类胡萝卜素含量。

1.2.5 淀粉中直链淀粉含量的测定 使用0.2%氢氧化钠溶液提取薯块淀粉后，使用K-AMYL直链淀粉/支链淀粉试剂盒（爱尔兰Megazyme 公司）测定淀粉中直链淀粉的含量。

1.2.6 X 射线衍射（X-ray diffraction，XRD）的测定参考Cai 等［30］的方法测定淀粉晶体特性。先在干燥器内对淀粉进行干燥吸水处理，在D8粉末X 射线衍射仪（德国Bruker 公司）上对样品晶体结构进行扫描测定，获得XRD波谱图。

1.3 数据分析

使用Excel 2019进行数据整理，IBM SPSS Statistics 24软件进行相关性分析。所有图均由Origin Pro2021软件绘制。

2 结果与分析

2.1 潮土与盐土土壤营养元素含量差异

经过测定，连云港盐土总盐量为4.4‰，属于中等强度盐渍地（表2）。徐州土壤样品来自江苏徐淮地区徐州农业科学研究所院内基地，为普通的非盐渍耕土。对两地土壤样品进行营养元素含量测定（表2），发现盐土中硝态氮、有效磷、速效钾、有效钙、有效镁含量远高于潮土，而有效锌含量远低于潮土。有效铁、锰、铜、有机质含量与潮土较为接近，酸碱度均为较强的碱性。

表2 盐土和潮土的土壤指标Table 2 The indicators of the saline soil and the fluvo-aquic soil

2.2 潮土与盐土环境下的薯块产量

113 份试验材料中，在盐土环境有34 份盐敏感材料没有产量，79 份品种（系）有膨大块根，测定薯块产量并与潮土环境数据作对比，结果表明（图1），盐土环境下所有材料产量均较潮土大幅降低，平均产量减少79.98%。耐盐系数为盐土地薯块产量与潮土薯块产量的比值，可以直观反映材料对盐胁迫的耐受能力。本研究中79份材料的耐盐系数在0.02～0.69之间（图2），说明不同基因型材料的耐盐碱能力有所差异。多数材料耐盐能力较弱，耐盐系数高于0.35的材料仅7份，这表明盐土环境使多数品种（系）薯块减产超过65%。此外，品系XY33、XY44 耐盐系数分别达到0.69 和0.61，表明二者具有很好的耐盐性，可供耐盐基因发掘和耐盐品种选育等利用。

图2 79份盐土有产试验材料的耐盐系数Fig.2 The salt tolerance coefficient of 79 materials with yield in saline soil

2.3 潮土与盐土环境对甘薯块根品质的影响

由图3-A 可知，除XY153与XY205外，其余8份材料干物率在盐土环境下均较潮土有所降低，以栗子香降幅最大，达到9.89 个百分点。另外，本研究发现，甘薯薯块的淀粉含量与干物率呈显著正相关，盐土环境中淀粉含量与干物率相关系数为0.697（P=0.025），潮土环境中淀粉含量与干物率相关系数为0.887（P=0.001）。除了XY205 在两地持平，其余材料淀粉含量在盐土环境均较潮土极显著降低（图3-B）。所有材料可溶性糖含量在盐土环境下均较潮土显著或极显著升高，平均升高4.38 个百分点（图3-C）；所有材料蛋白质含量在盐土环境下均较潮土极显著降低，平均下降1.73个百分点（图3-D）。盐土环境下，所有材料的类胡萝卜素含量均较潮土显著或极显著下降。其中高胡萝卜素型品种普薯32在潮土中的类胡萝卜素含量为263.0 mg·kg-1，在盐土中降至182.9 mg·kg-1（图3-E）。从2013 年积累的盐土（河北黄骅港）、潮土（徐州）环境下薯块营养成分数据来看（图4），干物率、淀粉含量在盐土环境中仅尚志12、B2F1162 存在不显著的升高，其余材料均较潮土降低；而蛋白质和可溶性糖含量在所有材料中表现一致，盐土环境下蛋白质含量下降，可溶性糖含量升高，与“徐州-连云港”对比试验结果一致，这说明不同环境的盐土对薯块品质性状影响是相似的。由图5 可知，盐土与潮土中干物率、淀粉含量、可溶性糖含量、蛋白质含量、类胡萝卜素含量的平均比值分别为0.87、0.90、1.40、0.62、0.84。干物率与淀粉含量在盐土与潮土中的比值更趋近于1，可溶性糖含量（高）和蛋白质含量（低）则远离1，而类胡萝卜素含量数值波动较大，可见盐土环境对甘薯块不同营养成分的影响效应有所差异。

图3 盐土和潮土环境下甘薯块根营养成分差异分析Fig.3 Difference analysis of nutritional components of sweet potato storage roots in saline soil and fluvo-aquic soil

图4 10个品种（系）在河北黄骅港盐土和潮土环境下的营养成分含量Fig.4 The nutrient components of ten varieties in saline soil （Huanghua port，Hebei） and fluvo-aquic soil

图5 各营养成分在盐土与潮土环境中的比值Fig.5 The ratio of the nutritional components in saline soil and fluvo-aquic soil

2.4 潮土与盐土环境下甘薯块根直链淀粉含量及淀粉X射线衍射图谱分析

淀粉是甘薯最主要的营养成分，除了淀粉含量，本研究还进一步分析了盐土环境对淀粉组分及结构的影响。如图3-F 所示，潮土环境中所有材料平均直链淀粉含量为19.81%，以普薯32 直链淀粉含量最高，为22.65%；栗子香直链淀粉含量最低，为16.72%。除栗子香直链淀粉含量增加了2.55 个百分点，其余所有材料直链淀粉含量在盐土中均较潮土有所下降，所有材料平均直链淀粉含量降至17.92%。在盐土环境中，以普薯32直链淀粉含量下降最多，较潮土降低6.42个百分点。

各材料X 射线衍射图谱如图6 所示，衍射角2Ө 范围为4.76°～30.13°。与潮土环境相比，部分甘薯材料（XY202、XY205、栗子香、徐薯18）在盐土环境下的衍射强度发生了改变，但特征峰所处衍射角并未发生变化。除普薯32外，所有材料在衍射角2Ө 15°、17°、18°、23°处有较强的衍射峰，普薯32 块根淀粉在2Ө 18°处无明显的衍射峰。值得注意的是，所有甘薯淀粉在衍射角2Ө 5°附近有较强的衍射强度，但受限于试验采集范围，未能获得附近完整的峰型。此外，XY202 与XY205薯块淀粉在盐土环境下的衍射强度明显高于潮土环境，其他材料则较为接近。

图6 试验材料在盐土和潮土环境下的淀粉X射线衍射图谱Fig.6 The X-ray diffraction pattern of starch of test varieties in saline soil and fluvo-aquic soil

3 讨论

徐州市与连云港市均位于江苏省北部，两地气象条件（如气温、相对湿度、云量、降水量、风力和日照时数）较为相似（https：//data.cma.cn/data/weatherBk.html）。因此，选择连云港市沿海滩涂盐土和徐州市潮土作为对比试验环境，可以有效减少气候等非土壤因素对结果的影响。此外，2013 年徐州潮土与河北黄骅港盐渍土对比试验数据也支持“徐州-连云港”对比试验结果。

甘薯鲜薯产量受盐土影响较大，以非盐渍地为对照，2.5‰和5‰盐土环境中鲜薯分别减产34.5%和77.1%［13］。本试验结果表明，在总盐量为4.4‰的盐土环境中，鲜薯较潮土减产幅度为30.98%～97.72%，平均减产79.98%。平均减产量略高于前人研究中5‰盐土环境下的减产量［13］，这可能是由本试验绝大部分试验材料为初步鉴定的品系材料，而非育成品种所致。试验结果表明，仅少数耐盐材料（如XY33、XY44）在高盐条件下仍可获得可观产量。甘薯为高度杂合的六倍体作物，通常表现为自交不亲和且生育期长，通过有性杂交选育新品种较为困难［31］。高耐盐种质的稀缺性是阻碍甘薯耐盐种植推广的重要因素，利用基因编辑等生物技术创制耐盐种质突破其制约更具可行性。综合来看，甘薯品种在盐土中的产量和营养品质受到不同程度的影响，其中XY33 和XY44 表现出较强的耐盐性，而普薯32 的类胡萝卜素含量极显著降低。盐土中的薯块普遍具有高可溶性糖和低蛋白质含量的特征，而淀粉含量则除XY205 外均有所下降。因此，甘薯品种的盐土适应性需要综合考虑产量和营养品质两方面的因素，同时需要更多的类胡萝卜素型材料来探究盐胁迫对其的影响机制。

根据X 射线衍射光谱可判断淀粉晶体结构，受限于衍射角范围，本研究在2Ө 5°处未检测到完整峰型，但已有研究报道白、黄、紫肉甘薯淀粉均表现出CA晶体型，即在2Ө 5.6°、15°、17°、18°、23°处有衍射峰［32］。本试验中，普薯32未能在衍射角2Ө 18°处检测到明显衍射峰，说明该品种淀粉为较纯的C型晶体型，其他9个测试材料淀粉为CA晶体型。甘薯直链淀粉相对含量与其黏度特性呈极显著负相关，对甘薯薯条油炸感官属性也有重要影响［33］。与潮土相比，盐土环境中栗子香直链淀粉含量升高，而其余材料均下降，且下降幅度有所差异，说明盐土条件下甘薯淀粉加工特性有所改变。利用天然盐土条件生产具有高黏度等性质的特用型甘薯淀粉能创造较高的经济效益，在此之前，科研人员有必要进一步细化研究盐土与甘薯淀粉理化性质、加工性质之间的关系。综合来看，因各甘薯品种（系）耐盐性的差异，盐土环境对各甘薯材料营养成分、淀粉结构造成的影响具有较大差异，干物率和淀粉含量在不同环境下表现较为稳定，而可溶性糖、蛋白质、类胡萝卜素含量因环境变化波动较大。甘薯块根淀粉晶体型并未因处于盐土环境而发生改变，但多数品种（除栗子香）淀粉构成有所差异，即直链淀粉含量有所下降。优良耐盐品种选育是甘薯盐碱地大面积推广的前提，结合本试验结果，应选择在中重度盐土条件下耐盐系数达到0.65以上，且块根品质性状表现稳定的材料。

徐州潮土试验地总盐量为0.53‰［34］，与盐土试验地（总盐量4.4‰）含盐量差异巨大。虽然本试验中连云港滩涂地为中等偏重程度的盐土环境，但该试验地为“水改旱”地块，可能具有一定的肥力优势。此外，试验地周围分布大量的田菁，该植物能有效改良盐碱土壤［35］，这很好地解释了本试验盐土中氮磷钾等元素含量远高于潮土的结果。绿肥轮作可显著提高沿海滩涂地土壤有机碳、全氮、碱解氮、有效磷含量［36］，这表明经过人为改良的沿海滩涂地具备一定的农业生产潜力。我国耕地人均面积少，且耕地质量欠佳。2019年，将耕地质量等级由高到低依次划分为一至十等，我国20.23 亿亩平均等级为4.76 等［37］。2022 年我国耕地面积为19.14 亿亩［38］。在经济高速发展的前提下，维持现有耕地面积有很大困难。我国盐渍土总面积约3 690万公顷，其中26%的土壤有机质含量不足1%［39］。本研究结果表明，中度偏重度的滩涂盐土仍有生产潜力，可进一步尝试绿肥植物与甘薯等广适稳产作物轮作、间作，对适宜生态区盐渍土进行计划性的“增肥减盐”措施，这将有助于增加可利用耕地面积，拓宽我国粮食产出渠道。

4 结论

本研究结果表明，含盐量为4.4‰的盐土环境下，各试验材料平均产量较潮土减少79.98%，基于产量表现筛选出两份耐盐资源（XY33、XY44）。与潮土相比，盐土环境所有甘薯品种（系）块根可溶性糖含量升高、蛋白质含量降低；除个别材料外，盐土环境下淀粉含量、干物率均降低，但变化幅度不及可溶性糖和蛋白质含量；盐土环境下平均直链淀粉含量降低1.89 个百分点。淀粉XRD 分析结果表明，虽然部分材料衍射强度在潮土和盐土环境下有所差异，但淀粉特征峰衍射角一致，说明淀粉晶体型并未改变。