地膜覆盖对土壤水分和夏薯苗期根系建成的影响

解备涛等

摘要：基于覆膜和无膜处理对夏薯土壤相对含水量动态变化影响的研究，通过营养液水培和PEG-6000模拟干旱等方式研究6个甘薯品种在正常供水（模拟覆膜）和梯度干旱（模拟无膜）处理条件下的根系生物学性状。结果表明：覆膜使土壤相对含水量的降低缓慢而避开干旱胁迫的影响，而无膜处理的土壤相对含水量降低迅速。在浇足窝水的情况下，即使20天内无水分补充，覆膜土壤的相对含水量仍能保持在60%以上；而在无膜条件下，栽后6天为夏薯发生干旱胁迫的临界时间，且从轻度干旱胁迫到重度干旱胁迫的过程短，仅2天。不仅如此，与覆膜处理相比，干旱情况下无膜处理的甘薯根长、根投影面积、根表面积、根平均直径、根体积、根鲜重和根干重等指标均显著降低。而品种间比较发现，覆膜情况下色素提取型甘薯根系生长快、根量多，遭遇干旱胁迫后，色素提取型甘薯根系生物学性状降低幅度最大，对水分变化表现更敏感。6个甘薯品种根长、根表面积和根体积主要集中在平均直径大于0.45 mm的不定根上。总之，地膜覆盖有利于减缓土壤水分损耗，促进夏薯早发根、多发根，降低干旱胁迫对根系建成的不利影响。

关键词：地膜覆盖；水分；夏薯；根系

中图分类号：S531.05文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）02-0041-06

甘薯（ Ipomoea batatas L. ） 高产、稳产、抗逆性强、适应性广，不仅是我国第四大粮食作物，而且还是重要的工业原料、饲料、新型能源及减灾作物，产量占世界总产量的80%以上[1]。随社会的进步、生活水平的改善和甘薯产业的发展，甘薯因其投入少、产出多、风险低的优势，在保健食品和淀粉加工领域中的地位日益凸显。

干旱造成的农作物损失在所有的非生物胁迫中占首位[2]。在我国北方薯区，麦收结束后夏薯开始栽插，土壤失墒快，常常遭遇干旱胁迫，而中后期正遇雨季，基本不存在田间土壤水分亏缺的情况。而薯苗是幼嫩组织，栽插后对土壤水分状况非常敏感，遭受干旱胁迫后地上部易枯萎，地下部根系的形成受阻。事实上，夏薯栽插后快速形成根系是保证薯苗成活率和块根形成的基础[3]。国外的研究发现，干旱条件下甘薯不定根的长度、侧根的数目显著减少，随干旱胁迫时间的延长，后续侧根的形成受阻，干重也显著下降[4]。同时，甘薯侧根数目、长度、表面积和密度均显著降低[5]。干旱不仅影响根系的形成，还通过引起原生木质部和次生韧皮部形成层的木质化而阻碍块根的分化[6]。目前，国内的研究主要集中在干旱对甘薯地上部茎叶和块根最终产量的影响[7～9]，对甘薯苗期根系形成和分化影响的研究较少。

地膜覆盖能有效减少土壤水分蒸发[10]，薯苗发根时间能提前[11]，根长、根重都显著增加[12]。随着国家甘薯产业技术体系研发的不断深入，地膜覆盖在甘薯生产中得到了迅速推广应用，在北方区春薯种植方面增产显著[13～15]，但是地膜覆盖对干旱胁迫条件下夏薯苗期根系形成的研究鲜有报道。本试验旨在通过干旱模拟条件研究地膜覆盖对土壤水分和薯苗根系建成的影响，为地膜覆盖降低土壤水分散失、提高成活率提供数据支持，并为深入研究地膜覆盖的抗逆机理提供理论基础，促进地膜覆盖在夏薯生产中的大面积应用。

1材料与方法

1.1试验材料

本试验采用6个在山东大面积种植的甘薯品种，分别为淀粉型品种徐薯18和济徐23，鲜食型品种烟薯25和济薯22，色素提取型品种Aya和济黑1。地膜购于济南市农资市场，厚度为0.016 mm，密度为0.95 g/cm3；抗氧剂、紫外光吸收剂质量分数为0.8%。试验用土壤取自山东省农业科学院作物研究所试验地，轻壤土，有机质含量1.83%，水解氮含量112.5 mg/kg，速效磷含量56.7 mg/kg，速效钾含量98.0 mg/kg。研究土壤水分动态变化的塑料盒购于济南七里堡批发市场，规格为21.0 cm×16.5 cm×13.5 cm。采用PEG-6000溶于1/2 Hoagland营养液模拟水分干旱，用于干旱胁迫的塑料箱规格为45.0 cm×34.3 cm×12.5 cm。

1.2试验设计

1.2.1模拟覆膜与无膜条件下土壤水分变化动态试验设覆膜和无膜（CK）2个处理，每处理重复5次。塑料盒底部钻小洞并铺放滤纸。取田间土壤放入烘箱，在（105±2）℃烘至恒重，每重复称取烘干土壤3.0 kg放入塑料盒，在傍晚时浇透水，加盖后置于恒温阴凉处过夜，两个处理在第2天均栽插济薯23，每处理栽插2棵并记录薯苗重量。所有处理置于玻璃温室中，太阳光照与空气流动状况同大田，土壤水分自然消耗。处理开始时间与夏薯栽插时间一致，均在6月15日，每天18时称量整个塑料盒，连续称量20天。

1.2.2模拟覆膜和无膜条件下不同基因型甘薯苗期根系生长动态在生产中，薯苗栽插后浇足窝水，薯苗周围土壤呈水分饱和状态，但在遇到干旱胁迫时，土壤水分会梯度降低。基于上述生产实际和1.2.1的结果，本试验共采用6个品种，设正常供水（模拟覆膜）和梯度干旱（模拟无膜，CK）2个处理，每处理重复5次。梯度干旱处理参考陈京[16]的试验设计，并略有改动，采用PEG-6000模拟土壤梯度干旱过程，从大田选采株高约20 cm、长势均一的幼苗转入盛有1/2 Hoagland营养液的塑料箱中正常生长6天后，干旱处理的重复转入5% PEG-6000（W/V）溶液中生长3天后，转入10% PEG-6000溶液中生长3天，再转入20% PEG-6000溶液中生长3天后测定甘薯各品种的根系生物学性状。正常供水处理的薯苗均一直生长在1/2 Hoagland营养液中。培养期间温室内温度为17～24℃，自然光散射。

1.3测定项目

土壤相对含水量的测定参考张仁和等[17]的方法，土壤相对含水量（%）=土壤含水量/土壤最大持水量×100。根长、表面积、平均直径、根体积、分支数、根尖数以及根系分布等参数采用WinRHIZO根系分析系统（Regent instrument Inc.， Quebec， Canada）统计分析。

1.4数据处理

所有处理均采用5个重复的平均值，数据分析均采用Excel 2007和DPS 7.05完成。

2结果与分析

2.1地膜覆盖对土壤水分动态变化的影响

3讨论与结论

前人研究表明，地膜覆盖能提高土壤含水量，并在一定程度上起到了保水保墒的作用[15，18]，但尚缺乏对覆膜和无膜情况下的土壤水分动态变化的基础研究。本研究发现覆膜情况下，土壤相对含水量降低缓慢，浇足窝水后可以保障薯苗在20天内不会受到干旱胁迫的影响。而梯度干旱情况下，所浇的窝水仅能保证薯苗正常生长6天左右，从轻度干旱胁迫到重度干旱胁迫的时间仅有2天左右，这说明一旦发生干旱胁迫，整个胁迫过程将是迅速的、不可逆的，如果得不到足够的水分补给，干旱将严重影响成活率，从而引起产量降低。

实践证明，通过土培和沙培的方式研究甘薯根系生长发育可操作性不强，在冲根的过程中侧根破损、不定根断裂较多。因此，基于覆膜和无膜处理对夏薯土壤相对含水量动态变化影响的研究，可通过水培和PEG-6000模拟梯度干旱的方法研究覆膜和无膜处理对甘薯品种根系生物学性状的影响。

覆膜能保证甘薯苗期足够的水分供应，在根长、根投影面积、根表面积、根平均直径、根体积和根鲜重等指标上，存在淀粉型甘薯<鲜食型甘薯<色素提取型甘薯的变化趋势，这说明在正常供水的情况下，色素提取型甘薯的根系根量更大、更粗、更长，生长得更快。而在无膜梯度干旱情况下，处理间的根长、根投影面积、根表面积、根平均直径、根体积、根鲜重和根干重等生物学性状均显著降低，这与文献报道的研究结果一致[5]，降低的幅度存在淀粉型甘薯<鲜食型甘薯<色素提取型甘薯的变化趋势，这说明色素提取型甘薯可能对干旱胁迫所引起的水分亏缺更敏感；但在品种间，与淀粉型甘薯品种相比，色素提取型和鲜食型甘薯的根长和干重/鲜重比值降低，根平均直径、根表面积和根投影面积增大。

从根系的分布来看，覆膜处理情况下，根系直径较粗的不定根在根长、根表面积和根体积方面占优，一旦遭遇干旱胁迫，处理间不定根的根长、根表面积和根体积显著降低，而直径较小的侧根却显著增加，这可能是甘薯根系响应干旱胁迫的一种自我调节。甘薯不定根生长的初始阶段对块根的形成和分化起决定性作用[5，19，20]。前人报道覆膜增加甘薯产量[13～15，18，21]，其原因之一可能是地膜保持了土壤中较高的土壤相对含水量，有利于夏薯栽插后根系分化出更多的块根。

本研究初步摸清了夏薯发生干旱胁迫的临界时间，分析了甘薯覆膜和干旱条件下的根系生物学性状特征，为地膜覆盖提高夏薯成活率、增加产量提供了理论支撑。下一步，需要明确在甘薯苗期根系与收获后根系生物学性状之间的关联。

参考文献：

[1]汪宝卿，解备涛，王庆美，等. 甘薯内源激素和化学调控研究进展[J]. 山东农业科学， 2010，1：51-56，62.

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[3]江苏省农业科学院，山东省农业科学院主编. 中国甘薯栽培学[M]. 上海：上海科学技术出版社，1984，42-43.

[4]Pardales J R，Yamauchi A. Regulation of root development in sweetpotato and cassava by soil moisture during their establishment period [J]. Plant and Soil， 2003，255（1）：201-208.

[5]Villordon A Q. Characterization of lateral root development at the onset of storage root initiation in ‘Beauregard sweetpotato adventitious roots [J]. Hortscience， 2012，47（7）：961-968.

[6]Ravi V， Indira P. Anatomical studies on tuberization in sweet potato under water deficit stress and stress free conditions [J]. Tropical Root Tuber Crops，1996， 22：105-111.

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[8]许育彬，陈越，付增光. 甘薯的抗旱生理及栽培技术研究进展[J]. 干旱地区农业研究， 2004，22（1）：128-131.

[9]汪云，陈胜勇，李观康，等. 甘薯抗旱性研究进展[J]. 广东农业科学， 2011，11：35-38.

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[13]辛国胜，林祖军， 韩俊杰，等. 黑色地膜对甘薯生理特征及产量的影响[J]. 中国农学通报，2010，26（15）：233-237.

[14]李雪英，朱海波，刘刚，等. 地膜覆盖对甘薯垄内温度和产量的影响[J]. 作物杂志，2012，1：121-123.

[15]马志民，刘兰服，姚海兰，等. 不同覆膜方式对甘薯生长发育的影响[J]. 西北农业学报， 2012，21（5）：103-107.

[16]陈京. 抗旱性不同的甘薯品种对渗透胁迫的生理响应[J].作物学报，1999， 25（2）：232-236.

[17]张仁和，薛吉全，浦军，等. 干旱胁迫对玉米苗期植株生长和光合特性的影响[J]. 作物学报，2011，37（3）：521-528.

[18]胡启国，储凤丽，任伟，等. 甘薯地膜覆盖高产栽培试验[J]. 山西农业科学，2013， 41（6）：575-577，606.

[19]Belehu T， Hammes P S， Robbertse P J. The origin and structure of adventitious roots in sweetpotato （Ipomoea batatas）[J]. Australian Journal of Botany， 2004，52：551-558.

[20]Villordon A Q，LaBonte D R， Firon N， et al. Characterization of adventitious root development in sweetpotato[J]. Hortscience，2009，44（3）：651-655.

[21]井水华，杨淑娟，范建芝，等. 鲁南丘陵地区甘薯地膜覆盖效果试验[J]. 山东农业科学，2012，44（8）：61-62.山 东 农 业 科 学2014，46（2）：52～55Shandong Agricultural Sciences

1.4数据处理

所有处理均采用5个重复的平均值，数据分析均采用Excel 2007和DPS 7.05完成。

2结果与分析

2.1地膜覆盖对土壤水分动态变化的影响

3讨论与结论

前人研究表明，地膜覆盖能提高土壤含水量，并在一定程度上起到了保水保墒的作用[15，18]，但尚缺乏对覆膜和无膜情况下的土壤水分动态变化的基础研究。本研究发现覆膜情况下，土壤相对含水量降低缓慢，浇足窝水后可以保障薯苗在20天内不会受到干旱胁迫的影响。而梯度干旱情况下，所浇的窝水仅能保证薯苗正常生长6天左右，从轻度干旱胁迫到重度干旱胁迫的时间仅有2天左右，这说明一旦发生干旱胁迫，整个胁迫过程将是迅速的、不可逆的，如果得不到足够的水分补给，干旱将严重影响成活率，从而引起产量降低。

实践证明，通过土培和沙培的方式研究甘薯根系生长发育可操作性不强，在冲根的过程中侧根破损、不定根断裂较多。因此，基于覆膜和无膜处理对夏薯土壤相对含水量动态变化影响的研究，可通过水培和PEG-6000模拟梯度干旱的方法研究覆膜和无膜处理对甘薯品种根系生物学性状的影响。

覆膜能保证甘薯苗期足够的水分供应，在根长、根投影面积、根表面积、根平均直径、根体积和根鲜重等指标上，存在淀粉型甘薯<鲜食型甘薯<色素提取型甘薯的变化趋势，这说明在正常供水的情况下，色素提取型甘薯的根系根量更大、更粗、更长，生长得更快。而在无膜梯度干旱情况下，处理间的根长、根投影面积、根表面积、根平均直径、根体积、根鲜重和根干重等生物学性状均显著降低，这与文献报道的研究结果一致[5]，降低的幅度存在淀粉型甘薯<鲜食型甘薯<色素提取型甘薯的变化趋势，这说明色素提取型甘薯可能对干旱胁迫所引起的水分亏缺更敏感；但在品种间，与淀粉型甘薯品种相比，色素提取型和鲜食型甘薯的根长和干重/鲜重比值降低，根平均直径、根表面积和根投影面积增大。

从根系的分布来看，覆膜处理情况下，根系直径较粗的不定根在根长、根表面积和根体积方面占优，一旦遭遇干旱胁迫，处理间不定根的根长、根表面积和根体积显著降低，而直径较小的侧根却显著增加，这可能是甘薯根系响应干旱胁迫的一种自我调节。甘薯不定根生长的初始阶段对块根的形成和分化起决定性作用[5，19，20]。前人报道覆膜增加甘薯产量[13～15，18，21]，其原因之一可能是地膜保持了土壤中较高的土壤相对含水量，有利于夏薯栽插后根系分化出更多的块根。

本研究初步摸清了夏薯发生干旱胁迫的临界时间，分析了甘薯覆膜和干旱条件下的根系生物学性状特征，为地膜覆盖提高夏薯成活率、增加产量提供了理论支撑。下一步，需要明确在甘薯苗期根系与收获后根系生物学性状之间的关联。

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1.4数据处理

所有处理均采用5个重复的平均值，数据分析均采用Excel 2007和DPS 7.05完成。

2结果与分析

2.1地膜覆盖对土壤水分动态变化的影响

3讨论与结论

前人研究表明，地膜覆盖能提高土壤含水量，并在一定程度上起到了保水保墒的作用[15，18]，但尚缺乏对覆膜和无膜情况下的土壤水分动态变化的基础研究。本研究发现覆膜情况下，土壤相对含水量降低缓慢，浇足窝水后可以保障薯苗在20天内不会受到干旱胁迫的影响。而梯度干旱情况下，所浇的窝水仅能保证薯苗正常生长6天左右，从轻度干旱胁迫到重度干旱胁迫的时间仅有2天左右，这说明一旦发生干旱胁迫，整个胁迫过程将是迅速的、不可逆的，如果得不到足够的水分补给，干旱将严重影响成活率，从而引起产量降低。

实践证明，通过土培和沙培的方式研究甘薯根系生长发育可操作性不强，在冲根的过程中侧根破损、不定根断裂较多。因此，基于覆膜和无膜处理对夏薯土壤相对含水量动态变化影响的研究，可通过水培和PEG-6000模拟梯度干旱的方法研究覆膜和无膜处理对甘薯品种根系生物学性状的影响。

覆膜能保证甘薯苗期足够的水分供应，在根长、根投影面积、根表面积、根平均直径、根体积和根鲜重等指标上，存在淀粉型甘薯<鲜食型甘薯<色素提取型甘薯的变化趋势，这说明在正常供水的情况下，色素提取型甘薯的根系根量更大、更粗、更长，生长得更快。而在无膜梯度干旱情况下，处理间的根长、根投影面积、根表面积、根平均直径、根体积、根鲜重和根干重等生物学性状均显著降低，这与文献报道的研究结果一致[5]，降低的幅度存在淀粉型甘薯<鲜食型甘薯<色素提取型甘薯的变化趋势，这说明色素提取型甘薯可能对干旱胁迫所引起的水分亏缺更敏感；但在品种间，与淀粉型甘薯品种相比，色素提取型和鲜食型甘薯的根长和干重/鲜重比值降低，根平均直径、根表面积和根投影面积增大。

从根系的分布来看，覆膜处理情况下，根系直径较粗的不定根在根长、根表面积和根体积方面占优，一旦遭遇干旱胁迫，处理间不定根的根长、根表面积和根体积显著降低，而直径较小的侧根却显著增加，这可能是甘薯根系响应干旱胁迫的一种自我调节。甘薯不定根生长的初始阶段对块根的形成和分化起决定性作用[5，19，20]。前人报道覆膜增加甘薯产量[13～15，18，21]，其原因之一可能是地膜保持了土壤中较高的土壤相对含水量，有利于夏薯栽插后根系分化出更多的块根。

本研究初步摸清了夏薯发生干旱胁迫的临界时间，分析了甘薯覆膜和干旱条件下的根系生物学性状特征，为地膜覆盖提高夏薯成活率、增加产量提供了理论支撑。下一步，需要明确在甘薯苗期根系与收获后根系生物学性状之间的关联。

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