一年连作对马铃薯形态特征及其产量的影响

马达灵，郭美兰，徐松鹤，曹兴明

（集宁师范学院生物系，内蒙古 乌兰察布 012000）

乌兰察布市位于内蒙古自治区中部，属中温带大陆性季风气候，年平均气温较低，昼夜温差大，特别适宜马铃薯规模化生产，享有“中国薯都”的称号，常年播种面积稳定在27万hm2左右，占全区马铃薯种植面积的40%左右[1]。但由于土地资源的限制和适宜种植作物种类的单一，乌兰察布地区马铃薯连作栽培现象较普遍。研究证实长期的连作会造成马铃薯产量降低、品质下降、病虫害严重和生育状况变差等情况，会严重限制马铃薯产业健康、持续发展[2]。

前人研究发现随着连作年限延长，马铃薯叶面积减少，单株主茎数减少，茎的高度降低；根系的长度、表面积、根尖数逐渐增加，而根系活力下降，产量明显减少[3-6]。马铃薯连作后净光合速率、马铃薯叶绿素含量均出现下降趋势[3,7]。同时随着连作年限的延长，马铃薯土壤中大量营养元素N、P、K的含量都减少[8]，土壤中的酶类也发生显著的变化[9]。总之，连作后马铃薯形态、土壤养分、微生物等性状恶化，造成产量下降[10,11]。但也有研究表明短期连作对马铃薯根系形态指标、根系活力无明显影响，而且产量也无显著降低[12]。

乌兰察布市马铃薯规模化生产日趋增多，轮作倒茬困难，针对性设置一年连作与轮作对比试验，从而探明一年连作对马铃薯地上部形态特征、抗性生理指标和产量的影响，以期为乌兰察布地区马铃薯连作提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为马铃薯良种‘费乌瑞它’原种。

1.2 试验设计

田间试验于2016年5月18日至9月20日在内蒙古乌兰察布市集宁师范学院实训农场进行。设一年连作（前茬为马铃薯）和对照（前茬为玉米）2个处理，基施纯N 180 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 90 kg/hm2，即施用马铃薯专用肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15）600 kg/hm2，尿素（N 46%）196 kg/hm2。种植密度统一为50 000株/hm2。每个处理6次重复，3次重复用于取样测定，3次重复用于测产；每次重复小区长5 m，宽4.2 m，垄距60 cm，株距33 cm。5月18日开沟施基肥，覆土，点播；6月19日出苗，在出苗后15，30，45，60和75 d分别测定马铃薯形态指标、生理指标。于9月20日统一采挖，按照实际小区的块茎鲜重测产。

1.3 测定方法

马铃薯株高、冠幅采用直接测量法。株高是指植株从地面到主茎最高处的距离，冠幅指马铃薯植株空间伸展最大直径，每小区随机选取10株进行测定，取平均值。单株叶面积采用打孔法测定，每小区选取3株进行测定，取平均值[13]。过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚法测定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法[14]。

成熟期按小区单收，块茎总鲜重记为总产量；对块茎进行分级，单薯重大于50 g为商品薯，小于50 g为非商品薯。商品薯率（%）=商品薯鲜重/薯块总鲜重×100。

1.4 数据分析

运用SPSS 22.0对马铃薯的形态指标、生理指标和产量进行平均值计算；同一时期的数据采用F检验进行单因素方差分析，比较对照与一年连作之间的差异（P＜0.05）；利用Excel 2010对形态指标、生理指标作图。

2 结果与分析

2.1 一年连作对马铃薯形态特征的影响

马铃薯的株高随着生育期的推进逐渐增加，在出苗后60 d达到最大值48.0 cm；生育后期株高略有下降。一年连作马铃薯出苗后15，30，45，60和75 d各生育期的平均株高与对照相比，无显著差异（图1）。表明一年连作对马铃薯的株高无明显影响。

马铃薯的冠幅随着生育期的推进逐渐增加，在出苗后45 d达到最大值，生育后期略有下降。一年连作马铃薯各生育期的平均冠幅与对照相比，无显著差异（图2），可以认为一年连作对马铃薯的冠幅指标无明显影响。

马铃薯的叶面积随着生育期的推进表现为先增后降的趋势，在出苗后45 d达到最大值。在出苗后30和60 d连作马铃薯的单株叶面积分别为2 392和1 331 cm2，显著低于对照（图3）。表明一年连作影响前期马铃薯光合面积的迅速扩大，并且加速马铃薯生育后期叶片的衰老。

图1 不同生育时期马铃薯株高Figure 1 Plant height of potato at different growing stages

图2 不同生育时期马铃薯冠幅Figure 2 Crown breadth of potato at different growing stages

图3 不同生育时期马铃薯单株叶面积Figure 3 Leaf area per plant of potato at different growing stages

2.2 一年连作对马铃薯抗性生理指标的影响

随着生育期的推进，马铃薯叶片中的POD活性呈先增后减的趋势。在出苗后45 d达到最大值。一年连作马铃薯全生育期的POD活性与对照相比，在出苗后15，30，60和75 d的测定值均略低于对照，出苗后45 d的测定值高于对照（图4）。由于连作下的马铃薯POD活性与对照无显著差异，可以认为一年连作对马铃薯全生育期的POD活性无明显影响。

马铃薯的MDA含量随着生育期的推进在出苗后45和75 d出现2次高峰值，出苗后75 d的MDA含量达到最大值。一年连作马铃薯全生育期的MDA含量与对照相比，在出苗后60 d的测定值略低于对照，出苗后15，30，45和75 d的测定值均高于对照（图5）。由于连作下的马铃薯MDA含量与对照无显著差异，可以认为一年连作对马铃薯全生育期的MDA含量无明显影响。

2.3 一年连作对马铃薯产量与商品薯率的影响

连作马铃薯的块茎总鲜重平均为16 577 kg/hm2，与对照18 480 kg/hm2相比，无显著差异。连作马铃薯的商品薯产量14 218 kg/hm2显著低于对照的17 309 kg/hm2，而非商品薯鲜重则显著高于对照。连作对马铃薯的商品薯率有极显著的影响，连作商品薯率平均为85.8%，而对照的商品薯率为93.6%（表1）。

图4 不同生育期马铃薯叶片中POD活性Figure 4 POD activity in potato leaves at different growing stages

图5 不同生育期马铃薯叶片中MDA含量Figure 5 MDA content in potato leaves at different growing stages

表1 连作马铃薯的块茎总产量、商品薯产量及非商品薯重量Table 1 Yields of the total tuber,marketable tuber and non-marketable tuber under continuous cropping

3 讨 论

多年连作的马铃薯株高、茎粗、叶面积等形态指标会下降[3,6]。本研究发现，一年连作对马铃薯各个生育期的株高、冠幅均无显著影响，仅使出苗后30和60 d的单株叶面积显著下降。这与刘星等[15]在甘肃中部沿黄灌区马铃薯的连作研究结果相一致，短期连作对马铃薯的形态特征影响不明显。

本研究还发现，连作马铃薯各生育时期叶片中POD活性略有降低、MDA含量略有增加，但与对照均无显著差异；这与前人研究的马铃薯幼苗叶片MDA含量逐年升高、过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性显著下降结果不同[16]，可能在于短期连作对部分酶的活性影响不显著；连作年限的增加会产生累积效应，使抗氧化酶活性下降，加重马铃薯的脂质过氧化程度。

在本研究中一年连作对块茎总产量无明显影响，这与张文明等[12]、刘星等[15]的研究结果相似；但是一年连作极大地降低了马铃薯的商品薯率，连作商品薯率平均为85.8%，而对照的商品薯率为93.6%，致使商品薯产量明显降低。

综合来看，一年连作对全生育期内株高、冠幅、POD活性、MDA含量指标及总产量无明显影响，但极大地降低了马铃薯的商品薯率。所以，乌兰察布地区马铃薯连作栽培需谨慎。

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