甘薯块根形成和膨大对土壤紧实度的响应机制及与产量的关系

史文卿 张彬彬 柳洪鹃 赵庆鑫 史春余,* 王新建 司成成



甘薯块根形成和膨大对土壤紧实度的响应机制及与产量的关系

史文卿1张彬彬1柳洪鹃1赵庆鑫2史春余1,*王新建1司成成1

1山东农业大学农学院/ 作物生物学国家重点实验室, 山东泰安 271018;2山东省农业技术推广总站, 山东济南 250100

为探讨甘薯块根形成和膨大对土壤紧实度的响应机制及与产量的关系, 以源库特征差异显著的食用型甘薯品种“北京553”和“龙薯9号”为试验材料, 设置不同的土壤紧实度处理, 研究土壤紧实度调控甘薯块根产量的生理生态原因。结果表明, 降低土壤紧实度, 全生育期耕作层土壤的非毛管孔隙度显著提高。在块根形成期(20~40 d), 随土壤紧实度降低, 耕作层土壤的最高温度提高、最低温度降低, 温度日较差显著提高。在甘薯块根膨大期(45~165 d), 与对照相比, 疏松处理可以提高块根中蔗糖合酶(SS)和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGPPase)活性, 增加淀粉含量; 提高块根中干物质积累初始势、干物质积累速率和功能叶13C同化物在块根中的分配比例。在收获时, 疏松处理显著提高单薯重和收获指数, 北京553和龙薯9号分别增产20.01%~24.25%和21.64%~27.78%。

甘薯; 土壤紧实度; 块根形成; 块根膨大; 产量

甘薯是一种地下形成产品器官的作物, 耕作层土壤的紧实度、容重和孔隙度等物理性状对块根产量有重要影响。因此, 研究土壤紧实度调控甘薯块根产量形成的生理生态原因、阐明甘薯块根形成和膨大对土壤紧实度的响应机制, 对促进甘薯高产栽培理论发展有重要意义。土壤紧实度是土壤对外界垂直穿透力的反抗力, 可以反映土壤的空隙状况及土粒间结构力的大小。增加土壤容重或向土壤中充入氮气, 甘薯块根膨大受阻; 适当降低土壤容重或提高土壤中氧气比例, 促进甘薯块根膨大[1]。与标准区中种植的甘薯相比, 种植在团粒区土壤中的甘薯块根形成层活动能力强, 块根产量高[2-5]。史春余等[6-7]进一步研究发现, 改善土壤通气性, 功能叶和块根中ATP酶活性提高、ATP含量增加, 块根中脱落酸(ABA)含量升高, 促进了14C同化物由叶片向块根的运转和分配, 提高了干物质在块根中的分配率, 极显著地提高了块根的产量。前人的研究阐明了土壤通气状况调控甘薯块根产量的部分生理机制; 但是, 土壤通气状况对甘薯块根形成的调控效应以及对块根膨大过程中淀粉合成的调控效应鲜见报道。本研究以源库特征差异显著的食用型甘薯品种“北京553”和“龙薯9号”为供试品种, 通过改变土壤紧实度形成不同的土壤通气状况处理, 研究其对耕作层土壤温度和通气性、块根干物质积累、功能叶13C同化物分配、块根膨大过程中碳水化合物含量及淀粉合成关键酶活性的影响, 以揭示土壤紧实度调控甘薯块根产量的生理生态原因。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验设计

试验于2014—2015年在山东农业大学农学试验站甘薯栽培池内进行。供试品种为源库特征差异显著的食用型甘薯品种北京553和龙薯9号; 其中, 北京553为库弱、源相对强的品种, 龙薯9号为库强、源相对弱的品种。2014年试验地0~20 cm土层土壤养分含量为有机质1.42%、碱解氮86.96 mg kg–1、速效磷51.21 mg kg–1、速效钾119.45 mg kg–1; 2015年试验地0~20 cm土层土壤养分含量为有机质1.30%、碱解氮79.47 mg kg–1、速效磷42.47 mg kg–1、速效钾112.33 mg kg–1。

共设置3个处理, 紧实区(JS)为供试土壤压实而成; 对照区(CK)为供试土壤自然形成; 疏松区(SS), 为供试土壤、沙和有机肥混合而成, 混合的标准是使疏松区土壤有机质含量和对照区相同, 然后将速效氮、磷、钾含量调节到与对照区一致。所有处理基施钾肥(K2O) 18 g m–2、氮肥(N) 6 g m–2, 田间管理措施同一般大田。小区面积16 m2, 行距80 cm, 株距25 cm, 重复3次, 随机排列。2014年5月8日栽秧, 10月21日收获; 2015年5月7日栽秧, 10月20日收获。从栽秧至收获期, 定期用土壤水分速测仪测定土壤水分含量, 根据测定结果及时补水, 保证不同处理间土壤水分含量基本一致。

1.2 取样方法

从封垄期(栽秧后45 d)开始, 每隔20 d取一次样, 直至收获, 共取7次样。每次每个处理在每个小区选择生长一致、具有代表性的植株5株, 剪掉地上部, 挖出所有块根。称取块根的鲜重, 然后取块根膨大部位将块根横切成片, 留取鲜样, 液氮速冻,-40℃超低温冰柜保存用于淀粉合成相关酶活性的测定; 另一部分块根切片后称鲜重, 在烘箱中105℃杀青30 min, 60℃烘干至恒重, 称干重。根据块根干率, 计算块根的干物重; 利用各时期块根干物重拟合Logistic曲线。块根干样粉碎后用于蔗糖、可溶性糖、淀粉含量的测定。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤温度的测定 用直角地温表测定土壤温度。于每小区垄上设地温表一套, 于栽植后20、30、40 d自垄面最高点开始, 观测10 cm、20 cm土层土壤最高温度和最低温度, 计算土壤温度日较差。温度日较差(℃) = 最高温度-最低温度。

1.3.2 土壤物理性状的测定 分别于秧苗栽植后0 d和160 d取5~10 cm和15~20 cm 2个土层的土样, 用环刀法测定土壤容重, 计算土壤孔隙度。用rimik公司生产的CP40II锥形触探仪测定试验区土壤紧实度。

土壤容重(g cm–3)=烘干土重(g)/100(cm3)

土壤总孔隙度(%)=(1-土壤容重/土壤比重)×100

毛管孔隙度(%)=(湿土重-烘干土重)×100

非毛管孔隙度(%)=土壤总孔隙度-毛管孔隙度

1.3.313C标记方法与测定 参照史春余等[6]的方法, 于栽秧后100 d, 在晴朗无风或少风天9:00-11:00, 从每个小区选择生长基本一致、具有代表性的植株2株, 在其主茎顶部第4~6片展开叶上标记13CO2。13CO2由Ba13CO2(99%13C)和磷酸在反应器中反应生成并用气球收集。标记前将欲标记叶用体积约为400 mL的聚氯乙烯透明塑料薄膜袋密封, 用医用注射器注入50 mL13CO2(1%); 在自然光照下光合同化40 min, 之后撤掉透明塑料袋。标记完成后48 h剪取标记植株地上部, 并将块根全部挖出。将植株分为5个部分, 分别为标记部分(标记叶所在的叶、柄、茎)、标记上部(标记叶到生长点之间的叶、柄、茎)、标记下部(标记叶到茎蔓基部之间的叶、柄、茎)、侧枝(主茎以外的叶、柄、茎)、块根。分样后, 将茎蔓切段、块根切片、装袋。装袋样品经105℃杀青10~30 min, 60℃烘干至恒重; 然后称重、粉碎, 用质谱仪(Isoprime 100)测定13C。样品中元素同位素比值样= (δ13C/1000+1)×标(标为某一标准物质的碳元素同位素比值,标= 1.080,626,7), 各部分总13C积累量 =样/(样+1)×C%×干重。

1.3.4 碳水化合物含量及相关酶活性的测定 用蒽酮比色法测定蔗糖、可溶性总糖和淀粉含量。用苏州科铭生物技术有限公司生产的试剂盒测定蔗糖合酶(SS)和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGPPase)活性。

1.4 块根产量及其构成因素

在收获期测定单株结薯数、单薯重、块根产量和生物产量, 计算收获指数。

1.5 数据分析

用Microsoft Excel 2007处理数据、作图, DPS (Data Processing System) v7.05数据处理系统分析检验方差, Duncan’s新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 主要生长时期土壤温度和物理性状

2.1.1 耕作层土壤物理性状 由表1可以看出, 随土壤紧实度的提高, 5~10 cm和15~20 cm土层土壤容重、毛管孔隙度升高, 非毛管孔隙度、总孔隙度降低。随着甘薯的生长发育, 各处理土壤紧实度稍有上升但变化不大。说明在甘薯的整个生育期, 各紧实度处理的效果一直存在; 降低土壤紧实度有利于改善土壤通气性。

表1 主要生长时期土壤物理性状

标以不同字母的值在处理间差异显著(< 0.05)。SS: 疏松处理; CK: 对照处理; JS: 紧实处理。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. SS: loose treatment; CK: control; JS: compaction treatment.

2.1.2 耕作层土壤温度 从表2可以看出, 在甘薯生长前期(栽秧后20~40 d), 与对照相比, 提高土壤紧实度(JS), 耕作层土壤的最高温度降低、最低温度升高, 温度日较差减小; 降低土壤紧实度(SS), 提高了耕作层土壤的最高温度, 增温幅度达0.2~ 1.9℃, 降低耕作层土壤的最低温度, 降温幅度为0.2~1.6℃, 温度日较差增大。从不同土层来看, 改变土壤紧实度对10 cm土层温度的影响大于20 cm土层。随着甘薯地上部的生长, 茎叶逐渐覆盖地面, 在栽秧后40 d时各处理间的差异变小。说明随着土壤紧实度的降低, 耕作层土壤最高温度提高, 最低温度降低, 土壤温度日较差变大, 这可能是促进甘薯块根早形成并提高块根膨大起始势的原因之一。

表2 土壤紧实度对甘薯生长前期耕作层土壤温度的影响

标以不同字母的值在处理间差异显著(< 0.05)。MAT: 最高温度; MIT: 最低温度; DTR: 日较差。其他缩写同表1。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. MAT: maximum temperature; MIT: minimum temperature; DTR: diurnal temperature range. Other abbreviations are the same as those given in Table 1.

2.2 块根产量及收获指数

两年试验结果表明(表3), 与对照相比, 增加土壤紧实度(JS)显著降低2个品种块根产量和收获指数; 降低土壤紧实度(SS)显著提高块根产量, 2014年北京553和龙薯9号分别增产24.25%和27.78%, 2015年北京553和龙薯9号分别增产20.01%和21.64%, 同时收获指数也显著提高。增加土壤紧实度显著降低单株结薯数、单薯重和生物产量; 降低土壤紧实度显著提高单薯重, 而对生物产量和单株结薯数影响不大。以上结果表明, 降低土壤紧实度显著提高产量, 主要是由于提高了收获指数和单薯重。

2.3 块根干物质积累特征及功能叶光合产物分配

2.3.1 块根干物质积累特征 块根干物质积累动态近似Logistic曲线, 通过非线性回归分析得出块根干物质积累特征曲线=/(1+e–bx), 式中、、均为常数,为甘薯栽植后天数,为块根干物质积累量。根据该方程求出决定系数(2)、块根干物质初始积累量(0)、平均积累速率(mean)、最大积累速率(max)、最大积累速率出现的时间(max.V)和干物质积累持续时间()等。对回归方程进行显著性检验, 3个处理的2值对于自由度6 (0.05= 0.707,0.01=0.834)为极显著, 所以用Logistic方程描述甘薯块根膨大过程的干物质积累是合适的。

由表4可以看出, 与对照相比, 增加土壤紧实度降低2个品种块根干物质初始积累量、平均积累速率和最大积累速率; 降低土壤紧实度明显提高2个品种块根干物质初始积累量、平均积累速率和最大积累速率, 北京553比对照分别提高100.00%、22.15%、16.51%, 龙薯9号比对照分别提高12.88%、27.27%、28.31%。说明降低土壤紧实度有利于促进块根早形成, 同时提高了甘薯块根膨大过程中的干物质积累速率, 有利于提高单薯重, 从而增加块根产量。

表3 块根产量及收获指数

标以不同字母的值在处理间差异显著(< 0.05)。缩写同表1。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

表4 块根干物质积累特征参数(2015年)

标以不同字母的值在处理间差异显著(< 0.05)。缩写同表1。均为常数;2为决定系数;0为块根干物质初始积累量;mean为平均积累速率;max为最大积累速率;max.V为最大积累速率出现的时间;为干物质积累持续时间。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Table 1.,, andare constants;2is coefficient of determination;0refers to the initial dry matter accumulation amount;meanrefers to the mean dry matter accumulation rate;maxrefers to the time of maximum dry matter accumulation rate;max.Vrefers to the time of maximum dry matter accumulation rate appeared, andrefers to dry matter accumulation duration.

2.3.2 栽植后100 d功能叶13C同化物的运转分配特点 表5数据显示, 与对照相比, 提高土壤紧实度(JS)明显减少2个品种功能叶13C同化物向块根分配比例, 而显著提高侧枝中的分配比例。降低土壤紧实度(SS)明显增加2个品种功能叶13C同化物在块根中的分配比例; 其中, 北京553增加40.06%, 龙薯9号增加9.10%。说明降低土壤紧实度有利于光合产物由叶片向块根中运输, 增加干物质在块根中的分配比例。

2.4 主要生长时期甘薯块根中碳水化合物含量及淀粉合成相关酶活性

2.4.1 块根中可溶性糖、蔗糖、淀粉含量 从表6可以看出, 与对照相比, 提高土壤紧实度可增加2个品种块根中可溶性糖和蔗糖含量, 降低淀粉含量; 降低土壤紧实度降低2个品种块根中可溶性糖和蔗糖含量, 提高淀粉含量。不同生长时期, 2个品种表现出的规律相似。说明降低土壤紧实度有利于块根中可溶性糖向淀粉的转化, 这可能与促进了淀粉的合成有关。

表5 栽秧后100 d功能叶13C同化物在不同器官的分配比例(2015年)

标以不同字母的值在处理间差异显著(< 0.05)。缩写同表1。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

表6 主要生长时期块根中可溶性糖、蔗糖和淀粉含量(2015年)

标以不同字母的值在处理间差异显著(< 0.05)。缩写同表1。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

2.4.2 块根中蔗糖合酶(SS)和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGPPase)活性 蔗糖合酶(SS)是植物蔗糖代谢过程中的关键酶之一, 在库器官中能够促进蔗糖分解并对淀粉合成有重要作用[8-9]。由图1可以看出, 与对照处理相比, 增加土壤紧实度(JS)显著降低2个品种块根中的蔗糖合酶(SS)活性; 降低土壤紧实度提高块根中蔗糖合酶(SS)活性, 北京553和龙薯9号分别比对照提高了4.25%~13.97%和7.25%~26.16%。

腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGPPase)是淀粉合成过程中的关键酶, 它为淀粉合成提供前体物质腺苷二磷酸葡萄糖[9-10]。从图2可以看出, 与对照相比, 增加土壤紧实度(JS)显著降低2个品种块根中ADPGPPase活性; 降低土壤紧实度(SS)提高2个品种块根中ADPGPPase活性, 北京553提高5.08%~ 24.73%, 龙薯9号提高0.35%~9.67%。降低土壤紧实度提高了块根中SS、ADPGPPase活性, 是其增加块根中淀粉含量的原因之一。

图1 主要生长时期甘薯块根中蔗糖合酶(SS)活性(2015年)

标以不同字母的值在处理间差异显著(< 0.05)。缩写同表1。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

图2 主要生长时期块根中腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性(2015年)

标以不同字母的值在处理间差异显著(< 0.05)。缩写同表1。

Values followed by different letters in the same column are significantly different among different treatments at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

3 讨论

3.1 土壤紧实度对甘薯块根形成的调控效应及与块根产量的关系

已有研究表明, 温度日较差大可以显著提高作物产量[12-16], 在甘薯上的研究结果表明, 地膜覆盖可以提高不同土层土壤的温度、增大不同土层土壤温度日较差, 从而促进块根早形成, 增加单薯重, 提高块根产量[17-22]。本研究结果表明, 与对照相比, 提高土壤紧实度, 则土壤容重和土壤毛管孔隙度提高、非毛管孔隙度降低, 土壤通气状况恶化; 降低土壤紧实度, 则土壤容重降低、非毛管孔隙度提高, 改善了土壤的通气状况。提高土壤紧实度显著降低耕作层土壤温度日较差, 同时显著降低单株结薯数和块根干物质初始积累量, 说明土壤紧实度过大不利于块根形成; 而降低土壤紧实度显著提高耕作层土壤温度日较差, 同时显著提高块根干物质初始积累量, 说明降低土壤紧实度有利于块根早形成。因此, 本研究认为, 降低土壤紧实度提高块根形成期耕作层土壤温度日较差, 促进块根早形成, 这是提高甘薯块根产量的主要原因之一。

3.2 土壤紧实度对甘薯块根膨大过程中淀粉合成的调控效应及与块根产量的关系

前人研究表明, 增加耕作层土壤的团粒结构可以改善土壤通气性, 显著提高甘薯块根形成层的活动能力、增加块根产量[3-4]。与粘土地相比, 种植在砂土地上的甘薯结薯早, 块根膨大快, 块根薄壁细胞中淀粉粒数多[5]。改善土壤通气性促进14C同化物由叶片向块根的运转和分配, 提高块根中淀粉含量, 极显著地提高块根的产量[6-7]。甘薯上的研究已证实蔗糖合酶(SS)和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGPPase)与淀粉的合成密切相关, SS和ADPGPPase协同作用促进淀粉的合成[23-26]。本研究结果表明, 与对照相比, 提高土壤紧实度, 则块根中SS、ADPGPPase活性和淀粉含量都降低; 降低土壤紧实度, 则块根中SS和ADPGPPase活性提高, 块根中淀粉含量升高。说明降低土壤紧实度有利于淀粉合成, 其主要原因是提高了块根中淀粉合成关键酶(SS、ADPGPPase)的活性。本研究还发现, 降低土壤紧实度显著提高块根膨大过程中功能叶13C同化物在块根中的分配比例和块根干物质积累速率, 显著提高收获期单薯重、收获指数和块根产量。因此, 本研究认为, 降低土壤紧实度提高甘薯块根产量的另一个原因是, 提高了块根膨大过程中淀粉的合成能力、以及地上部光合产物向块根的分配能力, 有利于块根迅速膨大、提高平均薯块重量。

4 结论

降低土壤紧实度增加了土壤非毛管孔隙度、改善了土壤通气状况, 显著提高了甘薯块根产量。其增产的主要原因有二, 一是提高了块根形成过程中耕作层土壤温度日较差, 促进块根早形成, 有利于协调甘薯生长中后期地上部生长和块根生长的关系。二是提高了块根膨大过程中淀粉的合成能力、以及地上部光合产物向块根的分配能力, 有利于块根迅速膨大、提高平均薯块重量。

[1] Kazuyki W, Toshio K. Studies on the effects of soil physical conditions on the growth and yield of crop plants: III. Effects of the capacity and composition of soil air on the growth and yield of sweet potato plants., 1964, 33: 418–422.

[2] 史春余, 王振林, 余松烈. 甘薯光合产物的积累分配及其影响因素. 山东农业大学学报(自然科学版), 2001, 32(1): 90–94. Shi C Y, Wang Z L, Yu S L. Accumulation and distribution of photosynthats in sweet potato and the influence factors.(Nat Sci Edn), 2001, 32(1): 90–94 (in Chinese).

[3] Kazuyki W, Toshio K. Studies on the effects of soil physical conditions on the growth and yield of crop plants: IV. Effects of the different soil structures on a few physiological characters of sweet potato plants., 1965, 34: 409–412.

[4] Kaoru E. Hakabu S. Effect of atmospheric humidity and soil moisture on the translocation of sucroce-14C in the sweet potato plant., 1962, 32: 41–44.

[5] 王树钿, 于作庆. 甘薯在不同土壤条件下高产规律的初步研究. 中国农业科学, 1981, 14(1): 49–55. Wang S D, Yu Z Q. A preliminary study on the high-yielding law of sweet potato in different kind of soil., 1981, 14(1): 49–55 (in Chinese with English abstract).

[6] 史春余, 王振林, 郭风法, 余松烈. 土壤通气性对甘薯养分吸收、14C同化物分配及产量的影响. 核农学报, 2002, 16: 232–236. Shi C Y, Wang Z L, Guo F F, Yu S L. Effects of the soil aeration on nutrient absorption,14C-assimilates distribution and storage root yield in sweet potato., 2002, 16: 232–236 (in Chinese with English abstract).

[7] 史春余, 王振林, 余松烈. 土壤通气性对甘薯产量的影响及其生理机制. 中国农业科学, 2001, 34: 173–178. Shi C Y, Wang Z L, Yu S L. Effects of soil aeration on sweet potato yield and its physiological mechanism., 2001, 34: 173–178 (in Chinese with English abstract).

[8] 柳洪鹃, 史春余, 张立明, 张海峰, 王振振, 柴沙沙. 钾素对食用型甘薯糖代谢相关酶活性的影响. 植物营养与肥料学报, 2012, 18: 724–732. Liu H J, Shi C Y, Zhang L M, Zhang H F, Wang Z Z, Chai S S. Effect of potassium on related enzyme activities in sugar metabolism of edible sweet potato., 2012, 18: 724–732 (in Chinese with English abstract).

[9] 董明辉, 赵步洪, 吴翔宙, 陈涛, 杨建昌. 水稻结实期不同粒位籽粒相关内源激素含量和关键酶活性的差异及其与品质的关系. 中国农业科学, 2008, 41: 370–380. Dong M H, Zhao B H, Wu X Y, Chen T, Yang J C. Difference in hormonal content and activities of key enzymes in the grains at different positions on a rice panicle during grain filling and their correlations with rice qualities., 2008, 41: 370–380 (in Chinese with English abstract).

[10] 岳向文. 小麦腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶同工酶类型与淀粉含量关系的研究. 山东农业大学硕士学位论文, 山东泰安, 2008. Yue X W. Types of Isozyme and the Relationship between Isozymes and Starch Content in Common Wheat. MS Thesis of Shandong Agricultural University, Tai’an, Shandong, China, 2008 (in Chinese with English abstract).

[11] 夏斌, 郭涛, 王慧, 刘永柱, 张建国, 陈志强. 水稻淀粉合成关键酶的研究进展. 中国农学通报, 2009, 25(22): 47–51. Xia B, Guo T, Wang H, Liu Y Z, Zhang J G, Chen Z Q. Progress in key enzymes of starch synthesis in rice., 2009, 25(22): 47–51 (in Chinese with English abstract).

[12] 刘淑云, 董树亭, 胡昌浩, 白萍, 吕新. 玉米产量和品质与生态环境的关系. 作物学报, 2005, 31: 571–576. Liu S Y, Dong S T, Hu C H, Bai P, Lyu X. Relationship between ecological environment and maize yield and quality., 2005, 31: 571–576 (in Chinese with English abstract).

[13] 陶志强, 陈源泉, 李超, 袁淑芬, 师江涛, 高旺盛, 隋鹏. 华北低平原不同播种期春玉米的产量表现及其与气象因子的通径分析. 作物学报, 2013, 39: 1628–1634. Tao Z Q, Chen Y Q, Li C, Yuan S F, Shi J T, Gao W S, Sui P. Path analysis between yield of spring maize and meteorological factors at different sowing times in north China low plain., 2013, 39: 1628–1634 (in Chinese with English abstract).

[14] 吴元中, 李育民. 自控温室气象条件对番茄产量的影响. 生态农业研究, 2000, 8(4): 13–15. Wu Y Z, Li Y M. Effect of meteorological conditions in self-controlled greenhouse on the yield of tomato.-, 2000, 8(4): 13–15(in Chinese with English abstract).

[15] 熊伟, 杨婕, 吴文斌, 黄丹丹, 曹阳. 中国水稻生产对历史气候变化的敏感性和脆弱性. 生态学报, 2013, 33: 509–518. Xiong W, Yang J, Wu W B, Huang D D, Cao Y. Sensitivity and vulnerability of China’s rice production to observed climate change., 2013, 33: 509–518 (in Chinese with English abstract).

[16] 赵腾飞, 韩亚东, 于晓刚, 商全玉, 张文忠. 温度对北方粳型超级稻沈农265生长发育及产量的影响. 辽宁农业科学, 2010, (5): 33–36. Zhao T F, Han Y D, Yu X G, Shang Q Y, Zhang W Z. Effect of temperature on growth and development and yield of northsuper rice shennong 265., 2010, (5): 33–36 (in Chinese).

[17] 王树森, 邓根云. 地膜覆盖增温机制研究. 中国农业科学, 1991, 24(3): 74–78. Wang S S, Deng G Y. A study on the mechanism of soil temperature increasing under plastic mulch., 1991, 24(3): 74–78 (in Chinese with English abstract).

[18] 江燕, 史春余, 王振振, 王翠娟, 柳洪鹃. 地膜覆盖对耕层土壤温度水分和甘薯产量的影响. 中国生态农业学报, 2014, 22: 627–634. Jiang Y, Shi C Y, Wang Z Z, Wang C J, Liu H J. Effects of plastic film mulching on arable layer soil temperature, moisture and yield of sweet potato., 2014, 22: 627–634 (in Chinese with English abstract).

[19] 汪宝卿, 杜召海, 解备涛, 张海燕, 张立明, 张文兰. 地膜覆盖对土壤水分和夏薯苗期根系建成的影响. 山东农业科学, 2014, 46(2): 41–45. Wang B Q, Du Z H, Xie B T, Zhang H Y, Zhang L M, Zhang W L. Effects of film mulching on water content in soil and root formation of summer sweet potato seedling., 2014, 46(2): 41–45 (in Chinese with English abstract).

[20] 李雪英, 朱海波, 刘刚, 侯丽娟, 丛晓飞. 地膜覆盖对甘薯垄内温度和产量的影响. 作物杂志, 2012, (1): 121–123. Li X Y, Zhu H B, Liu G, Hou L J, Cong X F. Effects of plastic film mulching of sweet potato on in-row temperature and yield., 2012, (1): 121–123 (in Chinese with English abstract).

[21] 王翠娟, 史春余, 王振振, 柴沙沙, 柳洪鹃, 史衍玺. 覆膜栽培对甘薯幼根生长发育、块根形成及产量的影响. 作物学报, 2014, 40: 1677–1685. Wang C J, Shi C Y, Wang Z Z, Chai S S, Liu H J, Shi Y X. Effects of plastic film mulching cultivation on young roots growth development, tuber formation and tuber yield of sweet potato., 2014, 40: 1677–1685 (in Chinese with English abstract).

[22] Zhang C F, Huang Y L, Zhou H, Zhang Y, Zhang D W. Effects of plastic film mulching on physical characters of soil and yield and yield components of sweet potato., 2015, 16: 2379–2385.

[23] Kim S H, Mizuno K, Fujimura T. Regulated expression of ADP glucose pyrophosphorylase and chalcone synthase during root development in sweet potato., 2002, 38: 173–179.

[24] Kamali F. Evaluation of root sink ability of sweet potato (Lam) cultivars on the basis of enzymatic activity in the starch synthesis pathway., 2010, 177: 17–23.

[25] 陈晓光, 史春余, 王振林, 张立明, 张晓冬. 多效唑对食用甘薯北京553块根淀粉积累及相关酶活性的影响. 中国农业科学, 2012, 45: 192–198. Chen X G, Shi C Y, Wang Z L, Zhang L M, Zhang X D. Effect of paclobutrazol on starch accumulation and related enzyme activity of storage root in edible sweet potato cv. Beijing 553., 2012, 45: 192–198 (in Chinese with English abstract).

[26] 柳洪鹃, 姚海兰, 史春余, 张立明. 施钾时期对甘薯济徐23块根淀粉积累与品质的影响及酶学生理机制. 中国农业科学, 2014, 47: 43–52.Liu H J, Yao H L, Shi C Y, Zhang L M. Effect of potassium application time on starch accumulation and related enzyme activities of sweet potato variety Jixu 23., 2014, 47: 43–52 (in Chinese with English abstract).

Response mechanism of sweet potato storage root formation and bulking to soil compaction and its relationship with yield

SHI Wen-Qing1, ZHANG Bin-Bin1, LIU Hong-Juan1, ZHAO Qing-Xin2, SHI Chun-Yu1,*, WANG Xin-Jian1, and SI Cheng-Cheng1

1College of Agronomy, Shandong Agricultural University / State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an 271018, Shandong, China:2Shandong Province Agricultural Technology Extension Station, Jinan 250100, Shandong, China

Field experiments were performed using two sweet potato [L.(Lam.)].cultivars (‘Beijing 553’ and ‘Longshu 9’) with significant differences in source sink characteristics. The physiological and ecological mechanisms of regulation of soil compaction on storage root yield were studied under different soil compaction treatments. The non-capillary porosity of plough horizon increased significantly during the whole growth period with the decrease of soil compactness. During storage root formation (20–40 d), the minimum temperature was significantly decreased, the maximum temperature and diurnal temperature range of plough layer were significantly increased with the decrease of soil compactness. Compared with the control, the loose treatment could increase the activities of sucrose synthase (SS) and adenosine diphosphate glucose pyrophosphorylase (ADPGPPase) in storage roots, also the starch content, the initial dry matter accumulation potential, dry matter accumulation rate and the distribution ratio of13C assimilates from functional leaf to storage root. At harvest period the average weight per storage root and harvest index were significantly increased in the loose treatment, Beijing 553 and Longshu 9 increased production by 20.01% to 24.25% and 21.64% to 27.78%, respectively.

sweet potato; soil compaction; root formation; tuberous thickening; yield

2018-06-20;

2018-12-24;

2019-02-01.

10.3724/SP.J.1006.2019.84084

史春余, E-mail: scyu@sdau.edu.cn, Tel: 0538-8246259

E-mail: shiwenqingsd@163.com

本研究由国家自然科学基金项目(31371577)和山东省薯类产业创新团队首席专家项目(SDAIT-16-01)资助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31371577) and the Potato Innovation Program for Chief Expert of Shandong Province (SDAIT-16-01).

URL:http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20190114.1656.003.html