气雾培营养液钾素浓度对马铃薯农艺性状及块茎品质的影响

荣田甜 何文寿 王斌 王楠

摘要：以马铃薯脱毒苗为试验材料，设计B1（CK，0 mmol/L）、B2（3 mmol/L）、B3（6 mmol/L）、B4（9 mmol/L）、B5（12 mmol/L）5个营养液钾素浓度梯度处理，研究从营养液中缺钾至高浓度的钾素对马铃薯不同生育期植株生长指标、品质和产量的影响，同时筛选出适合马铃薯生长和有效提升马铃薯品质、产量的营养液钾素浓度。结果表明，马铃薯植株株高在生育期内总体表现为“S”形生长趋势，各处理间植株茎粗在淀粉积累期和成熟期差异明显，B3、B4、B5增长幅度明显高于B1和B2处理。B1处理植株叶片数大幅减少，可能是缺钾导致叶片光合作用降低。B4处理在全生育期内叶片SPAD值总体优于其他处理。综上所述，B4处理有利于气雾培马铃薯植株地上部生长，营养液中不同钾素浓度对马铃薯块茎品质指标影响各不相同，其中B4和B5处理的总糖、粗纤维、粗蛋白、淀粉含量高于B1、B2和B3处理。从产量而言，马铃薯块茎产量最高的B4处理（139.27 kg/hm2）比产量最低的B1处理（42.86 kg/hm2）高224.94%，综合来看，B4处理能够显著提高马铃薯产量，增加经济效益。

关键词：气雾培;钾素浓度;不同生育期;营养液;马铃薯;农艺性状;产量

中图分类号： S532.06  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2020）23-0098-05

马铃薯作为一种高营养、低成本同时还具有食疗作用的蔬菜粮食兼用的主食，受到人们的喜爱[1]，随着人们对食物多样化需求的增加，各种马铃薯衍生食品也接踵而至，中国马铃薯种植面积也逐年增长[2]。但是，马铃薯在生产过程中易感染细菌和病毒，影响块茎口感和品质，最终造成大面积减产，而气雾培方法是解决这些问题的有效方法之一。

气雾培是无土栽培技术中的一种，利用气雾培设备将营养液气雾化后按照一定的时间间歇将营养液喷施在作物根部。它可以增大作物根系对水和养分的接触面积，从而提高根系对水和养分利用效率。同时配合自动化调节设备，可以缩短马铃薯生产周期，使马铃薯达到高效、优质生产。修英涛等通过对气雾法栽培、液培和沙培3种栽培方式进行对比，研究不同的栽培方式对脱毒小薯生长发育的影响，得出“气雾法栽培的马铃薯植株株高、叶面积、茎粗等形态生长指标和马铃薯块茎产量比液培和沙培有明显提高”的结论[3]。营养液作为气雾培最重要部分[4]，可以为植株提供良好的营养配比。乔建磊研究表明，改良霍格兰营养液中N、P、K比例为1 ∶ 0.28 ∶ 1.3，雾培脱毒马铃薯实际产量最高[5]。气雾培技术可以很好地解决传统耕作的弊端，促进马铃薯根系生长，促进地上部的吸收和地下部的同化作用，进而提高产量。

钾对植株生长发育主要有以下影响：一是马铃薯叶片的光合作用和叶绿素含量因施用钾素的增加而增加[6];二是钾作为植物细胞中重要的渗透调节物质，可以调节植物细胞水势[7];三是作为植物细胞活化剂，氧化还原酶和转移酶等60多种酶活化需要钾离子的参与[8]。作为典型的喜钾作物，钾素在马铃薯全生育期内不可或缺且需求旺盛，数年多次研究发现马铃薯块茎从形成到收获每1 000 kg约需要鉀素6.52 kg[9-10]。谢少平等研究发现，植物可能存在钾临界胁迫值，根系含钾量的减少可以促进根系对钾素的吸收[11]。刘国栋等研究发现，籼稻根系表面积决定钾的吸收速率[12]。赵雪君等研究表明，马铃薯块茎形成时，钾肥利于马铃薯块茎中累积钾素[13]。胡助力等研究发现，增施磷肥和钾肥能使马铃薯块茎产量、淀粉含量和块茎干物质含量提高[14]。针对以上研究发现，钾素的用量和合理的使用方式直接影响着马铃薯生长、产量和品质，气雾培营养液培育马铃薯条件下，钾素对于马铃薯生长发育影响的系统研究鲜有报道。本试验以马铃薯脱毒苗为试验材料，进行气雾培马铃薯营养液钾素浓度的研究，系统精确分析不同浓度的钾素对马铃薯不同生育期植株生长指标、块茎产量与品质的差异和影响，同时确定气雾培马铃薯营养液适宜的钾素浓度，为气雾培马铃薯营养液改良和马铃薯高效绿色种植提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试验地概况

试验材料采用中熟品种大西洋马铃薯脱毒试管苗，由宁夏天启马铃薯产业（集团）有限公司提供。试验时间为2019年9—11月，在宁夏大学农学院试验基地日光温室中进行，试验地约为40 m2。

1.2 试验设计

试验采用单因素5水平设计，钾素浓度用不同浓度的KNO3进行调控，设置5个钾浓度梯度处理，分别为B1（CK，0 mmol/L）、B2（3 mmol/L）、B3（6 mmol/L）、B4（9 mmol/L）、B5（12 mmol/L）。试验采用气雾培法，每小区面积为2.4 m×1.2 m，每个处理定植植株42株。营养液以霍格兰营养液为基础，修改各处理营养液主要化合物浓度 （表1）和营养液元素含量（表2），微量元素营养液采用改良后阿农微量元素配方（表3），配制营养液所用试剂均为分析纯。前20 d水培脱毒试管苗，测量株高达到 10 cm 左右，长势良好后移栽定植气雾培设备中，按照试验设计进行试验。营养液进液管道压力约为 0.2 Pa，气雾喷头的流量控制在 0.3 L/min，营养液利用水泵抽滤循环，每5 d更换1次。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 样品采样 从开始试验至收获，按照马铃薯幼苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期、成熟期取样，每个处理每次选取有代表性的植株3株。

1.3.2 生物学指标测定 包括自然株高、茎粗、叶片数和SPAD值。成熟期采收后统计单株总薯质量，单株总薯数和成薯率，总产量按照小区产量折合成亩产。

株高采用卷尺测量，以从子叶到根基部的高度为基准;茎粗采用数显游标卡尺测量;叶片数采用目测统计;SPAD值采用石家庄世亚科技有限公司出产的叶绿素仪（SY-S02）测定。

1.3.3 块茎品质测定[15] 在收获后2周内采用蒽酮比色法测定马铃薯块茎总糖含量、采用凯氏定氮法测定粗蛋白含量、采用酸碱消煮法测定粗纤维含量、采用索氏提取法测定粗脂肪含量、采用碘比色法测定淀粉含量。

1.4 数据处理

数据分析采用Excel 2010和 SPSS 21.0软件，利用LSD方法在α=0.05水平进行单因素显著性分析，结果以“平均值±标准差”表示。利用Origin 2018作图。

2 结果与分析

2.1 不同钾素浓度对马铃薯农艺性状的影响

各处理马铃薯植株株高在生育期内总体表现为“S”形生长趋势（图1-a）。幼苗期各处理株高无明显差异，块茎形成期至淀粉积累期，各处理株高快速增长，增幅明显，块茎形成期至成熟期，B3、B4、B5处理株高显著。淀粉积累期至成熟期，株高增长缓慢。B5处理在块茎形成期至成熟期株高显著高于B1处理，说明块茎形成后B5高浓度钾处理有利于植株株高的增长。

各处理马铃薯植株茎粗在幼苗期至块茎膨大期差异不显著，在淀粉积累期和成熟期各处理间差异明显，B3、B4、B5处理增长幅度明显高于B1和B2处理。除B4处理茎粗在成熟期继续正增长，其他处理在成熟期时呈现相同变化趋势都为负增长。B4、B5处理在块茎形成期后茎粗增长较为明显（图1-b）。

马铃薯植株叶片数在淀粉积累期差异最明显，表现为B5>B4>B3>B1>B2。B5处理叶片数幼苗期至淀粉积累期增幅最快，之后叶片数急剧减少（图1-c）。说明成熟期前高浓度钾有利于叶片数增加，成熟期减少可能是地上部叶片衰老脱落所致。B1全生育期叶片数明显少于其他处理，可能是缺钾影响了叶片光合作用，造成植株叶片数减少。

营养液中高钾素浓度B3、B4和B5处理叶片叶绿素含量（SPAD值）幼苗期至块茎膨大期呈现先快速增长，块茎膨大期至淀粉积累期缓慢下降，之后剧烈下降。缺钾B1处理和低浓度钾B2处理生育期总体表现为“S”形生长趋势。B4处理在生育期内叶片叶绿素含量总体高于其他处理，所有处理（B1处理除外）在块茎膨大期叶片叶绿素含量达到最高（图1-d）。

综上所述，B4处理在株高、茎粗、叶片数、叶绿素含量这些生长指标表现优于其他处理，说明B4处理有利于马铃薯植株地上部生长。

2.2 不同钾素浓度对马铃薯块茎品质的影响

如表4所示，不同营养液钾浓度对马铃薯块茎品质指标影响各不相同。各处理间总糖含量差异显著，由高到低排序为B5>B4>B1>B3>B2，B5处理显著高于其他处理，总糖含量达到0.67%，比总糖含量最低的B2处理高0.44百分点。从总体看，除B5处理，随着营养液中钾素浓度升高，粗蛋白含量呈升高趋势，B4处理块茎中粗蛋白含量达到最高，为2.44%，B1处理粗蛋白含量最低，比B4处理低0.36百分点，表明缺钾会影响块茎中粗蛋白的积累，适宜浓度的钾素有利于粗蛋白的合成。B1处理粗纤维含量最低，为0.17%，比粗纤维含量最高的B2和B5处理低0.08百分点，B3和B4含量相同，為0.21%，说明适当增加钾素浓度有利于粗纤维的合成。各处理粗脂肪含量差异显著，B3处理显著高于其他处理，说明B3处理钾素浓度有利于块茎中粗脂肪积累，随着钾素浓度升高，B4、B5处理块茎中粗脂肪含量反而降低，比含量最高的B3处理分别低0.31、0.21百分点。各处理淀粉含量表现为B5>B4>B2>B1>B3。B5处理淀粉含量明显高于其他处理，达了到28.2%，比淀粉含量最低的B3处理增加8.8百分点。

2.3 不同钾素浓度对马铃薯产量、总成薯率、单株总薯质量和总薯数影响

2.3.1 不同钾素浓度对马铃薯产量影响 由图2可知，随着营养液钾素浓度提高，产量呈提高趋势，各处理表现为B4>B3>B5>B2>B1。B4处理马铃薯产量最高，为139.27 kg/hm2;B1处理产量最低，为42.86 kg/hm2，B4处理比B1、B2、B3处理分别增加224.94%、192.28%、44.92%。之后随着钾素浓度增加，马铃薯产量有所下降。B5产量为 117.45 kg/hm2，比产量最高的B4处理减少15.67%。说明马铃薯产量随着钾素浓度的升高而升高，达到产量最高的最适钾素浓度后，继续增加钾素浓度反而会减产，B4处理可以有效增产。

2.3.2 不同钾素浓度对马铃薯总成薯率、单株总薯质量和总薯数影响 如表5所示，B1、B4、B5处理的马铃薯总成薯率无显著差异。单株总薯质量B2、B3、B4、B5处理间差异显著，随着钾素浓度的升高，5个处理单株总薯质量表现为B4>B5>B3>B2>B1，B4的单株总薯质量分别比B1、B2、B3、B5高225.01%、196.76%、44.93%、18.57%，B4单株总薯质量较其他处理更具优势，说明钾素浓度为 9 mmol/L 时有利于单株马铃薯块茎膨大。B4、B5处理单株总薯数与B1、B2、B3处理差异显著，单株总薯数最高的B5处理比B1、B2、B3、B4处理分别多131.36%、46.41%、60.81%、13.06%，可见B5处理有利于马铃薯匍匐茎顶端膨大成薯。

3 结论与讨论

刘克礼等研究发现，马铃薯茎中钾素浓度在全生育期中始终高于叶片和根系，茎中高浓度钾素可以保持植株地上部的抗性和直立，马铃薯对在块茎增长期和淀粉积累期对钾素的吸收明显大于其他时期[16]。何佳芳等研究表明，植株钾素浓度随着钾肥施用量增加而增加，当马铃薯钾吸收达到顶峰后，奢侈吸收钾素[17]。针对钾素在马铃薯生长发育过程中的重要性，本试验研究了马铃薯不同生育期中对钾素不同浓度的反应，从而确定合适的钾素浓度，符合现代农业绿色高效种植趋势。

本研究表明，B5处理的钾素浓度有利于促进马铃薯株高的增长，营养液中钾素水平较低时，烟草叶片、茎、根干物质质量与全株干物质质量均随着营养液中钾水平的提高而增加[18]，这与介晓磊等研究结果[18]一致。成熟期前高浓度钾有利于叶片数增加，且各生育期之间无显著差异。

何佳芳等研究认为，中钾处理时产量最高，但之后增加钾肥施用产量却不会增加[17]。马铃薯虽然是一种需钾多的作物，但按照其吸收特性，合理配制钾素浓度，马铃薯产量才会增加。本试验认为，B1、B5处理马铃薯总成薯率较高，B2、B3和B4处理次之。B4处理单株总薯质量显著提高，较其他处理更具优势。B5处理有利于马铃薯块茎建成。

钾素作为品质元素，可以有效增加作物品质[19-21]。马跃等研究认为，增施钾肥在一定范围内，番茄果实中维生素C含量和可溶性糖含量会增加[22]。B3处理块茎中粗脂肪含量最高，淀粉含量各处理由大到小为B5>B4>B2>B1>B3。高浓度钾素促进块茎淀粉合成积累。殷文等研究表明，适宜的钾浓度能够增加马铃薯块茎的淀粉含量，但马铃薯淀粉含量和维生素C含量达到峰值后随钾用量升高而降低[23]，本试验马铃薯淀粉含量的试验结果与之不一致，可能是培育方式和品种差异造成试验结果不同。综上所述，不同钾素浓度对马铃薯不同生育期植株生长、品质和产量均有影响，B4处理有利于马铃薯地上部对养分的吸收利用，从而促进地上部的生长发育，改善马铃薯块茎品质。从增产效果考虑，B4处理钾素浓度9 mmol/L下产量最高，可为气雾培营养液培育马铃薯钾素浓度提供依据。

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