施用磷石膏对马铃薯块茎保护酶活性及产量的影响

曹鸣宇，赵晶晶，张丽

（1.黑龙江八一农垦大学理学院，大庆 163319；2.重庆三峡学院生物与食品工程学院）

马铃薯（Solanum tuberosum L.）为茄科茄属一年生块茎草本植物，别名洋番芋、山药蛋土豆等[1]。马铃薯是继水稻、小麦、玉米之后的世界第四大作物[2]，也是人类食品及工业淀粉的重要来源作物[3]。目前，我国马铃薯整体生产水平较低，产量不高，且先进的实用栽培技术和基础栽培理论均较欠缺。因此，开展马铃薯高产栽培技术及理论研究，可充分发挥马铃薯的生产潜力，节约生产资源，降低生产成本。磷石膏（简称为PG）是磷肥、磷酸生产时排放出的固体废弃物[4]。磷石膏含CaSO4达70.5%，其主要成分为Ca和S元素。Ca和S同属农作物所需的中量元素，施入酸性土壤后，Ca能中和土壤酸度，消除铝离子的毒害，增加土壤养分的有效性，改善土壤的物理性质。将磷石膏应用在马铃薯生产上，可为提高马铃薯产量提供有效途径，也对推动马铃薯产业发展及保证我国粮食安全具有重要意义。

相关研究表明，土壤施用磷石膏可改良土壤，进而增加作物产量。施用磷石膏均显著提高小麦及后作玉米的产量，同时缓坡土上施用磷石膏可有效减轻土壤流失[5]。不同用量的磷石膏对作物产量均有增产效果，且差异达显著水平[6]；此外，花卉、草坪、树木等的种植成活率可提高9.8%～10.0%。一定剂量的磷石膏作为农用多元素添加剂，可提高玉米出苗率，显著增加产量[7]。施用磷石膏能提高水稻秧苗抗性酶的活性，进而提高水稻产量[8]。由于磷石膏能够有效降低酸性土壤中铝对作物的毒害且能供给作物更多的钙和硫，施用磷石膏可提高一些田间作物的产量[9]。在棉花种植中施用磷石膏，增产可达6%以上[10]。近几年，磷石膏在农业生产中的应用也逐渐增多且取得了不错效果，但将磷石膏应用在马铃薯生产中的研究还鲜见报道。针对黑龙江省马铃薯生产实际中钙营养和硫营养相对缺乏的实际，将不同用量的磷石膏施入土壤，探讨磷石膏对马铃薯保护酶活性、生长发育及产量的影响，筛选出可提高马铃薯产量的最佳磷石膏施用量，为将磷石膏应用于马铃薯生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试马铃薯品种为克新1号（K1）和克新18号（K18）。

克新1号：黑龙江省农业科学院马铃薯研究所于1958年以374-128为母本、Epoka为父本，经有性杂交系统选育而成，原系谱号克5922-55。株型直立，分枝数量中等，茎粗壮，叶片肥大。株高70 cm左右。花冠淡紫色，花粉不育，雌蕊败育，不能天然结实和作杂交亲本。块茎椭圆形，大而整齐，白皮，白肉，芽眼深浅中等。结薯早而集中，块茎膨大快。

克新18号：黑龙江省农科院马铃薯研究所用Epoka做母本、374-128做父本经有性杂交育成，原系谱号7612-17。晚熟品种，株型直立，株高60厘米，株丛繁茂，茎粗壮，复叶肥大，叶色浓绿，茎绿带褐色。花冠深紫红色，开花期长，结实性差。单株结薯5～7个，大、中薯率85%以上，薯块大而整齐，结薯集中。薯块圆型，薯皮黄色、光滑，薯肉淡黄色，芽眼较浅，商品性好。

1.2 试验设计

试验于2018年在克山农场科技园区进行。试验地土壤类型为微酸性土壤，地势平坦，肥力均匀，前茬作物小麦，春起垄。2018年试验田0～20 cm耕层土壤基础养分状况如下：有机质含量4.17%、碱解氮 252 mg·kg-1、有效磷 22.3 mg·kg-1、速效钾235 mg·kg-1、pH 6.4。设置 3 个磷石膏施用剂量，分别为 L1：75 kg·hm-2，L2：225 kg·hm-2，L3：450 kg·hm-2，以空白L0为对照。试验采用随机区组设计，常规密度（株距15 cm），每小区行长5 m，6条垄（垄距0.80 m），小区面积24 m2，过道0.5 m，4次重复，共32个小区，5月11日播种，设置保护行。施肥、除草、病虫害控制等与常规生产一致。

1.3 测定项目及方法

于马铃薯开花盛期测定叶片叶绿素含量和株高，收获测产取样方法：收获时，各小区随机选取连续的2 m2（即2.5 m）收获，记录收获株数，测定产量，折算成单株产量。大、中、小薯划分标准为：单薯重大于100 g为大薯，单薯重大于50 g小于100 g为中薯，单薯重小于50 g为小薯。按下列公式计算产量：

产量（kg·hm-2）=单株产量×公顷株数

酶的取样方法：取收获后大小均匀无病的马铃薯块茎，用打孔器取多个去皮块茎混匀，用分析天平称取2 g，准确记录质量，储于-40℃冰箱中用于酶活性的测定。

叶绿素含量的测定，使用SPAD-502 Plus便携式叶绿素仪测定。

保护酶活性的测定方法参考李合生的试验指导[11]有改动。

1.4 统计分析

用Excel 2003进行原始数据的处理及制表，用SPSS（21.0版）数据处理系统进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 施用磷石膏对马铃薯块茎中MDA含量的影响

如图1所示，施用磷石膏对马铃薯块茎中MDA含量的影响。对于克新1号，随着磷石膏施用量的增加，块茎中MDA含量一直降低，各处理含量与对照L0-K1差异达到极显著水平，且磷石膏施用量越多，MDA含量越低。对于克新18号，呈现降低-升高的变化规律，L2-K18处理MDA含量达到最低，同时所有处理与对照L0-K18相比，MDA含量均达到极显著水平。从品种来看，在磷石膏施用量相同的情况下，克新18号块茎中MDA含量均高于克新1号，说明品种不同，MDA含量不同，因此克新1号抗性更好，有利于高产。

图1 施用磷石膏对马铃薯块茎中MDA含量的影响Fig.1 Effect of application phosphogypsum on the content of MDA in different sowing date of potato tubers

2.2 施用磷石膏对马铃薯块茎中SOD活性的影响

SOD是自由基清除剂，能清除具有毒性损坏细胞的超氧阴离子自由基。提高SOD活性可以提高植物的抗逆性[12]。如图2所示，为施用磷石膏对马铃薯块茎中SOD活性的影响。两品种SOD活性呈现相同规律，均为升高—降低—再降低的趋势，但都较对照高。对于克新1号，各处理的SOD活性与对照相比，均达到极显著水平。对于克新18号，L1-K18和L2-K18处理与对照差异达到据显著水平，而L3-K18处理与对照无显著性差异。

图2 施用磷石膏对马铃薯块茎中SOD活性的影响Fig.2 Effect of application phosphogypsum on the content of SOD in different sowing date of potato tubers

2.3 施用磷石膏对马铃薯块茎中POD活性的影响

马铃薯块茎中POD活性增强，能使组织中所含的某些碳水化合物转化成木质素，增加木质化程度，从而提高植物抗逆性[13]。如图3所示，为施用磷石膏对马铃薯块茎中POD活性的影响。两品种块茎中POD活性均呈现先升高后降低的趋势，同时两品种都是L2处理POD活性达到最高，且差异性达到极显著水平。从两品种来看，在磷石膏施用量相同的情况下，克新18号的POD活性均高于克新1号，证明品种间是存在差异的，克新18号块茎中POD活性更强。

图3 施用磷石膏对马铃薯块茎中POD活性的影响Fig.3 Effect of application phosphogypsum on the content of POD in different sowing date of potato tubers

2.4 施用磷石膏对盛花期马铃薯叶绿素含量的影响

如表1所示，为施用磷石膏对盛花期马铃薯叶绿素含量的影响。对于克新1号来说，叶绿素含量呈现上升趋势，各处理的叶绿素含量与对照相比，差异均达到了极显著水平，但处理间无明显差异；经相关性分析，在1%水平，磷石膏施用量与叶绿素含量呈正相关，相关系数为0.790。对于克新18号，叶绿素含量同样是依次升高的，其中L3-K18和L2-K18处理的叶绿素含量与对照相比，差异达到了显著水平，只有L1-K18处理差异不显著；经相关性分析，在1%水平，磷石膏施用量与叶绿素含量呈正相关，相关系数为0.812。

表1 施用磷石膏对马铃薯叶绿素含量的影响Table 1 Effect of application phosphogypsum on the chlorophyll content of potato

2.5 施用磷石膏对盛花期马铃薯株高的影响

如表2所示，为施用磷石膏对盛花期马铃薯株高的影响。对于克新1号，随着磷石膏施用量的增加株高呈上升趋势，各处理与对照相比，差异均达到了极显著水平，经相关性分析，在1%水平，磷石膏施用量与株高呈正相关，相关系数为0.871。对于克新18号，株高变化与克新1号呈现相同的规律，同样差异性均达到了极显著水平，经相关性分析，在1%水平，磷石膏施用量与株高呈正相关，相关系数为0.816。

2.6 施用磷石膏对马铃薯产量性状的影响

2.6.1 施用磷石膏对马铃薯商品性状的影响

如表3所示，为施用磷石膏对马铃薯商品性状的影响。对于两品种来说，磷石膏施用量与单株结薯数呈正相关，且L1-K1处理与对照差异达到了显著水平，L2-K1、L3-K1、L2-K18 和 L3-K18 处理与对照差异达到了及显著水平；施用磷石膏的处理，均提高了大薯和中薯数目及比例，小薯比例均降低，因此可以提高马铃薯产量。

表3 施用磷石膏对马铃薯商品形状的影响Table 3 Effect of application phosphogypsum on the commodity character of potato

2.6.2 施用磷石膏对马铃薯产量的影响

如表4所示，为施用磷石膏对马铃薯产量的影响。对于克新1号，处理与对照的产量大小顺序为L3-K1＞L1-K1 ＞L2-K1＞L0-K1，且各处理与对照相比，差异均达到了极显著水平，其中L3-K1处理增产效果最为明显，增产率达到65.09%；经相关性分析，在1%水平，磷石膏施用量与产量呈正相关，相关系数达到0.827。对于克新18号，L2-K18处理增产量最大，增产率为59.11%，各处理与对照相比，差异均达到极显著，经相关性分析，在5%水平，磷石膏施用量与产量呈正相关，相关系数为0.516。

表4 施用磷石膏对马铃薯产量的影响Table 4 Effect of application phosphogypsum on the yield for potato

3 讨论

3.1 施用磷石膏对马铃薯块茎中保护酶活性的影响

植物体内MDA是脂质过氧化的主要产物之一，它的积累是活性氧毒害作用的表现，是膜脂过氧化作用的指标[14]。研究表明，施用磷石膏后均降低了两个马铃薯品种块茎中的MDA含量，其中K1的L30处理和K18的L15处理的NDA含量达到最低，效果最佳。曲东等[15]研究结果：硫处理可降低玉米叶片中MDA含量，研究磷石膏的主要成分就是硫，两者有异曲同工的效果。

超氧化物歧化酶（SOD）是一种抗性酶，其活性高低与植物抗性大小有一定的相关性。当外来胁迫导致活性氧大量产生时，它能及时有效清除自由基[16]，保护细胞免受氧化胁迫的伤害。研究显示，施用磷石膏均提高了两品种块茎中SOD活性，且都是L5处理提高SOD活性最为明显，佟玉欣等[8]研究结果：磷石膏处理明显提高了水稻秧苗SOD活性结果相符。

过氧化物酶（POD）是一种含铁的金属蛋白质，是植物体内抗氧化系统的组成部分，可以清除体内H2O2，具有抵御组织细胞发生膜质过氧化的作用[17]。研究得出，施用磷石膏可提高马铃薯块茎中POD活性，且L15处理效果达到最佳，与前人研究[8]得出的结论：磷石膏处理有效提高水稻秧苗POD活性：有硫处理的较无硫处理的MDA含量低相类似。

研究表明，施用磷石膏后有效降低了马铃薯块茎中MDA含量，提高了SOD和POD活性，减少了逆境条件下某些有害物质和过氧化物大量积累对植物体的伤害，提高了保护酶系统清除有害物质的能力，进而为马铃薯抵抗逆境和高产奠定了一定基础。

3.2 施用磷石膏对马铃薯生长发育和产量的影响

叶绿素含量的高低，反应植物进行光合作用能力的强弱，只有叶绿素含量提高了，植物光合作用才会增强，进而促进植株生长发育和提高产量。研究得出，施用磷石膏后，提高了马铃薯叶片中叶绿素含量，并且随着磷石膏施用量的增加，叶绿素含量逐渐提高，目前还没有相关的报道。

马铃薯株高在50～60 cm之间最适宜，有利于生长又不易倒伏。研究得出，施用磷石膏后，提高了叶绿素含量，进而促进植株生长，自然会增加株高，且处理与对照的差异达到了极显著水平，这与前人研究[10]：3种土壤调理剂均可有效促进棉花的营养生长和生殖生长相一致。

马铃薯是粮食和蔬菜两用作物[18-20]，随着马铃薯即将纳入主粮化，对马铃薯的需求量越来越大，高产成为马铃薯生产最终目的越来越迫切[21]。施用磷石膏后，提高了马铃薯大中薯比率，进而明显提高了产量，这与前人[10]研究结果：3种土壤调理剂对棉花增产效果明显有异曲同工之效，为生产实践提供科学依据。

研究仅针对磷石膏的不同施用量条件下进行试验，其他因素如施用时期、施用深度、施用方式、与其他肥料配合施用等对马铃薯生长发育和产量的影响有待进一步探讨。

4 结论

研究结果表明，施用磷石膏后，增加了马铃薯株高，两品种的L3处理效果最佳；提高了叶片中叶绿素的含量，同样是L3处理达到最高；提高了马铃薯块茎中保护酶的活性，两个品种类似，L2处理的SOD活性最高，L3处理的MDA含量最低，L3处理的POD活性最高；对产量的影响也极为显著，L3-K1和L2-K18处理增产幅度最大。