深松深度对甜菜生长发育及产量和产糖量的调控

阿不都卡地尔·库尔班，郑 峰，潘竟海，刘华君，林 明，陈友强

(1.新疆农业科学院经济作物研究所，新疆 乌鲁木齐 830091；2. 新疆农业科学院科研管理处，新疆 乌鲁木齐 830091)

甜菜(BetavulgarisL.)是我国主要的糖料作物之一。新疆是我国优势甜菜糖生产基地，每年种植甜菜面积约占全国的40% ，年产糖占全国总产量的50%以上，甜菜单产达50～60 t·hm-2，但是存在单位面积产量不高、总产量不稳、含糖率低的问题[1-2]。随着种植业机械化程度提高，大型机械对耕作表层土壤的碾压使犁底层加厚变硬，阻碍耕层土壤与犁底层以下土壤水、气、热及养分的交换，使甜菜田耕层土壤环境变劣，抑制甜菜地上部和地下部的正常生长，影响甜菜的糖分积累及其块根的生长，造成甜菜产量及产糖量下降，严重制约了新疆甜菜产业的可持续健康发展。

近年来，深松技术被广泛应用于玉米[3]、小麦[4]、棉花[5]栽培中，取得了较好的效果。深松是保护性耕作的核心技术之一[6]。前人[7-8]研究表明，深松能打破坚硬的犁底层，降低深层土壤容重，加深耕层深度，创造虚实并存的耕层结构，有利于作物根系生长，从而实现作物增产[9-11]。深松后土壤孔隙度增大，促进作物根系生长发育，在旱地耕作中作用突出[12]。高中超等[13]开展深松试验表明，深松能有效促进成熟期的甜菜根长增长、根粗增粗、产量及产糖量的提高，但有关不同深松深度对甜菜植株形态指标及产量形成的影响、深松条件下甜菜各项植株特性与产量构成因素相关性及深松条件下甜菜形态特性评价指标的筛选尚鲜见报道。因此，开展田间试验，研究不同深松深度对甜菜生长发育及产量形成的影响和深松条件下甜菜形态特征指标间的相关性及其主要影响因子，对南疆甜菜植株生长调控及其评价指标的筛选、甜菜增产增糖潜力的挖掘具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年4―10月在新疆喀什新糖区伽师县和夏阿瓦提镇巴依托喀依村实施。试验地位于喀什噶尔冲积平原中下游，天山南麓，塔里木盆地西缘，平均海拔高1208.6 m，地处76°40′22″ E， 39°35′58″ N，属暖温带内陆干燥气候区，年平均气温11.7℃，年均降雨量54 mm，无霜期232 d左右，昼夜温差大，该试验地的土壤化学性质见表1。

表1 供试土壤基本化学性质Table 1 Basic chemical properties of test soil

1.2试验设计

采用随机区组试验设计，设置4个处理，分别为：未作深松处理(CK)、深松深度35 cm(S35)、深松深度45 cm(S45)、深松深度55 cm(S55)。供试品种：KWS-1197(德国KWS有限公司)，采用等行距种植模式，一膜两行，行距为45 cm，株距为16 cm。理论密度13.89万株·hm-2，小区长8 m，宽4 m，面积32 m2，重复3次。于4月4日进行土壤处理，4月5日进行播种，生育期间中耕2次，灌水6次，其他管理同大田常规管理方法一致。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 形态性状 于收获期每小区选取有代表性的5株甜菜，测量各处理的绿叶片数(个)、总叶片数(个)、最大叶片长(cm)、最大叶片宽(cm)、最大叶柄长(cm)、根直径(cm)、根围(cm)、青头长(cm)、青头质量(g)、根体长(cm)、根体质量(g)、根尾长(cm)、根尾质量(g)。

绿叶数比例(%)=绿叶片数(个)/总叶片数(个)×100

根冠比(RSR)=收获期根部生物量/收获期地上部生物量(鲜质量·g-1)

1.3.2 产量 收获期各小区选取中间2行长势均匀有代表性的6.67 m2甜菜实收实测，获得产量数据，单位为t·hm-2。

1.3.3 含糖率 于收获期用手持式测糖仪实测各小区10株块根，通过折算得出含糖率，折算系数为0.83。

1.3.4 单株鲜质量 进入成熟期后，每个试验小区选择中间2行，选取6.67 m2，挖出整株的甜菜，削去叶子，称取根鲜质量并计算其平均值(kg)。

1.4 数据分析

采用SPSS 19.0进行统计分析，方差分析采用Duncan新复极差多重比较法，显著性水平均为P<0.05，并用Excel 2010作图。

2 结果与分析

2.1 深松深度对甜菜植株形态特征的影响

2.1.1 深松深度对甜菜生物量累积分配的影响 由表2可见，不同处理间地上部生物量未达到显著差异水平(P>0.05)，而地上部生物量分配比例S55处理与CK处理相比较显著下降7.33%(P<0.05)。不同处理间，S45和S55处理地下部生物量、地下部生物量分配比例和根冠比对CK处理差异均达到显著差异水平(P<0.05)，且分别增长了12.78%、17.63%，2.36%、2.13%，11.63%、10.17%。总生物量随深松深度的增加而增加，且S55处理与CK处理相比较增长了15.15%。说明S45、S55处理有效促进了甜菜地下部生物量的增加，从而增加甜菜根冠比和生物量的积累。

表2 深松深度对甜菜生物量累积分配的影响Table 2 Effect of subsoiling depth on biomass accumulation and distribution of sugarbeet

2.1.2 深松深度对甜菜地上部植株形态特征的影响 由表3可知，不同处理甜菜绿叶数未达到显著差异水平(P>0.05)。S45、S55处理与S35、CK处理甜菜绿叶数比例的差异达到显著水平(P<0.05)，且S45、S55处理绿叶数比例对CK处理相比较分别增加了12.82%和14.39%。不同处理间，S55处理最大叶片长、最大叶柄长和最大叶片宽与CK处理差异达到显著水平(P<0.05)，S55与CK处理相比分别增加了34.29%、16.6%、12.71%，且S45处理与S55处理差异未达到显著水平(P>0.05)。说明S45、S55处理提高了甜菜绿叶数比例，且S55处理显著提高最大叶片长、最大叶片宽及最大叶柄长，为甜菜提供较大的源。

表3 深松深度对单株甜菜地上部植株形态特征的影响Table 3 Effects of subsoiling depth on morphological characteristics of single sugarbeet aboverground plants

2.1.3 深松深度对甜菜地下部植株形态特征的影响 由表4可知，甜菜根直径、根围、青头质量、根体长、根体质量、根尾长、根尾质量随深松深度的增加而增加，其大小均表现为S55>S45>S35>CK。不同处理间，甜菜青头长、青头质量和根体质量差异未达到显著差异水平(P>0.05)。S45、S55处理的根直径、根围、根体长、根尾长及根尾质量与CK处理差异均达到显著水平(P<0.05)，其大小分别增加了16.86%、18.10%，9.12%、15.31%，25.07%、35.80%，26.24%、32.48%，44.17%、54.02%。说明S45、S55处理能显著促进甜菜根直径、根围、根体长、根尾长及根尾质量的增长。

表4 深松深度对单株甜菜地下部植株形态特征的影响Table 4 Effects of subsoiling depth on morphological characteristics of single sugarbeet underground plants

2.2 深松深度对甜菜产量形成的影响

2.2.1 深松深度对甜菜产量构成因素及产量的影响 由表5可知，甜菜单根质量、产量、含糖率、产糖量、增产率及增产糖率随深松深度的增加而增加，不同处理间其大小表现为S55>S45>S35>CK。不同处理间S45、S55处理单根质量、产量、含糖率和产糖量与CK处理差异达到显著水平(P<0.05)，S45、S55处理单根质量和含糖率与CK处理相比分别增加了12.67%、10.20%，5.26%、8.33%。S45、S55处理的增产糖率与S35处理间差异显著(P<0.05)，分别较S35增加了45.61%和78.81%，说明S45、S55处理能有效增加甜菜的单根质量和含糖率，从而增加甜菜产量和产糖量。

表5 深松深度对甜菜产量构成因素及产量的影响Table 5 Effects of subsoiling depth on yield components and yield of sugarbeet

2.2.2 深松深度对甜菜产量及产糖量的响应 由图1可知，甜菜产量和产糖量均与土壤深松深度呈二次曲线关系，均表现为先增后降的趋势。深松深度对产量的关系达到极显著(P<0.01)相关水平，拟合值为R2=0.9962，二次曲线响应公式为Y=-0.0023x2+0.2392x+5.4058，且峰值在深松深度45～55 cm之间出现。深松深度对产糖量的关系达到极显著(P<0.01)相关水平，拟合值为R2=0.9945，二次曲线响应公式为Y=-0.0004x2+0.045x+0.71，且峰值在深松深度55 cm左右出现。说明S45、S55处理可有效促进产量和产糖量的形成。

2.3 不同深松深度处理下甜菜生长特性与产量性状的相关性分析

由表6可知，生物量累积分配指标与产量性状指标间，地上部生物量分配比例与收获指数、含糖量、产量及产糖量呈负相关，其中地上部生物量分配比例与产量、产糖量达到显著(P<0.05)相关水平。地下部生物量分配比例、根冠比与收获指数、含糖量、产量及产糖量呈正相关，其中地下部生物量分配比例、根冠比与产量、产糖量达到显著(P<0.05)相关水平；甜菜地上部植株形态指标与产量性状指标间，绿叶数比例、最大叶片长、最大叶柄长、最大叶片宽与收获指数、含糖量、产量及产糖量呈正相关，其中绿叶数比例、最大叶片长与收获株数，最大叶片长与含糖量，最大叶柄长、最大叶片宽与产量、产糖量相关性达到显著(P<0.05)水平；甜菜地下部植株形态与产量性状指标间，根直径、根围、青头长、青头质量、根体长、根体质量、根尾长、根尾质量与收获指数、含糖量、产量及产糖量呈正相关。其中根直径与含糖量、产量相关性达到显著(P<0.05)水平，与产糖量相关性达到极显著(P<0.01)水平。根围与收获株数、产糖量相关性达到显著(P<0.05)水平，与含糖量相关性达到极显著(P<0.01)水平。根体长与收获株数、产量相关性达到显著(P<0.05)水平，与含糖量、产糖量相关性达到极显著(P<0.01)水平。根体质量与收获株数、含糖量、产糖量相关性达到显著(P<0.05)水平，与产糖量相关性达到极显著(P<0.01)水平。根尾长、根尾质量与收获株数、含糖量、产量及产糖量相关性达到显著(P<0.05)水平。

2.4 甜菜形态相关指标的主成分分析

甜菜形态特性相关的18个性状进行主成分分析，发现有2个主成分的特征值大于1(表7)，第一主成分的贡献率为88.183% ，第二主成分的贡献率为7.181%，第一、第二主成分的累积贡献率达到了95.363%，即2个主成分涵盖了这18个指标 95%以上的数据信息，因此提取2个主成分。由表8可知，第一主成分的叶柄长、根冠比和生物量地下分配比例有较大的得分系数；第二主成分的青头质量、青头长和叶片长有较大的得分系数。因此，可以将叶柄长、根冠比和地下部生物量分配比例作为甜菜形态特性评价的主要指标，将青头质量、青头长和叶片长作为甜菜形态特性评价的二级指标。

表7 各成分的特征值、方差及累计贡献率Table 7 Characteristic value, variance， and accumulative contribution of each component

表8 主成分因子得分系数Table 8 Score coefficient of principal component factors

3 讨 论

3.1 深松深度对甜菜植株形态特征的影响

前人[14-15]研究表明，土壤的物理性状对作物根系生长发育有较大影响，深松有利于根系下扎，促进根系生长[16]。于晓芳等[17]研究表明，土层深度的加深对作物根系干质量密度、根系体积等根形态指标有一定的影响，耕作越深对作物根系生长影响越大[18-19]。张玉顺等[20]研究发现，随深松耕作深度的增加，冬小麦株高、叶面积指数、地上部干物质质量、穗长、穗粒数、千粒重与产量均呈正相关。本研究发现，深松深度的增加有效促进甜菜地下部生物量的增加，从而增加甜菜根冠比和生物量的积累。尹斌等[21]研究发现，深松处理延缓了玉米生育后期穗位叶的衰落。本研究发现，S45、S55处理提高甜菜绿叶数比例，且S55处理显著(P<0.05)提高最大叶片长、最大叶片宽及最大叶柄长，为甜菜提供较大的源。是否由于深松55cm能提供较高的田间土壤含水量，从而充分保障甜菜的正常生理代谢，需进一步研究。罗俊等[22]研究发现，耕作深度的增加显著促进甘蔗有效茎数、株高、蔗茎产量及蔗糖含量。本研究有类似发现，甜菜根直径、根围、青头质量、根体长、根体质量、根尾长、根尾质量随深松深度的增加而增加。S45、S55处理明显促进甜菜根直径、根围、根体长、根尾长及根尾质量。此与前人[14,23]深松可以促进作物根系干物质密度的增加，增加根系纵深分布等结论类似。

3.2 深松深度对甜菜产量形成的影响

前人[24-26]研究表明，深松提高作物的根系活性，进而使作物增产。李华等[23]研究发现，深旋松促进了玉米干物质的积累且能使各项产量构成因素增长，从而促进较高产量的形成。张凤杰等[27]研究表明，深松处理有效增加玉米干物质积累和产量。前人[28-29]研究表明，深松覆盖能在一定程度改善小麦产量构成因素，提高生育后期的物质积累以及籽粒产量[30]。本研究发现，深松深度的增加使甜菜单根质量、产量、含糖率、糖产量、增产率及增产糖率随之增加。其中，S45、S55处理可有效增加甜菜的单根质量和含糖率，从而增加甜菜产量和产糖量。甜菜产量和产糖量均与土壤深松深度成二次曲线关系，均表现为先增后降的趋势，相关系数达到极显著(P<0.01)相关水平，峰值分别在深松深度45～55 cm之间及深松深度55 cm左右出现。说明深松深度为55 cm能有效增加甜菜产量和产糖量。

3.3 甜菜形态性状相关性分析与主成分分析

李淑芳等[31]研究表明，粳稻表观性状与产量相关性较大。前人研究表明，水稻主要农艺性状与产量均呈显著正相关[32-34]。牛艳波[35]研究发现，小麦主要农艺性状特性与产量相关性较强。卢会翔等[36]研究发现，环境效应下甘薯产量性状(鲜薯产量、淀粉产量、薯干产量)和品质性状(干率、淀粉含量、花青素含量)差异均达到显著水平(P<0.05)或极显著水平(P<0.01)。谢向誉等[37]研究发现，木薯单株产量与块根数呈极显著(P<0.01)正相关，与收获指数、生物产量、最长薯长、主茎高度呈显著(P<0.05)正相关，与干物质含量呈显著(P<0.05)负相关。本研究表明，甜菜地上部生物量分配比例与产量、产糖量达到显著(P<0.05)负相关。地下部生物量分配比例、根冠比、最大叶柄长、最大叶片宽、根围、根尾长、根尾质量与产量、产糖量达到显著(P<0.05)正相关，绿叶数比例、最大叶片长、根体质量、根尾长、根尾质量与收获株数达到显著(P<0.05)正相关，最长叶片长、根直径、根体质量、根尾长、根尾质量与含糖量相关性达到显著(P<0.05)水平；根围与含糖量相关性达到极显著(P<0.01)正相关水平，此与潘竟海等[38]研究发现，甜菜绿叶数、株高及根长直接影响甜菜单根质量的形成，从而影响块根产量及糖产量的形成，甜菜根直径与含糖率的相关性较强等结论类似。孔素萍等[39]研究表明，影响大蒜蒜薹产量的关键农艺性状依次为蒜薹粗、株高和鳞芽数。徐益等[40]研究发现，黄麻纤维产量与单株鲜皮质量、株高、始花期的相关性达到极显著(P<0.01)水平，在黄麻高产育种中，应该以始花期、单株鲜皮质量、株高、出麻率与鲜皮厚为主要筛选对象。本试验研究表明，甜菜形态指标相关的18个性状进行主成分分析，深松条件下甜菜形态特征评价的主要指标为叶柄长、根冠比和生物量地下分配比例，评价的二级指标为青头质量、青头长和叶片长。

4 结 论

综上所述，S45、S55处理提高甜菜绿叶数比例，且S55处理显著提高最大叶片长、最大叶片宽及最大叶柄长，为甜菜提供较大的源；促进甜菜根直径、根围、根体长、根尾长及根尾质量，有效促进甜菜地下部生物量的增加，从而增加甜菜根冠比和生物量的积累。S45、S55处理单根质量和含糖率与CK处理相比分别增长了12.67%、10.20%，5.26%、8.33%,从而使甜菜产量和产糖量分别增长14.71%、15.85%，20.75%、25.48%。土壤深松条件下甜菜形态特征评价的主要指标为叶柄长、根冠比和生物量地下分配比例，评价的二级指标为青头质量、青头长和叶片长。因此，在南疆深松深度为55 cm能有效增加甜菜产量和产糖量。