冬苗蒜种植对芋增产提质作用分析

郭文琦， 李春宏， 张培通， 殷剑美， 金林， 王立， 蒋璐， 韩晓勇

(江苏省农业科学院 经济作物研究所，江苏 南京 210014)

江苏沿江是我国传统的优质芋产区，芋的传统种植技术和轮作模式较成熟，露地和大棚种植模式多样，种植技术各具特色，通常种植1季芋后，轮换种植1～2 a其他作物(水稻、小麦、玉米及蔬菜等)，通过年度间轮作换茬，实现芋的持续优质高产[1-3]。近年来，随着机械化和轻简化种植技术的快速发展，推动芋向规模化种植发展，但由于受耕地资源、土地流转方式及经济利益等因素的影响，重茬种植不可避免，而芋不耐重茬，导致产量品质的大幅降低，加大了种植户的种植风险[4-5]。

大蒜是众多作物的优良前茬。研究表明，由于大蒜根系分泌物具有良好的抗菌、消毒、驱虫的作用，对多种作物生长具有促进作用，由此围绕大蒜建立了丰富的周年高效种植模式[6-9]。由于苗蒜生育期短及茬口搭配较灵活的优势，生产中种植较普遍，周年种植的经济、生态效益明显[10-12]。本研究通过种植冬苗蒜对芋增产提质效应的研究，丰富芋的种植模式，提高种植效益，以探索消减芋重茬障碍的方式。

1 材料与方法

1.1 处理设计

试验于2019—2020年在江苏省农业科学院六合基地(118.83°E，32.35°N)进行，供试芋品种为靖江香沙芋，土壤为马肝土，有机质含量为15.94 g·kg-1，土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为98.55、15.21、111.32 mg·kg-1，前茬为玉米。

试验设4个处理。D1：2019年头茬种植芋，收获后冬季空茬，再于2020年4月4日重茬种植芋，即芋-冬空茬-芋；D2：2019年头茬种植芋，采后于10月21日种植苗蒜，2020年2月24日苗蒜收获后，于2020年4月4日种植芋，即芋-冬苗蒜-芋；D3：2019年种植玉米，冬季空茬，2020年4月6日头茬种植芋，即玉米-冬空茬-芋；D4：2019年种植玉米，采后于10月21日种植苗蒜，在2020年2月24日收获苗蒜后，于2020年4月6日种植芋，即玉米-冬苗蒜-芋。每小区60 m2，重复3次。芋、苗蒜、玉米管理均按当地高产技术要求进行。

1.2 测定指标

1.2.1 芋生长发育及产量

分别于芋发棵期(7月22日)、膨大初期(8月12日)、膨大后期(9月25日)进行生长发育调查。每处理每次连续选取代表性芋5株，调查其叶面积、叶片鲜重及母芋、子孙芋的鲜重。收获期测定各处理芋的单株子芋数、单株子芋重、单个子芋重、单个母芋重，并计算产量。每次调查后，经105 ℃杀青、65 ℃烘干至恒重，将芋样品粉碎保存，用于测定养分和品质指标。

1.2.2 光合速率和叶绿素含量

在膨大初期(8月12日)，每处理选择生长一致的芋在9:00—11:00用LI-6400型光合仪测定芋功能叶(倒三叶)的净光合速率(Pn)，测定时仪器使用开放式气路，CO2浓度为380 μmol·L-1；选择红蓝光源叶室，设定光量子密度(PAR)为1 400 μmol·s-1m-2。用SPAD 502 Plus叶绿素计测定叶绿素含量。每处理重复测定5株。

1.2.3 土壤和植株营养元素

采用硫酸-加速剂消解的凯氏法测定土壤全氮含量，采用碱解扩散法测定土壤碱解氮含量，采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定土壤速效磷含量，采用HF-HClO4消煮的火焰光度计法测定土壤速效钾含量，采用EDTA-铵盐交换法测定土壤交换钙含量，采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法测定土壤有效铁含量[13]。采用凯氏法测定植物全氮含量[13]；通过硝酸消解，采用ICP-OES测定植物磷、钾、钙、铁元素含量。

1.2.4 品质指标

采用凯氏定氮法测定芋块茎氮含量，计算块茎粗蛋白质含量[14]；采用碘化钾反应法测定淀粉含量[14]；采用蒽酮法测定可溶性糖含量[14]。

1.2.5 效益

根据当地农资、工人工资，芋头、蒜苗时价进行种植效益测算。

1.3 数据分析

采用Excel软件进行数据处理，用SPSS 11.0软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 冬苗蒜种植对芋产量效益的影响

由表1可见，重茬种植的D1、D2的芋单产显著低于D3、D4；且相比D1和D3，种植冬苗蒜的D2和D4均提高了芋的单产；这表明冬季种植苗蒜不仅具有缓解芋连作障碍的效果，且对芋具有一定的增产效应。

表1 2019—2020年不同种植模式产量、成本及经济效益

分析各种植方式的经济效益结果表明，种植冬苗蒜的D2、D4纯收益分别较重茬的D1、D3增加49 218、45 069 元·hm-2，可见种植冬苗蒜增效明显。由此表明，利用芋田冬季空闲时间生产一茬冬苗蒜可显著增收，同时还对后茬芋种植具有很好的促增产效应。

2.2 冬苗蒜种植对芋产量构成品质特点的影响

2.2.1 芋产量构成

由表2可见，相比D3和D4，D1和D2的单个和单株子芋重显著降低。相比D1和D3，种植冬苗蒜的D2和D4均使单个子芋重增加，表明种植冬苗蒜有利于单个子芋重的提高。

表2 冬苗蒜种植对芋产量构成的影响

2.2.2 芋品质指标

由表3可见，相比D3和D4，D1和D2处理的芋块茎中可溶性糖含量显著升高，淀粉含量和蛋白质含量显著降低。相比D1和D3，种植冬苗蒜的D2和D4均使块茎中可溶性糖含量、淀粉含量和蛋白质含量显著升高。

表3 冬苗蒜种植对芋品质的影响

2.3 冬苗蒜种植对芋生长的促进效应

2.3.1 营养生长

由表4可见，D3在发棵期、膨大初期、膨大后期的芋绿叶面积和地上部鲜重均显著高于D1。种植冬苗蒜的D2和D4在各时期的绿叶面积和地上部鲜重均显著高于D1和D3。

表4 冬苗蒜种植对芋叶面积和地上部鲜重的影响

2.3.2 光合作用

由图1可见，功能叶净光合速率Pn和叶绿素含量SPAD依次为D4>D3>D2>D1，可见种植冬苗蒜可促进芋生长，提高芋的Pn和叶绿素含量。

图1 冬苗蒜种植对芋功能叶净光合速率和叶绿素含量的影响

2.4 冬苗蒜种植对培肥土壤的效应

2.4.1 土壤养分平衡

由图2可见，在2020年芋播种前(苗蒜收获后)和芋收获后，D1的土壤全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、有效铁和交换性钙含量均低于D3。相比D1，种植冬苗蒜的D2在芋播种前和收获后土壤中的全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、有效铁含量升高，交换性钙含量降低。相比D3，种植冬苗蒜的D4的土壤中的全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、有效铁含量升高，交换性钙含量降低。

图2 冬苗蒜种植对土壤养分含量的影响

2.4.2 芋养分吸收

由图3可以看出，在地上部和块茎中，除钾含量以外，其他各处理的氮、磷、钙、铁含量均高于D1；D2的地上部钾含量低于D1，块茎中钾含量增加。

图3 冬苗蒜种植对芋养分含量的影响

D4的地上部和块茎中的氮、磷、钙、铁含量明显高于其他处理，其地上部钾含量最低，块茎中钾含量高于D1和D3。

3 小结与讨论

3.1 冬苗蒜种植对芋种植的效应

苗蒜生产由于适宜的播期长，蒜苗上市灵活，为下茬作物收获腾茬早，可满足多种下茬作物的接茬种植。目前设施和露地生产中已建立了以苗蒜生产为主或作为搭配作物的丰富多样的轮作模式，生态和经济效益较好[10-12]。根据熟期，露地芋从3月中旬开始播种，9月中旬即开始陆续上市；大棚芋从2月上中旬开始播种，8月中旬陆续收获上市，恰好与苗蒜生产周期相吻合。秋冬季种植苗蒜即可很好地衔接前芋茬口，也可及时收获为下茬芋生产腾出茬口。基于此，本研究试验了芋-冬苗蒜-芋和玉米-冬苗蒜-芋两种种植方式，其周年(芋和蒜苗)纯收益分别达到113 640和124 407 元·hm-2，种植效益可观。

大蒜是众多作物的理想前茬作物，对烟蒜轮作模式的研究表明，烟蒜轮作可提高土壤解钾菌、解磷菌等活化土壤养分的有益菌，进而增强土壤的养分供应[15-16]。本研究结果表明，种植冬苗蒜对于芋种植也是有利的茬口，冬苗蒜种植提高了芋的绿叶面积和植株地上部鲜重，增强了功能叶光合性能，使单个子芋重增大，单株子芋数增加，芋头产量显著提高。种植冬苗蒜提高了土壤中碱解氮、有效磷、速效钾和有效铁的含量，这可能也与种植苗蒜有利于提高土壤相关酶活性、增强土壤养分供应能力、改善土壤营养环境有关。此外，种植冬苗蒜后，土壤中可交换性钙的含量降低，其原因可能是大蒜对钙有偏向性吸收特点，导致土壤中交换性钙含量的降低。因此，在苗蒜-芋种植方式中，可加强钙肥的补充，以满足苗蒜和芋生长的需求。

3.2 冬苗蒜种植对缓解芋重茬种植障碍的效应分析

在江苏芋主产区，芋主要通过与水稻、小麦以及蔬菜等进行轮作换茬种植，以实现芋的优质高产。在经济效益的驱使下，出现芋重茬种植，由于芋不耐重茬，短期重茬就会加重病害发生，使生长发育受到抑制，产量品质降低[5]。研究表明，种植大蒜可增加土壤中细菌、放线菌的数量，降低真菌、镰刀菌的数量，并且对镰刀菌的抑制效果非常明显，改善了土壤中微生物的环境，减少了病害发生，从而促进作物生长[15-16]。本试验中，种植冬苗蒜减轻了重茬种植芋的病害的发生，提高了重茬种植芋的绿叶面积、地上部鲜重、功能叶光合性能，使产量品质显著提升，种植冬苗蒜表现出明显的消减芋重茬障碍的效应。

土壤养分供应失衡和根系养分吸收功能受到抑制是重茬种植影响作物生长发育和产量品质的重要原因[17-21]。本研究中，芋重茬种植降低了土壤中全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、交换性钙和有效铁含量，同时降低了下茬芋地上部和块茎中的氮、磷、钙、铁元素的含量，这与前人研究结果一致[5]。此外，重茬种植尽管降低了土壤中钾的含量，但提高了芋植株地上部和块茎中钾的含量，这可能是重茬种植导致芋植株中钾的生理效率降低所致。本研究中，冬苗蒜种植提高了重茬种植芋田土壤中的全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、有效铁含量，说明冬苗蒜种植有利于提升重茬芋田土壤养分的有效性，提高土壤养分的供应能力；冬苗蒜种植也提高了重茬芋地上部和块茎中氮、磷、钙和铁的含量，说明种植冬苗蒜也有利于重茬芋对氮、磷、钙和铁等养分的吸收，改善芋植株营养状况，进而促进芋的生长发育。此外，种植冬苗蒜可能促进了芋植株中钾元素由地上部营养器官向储藏器官块茎的转运，导致芋地上部钾含量降低，块茎中钾含量增加。

综上所述，种植冬苗蒜可有效平衡土壤养分供应，促进下茬芋养分的吸收，提升功能叶片的光合性能，增加芋绿叶面积和植株鲜重，进而提高芋产量品质，并可有效消减芋连作障碍，周年种植效益可观，在以芋种植为核心的生产基地可推广应用。