聚天门冬氨酸功能肥对马铃薯生长发育的影响

方小婷，马海艳，郑顺林，2*，刘娟娟，向竹清，龚静

（1.四川农业大学 作物生理生态及栽培四川省重点实验室，四川 成都 611130；2.农业部薯类作物遗传育种重点实验室，成都久森农业科技有限公司，四川 新都 610500）

马铃薯（Solanum tuberosumL.）作为全球第四大粮食作物，具有极其重要的食用价值，同时是重要的工、农原料［1］。马铃薯是以块茎为经济器官的茄科作物，在不同生育阶段对营养物质的种类和数量需求各不相同，所以施用肥料的种类和肥料在土壤中的转换速率可以一定程度上影响马铃薯的生长状况、块茎品质和产量［2-4］。

聚天门冬氨酸（PASP）是一种水溶性仿生聚合物，在农业上作为功能肥与肥料、农药并施，可以提高农作物肥料、农药的利用率与农作物的产量和品质，并且聚天门冬氨酸对金属离子具有螯合作用，它可以富集N、P、K 及微量元素供给植物，使得植物更有效地利用肥料，以提高肥料利用效率［5-7］。由于其特殊的空间网络结构，侧链上有一个羧基，能起到凝胶保水的作用［8］，从而提高移栽存活率。同时PASP 可吸附肥料离子基团，从而起到缓控释肥，减少肥料淋溶的作用［9-10］。

PASP 在水稻、玉米和油菜等农作物的应用已有一定研究。有研究表明混合肥料施入PASP，可减缓水稻田中铵态氮、硝态氮及总氮的流失，并且促进水稻分蘖，增加根鲜重、苗高，并提高产量［11-14］；可促进玉米和油菜氮素吸收及干物质积累，提高籽粒产量［15-16］；利用PASP 包裹尿素还可以平衡小麦植株花前和花后氮素利用率［17］。目前前人的研究多集中在PASP 与无机肥互作的情况下，对PASP 与有机肥混施和其在马铃薯上的作用研究较少。本研究通过测定不同时期植株农艺性状和生理指标，判断聚天门冬氨酸分别与有机肥和无机肥混施时对马铃薯生长发育及产量的影响，旨在为该功能肥在马铃薯生产上应用与研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及材料

试验于2018 年12 月下旬在四川农业大学试验基地（温江区惠和村）进行，土壤基础肥力全氮1.43 g·kg-1、有机质23.29 g·kg-1、pH 值为5.33、速效钾84.00 mg·kg-1、速效磷26.99 mg·kg-1、铵态氮10.32 mg·kg-1、硝态氮18.85 mg·kg-1。

供试材料为川芋50，购于九森农业有限公司。聚天门冬氨酸（PASP）购于美岛之星，有效成分≥98%。所用有机肥为洲际植物有机肥，N+P2O5+K2O≥10%，有机质≥45%；无机肥为住商复合肥料，N≥25%，P2O5≥7%，K2O≥8%；尿素（46%）；硫酸钾（51%）。

1.2 试验设计

试验设4 个处理：

（1）单施有机肥（Y）1125 kg·hm-2；

（2）单施无机肥（W）：复合肥1500 kg·hm-2，尿素（46%）和硫酸钾（51%）各375 kg·hm-2；

（3）有机肥增施功能肥（Y+PASP）：在Y 基础上增施PASP 375 kg·hm-2；

（4）无机肥增施功能肥（W+PASP）：在W 基础上增施PASP 375 kg·hm-2。

以Y 和W 处理分别为Y+PASP 和W+PASP 的对照。试验采取随机区组设计，3 次重复，每处理小区长4 m、宽1.4 m，小区面积5.6 m2。株距0.25 m，行距0.7 m，每公顷约57 150 株。试验于2018 年12 月22 日播种，播种前全田翻耕，播种后覆黑膜，所有处理肥料均作底肥在播种时一次施入。在马铃薯生育期内对其田间生长发育进程、病害情况进行调查、取样测定，收获后分小区测产。

1.3 测定项目与方法

在苗期（出苗30 d）和块茎膨大期（出苗60 d）取长势一致、无病虫害的代表性植株，每小区3 穴，用打孔法测叶面积，EPSON V700 扫描仪扫描根系，采用WinRHIZO PRO 2013 系统软件分析总根长、根表面积、根平均直径和根体积。按根、茎、叶和块茎器官分样装入纸袋，105 ℃杀青30 min 后，85 ℃烘干至恒重后称重，记录各器官干物质的质量。利用VELP-UDK169 型凯氏定氮仪测定植株不同部位氮素含量。在块茎成熟期（出苗90 d）选择完整无病害块茎测量其直链/支链淀粉含量（双波长法［18］）、还原糖（DNS 比色法［19］）、蛋白质含量（凯氏定氮法［20］）。

在全田植株50%的叶片变黄时收获，先统计每个小区株数，再全部收获后称重计产（剔除病薯、烂薯、虫蛀薯），并考察其单株产量、商品率等。商品薯率采取GB/T 31784-2015 标准下三级商品薯分类，即不小于75 g 薯块划分为商品薯，一般情况下，扣除收获薯块总重的1.5% 作为杂质、含土量。

1.4 数据分析方法

使用Excel 2019 处理数据及绘图，SPSS 23.0软件进行方差分析和多重比较，用Origin 2018 进行图像制作。

2 结果与分析

2.1 PASP 对农艺性状的影响

由表1 可 见，苗 期，Y+PASP 和W+PASP 处理株高分别比Y、W 处理降低22.0%、30.5%（P＜0.05）；各处理间茎粗差异不显著，但PASP 降低了马铃薯单株叶面积46.8%～54.0%（P＜0.05）。在块茎膨大期，Y+PASP 和W+PASP 处理株高分别比Y、W 处理高20.7%和12.6%，而Y 处理茎粗和叶面积指数显著（P＜0.05）低于Y+PASP 处理，W 处理茎粗和叶面积指数显著高于W+PASP处理。

表1 不同时期马铃薯植株形态Table 1 Plant morphology of potatoes at different growth stages

2.2 PASP 对根系形态的影响

从图1 可以看出，苗期地下部和地上部生长同步，增施PASP 对有机肥和无机肥处理都表现出根长、根表面积和根体积减小的趋势。苗期Y 处理的根系最发达，W+PASP 处理根系最短，体积最小。在块茎膨大期，W+PASP 处理根长、根表面积和根体积显著高于其他处理，Y 处理根系最弱；Y+PASP 和W+PASP 处理根长分别比Y 和W处理高68.6%和66.5%，根表面积分别高73.3%和66.4%，根体积分别高78.6%和66.9%，均达显著水平（P＜0.05）。在所有时期根平均直径差异不显著，块茎膨大期根平均直径比苗期有减小趋势。

图1 不同时期马铃薯根系形态Fig.1 Root morphology of potato at different growth stages

2.3 PASP 对干物质积累的影响

由 图2 可 见，苗 期Y+PASP 和W+PASP 处理下植株根、茎、叶的干物质量都低于Y 和W 处理。在块茎膨大期，Y+PASP 处理根干重、茎干重和叶干重分别比Y 处理高66.2%、47.0% 和58.9%，W+PASP 处理根干重和叶干重分别比W处理低69.5%和77.1%。

图2 不同时期马铃薯各部位干物质积累量Fig.2 Dry matter accumulation in different parts of potato at different growth stages

2.4 PASP 对植株氮素积累的影响

从 表2 可 以 看 出，Y+PASP 和W+PASP 处理马铃薯植株根、茎、叶的全氮含量都显著低于Y、W 处理，其中Y 处理地上部全氮含量最高；在块茎膨大期，W+PASP 处理根和地上部全氮含量分别比W 处理下降40.2%和30.9%；而Y+PASP 处理根和地上部全氮含量分别比Y 处理下降35.2%和56.2%。从表3 可以看出，收获时单施有机肥处理马铃薯植株的氮素吸收量最高，总体来看呈Y＞W＞W+PASP＞Y+PASP；但在成熟期，增施PASP 分别比单施有机肥和无机肥增加了9.8%和12.2%的氮素转移率，增效作用达显著水平。

表2 不同时期马铃薯的植株氮素吸收量Table 2 The amount of nitrogen uptake amount in different parts of potato plants at different growth stages kg·hm-2

表3 成熟期马铃薯的植株氮素吸收量Table 3 Nitrogen uptake amount of potato plants during harvest time

2.5 PASP 对块茎营养品质的影响

表4 结果表明，施用PASP 可使有机肥和无机肥下马铃薯块茎直链淀粉分别降低5.2% 和12.2%、支链淀粉分别增加27.5%和降低6.3%；显著增加无机肥处理块茎蛋白质含量，但与有机肥互作效果不明显；Y 和W 处理块茎还原糖分别比Y+PASP 和W+PASP 处理低了30.5% 和78.5%。

表4 成熟期马铃薯块茎营养品质Table 4 Nutritional quality of potato tubers at maturity stage

2.6 PASP 对马铃薯产量构成因素及产量的影响

由表5 可见，Y+PASP 和W+PASP 处理 单株产量和折合公顷产量分别比Y 和W 处理低43.4% 和59.1%，商品薯产量比Y 和W 分别低45.1%和61.4%，且差异显著（P＜0.05）。表明增施PASP 功能肥后都造成产量降低，但是对于无机肥的影响更加明显；其中Y 处理比W 处理折合产量高2.3 t·hm-2，Y+PASP 折合产量比W+PASP处理高7.6 t·hm-2，对商品薯率影响不明显。

表5 不同施肥处理的马铃薯产量Table 5 Potato yields in different fertilizer treatments

3 讨论

3.1 PASP 对马铃薯农艺性状的影响

马铃薯的产量不仅与干物质积累量紧密相关，而且和干物质在各个器官中的转运和分配相关［21］。本研究显示，增施PASP 功能肥在马铃薯不同生育时期会造成不同的效果：苗期不管是与有机肥还是无机肥混施都不利于植株生长，降低株高、减小叶面积；在块茎膨大期，有机肥增施PASP使株高、茎粗、叶面积显著增加；但在无机肥条件下增施PASP 呈现相反的结果。可能是因为PASP 自身的多孔高分子集团与高电负性，对土壤中养分离子具有富集与缓释作用［6］，导致植株前期可获取养分减少，植株生长延缓。根形态来看，增施PASP 在苗期可以抑制根系的生长，但在块茎膨大期对根系生长表现出促进作用，尤其是在与无机肥混施时对根长和根表面积有显著增加作用。这与曹丹［22］在杨树苗、郭景丽［23］在玉米苗上的试验结果一致，一定浓度的聚天门冬氨酸可以促进植物地上部和地下部的形态建成，但是超过临界值会造成相反结果［24］。而根系的形态与根系吸收能力呈正相关，所以在生长后期PASP 可以提高植株根系的吸收能力从而有利于植株地上部枝叶伸展，光合面积增加，从而增加干物质积累量和氮含量。同时PASP 对土壤结构具有良好改善效果［25］，可能是导致后期根系伸展情况较好的重要原因。

3.2 PASP 对马铃薯氮素及干物质积累的影响

马铃薯全生育期中对氮素都有较高要求，通过对马铃薯植株氮素吸收和干物质积累情况的测量可以反应植株的光合、代谢和发育情况，从氮素的转运推测产量高低［26-27］。试验中PASP 会减少植株氮素含量，尤其在生长后期，增施PASP 比单施有机肥和无机肥处理的植株氮素吸收量显著减少，其中有机肥处理下，氮素吸收效果最好。干物质积累情况前期与氮素积累同步，后期相反。在和有机肥混施时，前期抑制植株干物质积累，后期却呈现显著促进效果；而与无机肥混施时不管是前期还是后期都会减少植株干物质积累。该结果与唐会会［28］在玉米上的研究结果相似，PASP 在花前减少植株干物质积累，但花后会有增效作用。

3.3 PASP 对马铃薯块茎品质及产量的影响

从试验结果来看PASP 与无机肥混施时显著提高块茎蛋白质和还原糖含量，与有机肥混施作用不明显，其对块茎直链和支链淀粉的影响也不显著。从经济产量来看，增施PASP 没有提高马铃薯块茎产量的作用，这与在水稻［12］、萝卜［29］和黄瓜［30］等作物上试验结果不同，造成这种结果的原因首先可能是因为：马铃薯以变态匍匐茎作为经济器官收获，PASP 对于土壤养分的吸附利用并不利于其茎的发生，即由于前期PASP 的富集作用，使马铃薯出苗受抑，植株前期生长缓慢，到后期PASP 与肥料经过缔合作用生成多肽尿素，抑制尿素在土壤中的硝化作用和铵化作用，提高了氮素的利用率，起到缓释作用［11-12］，从而使植株可利用氮增加。植株出现后期地上部持续生长的情况，地上营养生长强度大于生殖生长，营养物质没有及时向块茎中转运，导致产量降低［21］和块茎还原糖增加［31］；对比单施无机肥和有机肥的产量结果，有机肥处理产量比无机肥高6.6%，可能是因为有机肥对马铃薯干物质同化速率和产量提高有积极效果［32］。

其次，聚天门冬氨酸在马铃薯生产方面的研究报道还不完善，本次试验的参考较少，试验结果表现出马铃薯生育期延长的现象，而在成熟期对氮素向块茎转运却有增效作用，可能是该功能肥适合生育期长的品种和作物；从本试验结果中马铃薯植株生长前期受抑，生长后期促进，块茎还原糖含量增加等现象也可推断该功能肥可能具有延迟马铃薯生育期的作用。但是造成该结果是否与功能肥施用量和施用方式有关，有待进一步研究。

4 结论

经综合比较发现，增施聚天门冬氨酸功能肥有利于马铃薯植株生长后期的株高、茎粗增加，根系伸展，促进茎、叶、根干物质的增加，却不利于前期生长。对马铃薯块茎膨大期氮素吸收、块茎加工品质和产量形成有消极影响，与无机肥混合施用有显著提高块茎还原糖和蛋白质含量的效果。