覆膜栽培下甘薯的干物质积累特性

翟稳熙，李向岭，杨晴，王健，杨敏，刘学茹，韩金玲，3*

(1.河北科技师范学院 农学与生物科技学院，河北 秦皇岛 066000；2.河北省作物逆境生物学重点实验室，河北 秦皇岛 066000；3.河北省(秦皇岛)甘薯产业技术研究院，河北 卢龙 066400；4.河北中薯农业科技有限公司，河北 卢龙 066400)

甘薯[IpomoeaBatatas(L.)Lam]属旋花科甘薯属，是世界上重要的粮食、饲料和工业原料。我国是甘薯生产大国，据FAO统计，2019年我国甘薯总产量占世界甘薯总产量的57%[1]。在我国，甘薯是仅次于水稻、小麦和玉米的第四大粮食作物[2]。地膜覆盖是目前广泛推广的栽培方式，它能够改善田间小气候，克服低温干旱等不利因素，增加作物产量。世界上最早应用和研究地膜覆盖的国家是日本。1955年，日本在草莓上应用地膜覆盖栽培技术获得了成功，并在生产上推广应用，随后很快从蔬菜、烟草普及到玉米、小麦等大田作物[3-5]。近年来，地膜覆盖栽培已经在很多农作物上得到应用，如冬小麦、玉米、花生、大豆以及马铃薯等，增产效果十分明显[6-9]。有研究[10-12]表明，覆膜栽培在甘薯生产中也起到了显著的增产效果，覆盖地膜可使太阳光透过薄膜到达地表，使地表温度提高，从而满足甘薯根系生长对温度的要求；且地膜密封性较好，能显著降低土壤水分的蒸发量，使土壤水分状况维持在一个较为稳定的水平，达到增温保墒的作用，有助于土壤中微生物繁殖，有机质大量分解，加速营养物质的积累与转化，促进植株营养器官快速生长，早结薯、延长生育期，进而提高块根产量[13-15]。目前，覆膜栽培的相关研究多集中在甘薯的土壤环境和增产效果上，对覆膜栽培下甘薯生长特性的研究尚少。为此，本文选用当地2个主栽品种为材料，以不覆膜为对照，研究在覆膜条件下甘薯干物质积累与分配特性以及块根产量，旨在为冀东地区甘薯生产中田间管理提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2021年5—10月在河北科技师范学院试验基地开展，试验基地位于河北省秦皇岛市卢龙县(39°96′N，118°98′E)，属暖温带大陆性季风气候，四季变化和季风进退都较明显，年均温11.2 ℃，无霜期180～190 d，近10 a平均降雨量为634.96 mm[16]。试验期间的降水量和气温状况见表1，甘薯生育期高温天气主要集中于7、8月份，降雨量主要在8、9月份(表1)。试验田土壤为砂壤土，0～20 cm耕层有机质含量为18.43 g·kg-1，碱解氮含量为119·00 mg·kg-1，有效磷含量为5.24 mg·kg-1，速效钾含量为75.92 mg·kg-1，pH值为6.62。

表1 试验期间降水量和气温Table 1 Precipitation and temperature conditions during the experiment

1.2 试验材料

试验材料为当地主栽甘薯品种脱毒卢选1号和济薯25，由河北中薯农业科技集团股份有限公司提供。供试地膜为厚度0.01 mm、宽度1 m的黑色膜，从农资市场购买。

1.3 试验设计

采用品种和覆膜两因素裂区试验设计：主因素为品种，设卢选1号(A1)和济薯25(A2)2个水平，副因素为覆膜，设覆膜(B1)和不覆膜(B2)2个水平，共4个处理，3次重复。试验于2021年5月5日进行移栽，10月15日收获，生长期160 d。起垄前底施N 97.14 kg·hm-2、P2O561.5 kg·hm-2和K2O 103.5 kg·hm-2，用旋耕、覆膜一体机进行起垄覆膜，小区面积16 m×7.2 m，行距90 cm，一垄双行交错种植，密度为63 750 株·hm-2。甘薯生长期间进行常规田间管理。

1.4 测定指标与方法

从移栽后25 d开始取样，之后每隔20 d取样1次，直至收获。每次每小区在有代表性样点连续取样5株，取样后将地上部和块根分开，用塑料袋带回室内，进行以下指标测定。

1.4.1 甘薯最长蔓长

用5 m卷尺测量中间主茎自基部露出地面位置至最长蔓顶端生长点的长度。

1.4.2 甘薯地上部和块根鲜、干物质重

将甘薯地上部和块根分开，称量鲜重，之后105 ℃杀青30 min，60 ℃烘干至质量恒定，测定干物质量。

1.4.3 产量及产量构成因素

收获时每个小区取有代表性样点3个，每点测定5 m长2行甘薯株数、单株薯块数，收获全部薯块称重计算产量和单薯重。分别统计单株结薯数、单株鲜薯重，调查大中薯数(收获期质量为>100 g块根)、小薯数(收获期质量≤100 g块根)以及相应薯块重，进而计算出大、中、小薯数量及产量占比、T/R值[17-19]等。

1.5 数据分析

试验数据使用Microsoft Excel 2010软件进行录入、计算和统计，用DPS 14.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 覆膜栽培对甘薯生长的影响

由表2可见，随着生育进程的不断推进，植株的蔓长逐渐增加，整个生育期间，2个品种覆膜栽培下的甘薯蔓长大于不覆膜栽培，处理间差异显著(P<0.05)。卢选1号在移栽后105 d处理间差异最大，济薯25处理间差异最大值出现在移栽后85 d。与不覆膜处理相比，卢选1号和济薯25覆膜处理下甘薯蔓长差异最大时分别为52.80和38.20 cm，收获期蔓长差异分别为24.19 cm和19.98 cm。以上结果表明，覆膜栽培下的甘薯茎蔓生长势更强，生长前期覆膜栽培蔓长增长较快，后期增长较慢。

表2 甘薯蔓长生长动态Table 2 Sweet potato vine growth dynamics

2.2 覆膜栽培对甘薯干物质积累特性的影响

2.2.1 地上部干物质积累动态

由表3可见，甘薯地上部干物质积累量在整个生育期均呈现先增加后降低的趋势，地上部干物质积累速率也表现出先快后慢的趋势(图1)。卢选1号覆膜栽培下，地上部干物质积累量在移栽后85 d达最大值，生长速率在移栽后65～85 d达到顶峰，之后生长速率急剧下降，干物质积累量逐渐下降，不覆膜处理的地上部干物质积累量最大值出现在移栽后105 d，生长速率在85～105 d出现峰值；济薯25覆膜栽培下，地上部干物质积累量在移栽后105 d达最大值，而不覆膜处理的最大值则后移至125 d，地上部生长速率均在移栽后65～85 d达到峰值之后下降。

图1 甘薯地上部干物质积累速率Fig.1 Dry matter accumulation rate in the shoots of sweet potato

表3 甘薯地上部干物质积累动态Table 3 Dynamics of dry matter accumulation in the shoots of sweet potato

整个生育期间，2个品种均表现出覆膜栽培下地上部干物质积累量较多，处理间差异显著，处理间差异在达最大后逐渐缩小。卢选1号在移栽后85 d处理间差异最大，济薯25处理间差异最大值出现在移栽后105 d。与不覆膜处理比较，卢选1号和济薯25覆膜处理地上部干物质积累量差异最大时分别增加119.02%和52.41%，收获期分别增加36.49%和2.58%。

从干物质积累速率来看(图1)，覆膜栽培条件下，2个品种地上部干物质积累速率在生长前期快于不覆膜栽培，之后慢于不覆膜栽培。与不覆膜处理比较，卢选1号和济薯25覆膜处理地上部生长速率最大值分别增加59.4和46.26 kg·hm2·d-1。以上表明，覆膜能够显著增加甘薯地上部干物质积累，提高地上部生长速率，并提前促进地上部干物质向块根转运；品种间地上部干物质积累达最大值时间不一致。

2.2.2 块根生长

由表4可知，随着生育进程的不断推进，甘薯块根干物质积累量逐渐增加，在收获期达到最大值。整个生育期间，2个品种均表现出覆膜栽培下块根干物质积累量较多，处理间差异显著。2个品种处理间差异最大值均出现在移栽后85 d。与不覆膜处理比较，卢选1号和济薯25覆膜处理块根干物质积累量差异最大时分别增加153.88%和325.63%，收获期分别增加26.21%和13.49%。

表4 甘薯块根干物质积累动态Table 4 Dynamics of dry matter accumulation in roots of sweet potato

由图2可见，覆膜栽培下的甘薯块根干物质积累速率均呈现双峰变化，卢选1号和济薯25均在移栽后65～85 d达到第1个峰值，在105～125 d达到第2个峰值，第1峰值高于第2峰值。甘薯在不覆膜栽培下的块根干物质积累速率均呈现单峰变化，2个品种峰值都出现在移栽后105～125 d。与不覆膜处理相比，卢选1号和济薯25覆膜处理块根生长速率最大值分别增加41.11和32.74 kg·hm-2·d-1。2个品种在覆膜栽培下的块根干物质积累速率第2个峰值与不覆膜栽培下的峰值出现在同一时期，从移栽至移栽后85 d，基本以覆膜栽培下的块根干物质积累速率较快。以上表明，覆膜能显著增加甘薯块根干物质积累量，块根膨大加快，尤其促进早期块根结薯及块根迅速膨大。

图2 甘薯块根干物质积累速率Fig.2 Dry matter accumulation rate in roots of sweet potato

2.2.3 全株干物质动态积累的Logistic方程拟合

采用Logistic方程对田间试验数据进行拟合，以栽植后天数(t)为自变量，干物质积累量为因变量(Y)，通过非线性回归分析得出干物质积累的动态方程Y=k/(1+ea+bt)，式中a、b、k均为常数。甘薯干物质积累量与栽植后天数进行Logistic模型拟合的各参数如表3所示，各处理的决定系数R2在0.987 1～0.995 9，表明各处理的拟合效果较好。干物质的积累曲线呈现明显的“S”形增长规律，显著性检验也表明拟合得到的Logistic方程的相关系数均达到显著水平，具有统计学意义。

由表5可见，覆膜栽培使植株干物质积累提前进入快速积累期(t1)，但干物质快速积累时间(Δt)缩短，增加了最大积累速率(Vmax)，且保持较高的平均积累速率(Vmean)，具有较大的干物质积累潜力(k)。与不覆膜相比，卢选1号覆膜栽培下Y增加了22.37%，Vmax增加了47.35%，Vmean增加了47.35%，t1提前了17 d；济薯25覆膜栽培下Y增加了1.11%，Vmax增加了84.72%，Vmean增加了84.72%，t1提前了17 d。上述结果分析表明，地膜覆盖促进甘薯提早发育，缩短干物质快速积累期的持续时间，增加甘薯全株干物质积累量、干物质最大增长速率和干物质快速积累期的干物质平均增长速率。

表5 甘薯整株干物质积累量特征参数Table 5 Characteristic parameters of dry matter accumulation in whole sweet potato plant

2.2.4 干物质分配动态

如图3和图4所示，甘薯地上部干物质分配比例随生育期推进逐渐减少，块根干物质分配比例逐渐增加。

图3 卢选1号干物质在地上部和块根的分配比例Fig.3 The distribution ratio of dry matter of Luxuan 1 in the shoots and roots

图4 济薯25干物质在地上部和块根的分配比例Fig.4 The distribution ratio of dry matter of Jishu 25 in the shoots and roots

覆膜栽培下2个品种的地上部干物质分配比例低于不覆膜栽培，而块根干物质分配比例高于不覆膜栽培。上述结果分析表明，覆膜处理能够促进干物质向块根转移，提高块根产量。卢选1号处理间差异小于济薯25，表明覆膜处理的效果因品种间差异表现不同。

2.3 T/R值动态变化

T/R值是反映甘薯在生长期间源库关系是否协调的重要指标[20]。从表6可以看出，2个品种均表现为随着甘薯的生长，T/R值逐渐变小，在收获期最小。卢选1号覆膜栽培下在移栽后45 d时趋近于1，而不覆膜栽培在移栽后65 d时趋近于1；济薯25覆膜栽培条件下移栽后在65 d时趋近于1，而不覆膜栽培在105 d时趋近于1。在这之前，甘薯干物质的分配以扩大源的强度为目的，主要分配在地上部茎叶中，在这以后，甘薯干物质的分配以扩大库的容量为目的，主要以块根为中心。以上表明，覆膜处理能降低T/R值，有效协调甘薯地上部与块根的关系，加快甘薯地上部向块根输送光合产物的速率，有利于植株早结薯，进而促进甘薯中后期块根膨大。

表6 T/R值动态变化Table 6 Dynamic change of T/R values

2.4 覆膜栽培对甘薯产量及产量性状的影响

由表7可知，覆膜栽培能显著提高单株结薯数和单株薯重，处理间差异显著。与不覆膜对照相比，卢选1号增加了46.15%和74.49%；济薯25增加了52.17%和102.88%。覆膜栽培能显著提高大中薯数和大中薯重，处理间差异显著，并降低小薯数和小薯重，但处理间无显著差异。与不覆膜相比，卢选1号覆膜栽培条件下大中薯数和大中薯重分别增加63.59%和103.10%，小薯数和小薯重分别降低43.14%和36.24%；济薯25覆膜栽培条件下大中薯数和大中薯重增加93.26%、95.04%，小薯数和小薯率分别降低9.75%、19.14%。覆膜栽培能显著提高甘薯产量，处理间差异显著。与不覆膜相比，卢选1号覆膜栽培下增产152.84%，济薯25增产62.72%。

表7 甘薯产量及产量性状Table 7 Sweet potato yield and yield traits

综上所述，覆膜栽培能显著提高甘薯单株结薯数、单株薯重、大中薯率和产量，降低小薯数和减少小薯占比。

3 讨论

甘薯覆膜后，促进了甘薯地上部的生长，提早了块根膨大期，能促苗早发快长，促进光合物质积累和转移，从而增加植株干物质的积累[19]。在本试验中，甘薯在覆膜栽培下茎蔓生长更旺盛，光合作用更强，光合产物充足，提高了光合产物向块根的转运效率。T/R值反映了甘薯生长发育过程中源库是否协调，也反映了源库间相互制约、相互促进的关系[20]，当T/R值趋近于1时，源库并进生长，在此之前，光合产物主要用于地上部源的生长，在此之后，主要用于块根库的充实[21]。本试验中，与不覆膜对照相比，卢选1号覆膜栽培下T/R值趋近于1提前了20 d；济薯25提前了40 d。说明甘薯在覆膜栽培下光合产物向块根转运的时间更早，提前进入干物质积累期，延长了干物质积累的时间，有利于提高产量。宁运旺等[22]的研究表明，提早光合产物向块根运输时间，提前了干物质向块根的分配，促进块根的形成和膨大，有利于块根的干物质积累。本研究表明，地上部干物质积累量呈现先上升后下降的趋势，块根干物质积累量呈现上升趋势，覆膜栽培能促进甘薯地上部的生长和块根的膨大，在甘薯生长前期，覆膜栽培的优势表现在地上部，在生长后期表现在块根，覆膜栽培提高了甘薯整个生育期的生长优势，最终达到了增产效果，这与前人研究[23-24]结果一致。地膜覆盖后，地面受光增温快，地温散失慢，覆膜栽培能减少土壤水分蒸发，利于保墒，改善了田间土壤小气候和甘薯生长发育环境。

甘薯是以收获块根为目的的高产作物，因此，甘薯产量的形成取决于植株干物质积累总量的大小和分配到地下块根中的比例[25-27]。地膜覆盖能够起到保水保墒、增肥增温、改善土壤物理特性、减轻病虫害发生，进而促进甘薯块根发育，提高产量的作用。邓仁菊等[28]通过研究5种地膜覆盖对甘薯的影响，表明覆膜处理显著提高了甘薯的产量；王翠娟等[29]通过2 a的试验表明，覆膜能显著提高甘薯的单株结薯数、单株薯重和大中薯率，增加甘薯产量与鲜重。本研究结果与前人一致，覆膜栽培可提高单株薯重和单株结薯数，提高大中薯的占比，减少小薯率，且覆膜栽培的甘薯产量均高于不覆膜栽培。