覆盖模式对冬作马铃薯铜素积累与分配特征的影响.pdf

热带作物学报 2023,44(7):14451452 Chinese Journal of Tropical Crops 收稿日期 2022-07-12；修回日期 2022-08-28 基金项目 国家重点研发计划项目（No.2018YFD0200801）。作者简介 刘 涛（1998），男，硕士研究生，研究方向：养分资源管理。*通信作者（Corresponding author）：张新明（ZHANG Xinming），E-mail：。覆盖模式对冬作马铃薯铜素积累与分配特征的影响 刘 涛1，官利兰2，邓 伟3,4，管大伟1，谭 微1，张新明1*1.华南农业大学资源环境学院，广东广州 510642；2.广东省恩平市农业技术推广服务中心，广东恩平 529400；3.华南农业大学园艺学院，广东广州 510642；4.乐安县农业技术推广中心，江西乐安 344323 摘 要：马铃薯是世界第四大粮食作物，但是关于稻壳覆盖和铜（Cu）素在该作物的研究较少。通过以马铃薯“费乌瑞它”为材料，设置裸地（CK）、稻壳（6000 kg/hm2）覆盖（DK）、黑膜覆盖（HM）3 种覆盖模式处理进行田间全生育期冬作栽培，研究不同覆盖模式下马铃薯植株对 Cu 素的积累与分配特征。研究结果显示，不同覆盖模式下，茎和叶的 Cu 素积累量均呈先增加后减小趋势，块茎和全株 Cu 素积累量则呈逐渐增大趋势。茎和叶 Cu 素积累量从齐苗后 10 d时分别占全株的 13.45%17.70%和 82.30%86.55%，到齐苗后 58 d 时的 2.99%3.53%和 8.40%10.56%。块茎累积量从齐苗后 22 d 时的 26.76%29.60%增加到齐苗后 58 d 时的 85.91%88.68%。DK 处理下的植株 Cu 素积累量在全生育期总体上高于 CK 和 HM 处理的数值。其中 DK 比 CK 处理在茎、叶、块茎、全株最高可分别高 38.01%、80.92%、40.24%、72.45%，比 HM 处理分别高 92.21%、47.22%、48.12%、45.16%。马铃薯植株在齐苗后 10 d 时的 Cu 素积累量与后期的Cu 素积累量呈正相关，茎和叶中 Cu 素积累量在齐苗后 58 d 前同产量也呈正相关。因此，供试条件下，在 6000 kg/hm2水平的稻壳覆盖下能够有效提高马铃薯植株对 Cu 素的积累量。关键词：稻壳；冬作马铃薯；铜；积累；覆盖 中图分类号：S532 文献标识码：A Effect of Mulching Pattern on the Characteristics of Copper Accumu-lation and Distribution in Winter Potato LIU Tao1,GUAN Lilan2,DENG Wei3,4,GUAN Dawei1,TAN Wei1,ZHANG Xinming1*1.College of Natural Resources and Environment,South China Agricultural University,Guangzhou,Guangdong 510642,China;2.Guangdong Enping Agricultural Technology Extension Center,Enping,Guangdong 529400,China;3.College of Horticulture,South China Agricultural University,Guangzhou,Guangdong 510642,China;4.Lean County Extension Center of Agricultural Technol-ogy,Lean,Jiangxi 344323,China Abstract:Potato is the fourth largest food crop in the world,but little research has been done on this crop about rice husk mulching and copper(Cu).Rice husk is a by-product of rice processing and has great potential to reduce environ-mental pollution.Plastic film mulching gives us a non-negligible problem of environmental pollution,and even crop yields will be affected.Compared with black film,it has the advantages of wide source,lower cost and no need for re-cycling,which can basically be used locally.Previous studies have shown that the photosynthetic pigment content,photosynthetic rate,nutrient content,plant height,stem thickness,tuber number,above ground dry weight and yield of potato plants were enhanced by both Cu solution dip treatment and foliar spray of Cu.In this experiment,the accumula-tion and distribution of Cu in potato plants under different mulching patterns were investigated by using potato“Fa-vorita”as the material and three mulching patterns:bare ground(CK),rice husk(6 000 kg/hm2)mulching(DK)and black film mulching(HM)for winter cultivation in the field.The results showed that the accumulation of Cu in stems and leaves showed a trend of increasing and then decreasing under different mulching patterns,while the accumulation in tubers and whole plants showed a trend of gradually increasing.The accumulation of Cu in stems and leaves ranged 1446 热带作物学报 第 44 卷 from 13.45%17.70%and 82.30%86.55%of the whole plant 10 d after full seedling emergence to 2.99%3.53%and 8.40%10.56%58 d after full seedling emergence,respectively.The accumulation of tubers increased from 26.76%29.60%22 d after full seedling emergence to 85.91%88.68%58 d after full seedling emergence.The Cu ac-cumulation of plants under DK treatment was generally higher than that of LD and HM treatments in the whole growth period.The Cu accumulation of plants under DK treatment was 38.01%,80.92%,40.24%,72.45%more than that of CK treatment in stem,leaf,tuber and whole plant respectively,and 92.21%,47.22%,48.12%,45.16%higher than than that of the HM treatment,respectively.The accumulation of Cu in potato plants 10 d after full seedling emergence was positively correlated with the accumulation of Cu at the later stage,and the accumulation of Cu in stems and leaves was also positively correlated with the yield until 58 d after full seedling emergence.The difference in accumulation by site is due to the fact that in the early growth period,when potato plant is still in the seedling stage,stems and leaves are the sites of Cu accumulation.As the plant grows,tubers are gradually formed.About 31 days after full seedling emergence,the growth of stems and leaves gradually slow down,while the tubers are in the growth phase.At this time,the accu-mulation center shifts to the tuber,from stems and leaves,which shows that the accumulation of stem and leaves gradu-ally decreases,while the accumulation of tuber continues to increase.The reasons for the higher accumulation of DK than CK and HM may be as follows.First,rice husk,on the other hand,can not only act as a thermal insulation layer to isolate strong external heat,but also improve soil water storage efficiency,increase soil water content,and have sig-nificant effects in reducing soil temperature.Second,rice husk can increase soil organic carbon content after being de-graded as exogenous organic matter,and the study found that the soil available Cu content was significantly and posi-tively correlated with soil organic carbon content.The experiment showed that under the test conditions,the accumula-tion of Cu by potato plants could be effectively increased under rice husk mulching at 6000 kg/hm2 level.Keywords:rice husk;winter potato;copper;accumulation;mulching DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2023.07.015 马铃薯（Solanum tuberosum L.）是仅次于小麦、玉米和大米的世界第四大粮食作物1。近年来，中国马铃薯已经居于世界马铃薯面积与总产的首位2。马铃薯不仅可以提供能量，而且还提供可消化的蛋白质、多种必需的维生素和微量元素3。但是在冬季，我国南方约有 7.0106 hm2的农田处于闲置状态4，其中广东省属于南亚热带北热带季风性气候，水源丰富，冬季无霜期长，有适合马铃薯生长要求的温度。此外，马铃薯具有耐贫瘠、干旱、盐碱的能力，还能在寒冷的气候下生长，且生长周期短5，这些特点使它成为广东省适宜的冬季作物。据调查，冬作马铃薯占该省马铃薯种植面积的 85%6。改进耕作措施是有效提高作物产量的关键因子之一，其中覆盖栽培作为一种保护性耕作措施，已经广泛应用于农业生产实践当中7。覆盖栽培可以有效削弱土壤侵蚀和水土流失8，降低硝酸盐的淋溶损失9，以及抑制杂草的生长10，从而起到增产的作用11-12。覆盖材料类型可分为有机材料（秸秆、稻草等）和无机材料（塑料薄膜）。然而，塑料薄膜覆盖在给我们带来巨大经济效益的同时产生了不可忽视的环境污染问题13。而有机材料覆盖在不造成环境污染问题的同时还能降低土壤渗透阻力14和影响土壤温度15，提高土壤肥力16，其可降解性还节省了回收所带来的劳动力成本。稻壳是稻谷加工的副产品，在减少环境污染方面具有很大的潜力。与黑膜相比具有来源广、成本低、无需回收等优点，基本可以做到就地取材。稻壳主要成分为纤维素（25%35%）、半纤维素（18%21%）、二氧化硅（15%17%）和水分17，其中二氧化硅含量约占灰分含量的95%18。全球每年生产稻壳约 1.37108 t，然而大部分稻壳未得到充分利用19。铜（Cu）主要以Cu+和 Cu2+形式存在于细胞中，在植物细胞内细胞质基质、内质网、线粒体内膜、叶绿体基质、类囊体腔和质外体等结构离不开 Cu20。在植物中，Cu 作为调节蛋白的结构元素，参与光合电子传递、线粒体呼吸、氧化应激反应、细胞壁代谢和激素信号传导等过程21。植物体中一半以上的Cu 存在于叶绿体中，并参与光合作用22。当植物中的 Cu 处于低水平浓度时，幼叶和生殖器官将受到影响；相反，过量的 Cu 则会产生极大的毒性，引起诸如萎缩和坏死、发育不良、抑制根和芽的生长等症状23。研究表明，施加 Cu 对马铃薯块茎数和产量都有提升24。马铃薯种薯经适宜浓度 Cu 溶液处理过后的产量增加了 10.32%24.68%25，光合色素的含量、光合速率以及叶比第 7 期 刘 涛等：覆盖模式对冬作马铃薯铜素积累与分配特征的影响 1447 重分别提升了 38.18%49.62%、4.88%14.98%、5.49%10.76%26。在马铃薯块茎形成期的叶片喷施 Cu 也可显著提高叶绿素含量、光合速率和产量27。此外，无论是 Cu 溶液浸种处理还是叶面喷施 Cu，马铃薯植株的养分含量、株高、茎粗、地上部干重和产量也有提升28。王海泉等29通过喷施微肥发现对上述性状也有改善作用。随着环境、能源和资源问题日趋严重，走可持续发展之路已经成为人们的共识。而广东省作为南方冬作区的马铃薯主产区之一，对稻壳覆盖技术在马铃薯上的应用研究很少。同时，前人关于马铃薯营养元素的研究基本侧重在氮、磷、钾三类大量元素，关于微量元素的研究内容较少。因此，有必要开展稻壳马铃薯冬作马铃薯植株对铜素积累与分配特征研究，为稻壳覆盖部分或全部替代黑膜覆盖技术提供理论依据，对于广东省冬作马铃薯产业的持续发展将具有重要的实践意义。1 材料与方法 1.1 材料 选用供试马铃薯品种费乌瑞它（Favorita），为一级脱毒种薯，生物有机肥和缓释复合肥（14-6-24）为供试肥料，黑色农用地膜为供试地膜，稻谷加工所剩残壳为供试稻壳，且未经粉碎等其他处理。试验于 20202021 年在广东省江门市恩平市恩城街道深水村进行，地理位置 22146N、1121950E，属南亚热带季风气候。土壤为水稻土，前茬作物为水稻。土壤质地为轻壤土，pH 5.3，含有机质 17.11 g/kg、碱解氮 62.7 mg/kg、有效磷79.0 mg/kg、速效钾 61.5 mg/kg、有效铜 96.36 g/kg。1.2 方法 1.2.1 试验设计 试验设置裸地（CK）、稻壳（6000 kg/hm2）覆盖（DK）、黑膜覆盖（HM）3种覆盖模式，其中裸地为对照组，其余操作一致。本试验采用高垄双行“品”字形种植，随机区组排列，每个处理重复 3 次，每次重复含 3 垄，面积为 39 m2，田垄长宽为 10 m1.3 m，其中中间垄为测产垄，其余两垄为采样垄。每垄种植 90株。于 2020 年 11 月 14 日播种，采用“一基免追”施肥模式施用 4500 kg/hm2生物有机肥和1500 kg/hm2缓释复合肥（14-6-24）。参照广东冬种马铃薯优质高产栽培实用技术30进行田间管理。于 2021 年 3 月 18 日收获，并对每个重复进行测产。1.2.2 项目测定 （1）马铃薯植株的采集与处理。2020 年 12 月 18 日达到齐苗（80%的出苗率）水平，于齐苗后 10、22、34、46、58 d 采样，共 5次（块茎在齐苗 10 d 后并未形成，故其采样次数为 4 次）。在每个小区采样垄随机选取生长形势较为一致的马铃薯 3 株进行采样。采集的植株样经洗涤、晾干后分为茎、叶、块茎并分别称取鲜重，然后将各鲜样分别装入牛皮纸袋，放置于 105 烘箱中杀青 30 min，并在 75 恒温下烘干 12 d至恒重并称重；再将干样粉碎过筛后装入密封袋，放置于干燥器中保存以供分析测定。（2）样品分析。植株全 Cu 测定采用 AAS 法31。1.3 数据处理 采用 Excel 16.60和 SPSS 26.0.0.2软件进行数据分析。Cu 素积累量（g/株）=Cu 素浓度（mg/kg）单株干重（g）Cu 素分配率=某部位 Cu 素积累量（g/株）/全株 Cu 素积累量（g/株）100%每吨鲜薯对 Cu 素的需求量（mg/t）=全株 Cu素积累量（mg）/块茎产量（t）2 结果与分析 2.1 覆盖模式对马铃薯茎 Cu 素积累量的影响 由图 1 可知，3 种覆盖模式下的马铃薯茎 Cu素积累量变化范围在 9.5529.53 g/株之间。各处理 Cu 素积累量均在齐苗后 46 d 左右出现峰值，此时 Cu 素积累量由小到大依次为 19.53、22.17、29.53 g/株，随后下降，其中，CK 和 DK 处理Cu 素积累量在达到峰值前逐渐增高，而 HM 处理在达到峰值前出现轻微下降趋势。在同一采样时期内，DK 处理下马铃薯茎 Cu 素积累量始终高于CK 和 HM 处理，且在齐苗后 10 d 和 22 d 时达显著性差异（P0.05）。DK 处理最高比 CK 处理高38.01%（齐苗后 22 d），比 HM 处理高 92.21%（齐苗后 34 d）。HM 处理下 Cu 素积累量在齐苗后 10 d和 22 d 高于 CK 处理，但在后期低于 CK 处理，且二者 Cu 素积累量差异始终不显著。2.2 覆盖模式对马铃薯叶 Cu 素积累量的影响 由图 2 可知，3 种覆盖模式下的马铃薯叶 Cu素积累量变化范围在 45.30176.21 g/株之间。各处理 Cu 素积累量随着生长发育进程均呈先增高 1448 热带作物学报 第 44 卷 不同小写字母表示处理间差异显著（P0.05）。Different lowercase letters indicate significant difference among treatments(P0.05).图 1 不同覆盖模式下马铃薯茎 Cu 素素积累量 Fig.1 Accumulation of Cu in potato stem under different mulching patterns 不同小写字母表示处理间差异显著（P0.05）。Different lowercase letters indicate significant difference among treatments(P0.05).图 2 不同覆盖模式下马铃薯叶 Cu 素素积累量 Fig.2 Accumulation of Cu in potato leaf under different mulching patterns 后降低趋势，且在齐苗后 34 d 左右出现峰值，此时 Cu 素积累量从小到大依次为 120.59、133.85、176.21 g/株。在同一采样时期内，DK 处理下马铃薯叶 Cu 素积累量始终高于 CK 和 HM 处理，且在齐苗后 10 d 时显著高于 CK 和 HM 处理，在齐苗后 22 d 时显著高于 CK 处理。DK 处理最高比CK 处理高 80.92%（齐苗后 10 d），比 HM 处理高47.22%（齐苗后 10 d）。HM 处理下 Cu 素积累量在齐苗后 10、22、46 d 时高于 CK 处理，且在 22 d 时达显著差异，在 34 d 和 58 d 时低于 CK 处理但未达显著差异。2.3 覆盖模式对马铃薯块茎 Cu 素积累量的影响 由图 3 可知，3 种覆盖模式下的马铃薯块茎Cu 素积累量变化范围在 49.90587.18 g/株。各处理 Cu 素积累量随着生长发育进程逐渐增高，在齐苗后 58 d 时 Cu 素积累量从小到大依次为396.43、418.70、587.18 g/株。在齐苗后 22 d、46 d 和 58 d 时，DK 处理下马铃薯块茎 Cu 素积累量高于 CK 和 HM 处理，且在 22 d 和 58 d 时达显著水平。DK 处理最高比 CK 处理高 40.24%（齐苗后 58 d），比 HM 处理高 48.12%（齐苗后 58 d）。HM 处理下 Cu 素积累量在齐苗后 22 d、46 d 和58 d 时低于 CK 处理，在 46 d 时高于 CK 处理，但二者处理始终未呈现显著差异。不同小写字母表示处理间差异显著（P0.05）。Different lowercase letters indicate significant difference among treatments(P0.05).图 3 不同覆盖模式下马铃薯块茎 Cu 素素积累量 Fig.3 Accumulation of Cu in potato tuber under different mulching patterns 2.4 覆盖模式对马铃薯茎叶 Cu 素积累量的影响 由图 4 可知，3 种覆盖模式下的马铃薯茎叶Cu素积累量变化范围在 54.85204.32 g/株之间。各处理 Cu 素积累量随着生长发育进程逐渐增高后降低，且在齐苗后约 34 d 达到峰值，此时Cu 素积累量由小到大依次为 135.22、156.26、204.32 g/株。在同一采样时期内，DK 处理下马铃薯茎叶 Cu 素积累量始终高于 CK 和 HM 处理，且在齐苗后 10 d 和 22 d 时达到显著差异。DK 处理最高比 CK 处理高 72.45%（齐苗后 10 d），比HM 处理高 51.10%（齐苗后 34 d）。HM 处理下Cu 素积累量在齐苗后 10、22、46 d 高于 CK 处理，在 34 d 和 58 d 低于 CK 处理，其中，在齐苗后 22 d 时二者差异显著。2.5 覆盖模式对马铃薯全株 Cu 素积累量的 影响 由图 5 可知，CK 和 DK 处理下的马铃薯全株 第 7 期 刘 涛等：覆盖模式对冬作马铃薯铜素积累与分配特征的影响 1449 不同小写字母表示处理间差异显著（P0.05）。Different lowercase letters indicate significant difference among treatments(P0.05).图 4 不同覆盖模式下马铃薯茎叶 Cu 素素积累量 Fig.4 Accumulation of Cu in potato stem and leaf under different mulching patterns 不同小写字母表示处理间差异显著（P0.05）。Different lowercase letters indicate significant difference among treatments(P0.05）。Note:Same lowercase letters indicate no significant difference(P0.05).2.8 Cu 素积累量和产量相关分析 由表 3 可知，马铃薯植株茎和叶的 Cu 素积累量与产量在齐苗后 10、22、34、46 d 时呈正相关，其中茎的 Cu 素积累量与产量在齐苗后 22 d 时达到显著水平，叶始终未达到显著水平。表 3 不同时期和部位 Cu 素积累量和产量的相关分析 Tab.3 Correlation analysis of Cu accumulation and yield at different periods and parts 线性相关系数 Linear correlation coefficient（r）齐苗后天数 Days after full seedling emergence 茎 Stem 叶 Leaf 10 0.618 0.658 22 0.708*0.601 34 0.136 0.294 46 0.461 0.541 58 0.214 0.186 注：*表示显著相关（P0.05），*表示极显著相关（P0.01）。Note:*indicates significant correlation(P0.05),*indicates extremely significant correlation(P0.01).由表 4 可知，马铃薯植株茎和叶在齐苗后 10 d 的 Cu 素积累量与各部位后期所有 Cu 素积累量呈正相关，其中，茎与齐苗后 22 d 时的积累量呈极显著正相关，叶与齐苗后 22 d 和 46 d 时的积累量呈显著正相关。3 讨论 本研究表明，不同覆盖模式下马铃薯在全生育期对 Cu 素的吸收积累趋势基本一致。由于块茎积累量占比较大，故马铃薯植株全株 Cu 素积 表 4 齐苗 10 d 后不同部位 Cu 素积累量与各部位 后期 Cu 素积累量相关分析 Tab.4 Correlation analysis between Cu accumulation in different parts 10 d after full seedling emergence and Cu accumulation at later periods of each part 齐苗后天数 Days after full seedling emergence 部位 Part 22 34 46 58 茎 0.798*0.514 0.666 0.324 叶 0.689*0.327 0.746*0.486 注：*表示显著相关（P0.05），*表示极显著相关（P0.01）。Note:*indicates significant correlation(P0.05),*indicates extremely significant correlation(PCK、HM，该差异在齐苗后 34 d 之前基本达到显著水平，而 CK和 HM 处理下的积累量差异无明显规律。其原因可能如下：一是马铃薯的生长会受到炎热天气的影响34。相较于黑膜覆盖可显著提高土壤温度35，稻壳则不仅可以作为隔热层隔绝外部强大的热量，而且能提高土壤储水效率，增加土壤含水量36-37，在保持土壤温度方面有显著效果38。KAR 等39发现秸秆覆盖下的土壤表层最高温度降低了 68，从而使马铃薯根系处于更适合生长的小气候中，促进了对 Cu 的累积。二是稻壳作为外源有机物被降解后可增加土壤有机碳含量40，而研究发现土壤有效 Cu 含量与土壤有机碳含量呈显著正相关41，这对于马铃薯对 Cu 素的累积也有促进作用。不同覆盖模式 Cu 素 1000 kg 产量马铃薯全株吸收积累量为 997.471327.20 mg，以 DK 处理最高，为 1327.20 mg，CK 处理次之，HM 处理最小。该积累量与白艳姝42研究下的紫花白相比较，约第 7 期 刘 涛等：覆盖模式对冬作马铃薯铜素积累与分配特征的影响 1451 为其 1/3，可能是种植区域和品种间的差异造成。通过相关分析发现，马铃薯植株在齐苗后10 d 时的积累量与后期的 Cu 素积累量呈正相关，茎和叶中 Cu 素累积量在齐苗后 58 d 之前同产量也呈正相关，表明在马铃薯生长前期 Cu 素的积累量对后期 Cu 素的累积和产量具有重要影响。参考文献 1 ZHANG H,XU F,WU Y,HU H,DAI X.Progress of potato staple food research and industry development in ChinaJ.Journal of Integrative 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