現蕾期磷添加對菊芋塊莖產量及物質分配規律的影響

沃 野， 黃佳媛， 楊 寧， 盧 軒， 林志玲， 趙力興， 李天琦， 高 凱*

(1.內蒙古民族大學， 內蒙古 通遼 028000； 2.興安盟農牧科學研究所， 內蒙古 烏蘭浩特 137400； 3.甘肅農業大學草業學院， 甘肅 蘭州 730070)

菊芋(HelianthustuberosusL.)又名洋勺、姜不辣(東北用名),洋姜等，菊科向日葵屬多年生草本植物，具有耐寒、耐旱、耐貧瘠、耐鹽堿等特性，在我國大部分地區均可種植[1-2]，以塊莖繁殖為主、莖直立，株高1～3 m，是新型能源植物[3-4]。菊芋地下塊莖中含有大量菊粉，占塊莖干物質的70%～90%[5]，是菊芋塊莖中碳水化合物的貯存形式，也是生產生物乙醇的主要原料[6]。市場對菊粉的需求不斷增長，當前主要任務是提高菊芋塊莖產量。有研究表明斷根可作為提高菊芋塊莖產量，朱鐵霞等[7]在菊芋現蕾期20 cm根系切割條件下地下塊莖產量最高，達到447.48 g·plant-1；李輝等[8]對‘青芋二號’進行去花處理，減少了菊芋開花所消耗的同化物(源)，對‘青芋二號’塊莖生物量(庫)均有明顯影響，產量提高具體表現在塊莖數量、塊莖個頭和塊莖干重增加，雖然兩種方式均有效的提高塊莖產量，但大量種植需要耗費較高的成本。有研究表明施肥、灌水均能明顯提高菊芋株高和產量[9]。施肥是當前農業應用廣泛的一種農藝措施，同時也是決定作物產量高低和品質優劣的重要因素。在氮、磷互作條件下，氮磷表現出協同促進作用并加快營養物質向根和塊莖運輸，使菊芋地下生物量能達到最高產量，使塊莖達到最優品質[10]；顧鑫等和朱鐵霞等[11-12]通過對菊芋進行不同供氮水平處理發現，在營養生長階段時，營養物質優先供應地上器官，能增加植株開展度和葉片數量，利于積累光合產物，在菊芋生殖階段，光合產物大量向地下運輸，利于塊莖膨大，而有關菊芋磷肥處理的研究相對較少。磷作為植物生長發育過程中的三大營養元素之一[13]，它能參與葉綠體能量變化和代謝，光合同化力形成和光合碳循環，在光合作用中具有重要作用[14-15]。在菊芋生長栽培管理中，磷肥能夠促進莖葉干物質積累并在現蕾期促進營養元素向地下運輸[16]。菊芋現蕾期開始塊莖形成，干物質由上向下運輸促進塊莖膨大，貯存在莖葉中的光合產物量開始大量向塊莖運輸[17]。因此，本試驗通過現蕾期施不同梯度磷肥來調控菊芋的物質分配規律，對菊芋地下塊莖產量進行研究，以期確定現蕾期菊芋物質分配適宜的磷肥施用量，為科爾沁沙地菊芋栽培管理提供科學理論依據，對科爾沁沙地種植菊芋具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019—2020年在內蒙古通遼市科爾沁區西遼河平原內蒙古民族大學農學院試驗農場(43°36′ N，122°2′ E，海拔178 m)進行,該地為典型的溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫6.4℃，極端最低溫-30.9℃,≥10℃積溫3 184℃，無霜期150 d；年均降水量約400 mm，生長季(4-9月)降水量約占全年的90%?？茽柷呱车赝寥罏榛疑莸橥?，土壤有機質含量為18.23 g·kg-1,堿解氮含量為62.41 mg·kg-1,速效磷含量為38.61 mg·kg-1,速效鉀含量為184.58 mg·kg-1,pH為8.2。試驗地具有噴灌設備。

1.2 試驗材料及設計

供試品種為當地白皮菊芋(種子為上一年收獲塊莖)，選取重量為15～30 g，無病、無傷的塊莖作為種莖。于2019年5月種植，株距0.8 m，行距0.8 m，播種深度15 cm，待出苗后定株，拔節期和分蘗期進行2次灌水(噴灌)，現蕾期和塊莖膨大期灌水(噴灌)2次，中耕除草2次。在菊芋營養生長時期追施尿素60 kg·hm-2、鉀肥75 kg·hm-2，在菊芋根頸0.4 m處表施；于菊芋現蕾期(2019年8月25日)以菊芋單株為研究對象，以單株莖稈為中心，以半徑40 cm培土5 cm，設置5個磷肥處理(CK：0 kg P2O5·hm-2;T1：37.5 kg P2O5·hm-2;T2：75 kg P2O5·hm-2;T3：112.5 kg P2O5·hm-2;T4：150 kg P2O5·hm-2)，每個處理重復5次，共25株，以地下根為中心，用撒施方式在半徑0.4 m范圍內施肥，并在10月12日深挖30 cm全株取回。

1.3 生物量測定

地上生物量：用鐮刀齊地面刈割單株，實驗室進行莖、葉片和花的分離，在105℃烘箱中烘48 h后稱干重。

地下生物量：以菊芋地下根為中心，以半徑0.4 m畫圓深挖30 cm，取出地下塊莖和地下根系并用清水沖洗干凈，在105℃烘箱中烘48 h后稱干重。

其中地上生物量(g·plant-1)=莖稈生物量+花生物量+葉片生物量；地下生物量(g·plant-1)=根系生物量+塊莖生物量；總生物量(g·plant-1)=地上生物量+地下生物量；根系比重(%)=根系生物量/總生物量×100；莖比重(%)=莖稈生物量/總生物量×100；葉比重(%)=葉片生物量/總生物量×100；塊莖比重(%)=塊莖生物量/總生物量×100；根冠比=地下生物量干重/地上生物量干重；莖葉比=莖干重/葉干重。

1.4 數據處理

利用Excel 2013對數據進行統計分析，DPS 7.05進行單因素方差分析，用單因素方差分析法進行多重比較，P<0.05為差異顯著，采用Excel制圖。

2 結果與分析

2.1 不同磷肥施用量對菊芋生物量的影響

由圖1可知，地下生物量、地上生物量和總生物量均隨磷肥施加量的增加呈現先增加后降低的變化趨勢，地下生物量各處理均值為CK：54.10 kg·hm-2，T1：109.15 kg·hm-2，T2：112.85 kg·hm-2，T3：75.91 kg·hm-2，T4：69.13 kg·hm-2，其大小順序為：T2>T1 >T3 >T4>CK，且T2顯著高于CK,T3和T4處理(P<0.05)，T1與T2無顯著差異；地上生物量各處理值為CK：150.02 kg·hm-2，T1：188.11 kg·hm-2，T2：352.32 kg·hm-2，T3：299.84 kg·hm-2，T4：189.59 kg·hm-2，T2處理的地上生物量最大，并顯著高于CK，T1和T4(P<0.05)，T2與T3無顯著差異；菊芋總生物量隨著磷肥施用量的增加呈現出先上升再下降的變化趨勢，且T2處理顯著高于其他處理(P<0.05)。

圖1 不同磷肥施用量對菊芋生物量的影響

2.2 不同磷肥施用量對菊芋各器官生物量的影響

由表1可知，磷肥施用量顯著影響菊芋的葉片重、莖重和塊莖重(P<0.05)，但對根重影響不顯著。隨著磷肥施用量的增加，葉片重呈出先下降再上升再下降的變化趨勢，其中T2處理葉片重最大，與CK,T1,T4差異顯著(P<0.05)；莖重隨著磷肥施用量的增加表現為升高—降低的變化趨勢，在T2處理下達到最大值，T2顯著高于CK和T4處理(P<0.05)；塊莖重隨著磷肥施用量的增加呈現出先上升再下降的變化趨勢，其大小順序為：T1>T2>T3>T4>CK，T1和T2處理顯著高于CK和T4處理(P<0.05)。

表1 不同磷肥施用量對菊芋各器官生物量的影響

2.3 不同磷肥施用量對根冠比和莖葉比的影響

由圖2可知，菊芋莖葉比和根冠比均隨著磷肥施用量的增加呈升高—降低—升高的變化趨勢，均在T1處理時最大，其中莖葉比最大值為3.45，根冠比最大值為0.58，T1與CK，T2，T3和T4處理的莖葉比和根冠比差異顯著(P<0.05)。

圖2 不同磷肥施用量對菊芋根冠比和莖葉比的影響

2.4 不同磷肥施用量對菊芋各器官比重的影響

由表2可知，隨著磷肥施用量的增加葉片比重呈下降—升高—下降的變化趨勢，在T3處理下達到最大值，顯著高于CK,T1和T4處理(P<0.05)，T1處理顯著低于各處理(P<0.05)；隨著磷肥施用量的增加根系比重呈現下降—升高的變化趨勢，其中CK處理顯著高于T2,T3處理(P<0.05)，CK,T1和T4處理無顯著差異；隨著磷肥施用量增加塊莖比重的大小順序為：T1>T2>T4>T3>CK，其中T1塊莖比重顯著高于CK，T2,T3和T4處理(P<0.05)，CK，T2，T3和T4處理間無顯著差異；磷肥施用量的增加對莖比重無顯著影響。

表2 不同磷肥施用量對菊芋各器官比重的影響

3 討論

磷肥是提升作物品質及產量的有效途徑之一[18]，但使用時需注意磷肥的施用量。本試驗在菊芋發育后期隨著磷肥施用量的增加，塊莖生物量逐漸降低，可能原因是施磷導致莖葉早衰轉運到塊莖中的同化物減少，這與鐘啟文[17]在青海省農林科學院園藝研究所試驗基地對菊芋高施磷研究結果一致。各學者研究地區土壤地質不同，環境條件差異大，也可能導致研究結果不同。趙孟良等[19]在騰格里沙漠對菊芋進行不同水平供磷處理，試驗研究結果表明，不同供磷水平下菊芋塊莖產量差異不顯著，而本研究在磷肥施用量為37.5 kg P2O5·hm-2處理下塊莖產量最高。本試驗研究結果與其不一致，造成這種差異可能與地理條件有關。本試驗可以通過現蕾期施磷肥調控不同部位產量，要想獲得較多的葉片和莖稈作為動物飼料時，科爾沁沙地最適磷肥施用量為75 kg P2O5·hm-2，要想獲得較多的菊粉、菊糖等工業原料就要促進地下塊莖的產量，科爾沁沙地最適磷肥施用量為37.5 kg P2O5·hm-2。本研究發現，磷肥施用量在75 kg P2O5·hm-2和112.5 kg P2O5·hm-2處理下的根冠比和莖葉比值較低時，地上生物量積累明顯較高，造成該情況的原因可能是現蕾期該磷肥施用量促進了菊芋葉片的伸長，同時提高了菊芋抗旱能力，保持葉片水分，減少了菊芋枯葉量同時使葉片的光合作用時間延長，從而提高地上生物量。

本研究發現菊芋現蕾期莖比重較小，這可能和后期塊莖膨大期需要更多的營養物質，莖將自身營養物質轉移至塊莖有關。而現蕾期磷肥施用量為37.5 kg P2O5·hm-2時，葉片比重低，地下塊莖的產量高，這可能和葉作為源向塊莖庫輸入大量光合產物有關。因此，在不影響植物正常生長發育條件下通過人工去葉片降低葉比重，可以使菊芋地下生物量的產量增加[20]。菊芋的塊莖比重隨著磷肥施用量的增加逐漸升高再降低，雖然現蕾期施磷肥起到了促進菊芋塊莖膨脹的作用，但菊芋的塊莖比在37.5 kg P2O5·hm-2達到峰值，這與張靜等人在馬鈴薯方面研究結果一致[21]，當肥料超過一定限度后，隨著施肥量增加種薯產量呈遞減趨勢。本研究在37.5 kg P2O5·hm-2處理下菊芋塊莖達到峰值也與土壤速效磷含量較高有關(38.61 mg·kg-1)。本試驗以菊芋單株為單位進行了研究，生產上群體較大，是否與單株試驗結果一致，仍需要繼續研究。種植少量菊芋，可以通過人工撒施進行施肥，而菊芋現蕾期株高2 m以上，生產追肥方式仍需探討。

4 結論

現蕾期磷添加能使菊芋物質分配轉變，提高菊芋塊莖產量。在科爾沁沙地，菊芋現蕾期隨著磷肥施用量的增加莖葉比和根冠比呈升高-降低-升高趨勢，且莖葉比和根冠比均在磷肥施用量為37.5 kg P2O5·hm-2處理達到最高值；想獲得較多的葉片和莖稈作為動物飼料，菊芋現蕾期最適磷肥施用量為75 kg P2O5·hm-2；想獲得較多的塊莖，菊芋現蕾期磷肥最適量為37.5 kg·hm-2。