肖國舉，仇正躋，張峰舉，馬 飛，姚玉璧，張 強(qiáng),王潤元

1 寧夏大學(xué)新技術(shù)應(yīng)用研究開發(fā)中心, 銀川 750021 2 寧夏六盤山花卉研究所, 隆德 756302 3 中國氣象局蘭州干旱氣象研究所,甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 蘭州 730020

增溫對西北半干旱區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

肖國舉1,*，仇正躋2，張峰舉1，馬 飛1，姚玉璧3，張 強(qiáng)3,王潤元3

1 寧夏大學(xué)新技術(shù)應(yīng)用研究開發(fā)中心, 銀川 750021 2 寧夏六盤山花卉研究所, 隆德 756302 3 中國氣象局蘭州干旱氣象研究所,甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 蘭州 730020

過去50年，西北半干旱區(qū)干旱化趨勢明顯加強(qiáng)，對作物生產(chǎn)產(chǎn)生了明顯影響。未來50年全球氣候繼續(xù)變暖，直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，必將對糧食安全提出新的挑戰(zhàn)。采用紅外線輻射器田間增溫模擬實(shí)驗(yàn)研究表明，隨著溫度升高馬鈴薯播種—出苗—現(xiàn)蕾—開花—成熟各生長階段天數(shù)都發(fā)生變化。增溫0.5—2.5 ℃，馬鈴薯播種—出苗、出苗—現(xiàn)蕾階段分別縮短1—4 d、1—2 d，現(xiàn)蕾—開花、開花—熟階段分別延長1—2 d、1—10 d，馬鈴薯播種—成熟全生育期延長1—5 d。伴隨溫度升高，馬鈴薯全生長期有所延長，特別是盛花期至莖葉枯萎階段延長明顯，這將有利于防止莖葉早衰和淀粉的積累。增溫顯著減少了每株薯塊量、提高了每塊薯重,馬鈴薯產(chǎn)量總體呈現(xiàn)遞增趨勢，但差異不顯著。增溫1.5—2.5 ℃，馬鈴薯增產(chǎn)1.0%—3.5%。增溫0.5—2.0 ℃，馬鈴薯干物質(zhì)含量從22.4%增加到24.5%,淀粉含量從72.1%增加到74.4%，粗蛋白含量從1.82%減少到1.52%,還原糖含量從0.24%減少到0.22%,表明增溫有利于馬鈴薯干物質(zhì)和淀粉的積累，不利于粗蛋白和還原糖的形成。

氣候變暖；馬鈴薯；產(chǎn)量；品質(zhì)；半干旱區(qū)

全世界2/3以上的國家種植馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)，年產(chǎn)量達(dá)3.2億t，僅次于小麥、玉米、水稻，是世界第4大糧食作物[1]。我國馬鈴薯種植面積530多萬hm2，年產(chǎn)量8000萬t，居世界前列[2]。地處西北的甘肅、陜西、寧夏、青海等黃土高原半干旱區(qū)，氣候生態(tài)，土壤環(huán)境與馬鈴薯原產(chǎn)地南美安第斯山區(qū)有相近之處，非常適宜馬鈴薯的生長發(fā)育,是我國主要的馬鈴薯產(chǎn)區(qū)之一。2010年，西北黃土高原半干旱區(qū)被列入我國戰(zhàn)略性國土空間開發(fā)《全國主體功能區(qū)規(guī)劃》的馬鈴薯重要產(chǎn)業(yè)帶[3]。

西北半干旱區(qū)屬于典型的氣候變化敏感區(qū)。近50年來，氣溫顯著上升，降水明顯減少，干燥度指數(shù)顯著增加，氣候暖干化趨勢明顯[4]。極端高溫和低溫事件發(fā)生顯著變化，干旱災(zāi)害事件發(fā)生頻率提高，冰雹、雷暴暴洪、干熱風(fēng)危害呈現(xiàn)增加趨勢。氣候經(jīng)歷了高溫、干旱、暖冬等一系列變化，對糧食安全產(chǎn)生了重大影響。未來50年全球氣候繼續(xù)變暖，直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，必將對糧食安全提出新的挑戰(zhàn)[5]。

馬鈴薯屬喜溫涼、不耐高溫作物，氣候變暖是否會對西北半干旱區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)帶來一些不利影響？姚玉璧等利用西北半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)氣象觀測資料研究表明，馬鈴薯產(chǎn)量形成對氣溫變化十分敏感，春秋季氣溫增高有利于馬鈴薯生長發(fā)育及產(chǎn)量形成，而夏季氣溫增高導(dǎo)致馬鈴薯生育脆弱性增加[6]。陸景陵認(rèn)為馬鈴薯是喜溫涼作物，較低的溫度有利于馬鈴薯塊莖干物質(zhì)的形成和積累。如果長期高溫會導(dǎo)致單株小塊莖增多、塊莖比重下降、干物質(zhì)向塊莖中轉(zhuǎn)移受阻，影響馬鈴薯的品質(zhì)[7]。本文采用田間增溫模擬試驗(yàn),開展氣候變暖對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究，為西北半干旱區(qū)應(yīng)對氣候變化發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)提供理論參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計與方法

1.1 試驗(yàn)基地概況

圖1 1960—2009年半干旱區(qū)固原氣溫變化趨勢 Fig.1 Temperature trends in semiarid area of Guyuan from 1960 to 2009

試驗(yàn)基地設(shè)在西北半干旱區(qū)固原農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站，海拔1896.7m。1960—2009年，年均氣溫范圍在6.3—10.2 ℃之間，多年年均氣溫7.9℃。近50年氣溫明顯增加，特別是1998年以后，增溫幅度明顯加快(圖1)。1960—2009年，年降雨量范圍在282.1—765.7 mm之間，多年年均降雨量450.0 mm。主要種植作物有小麥、馬鈴薯、地膜玉米等，作物種植一年一熟，屬于典型的黃土高原半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。

1.2 田間增溫試驗(yàn)設(shè)計

采用大田紅外線輻射器增溫法[8]，開展增溫對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究。依據(jù)2009年12月哥本哈根聯(lián)合國氣候變化大會提出未來50年全球升溫幅度控制在2.0℃內(nèi)[9]，本研究設(shè)計增溫0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 ℃ 6個處理。

2012年4月15日布設(shè)田間試驗(yàn)，并進(jìn)行人工播種馬鈴薯，馬鈴薯品種選用寧薯4號。選用田間試驗(yàn)小區(qū)面積8 m2(2 m×4 m)，小區(qū)間距3.0m。每個試驗(yàn)小區(qū)設(shè)3個紅外線輻射器增溫管，調(diào)整支架高度保持紅外線輻射器增溫管距離作物冠層高度1.2 m。紅外線輻射器增溫管功率依據(jù)增溫要求和當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r確定。試驗(yàn)采用紅外線輻射器增溫管功率分別為200、400、600、800、1000 W。增溫時間為馬鈴薯全生育期(播種—收獲)白天晚上持續(xù)增溫。

試驗(yàn)田土壤為黃綿土，土層深厚，耕性良好，土壤有機(jī)質(zhì)8.6 g/kg，全氮0.43 g/kg，全磷0.68 g/kg，全鉀19.6 g/kg。試驗(yàn)田前茬作物為玉米，2011年秋季深翻25 cm，然后將農(nóng)家肥22.5 t/hm2、尿素15 kg/hm2、普鈣40 kg/hm2一次性均勻施于地表，再深翻20 cm，保證與土壤充分混勻。馬鈴薯現(xiàn)蕾期追施尿素220 kg/hm2。試驗(yàn)不采取灌溉，自然降雨能夠保證就地入滲。試驗(yàn)田四周用圍欄保護(hù),防止動物進(jìn)入。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

人工收獲馬鈴薯，測定小區(qū)實(shí)際產(chǎn)量，即收獲后稱重并記錄產(chǎn)量。馬鈴薯種植密度、單株薯塊數(shù)、單個薯塊重，均按小區(qū)實(shí)際面積進(jìn)行測定。記錄馬鈴薯播種—出苗、出苗—現(xiàn)蕾、現(xiàn)蕾—開花、開花—成熟等不同階段以及全生育期天數(shù)。馬鈴薯物候期按中國氣象局農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范執(zhí)行。

測定薯塊淀粉、粗蛋白質(zhì)、干物質(zhì)、還原糖和維生素C含量。干物質(zhì)含量測定采用烘干前后稱重法(%)，淀粉含量測定采用碘比色法(%)，蛋白質(zhì)含量測定采用凱氏定氮法消化、蒸餾、滴定以含氮量乘6.25計算(%)，還原糖含量測定采用3,5-二硝基水揚(yáng)酸比色定糖法(%)，維生素C含量采用2,6-二氯靛酚滴定法(mg/100g)[10]。樣品均采用鮮樣，一個星期內(nèi)測試完畢。

1.4 溫度監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理

在馬鈴薯全生育期增溫時間內(nèi)，每個試驗(yàn)小區(qū)安裝溫度自動檢測裝置,利用傳感器監(jiān)測試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)距離地面或馬鈴薯冠層10、20、30 cm的氣溫，20 min記錄1次,并自動輸出儲存于記錄儀中(CampbellAR5,誤差為±0.1 ℃)。增溫與馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)之間的數(shù)據(jù)關(guān)系,用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行處理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 增溫對生育期的影響

從增溫與馬鈴薯不同生育階段天數(shù)的關(guān)系來看(圖2)，隨著溫度升高，馬鈴薯播種—出苗、出苗—現(xiàn)蕾、現(xiàn)蕾—開花、開花—成熟各生長階段天數(shù)都有所變化。一般情況，土壤溫度升高，播種—出苗需要時間有所縮短。增溫0.5—2.5 ℃，馬鈴薯出苗時間縮短1—4 d。馬鈴薯出苗—現(xiàn)蕾階段，幼苗生長的適宜溫度為18—20 ℃，這一階段馬鈴薯幼苗生長對溫度比較敏感。增溫0.5—2.5 ℃，馬鈴薯出苗—現(xiàn)蕾階段縮短1—2 d。馬鈴薯現(xiàn)蕾—開花階段是決定塊莖大小和產(chǎn)量高低的關(guān)鍵時期。增溫0.5—2.5 ℃，馬鈴薯現(xiàn)蕾—開花階段延長1—2 d。馬鈴薯盛花期至莖葉枯萎期是淀粉積累的重要時期。增溫0.5—2.5 ℃，馬鈴薯開花—熟階段延長1—10 d。總之，隨著溫度升高，馬鈴薯播種—出苗—現(xiàn)蕾階段生長天數(shù)有所縮短，而現(xiàn)蕾—開花—成熟階段生長期有所延長，有利于延長莖葉早衰和生長時間，提高馬鈴薯產(chǎn)量。從圖2看，增溫0.5—2.5 ℃，馬鈴薯播種—成熟全生育期延長1—5 d。

圖2 增溫對馬鈴薯播種-成熟生育階段天數(shù)的影響Fig.2 Impact of temperature increase on the days of potato from sowing to mature stage

從增溫與馬鈴薯播種—收獲全生長期天數(shù)的關(guān)系看(圖3)，增溫越高，馬鈴薯全生長期所需要的時間越長。馬鈴薯全生育期(y)與增溫(x)之間存在y= 0.5714x2+ 0.4571x+ 130.29(R2=0.8665,P<0.01)，表明隨著溫度升高，馬鈴薯全生長期有所延長，特別是盛花期至莖葉枯萎階段的延長，有利于防止莖葉早衰，促進(jìn)淀粉積累。

2.2 增溫對產(chǎn)量的影響

從表1看，增溫總體有利于提高馬鈴薯產(chǎn)量。增溫1.5—2.5 ℃，馬鈴薯增產(chǎn)1.0%—3.5%。馬鈴薯產(chǎn)量由收獲株數(shù)、每株薯快數(shù)、每快薯重決定。試驗(yàn)研究表明，增溫對馬鈴薯每株薯快數(shù)、每快薯重產(chǎn)生了明顯的影響。從圖4看，隨著增溫越高，馬鈴薯每株薯快數(shù)明顯下降，但每快薯重明顯增加。增溫1.0—2.5 ℃，馬鈴薯每株薯快數(shù)減少0.6—2.0快，每快薯增加30—58.2 g。

圖3 增溫對馬鈴薯全生育期天數(shù)的影響 Fig.3 Impact of temperature increase on the days of the growth stage of potato

圖4 增溫與馬鈴薯每株塊數(shù)和單個薯重的關(guān)系 Fig.4 Impact of rising temperature on the number of blocks per plant and a single block weight of potato

表1 增溫對馬鈴薯產(chǎn)量及產(chǎn)量組成的影響Table 1 Impact of temperature increase on the yields of potato and yield compositions

每列中字母代表在5%下差異顯著，a 相對于b有顯著性差異

2.3 增溫對品質(zhì)的影響

馬鈴薯塊莖品質(zhì)主要取決于塊莖中干物質(zhì)、淀粉、蛋白質(zhì)、糖類和維生素等物質(zhì)的含量。從圖5看，隨著溫度升高，馬鈴薯塊莖中干物質(zhì)和淀粉呈明顯的增加趨勢,粗蛋白質(zhì)和還原糖呈明顯的減少趨勢,維生素C呈先增加后減少趨勢。馬鈴薯干物質(zhì)(y)與增溫(x)之間存在y= 0.1714x2+ 0.7771x+ 22.406(R2=0.8753,P<0.01,)，馬鈴薯淀粉(y)與增溫(x)之間存在y= 0.8114x2-0.2549x+ 71.956(R2=0.8495,P<0.01)。增溫0.5—2.0 ℃，馬鈴薯干物質(zhì)含量從22.4%增加到24.5%,淀粉含量從72.1%增加到74.4%,表明增溫有利于馬鈴薯干物質(zhì)和淀粉的積累。但是，馬鈴薯粗蛋白質(zhì)(y)與增溫(x)之間存在y= 0.1288x2-0.4071x+ 1.8203(R2=0.9999,P<0.01)，馬鈴薯還原糖(y)與增溫(x)之間存在y= 0.0117x2-0.0304x+ 0.2427(R2=0.6577,P<0.01)關(guān)系，增溫0.5—2.0 ℃，馬鈴薯粗蛋白含量從1.82%減少到1.52%,還原糖含量從0.24%減少到0.22%,表明增溫對馬鈴薯粗蛋白和還原糖產(chǎn)生不利影響。馬鈴薯維生素C(y)與增溫(x)之間存在y=-1.0429x2+ 2.7077x+ 8.4846(R2=0.6684)關(guān)系，表明隨著溫度升高，馬鈴薯維生素C含量呈明顯增加趨勢,但是當(dāng)增溫超過1.5 ℃時,對維生素C含量也產(chǎn)生不利影響。

圖5 增溫對馬鈴薯塊莖主要成分含量的影響Fig.5 Impact of temperature increase on the main component content of potato blocks

3 討論

氣候變暖加速了植物蒸騰，必將對西北半干旱區(qū)作物生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。眾所周知，高溫條件可降低作物光合酶活性，破壞葉綠體結(jié)構(gòu)并引起氣孔關(guān)閉，從而影響作物光合作用。作物在高溫條件下呼吸強(qiáng)度增強(qiáng)，消耗明顯增多，從而使凈光合積累減少。馬鈴薯播種—出苗階段，根系形成和芽生長，是馬鈴薯結(jié)薯及獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)。一般情況，土壤溫度升高，播種—出苗需要時間越短。出苗—現(xiàn)蕾階段，馬鈴薯已形成的根系從土壤中不斷吸收水分和養(yǎng)分供給幼苗生長，同時種薯內(nèi)的養(yǎng)分仍繼續(xù)發(fā)揮作用。馬鈴薯出苗一個月左右開始現(xiàn)蕾，與此同時匍匐莖的頂端開始膨大形成小塊莖?，F(xiàn)蕾期后15 d左右開始開花，開花期塊莖膨大速度很快[11]。姚玉壁研究表明，西北半干旱區(qū)馬鈴薯莖塊膨大期的氣溫敏感期一般在7月份，成熟期對氣溫變化敏感性也顯著提高[3]。因此，現(xiàn)蕾—開花這一階段是決定塊莖大小和產(chǎn)量高低的關(guān)鍵時期。馬鈴薯盛花期至莖葉枯萎即進(jìn)入成熟期，這一階段是淀粉積累的中心時期，如果延長生育時間，可以延長莖葉早衰和生長時間[12]。

20世紀(jì)80年代以來，西北半干旱區(qū)馬鈴薯播種至出苗期的間隔日數(shù)每10a縮短1—2 d，花序形成至可收期和全生育期的間隔日數(shù)均每10a延長9—10 d。氣候變暖導(dǎo)致馬鈴薯生育前期的營養(yǎng)生長階段縮短、生殖生長階段和全生育期延長[13]。馬鈴薯播種后105d開始，塊莖由緩慢生長轉(zhuǎn)為迅速生長階段，播種后第127天，塊莖生長速度最大可達(dá)117.6 g/m2d；播種后149 d開始，塊莖生長從迅速生長又轉(zhuǎn)為緩慢生長，迅速生長期為44 d[14]。馬鈴薯現(xiàn)蕾期以后是決定塊莖大小和產(chǎn)量高低的關(guān)鍵時期，特別是馬鈴薯盛花期至莖葉枯萎即進(jìn)入成熟期，是淀粉積累的最重要時期，延長莖葉早衰和生長時間，有利于淀粉的積累。本研究結(jié)果表明，隨著溫度升高，馬鈴薯播種—出苗—現(xiàn)蕾—開花—成熟各生長階段天數(shù)都有所變化。隨著溫度升高，馬鈴薯播種—出苗—現(xiàn)蕾階段生長天數(shù)有所縮短，而現(xiàn)蕾—開花—成熟階段生長期有所延長，播種—成熟全生長期有所延長，特別是盛花期至莖葉枯萎階段延長，有利于防止莖葉早衰和淀粉的積累。

塊莖中干物質(zhì)、淀粉、蛋白質(zhì)、糖類和維生素C等物質(zhì)含量的高低是確定馬鈴薯品質(zhì)的重要指標(biāo)。淀粉是衡量馬鈴薯品質(zhì)的主要指標(biāo)之一，淀粉結(jié)構(gòu)松散、結(jié)合力弱，含有天然磷酸基團(tuán)，具有糊化溫度低、糊漿透明度高、粘性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[15]。馬鈴薯塊莖蛋白質(zhì)含量已經(jīng)成為衡量馬鈴薯品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。馬鈴薯塊莖中粗蛋白質(zhì)包括游離氨基酸和酰胺酸[16]，蛋白質(zhì)大部分可溶于水,所含必需氨基酸種類齊全,屬于完全蛋白質(zhì)，且各種氨基酸的比例與人體需要基本相符,容易吸收和利用。馬鈴薯加工過程中,塊莖中的還原糖會與含氮化合物的α-氨基酸之間發(fā)生非酶促褐變的美拉德反應(yīng),致使薯?xiàng)l(片)表面顏色加深變?yōu)樽睾稚玔17]。還原糖含量的高低成為影響炸條(片)顏色最重要的因素,是衡量馬鈴薯能否作為加工原料最為嚴(yán)格的指標(biāo)。馬鈴薯塊莖中含有豐富的維生素類物質(zhì),其中維生素C含量最高,以還原型抗壞血酸和氧化型脫氫抗壞血酸2種形式存在[18]。維生素C是很好的抗氧化劑,能有效去除自由基,對人體健康十分有益。本研究表明隨著溫度升高，馬鈴薯塊莖中干物質(zhì)和淀粉呈明顯的增加趨勢,但粗蛋白質(zhì)和還原糖呈明顯的減少趨勢,維生素C呈先增加后減少趨勢。增溫0.5—2.0 ℃，馬鈴薯干物質(zhì)含量從22.4%增加到24.5%,淀粉含量從72.1%增加到74.4%,表明增溫有利于馬鈴薯干物質(zhì)和淀粉的積累。增溫0.5—2.0 ℃，馬鈴薯粗蛋白含量從1.82%下降到1.52%,還原糖含量從0.24%下降到0.22%,表明增溫對馬鈴薯粗蛋白和還原糖的形成產(chǎn)生不利影響。增溫<1.5 ℃時，馬鈴薯維生素C含量呈增加趨勢,但是當(dāng)增溫>1.5 ℃時,馬鈴薯維生素C含量呈減少趨勢，說明增溫對維生素C含量也產(chǎn)生不利影響。

西北黃土高原半干旱區(qū)，氣候變化擴(kuò)大了馬鈴薯種植區(qū)域。氣候變暖使西北半干旱區(qū)作物潛在生長季有所延長，有利于馬鈴薯的后期生長。氣候變化導(dǎo)致西北半干旱區(qū)馬鈴薯種植最適宜區(qū)縮小，適宜種植區(qū)縮小，次適宜區(qū)擴(kuò)大，可種植區(qū)擴(kuò)大。總體看馬鈴薯種植范圍由南向北或由低海拔向高海拔擴(kuò)展，種植區(qū)域擴(kuò)大[19]。馬鈴薯適宜種植區(qū)高度提高100—200 m，種植高度上限可達(dá)海拔3000 m左右。例如，寧夏固原中南部屬于馬鈴薯適宜區(qū)和較適宜區(qū)，近20年種植面積不斷擴(kuò)大。甘肅中東部馬鈴薯適宜種植區(qū)海拔高度提高100—200 m[20]。因此，西北半干旱區(qū)在發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的同時，綜合考慮氣候變化對馬鈴薯產(chǎn)量與品質(zhì)的影響，合理布局馬鈴薯產(chǎn)業(yè)帶。

4 結(jié)論

過去50年，西北半干旱區(qū)干旱化趨勢明顯加強(qiáng)，對作物生產(chǎn)產(chǎn)生了明顯影響。未來50年全球氣候繼續(xù)變暖，直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，必將對糧食安全提出新的挑戰(zhàn)。本研究采用紅外線輻射器大田增溫試驗(yàn)，研究氣候變暖對西北半干旱區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，隨著溫度升高，馬鈴薯播種—出苗、出苗—現(xiàn)蕾、現(xiàn)蕾—開花、開花—成熟各生長階段天數(shù)都有所變化。增溫0.5—2.5 ℃，馬鈴薯播種—出苗階段縮短1—4 d，出苗—現(xiàn)蕾階段縮短1—2 d，現(xiàn)蕾—開花階段延長1—2 d，開花—熟階段延長1—10 d，馬鈴薯播種—成熟全生育期延長1—5 d。隨著溫度升高，馬鈴薯播種—出苗—現(xiàn)蕾階段生長天數(shù)有所縮短，而現(xiàn)蕾—開花—成熟階段生長期有所延長，播種—成熟全生長期有所延長，特別是盛花期至莖葉枯萎階段延長，有利于防止莖葉早衰和淀粉的積累。增溫總體有利于提高馬鈴薯產(chǎn)量，增溫1.5—2.5 ℃，馬鈴薯增產(chǎn)1.0%—3.5%。馬鈴薯塊莖品質(zhì)主要取決于塊莖成分含量，包括干物質(zhì)、淀粉、蛋白質(zhì)、糖類和維生素等物質(zhì)含量。隨著溫度升高，馬鈴薯干物質(zhì)、淀粉與維生素C含量呈現(xiàn)增加趨勢，但蛋白質(zhì)與還原糖含量呈明顯下降趨勢。增溫0.5—2.0 ℃，馬鈴薯干物質(zhì)含量從22.4%增加到24.5%,淀粉含量從72.1%增加到74.4%，粗蛋白含量從1.82%減少到1.52%,還原糖含量從0.24%減少到0.22%,表明增溫有利于馬鈴薯干物質(zhì)和淀粉的積累，不利于粗蛋白和還原糖的形成，增溫將對馬鈴薯品質(zhì)產(chǎn)生重要影響。

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Influence of increased temperature on the potato yield and quality in a semiarid district of Northwest China

XIAO Guoju1,*, QIU Zhengji2, ZHANG Fengju1, MA Fei1, YAO Yubi3, ZHANG Qiang3, WANG Runyuan3

1NingxiaUniversityNewTechnologyApplicationResearchandDevelopmentCenter,Yinchuan750021,China2NingxiaLiupanshanFlowerResearchInstitute,Longde756302,China3ChinaMeteorologicalAdministrationLanzhouAridWeatherResearchInstitute,GansuProvincialAridClimateChangeandDisasterControlKeyLaboratory,Lanzhou730020,China

Climate change is predicted to increase both drought frequency and duration. Arid and semiarid regions, which account for 45% of the global land area, support 38% of the global population, but are regions that have very fragile ecological and water resource systems. Over the past 100 years, the global mean temperature increase for arid regions was 0.94℃/100a, which is higher than the average global mean temperature increase of 0.74℃/100a. Over this period, global arid and semiarid regions have become drier and drier. About 10%—20% of the global arid and semiarid land has become seriously degraded, the area of extremely arid land has doubled and the total area of land classed as arid is nearly 30%. Large scale droughts have recently occurred in North America, Africa, Europe, South America and Australia, resulting in major changes to terrestrial ecosystems, the carbon balance and food security. The continuous aridification over 30 years of the semiarid region of North China has led to serious environmental degradation and a lack of water resources, which has seriously restricted sustainable regional development. The semiarid area in Northwest China is also sensitive to climate change. Over the past 50 years, the air temperature has risen and rainfall has fallen, which have caused the climate to become warmer and drier. A series of changes, including higher temperatures, increased drought and warmer winters, have significantly influenced crop production. Over the next 50 years, the global climate will continue to warm, which will directly affect agriculture and may have an impact on grain safety. The global annual potato yield is 320 million tons, next only to wheat, corn and rice, which makes potato the fourth largest crop in the world. The annual potato yield in China is 80 million tons. The climatic, biological and soil environment in the semiarid area of loess plateau in Northwest China is very suitable for potato growing and is the main potato production area in China. Potato can grow over a range of temperatures. Some studies have shown that a low temperatures increase the formation and accumulation of dry matter in potato stems and tubers. High temperatures, over the longer term, increase the number of small tubers, decrease the tuber specific weight, reduce the amount of dry matter transferred to the tuber and influence potato quality. This study investigated whether climate change will negatively influence the yield and quality of potatoes grown in semiarid areas of Northwest China. An experimental study based on simulated farm warming using infrared radiators showed that potato growth stage lengths, such as: sowing-seedling, emergence-bud and emergence-blooming-maturity, changed as the temperature increased. If the temperature increased by 0.5—2.5 ℃, then the sowing-seedling emergence and the seedling emergence-bud emergence growth stages were shortened by 1—4 d and 1—2 d, respectively, the bud emergence-blooming and the blooming-maturity growth stages were prolonged by 1—2 d and 1—10 d, respectively, and the whole growing period from sowing to maturity was prolonged by 1—5 d. The whole growing period, especially the fully blooming to stem and leaf senescence stage, was prolonged as the temperature increased and this was advantageous as it prevented the early senescence of stems and leaves and increased the accumulation of starch. Warming significantly decreased the number of potatoes produced by each plant, but increased the weight of each potato. Thus overall potato yield increased, but not significantly. If the temperature increased by 1.5—2.5 ℃, then potato yield improved by 1.0%—3.5%. The dry matter, starch and vitamin C contents increased as the temperature rose, but the protein and reducing sugar contents significantly decreased. The results suggested that warming may not have an effect on potato yield, but may have a significant influence on potato quality. When the temperature was increased by 1.5—2.5℃, the potato yield improved by 1.0%—3.5% and when the temperature was increased by 0.5—2.0℃, the potato dry matter content increased to 24.5% from 22.4%, the starch content was reduced to 1.52% from 1.82% and the reducing sugar content fell to 0.22% from 0.24%. This means that increasing temperatures improve potato dry matter accumulation and starch content but reduce the formation of crude protein and reducing sugar.

climate warming; potato; yield; quality; semiarid district

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41165009)；國家公益性氣象行業(yè)科研專項(xiàng)(GYHY201106029- 03); 國家重大科學(xué)研究計劃(2012CB955304)

2013- 04- 11;

日期:2014- 04- 03

10.5846/stxb201304110671

*通訊作者Corresponding author.E-mail: xiaoguoju1972@163.com

肖國舉，仇正躋，張峰舉，馬飛，姚玉璧，張強(qiáng),王潤元.增溫對西北半干旱區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響.生態(tài)學(xué)報,2015,35(3):830- 836.

Xiao G J, Qiu Z J, Zhang F J, Ma F, Yao Y B, Zhang Q, Wang R Y.Influence of increased temperature on the potato yield and quality in a semiarid district of Northwest China.Acta Ecologica Sinica,2015,35(3):830- 836.