曹鳴宇，趙晶晶，張麗

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學理學院，大慶 163319；2.重慶三峽學院生物與食品工程學院）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）為茄科茄屬一年生塊莖草本植物，別名洋番芋、山藥蛋土豆等[1]。馬鈴薯是繼水稻、小麥、玉米之后的世界第四大作物[2]，也是人類食品及工業(yè)淀粉的重要來源作物[3]。目前，我國馬鈴薯整體生產(chǎn)水平較低，產(chǎn)量不高，且先進的實用栽培技術和基礎栽培理論均較欠缺。因此，開展馬鈴薯高產(chǎn)栽培技術及理論研究，可充分發(fā)揮馬鈴薯的生產(chǎn)潛力，節(jié)約生產(chǎn)資源，降低生產(chǎn)成本。磷石膏（簡稱為PG）是磷肥、磷酸生產(chǎn)時排放出的固體廢棄物[4]。磷石膏含CaSO4達70.5%，其主要成分為Ca和S元素。Ca和S同屬農(nóng)作物所需的中量元素，施入酸性土壤后，Ca能中和土壤酸度，消除鋁離子的毒害，增加土壤養(yǎng)分的有效性，改善土壤的物理性質(zhì)。將磷石膏應用在馬鈴薯生產(chǎn)上，可為提高馬鈴薯產(chǎn)量提供有效途徑，也對推動馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展及保證我國糧食安全具有重要意義。

相關研究表明，土壤施用磷石膏可改良土壤，進而增加作物產(chǎn)量。施用磷石膏均顯著提高小麥及后作玉米的產(chǎn)量，同時緩坡土上施用磷石膏可有效減輕土壤流失[5]。不同用量的磷石膏對作物產(chǎn)量均有增產(chǎn)效果，且差異達顯著水平[6]；此外，花卉、草坪、樹木等的種植成活率可提高9.8%～10.0%。一定劑量的磷石膏作為農(nóng)用多元素添加劑，可提高玉米出苗率，顯著增加產(chǎn)量[7]。施用磷石膏能提高水稻秧苗抗性酶的活性，進而提高水稻產(chǎn)量[8]。由于磷石膏能夠有效降低酸性土壤中鋁對作物的毒害且能供給作物更多的鈣和硫，施用磷石膏可提高一些田間作物的產(chǎn)量[9]。在棉花種植中施用磷石膏，增產(chǎn)可達6%以上[10]。近幾年，磷石膏在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用也逐漸增多且取得了不錯效果，但將磷石膏應用在馬鈴薯生產(chǎn)中的研究還鮮見報道。針對黑龍江省馬鈴薯生產(chǎn)實際中鈣營養(yǎng)和硫營養(yǎng)相對缺乏的實際，將不同用量的磷石膏施入土壤，探討磷石膏對馬鈴薯保護酶活性、生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響，篩選出可提高馬鈴薯產(chǎn)量的最佳磷石膏施用量，為將磷石膏應用于馬鈴薯生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試馬鈴薯品種為克新1號（K1）和克新18號（K18）。

克新1號：黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院馬鈴薯研究所于1958年以374-128為母本、Epoka為父本，經(jīng)有性雜交系統(tǒng)選育而成，原系譜號克5922-55。株型直立，分枝數(shù)量中等，莖粗壯，葉片肥大。株高70 cm左右。花冠淡紫色，花粉不育，雌蕊敗育，不能天然結實和作雜交親本。塊莖橢圓形，大而整齊，白皮，白肉，芽眼深淺中等。結薯早而集中，塊莖膨大快。

克新18號：黑龍江省農(nóng)科院馬鈴薯研究所用Epoka做母本、374-128做父本經(jīng)有性雜交育成，原系譜號7612-17。晚熟品種，株型直立，株高60厘米，株叢繁茂，莖粗壯，復葉肥大，葉色濃綠，莖綠帶褐色?；ü谏钭霞t色，開花期長，結實性差。單株結薯5～7個，大、中薯率85%以上，薯塊大而整齊，結薯集中。薯塊圓型，薯皮黃色、光滑，薯肉淡黃色，芽眼較淺，商品性好。

1.2 試驗設計

試驗于2018年在克山農(nóng)場科技園區(qū)進行。試驗地土壤類型為微酸性土壤，地勢平坦，肥力均勻，前茬作物小麥，春起壟。2018年試驗田0～20 cm耕層土壤基礎養(yǎng)分狀況如下：有機質(zhì)含量4.17%、堿解氮 252 mg·kg-1、有效磷 22.3 mg·kg-1、速效鉀235 mg·kg-1、pH 6.4。設置 3 個磷石膏施用劑量，分別為 L1：75 kg·hm-2，L2：225 kg·hm-2，L3：450 kg·hm-2，以空白L0為對照。試驗采用隨機區(qū)組設計，常規(guī)密度（株距15 cm），每小區(qū)行長5 m，6條壟（壟距0.80 m），小區(qū)面積24 m2，過道0.5 m，4次重復，共32個小區(qū)，5月11日播種，設置保護行。施肥、除草、病蟲害控制等與常規(guī)生產(chǎn)一致。

1.3 測定項目及方法

于馬鈴薯開花盛期測定葉片葉綠素含量和株高，收獲測產(chǎn)取樣方法：收獲時，各小區(qū)隨機選取連續(xù)的2 m2（即2.5 m）收獲，記錄收獲株數(shù)，測定產(chǎn)量，折算成單株產(chǎn)量。大、中、小薯劃分標準為：單薯重大于100 g為大薯，單薯重大于50 g小于100 g為中薯，單薯重小于50 g為小薯。按下列公式計算產(chǎn)量：

產(chǎn)量（kg·hm-2）=單株產(chǎn)量×公頃株數(shù)

酶的取樣方法：取收獲后大小均勻無病的馬鈴薯塊莖，用打孔器取多個去皮塊莖混勻，用分析天平稱取2 g，準確記錄質(zhì)量，儲于-40℃冰箱中用于酶活性的測定。

葉綠素含量的測定，使用SPAD-502 Plus便攜式葉綠素儀測定。

保護酶活性的測定方法參考李合生的試驗指導[11]有改動。

1.4 統(tǒng)計分析

用Excel 2003進行原始數(shù)據(jù)的處理及制表，用SPSS（21.0版）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 施用磷石膏對馬鈴薯塊莖中MDA含量的影響

如圖1所示，施用磷石膏對馬鈴薯塊莖中MDA含量的影響。對于克新1號，隨著磷石膏施用量的增加，塊莖中MDA含量一直降低，各處理含量與對照L0-K1差異達到極顯著水平，且磷石膏施用量越多，MDA含量越低。對于克新18號，呈現(xiàn)降低-升高的變化規(guī)律，L2-K18處理MDA含量達到最低，同時所有處理與對照L0-K18相比，MDA含量均達到極顯著水平。從品種來看，在磷石膏施用量相同的情況下，克新18號塊莖中MDA含量均高于克新1號，說明品種不同，MDA含量不同，因此克新1號抗性更好，有利于高產(chǎn)。

圖1 施用磷石膏對馬鈴薯塊莖中MDA含量的影響Fig.1 Effect of application phosphogypsum on the content of MDA in different sowing date of potato tubers

2.2 施用磷石膏對馬鈴薯塊莖中SOD活性的影響

SOD是自由基清除劑，能清除具有毒性損壞細胞的超氧陰離子自由基。提高SOD活性可以提高植物的抗逆性[12]。如圖2所示，為施用磷石膏對馬鈴薯塊莖中SOD活性的影響。兩品種SOD活性呈現(xiàn)相同規(guī)律，均為升高—降低—再降低的趨勢，但都較對照高。對于克新1號，各處理的SOD活性與對照相比，均達到極顯著水平。對于克新18號，L1-K18和L2-K18處理與對照差異達到據(jù)顯著水平，而L3-K18處理與對照無顯著性差異。

圖2 施用磷石膏對馬鈴薯塊莖中SOD活性的影響Fig.2 Effect of application phosphogypsum on the content of SOD in different sowing date of potato tubers

2.3 施用磷石膏對馬鈴薯塊莖中POD活性的影響

馬鈴薯塊莖中POD活性增強，能使組織中所含的某些碳水化合物轉化成木質(zhì)素，增加木質(zhì)化程度，從而提高植物抗逆性[13]。如圖3所示，為施用磷石膏對馬鈴薯塊莖中POD活性的影響。兩品種塊莖中POD活性均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，同時兩品種都是L2處理POD活性達到最高，且差異性達到極顯著水平。從兩品種來看，在磷石膏施用量相同的情況下，克新18號的POD活性均高于克新1號，證明品種間是存在差異的，克新18號塊莖中POD活性更強。

圖3 施用磷石膏對馬鈴薯塊莖中POD活性的影響Fig.3 Effect of application phosphogypsum on the content of POD in different sowing date of potato tubers

2.4 施用磷石膏對盛花期馬鈴薯葉綠素含量的影響

如表1所示，為施用磷石膏對盛花期馬鈴薯葉綠素含量的影響。對于克新1號來說，葉綠素含量呈現(xiàn)上升趨勢，各處理的葉綠素含量與對照相比，差異均達到了極顯著水平，但處理間無明顯差異；經(jīng)相關性分析，在1%水平，磷石膏施用量與葉綠素含量呈正相關，相關系數(shù)為0.790。對于克新18號，葉綠素含量同樣是依次升高的，其中L3-K18和L2-K18處理的葉綠素含量與對照相比，差異達到了顯著水平，只有L1-K18處理差異不顯著；經(jīng)相關性分析，在1%水平，磷石膏施用量與葉綠素含量呈正相關，相關系數(shù)為0.812。

表1 施用磷石膏對馬鈴薯葉綠素含量的影響Table 1 Effect of application phosphogypsum on the chlorophyll content of potato

2.5 施用磷石膏對盛花期馬鈴薯株高的影響

如表2所示，為施用磷石膏對盛花期馬鈴薯株高的影響。對于克新1號，隨著磷石膏施用量的增加株高呈上升趨勢，各處理與對照相比，差異均達到了極顯著水平，經(jīng)相關性分析，在1%水平，磷石膏施用量與株高呈正相關，相關系數(shù)為0.871。對于克新18號，株高變化與克新1號呈現(xiàn)相同的規(guī)律，同樣差異性均達到了極顯著水平，經(jīng)相關性分析，在1%水平，磷石膏施用量與株高呈正相關，相關系數(shù)為0.816。

2.6 施用磷石膏對馬鈴薯產(chǎn)量性狀的影響

2.6.1 施用磷石膏對馬鈴薯商品性狀的影響

如表3所示，為施用磷石膏對馬鈴薯商品性狀的影響。對于兩品種來說，磷石膏施用量與單株結薯數(shù)呈正相關，且L1-K1處理與對照差異達到了顯著水平，L2-K1、L3-K1、L2-K18 和 L3-K18 處理與對照差異達到了及顯著水平；施用磷石膏的處理，均提高了大薯和中薯數(shù)目及比例，小薯比例均降低，因此可以提高馬鈴薯產(chǎn)量。

表3 施用磷石膏對馬鈴薯商品形狀的影響Table 3 Effect of application phosphogypsum on the commodity character of potato

2.6.2 施用磷石膏對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

如表4所示，為施用磷石膏對馬鈴薯產(chǎn)量的影響。對于克新1號，處理與對照的產(chǎn)量大小順序為L3-K1＞L1-K1 ＞L2-K1＞L0-K1，且各處理與對照相比，差異均達到了極顯著水平，其中L3-K1處理增產(chǎn)效果最為明顯，增產(chǎn)率達到65.09%；經(jīng)相關性分析，在1%水平，磷石膏施用量與產(chǎn)量呈正相關，相關系數(shù)達到0.827。對于克新18號，L2-K18處理增產(chǎn)量最大，增產(chǎn)率為59.11%，各處理與對照相比，差異均達到極顯著，經(jīng)相關性分析，在5%水平，磷石膏施用量與產(chǎn)量呈正相關，相關系數(shù)為0.516。

表4 施用磷石膏對馬鈴薯產(chǎn)量的影響Table 4 Effect of application phosphogypsum on the yield for potato

3 討論

3.1 施用磷石膏對馬鈴薯塊莖中保護酶活性的影響

植物體內(nèi)MDA是脂質(zhì)過氧化的主要產(chǎn)物之一，它的積累是活性氧毒害作用的表現(xiàn)，是膜脂過氧化作用的指標[14]。研究表明，施用磷石膏后均降低了兩個馬鈴薯品種塊莖中的MDA含量，其中K1的L30處理和K18的L15處理的NDA含量達到最低，效果最佳。曲東等[15]研究結果：硫處理可降低玉米葉片中MDA含量，研究磷石膏的主要成分就是硫，兩者有異曲同工的效果。

超氧化物歧化酶（SOD）是一種抗性酶，其活性高低與植物抗性大小有一定的相關性。當外來脅迫導致活性氧大量產(chǎn)生時，它能及時有效清除自由基[16]，保護細胞免受氧化脅迫的傷害。研究顯示，施用磷石膏均提高了兩品種塊莖中SOD活性，且都是L5處理提高SOD活性最為明顯，佟玉欣等[8]研究結果：磷石膏處理明顯提高了水稻秧苗SOD活性結果相符。

過氧化物酶（POD）是一種含鐵的金屬蛋白質(zhì)，是植物體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的組成部分，可以清除體內(nèi)H2O2，具有抵御組織細胞發(fā)生膜質(zhì)過氧化的作用[17]。研究得出，施用磷石膏可提高馬鈴薯塊莖中POD活性，且L15處理效果達到最佳，與前人研究[8]得出的結論：磷石膏處理有效提高水稻秧苗POD活性：有硫處理的較無硫處理的MDA含量低相類似。

研究表明，施用磷石膏后有效降低了馬鈴薯塊莖中MDA含量，提高了SOD和POD活性，減少了逆境條件下某些有害物質(zhì)和過氧化物大量積累對植物體的傷害，提高了保護酶系統(tǒng)清除有害物質(zhì)的能力，進而為馬鈴薯抵抗逆境和高產(chǎn)奠定了一定基礎。

3.2 施用磷石膏對馬鈴薯生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響

葉綠素含量的高低，反應植物進行光合作用能力的強弱，只有葉綠素含量提高了，植物光合作用才會增強，進而促進植株生長發(fā)育和提高產(chǎn)量。研究得出，施用磷石膏后，提高了馬鈴薯葉片中葉綠素含量，并且隨著磷石膏施用量的增加，葉綠素含量逐漸提高，目前還沒有相關的報道。

馬鈴薯株高在50～60 cm之間最適宜，有利于生長又不易倒伏。研究得出，施用磷石膏后，提高了葉綠素含量，進而促進植株生長，自然會增加株高，且處理與對照的差異達到了極顯著水平，這與前人研究[10]：3種土壤調(diào)理劑均可有效促進棉花的營養(yǎng)生長和生殖生長相一致。

馬鈴薯是糧食和蔬菜兩用作物[18-20]，隨著馬鈴薯即將納入主糧化，對馬鈴薯的需求量越來越大，高產(chǎn)成為馬鈴薯生產(chǎn)最終目的越來越迫切[21]。施用磷石膏后，提高了馬鈴薯大中薯比率，進而明顯提高了產(chǎn)量，這與前人[10]研究結果：3種土壤調(diào)理劑對棉花增產(chǎn)效果明顯有異曲同工之效，為生產(chǎn)實踐提供科學依據(jù)。

研究僅針對磷石膏的不同施用量條件下進行試驗，其他因素如施用時期、施用深度、施用方式、與其他肥料配合施用等對馬鈴薯生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響有待進一步探討。

4 結論

研究結果表明，施用磷石膏后，增加了馬鈴薯株高，兩品種的L3處理效果最佳；提高了葉片中葉綠素的含量，同樣是L3處理達到最高；提高了馬鈴薯塊莖中保護酶的活性，兩個品種類似，L2處理的SOD活性最高，L3處理的MDA含量最低，L3處理的POD活性最高；對產(chǎn)量的影響也極為顯著，L3-K1和L2-K18處理增產(chǎn)幅度最大。