狄彩霞，李秀萍，栗艷芳，李寶賀，莎 娜，李 彬，趙 舉

（內蒙古自治區(qū)農牧業(yè)科學院資源環(huán)境與檢測技術研究所，內蒙古呼和浩特 010031）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）作為世界十大營養(yǎng)食品之一，可以提供人類生活必需的基本營養(yǎng)素，由于其耐貧瘠干旱、適應性強、產量高，是小麥、玉米和水稻之后的世界第四大糧食作物[1-2]。武川縣地處內蒙古陰山北麓農牧交錯帶中段，具有晝夜溫差大、冷涼、光照強等獨特半干旱氣候條件，同時土壤質地疏松有利于營養(yǎng)物質的積累，成為我國糧菜兼用馬鈴薯的優(yōu)勢產區(qū)。

根系是土壤與植物地上部物質能量交換的重要橋梁，具有支撐地上部分的基本作用[3]。根的直徑為根系的重要結構特征，但細根為直徑≤5 mm的根系，在結構、生理、功能上與中根和粗根存在差異，一般認為細根吸收能力強于粗根[4]。在根系特征的統(tǒng)計上細分為0～5 mm 不同直徑等級，研究細根的生產和周轉時相對簡便，在很多研究中得到應用[5-7]。

水肥耦合影響作物根系對水肥的吸收和運轉，作用于植物根系的形態(tài)特征和生理活性，進而影響農作物地上冠層及地下根生長[8]。近年來許多學者在小麥[9]、玉米[10]、番茄[11-12]、黃瓜[13]等多種作物上開展了研究工作；關于馬鈴薯平衡施肥的研究較多，通過不同灌水量、不同施肥量研究馬鈴薯的產量及品質的變化規(guī)律[14-17]，而滴灌條件下不同氮鉀肥對半干旱地區(qū)馬鈴薯根系及產量影響研究較少。氮鉀配比在滴灌條件下可促進植物吸收、養(yǎng)分運輸并調節(jié)根系發(fā)育，增加根量和根深，增加作物對土壤水分和養(yǎng)分吸收，繼而提高馬鈴薯生長量和產量，然而在高壟滴灌模式下不同氮鉀組合對馬鈴薯生長關鍵時期根系生長影響及產量影響未見報道，因此，研究馬鈴薯關鍵生育時期根系在土壤中的生長特點，對提高其產量及增強馬鈴薯的水肥吸收能力具有重要意義。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

大田小區(qū)試驗位于內蒙古自治區(qū)農牧業(yè)科學院武川旱作試驗站，地處陰山北麓農牧交錯帶，經緯度分別為40°47′～41°23′N，110°31′～111°53′E，屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候，海拔1 800～2 200 m，多年平均溫度3.0℃，無霜期110 d左右，≥0℃年積溫為2 578.5℃，地形以緩坡丘陵為主，土壤類型為栗鈣土。2018年4—10月降水量為288 mm，主要集中在7—9月。試驗田表層土壤容重為1.48 g/cm3，土壤0～20 cm 耕層堿解氮含量56.35 mg/kg、有效磷含量42.06 mg/kg、速效鉀含量148.85 mg/kg、有機質含量11.60 g/kg，pH值為8.2。

1.2 試驗品種

選用馬鈴薯品種費烏瑞它（FAVORITA），為我國主栽早熟品種之一。

1.3 試驗設計

試驗設9個處理（表1），小區(qū)面積5 m×7 m=35 m2，壟行距100 cm，壟寬30 cm、壟高40 cm。2018年4月15日進行試驗區(qū)灌溉管網、灌溉設備及試驗儀器安裝等工作。5月11日，高錳酸鉀浸泡消毒播種。5月12日，小區(qū)劃區(qū)、起壟、播種。尿素（N 46%）和硫酸鉀（K2O 50%）施入比例播種時占15%、苗期占15%、開花期占35%、開花末期占35%，磷酸二銨一次性以基肥施入，播種密度為52 500株/hm2。當20 cm 土壤耕層含水量達到田間持水量50%即灌水，使其達到田間持水量80%。整個生育期，灌水總量為180 cm3；于9月27日收獲期進行測產。

1.4 樣品采集

在馬鈴薯產量形成的關鍵時期即塊莖膨大期（7月27日）采集植株樣品，每小區(qū)9株，按行方向在距離植株20 cm 處挖50 cm 深的剖面，在盡量不破壞根系的前提下將植株整株挖出，將根系剪下先用自來水沖洗2～3次，再用蒸餾水沖洗2次，將地上和地下部分別裝入冰盒帶回實驗室測定根系相關指標；7月28日采集整株進行根冠比測定。

1.5 測定項目與方法

1.5.1 根系形態(tài) 各處理的根系采用Epson V700 Photo 數(shù)字化平板掃描儀進行掃描，用Win-RHIZOTM 2009 根系圖像分析軟件對掃描后的根系圖像進行根系形態(tài)指標分析。

1.5.2 根系生理 參照袁曉華等[18]的試驗方法測定。

根系活力（M）：氯化三苯基四氮唑（TTC）法。

式中，C為四氮唑還原量（mg）；W為樣品質量（g）；t為反應時間（h）。

根系總吸收面積（G）：采用甲烯藍吸附法測定。1 mg 甲烯藍成單分子層時占有的面積1.1 m2。

表1 試驗處理

式中，C0為甲烯藍溶液原濃度（0.075 mg/mL）；C1、C2、C3分別為1、2、3 燒杯浸根后溶液的濃度（mg/mL）；V1、V2分別為1、2 燒杯中加入的0.075 mg/mL 甲烯藍溶液的體積（mL）。

根冠比（Q）：地下部根系生物量與地上部生物量比值。

式中，A為地下部根系生物量（g/株）；B為地上部生物量（g/株）。

1.5.3 測定產量 生長階段每小區(qū)選定兩壟不進行任何指標測定，于收獲期測產并進行商品薯（薯重大于150 g）、非商品薯重量（薯重小于150 g）數(shù)量、重量測定，計算商品薯率和產量。

商品薯率（X）：商品薯數(shù)與總薯數(shù)比值。

式中，F(xiàn)為商品薯數(shù)；T為總薯數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016 和SPSS 16.0 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 不同氮鉀配比對馬鈴薯根系吸收能力的影響

由表2可知，馬鈴薯根系活力大小順序為中氮處理＞高氮處理＞低氮處理。N12K15處理根系活力最高，除N12K18外與其他處理間均達顯著差異（P＜0.05）。不同氮鉀處理馬鈴薯根系總吸收面積與根系活力變化趨勢相同，N12K15處理根系總吸收面積最高，為3.266 m2，與其他處理間達顯著差異（P＜0.05）。

表2 不同氮鉀配比對馬鈴薯根系吸收能力的影響

2.2 不同氮鉀配比對馬鈴薯不同直徑范圍內根系形態(tài)特征的影響

2.2.1 不同氮鉀配比對馬鈴薯根系長度的影響 本試驗滴灌條件下不同氮鉀處理刺激了馬鈴薯根系生長，馬鈴薯根系直徑0～0.5、0.5～1.0 mm的根系長度分別占根系總長度的35.7%～47.3%、17.6%～23.5%，以N12K15處理根系最長，根系直徑0～0.5 mm的N12K15處理與其他處理（除N12K12處理、N18K15處理）達顯著差異（P＜0.05）；根系直徑0.5～1.0 mm的N12K15處理與其他處理（除N12K12處理外）達顯著差異（P＜0.05）。由此可見，適宜的氮鉀處理能夠促進根系生長（表3）。

表3 不同氮鉀配比對馬鈴薯不同根系直徑范圍內根系長度的影響 單位：mm

2.2.2 不同氮鉀配比對馬鈴薯根系表面積的影響 由表4可知，馬鈴薯根系表面積與根系長度變化趨勢相同，根系直徑0～0.5 mm的根系表面積占各處理根系表面積57.7%～71.4%，根系直徑0.5～1.0 mm的根系表面積占各處理根系表面積7.4%～15.6%，根系直徑大于1.0 mm的根系表面積占各處理的16.1%～29.1%。根系直徑0～0.5 mm的馬鈴薯根系表面積以N12K15處理最高，與其他處理（除N12K12、N6K12、N18K18處理外）差異顯著（P＜0.05）。

表4 不同氮鉀配比對不同根系直徑范圍內根系表面積的影響 單位：cm2

2.2.3 不同氮鉀配比對馬鈴薯根系體積的影響 由表5可知，馬鈴薯根系體積隨根系直徑的增加而增加，以根系直徑＞4.5 mm的根系體積占比最高，達51.6%～56.0%。根系直徑＞4.5 mm的根系體積大小順序為低氮處理＜中氮處理＜高氮處理，N18K18處理根系體積最高，與其他處理達顯著差異（P＜0.05）。根系直徑在0～4.5 mm 根系體積中，低氮處理均表現(xiàn)較低。

2.2.4 不同氮鉀配比對馬鈴薯根尖數(shù)的影響 由表6可知，根系直徑0～0.5 mm的根尖數(shù)最高，占總根尖數(shù)89.7%～94.6%，根系直徑0.5～1.0 mm的根尖數(shù)占總根尖數(shù)5.1%～9.8%，其余直徑范圍內根尖數(shù)占比較小，變化差異不明顯。根系直徑0～0.5 mm 以N12K15最高，與其他處理差異顯著（P＜0.05）。

2.3 不同氮鉀配比對馬鈴薯根冠比的影響

根冠比是反映根系與地上部生長物質積累協(xié)調狀況的重要指標。植物的地上部分和地下部分由于功能和所處的環(huán)境不同，在營養(yǎng)物質的供求關系上既相互依賴又相互影響。由表7可知，各處理馬鈴薯地上部干重差異不明顯。中、高氮各處理（N18K12除外）地下部干重高于低氮各處理，差異顯著（P＜0.05）。氮素養(yǎng)分較少時，根系生長受到抑制，根系干重積累下降，從而根系對養(yǎng)分的吸收減少，進而影響根系的發(fā)育。根冠比以N12K15處理最高，其次為N12K18、N18K15處理。為了吸收更多的養(yǎng)分供地下馬鈴薯生長，適宜的根冠比是馬鈴薯在一定氮鉀條件下的主動形態(tài)學適應，但根冠比過大，根系消耗大量光合產物，使光合產物向生殖器官的投入減少，影響經濟產量的形成。

表5 不同氮鉀配比對馬鈴薯不同根系直徑范圍內根系體積的影響 單位：cm3

表6 不同氮鉀配比對馬鈴薯不同根系直徑范圍內根尖數(shù)的影響

2.4 不同氮鉀配比對馬鈴薯產量的影響

由表8可知，低氮處理隨鉀肥用量的增加可有效提高商品薯數(shù)、商品薯總重、產量，N6K15處理和N6K18處理分別比N6K12處理提高6.5%～29.9%、10.7%～32.2%、14.2%～30.1%。

N12K15處理商品薯數(shù)、商品薯總重、商品薯率、產量在各處理中最高，商品薯率與其他處理差異顯著（P＜0.05）。N18K15處理相比N18K12處理雖提高了產量，但降低了商品薯率。N18K18處理與N18K15處理相比，產量降低2.0%；商品薯率降低7.0個百分點。

表7 不同氮鉀配比對馬鈴薯根冠比的影響

表8 不同氮鉀配比對馬鈴薯商品薯率和產量的影響

3 討論與結論

根系具有直接感知土壤水分、養(yǎng)分動態(tài)變化的自我調節(jié)性。根系活力泛指根系的吸收能力、合成能力、氧化能力和還原能力等，是客觀地反映根系新陳代謝、生命活動強弱的生理指標[19-20]。馬鈴薯塊莖和根系生長環(huán)境一致，通過根系活力可預判塊莖收獲狀況。有研究表明增施鉀肥可以顯著提高玉米、人參、大蒜幼苗根系活力[21-23]。本研究在低氮時增施鉀肥處理可提高根系活力，N12K15處理根系活力最高。鉀離子作為最重要的滲透基質，植物體內K+濃度只能維持在一個較小的范圍內表現(xiàn)出“低鉀促進，高鉀抑制”[24]。本試驗中馬鈴薯塊莖膨大期根系總吸收面積表現(xiàn)為中氮處理＞高氮處理＞低氮處理，N12K15處理最高。根系生長形態(tài)指標中，不同直徑范圍根系存在差別，根系長度、根系表面積、根尖數(shù)以0～0.5 mm直徑范圍內最高。由此可見，馬鈴薯植株通過促進細根的發(fā)育提高對土壤吸水的能力，細根有利于降低根系的吸水阻力。此外，細根能有效地吸收和固定養(yǎng)分以供地上部分生長。植物根系的形態(tài)特征，對吸收和利用土壤養(yǎng)分起著十分重要的作用，根系分枝多、半徑小、根毛多等良好的根系參數(shù)是作物獲得高產的必要保障。不同直徑范圍根系的吸收能力存在差別，一般認為細根的吸收能力強于粗根。低鉀處理下根系的代謝功能增強，誘發(fā)了大量側根的生長，根尖數(shù)增多，總根長亦顯著增加，而高鉀處理下，植物體吸收K+的能力并不是無限的，過量鉀導致馬鈴薯根系代謝活動相對減弱，根系生長活躍性降低，根尖數(shù)減少。不同鉀肥施用量總體上表現(xiàn)為中、低鉀肥用量更有利于根系生長，而高鉀肥用量下作用減弱甚至抑制根系生長。

劉長慶[25]研究結果也表明，增施鉀肥可以提高馬鈴薯產量，鉀素主要通過改變馬鈴薯大中小薯的比例以及結薯個數(shù)影響整體產量。N12K15處理商品薯數(shù)、商品薯總重、商品薯率、產量在各處理中最高，低氮處理隨鉀肥用量增加有效提高商品薯數(shù)、商品薯總重、產量，分別比N6K12處理提高6.5%～29.9%、10.7%～32.2%、14.2%～30.1%；N12K18、N18K18處理相比N12K15、N18K15處理商品薯數(shù)、商品薯總重、產量、商品薯率均降低。這與宋志榮[26]研究的一定施肥水平下，不同氮鉀比與產量因子呈負相關，鉀肥增加會提高產量因子，過高時又會降低產量因子結論相同。過多的施氮量會延遲生育進程，影響塊莖的成熟；而馬鈴薯屬喜鉀作物，但植物體吸收K+的能力并不是無限的，所以氮鉀肥的施入應充分結合當?shù)赝寥罓顩r、馬鈴薯特點和生育階段需求[27]。白志強[28]研究結果也表明，隨著施鉀量的增加，馬鈴薯干物質的積累量呈先增加后降低，降低的主要原因是過多的鉀肥會導致塊莖中含水量的增加，使干物質積累量減少。周娜娜[29]研究表明，滴灌條件下，施氮量在120～270 kg/hm2，馬鈴薯的產量和商品薯率均隨著施氮量的增加而呈先增加后降低的趨勢，當施氮量為180 kg/hm2時，產量和商品率均達到最高，因此，滴灌時適量的氮鉀肥對馬鈴薯根系生長、提高根冠比及產量有著重要的意義。