王素華,李 璐,楊 丹,何錄秋,王艷蘭,李基光,萬國安,李樹舉,楊學(xué)樂,張 璐,湯 睿
(1.湖南省作物研究所 長沙 410125; 2.國家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系常德綜合試驗(yàn)站 湖南常德 415000;3.常德市農(nóng)林科學(xué)研究院 湖南常德 415000)
綠色高質(zhì)量發(fā)展將是馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向[1]。2018 年,國家啟動“馬鈴薯化肥農(nóng)藥減施技術(shù)集成研究與示范”項(xiàng)目,目標(biāo)是示范區(qū)肥料利用率提高8%、化肥減量17%,化學(xué)農(nóng)藥利用率提高11%、減量30%,平均增產(chǎn)3%,其中化學(xué)肥料減施增產(chǎn)1%,化學(xué)農(nóng)藥減施增產(chǎn)2%[2]。
通過近幾年科技攻關(guān),馬鈴薯“減肥減藥”研究有了突破性進(jìn)展,主要成果包括用有機(jī)肥取代部分化肥、建立馬鈴薯晚疫病預(yù)測預(yù)報模型、高效低毒化學(xué)農(nóng)藥減量施用、生物農(nóng)藥的應(yīng)用等[2]。羅照霞等[3]、宿秀麗等[4]研究表明,用生物有機(jī)肥部分替代化肥,可顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì),達(dá)到“減肥”的目的。趙強(qiáng)等[5]研究表明,通過科學(xué)預(yù)測指導(dǎo)施藥,可大大減少馬鈴薯用藥次數(shù)。盧軍帥等[6]研究表明,50%烯酰嗎啉可濕性粉劑600 g?hm-2減量20%和40%噴施,對馬鈴薯晚疫病的防效與常量處理相比均無顯著差異;噴霧處理控病效果優(yōu)于拌種處理。田恒林等[7]研究表明,生物藥劑0.3%丁子香酚SL 對馬鈴薯晚疫病的防治效果和增產(chǎn)效果優(yōu)于其他處理,并兼有安全、環(huán)保、持效期長等優(yōu)點(diǎn),可在馬鈴薯產(chǎn)區(qū)大面積推廣應(yīng)用。
隨著“糧食安全”到“綠色發(fā)展”理念的轉(zhuǎn)變,馬鈴薯也逐漸從“溫飽薯”“小康薯”轉(zhuǎn)變?yōu)槊利愔袊G色發(fā)展貢獻(xiàn)力量的“健康薯”“文化薯”[1],市場也逐漸從溫飽消費(fèi)向營養(yǎng)健康消費(fèi)轉(zhuǎn)變,這對馬鈴薯的營養(yǎng)和食味品質(zhì)提出了更高的要求。由于千百年來形成的飲食習(xí)慣所限,我國很多地區(qū)還是將馬鈴薯作為蔬菜來食用,所以我國馬鈴薯品種選育也是以鮮食品種為主,品質(zhì)性狀向高蛋白和高維生素C 含量的趨勢發(fā)展[8],但以食味品質(zhì)為導(dǎo)向的研究還很少。食味品質(zhì)的評判較為復(fù)雜,與視覺、嗅覺、味覺、觸覺相關(guān),涉及的指標(biāo)很多,較難量化和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。黃越等[9]研究不同馬鈴薯品種蒸食品質(zhì)的差異,主要從風(fēng)味、硬度、黏度、粉質(zhì)感和咀嚼性5 個方面進(jìn)行評分,挑選出適口性較強(qiáng)的品種東農(nóng)312。王穎等[10]對9 份馬鈴薯地方品種的17 個食味指標(biāo)進(jìn)行評價,并利用主成分分析將馬鈴薯食味指標(biāo)提取成4 個主成分因子,篩選出主要馬鈴薯食味性狀評價指標(biāo)為風(fēng)味、滋味、咀嚼后質(zhì)地、外觀等10個指標(biāo)。
筆者在前人研究的基礎(chǔ)上開展優(yōu)質(zhì)馬鈴薯品種與栽培技術(shù)集成試驗(yàn),通過品種篩選、安全種植、養(yǎng)分科學(xué)供給等措施提升馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)、食味品質(zhì),降低產(chǎn)品安全風(fēng)險,推進(jìn)馬鈴薯生產(chǎn)向低碳轉(zhuǎn)型。
供試品種:費(fèi)烏瑞它由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供;華薯4 號由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)提供;東農(nóng)310 由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)提供;中薯191 由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所提供。
供試肥料:馬鈴薯專用復(fù)合肥(N、P2O5、K2O 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為15%、15%、15%)、生物有機(jī)肥(N+P2O5+K2O 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥5%,有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥45%)。除草劑為體積分?jǐn)?shù)為33%二甲戊靈乳油。殺菌劑分別為體積分?jǐn)?shù)為0.3%丁子香酚可溶液劑,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的波爾多液可濕性粉劑、72%的甲霜·錳鋅可濕性粉劑、60%的唑醚·代森聯(lián)水分散粒劑。
試驗(yàn)于常德市農(nóng)林科學(xué)研究院一季稻繁育基地進(jìn)行,海拔35 m。試驗(yàn)地前作為水稻,土壤為壤土,機(jī)械深翻,人工起壟。耕作層深度30~40 cm,土壤有機(jī)質(zhì)含量(w,后同)17.3 g?kg-1,堿解氮含量119 mg?kg-1,有效磷含量12.2 mg?kg-1,速效鉀含量100 mg?kg-1,全氮含量1.22 g?kg-1,全磷含量0.68 g?kg-1,全鉀含量15.8 g?kg-1,土壤pH 值5.68,地力水平中等。
試驗(yàn)采用兩因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),因素一為栽培方式,因素二為馬鈴薯品種,設(shè)3 次重復(fù)。小區(qū)面積6.67 m2,單壟雙行種植,6 行區(qū),株距0.22 m,行長5.56 m,行距0.60 m,走道外設(shè)1 m 保護(hù)行。馬鈴薯成熟后每小區(qū)選取連續(xù)10 株樣品進(jìn)行考種。2019 年1 月27 日切塊播種,人工條播。復(fù)合肥點(diǎn)施于種薯之間,有機(jī)肥均勻撒施于播種溝內(nèi)。2019年5 月21 日統(tǒng)一收獲。
因素一為3 種栽培方式(表1)。3 種栽培方式的肥料用量按照每6.67 m2施加N+P2O5+K2O 共0.45 kg 進(jìn)行等量換算。(1)有機(jī)栽培(A1)[11]使用生物有機(jī)肥,用量為900 kg?667 m-2,病蟲害以物理防治為主,不使用化學(xué)農(nóng)藥,露地栽培。(2)綠色栽培(A2)[12-13]采用復(fù)合肥與有機(jī)肥配施,復(fù)合肥用量為70 kg?667 m-2,有機(jī)肥用量為300 kg?667 m-2,限制使用化學(xué)農(nóng)藥,3 月8 日使用33%的二甲戊靈100 mL?667 m-2封閉除草,4 月8 日使用80%波爾多液100 g?667 m-2防治晚疫病,4 月19 日使用0.3%丁子香酚100 mL?667 m-2防治晚疫病;覆膜栽培,地膜用量約5 kg。(3)常規(guī)栽培(A3)[14]使用復(fù)合肥,用量 為100 kg?667 m-2,3 月8 日使 用33%的 二 甲 戊靈100 mL?667 m-2封 閉除草,4 月8 日、4 月19 日各使用72%甲霜﹒錳鋅100 g?667 m-2+60%唑醚﹒代森聯(lián)80 g?667 m-2防治晚疫??;覆膜栽培,地膜用量約5 kg。因素二為4 個品種:中薯191(B1)、費(fèi)烏瑞它(B2)、華薯4 號(B3)、東農(nóng)310(B4)。試驗(yàn)以費(fèi)烏瑞它常規(guī)栽培(A3B2)為對照。
表1 試驗(yàn)處理
田間管理參考《春馬鈴薯地膜覆蓋栽培技術(shù)規(guī)程》[14]。調(diào)查各處理的物候期、塊莖外觀性狀、產(chǎn)量、大中薯率、單薯質(zhì)量、瘡痂病發(fā)病率等,方法參考《馬鈴薯品種試驗(yàn)調(diào)查記載項(xiàng)目及依據(jù)》[15]。使用烘箱制備干樣,將樣品混合后采用比重法計(jì)算淀粉含量[15];采用3,5-二硝基水楊酸比色法[16]測定還原糖含量;使用氨基酸分析儀(茚三酮柱后衍生離子交換色譜儀)測定馬鈴薯塊莖中酸水解氨基酸含量[17]。參考《土壤分析技術(shù)規(guī)范》[18]檢測土壤pH 值,以及有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、有效鉀含量。馬鈴薯收獲1 個月內(nèi)進(jìn)行食味評價,各處理隔水蒸煮40~50 min,然后切成2 cm3正方形塊,趁熱呈送品評人員品嘗。食味評分按0~10 分的評分標(biāo)準(zhǔn)分別從味道和口感兩方面對馬鈴薯風(fēng)味進(jìn)行綜合評價(因各處理為混合蒸煮,故不對其香氣區(qū)分評價)。使用艾普GY-4 數(shù)顯果實(shí)硬度測量儀φ11 測頭對蒸熟的馬鈴薯進(jìn)行硬度檢測。早春馬鈴薯生產(chǎn)的碳源主要有:廄肥、化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、柴油和土壤N2O[19-20]。碳吸收量、碳排放量、凈碳匯量的計(jì)算方法和參數(shù)參考田云等[19]的《中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)凈碳效應(yīng)分異研究》,用以下公式表示。
術(shù)中導(dǎo)絲斷裂分析其主要原因是操作技術(shù)不當(dāng),置入椎弓根螺釘時出現(xiàn)與導(dǎo)絲成角,螺釘旋入過程將導(dǎo)絲截?cái)?,其次是?dǎo)絲反復(fù)使用。
C=c×Y×(1-r)/HI;
式中C為農(nóng)作物的碳吸收量;c為作物的碳吸收率;Y為作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量;r為作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品部分的含水量;HI為作物經(jīng)濟(jì)系數(shù)。
E=T×δ;
式中E為碳源的碳排放量,T為碳源的數(shù)量,δ為碳源的碳排放系數(shù)。
N=C-∑E。
式中N為農(nóng)作物的凈碳匯量。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2019 軟件處理數(shù)據(jù)并繪制圖表,采用DPS 7.5 軟件統(tǒng)計(jì)和分析數(shù)據(jù)。
表2 4 個品種的主要物候期
由表3 可知,4 個品種的馬鈴薯薯形為橢圓形或圓形,薯肉黃色或白色;東農(nóng)310 芽眼紅色,稍深;華薯4 號外觀獨(dú)特,芽眼帶有紫色花紋,但其塊莖較容易褐變。
表3 4 個品種塊莖外觀性狀表現(xiàn)
由表4 可以看出,3 種不同栽培方式間出苗率無顯著差異;不同品種間東農(nóng)310 出苗率最高,達(dá)94.67%,其次是費(fèi)烏瑞它。3 種不同栽培方式間株高無顯著差異;華薯4 號平均株高達(dá)47.62 cm,顯著高于其他3 個品種。栽培方式和品種對主莖數(shù)存在互作(p=0.03,F(xiàn)=2.92>F0.05=2.56),中薯191 綠色栽培(A2B1)和東農(nóng)310 常規(guī)栽培(A3B4)主莖數(shù)較多。3 種栽培方式均有瘡痂病發(fā)生,有機(jī)栽培瘡痂病發(fā)病率顯著低于常規(guī)栽培,東農(nóng)310 瘡痂病發(fā)病率顯著高于其他3 個品種。栽培方式和品種都會對馬鈴薯產(chǎn)量有影響,有機(jī)栽培小區(qū)產(chǎn)量顯著低于綠色栽培和常規(guī)栽培,東農(nóng)310 小區(qū)產(chǎn)量顯著低于其他3 個品種,中薯191 綠色栽培(A2B1)小區(qū)產(chǎn)量最高,為15.91 kg。3 種栽培方式的大中薯率無顯著差異;4 個品種的大中薯率也無顯著差異,均在72.68%~80.54%。栽培方式會對單薯質(zhì)量有一定影響,綠色栽培的單薯質(zhì)量最大,有機(jī)栽培單薯質(zhì)量最小;4 個品種的單薯質(zhì)量無顯著差異,均在54.56~62.39 g。
表4 品種與栽培方式對馬鈴薯主要農(nóng)藝性狀的影響
由表5 可以看出,無論何種栽培方式,東農(nóng)310 的淀粉含量、粗蛋白含量和游離氨基酸含量高于其他3 個品種。其中,東農(nóng)310 有機(jī)栽培(A1B4)的淀粉含量最高,為18.98%;東農(nóng)310 的3 種栽培方式粗蛋白含量一樣,均為1.18%;東農(nóng)310 常規(guī)栽培(A3B4)的游離氨基酸含量最高,為1.79%。按0~10分的評分標(biāo)準(zhǔn)對馬鈴薯各處理進(jìn)行食味評價,東農(nóng)310 有機(jī)栽培食味評分最高,為6.94 分,較對照高1.06 分;費(fèi)烏瑞它常規(guī)栽培食味評分最低,為5.88分。東農(nóng)310 有機(jī)栽培硬度最高,為1.33 kg?cm-2;中薯191 有機(jī)栽培(A1B1)硬度最低,為0.33 kg?cm-2。
表5 品種與栽培方式對馬鈴薯品質(zhì)性狀的影響
淀粉、還原糖、粗蛋白、游離氨基酸含量為馬鈴薯營養(yǎng)指標(biāo),食味評分、硬度為馬鈴薯風(fēng)味指標(biāo),對這些指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。由表6 可以看出,淀粉含量與粗蛋白含量呈極顯著正相關(guān),與游離氨基酸含量呈顯著正相關(guān);粗蛋白含量與游離氨基酸含量呈顯著正相關(guān);食味評分與蒸煮后的硬度呈顯著正相關(guān)。馬鈴薯風(fēng)味與營養(yǎng)指標(biāo)無顯著相關(guān)性,但與蒸煮后質(zhì)地呈顯著正相關(guān)。
表6 塊莖食味評分與淀粉、還原糖、粗蛋白、游離氨基酸含量、硬度的相關(guān)性分析
由表7 可以看出,相同品種有機(jī)栽培每667 m2總成本比綠色栽培多411 元,比常規(guī)栽培多468元;綠色栽培每667 m2總成本比常規(guī)栽培多57元。與費(fèi)烏瑞它常規(guī)栽培(CK)相比,中薯191 綠色栽培(A2B1)增產(chǎn)率最高,為12.51%;東農(nóng)310 有機(jī)栽培(A1B4)增產(chǎn)率最低,為-54.06%。有機(jī)栽培馬鈴薯按統(tǒng)購價5.0 元?kg-1計(jì)算,綠色栽培和常規(guī)栽培價格一致,因華薯4 號(彩色)和東農(nóng)310(圓形)外觀品質(zhì)較好,售價按3.0 元?kg-1計(jì)算,中薯191 和費(fèi)烏瑞它按2.0 元?kg-1計(jì)算。費(fèi)烏瑞它有機(jī)栽培(A1B2)每667 m2產(chǎn)值最高為6020 元,費(fèi)烏瑞它常規(guī)栽培產(chǎn)值最低,為2830 元?667 m-2;通過成本核算得出利潤最少的是東農(nóng)310 有機(jī)栽培,增效率為-33.41%;費(fèi)烏瑞它有機(jī)栽培利潤最高,增效率為594.32%。
表7 品種與栽培方式對馬鈴薯成本效益的影響
按馬鈴薯含水量70%、碳吸收率0.423、經(jīng)濟(jì)系數(shù)0.7 計(jì)算,馬鈴薯有機(jī)栽培、綠色栽培、常規(guī)栽培的667 m2碳吸收量分別為88.47、123.65、121.87 kg。根據(jù)公式E=T×δ,在有機(jī)栽培中碳排放量最高的是廄肥,667 m2為24.30 kg;綠色栽培和常規(guī)栽培中667 m2碳排放量最高的是化肥,分別為62.69 kg 和89.56 kg,其次是農(nóng)膜,為25.90 kg。通過計(jì)算得出:凈碳匯量最高的栽培方式是有機(jī)栽培,每667 m2可以固碳55.96 kg(表8)。雖然馬鈴薯有機(jī)栽培的碳吸收量低于綠色栽培和常規(guī)栽培,但有機(jī)栽培的碳排放量也遠(yuǎn)低于綠色栽培和常規(guī)栽培。
表8 馬鈴薯不同栽培方式下的碳排放量、碳吸收量及凈碳匯量
食物的風(fēng)味是指攝入口腔的食物使人的感覺器官,包括味覺、嗅覺、痛覺、觸覺和溫覺等所產(chǎn)生的感覺印象[21]。馬鈴薯風(fēng)味品質(zhì)主要靠滋味、香氣和口感來評判。品種選擇、栽培方式、生產(chǎn)環(huán)境、貯藏條件及加工方法等都是影響馬鈴薯風(fēng)味的主要因素。
筆者通過開展優(yōu)良品種和栽培方式雙因素互作試驗(yàn),評價不同栽培方式和不同品種對馬鈴薯產(chǎn)量性狀、外觀品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)及風(fēng)味品質(zhì)的影響。常規(guī)栽培和綠色栽培條件下,馬鈴薯單薯質(zhì)量較大,但有機(jī)栽培瘡痂病發(fā)病率最低。郭雨鑫[22]的試驗(yàn)結(jié)果表明,施用生物菌肥和黃腐酸會顯著提高馬鈴薯株高、主莖數(shù)、莖粗、SPAD 值、塊莖品質(zhì)、產(chǎn)量、商品薯率及經(jīng)濟(jì)效益,同時能夠顯著降低馬鈴薯瘡痂病的發(fā)病率。在筆者的研究中,品種和栽培方式對產(chǎn)量、瘡痂病發(fā)病率共同起決定作用:中薯191、費(fèi)烏瑞它、華薯4 號產(chǎn)量都顯著高于東農(nóng)310,常規(guī)栽培和綠色栽培產(chǎn)量也顯著高于有機(jī)栽培;在瘡痂病發(fā)病率方面,東農(nóng)310 顯著高于其他3 個品種,常規(guī)栽培>綠色栽培>有機(jī)栽培;出苗率、株高、主莖數(shù)主要由品種特性決定;塊莖大小主要由栽培方式?jīng)Q定。
4 個參試品種各有特點(diǎn),中薯191 和費(fèi)烏瑞它作為普通品種豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性較好;華薯4 號芽眼顏色特別,具有很好的標(biāo)識性,可以作為天然的商標(biāo),品種的外觀品質(zhì)是決定馬鈴薯商品價值的一個重要方面,特殊的外觀可以迅速吸引購買者的注意;在營養(yǎng)品質(zhì)方面,東農(nóng)310 淀粉、粗蛋白和游離氨基酸含量均明顯高于其他品種;在風(fēng)味品質(zhì)方面,東農(nóng)310 有機(jī)栽培食味評分最高,質(zhì)地緊實(shí),口感綿糯,沒有酸澀味。通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),風(fēng)味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)無顯著相關(guān)性,與蒸煮后塊莖硬度呈顯著正相關(guān)。黃越[23]的研究也表明,營養(yǎng)品質(zhì)最好的品種蒸食品質(zhì)并沒有得到較高的評價,但經(jīng)過蒸制的馬鈴薯塊莖硬度和咀嚼性與淀粉含量呈極顯著正相關(guān),淀粉含量越高,硬度越大。而劉娟[24]的研究表明,塊莖的硬度主要與塊莖中干物質(zhì)、纖維和果膠含量相關(guān),干物質(zhì)含量并不能單獨(dú)決定鮮薯的硬度。
通過合理選擇品種、栽培方式,可以有效提高馬鈴薯食味品質(zhì)。傅童成等[25]報道施肥、栽培技術(shù)、土壤類型、土壤溫度和水分對馬鈴薯營養(yǎng)品質(zhì)和加工食用品質(zhì)均有影響。黃越等[9]對84 份育種后代無性系材料進(jìn)行了營養(yǎng)品質(zhì)和蒸食品質(zhì)的評價,篩選出22 份適宜蒸食的后代無性系材料。本研究中,在有機(jī)栽培和常規(guī)栽培下,東農(nóng)310 食味評分最高,營養(yǎng)品質(zhì)最好,但產(chǎn)量低。綜合考慮成本效益,費(fèi)烏瑞它有機(jī)栽培利潤最高,增效率594.32%,食味品質(zhì)也較好。
農(nóng)業(yè)兼具碳源和碳匯雙重屬性,如何不斷拓寬減排增匯途徑,更好地推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向低碳轉(zhuǎn)型,是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要課題[26]。筆者通過比較3 種栽培方式的凈碳效應(yīng)發(fā)現(xiàn),馬鈴薯有機(jī)栽培的凈碳匯量明顯高于綠色栽培和常規(guī)栽培,雖然綠色栽培和常規(guī)栽培固碳能力較強(qiáng),但碳排放量也較高,尤其是化肥的碳排放量占比達(dá)到61.23%~73.99%,所以“兩減”首先要減施化肥。在筆者的研究中,有機(jī)栽培每667 m2農(nóng)藥使用量為0,綠色栽培和常規(guī)栽培的農(nóng)藥使用量也只有300 mL 和460 mL,這是因?yàn)樵绱悍N植、稻薯輪作、覆膜栽培的集成方式不利于病蟲草害的發(fā)生,大大減輕了用藥壓力。但按碳源數(shù)量計(jì)算的碳排放量不能完全作為農(nóng)藥對環(huán)境影響的依據(jù),藥效、農(nóng)藥殘留等方面也應(yīng)考慮其中。有機(jī)栽培雖然理論效益高,但成本高、對環(huán)境、技術(shù)要求高、種植風(fēng)險大,受眾狹窄,目前較難普及;與常規(guī)栽培相比,綠色栽培用有機(jī)肥等量代替30%化肥、用礦物源和植物源殺菌劑代替化學(xué)合成農(nóng)藥,使產(chǎn)品安全風(fēng)險降低,對環(huán)境更友好,而且對中薯191、費(fèi)烏瑞它、華薯4 號有一定增產(chǎn)效果。在筆者的研究中,綠色栽培使用的芽前除草劑屬于化學(xué)合成農(nóng)藥,為減少土壤污染和碳源排放,可使用黑膜覆蓋代替,黑膜覆蓋有較好的抑草效果,但較白膜覆蓋生育期推遲一周左右。
在預(yù)試驗(yàn)階段,筆者通過食味評分篩選出4 個代表不同分?jǐn)?shù)段的馬鈴薯品種作為試材,在正式試驗(yàn)中,這種食味上的差距雖然能有所體現(xiàn),但產(chǎn)量上的差距反而更加突出,在今后的研究中應(yīng)該注意到材料的適應(yīng)性問題,盡量選擇大面積推廣的品種。另外,有機(jī)肥的種類和用量也是減排增效的關(guān)鍵因素,下一步筆者將針對這方面的內(nèi)容開展相關(guān)研究。
在筆者的研究中,綠色栽培適用于大多數(shù)馬鈴薯品種,使用有機(jī)肥代替部分化肥、精準(zhǔn)用藥、安全用藥,增產(chǎn)效果顯著,并達(dá)到提質(zhì)、增效、減碳的目的,可進(jìn)一步示范推廣。