王 潔 趙凌霄 張 安 周志林 戴習(xí)彬 肖世卓 曹清河 趙冬蘭

（江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 徐州 221131）

甘薯［Ipomoeabatatas（L.） Lam］是旋花科番薯屬的重要糧食作物，具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的優(yōu)點［1］。雖然我國糧食產(chǎn)能高，但人口基數(shù)大且飲食標(biāo)準(zhǔn)日益提高。在現(xiàn)有耕地不變的前提下，僅靠提高作物產(chǎn)量水平來增加糧食總量較為困難，且短期難以突破。隨著農(nóng)業(yè)科技水平的進步，物理、化學(xué)、生物及其集成技術(shù)逐漸應(yīng)用于開發(fā)鹽堿地等非傳統(tǒng)類型的耕地［2］。我國內(nèi)陸鹽堿地面積約為1 億公頃，其中約234 萬公頃為灘涂地［3］，具有極大的利用空間，但鹽堿土環(huán)境容易使植物發(fā)生生理干旱或離子毒害［4］。有報道稱，當(dāng)土壤含鹽量低于2‰時，楊樹存活率可達到80%以上，而當(dāng)含鹽量達到4‰時，楊樹存活率約為60%［5］。此外，鹽脅迫還會抑制土壤微生物活性，降低根際土壤微生物功能性繼而影響植物營養(yǎng)吸收［6］。為了充分利用鹽堿土地，研究人員篩選了大量的耐鹽水稻［7-8］、小麥［9］、大豆［10］種質(zhì)資源。甘薯有較強的逆境耐受能力，在3.87‰鹽漬地條件下，200 個甘薯品種產(chǎn)量平均能達到改良對照地塊產(chǎn)量的67%，且有22 個品種持平甚至超出對照地塊產(chǎn)量［11］。除了具有較穩(wěn)定的產(chǎn)量，甘薯還能降低鹽漬地鹽分，提高其氮、磷、鉀元素含量，進而改良土壤［12］。

甘薯塊根營養(yǎng)成分易受鹽脅迫影響，與非鹽漬地相比，鹽漬地甘薯塊根干物率下降，而可溶性糖、還原性糖、蛋白質(zhì)含量均增加［13］。甘薯淀粉粒徑、均方根旋轉(zhuǎn)半徑、多分散系數(shù)、紅外光譜吸收（1 045 cm-1/1 022 cm-1）峰強度比值等結(jié)構(gòu)性質(zhì)對其粉條品質(zhì)有重要影響［14］，不同甘薯品種塊根的淀粉組分、糊化特性有所差異，對其淀粉加工價值有直接影響［15］。根據(jù)X射線在不同衍射角度的特征峰，淀粉主要分為A、B、C三種晶體型［16-17］。甘薯淀粉結(jié)構(gòu)具有多樣性，有研究報道甘薯淀粉由A、B、C 三種晶體型淀粉混合構(gòu)成［18］。鹽土環(huán)境對淀粉結(jié)構(gòu)性質(zhì)有一定影響，有研究發(fā)現(xiàn)，與普通耕土（潮土）相比，鹽土環(huán)境下（含鹽量3.1‰）甘薯淀粉的高峰黏度、低谷黏度、最后黏度、反彈值、峰值時間平均值較高，而稀懈值和糊化溫度平均值較低［19］。

綜上所述，甘薯在沿海灘涂地推廣有很好的發(fā)展?jié)摿?，對保障我國糧食安全具有重要意義。鑒于此，本研究通過鹽土和潮土環(huán)境下甘薯塊根產(chǎn)量和營養(yǎng)成分的差異分析，旨在揭示鹽土環(huán)境對甘薯塊根產(chǎn)量和營養(yǎng)組分的影響，為甘薯在鹽堿地中的推廣種植提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

兩處試驗地分別位于徐州市和連云港市：江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所院內(nèi)基地（117.31°E，34.28°N），土壤為堿性潮土；連云港市連云區(qū)新灘二組（119.20°E，34.76°N），土壤為鹽堿土。分別取兩地0～15 cm 土層土樣。兩地試驗材料均為6月中旬栽插，10 月中下旬收獲。每個品種（系）種2 行，每行10 株，行距80 cm，株距25 cm。甘薯試驗材料一共113份，包括8個品種和105個有性雜交（新24×豫薯10號）后代品系。在連云港鹽土有79份材料收獲膨大塊根（表1），選擇薯形良好的10 份試驗材料測定其營養(yǎng)成分，其中包括4個常見的鮮食品種和6個新品系。

表1 鹽土中有膨大塊根的79份甘薯材料Table 1 The 79 sweet potato materials with bulky roots in saline soil

1.2 測定項目與方法

1.2.1 土壤總鹽量的測定 土壤水溶性鹽待測液的制備：稱取過1 mm篩的20 g風(fēng)干土，放于三角瓶中，準(zhǔn)確加入100 mL無CO2蒸餾水，加塞，振蕩浸提3 min，干過濾。棄去最初渾濁液，收集清液，每25 mL濾液加1滴0.1%偏磷酸鈉溶液，備用。浸出液中鹽分的測定：用移液管吸取浸提待測液50 mL 放于已知烘干質(zhì)量（萬分之一天平）的瓷蒸發(fā)皿中，在沸水浴上蒸干。用滴管沿皿周圍滴加少量15%的H2O2使殘渣濕潤，蒸干。如此反復(fù)加少量H2O2溶液處理，至有機質(zhì)被氧化完全，殘渣呈白色，蒸干后將殘渣和皿一起放入已升溫至105 ℃的烘箱中，在105～110 ℃條件下烘干1～2 h 后取出，冷卻，用分析天平稱量，記錄質(zhì)量。然后再將蒸發(fā)皿和殘渣放入烘箱中105～110 ℃烘0.5 h，取出冷卻，稱量，至前后兩次質(zhì)量之差不大于2 mg 為恒重。按以下公式，用最低一次的質(zhì)量計算土壤總鹽量：

土壤總鹽量= 干殘渣質(zhì)量÷ 稱樣量× 100%。

1.2.2 土壤營養(yǎng)元素含量的測定 土壤營養(yǎng)元素檢測委托江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所中心實驗室進行，硝態(tài)氮含量參照DB22/T 2270-2018《農(nóng)田土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的測定 流動注射分析法》［20］進行測定；有效磷含量參照NY/T1121.25-2012《土壤檢測第25 部分：土壤有效磷的測定連續(xù)流動分析儀法》［21］進行測定；速效鉀含量參照DB13/T 844-2007《土壤速效鉀的測定 中性醋酸銨提取-火焰光度法》［22］（前處理）采用發(fā)射光譜法（inductively coupled plasma，ICP）進行測定；有效鈣含量參照NY/T 1121.13-2006《土壤檢測 第13 部分：土壤交換性鈣和鎂的測定》［23］進行測定；參照NY/T 890-2004《土壤有效態(tài)鋅、錳、鐵、銅含量的測定 二乙三胺五乙酸（DTPA）浸提法》［24］，采用二乙三胺五乙酸（diethylenetriaminepentaacetic acid，DTPA）浸提法測定有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅含量；有機質(zhì)含量測定參考NY/T 85-1988《土壤有機質(zhì)測定法》［25］；pH 值測定參考NY/T 1121.2-2012《土壤肥力評價 第2部分：土壤pH值的測定》［26］。

1.2.3 塊根產(chǎn)量及干物率的測定 收獲稱量每行10 株所有塊根重量，不足10 株的換算成10 株產(chǎn)量；干物率測定流程參考《甘薯種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》［27］，收獲后選取中等大小薯塊3 塊，將薯塊洗凈后晾干，隨后切絲混勻，稱取100 g新鮮薯絲，置于鼓風(fēng)干燥箱65 ℃、48 h 烘至恒重，記錄烘干后薯絲重量，每個樣品兩個重復(fù)。

1.2.4 塊根營養(yǎng)成分含量的測定 參考唐忠厚等［28］的方法，使用VECTOR22/N型近紅外反射光譜儀（德國BRUKER 光譜儀器公司）測定薯塊中的淀粉、可溶性糖、蛋白質(zhì)含量。參考Xiao 等［29］的方法，采用比色法測定鮮樣類胡蘿卜素含量。

1.2.5 淀粉中直鏈淀粉含量的測定 使用0.2%氫氧化鈉溶液提取薯塊淀粉后，使用K-AMYL直鏈淀粉/支鏈淀粉試劑盒（愛爾蘭Megazyme 公司）測定淀粉中直鏈淀粉的含量。

1.2.6 X 射線衍射（X-ray diffraction，XRD）的測定參考Cai 等［30］的方法測定淀粉晶體特性。先在干燥器內(nèi)對淀粉進行干燥吸水處理，在D8粉末X 射線衍射儀（德國Bruker 公司）上對樣品晶體結(jié)構(gòu)進行掃描測定，獲得XRD波譜圖。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2019進行數(shù)據(jù)整理，IBM SPSS Statistics 24軟件進行相關(guān)性分析。所有圖均由Origin Pro2021軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 潮土與鹽土土壤營養(yǎng)元素含量差異

經(jīng)過測定，連云港鹽土總鹽量為4.4‰，屬于中等強度鹽漬地（表2）。徐州土壤樣品來自江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所院內(nèi)基地，為普通的非鹽漬耕土。對兩地土壤樣品進行營養(yǎng)元素含量測定（表2），發(fā)現(xiàn)鹽土中硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀、有效鈣、有效鎂含量遠(yuǎn)高于潮土，而有效鋅含量遠(yuǎn)低于潮土。有效鐵、錳、銅、有機質(zhì)含量與潮土較為接近，酸堿度均為較強的堿性。

表2 鹽土和潮土的土壤指標(biāo)Table 2 The indicators of the saline soil and the fluvo-aquic soil

2.2 潮土與鹽土環(huán)境下的薯塊產(chǎn)量

113 份試驗材料中，在鹽土環(huán)境有34 份鹽敏感材料沒有產(chǎn)量，79 份品種（系）有膨大塊根，測定薯塊產(chǎn)量并與潮土環(huán)境數(shù)據(jù)作對比，結(jié)果表明（圖1），鹽土環(huán)境下所有材料產(chǎn)量均較潮土大幅降低，平均產(chǎn)量減少79.98%。耐鹽系數(shù)為鹽土地薯塊產(chǎn)量與潮土薯塊產(chǎn)量的比值，可以直觀反映材料對鹽脅迫的耐受能力。本研究中79份材料的耐鹽系數(shù)在0.02～0.69之間（圖2），說明不同基因型材料的耐鹽堿能力有所差異。多數(shù)材料耐鹽能力較弱，耐鹽系數(shù)高于0.35的材料僅7份，這表明鹽土環(huán)境使多數(shù)品種（系）薯塊減產(chǎn)超過65%。此外，品系XY33、XY44 耐鹽系數(shù)分別達到0.69 和0.61，表明二者具有很好的耐鹽性，可供耐鹽基因發(fā)掘和耐鹽品種選育等利用。

圖2 79份鹽土有產(chǎn)試驗材料的耐鹽系數(shù)Fig.2 The salt tolerance coefficient of 79 materials with yield in saline soil

2.3 潮土與鹽土環(huán)境對甘薯塊根品質(zhì)的影響

由圖3-A 可知，除XY153與XY205外，其余8份材料干物率在鹽土環(huán)境下均較潮土有所降低，以栗子香降幅最大，達到9.89 個百分點。另外，本研究發(fā)現(xiàn)，甘薯薯塊的淀粉含量與干物率呈顯著正相關(guān)，鹽土環(huán)境中淀粉含量與干物率相關(guān)系數(shù)為0.697（P=0.025），潮土環(huán)境中淀粉含量與干物率相關(guān)系數(shù)為0.887（P=0.001）。除了XY205 在兩地持平，其余材料淀粉含量在鹽土環(huán)境均較潮土極顯著降低（圖3-B）。所有材料可溶性糖含量在鹽土環(huán)境下均較潮土顯著或極顯著升高，平均升高4.38 個百分點（圖3-C）；所有材料蛋白質(zhì)含量在鹽土環(huán)境下均較潮土極顯著降低，平均下降1.73個百分點（圖3-D）。鹽土環(huán)境下，所有材料的類胡蘿卜素含量均較潮土顯著或極顯著下降。其中高胡蘿卜素型品種普薯32在潮土中的類胡蘿卜素含量為263.0 mg·kg-1，在鹽土中降至182.9 mg·kg-1（圖3-E）。從2013 年積累的鹽土（河北黃驊港）、潮土（徐州）環(huán)境下薯塊營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)來看（圖4），干物率、淀粉含量在鹽土環(huán)境中僅尚志12、B2F1162 存在不顯著的升高，其余材料均較潮土降低；而蛋白質(zhì)和可溶性糖含量在所有材料中表現(xiàn)一致，鹽土環(huán)境下蛋白質(zhì)含量下降，可溶性糖含量升高，與“徐州-連云港”對比試驗結(jié)果一致，這說明不同環(huán)境的鹽土對薯塊品質(zhì)性狀影響是相似的。由圖5 可知，鹽土與潮土中干物率、淀粉含量、可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量、類胡蘿卜素含量的平均比值分別為0.87、0.90、1.40、0.62、0.84。干物率與淀粉含量在鹽土與潮土中的比值更趨近于1，可溶性糖含量（高）和蛋白質(zhì)含量（低）則遠(yuǎn)離1，而類胡蘿卜素含量數(shù)值波動較大，可見鹽土環(huán)境對甘薯塊不同營養(yǎng)成分的影響效應(yīng)有所差異。

圖3 鹽土和潮土環(huán)境下甘薯塊根營養(yǎng)成分差異分析Fig.3 Difference analysis of nutritional components of sweet potato storage roots in saline soil and fluvo-aquic soil

圖4 10個品種（系）在河北黃驊港鹽土和潮土環(huán)境下的營養(yǎng)成分含量Fig.4 The nutrient components of ten varieties in saline soil （Huanghua port，Hebei） and fluvo-aquic soil

圖5 各營養(yǎng)成分在鹽土與潮土環(huán)境中的比值Fig.5 The ratio of the nutritional components in saline soil and fluvo-aquic soil

2.4 潮土與鹽土環(huán)境下甘薯塊根直鏈淀粉含量及淀粉X射線衍射圖譜分析

淀粉是甘薯最主要的營養(yǎng)成分，除了淀粉含量，本研究還進一步分析了鹽土環(huán)境對淀粉組分及結(jié)構(gòu)的影響。如圖3-F 所示，潮土環(huán)境中所有材料平均直鏈淀粉含量為19.81%，以普薯32 直鏈淀粉含量最高，為22.65%；栗子香直鏈淀粉含量最低，為16.72%。除栗子香直鏈淀粉含量增加了2.55 個百分點，其余所有材料直鏈淀粉含量在鹽土中均較潮土有所下降，所有材料平均直鏈淀粉含量降至17.92%。在鹽土環(huán)境中，以普薯32直鏈淀粉含量下降最多，較潮土降低6.42個百分點。

各材料X 射線衍射圖譜如圖6 所示，衍射角2? 范圍為4.76°～30.13°。與潮土環(huán)境相比，部分甘薯材料（XY202、XY205、栗子香、徐薯18）在鹽土環(huán)境下的衍射強度發(fā)生了改變，但特征峰所處衍射角并未發(fā)生變化。除普薯32外，所有材料在衍射角2? 15°、17°、18°、23°處有較強的衍射峰，普薯32 塊根淀粉在2? 18°處無明顯的衍射峰。值得注意的是，所有甘薯淀粉在衍射角2? 5°附近有較強的衍射強度，但受限于試驗采集范圍，未能獲得附近完整的峰型。此外，XY202 與XY205薯塊淀粉在鹽土環(huán)境下的衍射強度明顯高于潮土環(huán)境，其他材料則較為接近。

圖6 試驗材料在鹽土和潮土環(huán)境下的淀粉X射線衍射圖譜Fig.6 The X-ray diffraction pattern of starch of test varieties in saline soil and fluvo-aquic soil

3 討論

徐州市與連云港市均位于江蘇省北部，兩地氣象條件（如氣溫、相對濕度、云量、降水量、風(fēng)力和日照時數(shù)）較為相似（https：//data.cma.cn/data/weatherBk.html）。因此，選擇連云港市沿海灘涂鹽土和徐州市潮土作為對比試驗環(huán)境，可以有效減少氣候等非土壤因素對結(jié)果的影響。此外，2013 年徐州潮土與河北黃驊港鹽漬土對比試驗數(shù)據(jù)也支持“徐州-連云港”對比試驗結(jié)果。

甘薯鮮薯產(chǎn)量受鹽土影響較大，以非鹽漬地為對照，2.5‰和5‰鹽土環(huán)境中鮮薯分別減產(chǎn)34.5%和77.1%［13］。本試驗結(jié)果表明，在總鹽量為4.4‰的鹽土環(huán)境中，鮮薯較潮土減產(chǎn)幅度為30.98%～97.72%，平均減產(chǎn)79.98%。平均減產(chǎn)量略高于前人研究中5‰鹽土環(huán)境下的減產(chǎn)量［13］，這可能是由本試驗絕大部分試驗材料為初步鑒定的品系材料，而非育成品種所致。試驗結(jié)果表明，僅少數(shù)耐鹽材料（如XY33、XY44）在高鹽條件下仍可獲得可觀產(chǎn)量。甘薯為高度雜合的六倍體作物，通常表現(xiàn)為自交不親和且生育期長，通過有性雜交選育新品種較為困難［31］。高耐鹽種質(zhì)的稀缺性是阻礙甘薯耐鹽種植推廣的重要因素，利用基因編輯等生物技術(shù)創(chuàng)制耐鹽種質(zhì)突破其制約更具可行性。綜合來看，甘薯品種在鹽土中的產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)受到不同程度的影響，其中XY33 和XY44 表現(xiàn)出較強的耐鹽性，而普薯32 的類胡蘿卜素含量極顯著降低。鹽土中的薯塊普遍具有高可溶性糖和低蛋白質(zhì)含量的特征，而淀粉含量則除XY205 外均有所下降。因此，甘薯品種的鹽土適應(yīng)性需要綜合考慮產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)兩方面的因素，同時需要更多的類胡蘿卜素型材料來探究鹽脅迫對其的影響機制。

根據(jù)X 射線衍射光譜可判斷淀粉晶體結(jié)構(gòu)，受限于衍射角范圍，本研究在2? 5°處未檢測到完整峰型，但已有研究報道白、黃、紫肉甘薯淀粉均表現(xiàn)出CA晶體型，即在2? 5.6°、15°、17°、18°、23°處有衍射峰［32］。本試驗中，普薯32未能在衍射角2? 18°處檢測到明顯衍射峰，說明該品種淀粉為較純的C型晶體型，其他9個測試材料淀粉為CA晶體型。甘薯直鏈淀粉相對含量與其黏度特性呈極顯著負(fù)相關(guān)，對甘薯薯條油炸感官屬性也有重要影響［33］。與潮土相比，鹽土環(huán)境中栗子香直鏈淀粉含量升高，而其余材料均下降，且下降幅度有所差異，說明鹽土條件下甘薯淀粉加工特性有所改變。利用天然鹽土條件生產(chǎn)具有高黏度等性質(zhì)的特用型甘薯淀粉能創(chuàng)造較高的經(jīng)濟效益，在此之前，科研人員有必要進一步細(xì)化研究鹽土與甘薯淀粉理化性質(zhì)、加工性質(zhì)之間的關(guān)系。綜合來看，因各甘薯品種（系）耐鹽性的差異，鹽土環(huán)境對各甘薯材料營養(yǎng)成分、淀粉結(jié)構(gòu)造成的影響具有較大差異，干物率和淀粉含量在不同環(huán)境下表現(xiàn)較為穩(wěn)定，而可溶性糖、蛋白質(zhì)、類胡蘿卜素含量因環(huán)境變化波動較大。甘薯塊根淀粉晶體型并未因處于鹽土環(huán)境而發(fā)生改變，但多數(shù)品種（除栗子香）淀粉構(gòu)成有所差異，即直鏈淀粉含量有所下降。優(yōu)良耐鹽品種選育是甘薯鹽堿地大面積推廣的前提，結(jié)合本試驗結(jié)果，應(yīng)選擇在中重度鹽土條件下耐鹽系數(shù)達到0.65以上，且塊根品質(zhì)性狀表現(xiàn)穩(wěn)定的材料。

徐州潮土試驗地總鹽量為0.53‰［34］，與鹽土試驗地（總鹽量4.4‰）含鹽量差異巨大。雖然本試驗中連云港灘涂地為中等偏重程度的鹽土環(huán)境，但該試驗地為“水改旱”地塊，可能具有一定的肥力優(yōu)勢。此外，試驗地周圍分布大量的田菁，該植物能有效改良鹽堿土壤［35］，這很好地解釋了本試驗鹽土中氮磷鉀等元素含量遠(yuǎn)高于潮土的結(jié)果。綠肥輪作可顯著提高沿海灘涂地土壤有機碳、全氮、堿解氮、有效磷含量［36］，這表明經(jīng)過人為改良的沿海灘涂地具備一定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力。我國耕地人均面積少，且耕地質(zhì)量欠佳。2019年，將耕地質(zhì)量等級由高到低依次劃分為一至十等，我國20.23 億畝平均等級為4.76 等［37］。2022 年我國耕地面積為19.14 億畝［38］。在經(jīng)濟高速發(fā)展的前提下，維持現(xiàn)有耕地面積有很大困難。我國鹽漬土總面積約3 690萬公頃，其中26%的土壤有機質(zhì)含量不足1%［39］。本研究結(jié)果表明，中度偏重度的灘涂鹽土仍有生產(chǎn)潛力，可進一步嘗試綠肥植物與甘薯等廣適穩(wěn)產(chǎn)作物輪作、間作，對適宜生態(tài)區(qū)鹽漬土進行計劃性的“增肥減鹽”措施，這將有助于增加可利用耕地面積，拓寬我國糧食產(chǎn)出渠道。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，含鹽量為4.4‰的鹽土環(huán)境下，各試驗材料平均產(chǎn)量較潮土減少79.98%，基于產(chǎn)量表現(xiàn)篩選出兩份耐鹽資源（XY33、XY44）。與潮土相比，鹽土環(huán)境所有甘薯品種（系）塊根可溶性糖含量升高、蛋白質(zhì)含量降低；除個別材料外，鹽土環(huán)境下淀粉含量、干物率均降低，但變化幅度不及可溶性糖和蛋白質(zhì)含量；鹽土環(huán)境下平均直鏈淀粉含量降低1.89 個百分點。淀粉XRD 分析結(jié)果表明，雖然部分材料衍射強度在潮土和鹽土環(huán)境下有所差異，但淀粉特征峰衍射角一致，說明淀粉晶體型并未改變。