干旱胁迫下土壤湿温度效应及对马铃薯产量的影响

干旱胁迫下土壤湿温度效应及对马铃薯产量的影响
周晓罡;丁玉梅;姚春馨;董禄凤;孙茂林
【摘要】春播马铃薯出苗后,在全生长期土壤相对湿度处于23％～25％的干旱胁迫状态下,干旱处理的产量比正常供水减少71.3％,植株根重量平均减少49.6％,茎杆减少46.5％,叶片减少39.9％.在苗期根系和叶片的减产量最显著,苗期补水对根系和叶片的生长发育有重要促进.茎杆差异更大表现在开花期,主要是对植株的株高和茎杆的数量、粗细减量有较大影响.干旱导致了土壤低温,全生育期(133 d),干旱处理的土壤积温仅为1572℃,比正常供水少1304℃,尤其在结薯膨大期土温仅6.7 ～11.9℃,可能有效的活动积温更少.推测土壤相对湿度减少1％,温度降低0.245℃.干旱和伴随产生低温的综合效应,造成马铃薯产量损失.干旱土壤日内湿度急剧变化,湿度差最大可以达到37％,这种急剧湿差加剧了土壤和植株的蒸腾作用.【期刊名称】《西南农业学报》
【年(卷),期】2014(027)003
【总页数】5页(P1165-1169)
【关键词】干旱;马铃薯;土壤;湿度;温度
【作者】周晓罡;丁玉梅;姚春馨;董禄凤;孙茂林
【作者单位】云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所,云南昆明650223;云南省农业生物技术重点实验室,云南昆明650223;农业部西南作物基因资源与种质创制重点实验室,云南昆明 650223;云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所,云南昆明650223;云南省农业生物技术重点实验室,云南昆明650223;农业部西南作物基因资源与种质创制重点实验室,云南昆明 650223;云南省农业科学院生物技
术与种质资源研究所,云南昆明650223;云南省农业生物技术重点实验室,云南昆明650223;农业部西南作物基因资源与种质创制重点实验室,云南昆明 650223;昆明市农业科学院粮食作物研究所,云南昆明650034;云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所,云南昆明650223;云南省农业生物技术重点实验室,云南昆明650223;农业部西南作物基因资源与种质创制重点实验室,云南昆明 650223
【正文语种】中文
【中图分类】S53;S15
马铃薯适宜干旱、半干旱地区栽培，是全球最重要的种植产业之一。

中国种植面积达520.53万hm2，产量达8154万t。

近年来随着干旱年发生频率的增加，人们常常在干旱年份或季节，扩大马铃薯的种植面积，弥补水稻、玉米等作物造成的产量损失。

马铃薯具有对干旱较强的敏感性和避旱特性。

当干旱时，马铃薯块茎会利用自身储藏的水分在土壤中存活而推迟出苗，或出苗后遇到干旱根系加深、提前开花或推迟生长，到雨季可以开始恢复性迅速生长。

马铃薯的干旱反应特征可以认为是避开干旱影响的有效机制。

但长时间的干旱，往往造成马铃薯不可恢复性的产量损失，包括对出苗、植株生物量、结薯数量、块茎膨大等产生影响。

土壤水分亏欠是影响马铃薯生长的最重要限制因素之一，当土壤持水量损失到作物生长开始受限制时，这一水量称临界亏欠，即产生干旱［1］。

造成作物干旱的主要因素是土壤持水量和蒸腾，马铃薯的蒸腾系数为400～600，正常生长的土壤持水量为50% ～75%。

形成1kg干物质，需要消耗500 kg水［2］。

当供水与蒸腾保持平衡时，植株保持膨胀压，气孔张开进行正常光合作用，当蒸腾高于供水时，干旱发生，植株正常光合作用和对氮、磷、钾的吸收以及组织结构均受到影响［3～4］，当生长条件
极端的失衡，达到凋萎点，植株发生枯死。

目前干旱对马铃薯生物产量的影响程度，干旱土壤中水分和温度的动态，以及干旱影响与温湿度的相互关系尚有很多需要研究的问题。

本试验利用昆明2－5月春旱季节，在塑料大棚内设置干旱和正常供水条件下马铃薯的生物产量差异，以及2种处理的收获块茎的其他相关差异。

评价水分胁迫对
马铃薯产量的影响，通过在2种处理土壤中设置的温湿度自动记录仪监测土壤温
湿度动态，比较了干旱影响与温湿度的相互关系。

1 材料与方法
1.1 供试品种和小区设计
选用PI34、甲帮洋芋、宁蒗152、宁蒗182、左力洋芋、马尔科洋芋、永德紫皮
洋芋，剑川红共计8个马铃薯品种。

为减少试验误差，选用块茎做到大小基本一致。

试验采用随机区组排列，3次重复，株行距0.18 m ×0.50 m，每区3 行，每行8 株。

1.2 试验地点和处理设计
地点选在昆明团结镇试验基地大棚内，面积240 m2，土质壤土，海拔高度2200 m。

干旱种植处理(在棚内设高地块)，只在播种后浇1次出苗水，以后不供水;设正常供水对照(在棚内设低地块)，分别在出苗、开花和结薯浇3次水。

播种后属于干季，马铃薯生长期基本无降水，管理按照正常马铃薯栽培方法进行。

1.3 土壤中温湿度动态自动监测
在干旱和正常处理的耕作层(20 cm)，埋设Ho-Bo(onset公司)温湿度自动记录仪，每4 h记录1次温湿度，每天6次，获得整个马铃薯生长期的土壤温湿度动态。

1.4 试验调查项目
1.4.1 土壤温湿度动态差异调查比较设于干旱和正常处理中温湿度自动记录仪的马铃薯全生育期和日间温湿度动态自动监测结果。

1.4.2 干旱对植株生物产量影响调查分别从正常供水和干旱处理地块取植株样本，在试验室从茎基部分剪下根系、茎和叶片称鲜重。

计算两种处理各品种的根茎、叶重量，分析干旱对根系、茎和叶片影响程度。

1.4.3 干旱对植株生育阶段影响及相互关系调查调查正常供水和干旱处理的出苗天数、出苗率、株高、覆盖度差异。

分苗期和开花期2次取样，称取根系、茎杆和
叶片的鲜重，通过比较重量差异，评价干旱在两个生长阶段的影响程度。

1.4.4 块茎产量和数量调查调查比较2处理各小区以及总产量，平均产量和单株产量。

获得各小区的总块茎数，按照实有株数计算出单株的结薯数量。

2 结果与分析
2.1 全生育期土壤温、湿度动态监测
从3月22日播种至7月31日成熟，自动监测了大棚内马铃薯全生育期133 d的土壤中1596个温、湿度数据。

以7 d(周)的平均数据作出19周的动态曲线图(图1、图2)，1～4周萌发出苗期，5～6周苗期生长，7～10周植株全覆盖、开花期，11～16周结薯膨大期，17周后为成熟期。

监测结果显示，正常供水处理的温、
湿度在马铃薯适宜生长的范围(10～30℃，RH 50% ～75%)。

干旱处理在出苗第5周后，全生长期土壤湿度仅23% ～25%，虽然处于土壤水分可吸收利用状态，但植株一直处于水分亏欠下生长［5～7］。

此外土壤的低含水量，缺乏对土壤温度
的调节作用，还导致了土壤低温，尤其在结薯膨大期适宜的土温为15～18℃，但干旱处理土温仅6.7～11.9℃。

因此水分亏欠和土壤低温双重因素影响了植株生长发育和块茎产量。

根据计算两处理温湿度的差异值，土壤相对湿度减少1%，温度降低0.245 ℃。

图1 生育期土壤温度动态曲线Fig.1 Dynamic curve of soil temperature in whole plant growth period
图2 生育期土壤湿度动态曲线Fig.2 Dynamic curve of soil moisture in whole
plant growth period
2.2 土壤温、湿度日间动态监测
生长期的土壤最高温度40.13℃(正常灌溉5月10日16时30分)，最高湿度RH 91.6%(正常灌溉12时30分至20时30分)，土壤最低温度5.4℃(正常灌溉3月29日8时30分)，最低湿度RH 23.6%(干旱处理4时30分)。

图3 正常供水48 h内土壤温湿度动态Fig.3 Dynamic curve of moisture and temperature of daytime in normal soil
图4 干旱处理48 h内土壤温湿度动态Fig.4 Dynamic curve of moisture and temperature of daytime in drought stress soil
以4月2日至3日48小时土壤温湿度动态分析，正常供水和干旱处理在0:30～8:30温度最低，湿度最高，8:30温度逐步升高，湿度降低，14:30土壤达到最高
温度和最低湿度，随后温度逐步降低而湿度增加(图3、图4)。

正常供水日温度变
化10.21～32.34 ℃(变幅±22.13 ℃，时平均温度19.31℃)，日湿度变化
58.4% ～82.5%(变幅± 24.1%，时平均湿度73.47%)。

干旱处理日温度变化
11.38 ～24.4 ℃(变幅± 13.02 ℃，时平均温度17.0 ℃)，日湿度变化28.4% ～64.0%(变幅± 35.6%，时平均湿度50.93%)。

干旱处理较正常供水土壤时平均湿
度低22.54%，时平均温度低2.31℃。

干旱处理在12:30～16:30土壤湿度从64%急剧降到28.7%，减少35.3%，正常供水从69.3%%降到58.4%，仅减少10.9%。

干旱处理该段时间土壤湿度急剧下降，很容易造成植株的失水萎焉。

2.3 干旱对植株单株生物产量的影响
干旱处理各品种的根重减重幅度21.3% ～75.9%，平均49.6%;叶片减重幅度
30.3% ～66.8%，平均39.9%;茎杆减重幅度 35.6% ～82.1%，平均46.5%。

根据平均减重率，干旱对根系的生长发育影响最大，茎杆次之，叶片较小(表1)。

表1 干旱对植株根、叶和茎产量的影响Table 1 Effect of drought stress on
root，leaf and stem biomass品种名称Varieties Root fresh weight 叶片鲜重(g)根鲜重(g)Leaf fresh weight 茎杆鲜重(g)Stem fresh weight正常CK干旱Dry比对照减少(%)正常CK干旱Dry增减%±%正常CK干旱Dry比对照减少(%).6宁蒗152 9.9 4.7 －52.5 37.6 21.4 －43.1 20.4 11.7 －42.6永德紫皮洋芋18.6 7.5 －59.7 41.8 23.3 －44.3 29.6 14.7 －48.0甲帮洋芋 10.9 6.3 －42.2 26.2 29.5 13.9 16.4马尔科洋芋 18.9 9.9 －47.6 49.2 24.1 －51.0 27.3 13.5 －50.5 PI34 8.0 6.3 －21.3 24.1 16.8 －30.3 20.8 8.9 －57.2左力洋芋 9.8 6.9 －29.6 28.0 9.3 －66.8 23.5 4.2 －82.1剑川红 7.9 5.3 －32.9 25.1 14.8 －41.0 16.5 9.5 －42.4平均宁蒗182 17.9 4.3 －75.9 40.6 24.9 －38.7 21.9 14.1 －35 12.7 6.4 －49.6 34.1 20.5 －39.9 21.7 11.6 －46.5
表2 干旱对苗期和开花期植株生物产量的影响Table 2 Effect of drought stress on plant biomass in seedling and bloom growth period调查项目Survey contents出苗天数(d)Seedling time出苗率(%)Seedling rate株高(cm)Height 覆盖度(cm2)根鲜重(g)Root weight 叶片鲜重(g)Leaf weight 茎杆鲜重(g)Stem weight Cover 27 72.8 62.6 64.6 16.9 10.5 27.4 43.8 7.9 35.2干旱处理 27 43.3 18.0 49.9 7.0 5.4 16.1 29.2 5.2 19.9比对照减少(%)苗期花期苗期花期苗期花期正常供水(CK)40.5 71.2 22.8 58.6 48.6 41.2 33.3 34.2 43.5
表3 干旱对块茎产量的影响Table 3 Effect of drought stress on tuber yield of potato注:＊＊表示P ＜0.01;* 表示P ＜0.05。

Note:＊＊ means P ＜
0.01;*means P ＜0.05.调查项目Survey contents 2301.4 5241.0 60.0 2214 5.0 12.0干旱处理 660.0 1509.0 41.1 545 4.6 8.9减产数量 1641.4 3732.8 18.9 1669 0.4 3.1减少(%)71.3 1068.0 31.5 75.4 8.0 25.8 t值检验 7.17＊＊ 7.19＊＊ 4.65＊＊ 11.45＊＊ 1.38 3.08 Tuber weight正常供水小区总产量(g)Total yield of plots平均公顷产量(kg)Yield 单株产量(g)Plant yield结薯总数(个)Tuber
No.of total tubers单株结薯数(个)Tuber No.of plant tuber平均单薯重(g)*
2.4 干旱对苗期和开花期植株生物产量的影响
马铃薯出苗、株高、覆盖度的差异均显示干旱制约了植株的发育。

苗期和开花期2次调查各品种的根、叶和茎的鲜重，以比较减产百分率得出两个阶段的影响程度(表2)。

结果表明，在苗期根系和叶片的减产量最显著，苗期补水对根系和叶片的
生长发育有重要促进［8］。

茎杆差异更大表现在开花期，主要是对植株的株高和茎杆的数量(差异41.8%)、粗细(差异 9.1%)减量有较大影响［9～11］。

2.5 干旱对块茎产量的影响
干旱处理块茎减产71.3%，结薯总数减少75.4%，单株产量减少31.5%，平均单
薯重减少25.8%，单株结薯数减少8.0%。

比较块茎产量构成的主要因素，通过计算减产百分率和配对设计两个样本平均数检验［12］，影响程度依次为结薯总数、产量、单株产量和平均单薯重量(表3)，减产与干旱造成出苗率低密切相关。

马铃
薯结薯后的块茎膨大期需水量占全生育期的50%，该时期的土壤水分是马铃薯的
块茎产量形成的关键期，干旱处理在5月下旬至6月的土壤湿度仅为23% ～25%，温度从5月22日至6月15日仅6.2～9.82℃，两者影响了块茎的产量。

3 讨论
3.1 干旱与土壤温度对马铃薯生长的影响
土壤干旱导致土壤温度缺乏水分调节。

干旱在马铃薯生产中表现的出苗推迟，植株生长缓慢等现象，是土壤干旱和低温产生的综合效应。

如在干旱胁迫试验中，马铃薯春播后，正常处理与干旱处理均浇了出苗水，两者土温差异不大，干旱处理随着土壤水分降低，土壤温度也降低，在133 d观察中，正常供水土壤积温2876℃，而干旱处理仅为1572℃，马铃薯植株7℃为茎叶生长最低温度，最适温度17～21，16～18℃为块茎形成和生长的最佳温度，正常供水在3月播种后有7 d土温低于10℃，不影响芽生长，干旱处理则在5月末至6月共27 d土温低于10℃，
影响了块茎形成和生长。

3.2 干旱日间土壤温湿度变化对马铃薯生长的影响
土壤干旱发生后导致日间土壤湿度的激烈变化，14:30与0:30的24 h时内湿度差最大，可以达到37%。

短时间内湿度的激烈变化，造成蒸腾作用的加剧，能够造成块茎和植株的失水，严重时块茎表现出表皮皱缩，植株萎焉等现象。

但在一些高山马铃薯产区，自然条件下，土壤耕作层厚，壤土结构好以及夜间空气湿度高，土壤能够较快恢复湿度，当地称为“回潮土”，能够形成土壤和叶片水分的补偿机制［13］，可以减轻干旱造成的影响。

3.3 其他需要研究的问题
该试验提出了观察干旱过程中温湿度对马铃薯的影响，在各生长发育阶段有形态和表型差异。

试验获得了不同品种间对干旱反应的产量差异，和同品种在干旱处理和正常供水情况下的产量差异。

但对于马铃薯的抗旱性不同学科的学者对抗旱性的关注和理解不同［14］。

植物生理学家认为抗旱性是植物在水分缺乏环境下可以生存的能力，而农学家则更关注在干旱条件下作物的产量，将抗旱性定义为作物在大气和土壤干旱条件下生存和形成产量的能力。

根据适合农业生产的抗旱性定义，将利用试验和在马铃薯产区田间的调查结果，结合气候、水分条件，对参试品种的抗旱性以及各品种对水分的利用效率作出评价。

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