Effects of Topdressing Types on Photosynthetic Characteristics and Yield of Purple Sweet Potato Inside and Outside the Greenhouse

HU Yixuan, TIAN Shengni, FANG Chao, HU Weiming, XI Xiaoyu, LV Mengran

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Chinese Agricultural Science Bulletin ›› 2022, Vol. 38 ›› Issue (6) : 31-36. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0296

Effects of Topdressing Types on Photosynthetic Characteristics and Yield of Purple Sweet Potato Inside and Outside the Greenhouse

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Abstract

This study explored the effects of different planting and topdressing methods on the growth of purple sweet potato, aiming to provide a theoretical basis and practical experience for topdressing and planting of purple sweet potato. ‘Jihei No.2’ purple sweet potato was used as the experimental material to study the effects of ten treatments, including topdressing of inorganic fertilizer, organic fertilizer, algal fertilizer and their combinations, on the photosynthetic characteristics and yield of purple sweet potato under greenhouse and open field cultivation. The results showed that under the greenhouse cultivation, the net photosynthetic rate of purple sweet potato was the highest under the topdressing treatment of inorganic fertilizer 33 kg/hm 2 + organic fertilizer 20 kg/hm2 + algae fertilizer 60 mL/hm2, increased by 14.98% compared with that of the control group; the fresh potato yield of each topdressing treatment group was lower than that of the control group. Under the open field cultivation, the net photosynthetic rate of purple sweet potato was the highest when the topdressing algae fertilizer was 90 mL/hm2, which was increased by 7.51% compared with that of the control; the transpiration rate and stomatal conductance were the highest under the topdressing treatment of inorganic fertilizer 33 kg/hm2 + organic fertilizer 20 kg/hm2 + algae fertilizer 60 mL/hm2, increased by 31.74% and 55.62% respectively compared with those of the control; by topdressing algae fertilizer of 60 mL/hm2, the fresh potato yield was the highest. In summary, topdressing inorganic fertilizer 33 kg/hm2 + organic fertilizer 20 kg/hm2 + algae fertilizer 60 mL/hm2 is more beneficial to photosynthesis of purple sweet potato inside and outside the greenhouse than other topdressing types, and the yield of purple sweet potato planted in greenhouse is generally lower than that in the open field.

Key words

purple sweet potato / facility cultivation / topdressing type / photosynthetic characteristics / yield

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HU Yixuan , TIAN Shengni , FANG Chao , HU Weiming , XI Xiaoyu , LV Mengran. Effects of Topdressing Types on Photosynthetic Characteristics and Yield of Purple Sweet Potato Inside and Outside the Greenhouse. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2022, 38(6): 31-36 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0296

0 引言

甘薯(Ipomoea batatas L.)系旋花科(Convolvulaceae)番薯属植物,不同品种的甘薯薯肉呈现出不同的色泽,有黄色、白色、橙色、紫色等[1,2]。薯肉颜色呈深紫色至紫黑色的甘薯被称为紫色甘薯,俗称“黑薯”,是20世纪由中国科技人员从日本川崎农场引进的一种甘薯新品种[3,4,5]。紫薯不仅具有普通甘薯的营养成分,还富含花青素、优质膳食纤维和多种天然矿物质元素如硒、钙、锌等营养物质[6,7,8]。这些营养物质具有降血压降血脂、有效改善便秘及抗氧化等功能[9,10,11,12,13]。因此,紫薯是一种集食用及保健功能为一体的高营养蔬菜[14,15,16]。
植物的生长离不开无机肥、有机肥等肥料的施用,不同类型肥料的合理配施对紫薯生理代谢、光合能力的影响尤为重要[17,18]。在外界光照充足的环境下,合理的配施氮磷钾肥可提高紫薯叶片的光合速率,促进光合物质的形成[19]。大田种植紫薯时一般先施基肥再追肥[20]。追肥可以满足紫薯后期生长的养分需求,以保证块茎的品质与产量。陈功楷等研究了追施不同浓度氮肥对甘薯功能叶片光合作用的影响,发现追施高浓度(180 mg/kg)氮肥显著提高了甘薯叶片叶绿素含量[21]。地福来藻类活性细胞生物肥是由一种高效固氮蓝藻和超强促进光合作用的小球藻与介质水组成的联合体,能够促进植物的营养吸收与转化储存,具有绿色、环保等特点[22]。王德安等[23]研究发现施用地福来藻类活性细胞生物肥的甘薯抗性增强、叶片颜色较浓且产量较常规施肥提高了8.71%。郗焕芳等[24]研究发现藻类活性细胞生物肥既能促进马铃薯的光合作用,也可以提高其淀粉含量。
光合作用是植物生长发育进程中复杂的生理代谢活动,决定了植物光合产物的积累,也是作物高产的前提[25]。目前关于追施无机肥、有机肥等肥料对紫薯光合指标影响的研究较少,且不同种植环境下追肥对紫薯光合的影响也未见研究。本文探讨了大棚和露地两种栽培模式下不同追肥类型对紫薯光合特性的影响,以期为提高大棚、露地栽培紫薯的栽培模式及施肥等提供理论依据和实践经验。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验‘济黑2号’紫薯苗来自山东省农科院。施用肥料分别为安徽省司尔特肥业股份有限公司生产的无机肥磷酸二铵（N-P2O5-K2O:15-42-0,总养分≥57.0%）、池州市农贸市场采购的有机肥菜籽饼和北京地福来科技发展有限公司生产的地福来藻类活性细胞生物肥。

1.2 试验处理

试验于安徽省池州市贵池区安徽智慧产业研究院紫薯种植基地进行。选取施以相同基肥量、长势基本一致且无病虫害的‘济黑2号’紫薯进行试验。设置10个追肥处理,分别为CK:不追肥、T1:无机肥33 kg/hm2、T2:无机肥33 kg/hm2+藻肥60 mL/hm2、T3:有机肥20 kg/hm2、T4:有机肥20 kg/hm2+藻肥60 mL/hm2、T5:无机肥33 kg/hm2+有机肥20 kg/hm2+藻肥60 mL/hm2、T6:藻肥30 mL/hm2、T7:藻肥60 mL/hm2、T8:藻肥90 mL/hm2、T9:藻肥120 mL/hm2。其中,有机肥、无机肥均采用穴状的方式施肥,藻肥以根部浇灌的方式施肥。

1.3 测定指标和计算方法

1.3.1 光合作用参数的测定 采用LI-6400型便携式光合仪,于上午9:00—11:00晴朗无风天气,选取健康藤蔓上成熟且长势相近、叶位相同的紫薯叶片（标记）,测定其净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci),每个处理3次重复。
1.3.2 叶绿体色素含量的测定 称取新鲜洗净擦干的紫薯叶片0.2 g于研钵中研磨成匀浆,过滤,定容至25 mL棕色容量瓶中。测定在波长665、649 nm下的吸光度。记录数据,并绘制图形。

2 结果与分析

2.1 不同追肥类型对大棚内外紫薯净光合速率的影响

净光合速率在一定程度上反映了植物光合作用的强弱[26]。不同栽培方式及追肥处理的紫薯净光合速率如图1所示。大棚栽培条件下,T5处理的紫薯净光合速率最大,为28.4 μmol/(m2·s),较对照显著提高14.98%。露地栽培条件下,T8处理净光合速率最大,为27.2 μmol/(m2·s),较对照显著提高7.51%。
图1 不同追肥类型对大棚内外紫薯净光合速率的影响

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大棚栽培条件下,对照组紫薯叶片净光合速率为24.7 μmol/(m2·s),T1、T4、T5、T6、T8、T9处理的紫薯叶片净光合速率依次为26.3、26.8、28.4、26.9、25.7、27.1 μmol/(m2·s),分别较对照提高了6.48%、8.50%、14.98%、8.91%、4.05%、9.72%,其中T5处理组紫薯净光合速率最大,较对照组提高了14.98%。露地栽培条件下,对照组紫薯叶片净光合速率为25.3 μmol/(m2·s),T5、T8处理的净光合速率依次为26.6、27.2 μmol/(m2·s),分别较对照依次提高5.14%、7.51%,其中T8处理净光合速率最大。相同追肥处理条件下,大棚中T1、T2、T3、T4、T5、T6、T9处理的紫薯净光合速率均高于露地,分别较露地提高了39.15%、18.42%、25.78%、6.35%、6.77%、45.41%、8.84%。
结果说明,不同栽培条件及追肥处理对紫薯的光合特征影响明显,大棚T1、T4、T5、T6、T8、T9处理;露地T5、T8处理均有效提高了紫薯叶片的净光合速率,有利于作物生长和干物质积累。在各处理组中,T5处理的净光合速率最大,对紫薯光合特征影响最为明显。T1、T2、T3、T4、T5、T6、T9 7种相同追肥处理的紫薯净光合速率均表现为大棚高于露地,表明采用大棚栽培可有效提高紫薯的光合作用效率。这主要是大棚内小气候环境差异造成的[27,28]。

2.2 不同追肥类型对大棚内外紫薯胞间二氧化碳浓度的影响

图2为不同栽培条件下紫薯的胞间二氧化碳浓度随追肥类型变化的特征。大棚栽培条件下,对照组的紫薯叶片二氧化碳浓度为266.0 μmol/mol,T1、T5、T6、T9处理的紫薯叶片胞间二氧化碳浓度均高于CK处理,依次为280.5、279.0、279.5、285.5 μmol/mol,其中T9处理最大,较对照提高7.33%。露地栽培环境下的紫薯胞间二氧化碳浓度均低于对照组,总体由大到小表现为CK、T9、T5、T8、T4、T1、T6、T7、T2、T3,对照组达到最大值276.5 μmol/mol,T3处理为最小值149.9 μmol/mol。这可能是因为露地光照强度比大棚强,消耗的CO2量较大,导致露地大部分紫薯叶片的胞间二氧化碳浓度都低于大棚[26]。在T1、T3、T4、T6、T9 5种相同追肥处理条件下的紫薯胞间二氧化碳浓度均表现为大棚高于露地。
图2 不同追肥类型对大棚内外紫薯胞间二氧化碳浓度的影响

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2.3 不同追肥类型对大棚内外紫薯蒸腾速率的影响

蒸腾速率是植物水分代谢的重要生理指标[29]。由图3可知,大棚种植条件下,对照组的紫薯叶片蒸腾速率为6.465 mmol/(m2·s),T1、T4、T5、T6、T9 5种追肥处理的紫薯叶片蒸腾速率均高于对照组,依次为7.575、7.070、8.340、8.035、8.620 mmol/(m2·s),分别较对照提高了17.17%、9.36%、29.00%、24.28%、33.33%,其中T9处理的紫薯叶片蒸腾速率最大。T7处理蒸腾速率最小,值为2.525 mmol/(m2·s),较对照降低了60.94%。露地种植条件下,T4、T5、T8、T9四种追肥处理的紫薯蒸腾速率均高于对照组,依次为5.310、6.620、6.115、6.105 mmol/(m2·s),分别较对照提高了5.67%、31.74%、21.69%、21.49%,其中T5蒸腾速率最大。T4处理的紫薯蒸腾速率最小,值为1.500 mmol/(m2·s),较对照降低了70.15%。在CK、T1、T2、T3、T4、T5、T6、T8、T9 9种相同追肥处理条件下的紫薯叶片蒸腾速率均表现为大棚高于露地。
图3 不同追肥类型对大棚内外紫薯蒸腾速率的影响

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2.4 不同追肥类型对大棚内外紫薯气孔导度的影响

图4所示为不同追肥类型对大棚内外紫薯气孔导度的影响。大棚栽培条件下,紫薯叶片气孔导度由大到小为T9、T1、T5、T4、T6、T8、CK、T3、T2、T7。大棚T9、T1、T5、T4、T6、T8处理的紫薯气孔导度依次为0.4845、0.4820、0.4455、0.4185、0.4115、0.3945 mol/(m2·s),分别较对照提高了36.29%、35.58%、25.32%、17.72%、15.75%、10.97%。露地栽培条件下,紫薯叶片气孔导度由大到小为T5、T8、T9、T4、CK、T7、T6、T1、T3、T2。露地T5、T8、T9、T4处理的紫薯气孔导度依次为0.4225、0.3710、0.3600、0.2915 mol/(m2·s),分别较对照提高了55.62%、36.65%、32.60%、7.37%。在CK、T1、T4、T5、T6、T8、T9 7种相同追肥处理条件下的紫薯叶片蒸腾速率均表现为大棚高于露地。
图4 不同追肥类型对大棚内外紫薯气孔导度的影响

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2.5 不同追肥类型对大棚内外紫薯叶绿体色素含量的影响

由表1可知,不同栽培条件和追肥处理对紫薯叶片叶绿体色素含量有显著影响。大棚栽培条件下,紫薯叶片Chl a、Chl b含量最大值分别出现在T4、T8处理,与CK差异显著,依次为2.212、1.046 mg/g,较CK显著提高了39.12%、56.82%。Chl a+b含量最大值出现在T4处理,为3.219 mg/g,较CK显著提高了44.61%。Chl a、Chl b、Chl a+b含量最小值均出现在T1处理,较CK显著降低了17.80%、16.80%、16.40%。T2、T3、T4、T5、T7、T8、T9 7种追肥处理比单施基肥的对照效果好,T1、T6处理的紫薯叶片叶绿素含量均低于对照。露地栽培条件下,Chl a、Chl b、Chl a+b含量最大值均出现在T2处理,与CK差异显著,依次为2.332、0.885、3.218 mg/g,较CK提高了35.19%、40.25%、36.59%。Chl a、Chl b、Chl a+b含量最小值均出现在T6处理,较CK显著降低了60.91%、28.53%、35.36%。T1、T2、T3、T4、T5、T7六种追肥处理比单施基肥的对照效果好,T6、T8、T9处理的紫薯叶片叶绿素含量均低于对照。紫薯叶片Chl a、Chl a+b的含量在T4、T5、T6、T8、T9 5种相同追肥处理下均表现为大棚高于露地。紫薯叶片Chl b的含量在CK、T4、T5、T6、T7、T8、T9 7种相同追肥处理下均表现为大棚高于露地。说明大棚栽培条件下的紫薯地上部分藤蔓生长较露地好。
表1 大棚、露地不同追肥处理紫薯叶绿体色素含量 mg/kg
栽培环境 处理 叶绿素a 叶绿素b 叶绿素a+b
大棚 CK 1.590±0.01e 0.667±0.01d 2.226±0.02f
T1 1.307±0.01g 0.555±0.01f 1.861±0.03h
T2 1.833±0.01c 0.759±0.02c 2.591±0.04d
T3 1.676±0.01d 0.718±0.02cd 2.394±0.03e
T4 2.212±0.01a 1.006±0.04a 3.219±0.05a
T5 2.184±0.01a 0.925±0.02b 3.109±0.03bc
T6 1.369±0.01f 0.620±0.02e 1.989±0.03g
T7 1.684±0.02d 0.721±0.02cd 2.404±0.03e
T8 2.117±0.02b 1.046±0.04a 3.163±0.05ab
T9 2.129±0.02b 0.914±0.02b 3.043±0.04c
露地 CK 1.725±0.01ef 0.631±0.02ef 2.356±0.03f
T1 1.743±0.01e 0.780±0.01bc 2.523±0.01de
T2 2.332±0.02a 0.885±0.02a 3.218±0.04a
T3 1.990±0.01b 0.768±0.01c 2.758±0.03b
T4 1.892±0.02c 0.800±0.02b 2.693±0.03c
T5 1.830±0.01d 0.657±0.01e 2.487±0.01e
T6 1.072±0.01f 0.451±0.02h 1.523±0.02h
T7 1.877±0.02c 0.700±0.01d 2.577±0.03d
T8 1.710±0.02b 0.627±0.03fg 2.337±0.05f
T9 1.420±0.00g 0.598±0.00g 2.017±0.00g
注:同列不同小写字母分别表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

2.6 不同追肥类型对大棚内外紫薯产量的影响

表2所示为大棚、露地2种种植方式下,紫薯单株鲜薯重以及产量。大棚种植条件下,T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9 9个追肥处理下的紫薯单株鲜薯重、鲜薯产量均低于不追肥的对照组且差异显著。露地种植条件下,T2、T4追肥处理的紫薯单株鲜薯产量与对照组无显著差异,其余追肥处理的紫薯单株鲜薯重均有显著差异,由高到低表现为T7>T8>T5>T1>T4>CK>T2>T6>T3>T9。T7、T8、T5、T1和T4处理的鲜薯产量依次较对照增加了62.89%、59.88%、50.99%、40.40%、1.94%。根据大棚、露地两种种植方式下追肥与紫薯单株鲜薯重的相关性分析知,大棚种植条件下,追肥与单株鲜薯重具有显著相关性,且呈极显著负相关,相关系数为-0.914**(P<0.01);露地种植条件下,追肥与单株鲜薯重呈正相关,相关系数为0.208。
表2 大棚、露地不同追肥处理紫薯块茎的产量
种植方式 处理 单株鲜
薯重/g		 折合产
量/(kg/hm2)		 鲜薯增
产率/%
大棚 CK 361.85a 160.98 —
T1 243.84bc 108.48 -32.61
T2 273.66b 121.75 -24.37
T3 212.41c 94.50 -41.30
T4 221.27c 98.44 -38.85
T5 150.02d 66.74 -58.54
T6 100.00e 44.49 -72.36
T7 149.15d 66.36 -58.78
T8 84.10e 37.42 -76.76
T9 100.31e 44.63 -72.28
露地 CK 334.89d 148.99 —
T1 470.19c 209.18 40.40
T2 326.91d 145.44 -2.38
T3 282.29e 125.59 -15.71
T4 341.40d 151.89 1.94
T5 505.66b 224.96 50.99
T6 289.20e 128.66 -13.64
T7 545.51a 242.69 62.89
T8 535.43a 238.21 59.88
T9 278.65e 123.97 -16.79

3 结论

经分析相同追肥处理下大棚、露地紫薯的光合指标及块茎产量发现,大棚中紫薯地上部分的整体长势优于露地,说明采用大棚栽培可提高紫薯的光合能力,促进地上部分藤蔓生长。大棚不追肥处理的鲜薯产量与露地不追肥处理的鲜薯产量相差不大,其余追肥处理的鲜薯产量均低于露地,说明对大棚中紫薯进行追肥处理会导致地上部分徒长从而影响了地下部分块茎膨大,使产量降低,因此大棚中种植紫薯,当施以足够的基肥时,后期则不需追肥,避免肥料滥用。露地种植紫薯时追施藻肥60 mL/hm2时增产效果最佳。

4 讨论

作物的生长发育同时受土壤肥力和小气候环境两种因素的影响[18]。大棚栽培给紫薯提供了相对密闭的生长环境,改变了其露地生长发育的小气候环境,主要包括温度、光照强度和空气相对湿度等,因此研究大棚栽培对紫薯的光合特性影响意义重大。本文以‘济黑2号’紫薯为实验材料,测定并分析了大棚内外紫薯净光合速率、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率、气孔导度、叶绿体色素含量及鲜薯产量等生理生态指标。研究得出,大棚栽培环境下,无机肥33 kg/hm2+有机肥20 kg/hm2+藻肥60 mL/hm2、藻肥120 mL/hm2 2种追肥处理下的紫薯叶片净光合速率、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率、气孔导度和叶绿体色素含量均高于对照组不追肥处理,且以无机肥33 kg/hm2+有机肥20 kg/hm2+藻肥60 mL/hm2处理效果最佳;大棚中不追肥的对照组紫薯块茎产量均显著高于其它追肥处理。露地栽培环境下,在无机肥33 kg/hm2+有机肥20 kg/hm2+藻肥60 mL/hm2追肥处理下的紫薯叶片净光合速率、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率、气孔导度和叶绿体色素含量均高于对照组不追肥处理,效果最佳;无机肥33 kg/hm2、有机肥20 kg/hm2+藻肥60 mL/hm2、无机肥33 kg/hm2+有机肥20 kg/hm2+藻肥60 mL/hm2、藻肥60 mL/hm2、藻肥120 mL/hm2 4种追肥处理下的紫薯块茎产量均提高,有助于块茎膨大生长,增产效果由高到低依次为T7>T8>T5>T1>T4>CK。

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