增施CO2马铃薯生长发育动态变化研究

杨小华 吴静 徐宝连

摘要 为探索出鲁西南二季作区早春三膜栽培模式下增施CO2气肥对马铃薯生长发育的影响，设计CK（不施CO2）和增施CO2（液化气燃烧法）2个处理。每隔6 d收获一次，随机收获3株，测定单株马铃薯株高、株幅、叶面积、植株鲜重和干物质率、块茎鲜重和干物质率等指标的动态变化。结果表明，随着增施CO2量的增加，地上部生物量和叶面积比CK增长显著;单株块茎增产极显著，平均增幅达43.3%。

关键词 马铃薯;CO2;生长;发育;动态变化

中图分类号 S532  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2020）21-0162-03

Abstract To explore the effects of CO2 for threefilm mulching cultivation of potatoes in the early spring under the potato double cropping mode of Southwest Shandong Province. Two treatments， CK （without CO2） and CO2 （liquefied gas combustion method）， were designed in this experiment. Three plants were harvested randomly every six days. The dynamic changes of individual potato plant were determined， including plant height， plant width， leaf area， fresh weight and dry matter rate of aboveground part，fresh weight and dry matter rate of underground tuber. The results showed that the above ground biomass and leaf area increased significantly compared with CK， with the continuous application of CO2， and the yield of tuber per plant increased significantly， with an average increase of 43.3%.

Key words Potato;CO2;Growth;Development;Dynamic changes

基金項目 山东省现代农业产业技术体系薯类产业创新团队项目（SDAIT-16-15）。

作者简介 杨小华（1975—），女，山东济宁人，农艺师，从事蔬菜育种与栽培技术研究。

*通信作者，研究员，从事蔬菜育种与栽培技术研究。

收稿日期 2020-03-30

近年来，中原二季作区大、中棚和多膜覆盖马铃薯栽培面积逐年扩大，其中以鲁西南地区三膜覆盖模式越来越多。在现代设施种植中，由于空间相对密闭，空气流通不畅，CO2缺乏现象较为严重，人为增施CO2已成为设施栽培的一项重要技术措施。CO2是光合作用的重要原料之一，是光合作用得以进行的物质基础[1]，设施黄瓜、番茄、辣椒以及叶菜类增施CO2可增强光合作用，使植株健壮，有效地提高作物品质和产量[2-8]。但在鲁西南二季作区三膜栽培模式下加施CO2气肥，对马铃薯植株生长发育变化动态的研究鲜见报道，因此，笔者对山东省济宁地区三膜栽培模式下的马铃薯进行增施CO2气肥，进而测定马铃薯植株和块茎相关性状指标的变化。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

供试马铃薯品种为“荷兰15”G2代脱毒种薯，于内蒙古基地繁种;供试肥料二氧化碳由ZC-3型大棚植物增产器（大连创科君英科技发展有限公司）燃烧液化气的方式提供，可提供300 L/h CO2。

1.2 试验设计

于2018年春季在山东济宁市农业科学研究院的马铃薯试验基地进行，采用三膜覆盖的栽培方式：地膜、拱棚膜、大棚膜三膜结合。试验设置增施CO2和CK（不增施CO2）2个处理，处理间用拱棚分开，1个拱棚即为1个处理，不设重复。每个处理种植面积为150 m2，行距为70 cm，株距为25 cm。2017年12月22日马铃薯种薯切块催芽，2018年1月9日播种，2月8日马铃薯出齐苗，开始增施CO2。一般情况下，增施时间在晴天的08：00—09：00，每日增施CO2气肥1 h，然后闭棚1～2 h后放风。阴雨天气，停止增施。持续施CO2气肥至气温升至25 ℃以上。增施CO2肥30 d后，即3月8日开始收获调查，至4月19日，平均每隔6 d收获一次，每次随机收获3株，进行马铃薯单株指标的测定：株高、株幅、叶面积、地上部分单株鲜重;地下茎长度;单株块茎数量和重量;单株地上部分和块茎干物质率。4月21日，植株叶片发黄时收获。

1.3 测定指标与方法

株高：用直尺测量植株地上部最高主茎的基部至生长点的长度（“农作物种质资源规范与标准∣第三次全国种质资源普查与收集行动—中国作物种质资源”）。

株幅：用直尺测量的植株地上部分最大宽度。

叶面积：使用叶面积仪对叶片进行拍照测量，并记录统计单株叶面积[9]。

干物质：植株地上部取样清洁后，于105 ℃进行样品杀青，80℃下烘干至恒重后称重[10]。块茎切丝混匀，称重取样150 g，采取相同方法烘干测定其干物质含量[10-11]。采用YMJ-A型号的叶面积测定仪（浙江托普仪器有限公司）测定叶面积;采用YP1201N电子天平（上海舜宇恒平科学仪器有限公司）测定重量;采用DHG-9623A型号的电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）烘干植株地上部分和块茎。

1.4 数据分析

试验数据应用Excel 2003处理并作图。

2 结果与分析

2.1 株高、株幅和地下茎长度

由图1可知，在整个调查过程中，随着增施CO2，马铃薯不断地生长，植株株高和株幅呈不断升高的趋势，4月19日调查结果达最高;CK的变化趋势与之相同。增施CO2的马铃薯植株株高均比CK显著增加，最小增加幅度在21.6%以上，最大增幅达43.0%;植株的株幅比CK同样有所增加，增长幅度平均为5.5%。马铃薯地下茎长度保持在10 cm左右，无显著变化。说明长期增施CO2可以促进马铃薯植株地上部分的生长，提高植株的高度和宽度，扩大植株的见光面积，以更好地吸收外界营养;马铃薯地下茎的生长无显著变化，不受CO2增加的影响。

2.2 侧枝和块茎数量

图2表明，无论增施CO2与否，不同时期马铃薯的侧枝数量基本保持在1～2个，与CK差别不大;同样，增施CO2马铃薯的块茎数量与CK基本持平，随着植株的生长有所增加，到生长中期后，块茎数量无显著变化，块茎数量在3个左右。说明增施CO2对马铃薯的侧枝和块茎数量没有太大影响。

2.3 叶面积

从图3可以看出，在整个调查期内，增施CO2和对照2个处理的馬铃薯叶面积变化趋势均表现为开口向下的抛物线形式。马铃薯生长前期，叶面积呈逐渐增加趋势;在4月12日即马铃薯出苗60 d后，叶面积达最大值，之后呈下降趋势。增施CO2的马铃薯叶面积显著高于CK，增长率最少为31.1%，最高则为80.6%。说明通过增施CO2能够显著提高马铃薯的叶面积，至马铃薯生长后期，地上器官逐渐衰老，植株叶面积有所下降。

2.4 鲜重

从图4可以看出，在整个生长过程中，增施CO2和CK 2个处理的马铃薯地上部鲜重，呈双峰曲线变化趋势。其中增施CO2的马铃薯植株鲜重在3月8日至3月15日表现为增长趋势，后逐渐下降至3月29日;自3月29日植株鲜重再次增长，直至 4月12日达到最大值后，再次下降。且增施CO2的马铃薯地上部鲜重比CK增加显著，增长值在15.1%以上。另外，在马铃薯整个调查期内，2个处理的块茎产量整体处于增长状态，4月5日后块茎产量增长较快，至4月19日调查最后一次达到最大值。调查过程中，增施CO2的马铃薯块茎产量均比CK较高，平均增加43.3%。3月8日，即施肥30 d后马铃薯块茎产量为124.0 g，比对照增长25.3%。截至4月19日，单株块茎产量达最高，CK单株产量为427.9 g，增施CO2的马铃薯块茎产量为662.3 g，比对照增加54.8%。

综上，在整个马铃薯生长发育过程中，地上部和块茎生长趋势不受增施CO2的影响，但增施CO2可以明显地促进两者的生长，提高马铃薯植株的生长速度，增加块茎产量。

2.5 干物重

从图5可以看出，增施CO2和CK 2个处理的植株干物质含量，在调查前期增加较快，随着植株生长，干物质率有一个先下降后增长的过程。2个处理的马铃薯块茎，调查前期增长较快，变化显著，随着植株生长，干物质率有所增加，但增长平缓，不显著。植株和块茎的干物质率在2个处理间变化不大，增长不显著。

3 讨论

3.1 地上部

CO2浓度倍增，在一定程度上可促进小麦、棉花、大豆等作物植株生长[12]。与对照相比，补施CO2的黄瓜株高增加了10.7%[13]。CO2施肥浓度在1 000 μL/L 以下，随着浓度的增加，绿豆、黄豆、荞麦和马铃薯形态指标变化明显，生长越来越茂盛，植株也越来越高[14]。赵竞宇等[15]研究发现在整个生育时期内，马铃薯植株株高呈随生育进程增加的趋势，增施CO2浓度显著影响植物的同化作用及生长速度，促进马铃薯植株的生长，且随着增施CO2量的增加，株高呈递增趋势。该试验发现，在马铃薯整个生长过程中，随着不断地增施CO2，植株生长旺盛，株高和株幅逐渐增大，地上部分鲜重呈先增长再下降，而后再次增长后下降的趋势增加且增长显著。

在设施保护地栽培过程中研究发现，补施CO2气肥，能极显著地提高茄果类和绿叶蔬菜的生长发育和产量[16]，即利于植株地上部生长。这与该试验结果有部分相似，增施CO2的马铃薯地上部分鲜重生物量较对照增加显著。

3.2 叶面积

CO2浓度升高后，谷子叶面积增加，而黄瓜和番茄植株叶面积的增加达显著水平[13，17]。CO2施肥浓度在1 000 μL/L以下，随着浓度的增加，绿豆、黄豆、荞麦和马铃薯形态指标变化明显，叶面积也越来越大[18]。赵竞宇等[15]研究发现，在一定范围内增施CO2，不仅提高了马铃薯叶片的光合速率且具持续性，而且显著提高了马铃薯植株的叶面积，增加光合面积和绿叶维持时间。该试验结果与以上研究相似，增施CO2的马铃薯叶面积均高于对照，使得马铃薯植株整体光合性能得以进一步提升，为马铃薯产量的增加提供基础。

随着马铃薯生育进程的推移，植株叶面积呈增加趋势，增施CO2和对照2个处理变化趋势相同，均在移苗后60 d达到最大值，60 d后随着马铃薯地上器官的衰老，植株的叶面积呈降低趋势[18]。与该试验结果相同，2个处理的马铃薯叶面积变化趋势均表现为开口向下的抛物线形式，马铃薯生长前期，增施CO2和对照叶面积呈逐渐增加趋势，在4月12日（即出苗60 d）叶面积达到最大值，之后呈下降趋势。

3.3 地下茎和块茎

该试验中马铃薯地下茎长度一般保持在10 cm左右，与培土深度基本一致，CO2的增施与否对马铃薯地下茎的生长无显著影响。另外在整个调查期内，2个处理的马铃薯单株块茎数呈递增趋势，受CO2增施的影响不显著。而赵竞宇等[15]研究发现，随着环境中CO2量的增加，增施CO2处理的单株结薯数显著大于CK，与该试验结果有所不同。

适当地增加环境中CO2浓度，可持续提高马铃薯叶片光合速率、扩大光合面积、延长光合时间[18]，促使同化物质向块茎的转移和贮存，从而增加马铃薯产量[19]。Kimball[20]研究指出，提高一定量的CO2浓度，作物平均减少了10%的蒸腾作用，其中C3作物生物量和产量均有增加，产量增加19%左右。该试验中增施CO2的马铃薯单株块茎增产极显著，平均增幅达43.3%。

3.4 干物重

CO2浓度倍增，有利于作物干物质形成，无论地下还是地上部分以及总生物量基本上呈增加趋势，其中根的增加较明显[12]。补施CO2的黄瓜干物重增加了31.4%，达极显著水平[13]。在施氮量固定的情况下，在播种后第130天，增施CO2的马铃薯全株干物质质量高于不增施CO2处理[21]。而该试验发现，植株和块茎的干物质含量在2个处理间变化不大，有所增长，但不显著。与前人的研究结果有所不同，这需要进一步探索CO2对马铃薯生长发育的影响。

参考文献

[1]曾青，朱建国，刘刚，等.开放式空气CO2浓度增高条件下C3作物（水稻）与C4杂草（稗草）的竞争关系[J].应用生态学报，2002，13（10）：1231-1234.

[2]王迪轩.二氧化碳气肥在蔬菜生产中的应用[J].农业科技与信息，2004（10）：8.

[3]刘洋，孙胜，邢国明，等.不同浓度CO2施肥对温室黄瓜生长与产量的影响[J].山西农业大学学报（自然科学版），2018，38（2）：53-58.

[4]刘佰志.大棚黄瓜二氧化碳气体施肥效果试验[J].农业科技通讯，2010（4）：76-77.

[5]孙潜，崔世茂，宋阳，等.内保温日光温室光温性能及增施二氧化碳对黄瓜生长发育的影响[J].北方园艺，2016（9）：50-55.

[6]王立革，郭珺，韩雄，等.增施CO2对设施土壤栽培番茄的生长、产量和养分吸收特性的影响[J].中国土壤与肥料，2018（6）：174-181.

[7]杨志刚.长期CO2加富对温室辣椒结果期生长的影响及生理基础研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2016.

[8]张树生，梅淑芳，赵华，等.有机废弃物发酵加富大棚CO2对叶菜类蔬菜生长的影响[J].广东微量元素科学，2011，18（8）：27-32.

[9]曹栎，赵小光，王竹云，等.甘蓝型油菜叶面积测定方法的研究[J].江西农业学报，2018，30（8）：33-36.

[10]高阳，傅积海，章建新，等.施氮量对滴灌高产春大豆干物质积累及转运特性的影响[J].中国农业大学学报，2018，23（12）：21-30.

[11]贾赵东，马佩勇，边小峰，等.不同施磷水平下甘薯干物质积累及其氮磷钾养分吸收特性[J].西北农业学报，2016，29（6）：1358-1365.

[12]王春乙，潘亚茹，白月明，等.CO2浓度倍增对中国主要作物影响的试验研究[J].气象学报，1997，55（1）：86-94.

[13]崔庆法，王静.补施CO2对日光温室黄瓜生长的影响[J].西北植物学报，2003，23（1）：39-43.

[14]张硕，庄亚其，刘桂良，等.有机废弃物生物发酵CO2施肥对大棚樱桃番茄的效果[J].浙江农业科学，2010，58（1）：24-27.

[15]赵竞宇，刘广晶，崔世茂，等.增施CO2对马铃薯植株光合特性及产量的影响[J].作物杂志，2016（3）：79-83.

[16]刘志华，蒋海燕，程建峰.CO2肥对保护地茄果类蔬菜光合作用和产量形成的效应[J].安徽农学通报，2009，15（5）：81-83，87.

[17]高宇，崔世茂，宋阳，等.CO2加富对番茄幼苗生长及光合特性的影响[J].江苏农业科学，2018，46（24）：147-149.

[18]吴江莉.高浓度CO2对C3作物生长发育的影响研究[D].西安：西北大学，2013.

[19]白鸣祺，王芳.增施CO2對马铃薯生长发育及产量的影响[J].黑龙江气象，2000（2）：23-24，26.

[20]KIMBALL B A.Crop responses to elevated CO2 and interactions with H2O，N，and temperature[J].Current opinion in plant biology，2016，31：36-43.

[21]李晓静，樊明寿.增施CO2对设施马铃薯生长及氮素积累的影响[J].华北农学报，2011，26（4）：174-177.