增施CO₂对马铃薯三膜覆盖栽培块茎产量和干物重的影响

杨小华 吴静 陈广侠 刘芳 杨元军 徐宝连

摘要：为明确山东二季作区马铃薯早春三膜覆盖栽培模式下增施CO2的适宜浓度，本试验设计T1（0μL/L，CK）、T2（600μL/L）、T3（1200μL/L）、T4（1800μL/L）、T5（2400μL/L）5个增施CO2处理，测定不同处理下马铃薯块茎产量、商品薯率、干物质和淀粉含量。结果表明，CO2增施浓度在0～1800μL/L范围内，随着CO2浓度的增加，马铃薯块茎产量显著提高，商品薯率、干物质和淀粉含量稍有提高。T4处理的666.7m2块茎产量最高（4473.2kg，较对照增产25.4%，干物质含量最高（17.12%），比对照增加1.3%。CO2增施浓度为2400μL/L时，马铃薯块茎产量和干物质含量反而有所下降。

关键词：马铃薯;CO2;块茎产量;干物重

中图分类号：S532.01文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）05-0098-04

植物光合作用过程中，CO2是必不可少的碳源之一，也是作物保护地栽培中清洁环保的气体肥料。温室环境中CO2含量较低，难以达到作物光合作用所需的适宜浓度，而在一定范围内提高CO2浓度可以弥补其中CO2不足，从而起到改善作物生长状态、提高产量和品质的作用。温室中增施CO2至800±25μmol/mol可使番茄各物候期明显提前，促进光合作用有机物积累[1]，花层和果层数量明显增加[2]，产量显著提高，与对照相比增加66.2%[3]。施CO2能有效提高大棚黄瓜叶片的净光合速率[4]，使黄瓜的株高、茎粗、可溶性糖、维生素C含量、净光合速率及产量均显著高于不增施CO2处理[5]，有效增加了黄瓜产量和效益，平均增产20.0%以上，增收25.0%左右[6]。另外长期施CO2肥，有助于提高辣椒的外观、营养品质和产量[7]，可使大棚生菜、青菜和油麦菜等叶菜类蔬菜叶片加厚，单株鲜重分别增加135.0%、322.0%和140.0%，产量分别提高127.1%、122.8%和97.9%[8]。

在马铃薯栽培过程中，增施适量CO2有增产效果[9]。Sicher等[10]持续以1倍、1.5倍和2倍于马铃薯白天环境中CO2量进行施肥，发现在1.5倍和2倍CO2浓度环境下，块茎干物质分别增加9%和40%。在氮素水平48、96kg/hm2条件下增施CO2，生育后期马铃薯生物量高于不增施CO2处理[11]。在马铃薯雾培中，增施根际CO2浓度，可使植株生长旺盛[12]。绿豆、黄豆、荞麦和马铃薯在CO2浓度小于10000μL/L时，植株高度、叶片数、叶面积等指标随浓度的升高而增大;CO2浓度大于10000μL/L时，随着浓度的升高，上述指标减小[13]。在温室条件下以组培苗为材料的研究结果显示，提高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，进而提高马铃薯单株产量和结薯数量[14]。

目前，相关研究多在实验室内进行，对生产中温室马铃薯增施CO2的效果如何没有详细报道。鉴于此，本研究设计5个不同的增施CO2浓度处理，测定并分析不同处理下的马铃薯块茎产量、商品薯率、干物质和淀粉含量，以期明确中原二季作区实际生产中马铃薯三膜栽培模式下增施CO2的适宜浓度。

1材料与方法

1.1试验材料

试验于2018年春季在济宁市农业科学研究院温室内进行。供试马铃薯品种为荷兰15G2代脱毒种薯，于内蒙基地繁种;供试CO2（钢罐气体）纯度≥99.9%，购自济宁协力特种气体有限公司。

1.2试验仪器

G1.6L膜式燃气表，德力西集团仪器仪表有限公司产品;WSD-CO2型CO2检测仪，济南威世德电子科技公司产品。

1.3试验方法

采用三膜（地膜、拱棚膜、大棚膜三膜结合）覆盖栽培方式，设5个增施CO2浓度处理（表1）。处理间用拱棚分开，1个拱棚即为1个处理，不设重复。每处理种植面积为50m2，株行距为25cm×70cm。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，2月17日开始定量增施CO2。增施时间在晴天8∶00—9∶00，每日增施，阴雨天气停止。一般情况下，每天增施1次，闭棚1～2h后放风。持续增施CO2至25℃以上。5月初，植株叶片发黄开始收獲。收获时测定马铃薯块茎产量、商品薯率和干物质重等指标。

1.4测定指标及方法

产量：每处理随机选择3个小区（小区长5m，宽1.4m）测定商品薯产量和小区产量，并折算为666.7m2产量。

商品薯率：小区收获的薯块中商品薯产量（M1）占本小区马铃薯总产量（M2）的百分数，即商品薯率（%）=M1/M2×100。商品薯标准：薯块形状为椭圆形，表皮光滑无病斑无伤口，单薯重≥50g。

干物质和淀粉含量：马铃薯收获两周内，采用水比重法测定干物质和淀粉含量[参照《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）]。

1.5数据分析

采用MicrosoftExcel2003进行数据处理并作图，利用DPS17.10软件进行方差分析。

2结果与分析

2.1不同处理对马铃薯块茎产量的影响

由图1可以看出，不同处理间马铃薯块茎产量有一定的差异，其中T2、T3、T4、T5与T1（CK）处理之间差异显著。T4处理的666.7m2产量最高，为4473.2kg，显著高于T1、T2、T5处理，比对照增产25.4%;T3处理的产量次之，但与T4差异不显著，比对照增产16.8%;T2处理的产量达到3984.3kg，比对照增产11.7%;当CO2气肥浓度为2400μL/L（T5）时，马铃薯块茎产量有所下降，为4068.5kg，但仍比对照增产显著，增产幅度达14.1%以上。表明增施CO2气肥对马铃薯产量有显著影响。

随着CO2浓度的增加，马铃薯块茎产量先逐渐增加，达到峰值后再逐渐递减，整体表现为开口向下的抛物线变化。在0～1800μL/L范围内，CO2浓度增加可提高马铃薯块茎产量，并且增产显著，并于1800μL/L时达到最高产量;当CO2气肥浓度达到或超过2400μL/L时，马铃薯生长被抑制，薯块产量有明显降低趋势。

2.2不同处理对马铃薯商品薯率的影响

由图2看出，各处理间商品薯率差异较小，其中T2、T3、T4、T5与T1（CK）差异均不显著。T4处理商品薯率最高，达到96.7%;其次是T1（CK），商品薯率为95.2%;其它处理的商品薯率较低，但均在93.0%以上。综上，增施CO2气肥对马铃薯的商品薯率虽有提高，但幅度较小，不能作为提高商品薯率的有效措施。

2.3不同处理对马铃薯干物质和淀粉含量的影响

不同处理对马铃薯块茎干物质含量的影响差异不显著，T4处理的干物质和淀粉含量最高，分别比对照T1（CK）增加1.3%、4.0%;其次是T5，干物质和淀粉含量分别增加0.8%和3.0%。试验数据显示，增施CO2气肥可以提高马铃薯干物质和淀粉含量，但差异不显著。

3讨论与结论

3.1增施CO2对马铃薯块茎产量的影响

在光照、温度、水分及营养元素满足条件下，适当增加CO2浓度能提高作物光合作用能力，促使同化物质向块茎转移和贮存，从而提高作物产量[9]。赵竞宇等[14]试验显示，在温室条件下以组培苗为材料，提高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，进而提高马铃薯单株产量和结薯数量。Kimball[15]研究指出，提高一定的CO2浓度，作物平均减少10%的蒸腾作用;C3作物的生物量和产量均有增加，产量增加19%左右。以上研究与本试验结果基本相符，即随着CO2气肥浓度的增加，可显著提高马铃薯块茎产量。

本试验得出马铃薯产量随CO2增施浓度的增加而提高，并在1800μL/L时达到最高值;当CO2气肥浓度达到或超过2400μL/L时，马铃薯产量有明显的降低趋势。这与前人研究结果相似：增施CO2浓度过高（达CO2饱和点），同化产物则较多地分配在茎叶中，作物产量仍得不到提高[9]。

3.2增施CO2对马铃薯块茎商品薯率和干物质含量的影响

在黄土高原半干旱区，气温增高不利于马铃薯块茎的膨大，会导致块茎膨大期薯块生长停滞，形成畸形薯块，而在增温的同时提高CO2浓度，可以使马铃薯叶片净光合速率和水分利用效率提高，干物重积累增多[16]。随着CO2气肥浓度的逐渐增加，马铃薯的商品薯率和干物重有所提高。

C3作物中的绿豆、黄豆、荞麦和马铃薯干物重随CO2浓度的升高逐渐增大，超过一定浓度时减小[13]。本试验结果表现出相同的变化趋势：随着增施CO2浓度的升高，干物重先增大后减小，但效果不显著。

3.3马铃薯产量最高值所增施CO2的最大浓度

对于增施CO2的浓度，前人研究结果各不相同。植株生长发育最好、产量最高的CO2增施浓度处理为900μL/L;1600μL/LCO2浓度处理的产量较低[9]。在C3植物中，绿豆、黄豆、荞麦和马铃薯的植株高度、叶片数、叶面积达到峰值时，所增施的CO2浓度拐点为10000μL/L[13]。而本研究中，马铃薯块茎产量达最高值所增施CO2气肥浓度为1800μL/L，马铃薯产量下降明显的CO2浓度为2400μL/L，与前人研究有所不同。基于此，有必要进一步探索马铃薯增施CO2气肥的浓度范围，以便于更好地提高马铃薯块茎产量。

在中原二季作区马铃薯三膜覆盖栽培中，合理浓度范围内增施CO2气肥，能够有效地提高作物光合作用能力，促使同化物质向块茎转移和贮存，从而提高马铃薯产量，商品薯率也有所提高。因此，为提高本地区三膜栽培模式下马铃薯的产量和产值，可选择在适量浓度范围内增施CO2，但对于马铃薯增施的CO2最高浓度值（饱和点）目前还不能确定，有待于进一步探索研究。

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