全 文 ：　文章编号 :100028551 (2001) 0420232205
土壤通气性对甘薯养分吸收、14 C2同化物
分配及产量的影响
史春余　王振林　郭风法　余松烈
(山东农业大学农学系 ,山东 泰安　271018)
摘 　要 :选用鲁薯 7 号和徐薯 18 为材料 ,研究了土壤通气性对甘薯无机养分吸收、14 C2
同化物分配和块根产量的影响。结果表明 :改善土壤的通气性可以增加叶片中钾、
钙、锰、硼和锌的含量 ,增加块根中钾和钙的含量 ,减少块根中锰、硼和锌的含量 ,促进
14 C2同化物由叶片向块根的运转和分配 ,提高块根中淀粉含量 ,极显著地提高了块根
的产量。本文讨论了矿质元素在促进14 C2同化物由叶片向块根运输中的作用。
关键词 :甘薯 ;土壤通气性 ;块根产量 ;矿质元素
收稿日期 :2000207213
作者简介 :史春余 (1964～) ,男 ,山东莒南人 ,博士 ,山东农业大学农学院副教授 ,中国农科院土肥所博士后 ,从事作物营
养生理和作物生态研究
土壤通气性是影响甘薯块根膨大和块根产量的主要环境因素 ,华北地区甘薯生长中期块
根膨大缓慢与降雨量偏多、土壤通气性不良有密切关系[1 ] 。一般认为 ,改善土壤通气性有利于
甘薯块根膨大并提高块根产量[1 ,2 ,7 ,8 ] 。但是 ,有关改善土壤通气性提高甘薯产量的生理机制
及对土壤通气性与甘薯矿质营养生理关系的研究较少。研究主要集中在氮、磷、钾三要素上 ,
而且结论不一[2 ,8 ] 。本文通过微区试验探讨土壤通气性对甘薯氮、钾、钙、锌等无机养分吸收和
14 C2同化物分配及产量的影响 ,旨在为甘薯高产高效栽培提供理论依据。
1 　材料及方法
111 　材料与试验设计
试验在山东农业大学校内网室试验地进行。试验地土壤养分状况为 :有机质 1136 % ,水
解氮 9017μgΠg ,速效磷 5110μgΠg ,速效钾 6915μgΠg。供试甘薯 ( Ipomoea batatas L. Lam. )品种为较
耐肥的徐薯 18 和耐瘠薄的鲁薯 7 号。
试验共设置 3 个处理 :紧实区、标准区和疏松区 ,编号分别为 A、B 和 C。其中标准区为试
验地土壤自然形成 ,作为试验的对照区 ;紧实区用试验地土壤压实而成 ;疏松区用试验地土壤、
肥土和砂子混合而成 ,混合的标准是使疏松区土壤的有机质含量与标准区土壤的有机质含量
一致。然后将 3 个处理土壤的速效氮、磷、钾含量调节至基本一致。用油毡纸将微区之间隔
开 ,小区面积 312 ×3m2 。5 月 16 日栽秧 ,行距 80cm ,株距 25cm。不同处理的土壤物理性状见
表 1。
232 　核 农 学 报　2002 ,16 (4) :232～236Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
表 1 　不同处理土壤的物理性状
Tabel 1 　Physical characteristics of the soil
处理
treatment
土层
soil layer
(cm)
土壤比重
soli specific
gravity(gΠcm3) 土壤容重bulk density(gΠcm3) 总孔隙度total porosity( %) 毛管孔隙capillary porosity( %) 非毛管孔隙non2capillaryporosity( %)
A 6～10 2. 69 1. 67 37. 93 33. 76 4. 17
21～25 2. 65 1. 65 37. 62 34. 03 3. 59
B 6～10 2. 68 1. 20 55. 21 41. 09 14. 12
21～25 2. 67 1. 23 53. 85 41. 62 12. 23
C 6～10 2. 64 1. 21 54. 27 30. 23 24. 05
21～25 2. 63 1. 24 52. 85 33. 99 18. 86
112 　测定方法
11211 　干物质和产量 　栽秧后 84d (甘薯生长中期)取样 ,分叶片、叶柄、茎和块根烘干称重 ,干
样用于分析无机养分的含量 ;收获期测定鲜薯的产量和出干率 ,块根干样用于分析淀粉含量。
11212 　14 CO2 标记和测定 　栽秧后 82d (甘薯生长中期) 选择生长一致的单株于主茎第 4、5 个
展开叶上标记14 CO2 。标记前将欲标记叶用聚氯乙烯透明塑料薄膜袋密封 ,然后用医用注射器
注入等量14 CO2 ,强度为 160μCiΠL。在上午 10～11 时自然光照下光合同化 30min。标记后 3d 取
样 ,分部位杀死 ,于 60～70 ℃下烘干、称重 ,然后剪碎、磨成粉状 ,取 50mg 样品在 FJ22101 型液
体闪烁计数器上测定样品的放射强度 ,然后换算成各部位放射强度占全株总放射强度的百分
数 ,以观察分析功能叶片14 C2同化物在植株各器官间的分配变化。
11213 　淀粉含量 　经酸水解后 ,采用蒽酮比色法测定淀粉含量[3 ,4 ] 。
11214 　植株氮、钾、钙、硼、锰、锌含量 　氮和钾的测定采用联合消煮法 ,半微量凯氏定氮法测
全氮含量 ,火焰光度法测全钾含量。钙、硼、锰、锌含量用稀盐酸浸提 ICP2AES 法测定[5 ] 。
2 　结果与分析
211 　植株矿质元素含量
21111 　氮、钾和钙 　从栽秧后 84d 甘薯各器官氮、钾和钙的含量 (表 2) 可以看出 ,降低土壤的
通气性 (A) ,两个品种各器官的氮、钾含量都明显增加 ,叶片、叶柄和块根的含钙量也明显增
加 ;改善土壤的通气性 (C) ,鲁薯 7 号各器官的含氮量增加 ,徐薯 18 各器官的含氮量下降 ,两个
品种各器官的含钾量以及叶片、叶柄和块根的含钙量均增加。初步分析认为 ,降低土壤通气性
使植株氮、钾、钙含量增加可能与植株干物质积累量太少及土壤养分含量相对过剩有关 ;而改
善土壤通气性使植株钾、钙含量增加可能与甘薯根系吸收能力提高有关。改善土壤的通气性 ,
两个品种植株含氮量的变化表现不一 ,可能是前人所得结论不一致的原因之一。
21112 　锌、硼和锰 　锌、硼、锰是植物生长发育所必需的矿质元素[6 ] 。表 3 为栽秧后 84d 甘薯
叶片和块根中锌、硼和锰的含量。从表 3 看出 ,甘薯叶片中锌、硼和锰的含量均高于块根 ;降低
土壤通气性对两个品种叶片中锌、硼、锰含量的影响不大 ,而使块根中锌、硼、锰的含量大幅度
提高 ;改善土壤的通气性两个品种叶片中锌、硼、锰的含量明显增加 ,块根中锌、硼、锰的含量明
显降低。改善土壤的通气性增加叶片锌、硼、锰的积累量 ,降低块根锌、硼、锰的积累量 ,可能对
332　4 期 土壤通气性对甘薯养分吸收、14C2同化物分配及产量的影响
甘薯产量的形成有某种特殊的生理意义。
表 2 　土壤通气性对甘薯各器官氮、钾、钙含量的影响(占干重 %)
Tabel 2 　Effects of the soil aeration on N ,K and Ca content of different organs in sweet
potato plants (in dry weight %)
元素
element
器官
organs
鲁薯 7 号 Lushu 7 徐薯 18 Xushu 18
A B C A B C
N 叶片 leaves 5. 06 4. 60 5. 15 4. 81 4. 42 4. 20
叶柄 petioles 2. 73 1. 44 2. 12 1. 66 1. 55 1. 37
茎 stems 2. 24 1. 44 2. 28 2. 03 1. 66 1. 57
块根 storage roots 1. 09 0. 87 1. 42 1. 24 0. 96 0. 84
K 叶片 leaves 2. 68 2. 36 2. 51 2. 48 2. 32 2. 47
叶柄 petioles 3. 53 3. 20 3. 29 4. 41 3. 82 3. 93
茎 stems 1. 73 1. 33 1. 45 2. 60 1. 81 2. 03
块根 storage roots 0. 80 0. 77 0. 87 1. 62 0. 85 0. 93
Ca 叶片 leaves 1. 95 1. 25 1. 87 1. 46 1. 17 1. 21
叶柄 petioles 3. 24 2. 52 2. 91 2. 42 2. 41 2. 58
茎 stems 1. 26 1. 50 1. 41 1. 24 1. 60 1. 28
块根 storage roots 1. 36 0. 34 0. 45 1. 36 0. 40 0. 48
表 3 　土壤通气性对叶片和块根锌、硼、锰含量的影响
Tabel 3 　Effects of the soil aeration on Zn ,B and Mn content
of leaves and storage roots (μgΠg)
品种
variety
处理
treatment
Zn B Mn
叶片
leaves
块根
storage roots
叶片
leaves
块根
storage roots
叶片
leaves
块根
storage roots
鲁薯 7 号
Lushu 7
A 31. 17 27. 85 65. 14 13. 06 60. 76 12. 56
B 31. 86 18. 68 65. 86 6. 20 57. 70 6. 03
C 36. 33 14. 94 70. 28 4. 13 64. 87 5. 05
徐薯 18
Xushu 18
A 26. 09 24. 62 44. 99 17. 88 41. 27 12. 69
B 26. 52 19. 45 45. 36 11. 79 38. 88 6. 37
C 28. 89 16. 82 53. 78 8. 69 46. 18 4. 54
212 　功能叶14 C2同化物运转分配
表 4 是栽秧后 82d 功能叶14 C2同化物的分配状况。降低土壤通气性 ,两个品种功能叶14 C
同化物向块根的分配均明显减少 ,鲁薯 7 号主要分配在上部叶片中 ,徐薯 18 主要分配在上部
叶片和下部叶片中 ;改善土壤通气性 ,两个品种功能中14 C2同化物向块根的分配均明显增加 ,
鲁薯 7 号增加了 110184 % ,徐薯 18 增加了 41189 %。说明改善土壤通气性有利于光合产物由
叶片向块根的运输。
213 　块根产量与淀粉含量
从表 5 看出 ,降低土壤通气性 (A) ,鲜薯产量和出干率均极显著下降 ;改善土壤通气性
(C) ,极显著地提高了两个品种的鲜薯产量 ,鲁薯 7 号增产 70108 % ,徐薯 18 增产 22186 % ,鲁薯
7 号的增幅明显高于徐薯 18 ,与功能叶14 C2同化物在块根中分配率的变化特点一致 ;但是 ,改善
土壤通气性 ,出干率下降 ,其原因有待于进一步研究。从表 5 还可以看出 ,降低土壤通气性 ,两
432 核　农　学　报 16 卷
个品种块根的淀粉含量明显降低 ;而改善土壤的通气性 ,可以提高两个品种块根的淀粉含量。
表 4 　土壤通气性对功能叶14 C2同化物分配的影响
Tabel 4 　Effects of the soil aeration on the distribution of 14 C2assimilates
of functional leaves ( %)
器官
organ
鲁薯 7 Lushu 7 徐薯 18 Xushu 18
A B C A B C
标记叶
labeled leaves 0. 24 21. 53 22. 69 0. 92 10. 81 19. 70
标记柄
labeled petioles 8. 86 15. 17 31. 01 14. 02 7. 59 2. 42
上部叶
upper leaves
75. 37 2. 69 5. 51 49. 04 9. 84 12. 60
上部柄
upper petioles
1. 12 2. 82 1. 87 4. 28 3. 29 3. 91
上部茎
upper stems
2. 26 6. 48 2. 70 5. 16 10. 73 7. 71
下部叶
lower leaves
6. 99 31. 74 5. 71 24. 58 13. 22 0. 63
下部柄
lower petioles
0. 56 1. 16 5. 14 0. 42 1. 81 0. 50
下部茎
lower stems
3. 50 9. 09 6. 72 1. 26 14. 78 12. 90
块根
storage roots
1. 10 9. 32 19. 65 0. 32 27. 93 39. 63
表 5 　土壤通气性对甘薯块根产量与淀粉含量的影响
Tabel 5 　Effects of the soil aeration on fresh yield and starch content in storage roots
品种
variety
处理
treatment
鲜薯产量
fresh yield ( ×1000kgΠhm2) 出干率dry matter ( %) 淀粉含量 (占干重 %)starch content (in dry weight %)
鲁薯 7 号
Lushu 7
徐薯 18
Xushu 18
A 3. 789cC 25. 95cB 40. 60cC
B 44. 63bB 30. 17aA 51. 26bB
C 75. 90aA 28. 93bA 57. 54aA
A 1. 660cC 21. 76cC 41. 23cC
B 41. 83bB 30. 96aA 50. 78bB
C 51. 39aA 27. 15bB 55. 96Aa
3 　讨 　论
本研究结果表明 ,降低土壤的通气性 ,甘薯块根膨大过程中功能叶14 C2同化物向块根的分
配明显减少 ,块根淀粉含量下降 ,块根产量和出干率极显著地降低 ;改善土壤的通气性 ,功能叶
14 C2同化物向块根的分配明显增多 ,块根淀粉含量增加 ,极显著地提高了块根的产量。说明光
合产物由叶源向块根库运输的效率得到提高是改善土壤通气性提高块根产量的重要原因。
前人的研究表明 ,甘薯植株积累较多的钾有利于光合产物由地上部向地下部运输 ,提高干
物质在块根中的分配率[10 ] 。本试验表明 ,改善土壤的通气性 ,不但可以增加植株钾的含量 ,而
532　4 期 土壤通气性对甘薯养分吸收、14C2同化物分配及产量的影响
且增加了植株中钙的含量。钙是植物细胞分裂所必需的[6 ] ,块根中钙含量的增加可能有利于
提高块根库的活性。因此 ,增加植株钾、钙含量可能是改善土壤通气性提高光合产物运输效率
的原因之一。锌、硼、锰等微量元素都是许多酶系统的活化剂 ,对于碳水化合物的运输是必不
可少的 ,例如锰有利于淀粉酶活动 ,促进淀粉分解和糖类转移[6 ] 。本试验表明 ,改善土壤的通
气性 ,可以增加叶片中锌、硼和锰的含量 ,降低块根中锌、硼和锰的含量。叶片中锌、硼和锰含
量较高 ,有利于叶片中碳水化合物的输出 ,而块根中锌、硼和锰含量较低 ,对块根中淀粉的合成
有利 ,因此 ,这可能是改善土壤通气性提高甘薯光合产物运输效率的又一个原因。
本研究从矿质营养的不同角度揭示了改善土壤通气性提高光合产物运输效率并提高产量
的原因 ,对钙、锌、硼、锰在促进甘薯光合产物由叶片向块根运输中的作用有了初步的认识。但
对其在光合产物运输中的作用机理以及生产中如何施用钙、锌、硼、锰等均有待深入研究。
参考文献 :
[ 1 ] 　江苏农科院 ,山东农科院主编. 中国甘薯栽培学. 上海 :上海科学技术出版社 ,1984
[ 2 ] 　王树钿 ,于作庆. 甘薯在不同土壤条件下高产规律的初步研究. 中国农业科学 ,1981 (1) :49～55
[ 3 ] 　何照范. 粮油子粒品质及其分析技术. 北京 :农业出版社 ,1985
[ 4 ] 　上海植物生理学会. 植物生理学实验手册. 上海 :上海科学技术出版社 ,1985
[ 5 ] 　何承顺. 稀盐酸浸提 ICP - AES测定果树叶片的营养元素. 山东农业大学学报 ,1988 ,19 (2) :67～71
[ 6 ] 　北京农业大学. 植物生理学. 北京 :农业出版社 ,1982
[ 7 ] 　渡　和之. Effects of the capacity and composition of soil air on the growth and yield of sweet potato plants 日作记 ,1964 ,33 (4) :
418～422
[ 8 ] 　渡　和之. Effects of the different soil structures on a few physiological characters of sweet potato plants. 日作记 ,1965 ,34 (4) :409
～412
[ 9 ] 　江原熏. Effect of atmospheric humidity and soil moisture on the translocation of sucroce214 C in the sweet potato plant . 日作记 ,
1962 ,31 (1) :41～44
[10 ] 　津野幸人. 藤濑一马. The effect of potassium on the dry matter production of sweet potato. 日作记 ,1964 ,33 :236～241
EFFECTS OF THE SOIL AERATION ON NUTRIENT ABSORPTION ,14 C2ASSIMILATES
DISTRIBUTION AND STORAGE ROOT YIELD IN SWEET POTATO
SHI Chun2yu 　WANG Zhen2lin 　GUO Feng2fa 　YU Song2lie
( Shandong Agricultural University , Taian , Shandong prov. 　271018)
ABSTRACT :Using Ipomoea batatas ( L. ) Lam. cv Lushu7 and Xushu18 as materials ,the effect of
the soil aeration on mineral nutrition absorption , 14 C2assimilates distribution in storage roots and
storage root yield were studied. The results showed that the improved soil aeration could increase
the content of potassium ,calcium , manganese , boron and zinc in leaves , increase the content of po2
tassium and calcium in storage roots , decrease the content of manganese , boron and zinc in storage
roots , improve the transportation of 14 C2assimilates , increase the starch content of storage roots
and signif icantly increase the storage root yield. The role of mineral elements on improving the
transportation of 14 C2assimilates was discussed.
Key words :sweet potato ;soil aeration ; storage root yield ; mineral elements
632 Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2002 ,16 (4) :232～236