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2018 Volume 40 Issue 5
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Yi DING, Hao ZHANG, Ji-chun WANG, et al. Effects of Soil Thickness and Bulk Density on Root Growth and Root Earthnut Quality of Sweet Potato[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2018, 40(5): 1-7. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2018.05.001
Citation: Yi DING, Hao ZHANG, Ji-chun WANG, et al. Effects of Soil Thickness and Bulk Density on Root Growth and Root Earthnut Quality of Sweet Potato[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2018, 40(5): 1-7. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2018.05.001
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Effects of Soil Thickness and Bulk Density on Root Growth and Root Earthnut Quality of Sweet Potato

  • College of Agronomy and Biotechnology, Southwest University, Chongqing 400715, China

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  • Corresponding author: Ji-chun WANG ; 
  • Received Date: 21/08/2017
    Available Online: 20/05/2018

  • MSC: S531

  • In order to improve the yield and benefit of sweet potato crops, the effects of soil bulk density and soil thickness on the yield and quality of sweet potato were discussed, so as to provide guidance for sweet potato production. Tthis experiment took Yu Shu No. 6 as material, using two factors random area group design method, pot simulation test, and the determination of various indexes of sweet potato root tuber by stages. The effects of different treatments of soil bulk density on root growth, root yield and quality of sweet potato were studied. [results] when the soil bulk density at the bottom was 1.6 g/cm3 and the lower soil was 8-32 cm, the starch content reached the maximum 29.98%, which was significantly higher than that of the blank control. When the bottom soil bulk density is 1.5 g/cm3 and the underlying soil thickness is 16-32 cm, the root weight is the maximum (0.68 kg). The results showed that the high soil bulk density would increase the activity of SOD, MDA content and starch content, but not increase the yield. The decrease of the lower soil thickness is beneficial to the increase of sweet potato yield, but not to the accumulation of starch.
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通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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Effects of Soil Thickness and Bulk Density on Root Growth and Root Earthnut Quality of Sweet Potato

    Corresponding author: Ji-chun WANG ; 
  • Received Date: 21/08/2017
  • Available Online: 20/05/2018

Abstract: In order to improve the yield and benefit of sweet potato crops, the effects of soil bulk density and soil thickness on the yield and quality of sweet potato were discussed, so as to provide guidance for sweet potato production. Tthis experiment took Yu Shu No. 6 as material, using two factors random area group design method, pot simulation test, and the determination of various indexes of sweet potato root tuber by stages. The effects of different treatments of soil bulk density on root growth, root yield and quality of sweet potato were studied. [results] when the soil bulk density at the bottom was 1.6 g/cm3 and the lower soil was 8-32 cm, the starch content reached the maximum 29.98%, which was significantly higher than that of the blank control. When the bottom soil bulk density is 1.5 g/cm3 and the underlying soil thickness is 16-32 cm, the root weight is the maximum (0.68 kg). The results showed that the high soil bulk density would increase the activity of SOD, MDA content and starch content, but not increase the yield. The decrease of the lower soil thickness is beneficial to the increase of sweet potato yield, but not to the accumulation of starch.

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  • 土壤的容重通常是用来评价土壤耕作质量和作物管理的重要指标[1].甘薯(Ipomoea batatas Lam.)属于旋花科甘薯属甘薯种草本植物.据FAO(联合国粮食及农业组织)统计，2013年世界甘薯种植面积为818.2万hm2，总产量达到10 310.9万t.现我国甘薯种植范围极广，种植面积和总产量均居世界第一.深入研究土壤容重与甘薯产量品质的关系，对科学调节土壤环境，促进甘薯高产优质有重要意义.容重增加，土壤紧实变大.紧实土壤对根系生长影响的研究结果较为一致，即在紧实土壤中楸子幼苗根系生长减慢[2]；土壤紧实度的增加使玫瑰根系长度、侧根数量等均有所降低[3]；紧实土壤不利于马铃薯根系、块茎的生长发育[4]；随容重增大，野生香根草幼苗根系根长密度和根体积密度减小[5].尚庆文等[6]研究表明，生姜根茎干物质、淀粉含量随土壤容重降低而降低；李潮海等[7]研究表明，玉米籽粒氮、磷、钾的积累随着土壤容重的增加而降低.但土壤容重与甘薯根系及块根的关系未见报道.本试验采用模拟大田不同土层的实际土壤容重，探讨土壤容重对甘薯产量品质的影响.

1.   材料与方法

    1.1.   试验材料与试验地

  • 供试甘薯为淀粉品种渝薯6号，淀粉含量为25%左右，由西南大学薯类作物研究所选育并提供.试验地位于重庆市北碚区西南大学歇马农场，土壤肥力状况见表 1.

    • 1.2.   试验设计与控制

  • 试验采用二因素三水平随机区组设计，试验A因素为下层土壤厚度，分别为8(A1)，16(A2)，24(A3) cm，B因素为下层土壤容重，分别为1.4(B1)，1.5(B2)，1.6(B3) g/cm3，共计9个处理，另设容重1.3 g/cm3，下层土壤厚度32 cm的处理为对照(CK). 3次重复. A1B1为下层土壤厚度8 cm，容重1.4 g/cm3；A2B1为下层土壤厚度16 cm，容重1.4 g/cm3；A3B1为下层土壤厚度24 cm，容重1.4 g/cm3；A1B2为下层土壤厚度8 cm，容重1.5 g/cm3；A1B3为下层土壤厚度8 cm，容重1.6 g/cm3，以此类推.

    试验采用桶栽(桶为橡胶制品，直径33 cm、高35 cm、内高32 cm)，桶底部均有3个直径2 cm的排水孔)，分层装入湿润的土壤(环刀法测量土壤含水量为20%左右，容重1.3 g/cm3)，将肥料混匀.根据试验设计容重所需要的单位体积内的土壤质量，将土装入后再用砖头压实至所需高度，桶内剩余体积用对照容重的土壤加满，并浇灌清水至土壤持水量80%左右.

    试验于2015-2016年每年5月20日移栽，10月19日收获，种植密度为9.183×104株/hm2(以每桶所在正方形面积为单株单位面积).每处理36桶，桶上沿紧靠放置，每桶插1苗.按照750 kg/hm2施用复合肥(N：P2O5：K2O=14：15：16)，并将桶放至遮雨棚内，生育期人工浇水，其他管理同大田.

    • 1.3.   取样及测定方法

  • 栽插后(DAP)第30 d，60 d，90 d于每处理小区取2株，3次重复，冲洗干净后测定根干鲜质量、根总长和根总体积、SOD、MDA指标的动态变化；第150 d测定分级块根数量及质量、干率、粗蛋白含量及生育期指标.

    根长、根体积采用植物根系形态分析系统(LC-4800，Canada)测定.根系超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑(NBT)法测定；根系丙二醛(MDA)采用三氯乙酸法测定.块根可溶性蛋白质采用考马斯亮蓝(G-250)比色法；块根淀粉含量采用甘薯淀粉含量换算公式测定[8]：

    其中：y为淀粉率；x为烘干率.

    • 1.4.   数据处理方法

  • 采用DPS 14.10和SPSS 22软件进行试验设计分析的标准分析，Microsoft软件整理数据和作图.

2.   结果与分析

    2.1.   对根系形态的影响

  • 下层土壤厚度A对根总长的影响在30 d和90 d时达到显著水平，60 d时达到极显著水平，其中以含有A1的处理最长；土壤容重B对根总长的影响在60 d和90 d时达到极显著水平，其中以含有B2的处理最长；且A，B两因素的互作影响在30 d时达到显著水平，在60 d时达到极显著水平.下层土壤厚度A和土壤容重B对根总体积的影响在60 d和90 d时均达到极显著水平，且均以含有A1，B1的处理最大，土壤容重B对根总体积的影响在30 d时达到极显著水平；A，B两因素的互作影响在90 d时达到极显著水平(表 2).由此可见，土壤容重B因素对于根总长和根总体积的影响更大.

    不同处理根总长的差异，不同生育时期甘薯根总长均以带有A1(A1B1，A1B2，A1B3)和带有B2的处理(A1B2，A2B2，A3B2)最长，且下层土壤越薄，甘薯总根长越长.如A1B2，A2B2，A3B2根总长在90 d时分别为678.46 cm，610.82 cm，410.21 cm，随着下层土壤厚度增加，根总长逐渐减小；A1B1，A1B2，A1B3根总长在90 d时分别为545.01 cm，653.25 cm，494.5 cm，随着下层土壤容重增加，根总长先增加后减小.说明土壤容重过高或过低均不利于甘薯根长的生长，且相对于低土壤容重而言，过高的土壤容重不仅会更加严重地降低甘薯总根长，而且会降低生育期后期根长的增长率；且容重高的下层土壤越薄，甘薯根总长和根总体积越大.

    不同处理总根体积的差异，其整体规律与根总长相似.不同生育期的甘薯根总体积均以带有A1(A1B1，A1B2，A1B3)和带有B2的处理(A1B2，A2B2，A3B2)最大，且甘薯根总体积随着下层土壤厚度增加而减少.如在90 d时，A1B2处理的总根体积最大，为6.06 cm3，极显著高于对照及其他处理.由此可见，过高或过低的土壤容重不利于甘薯块根的膨大.

    • 2.2.   对根系干质量的影响

  • 由表 3可知，对根系干质量而言，下层土壤厚度A对其的影响在60~90 d时达到显著水平；土壤容重B对其的影响均未达到显著水平；A，B两因素的交互作用均达到极显著水平.

    在生育期后期，甘薯根干质量不同处理间的差异规律与根总长、根总体积基本一致.生育期后期的甘薯根干质量均以带有A1(A1B1，A1B2，A1B3)和带有B2的处理(A1B2，A2B2，A3B2)最重.随着下层土壤厚度增加，根干质量逐渐减小；随着下层土壤容重增加，根干质量先增加后减小.说明容重过高或过低均不利于甘薯根系内干物质积累，且下层土壤容重大的土层厚度越大，越不利于根系干物质的积累.

    • 2.3.   对根冠比的影响

  • 甘薯地下部分除以地上部分的鲜质量即为根冠比(R/T)，下层土壤厚度A和土壤容重B对于R/T值的影响方差分析见表 4. A，B因素对于R/T值的影响在30 d~90 d时均达到极显著水平，且相比较而言，B因素对于R/T值的影响更大.而AB两因素的互作影响均未达到显著水平.

    土壤容重对于甘薯R/T值的影响与根总长一致.不同生育时期甘薯R/T值均以带有A1(A1B1，A1B2，A1B3)和带有B2的处理(A1B2，A2B2，A3B2)最大.如A1B2，A2B2，A3B2根冠比在90 d时分别为2.77，2.6，2.25，随着下层土壤厚度增加，R/T值逐渐减小；A1B1，A1B2，A1B3根冠比在90 d时分别为2.55，2.77，2.46，随着下层土壤容重增加，R/T值先增加后减小.说明容重过高或过低均不利于甘薯地下部分生长，尤其是过高的土壤容重，可能会导致生育期后期根系发育缓慢、地上部分徒长、R/T值减小.

    • 2.4.   对根系保护酶的影响

    2.4.1.   对根系超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

  • 超氧化物歧化酶(简称SOD)是一种能够催化超氧化物通过歧化反应转化为氧气和过氧化氢的酶，有助于提高根系的抗旱能力.分层土壤容重对SOD活性影响的方差分析见表 5，下层土壤厚度A在30 d时对SOD活性的影响达到极显著水平，下层土壤厚度A和土壤容重B在60~90 d时均达到极显著水平，而A，B两因素的互作影响只在90 d时达到极显著水平.

    在生育期的各个阶段，甘薯块根内SOD含量最高的均为含有A3(A3B1，A3B2，A3B3)和B3(A1B3，A2B3，A3B3)的处理，即随着下层土壤厚度增加，SOD的活性不断增加；随着下层土壤容重增加，SOD活性也基本呈现出逐渐增加的趋势；且SOD活性最高的处理A3B3，在生育期内均极显著高于对照处理.

    • 2.4.2.   对根系丙二醛(MDA)含量的影响

  • 根系丙二醛(简称MDA)是膜脂过氧化最重要的产物之一，它的产生还能加剧膜的损伤，因此可通过MDA了解膜脂过氧化的程度，以间接测定膜系统受损程度及植物的抗逆性.分层土壤容重对MDA含量影响的方差分析见表 6，下层土壤厚度A和土壤容重B对MDA含量的影响在生育期内均达到极显著水平.

    在甘薯的不同生育期内，MDA含量最高的均为含有A3(A3B1，A3B2，A3B3)和B3(A1B3，A2B3，A3B3)的处理，且含量最高的A3B3处理极显著高于对照处理，与SOD活性的规律基本一致.因此可以看出，土壤容重越大、下层土壤厚度越大，甘薯根系膜系统受损程度越大，MDA含量也就越大.

    • 2.5.   对甘薯块根数和块根质量的影响

    2.5.1.   对块根质量及分级薯质量的影响

  • A，B两因素对于大中薯质量影响的方差分析见表 7，多重比较见表 8.土壤容重B对于大中薯质量及总质量的影响达到极显著水平，对下层土壤厚度A的影响均未达到显著水平.

    • 2.5.2.   对块根数量的影响

  • 由表 9可知，下层土壤厚度A和土壤容重B对于甘薯大中薯数和小薯数均无显著影响，A，B两因素互作对于小薯数有显著影响.

    • 2.6.   对块根品质的影响

  • 下层土壤厚度A和土壤容重B对于甘薯块根蛋白质及淀粉含量影响的方差分析见表 10，A，B两因素对于蛋白质含量的影响均未达到显著水平；A，B两因素对于淀粉含量的影响均达到极显著水平，但二者的互作效应对其影响也未达到显著水平.

    • 2.6.1.   对淀粉含量影响

  • 在下层土壤厚度A一定的情况下，甘薯块根淀粉含量随着土壤容重的增加而增加；在土壤容重B一定的情况下，淀粉含量随着下层土壤厚度的增加而增加.例如，在下层土壤厚度为8~35 cm时，处理A3B1，A3B2，A3B3的淀粉含量随着土壤容重增加而依次增高，且处理A3B2，A3B3极显著高于对照；在下层土壤容重为1.6 g/cm3时，处理A1B3，A2B3，A3B3的淀粉含量随着下层土壤厚度的增加而依次增高，且均极显著高于对照(表 11).

    • 2.6.2.   对蛋白质含量的影响

  • 可溶性蛋白的含量未见明显差异和规律(表 12).

3.   讨论

  • 1) 随着土壤容重增加，植物根冠比降低、根长下降，这与刘晚苟等[5]、生利霞等[9]、左宇[10]的研究结果一致，且本试验在生育期后期，甘薯根总长和根总体积出现衰退的结果与崔晓明等[11]研究结果一致；但王德玉等[12]的研究表明，在土壤紧实胁迫下，植物根系的加粗生长变快，直径迅速增大，这与本研究结果中土壤容重增加使甘薯块根膨大受到抑制的结果不符，推测可能是因为块根生长到一定直径，紧实的土壤对其压迫会越来越大所致.

    2) 过高的土壤容重会造成SOD活性和MDA含量增加，并且不利于根的生长发育，这与窦俊辉等[13]的研究结果一致：在逆境条件下，根系SOD活性和MDA含量均会有所增加.

    3) 王慧杰等[14]的研究表明，疏松的土壤可以提高棉籽品质、增加棉花产量，这与本试验研究结果一致，但过低的土壤容重也不利于甘薯产量的增加，推测原因是根系作为甘薯的一部分，对根系的分析不能完全脱离甘薯这个整体.而土壤容重和土层厚度增加则均有利于淀粉的提升，在逆境条件下，更容易造成淀粉积累，这与史春余等[15]的研究结果基本一致.

4.   结论

  • 1) 土壤容重对甘薯根部的生长发育有影响，过高的土壤容重会造成SOD和MDA增加，根长、根体积、根干质量减少，不利于根的生长发育.在实际生产中，应该注意增加疏松土壤厚度，土层过浅不利于甘薯地下部分的生长发育.

    2) 土壤容重对甘薯的产量和淀粉有影响，为了增产的同时提高甘薯块根的淀粉含量，可以增大土壤疏松层的厚度，从而减少其容重，以下层土壤为8 cm，容重为1.5 g/cm3为宜.

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