阿不都卡地爾·庫爾班，鄭 峰，潘竟海，劉華君，林 明，陳友強(qiáng)

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，新疆 烏魯木齊 830091；2. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研管理處，新疆 烏魯木齊 830091)

甜菜(BetavulgarisL.)是我國主要的糖料作物之一。新疆是我國優(yōu)勢(shì)甜菜糖生產(chǎn)基地，每年種植甜菜面積約占全國的40% ，年產(chǎn)糖占全國總產(chǎn)量的50%以上，甜菜單產(chǎn)達(dá)50～60 t·hm-2，但是存在單位面積產(chǎn)量不高、總產(chǎn)量不穩(wěn)、含糖率低的問題[1-2]。隨著種植業(yè)機(jī)械化程度提高，大型機(jī)械對(duì)耕作表層土壤的碾壓使犁底層加厚變硬，阻礙耕層土壤與犁底層以下土壤水、氣、熱及養(yǎng)分的交換，使甜菜田耕層土壤環(huán)境變劣，抑制甜菜地上部和地下部的正常生長，影響甜菜的糖分積累及其塊根的生長，造成甜菜產(chǎn)量及產(chǎn)糖量下降，嚴(yán)重制約了新疆甜菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

近年來，深松技術(shù)被廣泛應(yīng)用于玉米[3]、小麥[4]、棉花[5]栽培中，取得了較好的效果。深松是保護(hù)性耕作的核心技術(shù)之一[6]。前人[7-8]研究表明，深松能打破堅(jiān)硬的犁底層，降低深層土壤容重，加深耕層深度，創(chuàng)造虛實(shí)并存的耕層結(jié)構(gòu)，有利于作物根系生長，從而實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)[9-11]。深松后土壤孔隙度增大，促進(jìn)作物根系生長發(fā)育，在旱地耕作中作用突出[12]。高中超等[13]開展深松試驗(yàn)表明，深松能有效促進(jìn)成熟期的甜菜根長增長、根粗增粗、產(chǎn)量及產(chǎn)糖量的提高，但有關(guān)不同深松深度對(duì)甜菜植株形態(tài)指標(biāo)及產(chǎn)量形成的影響、深松條件下甜菜各項(xiàng)植株特性與產(chǎn)量構(gòu)成因素相關(guān)性及深松條件下甜菜形態(tài)特性評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選尚鮮見報(bào)道。因此，開展田間試驗(yàn)，研究不同深松深度對(duì)甜菜生長發(fā)育及產(chǎn)量形成的影響和深松條件下甜菜形態(tài)特征指標(biāo)間的相關(guān)性及其主要影響因子，對(duì)南疆甜菜植株生長調(diào)控及其評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選、甜菜增產(chǎn)增糖潛力的挖掘具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年4―10月在新疆喀什新糖區(qū)伽師縣和夏阿瓦提鎮(zhèn)巴依托喀依村實(shí)施。試驗(yàn)地位于喀什噶爾沖積平原中下游，天山南麓，塔里木盆地西緣，平均海拔高1208.6 m，地處76°40′22″ E， 39°35′58″ N，屬暖溫帶內(nèi)陸干燥氣候區(qū)，年平均氣溫11.7℃，年均降雨量54 mm，無霜期232 d左右，晝夜溫差大，該試驗(yàn)地的土壤化學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本化學(xué)性質(zhì)Table 1 Basic chemical properties of test soil

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置4個(gè)處理，分別為：未作深松處理(CK)、深松深度35 cm(S35)、深松深度45 cm(S45)、深松深度55 cm(S55)。供試品種：KWS-1197(德國KWS有限公司)，采用等行距種植模式，一膜兩行，行距為45 cm，株距為16 cm。理論密度13.89萬株·hm-2，小區(qū)長8 m，寬4 m，面積32 m2，重復(fù)3次。于4月4日進(jìn)行土壤處理，4月5日進(jìn)行播種，生育期間中耕2次，灌水6次，其他管理同大田常規(guī)管理方法一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 形態(tài)性狀 于收獲期每小區(qū)選取有代表性的5株甜菜，測(cè)量各處理的綠葉片數(shù)(個(gè))、總?cè)~片數(shù)(個(gè))、最大葉片長(cm)、最大葉片寬(cm)、最大葉柄長(cm)、根直徑(cm)、根圍(cm)、青頭長(cm)、青頭質(zhì)量(g)、根體長(cm)、根體質(zhì)量(g)、根尾長(cm)、根尾質(zhì)量(g)。

綠葉數(shù)比例(%)=綠葉片數(shù)(個(gè))/總?cè)~片數(shù)(個(gè))×100

根冠比(RSR)=收獲期根部生物量/收獲期地上部生物量(鮮質(zhì)量·g-1)

1.3.2 產(chǎn)量 收獲期各小區(qū)選取中間2行長勢(shì)均勻有代表性的6.67 m2甜菜實(shí)收實(shí)測(cè)，獲得產(chǎn)量數(shù)據(jù)，單位為t·hm-2。

1.3.3 含糖率 于收獲期用手持式測(cè)糖儀實(shí)測(cè)各小區(qū)10株塊根，通過折算得出含糖率，折算系數(shù)為0.83。

1.3.4 單株鮮質(zhì)量 進(jìn)入成熟期后，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)選擇中間2行，選取6.67 m2，挖出整株的甜菜，削去葉子，稱取根鮮質(zhì)量并計(jì)算其平均值(kg)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，方差分析采用Duncan新復(fù)極差多重比較法，顯著性水平均為P<0.05，并用Excel 2010作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 深松深度對(duì)甜菜植株形態(tài)特征的影響

2.1.1 深松深度對(duì)甜菜生物量累積分配的影響 由表2可見，不同處理間地上部生物量未達(dá)到顯著差異水平(P>0.05)，而地上部生物量分配比例S55處理與CK處理相比較顯著下降7.33%(P<0.05)。不同處理間，S45和S55處理地下部生物量、地下部生物量分配比例和根冠比對(duì)CK處理差異均達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)，且分別增長了12.78%、17.63%，2.36%、2.13%，11.63%、10.17%?？偵锪侩S深松深度的增加而增加，且S55處理與CK處理相比較增長了15.15%。說明S45、S55處理有效促進(jìn)了甜菜地下部生物量的增加，從而增加甜菜根冠比和生物量的積累。

表2 深松深度對(duì)甜菜生物量累積分配的影響Table 2 Effect of subsoiling depth on biomass accumulation and distribution of sugarbeet

2.1.2 深松深度對(duì)甜菜地上部植株形態(tài)特征的影響 由表3可知，不同處理甜菜綠葉數(shù)未達(dá)到顯著差異水平(P>0.05)。S45、S55處理與S35、CK處理甜菜綠葉數(shù)比例的差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，且S45、S55處理綠葉數(shù)比例對(duì)CK處理相比較分別增加了12.82%和14.39%。不同處理間，S55處理最大葉片長、最大葉柄長和最大葉片寬與CK處理差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，S55與CK處理相比分別增加了34.29%、16.6%、12.71%，且S45處理與S55處理差異未達(dá)到顯著水平(P>0.05)。說明S45、S55處理提高了甜菜綠葉數(shù)比例，且S55處理顯著提高最大葉片長、最大葉片寬及最大葉柄長，為甜菜提供較大的源。

表3 深松深度對(duì)單株甜菜地上部植株形態(tài)特征的影響Table 3 Effects of subsoiling depth on morphological characteristics of single sugarbeet aboverground plants

2.1.3 深松深度對(duì)甜菜地下部植株形態(tài)特征的影響 由表4可知，甜菜根直徑、根圍、青頭質(zhì)量、根體長、根體質(zhì)量、根尾長、根尾質(zhì)量隨深松深度的增加而增加，其大小均表現(xiàn)為S55>S45>S35>CK。不同處理間，甜菜青頭長、青頭質(zhì)量和根體質(zhì)量差異未達(dá)到顯著差異水平(P>0.05)。S45、S55處理的根直徑、根圍、根體長、根尾長及根尾質(zhì)量與CK處理差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)，其大小分別增加了16.86%、18.10%，9.12%、15.31%，25.07%、35.80%，26.24%、32.48%，44.17%、54.02%。說明S45、S55處理能顯著促進(jìn)甜菜根直徑、根圍、根體長、根尾長及根尾質(zhì)量的增長。

表4 深松深度對(duì)單株甜菜地下部植株形態(tài)特征的影響Table 4 Effects of subsoiling depth on morphological characteristics of single sugarbeet underground plants

2.2 深松深度對(duì)甜菜產(chǎn)量形成的影響

2.2.1 深松深度對(duì)甜菜產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響 由表5可知，甜菜單根質(zhì)量、產(chǎn)量、含糖率、產(chǎn)糖量、增產(chǎn)率及增產(chǎn)糖率隨深松深度的增加而增加，不同處理間其大小表現(xiàn)為S55>S45>S35>CK。不同處理間S45、S55處理單根質(zhì)量、產(chǎn)量、含糖率和產(chǎn)糖量與CK處理差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，S45、S55處理單根質(zhì)量和含糖率與CK處理相比分別增加了12.67%、10.20%，5.26%、8.33%。S45、S55處理的增產(chǎn)糖率與S35處理間差異顯著(P<0.05)，分別較S35增加了45.61%和78.81%，說明S45、S55處理能有效增加甜菜的單根質(zhì)量和含糖率，從而增加甜菜產(chǎn)量和產(chǎn)糖量。

表5 深松深度對(duì)甜菜產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響Table 5 Effects of subsoiling depth on yield components and yield of sugarbeet

2.2.2 深松深度對(duì)甜菜產(chǎn)量及產(chǎn)糖量的響應(yīng) 由圖1可知，甜菜產(chǎn)量和產(chǎn)糖量均與土壤深松深度呈二次曲線關(guān)系，均表現(xiàn)為先增后降的趨勢(shì)。深松深度對(duì)產(chǎn)量的關(guān)系達(dá)到極顯著(P<0.01)相關(guān)水平，擬合值為R2=0.9962，二次曲線響應(yīng)公式為Y=-0.0023x2+0.2392x+5.4058，且峰值在深松深度45～55 cm之間出現(xiàn)。深松深度對(duì)產(chǎn)糖量的關(guān)系達(dá)到極顯著(P<0.01)相關(guān)水平，擬合值為R2=0.9945，二次曲線響應(yīng)公式為Y=-0.0004x2+0.045x+0.71，且峰值在深松深度55 cm左右出現(xiàn)。說明S45、S55處理可有效促進(jìn)產(chǎn)量和產(chǎn)糖量的形成。

2.3 不同深松深度處理下甜菜生長特性與產(chǎn)量性狀的相關(guān)性分析

由表6可知，生物量累積分配指標(biāo)與產(chǎn)量性狀指標(biāo)間，地上部生物量分配比例與收獲指數(shù)、含糖量、產(chǎn)量及產(chǎn)糖量呈負(fù)相關(guān)，其中地上部生物量分配比例與產(chǎn)量、產(chǎn)糖量達(dá)到顯著(P<0.05)相關(guān)水平。地下部生物量分配比例、根冠比與收獲指數(shù)、含糖量、產(chǎn)量及產(chǎn)糖量呈正相關(guān)，其中地下部生物量分配比例、根冠比與產(chǎn)量、產(chǎn)糖量達(dá)到顯著(P<0.05)相關(guān)水平；甜菜地上部植株形態(tài)指標(biāo)與產(chǎn)量性狀指標(biāo)間，綠葉數(shù)比例、最大葉片長、最大葉柄長、最大葉片寬與收獲指數(shù)、含糖量、產(chǎn)量及產(chǎn)糖量呈正相關(guān)，其中綠葉數(shù)比例、最大葉片長與收獲株數(shù)，最大葉片長與含糖量，最大葉柄長、最大葉片寬與產(chǎn)量、產(chǎn)糖量相關(guān)性達(dá)到顯著(P<0.05)水平；甜菜地下部植株形態(tài)與產(chǎn)量性狀指標(biāo)間，根直徑、根圍、青頭長、青頭質(zhì)量、根體長、根體質(zhì)量、根尾長、根尾質(zhì)量與收獲指數(shù)、含糖量、產(chǎn)量及產(chǎn)糖量呈正相關(guān)。其中根直徑與含糖量、產(chǎn)量相關(guān)性達(dá)到顯著(P<0.05)水平，與產(chǎn)糖量相關(guān)性達(dá)到極顯著(P<0.01)水平。根圍與收獲株數(shù)、產(chǎn)糖量相關(guān)性達(dá)到顯著(P<0.05)水平，與含糖量相關(guān)性達(dá)到極顯著(P<0.01)水平。根體長與收獲株數(shù)、產(chǎn)量相關(guān)性達(dá)到顯著(P<0.05)水平，與含糖量、產(chǎn)糖量相關(guān)性達(dá)到極顯著(P<0.01)水平。根體質(zhì)量與收獲株數(shù)、含糖量、產(chǎn)糖量相關(guān)性達(dá)到顯著(P<0.05)水平，與產(chǎn)糖量相關(guān)性達(dá)到極顯著(P<0.01)水平。根尾長、根尾質(zhì)量與收獲株數(shù)、含糖量、產(chǎn)量及產(chǎn)糖量相關(guān)性達(dá)到顯著(P<0.05)水平。

2.4 甜菜形態(tài)相關(guān)指標(biāo)的主成分分析

甜菜形態(tài)特性相關(guān)的18個(gè)性狀進(jìn)行主成分分析，發(fā)現(xiàn)有2個(gè)主成分的特征值大于1(表7)，第一主成分的貢獻(xiàn)率為88.183% ，第二主成分的貢獻(xiàn)率為7.181%，第一、第二主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了95.363%，即2個(gè)主成分涵蓋了這18個(gè)指標(biāo) 95%以上的數(shù)據(jù)信息，因此提取2個(gè)主成分。由表8可知，第一主成分的葉柄長、根冠比和生物量地下分配比例有較大的得分系數(shù)；第二主成分的青頭質(zhì)量、青頭長和葉片長有較大的得分系數(shù)。因此，可以將葉柄長、根冠比和地下部生物量分配比例作為甜菜形態(tài)特性評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)，將青頭質(zhì)量、青頭長和葉片長作為甜菜形態(tài)特性評(píng)價(jià)的二級(jí)指標(biāo)。

表7 各成分的特征值、方差及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 7 Characteristic value, variance， and accumulative contribution of each component

表8 主成分因子得分系數(shù)Table 8 Score coefficient of principal component factors

3 討 論

3.1 深松深度對(duì)甜菜植株形態(tài)特征的影響

前人[14-15]研究表明，土壤的物理性狀對(duì)作物根系生長發(fā)育有較大影響，深松有利于根系下扎，促進(jìn)根系生長[16]。于曉芳等[17]研究表明，土層深度的加深對(duì)作物根系干質(zhì)量密度、根系體積等根形態(tài)指標(biāo)有一定的影響，耕作越深對(duì)作物根系生長影響越大[18-19]。張玉順等[20]研究發(fā)現(xiàn)，隨深松耕作深度的增加，冬小麥株高、葉面積指數(shù)、地上部干物質(zhì)質(zhì)量、穗長、穗粒數(shù)、千粒重與產(chǎn)量均呈正相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，深松深度的增加有效促進(jìn)甜菜地下部生物量的增加，從而增加甜菜根冠比和生物量的積累。尹斌等[21]研究發(fā)現(xiàn)，深松處理延緩了玉米生育后期穗位葉的衰落。本研究發(fā)現(xiàn)，S45、S55處理提高甜菜綠葉數(shù)比例，且S55處理顯著(P<0.05)提高最大葉片長、最大葉片寬及最大葉柄長，為甜菜提供較大的源。是否由于深松55cm能提供較高的田間土壤含水量，從而充分保障甜菜的正常生理代謝，需進(jìn)一步研究。羅俊等[22]研究發(fā)現(xiàn)，耕作深度的增加顯著促進(jìn)甘蔗有效莖數(shù)、株高、蔗莖產(chǎn)量及蔗糖含量。本研究有類似發(fā)現(xiàn)，甜菜根直徑、根圍、青頭質(zhì)量、根體長、根體質(zhì)量、根尾長、根尾質(zhì)量隨深松深度的增加而增加。S45、S55處理明顯促進(jìn)甜菜根直徑、根圍、根體長、根尾長及根尾質(zhì)量。此與前人[14,23]深松可以促進(jìn)作物根系干物質(zhì)密度的增加，增加根系縱深分布等結(jié)論類似。

3.2 深松深度對(duì)甜菜產(chǎn)量形成的影響

前人[24-26]研究表明，深松提高作物的根系活性，進(jìn)而使作物增產(chǎn)。李華等[23]研究發(fā)現(xiàn)，深旋松促進(jìn)了玉米干物質(zhì)的積累且能使各項(xiàng)產(chǎn)量構(gòu)成因素增長，從而促進(jìn)較高產(chǎn)量的形成。張鳳杰等[27]研究表明，深松處理有效增加玉米干物質(zhì)積累和產(chǎn)量。前人[28-29]研究表明，深松覆蓋能在一定程度改善小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素，提高生育后期的物質(zhì)積累以及籽粒產(chǎn)量[30]。本研究發(fā)現(xiàn)，深松深度的增加使甜菜單根質(zhì)量、產(chǎn)量、含糖率、糖產(chǎn)量、增產(chǎn)率及增產(chǎn)糖率隨之增加。其中，S45、S55處理可有效增加甜菜的單根質(zhì)量和含糖率，從而增加甜菜產(chǎn)量和產(chǎn)糖量。甜菜產(chǎn)量和產(chǎn)糖量均與土壤深松深度成二次曲線關(guān)系，均表現(xiàn)為先增后降的趨勢(shì)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到極顯著(P<0.01)相關(guān)水平，峰值分別在深松深度45～55 cm之間及深松深度55 cm左右出現(xiàn)。說明深松深度為55 cm能有效增加甜菜產(chǎn)量和產(chǎn)糖量。

3.3 甜菜形態(tài)性狀相關(guān)性分析與主成分分析

李淑芳等[31]研究表明，粳稻表觀性狀與產(chǎn)量相關(guān)性較大。前人研究表明，水稻主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量均呈顯著正相關(guān)[32-34]。牛艷波[35]研究發(fā)現(xiàn)，小麥主要農(nóng)藝性狀特性與產(chǎn)量相關(guān)性較強(qiáng)。盧會(huì)翔等[36]研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境效應(yīng)下甘薯產(chǎn)量性狀(鮮薯產(chǎn)量、淀粉產(chǎn)量、薯干產(chǎn)量)和品質(zhì)性狀(干率、淀粉含量、花青素含量)差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)或極顯著水平(P<0.01)。謝向譽(yù)等[37]研究發(fā)現(xiàn)，木薯單株產(chǎn)量與塊根數(shù)呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)，與收獲指數(shù)、生物產(chǎn)量、最長薯長、主莖高度呈顯著(P<0.05)正相關(guān)，與干物質(zhì)含量呈顯著(P<0.05)負(fù)相關(guān)。本研究表明，甜菜地上部生物量分配比例與產(chǎn)量、產(chǎn)糖量達(dá)到顯著(P<0.05)負(fù)相關(guān)。地下部生物量分配比例、根冠比、最大葉柄長、最大葉片寬、根圍、根尾長、根尾質(zhì)量與產(chǎn)量、產(chǎn)糖量達(dá)到顯著(P<0.05)正相關(guān)，綠葉數(shù)比例、最大葉片長、根體質(zhì)量、根尾長、根尾質(zhì)量與收獲株數(shù)達(dá)到顯著(P<0.05)正相關(guān)，最長葉片長、根直徑、根體質(zhì)量、根尾長、根尾質(zhì)量與含糖量相關(guān)性達(dá)到顯著(P<0.05)水平；根圍與含糖量相關(guān)性達(dá)到極顯著(P<0.01)正相關(guān)水平，此與潘竟海等[38]研究發(fā)現(xiàn)，甜菜綠葉數(shù)、株高及根長直接影響甜菜單根質(zhì)量的形成，從而影響塊根產(chǎn)量及糖產(chǎn)量的形成，甜菜根直徑與含糖率的相關(guān)性較強(qiáng)等結(jié)論類似?？姿仄嫉萚39]研究表明，影響大蒜蒜薹產(chǎn)量的關(guān)鍵農(nóng)藝性狀依次為蒜薹粗、株高和鱗芽數(shù)。徐益等[40]研究發(fā)現(xiàn)，黃麻纖維產(chǎn)量與單株鮮皮質(zhì)量、株高、始花期的相關(guān)性達(dá)到極顯著(P<0.01)水平，在黃麻高產(chǎn)育種中，應(yīng)該以始花期、單株鮮皮質(zhì)量、株高、出麻率與鮮皮厚為主要篩選對(duì)象。本試驗(yàn)研究表明，甜菜形態(tài)指標(biāo)相關(guān)的18個(gè)性狀進(jìn)行主成分分析，深松條件下甜菜形態(tài)特征評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)為葉柄長、根冠比和生物量地下分配比例，評(píng)價(jià)的二級(jí)指標(biāo)為青頭質(zhì)量、青頭長和葉片長。

4 結(jié) 論

綜上所述，S45、S55處理提高甜菜綠葉數(shù)比例，且S55處理顯著提高最大葉片長、最大葉片寬及最大葉柄長，為甜菜提供較大的源；促進(jìn)甜菜根直徑、根圍、根體長、根尾長及根尾質(zhì)量，有效促進(jìn)甜菜地下部生物量的增加，從而增加甜菜根冠比和生物量的積累。S45、S55處理單根質(zhì)量和含糖率與CK處理相比分別增長了12.67%、10.20%，5.26%、8.33%,從而使甜菜產(chǎn)量和產(chǎn)糖量分別增長14.71%、15.85%，20.75%、25.48%。土壤深松條件下甜菜形態(tài)特征評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)為葉柄長、根冠比和生物量地下分配比例，評(píng)價(jià)的二級(jí)指標(biāo)為青頭質(zhì)量、青頭長和葉片長。因此，在南疆深松深度為55 cm能有效增加甜菜產(chǎn)量和產(chǎn)糖量。