试验在宁夏固原市原州区彭堡镇彭堡村进行, 试验地位于36° 05' N, 106° 09' E, 海拔1 660 m, 年降水量400~500 mm, 无霜期200 d左右, ≥ 10 ℃年积温约2 500 ℃· d, 热量比较充足, 昼夜温差大, 蒸发量大。土壤类型为灰钙土, 碱化灰钙土亚类, 土壤质地为粘土, 土壤全氮1.40 g· kg^-1、全磷1.24 g· kg^-1、碱解氮84.00 mg· kg^-1、有效磷13.11 mg· kg^-1、速效钾105.78 mg· kg^-1, 有机质12.90 g· kg^-1, pH为8.01。

试验设置马铃薯∶ 燕麦行数比为2∶ 2、2∶ 4、4∶ 2和4∶ 4共4个间作处理, 分别用P₂O₂、P₂O₄、P₄O₂和P₄O₄表示, 以马铃薯单作为对照, 标记为P_M。采用随机区组试验设计, 每个处理 3 次重复, 每个小区长10 m, 各处理均包括3个带宽。间作马铃薯采用青薯9号, 于2013年4月14日等行距平种, 行距50 cm, 株距30 cm。间作燕麦种植两茬, 第1茬采用裸燕麦品种燕科1号, 与马铃薯同期种植, 条播, 行距25 cm, 播种量90 kg· hm^-2, 于2013年8月10日收获, 收获后翻耕; 原地种植第2茬, 裸燕麦品种、行距和播种量均与第1茬相同。间作处理中马铃薯与燕麦间距为30 cm。播前一次性施入复合肥300 kg· hm^-2(纯氮、P₂O₅和K₂O的质量比为12∶ 20∶ 13), 其它管理同大田生产^[10]。

分别于马铃薯开花期(7月10日)、块茎膨大期(8月4日)、收获期(9月21日)取样。马铃薯植株全氮采用H₂SO₄-H₂O₂消煮, 蒸馏定氮法测定; 全磷采用H₂SO₄-H₂O₂消煮, 钒钼黄比色法测定; 全钾采用H₂SO₄-H₂O₂消煮, 火焰光度计法测定。薯块品质测定:每小区取代表性鲜薯300 g, 采用匀浆沉淀法测定淀粉含量; 采用考马斯亮蓝法测定鲜样块茎中可溶性蛋白质含量; 采用3, 5-二硝基水杨酸比色法测定干样中还原糖含量; 采用2, 6-二氯靛酚法测定维生素C含量^[15]。

采用SAS 8.2软件对马铃薯氮、磷、钾素及营养品质指标进行方差分析, 其它分析在Microsoft Excel中完成。

氮素是影响马铃薯生长发育的三要素之一, 良好的氮素营养可延缓叶片的衰老。马铃薯植株的氮积累量一直呈上升趋势, 收获期达最大值(图1)。随马铃薯生育进程的推进, 地上茎、叶中的氮素含量呈逐渐下降趋势, 而块茎中氮素含量呈现上升态势。这表明, 氮素逐渐向块茎转移和分配。但马铃薯各器官氮素含量从开花期至收获期始终表现为叶片> 地上茎> 块茎。开花期, 单作P_M氮积累量最大; 收获期, 间作处理P₄O₂块茎中氮素含量最高, 它与P₄O₄差异不显著(P> 0.05), 但显著高于单作P_M、间作P₂O₂和P₂O₄(P< 0.05), 分别提高了20%、14.29%和5.26%。

图1

马铃薯、燕麦间作对马铃薯氮含量的影响

Effect of intercropping of potato with oat on N content of potatoes

注:P_M表示单作马铃薯, P₂O₂、P₂O₄、P₄O₂和P₄O₄分别表示马铃薯∶ 燕麦行数比为 2∶ 2、2∶ 4、4∶ 2和4∶ 4。图中不同小写字母代表同一生育期同一部位不同处理间差异显著(P< 0.05)。图2、图3同。

Note: P_M, single-crop potato; P₂O₂, P₂O₂, P₂O₄, P₄O₂ and P₄O₄ indicates potato∶ oat row ratio of 2∶ 2, 2∶ 4, 4∶ 2, and 4∶ 4, respectively. Different lowercase letters in the figure in the same period within the same plant part indicate significant difference at the 0.05 level, similarly for the Fig.2 and Fig.3.

马铃薯植株的磷积累量呈先上升后下降的趋势, 在块茎膨大期达最大值(图2)。在开花期和收获期, 马铃薯单作P_M处理地上茎、叶及块茎中磷含量均最高。收获期, 单作P_M处理地上茎、叶及块茎中磷含量与P₄O₂差异不显著(P> 0.05), 但显著高于其它间作处理(P< 0.05)。单作P_M比间作处理P₄O₄地上茎、叶和块茎中磷含量分别显著高出32.56%、31.11%和6.38%(P< 0.05)。

图2

Fig.2

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	图2 间作对马铃薯磷含量的影响Fig.2 Effect of intercropping on P content of potatoes

马铃薯植株的钾积累量一直呈上升趋势, 收获期达最大值。随马铃薯生育进程的推进, 地上茎、叶中的钾含量呈逐渐下降趋势, 而块茎中钾含量呈上升态势, 其变化趋势同氮含量(图3)。开花期, 单作P_M处理地上茎、叶、块茎中钾含量比较高, 显著高于P₂O₂、P₂O₄(P< 0.05), 除地上茎外与间作P₄O₂、P₄O₄处理差异不显著(P> 0.05)。收获期, 马铃薯单作P_M处理地上茎、叶、块茎中钾含量均最低, 显著低于P₄O₂、P₄O₄处理(P< 0.05), 除块茎外与P₂O₂差异不显著(P> 0.05)。单作P_M处理地上茎中钾含量分别较P₄O₂、P₄O₄低7.75%、10.71%; 块茎中钾含量分别较P₄O₂、P₄O₄低14.23%和17.18%。

图3

Fig.3

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	图3 间作对马铃薯钾含量的影响Fig.3 Effect of intercropping on K content of potatoes

对马铃薯来说, 无论是营养价值还是成薯加工, 淀粉价的高低都是第一要素。结果表明, P₄O₄处理淀粉含量最高, 与P₄O₂处理差异不显著(P> 0.05), 但显著高于其它处理(P< 0.05), 是马铃薯单作P_M处理的1.22倍(图4)。

图4

间作对马铃薯淀粉含量、粗蛋白含量、还原糖含量的影响

Effect of intercropping on starch, crude protein, and reducing sugar contents of potatoes

注:不同小写字母表示同一指标不同处理间差异显著(P< 0.05)。图5同。

Note: Different lowercase letters for the same parameter indicate significant difference among different treatments at the 0.05 level, similarly for the Fig.5.

马铃薯中蛋白质含量一般都较低, 对加工品质影响不大, 但对营养作用却很重要。P₄O₂处理粗蛋白含量最高, 与P₄O₄、P₂O₄处理差异不显著(P> 0.05), 但显著高于P₂O₂和P_M处理(P< 0.05), 较P₂O₂、P_M分别高18.51%、27.46%。

维生素C又称抗坏血酸, 是人体中不可缺少的水溶性维生素, 马铃薯中富含维生素C。本研究中, P₄O₄处理的还原糖含量(图4)和维生素C含量均最高(图5)。P₄O₄处理的维生素C含量与P₄O₂、P₂O₄差异不显著(P> 0.05), 但显著高于P₂O₂和单作P_M(P< 0.05), P₄O₄处理的维生素C含量分别比P₂O₂和P_M高15.24%、21.68%。

图5

Fig. 5

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	图5 间作对马铃薯维生素C含量的影响Fig. 5 Effect of intercropping on vitamin C content of potatoes

在不同的生长发育阶段, 氮、磷、钾在马铃薯植株各个器官中的分布不同。本研究发现, 从开花期至收获期, 随生育进程的推进, 马铃薯地上茎和叶中的氮、磷、钾含量呈逐渐下降趋势, 而块茎中氮、磷、钾含量呈现上升态势。这表明, 生育中后期大量的氮、磷、钾被运输到了块茎中, 参与了块茎的建成和物质储存。本研究发现, 马铃薯各器官氮素含量从开花期至收获期始终表现为叶片> 地上茎> 块茎; 而收获期钾和磷的分配积累中心转移为块茎, 块茎成为磷、钾的最终储存库, 这在其它研究^{[16, 17]}中也得到了证实。

合理的间作可以提高作物养分的吸收和利用, 从而提高当季作物的养分利用效率。间作烟叶(Nicotiana tabacum)氮、钾含量较单作分别增加了20.23%和63.86%^[18]。本研究发现, 开花期马铃薯单作P_M处理各器官中氮、钾含量都比较高, 但随着生育进程的推进, 收获期各器官中氮、钾含量都显著低于间作P₄O₂、P₄O₄处理。这可能是由于间作条件下马铃薯与燕麦竞争吸收的结果所致。在马铃薯开花期, 马铃薯处于低位, 燕麦处于高位, 马铃薯对光辐射的截获和养分的吸收都处于劣势, 随着第1茬燕麦的收获, 间作马铃薯能获得更多的光照和更广阔的生长空间, 使马铃薯生长得到了明显的补偿和恢复^[10]。此外, 马铃薯、燕麦间作行数比与幅宽直接影响到间作作物对光能的截获, 本研究中P₄O₂、P₄O₄处理由于增加了两行马铃薯, 从而优化了整个间作群体^[10]。收获期马铃薯单作P_M处理各器官中氮、钾含量比较低, 也可能由于马铃薯、燕麦间作通过作物根际交互作用使根系的分泌功能增强, 表现出比单作更明显的根际效应所致^[11]。

马铃薯块茎品质是马铃薯生产中的重要经济指标, 受遗传特性、栽培地区气候、土壤和栽培条件影响^{[19, 20, 21, 22, 23]}。合理的间作能提高作物品质。马铃薯、芸豆(Phaseolus vulgaris)间作能显著提高薯块粗蛋白含量和单株氮、钾含量^[23]。间套作模式的玉米(Zea mays)籽粒蛋白质含量高于单作^{[24, 25, 26, 27]}, 玉米与大豆间作比单作能明显提高籽粒粗蛋白含量^[26]。本研究表明, 无论间作、单作, 马铃薯粗蛋白含量都比较低, 间作P₄O₂处理粗蛋白含量最高, 显著高于单作。这一结果表明, 合理的间作可以提高马铃薯块茎粗蛋白含量, 这与上述结论基本一致。

有研究表明, 随马铃薯产量的提高, 块茎内淀粉含量呈下降趋势, 而淀粉含量又是评价马铃薯品质的一个重要指标^[27]。淀粉价低的薯块, 加工时出粉率低, 不但肉质松软不脆, 食味品质差, 而且炸片炸条时耗油多。本研究表明, 间作P₄O₄处理淀粉含量最高, 显著高于单作P_M和间作P₂O₂处理, 说明合理的间作有利于马铃薯碳水化合物的形成, 为块茎膨大提供基础。

马铃薯、芸豆间作和马铃薯、玉米间作的维生素C含量显著高于单作, 而还原糖含量显著低于单作^[23], 但本研究表明, 单作P_M处理的维生素C含量和还原糖含量均显著低于P₂O₂外的其它间作处理。究其原因, 可能马铃薯间作的作物不同, 对养分的敏感程度不同, 竞争养分的能力以及吸收养分峰值的时间有差异所致。