海南澄迈甘薯营养品质与土壤养分相关性研究

刘 健，娄运生*，任丽轩，王 坤，邢钰媛，李淑君，王 媛，汤丽玲，苏 磊 *，杨建洲

(1.南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心，江苏 南京 210044；2.南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室，江苏 南京 210044；3.南京农业大学资源与环境科学学院，江苏 南京 210095；4.农业部长江中下游植物营养与肥料重点实验室，江苏 南京 210095；5.江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心，江苏 南京 210095；6.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北 廊坊 065000)

【研究意义】海南岛“桥沙地瓜”甘薯是澄迈地理标志农产品，但其营养品质不稳定不优质是当前生产面临的突出问题。本文探讨了不同质地土壤理化性质与甘薯品质差异性的关系，以期为当地甘薯合理种植和田间管理提供依据。【前人研究进展】近年来，随着科学饮食观念增强，甘薯生产尤其是品质日益受到重视。土壤养分对甘薯品质有重要影响。Fernandes等(2020年)通过氮肥试验，发现维持最大块根产量的矿质氮素施用量不低于120 kg/hm2[1]。冉园园和刘洪斌提出重庆山地和丘陵区甘薯推荐氮磷钾施肥量[2]。Mukhongo等(2017年)研究表明，氮磷钾配施可显著提高甘薯产量[3]。上述研究主要涉及施肥对甘薯产量的影响，但对品质影响关注较少。卢会翔等研究发现，引起甘薯淀粉含量变化的基因型、环境、基因型与环境互作效应以及环境与年份互作效应均达显著水平[4]。可溶性糖、蛋白质含量是甘薯重要营养品质指标[5-7]，甘薯种植环境和年份对可溶性糖、蛋白质含量的影响大于基因型影响，可能与土壤环境和气象因素有关[8-9]。【本研究切入点】不同土壤环境条件对甘薯品质指标的影响，还有待深入研究。【拟解决的关键问题】本研究重点明晰甘薯产区壤土、黏壤土和黏土中甘薯营养品质稳定和优质的条件。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于海南省澄迈县北部沿海桥头镇，东北和西南边界为海岸线，东西相距5322.22 m(109.93～109.98 °E)，南北相距3753.33 m(19.93～19.96 °N)。平均海拔7.03 m(-13.6～37.5 m)，地势平坦开阔，为海积平原。属热带季风气候，年平均气温24.0 ℃，年均降雨量1786.1 mm，雨热同期且无霜冻。土壤以黏壤土为主，壤土和黏土为辅，其中黏壤土粘粒占比24%～36%，平均28%，粉粒占比0～20%，平均6%，砂粒占比44%～72%，平均67%；壤土粘粒占比12%～20%，平均18%，粉粒占比4%～24%，平均12%，砂粒占比64%～80%，平均70%；黏土粘粒占比36%～80%，平均51%，粉粒占比0～28%，平均14%，砂粒占比0%～64%，平均36%。pH平均为5.11，其中黏壤土为4.57～6.17，平均5.33；壤土为4.67～5.75，平均5.06；黏土为4.18～6.85，平均5.46。供试甘薯品种为甘薯高系-14号，采用常规垄作栽培技术，种植密度为0.15 m×0.80 m。

1.2 样品采集和处理

在澄迈县桥头镇甘薯核心产区选择有代表性的甘薯田块60块，每块农田按蛇形采样法采集0～20 cm耕层土壤，去除石块枯叶等杂物，五点混合成一个样本，共计60个土壤样品，每样品重约500 g。土样经自然风干后，碾碎、过筛，用于测定有机质、有效氮、磷、钾等养分含量。

在采集土样的田块，选取有代表性的甘薯植株，采集薯块和地上部植株茎叶样品，每个田块采集3～5株，将甘薯薯块切片烘干，用小型粉碎机磨碎，用于甘薯营养品质测定。

1.3 测定分析方法

土壤样品采用常规土壤农化方法测定[10-11]，有机质用重铬酸钾氧化容量法；全氮用半微量开氏法；铵态氮采用靛酚蓝比色法；硝态氮采用酚二磺酸比色法；有效磷采用钼锑抗比色法；速效钾采用火焰光度法。土壤质地采用吸管法测定。土壤pH用酸度计测定。参照全国第二次土壤普查养分分级标准，将土壤养分肥力分级，一级为很丰，二级为丰富，三级为适量，四级为缺乏，五级为很缺，六级为极缺[12]。

总淀粉和直链淀粉含量分别用酶法和碘蓝比色法测定[13]。甘薯可溶性糖含量测定采用铜还原-碘量法(参照GB/T37493—2019)。蛋白质含量用开氏法测定[10]。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2019进行数据整理和表格绘制， 采用SAS 9.4的CORR过程进行相关系数计算、用Pearson法进行显著性检验和用REG过程的Linear Regression Model以0.05为显著性条件进行逐步线性回归分析。

2 结果与分析

2.1 土壤养分和甘薯品质的差异分析

不同土壤质地类别下土壤养分均值大小(表1)和土壤养分占比(表2)分析表明，壤土、黏壤土和黏土的有机质平均值分别为40.44、29.44和37.44 g/kg，均高于适宜甘薯生长的20 g/kg[14]，且适量及以上的土样占比高达76%、62.96%和75%。壤土、黏壤土和黏土的全氮平均值分别为0.75、0.76和1.25 g/kg，适量及以上的土样占比12%、22.22%和62.5%，速效氮平均值分别为117.57、115.09和139.36 mg/kg，适量及以上的土样占比76%、51.86%和62.5%。壤土、黏壤土和黏土的有效磷均值分别为167.52、186.28和169.06 mg/kg，适量及以上的土样占比均达100%。壤土、黏壤土和黏土的速效钾均值分别为173.08、219.01和223.03 mg/kg，适量及以上的土样占比分别达64%、81.48%和100%。

表1 不同土壤类别下土壤养分及其变化差异分析表

表2 不同质地土壤养分丰缺状况

由表1可知，壤土中铵态氮和pH变异系数最小，黏壤土中有机质、全氮、有效磷和速效钾变异系数最小，黏土中速效氮和硝态氮变异系数最小。卢会翔等在对影响甘薯品质和环境效应的研究中，将重庆不同县区/品种甘薯的淀粉含量、适口性、蔓长、茎粗、商薯率和产量等的变异系数总和大小进行对比，认为总变异系数小即该县区/品种甘薯性状稳定[4]。本研究中黏壤土的土壤养分含量总变异系数最小，为315.71；其次为壤土，为361.19；最大为黏土，为392.50。土壤类别对全氮的影响差异显著，黏土全氮含量显著高于黏壤土和壤土。

由表3可知，壤土中直链淀粉、总淀粉、可溶性糖和蛋白质变异系数最小，黏壤土中支链淀粉变异系数最小。壤土甘薯的品质总变异系数最小，为78.28；其次为黏壤土，为87.63；最大为黏土，为100.92。不同土壤类别下甘薯品质含量均值(Mean)大小分析表明，壤土中直链淀粉和可溶性糖含量最高，黏壤土中蛋白质的含量最高，黏土中支链淀粉和总淀粉的含量最高。土壤类别对可溶性糖含量的影响差异显著，壤土可溶性糖含量显著高于黏土。

表3 不同土壤类别下甘薯品质及其变化差异分析表

2.2 不同质地土壤养分对甘薯品质的影响

由表4可知，壤土甘薯直链淀粉含量与pH呈显著负相关关系。除相关分析外，逐步回归变量入选先后次序反映了各参数偏相关系数绝对值大小，体现出对于因变量的相对重要性，陆国权用该法确定出快速黏度仪各参数中对甘薯食味总评起作用的主次影响因子为回复值和峰值时间[15]。以直链淀粉为因变量，土壤理化指标为自变量进行逐步线性回归分析，第一步入选变量也为pH(表5)，说明壤土甘薯直链淀粉的主要影响因子为土壤pH。

由表6可见，黏壤土甘薯直链淀粉与铵态氮呈极显著正相关关系，与pH呈极显著负相关，两种相关系数绝对值大小相等。逐步线性回归分析第一步入选变量为铵态氮，第二步为pH(表5)，说明黏壤土甘薯直链淀粉的主要影响因子为土壤铵态氮，其次为pH。黏壤土甘薯支链淀粉与土壤铵态氮呈极显著负相关关系且绝对值最大，与有效磷和全氮均呈显著负相关关系，与pH呈显著正相关关系。逐步线性回归分析第一步入选变量为铵态氮(表5)，说明黏壤土甘薯支链淀粉的主要影响因子为土壤铵态氮。

表4 壤土理化性质与甘薯品质相关系数

表5 品质逐步回归

表6 黏壤土理化性质与甘薯品质相关系数

表7表明，黏土甘薯直链淀粉和有机质呈极显著正相关且绝对值最大，与硝态氮呈显著正相关。逐步线性回归分析第一步入选变量为有机质(表5)，说明黏土直链淀粉的主要影响因子为土壤有机质。黏土甘薯支链淀粉和有机质呈极显著负相关且绝对值最大。逐步线性回归分析第一步入选变量为有机质(表5)，说明黏土支链淀粉的主要影响因子为土壤有机质。

3 讨 论

直链淀粉直接影响淀粉加工品质，是评价淀粉特征的重要指标，一般认为直链淀粉含量高，则甘薯粉丝品质好[15-17]。Duan W等研究发现，施用150 kg/hm2氮素的冀薯25直链淀粉最高且差异显著[18]，本研究发现种植于黏壤土中的甘薯直链淀粉含量主要受铵态氮的影响且呈正相关关系，可能与黏壤土中粘粒和砂粒占比居于壤土和黏土间，利于土壤保持合适的水分和氧气，促进根系对铵态氮的直接吸收利用，利于ADPG焦磷酸化酶和淀粉合酶的生成，从而促进直链淀粉生成。硝态氮与甘薯直链淀粉含量相关性不显著，可能与植物根系对铵态氮的吸收速率快于硝态氮二十倍有关[19]。另外发现，直链淀粉含量在壤土与pH呈显著负相关关系，可能与壤土中粘粒含量最少和砂粒含量最多有关，造成土壤孔隙大，不利于土壤养分保持，这种情况下，pH高就表明质子化的铵根离子少，通过铵载体进入根系的铵态氮减少，最终会影响直链淀粉合成酶的生成。本研究发现，直链淀粉在黏土中与有机质呈显著负相关关系。可能与黏土中粘粒和粉粒含量最多，砂粒含量最少有关，造成土壤孔隙小，通气透水性差，不利于葡萄糖-1-磷酸和相关酶的生成，抑制直链淀粉的产生。

高含量和长链长的支链淀粉粘度和稳定性更高，是淀粉糊化的主因[20]。Duan W等研究发现，施氮可显著降低支链淀粉含量[18]。甘薯品种Rainha Branca淀粉含量随尿素水平的增加而降低，尿素水平为460 kg/hm2时淀粉含量最低[21]。本研究发现，甘薯支链淀粉含量在黏壤土中与铵态氮呈显著负相关关系，可能与土壤特性使分支酶生成减少有关。

可溶性糖与口感密切相关，是甘薯重要的食用品质和应对逆境的重要物质。柳洪鹃等研究发现，施腐植酸(大分子有机质)可显著抑制块根可溶性糖转换相关酶活性，促进淀粉水解，从而提高甘薯可溶性糖含量[22-23]。本研究发现种植于壤土中的甘薯可溶性糖含量显著高于黏土，同时壤土中有机质含量在三类土中最多，这可能与壤土中粘粒含量最少和砂粒含量最多有关，造成土壤孔隙大，影响可溶性糖相关酶活性，这有待进一步研究.

表7 黏土理化性质与甘薯品质相关系数

4 结 论

海南省澄迈县北部沿海桥头镇的壤土中粘粒含量最少和砂粒含量最多，甘薯营养品质总变异系数最小；黏壤土中粘粒和砂粒占比居于壤土和黏土间，甘薯营养品质总变异系数次小；黏土中粘粒和粉粒含量最多，砂粒含量最少，甘薯营养品质总变异系数最大。

黏壤土中甘薯直链淀粉主要受铵态氮影响且呈显著正相关关系，壤土中直链淀粉主要受pH影响且呈显著负相关关系，黏土中直链淀粉主要受有机质影响且呈显著负相关关系。黏壤土中甘薯支链淀粉主要受铵态氮影响呈显著负相关关系。壤土中甘薯可溶性糖显著高于黏土。