黄河三角洲盐碱地菊芋起垄种植对产量的影响

王璐，郭徽，郭洪海,3，刘芳芳,3，胡鑫慧,3，刘振林,3，贾曦

（1山东省农业科学院，济南 250100；2山东省农业科学院黄河三角洲现代农业研究院，山东东营 257091；3农业农村部盐碱地生物资源与评价利用重点实验室，山东东营 257091）

0 引言

菊芋(Helianthus tuberosus)又称洋姜、鬼子姜，属菊科向日葵属作物，起源于北美洲[1]。其抗逆性强、耐贫瘠[2]，在食品加工、饲草、生物质能源和生态修复等领域极具潜力[3-5]，是高效利用盐碱地的重要经济作物之一。菊芋的地上部分高大繁茂、叶片量大肥厚，营养物质丰富，是不可多得的优良牲畜食用饲料[6-8]，在应用工业领域也比较成熟，已被广泛应用于生物燃料的生产[9-10]。菊芋地下块茎含有丰富的菊糖，菊糖属于一种低聚果糖，热量低，其在糖尿病患者饮食改良、食品替代方面有广泛应用[11-13]。

合理的种植方式和种植密度是发挥群体生产力、提升资源利用效率、提高产量的重要途径[14]。在作物的栽培技术方面，起垄栽培可调节作物生长环境及田间小气候，是作物生产中提高产量的重要措施[15]。有研究表明，与平作模式相比，在垄作模式条件下，菊芋产量可提高15%[16]。杨君等[17]研究发现，随着菊芋种植密度的增加，菊芋产量呈现先增加后降低的趋势，当株距50 cm、行距70 cm时产量达到最大。关于菊芋种植制度和种植密度的研究较多，但集中于单一变量对块茎产量的影响，将种植制度和种植密度相结合鲜有报道。本研究以此为切入点，将种植制度和种植密度相结合，探究最优栽培模式，旨在比较黄河三角洲盐碱地区不同种植方式和种植密度对菊芋地上部分生物量、地下块茎产量以及单个块茎质量的影响，为菊芋在黄三角的高产栽培和资源高效利用提供理论指导和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点在山东省农业科学院东营基地，试验地土壤质地为重壤，春季土壤耕层含盐量3.2 g/kg，土壤有机质含量10.2 g/kg，碱解氮含量23.4 mg/kg、速效磷含量11.7 mg/kg、速效钾含量281.2 mg/kg。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，A 因素为种植方式，设起垄(A1)和平作(A2)2个水平，安排在主区。B因素为种植密度，设行距60 cm(B1)、80 cm(B2)、100 cm(B3)3 个水平，安排在副区，株距均为35 cm。每小区种6行，面积分别是25.2、33.6、42 m2，3 次重复，随机排列。起垄设计为垄面30 cm，垄宽50 cm，垄高25 cm。试验于2021 年4 月1 日深耕整地，按N 145 kg/hm2、P2O5136 kg/hm2、K2O 56 kg/hm2基施。挑选大小均匀（20 g左右）的菊芋块茎穴播，播深10 cm，供试菊芋品种为‘南芋一号’。现蕾期按N 95 kg/hm2追肥，栽培管理同大田生产。试验结束取样时间为10月30日。

收获前每小区取样中间40株，记录地上茎叶生物量、地下块茎产量，将每个小区收获的块茎平摊开，随机取样150个块茎进行称量调查。

1.3 统计方法

采用Microsoft Excel 2010对试验数据整理并进行方差分析。采用SPSS 26进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 种植制度和种植密度对地上茎叶生物量的影响

由表1可知，同一种植方式下，种植密度越大即行距越小，菊芋地上茎叶生物量越高，且起垄种植条件下行距60 cm的生物量与其他处理间存在显著提高。在A1 水平上，与B1 相比，B2 和B3 的茎叶生物量分别降低22.53%和11.60%；在A2 水平上，与B1 相比，B2 和B3的茎叶生物量分别降低23.95%和21.53%。同一种植密度下，起垄比平作的茎叶生物量大，B1、B2 和B3分别提高6.36%、8.07%和16.88%，但影响不显著。

表1 菊芋地上茎叶生物量与地下块茎产量kg/hm2

2.2 种植制度和种植密度对地下块茎产量的影响

由表1可知，同一种植方式下，种植密度越大即行距越小，菊芋产量越高，且起垄种植条件下行距60 cm的块茎产量与其他处理间存在显著提高。在A1 水平上，与B1 相比，B2 和B3 的块茎产量分别降低24.62%和7.01%；在A2水平上，与B1相比，B2和B3的块茎产量分别降低39.94%和14.08%。同一种植密度下，起垄比平作的生物量大，B1、B2 和B3 分别提高4.96%、31.74%和13.59%，但影响不显著。

F测验结果（表2）表明，区组间和A因素间差异达显著水平，但B因素间和A×B互作未达到显著水平。

表2 菊芋产量的方差分析

从图1 可以看出，不同种植方式和种植密度下的地上茎叶生物量和地下块茎产量呈现极显著线性关系，且A1B1趋势线斜率远大于其他试验处理，该试验处理更有利于菊芋地下块茎产量形成。从表1可以看出。在A2B2 和A2B3 种植方式与A1B1 有显著性差异，另外3组无显著差异。

图1 地上茎叶生物量和地下块茎产量的关系

2.3 种植制度和种植密度对地下块茎质量的影响

如图2 所示。在A1 垄作方式下，B1 行距的块茎质量大多集中在15～20 g，频数最大值出现在15 g，比该处理块茎质量的平均值低，数据形成的直方图和正态分布的峰值偏右，表明该处理块茎较小的偏多；B2行距的块茎质量大多集中在20～25 g，频数最大值出现在20 g左右，比该处理块茎质量的平均值低，数据形成的直方图和正态分布的峰值偏右，表明该处理块茎较小的偏多，但不如A1B1明显；B3行距的块茎质量大多集中在25～30 g，频数最大值出现在30 g 左右，与该处理块茎质量的平均值持平，且块茎质量数据分布近似正态分布，表明该处理块茎长势情况良好，质量分布均匀。在A2 平作方式下，B1 行距的块茎质量大多集中在15～20 g，频数最大值出现在20 g，比该处理块茎质量的平均值低，数据形成的直方图和正态分布的峰值偏右，表明该处理块茎较小的偏多；B2 行距的块茎质量大多集中在15～20 g，频数最大值出现在15 g 左右，比该处理块茎质量的平均值低，数据形成的直方图和正态分布的峰值偏右，表明该处理块茎较小的偏多；B3 行距的块茎质量大多集中在25～40 g，频数最大值出现在25～30 g，与该处理块茎质量的平均值持平，且块茎质量数据分布近似正态分布，表明该处理块茎长势情况良好，质量分布均匀。

图2 不同处理块茎直方图和正态分布

3 讨论

菊芋是一种块茎类作物，土壤质地与疏松程度对其茎、叶生长发育和块茎的膨大具有重要影响[18]。研究表明，垄作可以改善土壤理化性质[19]，增加土壤孔隙度，降低土壤容重，显著提高菊芋养分吸收量[16,20]。与平作相比，垄作可使菊芋在壤质土上的产量增加20.33%，但未达到显著性差异水平[21]。本试验在粘质盐碱地上进行，土壤板结是该类土壤基本特征，结果表明，起垄比平作土壤容重降低13.84%，土壤孔隙度增加22.79%，增产4.75%～23.58%。与曹力强[21]的研究结果相比，本试验增产效应的方差分析差异达到显著水平，其原因可能是二者试验地土壤质地不同。因此，在土壤质地粘重的土地上起垄种植菊芋，更有利于提高地下块茎产量和地上秸秆生物量。

菊芋产量由单株产量和种植密度共同决定。种植密度是影响作物光合特性、生物量、品质的重要因素[22-23]。通过合理调控种植密度，增加群体数量，提高个体生产力，实现群体和个体协调，是增加作物产量、提高经济效益的重要途径。有研究表明，随着种植密度的增加，菊芋地上部茎叶生物量和地下块茎产量呈下降趋势，菊芋总产量呈现先增加后减少的趋势[17,24]。在本试验中，菊芋生产采用不同行距未能产生增产效应，在生育后期块茎开始膨大时，高大植株和大量侧枝使宽窄行距的通风透光作用无法显现[25]，随着种植密度的减小，地上部茎叶生物量和地下块茎产量减低，这也许与试验地土壤肥力低、土壤含盐量高有关，低肥力盐碱地要获得高产，需要提高种植密度，增加单位面积产量，但大行距种植可明显增加单粒块茎质量，A1B3、A2B3 处理单粒块茎质量大多集中在25～40 g 范围。因此，合理的种植方式和种植密度是提高菊芋产量的重要途径。

4 结论

在不同种植间距下，垄作栽培菊芋的地上茎叶生物量、地下块茎产量及块茎大小等指标均优于平作。60 cm种植行距下地上茎叶生物量和地下块茎产量均最高，但单个块茎质量较小，更适于以牲畜饲料收获为目的的种植；100 cm种植行距下块茎质量较大且大小均匀，并维持较高的地上茎叶生物量和地下块茎产量，更适于以块茎商品化为目的种植。因此，在黄河三角洲盐碱地区种植菊芋时宜采用垄作栽培，并根据种植目的选择合适的种植间距。