作物栽培与耕作学―甘薯(各论)

1课目、课题甘薯（理论课4课时）教学重点难点重点：甘薯生育阶段、块根的膨大及产量形成，甘薯的繁殖及萌芽出苗特性，整地起垄及栽插技术；施肥技术难点：甘薯块根形成与膨大机制教学进程（含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段）第一节概述1.1甘薯生产在国民经济中的重要意义甘薯是重要的粮食作物。甘薯块根中除含有大量淀粉(15%-20%)、可溶性糖、多种维生素和人体必须的8种氨基酸外，还含有蛋白质、脂肪、食物纤维以及钙、铁等矿物质，营养价值不亚于米、面。甘薯可作为蔬菜。茎叶尤其是茎尖含有丰富的蛋白质、碳水化合物、脂肪、氨基酸、VA、VB2、VC以及矿物质等，香港人称甘薯叶为“蔬菜皇后”。甘薯是重要的饲料作物。茎叶可作为鲜、干和青贮饲料，甘薯加工后的副产品如粉渣、糖渣、酒糟等，也含有丰富的养分，是禽、畜的好饲料。甘薯是重要的轻工、化工、纺织、铸造、制革等的原料。如制酒精、制糖、制粉丝、制粉皮、制罐头、制丙酮等，还可炸薯条、炸薯片等。甘薯是良好的“先锋作物”和间、套、轮作作物。甘薯根系发达，茎蔓有着地生根习性，吸水吸肥力强，对土壤和日照长度要求不严格，且耐瘠耐旱，因此常被用作新垦地先锋作物和坡地覆盖作物。由于其较大的生育期弹性，适宜与多种作物间套作或填闲增种，增加复种指数。1.2甘薯生产概况与发展趋势1.2.1甘薯生产概况甘薯广泛种植于世界上100多个国家，主要产区在40°N以南，以亚洲和非洲最多。据统计，1999年世界甘薯面积为1298.5×104hm2，总产量为15513.3×104t，单产11.95t/hm2；亚洲的种植面积和总产分别占全世界的80.9%和92%。我国大部分省市都有甘薯栽培，主要产区为四川盆地、黄淮海平原、长江流域和东南沿海。中国种植面积526.6×104hm2，单产16.05t/hm2，是世界上最大的甘薯生产国家，其面积仅次于水稻、小麦、玉米，居第4位。四川省甘薯面积最大，山东省甘薯产量最高，达33.5t/hm2。广西甘薯单产最低，仅为7.8t/hm2。1.2.2生产现状与发展趋势甘薯生产已经取得了显著的发展。如选用了一大批适宜各大区生产需要和加工需要的优良品种，如徐薯18、南薯88等；研究并实施了蔓尖越冬、地膜覆盖等育苗技术；开展脱毒种薯生产和良种繁育；进行耕作改制、大田高产高效肥水运筹、高产数学模型的建立及优、健、高等管理技术研究和应用。发展和应用高2温大屋窖等安全贮藏技术等。但近年来甘薯生产处于徘徊状态，主要原因是甘薯产后加工业的滞后和人民消费结构的变化，导致耕作栽培管理的粗放和产量的不高不稳。今后的发展趋势是加强专用型新品种的筛选和推广应用，研究区域甘薯抗灾避灾高产高效栽培耕作技术和脱毒种薯繁殖和应用技术，推动甘薯加工业的发展。1.3中国甘薯栽培区划根据气候条件与栽培制度，同时参考地形、土壤等条件，划分为5个栽培区域。区界大体上与纬度平行。1．北方春薯区包括辽宁、吉林、北京等省、市，黑龙江省中南部，河北保定和陕西秦岭以北，山西和宁夏南部及甘肃省东南地区。本区5月中下旬栽植，9月下旬至10月初收获，生长期130～140d。2．黄淮流域春夏薯区包括山东全部，河南中南部，山西南部，江苏、安徽、河南的淮河以北，陕西秦岭以南以及甘肃武都地区。春薯于4月下旬至5月中旬栽植，10月上旬至下旬收获，生长期150～180d；夏薯于6月中下旬至7月上旬栽植，收获期与春薯相同，生长期110～120d。3．长江流域夏薯区包括江苏、安徽、河南3省的淮河以南，陕西的南端，湖北、浙江全省，贵州的绝大部分，湖南、江西、云南3省的北部和四川盆地。本区以夏薯为主，也有部分秋薯和少量春薯，甘薯与玉米套种的面积较大。夏薯于4月下旬至6月中下旬栽培，10月下旬至11月中旬收获，生长期140～170d。4．南方夏秋薯区包括福建、江西、湖南3省南部，广东、广西北部，云南中部和贵州的一小部分，以及台湾省嘉义以北的地区。夏薯一般5月栽植，8～10月收获；秋薯7月上旬至8月下旬栽插，11月下旬至12月上旬收获。甘薯生长期120～150d。5．南方秋冬薯区包括广东、广西、云南、台湾等省南部及沿海诸岛。本区栽培制度较为复杂，甘薯虽四季均可种植，但夏季温度高，昼夜温差小，不利于甘薯生长，故主要种植秋薯和冬薯。秋薯于7～8月栽，12月或次年1月收。冬薯11月上旬至12月上旬栽种，次年3-4月收获。此外，尚有部分夏薯和春薯，夏薯5月栽，10月收；春薯3～4月栽，7月收，主要作育苗或饲料栽培。第二节甘薯栽培的生物学基础32.1甘薯的起源与分类栽培甘薯为旋花科，甘薯属，甘薯栽培种，是一年生或多年生草本块根植物。根据考古学、语言学和历史学的研究结果，I.trifida可能是甘薯的祖先种，包括2x～6x种及其杂种。大约在公元前2500年，在美洲的秘鲁、厄瓜多尔、墨西哥开始出现栽培甘薯，约在公元1世纪首先传入萨摩亚群岛，之后广布于夏威夷、新西兰，哥伦布发现新大陆后，才在旧大陆广泛推广。甘薯于明朝万历年间(16世纪末叶)传入我国，至今已有400余年的栽培历史。甘薯传入我国的途径很多，但经东南路至菲律宾群岛至中国福建、广东一带栽培最早，而后向长江、黄河流域及台湾等地传播。甘薯按栽培季节可分为春薯、夏薯、秋薯、冬薯4大类。按用途可分为工业原料用型、食用及食品加工用型和饲用型3大类。2.2甘薯的形态特征2.2.1根甘薯的根可分为细根、柴根、块根三种类型。细根又名纤维根，其形状细长，上有分枝和根毛，形成须根系，具吸收水分和养分的功能。生育前期生长快，分布浅；后期生长慢，分布深。柴根又名梗根或牛旁根，粗如手指，细长似鞭，无多大利用价值。这种根主要在不良环境条件下中途停止增粗而形成，并与品种特性有关。块根是在适宜生长条件下，幼根经过一系列组织分化和积贮养分发育而成的。它是贮藏养分的器官，成为生产中主要产品器官。薯块大小取决于品种特性与栽培条件，一般将薯块大小分为大（250g以上）、中（100～250g）和小薯（100g以下）。块根形状有纺锤形、圆筒形、椭圆形、球形和长方形等，并伴有条沟，属品种特性，亦因土壤及栽培条件而发生变化。如氮肥过多，土壤潮湿，薯多扁长。块根条沟底部周围凹陷，称为根眼或根痕。不定芽大都从根眼附近长出。块根皮色与肉色因品种而异，皮色有自、浅黄、黄、淡红、紫等，由周皮中色素决定。薯肉色泽可分为白、淡黄、黄、杏黄、桶红等。肉色随胡薯卜素含量提高而加深，杏黄色薯肉的蛋白质含量高于黄、白色薯肉。2.2.2茎甘薯茎(薯蔓或薯藤)为蔓生型，多数品种匍匐生长。茎的长度与品种有关，短蔓品种小于lm，中蔓品种1～1.5m，长蔓品种2.0-3.0m，3.5m以上为特长类型。茎粗一般为4～8mm，4.0mm以下为细，6.0mm以上为粗。茎和茎节色有绿、紫、绿中带紫等。甘薯茎切断后流出的汁液为乳白色。成长的甘薯茎节部内有不定根原基，根原基数目上中部节较多，下部节较少，环境适宜发育为不定根。主茎上叶腋间的腋芽可伸长生长成为分枝。一般每株甘薯有分枝7～20个，短蔓品种较长蔓品种分枝力强，分枝数较多。基部分枝数与薯重成正相关。但分枝生长与肥水条件有关，肥水充足则分枝生长多。2.2.3叶4甘薯叶属不完全叶，互生，呈螺旋状排列。叶形分掌状形、心脏形、三角形或戟形。叶缘有全缘、带齿、浅或深单复缺刻甘薯叶形不仅品种间有差异，有些品种可在同一植株甚至同一茎上出现两种以上叶形。叶片色、顶叶色、叶缘色、叶脉色和叶柄基部颜色可概分为绿、绿带紫和紫色，也是鉴别品种的形态特征。甘薯叶片由表皮、叶肉和叶脉3部分组成，是甘薯植株进行光合作用和蒸腾作用的主要器官。2.2.4花、果实与和种子花单生，或数十朵丛集成聚伞花序着生于叶腋或茎顶。花形和牵牛花相似。花冠由5个花瓣联合成漏斗状，一般淡红色，也有蓝、紫色和白色，雄蕊5枚，花丝长短不一。雌蕊一枚，柱头呈球状。甘薯为异花授粉植物，自交结实率很低，同群内杂交也不结实。果实球形或扁圆形蒴果，每个蒴果有1～4粒种子，以1～2粒居多。种子褐色，形状分为球形、半球形或多角形。种子较小，千粒重20g左右。种皮较坚硬，表面有角质层，透水性差。2.3甘薯的生育时期甘薯大田生产中，均用块根育苗、剪苗栽插的无性繁殖方法，其生产全过程分育苗、大田生长和贮藏3个阶段。根据地上部与地下部生长关系又可划分为4个时期。2.3.1发根还苗期薯苗栽插后，在适宜的温度和水分条件下，从入土的茎节部两侧和薯苗切口部位，先后长出一批不定根。当新根吸收水分和养分，薯苗地上部开始抽出新叶或新腋芽时，称为还(缓)苗或活棵。夏、秋薯栽插后3～4d发根，5～7d还苗。此后以吸收根系的生长为中心，地上部腋芽开始伸长，并陆续长出分枝，吸收根系基本形成约需15～20d。2.3.2分枝结薯期从出现分枝到封垄(茎叶基本覆盖垄面)，夏、秋薯需20～35d，有些品种主蔓增长迅速，称为“拖秧”或“倒藤”。通常在栽后15～20d吸收根开始分化块根。此期末单株分枝数和结薯数基本固定，薯重约占最高薯重的10%～15%，茎叶鲜重占30%～50%，夏、秋薯可达60%～70%。2.3.3茎叶盛长，块根膨大期从封垄到茎叶生长高峰，夏、秋薯约在栽插后35～70d期间，生长中心为茎叶。栽后90d前后功能叶片数达到最高值，地上部生长量达到最大值。同化物质向地下部运送量增多，薯块相应膨大，但黄叶、落叶也陆续出现，形成新叶片与老叶片相互交替的现象。此期末薯重约占全生育期总重量的30%～40%。故本期又称“藤薯同长”或“薯蔓并长”时期。2.3.4块根盛长，茎叶渐衰期此期从茎叶生长高峰期开始直到收获为止。春、夏薯历时60d左右，即栽后70～130d；秋薯历时40～45d，即在栽后90～130d。此期生长中心为块根，茎叶5转向缓慢生长直至停滞，叶色变淡落黄，基部分枝枯萎及薯叶脱落，逐渐呈现衰退。同化物质加速向地下部运转，是甘薯块根产量积累主要时期。这时薯重积累量一般占全生育期总重量的50%左右。到收获前15d左右，淀粉含量达到最大值，此后增加甚微。2.4甘薯的器官生长和产量形成2.4.1茎叶生长和干物质生产甘薯株型有疏散型、中间型和重叠型三种。冯祖虾(1995)将株型分为多枝短蔓型、多枝长蔓型、粗茎大叶型、中茎中叶型、少枝小叶型、卷曲型和早花型等7种类型。一般疏散型和多枝短蔓型的鲜薯产量高，其次为多枝长蔓型。甘薯高产田茎叶盛长期单株绿叶数多至150～200片。甘薯高产田茎叶盛长期的叶片寿命(自展开至枯萎天数)差异甚大，一般为30～50d，最长的达80d以上，并与光照、水肥等条件有关。高温期形成的叶片寿命短于低温期形成的叶片。甘薯最适鲜重、最适干重的大小和出现的时间因品种、气候、栽插季节、种植制度和时期等因素而有所变化。一般夏薯至栽后60d叶片数最多，茎叶增长量最大，90d时叶面积最大，茎叶鲜重最高。立秋前后栽插的秋薯，则推迟至10月下旬接近收获时始达茎叶干重高峰。与玉米套作的甘薯茎叶封垄期和高峰期都会推迟出现。高产田多在3.5～4.5范围内；叶面积指数超过5，属徒长型；而茎叶生长不良的低产田，叶面积指数常在2以下。成熟叶片的净光合速率一般为12.0～38.lmg/dm2·h。但净同化率的高低与甘薯产量并不总是成正相关。高产甘薯的产量则是总光合势与净同化率相互作用下达到最大值的结果。2.4.2块根的形成与膨大1．块根形成和膨大的细胞和生理学特征甘薯由幼根发育为块根，是前期初生形成层活动和后期次生形成层活动为主的结果，两者在甘薯块根发育中具有同等重要性。(1)初生形成层活动与块根形成薯苗发根后约10d左右，先在初生韧皮部内侧与原生木质部之间的薄壁细胞分化成为弧形的初生形成层；随后在原生木质部外端的中柱鞘细胞分化发生形成层，并使形成层弧段连接起来，成为围绕原生木质部的初生形成层环。成环的时间约在发根后15～20d。在幼根发育初期，初生形成层活动程度强、中柱细胞的细胞壁木质化程度小，幼根才能发育成为块根；初生形成层活动弱或中柱细胞木质化程度大的，发育成为细根或柴根。(2)次生形成层活动与块根膨大甘薯栽插发根20～25d以后，除初生形成层继续活动外，先后在原生木质部