气候变化下北极圈土豆生长的温度密码：品种差异与产量提升策略

《Potato Research》：Influence of Growth Temperature on Development and Yield in a Medium Late and a Late Scandinavian Cultivar of Potato

为探究不同温度对北极圈种植的马铃薯品种生长发育及产量的影响，研究人员以 Gullauge 和 Mandel 为对象，发现二者对温度响应显著，且地上与地下发育的最适温度不同，该结果有助于指导农业生产决策。

　　

一、研究背景

马铃薯是世界重要的主食作物之一，富含碳水化合物、纤维、蛋白质、多种植物营养素、矿物质和维生素。它起源于南美洲高海拔和温带地区，相较于其他主要主食作物，更适合在较寒冷的气候环境中生长。在挪威北部，尽管地处北极圈附近，马铃薯种植却颇为成功。这里五月至六月积雪融化和土壤解冻较晚，九月又会早早迎来秋霜，马铃薯的生长季短暂且温度较低。不过，在 “午夜太阳” 的超长光照期下，低温适应型作物的产量得到了一定补偿。

随着全球气候变暖，高纬度地区的气候条件发生了变化，雪融时间提前，可用于光合作用的时间增加。与此同时，挪威北部的马铃薯种植户为提高产量，采取了预发芽和春季覆盖植物的措施，其中非织造纤维覆盖物的使用能使土壤温度升高约 3°C。在此背景下，研究不同马铃薯品种对温度的响应变得至关重要。一方面，不同品种在不同温度下的生长表现差异很大，这直接关系到作物的产量和品质；另一方面，了解温度响应能为种植户提供精准的种植决策依据，比如确定覆盖物的使用时长、施肥和灌溉的时机等，进而优化当地的马铃薯产量。此外，随着农业气象传感器的普及，实时跟踪生长条件并结合品种的温度响应知识，将为北方农民带来巨大的价值。

二、研究概况

挪威生物经济研究所在北极圈特罗姆瑟（69.7°N，18.9°E）的温室中开展了此项研究。研究人员以挪威北部种植的两个重要马铃薯品种 Gullauge（中晚熟品种）和 Mandel（晚熟品种）为研究对象，旨在探究在北极 24 小时光照周期下，它们对不同温度的生长发育响应。该研究成果发表在《Potato Research》上。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，选取来自挪威 Overhalla klonavlssenter 的 Gullauge 和 Mandel 的预基础种薯（P2），在 12°C、自然光照（20?40μmol/m2/s）下预发芽 4 周，为后续实验准备种苗。然后，将种薯分别种植在 12 升的花盆中，置于 5 个不同温度（9°C、12°C、15°C、18°C 和 21°C）的温室生长室中，每个温度和品种设置 9 个重复，模拟不同的温度环境。在生长过程中，每天观察记录植株的 BBCH 发育阶段，包括发芽（BBCH 09）、叶片展开（BBCH10 - 19）和花芽出现（BBCH 55）等阶段的天数，以此来监测植株的生长发育进程。在收获时，测量植株高度、地上部分生物量、块茎数量和产量等指标，并对数据进行 GLM 方差分析和回归曲线拟合，确定不同生长指标的最适温度，从而全面分析温度对马铃薯生长发育和产量的影响。

三、研究结果

1. 温度对植物发育的影响：温度对 Gullauge 和 Mandel 的植株发育有着显著的正向影响（span data-custom-copy-text="\(P0.001\)"P<0.001）。随着温度升高，植株发芽（BBCH 09）、叶片发育（BBCH 10 - 19）和花芽发育（BBCH 55）的时间均提前。在两个品种中，温度降低时，发芽时间普遍延迟，从 21°C 时平均 10.7 天发芽，到 9°C 时最晚需 19.1 天发芽。从发芽到可见花芽的营养生长总周期也随着温度升高而显著缩短，9°C 时平均为 68.6 天，而 18°C 和 21°C 时仅为 23.2 - 24.6 天。计算得出，两个品种花芽发育（BBCH55）的最适温度均高于 21°C，其中 Gullauge 的最适温度为 24.0°C，略高于 Mandel 的 22.6°C。
2. 不同马铃薯品种的发育时间差异：Gullauge 的芽平均比 Mandel 早 3.7 天出土（span data-custom-copy-text="\(P0.001\)"P<0.001）。在营养生长阶段（BBCH10 - 19）以及后续发育至可见花芽阶段（BBCH19 - 55），两个品种的发育时间没有差异。总体而言，Gullauge 从出土到花芽出现的总发育时间比 Mandel 平均短 3.2 天。
3. 温度对生长和产量的影响：温度对植株高度影响显著，温度越高，植株茎长越长。Gullauge 在所有温度下的植株高度略高于 Mandel，且在较低温度下差异更为明显。不过，收获时 Mandel 的地上部分生物量比 Gullauge 更多，而 Gullauge 的单株块茎数量和鲜重产量则高于 Mandel。温度对单株出苗数没有显著影响，两个品种的出苗数也无差异。通过抛物线回归曲线分析发现，Gullauge 和 Mandel 块茎干物质百分比的最适温度分别为 16.6°C 和 15.6°C，块茎产量的最适温度分别为 14.9°C 和 14.6°C。此外，Gullauge 块茎表皮颜色还受温度影响，随着温度升高，红色区域逐渐增加。

四、研究结论与讨论

本研究表明，Gullauge 和 Mandel 两个品种对温度的响应都很强烈。随着温度降低，营养生长时间延长，温度对地上部分茎和地下部分块茎生物量的影响也十分显著。Gullauge 比 Mandel 更早出土，这可能是其产量较高的原因之一，且 Gullauge 单株块茎数量更多。研究结果与前人研究相符，即地上部分生长发育的最适温度高于地下部分块茎发育和产量形成的最适温度。

从实际应用角度看，对于在北极圈种植马铃薯的农民而言，了解地上和地下部分生长对温度的不同响应，有助于确定夏季早期使用气候增强纤维覆盖物的时长，还能帮助种植者根据当前温度和天气预报，合理安排施肥、灌溉和植物保护措施的时间。此外，本研究是在北极圈 24 小时光照条件下进行的，结果显示，长光照周期似乎会降低块茎和地上部分干物质产量的最适温度。这表明，如果在较短光照周期和较低纬度地区种植，Gullauge 和 Mandel 的最适温度可能会更高，不过这还需要进一步研究。

在生长模型构建方面，了解品种的最适温度和基础温度，有助于构建更准确的生长模型。但需要注意的是，构建当地模型时，还需考虑生长季节光照条件的变化，尤其是不同纬度地区光照时长差异较大，以及秋季日照缩短的情况，同时结合更多田间生长数据进行优化。另外，Gullauge 块茎表皮红色区域随温度变化的现象，可能是对温度的响应，而非成熟度的标志。未来北极地区气温升高，可能会增强 Gullauge 的红色表皮特征，这对其在挪威的地理标志产品营销具有重要意义。

综上所述，本研究为北极圈马铃薯种植提供了关键的温度响应数据，为农业生产决策和生长模型构建奠定了基础，不过还需在更广泛的田间条件下进一步验证和完善，以更好地服务于马铃薯产业发展。