氮肥施用量對(duì)不同紫甘薯品種產(chǎn)量和氮素效率的影響

吳春紅　劉　慶　孔凡美　李　歡　史衍璽,*

1青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 山東青島266109;2山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 山東泰安271018

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氮肥施用量對(duì)不同紫甘薯品種產(chǎn)量和氮素效率的影響

吳春紅1,2劉慶1孔凡美2李歡1史衍璽1,*

1青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 山東青島266109;2山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 山東泰安271018

摘要:選取紫甘薯品種浙紫1號(hào)、寧紫2號(hào)和紫菁2號(hào), 設(shè)置3個(gè)施氮處理, 即0 (N0)、75 (N1)和150 (N2) kg hm–2純氮, 于2013—2014年2個(gè)生長季在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園進(jìn)行大田試驗(yàn), 研究不同氮肥用量對(duì)塊根產(chǎn)量、干物質(zhì)累積速率、氮素累積量及氮素效率的影響。結(jié)果表明, 施用氮肥不同程度地降低了浙紫1號(hào)和紫菁2號(hào)的薯塊產(chǎn)量, 其中, 浙紫1號(hào)的N1、N2處理分別較N0處理降低12.64％和13.32％, 紫菁2號(hào)分別降低3.94％和29.06％;寧紫2號(hào)N1處理產(chǎn)量略高于N0處理, 兩年分別較N0處理提高8.5％和3.4％, 而N2處理塊根產(chǎn)量顯著低于N0處理。莖蔓生物量和氮素累積量隨著施氮量的增加而增加, 而收獲指數(shù)、氮素收獲指數(shù)和氮素利用效率逐漸降低。第1 年N1、N2處理的莖蔓干物質(zhì)累積量分別較N0處理提高2.7％～20.0％和12.3％～36.4％, 第2年分別提高12.6％～51.9％ 和28.7％～85.5％。相關(guān)分析表明, 塊根產(chǎn)量與氮素效率各指標(biāo)均呈顯著或極顯著正相關(guān); 而莖蔓生物量與收獲指數(shù)、氮素收獲指數(shù)及氮肥利用效率均呈極顯著負(fù)相關(guān)(r = –0.615**, –0.704**, –0.663**)。肥沃土壤上施用氮肥會(huì)造成浙紫1號(hào)和紫菁2號(hào)的莖蔓旺長, 光合產(chǎn)物向薯塊轉(zhuǎn)運(yùn)比例降低, 導(dǎo)致源庫比例不協(xié)調(diào), 塊根產(chǎn)量下降。寧紫2號(hào)對(duì)氮肥的需求相對(duì)較高, 施用氮肥75 kg hm–2時(shí)鮮薯產(chǎn)量提高, 而施氮量過高時(shí)薯塊產(chǎn)量降低。因此, 紫甘薯在含氮量較高的肥沃土壤上種植時(shí), 對(duì)氮肥的需求量較低, 莖蔓和薯塊的協(xié)調(diào)生長是提高塊根產(chǎn)量和氮素利用效率的保障。

關(guān)鍵詞:紫甘薯, 氮肥用量, 產(chǎn)量, 氮效率

本研究由國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-11-B-14)資助。

This study was supported by the Special Program of Modern Agro-industry Technology System (CARS-11-B-14).

第一作者聯(lián)系方式: E-mail: wuchunhong.123@163.com, Tel: 18561950118

紫甘薯塊根含有豐富的膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)以及人體必需氨基酸, 大米和面粉缺少的賴氨酸含量也較高[1], 而且富含具有抗氧化、清除自由基、延緩衰老等功能的天然色素——花青素[2-3]。近年來, 隨著生活水平的提高和保健意識(shí)的增強(qiáng), 紫甘薯受到廣大消費(fèi)者的青睞。2010—2011年調(diào)查資料顯示, 紫甘薯的平均市場價(jià)格達(dá)到6.22元kg–1[4]。紫甘薯的種植方式隨著其商品性的增強(qiáng)由粗放型向精耕細(xì)作栽培模式轉(zhuǎn)變, 栽培土壤由貧瘠的丘陵薄地向肥沃的平原地區(qū)過度。為了提高紫甘薯產(chǎn)量和增加經(jīng)濟(jì)效益, 農(nóng)民不但選擇較肥沃的土壤, 而且化肥施用量也逐年增加, 重施氮肥現(xiàn)象尤為突出[5]。

氮素是甘薯生長發(fā)育必需的礦質(zhì)元素之一, 在干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)方面有重要的作用, 是影響地上部形態(tài)建成和產(chǎn)量的主要因素[6]。近年來, 氮肥對(duì)甘薯生長發(fā)育的研究較多, 但得出的結(jié)論各異。有研究表明, 增施氮肥可提高平均單薯重和產(chǎn)量[7], 但也有研究認(rèn)為施用氮肥對(duì)甘薯無增產(chǎn)效果, 甚至造成薯塊減產(chǎn)[8-9]。也有研究證實(shí), 甘薯產(chǎn)量受土壤[10]和品種[11-12]等多因素的影響。盲目地施用氮肥是否會(huì)提高紫甘薯產(chǎn)量,氮素是否會(huì)被高效利用是個(gè)有待探討的問題。本研究采用大田試驗(yàn)方法, 探討肥沃的平原地區(qū)施用氮肥對(duì)紫甘薯產(chǎn)量和氮肥效率的影響, 以期為紫甘薯的氮肥合理施用提供理論依據(jù), 以達(dá)到高產(chǎn)高效目的。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用浙紫1號(hào)、寧紫2號(hào)、紫菁2號(hào)脫毒苗于2013—2014年在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園同一試驗(yàn)田進(jìn)行試驗(yàn), 地點(diǎn)為膠州市膠萊鎮(zhèn), 土壤類型為沙姜黑土。2013年耕層(0～20 cm)土壤含堿解氮40.8 mg kg–1, 速效磷15.3 mg kg–1, 速效鉀49.2 mg kg–1。2014年試驗(yàn)田耕層(0～20 cm)土壤堿解氮49.3 mg kg–1,速效磷18.6 mg kg–1, 速效鉀52.4 mg kg–1。

采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì), 共4個(gè)區(qū)組。試驗(yàn)小區(qū)面積為24 m2(壟長6.0 m×5壟, 壟寬0.8 m), 栽插密度為5萬株 hm–2。氮肥用量分別為0、75、150 kg hm–2純氮(依次用N0、N1、N2表示)。氮肥品種為尿素。同時(shí)施用75 kg hm–2P2O5、90 kg hm–2K2O作為底肥, (分別選取過磷酸鈣和硫酸鉀)。磷肥在劃好小區(qū)后均勻撒施, 為保證肥料施用的均勻性, 氮肥和鉀肥在插秧7 d后以滴灌方式隨水施入。2013年5月17日移栽, 10月15日收獲, 2014年5月19日移栽, 10月23日收獲, 正常田間管理。

1.2測定項(xiàng)目與方法

1.2.1樣品的采集移栽后50、75、100、125 和150 d分別于采樣區(qū)取15株, 分為地上部分和地下部分稱重后切碎置牛皮袋內(nèi), 以鼓風(fēng)干燥箱105℃殺青30 min, 再以80℃烘至恒重, 稱取干重并計(jì)算干物質(zhì)累積速率, 以多功能粉碎機(jī)磨細(xì), 過篩后置塑封袋備用。

1.2.2收獲期莖蔓生物量和產(chǎn)量測定收獲時(shí)按小區(qū)莖蔓稱重, 對(duì)塊根按單株考種, 并記錄產(chǎn)量。1.2.3養(yǎng)分含量測定稱取一定量的已粉碎的樣品, 經(jīng)H2SO4-H2O2消解后, 用凱氏定氮法測定各部分氮含量。根據(jù)各部分干物質(zhì)累積量和氮素含量計(jì)算氮素累積量。

1.2.4氮素效率相關(guān)參數(shù)計(jì)算[13-15]

收獲指數(shù)=鮮薯產(chǎn)量/植株總生物量

氮素收獲指數(shù)=塊根氮素累積量/植株氮素總累積量

氮素吸收效率(kg kg–1)=植株氮素總累積量/供N量(氮肥施入量+當(dāng)季土壤氮供應(yīng)量)

氮素利用效率(kg kg–1)=產(chǎn)量(薯塊干重)/植株氮素總累積量

氮肥偏生產(chǎn)力(kg kg–1)=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量

氮肥農(nóng)學(xué)效率(kg kg–1)=(施氮區(qū)產(chǎn)量–非施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量

氮肥貢獻(xiàn)率(％)=(施氮區(qū)產(chǎn)量–非施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮區(qū)產(chǎn)量×100

1.3統(tǒng)計(jì)方法

運(yùn)用SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析; 用DPS6.55 LSD法檢驗(yàn)顯著性; 用Microsoft Excel 2003制作表格。

2　結(jié)果與分析

2.1薯塊產(chǎn)量和莖蔓干物質(zhì)累積量

由表1可知, 與N0處理相比, 施氮處理(N1、

N2)不同程度地降低了浙紫1號(hào)的鮮薯產(chǎn)量, 第1 年N1、N2處理分別較N0處理降低23.60％ (P<0.05) 和12.55％; 第2年N2處理的鮮薯產(chǎn)量分別較N0 和N1處理降低了14.4％和17.2％, 差異均達(dá)顯著水平。與N0處理相比, 適量施用氮肥(N1)可提高寧紫2號(hào)的鮮薯產(chǎn)量, 兩個(gè)生長季的N1處理分別較N0處理提高8.5％和3.4％, 過量的施用氮肥(N2)導(dǎo)致寧紫2號(hào)產(chǎn)量降低。與N0處理相比, 施氮處理顯著降低了紫菁2號(hào)的塊根產(chǎn)量, 第1年N1、N2處理分別較N0處理降低18.7％、32.2％; 第2 年N2處理較N0處理降低25.52％, 差異均達(dá)顯著水平。

2個(gè)生長季內(nèi)施氮處理(N1、N2)均不同程度地提高了莖蔓干物質(zhì)累積量。與N0處理相比, 第1年N1和N2處理的莖蔓干物質(zhì)累積量分別增高2.7％～ 20.0％和12.3％～36.4％, N2處理與N0處理間的差異達(dá)到顯著水平。第2年N1、N2處理的莖蔓干物質(zhì)累積量分別較N0提高12.6％～51.9％和28.7％～85.5％,且差異均達(dá)到顯著水平。

方差分析表明, 2個(gè)生長季中, 氮肥對(duì)鮮薯產(chǎn)量和莖蔓干物質(zhì)累積量的影響及2個(gè)指標(biāo)的品種間差異均達(dá)到極顯著水平, 且第2年的影響程度高于第1年。氮肥對(duì)鮮薯產(chǎn)量的影響程度顯著低于品種間差異, 但氮肥對(duì)生物量的調(diào)控高于品種間差異。品種與氮肥的交互作用僅對(duì)第1年鮮薯產(chǎn)量的影響達(dá)極顯著水平。

表1　氮肥用量對(duì)紫甘薯鮮薯產(chǎn)量和莖蔓干物質(zhì)累積量的影響Table 1　Effects of nitrogen application rates on storage root yield and shoot dry matter accumulation in purple sweetpotato

2.2紫甘薯干物質(zhì)累積速率

表2表明, 與N0處理相比, 栽插后0～100 d間紫甘薯N1、N2處理的莖蔓干物質(zhì)累積速率明顯提高, 各生長階段分別平均提高28.48％、28.92％和55.38％。浙紫1號(hào)在栽插0～75 d間莖蔓的干物質(zhì)累積速率明顯高于其他2個(gè)品種, 50～75 d間浙紫1號(hào)莖蔓的干物質(zhì)累積速率達(dá)到整個(gè)生育期的最高值, 為138.18～218.37 kg hm–2d–1。隨生長時(shí)期的推移, 寧紫2號(hào)的莖蔓的干物質(zhì)累積速率逐漸提高, 75～100 d間達(dá)到最高值, 為100.67～269.37 kg hm–2d–1。紫菁2號(hào)在0～50 d間莖蔓的干物質(zhì)累積速率最低, 75～100 d間其莖蔓干物質(zhì)累積速率達(dá)到最高值, 為253.76～394.95 kg hm–2d–1, 明顯高于其他2個(gè)品種的最高累積速率。

隨生育進(jìn)程, 浙紫1號(hào)、寧紫2號(hào)和紫菁2號(hào)的薯塊干物質(zhì)累積速率逐漸提高, 75～100 d間累積速率達(dá)到最高值, 分別為160.62、266.36和224.42 kg hm–2d–1。整個(gè)生育時(shí)期內(nèi), 寧紫2號(hào)的累積速率最高, 并且寧紫2號(hào)薯塊發(fā)育較早, 0～50 d其塊根的干物質(zhì)累積速率平均較浙紫1號(hào)和紫菁2號(hào)高34.36％ 和72.51％。

表2　氮肥用量對(duì)紫甘薯干物質(zhì)累積速率的影響Table 2　Effects of N application rates on dry matter accumulation amount in purple sweetpotato (kg hm–2d–1)

2.3紫甘薯氮素累積量

由表3可知, 與N0處理相比, 施用氮肥可不同程度地提高莖蔓氮素累積量, 第1年各品種的N2處理分別較N0處理提高22.71％、19.62％和37.80％, 差異均達(dá)顯著水平。第2年浙紫1號(hào)和紫菁2號(hào)莖蔓的氮素累積量表現(xiàn)為N2>N1>N0, 寧紫2號(hào)N1、N2處理的莖蔓氮素累積量分別較N0處理高70.62％和53.93％, 但N1和N2處理間差異不顯著。2年數(shù)據(jù)相比, 第2年N2處理莖蔓的氮素累積量明顯高于第1年。

氮肥對(duì)浙紫1號(hào)塊根中氮素累積量的影響存在年份間差異, 第1年表現(xiàn)為N0=N2>N1; 而第2年N1、N2處理分別較N0處理高19.94％和18.98％, 差異均達(dá)到顯著水平。與N0處理相比, N1、N2處理顯著提高了寧紫2號(hào)塊根的氮素累積量, 施氮量過高則導(dǎo)致塊根氮素累積量降低, N2處理顯著低于N1處理, 兩個(gè)生長季N1處理分別較N0處理提高103.31％和98.24％。與N0處理相比, N2處理顯著降低了紫菁2號(hào)塊根的氮素累積量, 第1年和第2年分別較N0處理降低24.01％和18.17％。

方差分析表明, 2年試驗(yàn)中, 品種間差異與氮肥對(duì)氮素累積量的影響均達(dá)極顯著水平, 且第2年品種間差異及氮肥對(duì)各指標(biāo)的調(diào)控均高于第1年。第1年氮肥對(duì)各指標(biāo)的影響程度低于品種間差異, 而第2年相反。第1年品種和氮肥的交互作用極顯著地影響塊根氮素累積量; 第2年交互作用對(duì)兩指標(biāo)的影響均達(dá)到極顯著水平, 但對(duì)塊根氮素累積量的影響高于莖蔓。

2.4紫甘薯氮素吸收利用效率

由表4可知, 與N0處理相比, 施氮處理(N1、N2)不同程度地降低了紫甘薯的收獲指數(shù), 并且隨著施氮量的增加, 紫甘薯的收獲指數(shù)呈降低趨勢。浙紫1號(hào)和紫菁2號(hào)的N1、N2處理均顯著低于N0處理, 且N1和N0間差異不顯著。兩年試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比, 第1年各品種的收獲指數(shù)高于第2年, 尤其以施氮處理差異較大。浙紫1號(hào)和紫菁2號(hào)的氮素收獲指數(shù)與收獲指數(shù)的規(guī)律表現(xiàn)一致; 而寧紫2號(hào)N1處理的氮素收獲指數(shù)顯著高于N0和N2, 后兩者差異不顯著。多重比較可知, 施氮處理(N1、N2)下寧紫2號(hào)的收獲指數(shù)和氮素收獲指數(shù)均不同程度地高于其他2個(gè)品種。

與N0處理相比, 施氮處理(N1、N2)下紫甘薯的氮素吸收效率和氮素利用效率均不同程度地降低, 其中氮素利用效率的降低程度均達(dá)顯著水平。2個(gè)生育期內(nèi), 浙紫1號(hào)N1和N2處理的氮素吸收效率均顯著低于N0, 且N1和N2間差異不顯著; 第1年寧紫2號(hào)和紫菁2號(hào)的氮素吸收效率均表現(xiàn)為N0>N1>N2。2年試驗(yàn)中, 各品種氮素利用效率均表現(xiàn)為N0>N1>N2。寧紫2號(hào)的氮素利用效率高于其他2個(gè)品種。

表3　氮肥用量對(duì)紫甘薯氮素累積量的影響Table 3　Effects of N application rates on N accumulation amount in purple sweetpotato (kg hm–2)

表4　氮肥用量對(duì)紫甘薯氮素效率的影響Table 4　Effects of N application rates on nitrogen efficiency in purple sweetpotato

方差分析表明, 兩年試驗(yàn)中, 品種和氮肥對(duì)氮肥效率各指標(biāo)的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平, 且氮肥對(duì)各指標(biāo)的影響均明顯高于品種間差異。品種和氮肥的交互作用對(duì)收獲指數(shù)、氮素收獲指數(shù)和氮素吸收效率的影響也達(dá)到極顯著水平, 而對(duì)氮素利用效率的影響只有第2年達(dá)極顯著水平。第1年氮肥對(duì)氮素吸收效率的調(diào)控顯著高于第2年, 而其他指標(biāo)表現(xiàn)相反趨勢。與其他指標(biāo)相比, 收獲指數(shù)的品種間差異最高。

2.5氮肥農(nóng)學(xué)利用效率

由表5可知, 與N1處理相比, N2處理的氮肥偏生產(chǎn)力顯著降低, N 1處理下其變化幅度為86.7～140.5 kg kg–1, 且第2年略高于第1年, 而N2的變化幅度僅為32.7～64.9 kg kg–1。寧紫2號(hào)的氮肥偏生產(chǎn)力明顯高于其他2個(gè)品種。浙紫1號(hào)和紫菁2號(hào)的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率呈現(xiàn)負(fù)值, 說明施用氮肥沒有增加鮮薯產(chǎn)量; 第2年N1處理下為正值, N2為負(fù)值, 則說明N1處理下塊根產(chǎn)量較N0處理略有增加, 但進(jìn)一步增加氮肥則導(dǎo)致減產(chǎn)。寧紫2號(hào)N2處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率較N1處理顯著降低, 說明隨著氮肥用量的增加寧紫2號(hào)的增產(chǎn)幅度逐漸減小。浙紫1號(hào)和紫菁2號(hào)的氮肥貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)負(fù)值, 說明試驗(yàn)條件下外源氮肥導(dǎo)致兩者鮮薯產(chǎn)量降低; 寧紫2號(hào)N2的氮肥貢獻(xiàn)率較N1降低, 第1年差異達(dá)顯著水平, 第2年差異不顯著。

表5　氮肥用量對(duì)紫甘薯氮肥農(nóng)學(xué)效率的影響Table 5　Effects of N application rates on N agronomic efficiency in purple sweetpotato

品種和氮肥對(duì)氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)利用率的影響均達(dá)顯著或極顯著水平, 且第2年氮肥對(duì)以上兩個(gè)指標(biāo)的影響高于品種間差異; 品種與氮肥的交互作用對(duì)氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)利用率的影響均達(dá)到極顯著水平, 而對(duì)氮肥貢獻(xiàn)率的影響較小。第1年紫甘薯氮肥貢獻(xiàn)率的品種間差異達(dá)極顯著水平, 品種和氮肥的交互作用顯著影響氮肥貢獻(xiàn)率,而第2年氮肥對(duì)其影響達(dá)極顯著水平。

2.6部分指標(biāo)與氮素效率各指標(biāo)的相關(guān)性分析

由表6可知, 鮮薯產(chǎn)量與氮素效率各指標(biāo)均呈正相關(guān), 其中, 與收獲指數(shù)、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率及氮肥貢獻(xiàn)率的相關(guān)性均達(dá)極顯著水平,相關(guān)系數(shù)分別為0.651、0.660、0.612和0.615; 與氮素吸收效率和氮素利用效率的相關(guān)性為顯著水平,相關(guān)系數(shù)分別為0.493和0.491。莖蔓生物量和莖蔓氮素累積量與氮素效率各指標(biāo)均呈負(fù)相關(guān), 其中,與收獲指數(shù)、氮素收獲指數(shù)及氮素利用效率的相關(guān)

性均達(dá)到極顯著水平, 相關(guān)系數(shù)分別為–0.615、–0.471, –0.704、–0.743和–0.663、–0.750; 而與其他指標(biāo)的相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平。塊根氮素累積量與氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率及氮肥貢獻(xiàn)率均呈極顯著正相關(guān), 相關(guān)系數(shù)分別為0.760、0.630 和0.609; 與收獲指數(shù)和氮素收獲指數(shù)的正相關(guān)關(guān)系達(dá)到顯著水平; 而與氮素吸收效率和氮素利用效率的相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平。

表6　部分指標(biāo)間的相關(guān)性系數(shù)Table 6　Correlation coefficients among some indices

3　討論

3.1氮肥用量與紫甘薯生物量和產(chǎn)量

莖蔓和塊根的協(xié)調(diào)生長是甘薯取得高產(chǎn)的關(guān)鍵[16-17]。氮肥對(duì)莖蔓的生長和薯塊的膨大以及兩者的協(xié)調(diào)生長有較大的影響, 在一定的范圍內(nèi), 甘薯生物量和產(chǎn)量隨著氮肥用量的增加而增加, 但當(dāng)?shù)视昧窟^高時(shí), 光合產(chǎn)物向薯塊的轉(zhuǎn)運(yùn)比例降低,導(dǎo)致莖蔓旺長, 塊根產(chǎn)量降低[18-19]。本研究表明, 施用氮肥75 kg hm–2和150 kg hm–2時(shí), 紫甘薯莖蔓干物質(zhì)量分別平均較N0提高20.60％和39.69％, 2014年甘薯生長季節(jié)降雨量較2013年多, 莖蔓生物量則明顯高于第1年。寧運(yùn)旺等[15]研究指出, 在施氮量為300 kg hm–2時(shí)徐薯22的生物量提高29.2％。高璐陽等[20]盆栽龍薯9號(hào)和煙薯25的試驗(yàn)結(jié)果表明, 施氮量達(dá)到400 mg kg–1時(shí)莖蔓生物量是N0處理的2.13倍。方差分析表明(表1), 品種間差異和氮肥對(duì)鮮薯產(chǎn)量的影響均達(dá)到極顯著水平, 且品種間差異明顯高于氮肥對(duì)產(chǎn)量的影響。房增國等[21]研究氮肥對(duì)8個(gè)鮮食型甘薯品種產(chǎn)量的影響表明, 各氮素水平下黃皮蘇薯8號(hào)的產(chǎn)量最高, 而濟(jì)薯21產(chǎn)量最低。本試驗(yàn)條件下, 浙紫1號(hào)和紫菁2號(hào)的鮮薯產(chǎn)量均隨氮肥用量的增加而顯著下降, 即N0處理下產(chǎn)量最高, 施用氮肥導(dǎo)致減產(chǎn), 這也許與試驗(yàn)田肥力水平較高、甘薯生長季節(jié)雨量充沛及品種的耐氮肥性較差等因素有關(guān)。孫澤強(qiáng)等[22]研究也表明, 不施氮肥處理下多用型甘薯濟(jì)薯21的鮮薯產(chǎn)量最高,施用氮肥后產(chǎn)量顯著降低16.92％～20.92％。董曉霞等[23]研究表明在基礎(chǔ)養(yǎng)分含量高的褐土上CK處理的濟(jì)薯22和濟(jì)薯18的產(chǎn)量最高。寧紫2號(hào)較浙紫1號(hào)和紫菁2號(hào)的耐氮性強(qiáng), 施用氮肥后莖蔓生物量旺長現(xiàn)象不突出, 適量增施氮肥可提高產(chǎn)量。施用氮肥75 kg hm–2時(shí), 寧紫2號(hào)塊根產(chǎn)量有增加趨勢,而當(dāng)?shù)视昧吭黾拥?50 kg hm–2時(shí)則造成嚴(yán)重減產(chǎn)。寧運(yùn)旺等[15]在濱海灘涂試驗(yàn)結(jié)果表明, 氮肥施用量超過60 kg hm–2后甘薯的理論產(chǎn)量顯著降低35.7％～55.8％。甘薯是耐貧瘠耐干旱作物, 因此, 在雨水充足、肥力水平較高的地區(qū), 紫甘薯生長發(fā)育對(duì)外源氮肥的需求量較低。

氮肥對(duì)甘薯庫源關(guān)系的建立、發(fā)展和平衡均有顯著影響。寧運(yùn)旺等[24]研究表明, 甘薯生育后期庫源平衡對(duì)氮肥較為敏感, 不施氮肥或過量施用氮肥會(huì)導(dǎo)致莖葉生長不足或過旺從而使庫源失衡導(dǎo)致減產(chǎn)。本研究表明, 施用氮肥導(dǎo)致浙紫1號(hào)庫源發(fā)育不平衡, 塊根快速增長時(shí)期滯后于莖蔓迅速生長時(shí)期, 造成大量的光合產(chǎn)物滯留到莖蔓中, 鮮薯產(chǎn)量顯著降低。紫菁2號(hào)莖蔓快速生長期和塊根的快速膨大期均集中在75～100 d間, 但紫菁2號(hào)的庫源比例不協(xié)調(diào), 莖蔓的生長速率明顯高于塊根膨大速率, N2處理下紫菁2號(hào)的莖蔓和塊根的干物質(zhì)累積速率比值為2︰1, 光合產(chǎn)物向塊根轉(zhuǎn)運(yùn)過少, 不利于塊根膨大潛力的發(fā)揮。適量的增施氮肥有助于寧紫2號(hào)的庫源的協(xié)調(diào), 光合產(chǎn)物向薯塊轉(zhuǎn)運(yùn)的比例增大,有利于塊根產(chǎn)量的提高。

3.2氮肥用量與氮素效率

收獲指數(shù)、氮素收獲指數(shù)和氮素吸收利用效率是研究作物品種特性及氮肥調(diào)控的常用指標(biāo)。收獲

指數(shù)反映單位生物量生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的能力。氮素收獲指數(shù)和氮素利用效率分別反映已吸收的氮素向收獲器官的分配比例和獲得最終產(chǎn)量的能力。氮素吸收效率可反映作物對(duì)介質(zhì)中氮素的吸收能力[25-26]。本試驗(yàn)結(jié)果表明, 施氮處理下, 紫甘薯莖蔓生物量顯著提高的同時(shí)鮮薯產(chǎn)量降低或增加量滯后, 導(dǎo)致紫甘薯的收獲指數(shù)顯著降低, 施氮量達(dá)到150 kg hm–2時(shí), 收獲指數(shù)由N0的0.76下降到0.43。孫澤強(qiáng)等[22]研究指出施氮量為225 kg hm–2時(shí)濟(jì)薯21的收獲指數(shù)由0.61下降到0.49。表明過量的增施氮肥引起薯蔓旺長, 碳水化合物向下轉(zhuǎn)移受阻, 不利于塊根產(chǎn)量的提高, 導(dǎo)致收獲指數(shù)下降。在一定施氮范圍內(nèi), 由于生物量和植株含氮量的增加, 作物的氮素累計(jì)值隨施氮量的增加而增加, 氮素利用效率和氮素收獲指數(shù)均隨著施氮量的增加而下降[27-28]。本研究結(jié)果表明, 施氮處理可顯著提高植株的氮素累積量, 但其增加量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于氮素施入量, 因此氮素吸收效率隨施氮量的增加逐漸降低, N2處理較N1處理約降低23.18％。高璐陽等[20]研究表明, 隨著施氮量的增加甘薯的氮素吸收效率顯著降低, 并且長蔓品種煙薯25的氮素吸收效率較短蔓品種龍薯9號(hào)高。

施用氮肥后浙紫1號(hào)和紫菁2號(hào)植株體內(nèi)增加的氮素主要分布在非收獲部位(莖蔓), 導(dǎo)致氮素收獲指數(shù)顯著降低, 施氮量為150 kg hm–2時(shí)氮素收獲指數(shù)較N0顯著降低8.57％～63.04％。適量的增施氮肥(75 kg hm–2)可顯著提高寧紫2號(hào)的氮素收獲指數(shù),而過量的施用氮肥導(dǎo)致其值顯著降低。這與寧運(yùn)旺等[15]研究結(jié)論一致, 施氮60 kg hm–2時(shí)對(duì)徐薯22的氮素收獲指數(shù)沒有影響, 當(dāng)超過最佳施氮量時(shí)顯著降低。紫甘薯的氮素利用效率受品種和氮肥的雙重影響, 但氮肥的調(diào)控高于品種的影響(表4), 不施用氮肥條件下, 紫甘薯的氮素利用效率集中在37.7～ 45.9 kg kg–1之間, 施用氮肥75 kg hm–2和150 kg hm–2下氮素利用效率分別較N0降低25.42％和38.36％差異, 均達(dá)顯著水平。房增國等[21]研究表明,隨著施氮量的增加鮮食型甘薯的氮素利用效率顯著降低, 并且品種間差異明顯, 魯薯8號(hào)、黃皮蘇薯8號(hào)、泰中6號(hào)等品種的氮素利用效率較高。寧運(yùn)旺等[15]研究也表明, 施氮量達(dá)120～300 kg hm–2時(shí), 甘薯的氮素利用效率降低11.6％～69.2％。因此, 大田生產(chǎn)中過度施肥或盲目施肥都會(huì)造成氮肥浪費(fèi), 增加投入成本, 降低收益。相關(guān)性分析表明, 塊根產(chǎn)量與氮素效率各指標(biāo)間均呈顯著或極顯著正相關(guān), 但其與氮素收獲指數(shù)的相關(guān)性較弱; 而莖蔓生物量與氮效率各指標(biāo)間均呈不同程度負(fù)相關(guān), 且與收獲指數(shù)、氮素收獲指數(shù)及氮素利用效率的相關(guān)極顯著。說明紫甘薯生產(chǎn)中提高氮肥效率的關(guān)鍵是莖蔓和塊根的協(xié)調(diào)生長, 只有抑制莖蔓旺長, 合理地調(diào)控地上部生物量, 提高光合產(chǎn)物在塊根中的分配比例,才能達(dá)到高產(chǎn)高效的栽培目的。

4　結(jié)論

施用氮肥導(dǎo)致浙紫1號(hào)庫源發(fā)育不平衡, 鮮薯產(chǎn)量顯著降低; 紫菁2號(hào)的庫源比例不協(xié)調(diào), 造成莖蔓旺長塊根產(chǎn)量低。寧紫2號(hào)的庫源關(guān)系協(xié)調(diào)性較好, 與N0處理相比, 施氮量為75 kg hm–2時(shí)莖蔓生物量和鮮薯產(chǎn)量均增高, 但當(dāng)施氮量過高時(shí)則導(dǎo)致塊根產(chǎn)量顯著降低。施用氮肥可顯著降低紫甘薯收獲指數(shù)、氮素吸收效率和氮素利用效率。浙紫1號(hào)和紫菁2號(hào)的氮素收獲指數(shù)顯著降低, 寧紫2號(hào)的氮素收獲指數(shù)先增高后降低。紫甘薯在含氮量較高的肥沃土壤上種植時(shí), 不需要追施氮肥或?qū)Φ实男枨罅枯^低; 基礎(chǔ)地力較高的條件下種植紫甘薯要加強(qiáng)品種選擇意識(shí)。

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URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20151008.1357.008.html

Effects of Nitrogen Application Rates on Root Yield and Nitrogen Utilization in Different Purple Sweetpotato Varieties

WU Chun-Hong1,2, LIU Qing1, KONG Fan-Mei2, LI Huan1, and SHI Yan-Xi1,*
1College of Resources and Environment, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China;2College of Resources and Environment, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China

Abstract:A two-year field experiment was conducted in the Modern Agricultural Science and Technology Demonstration Garden of Qingdao Agricultural University in 2013 and 2014. Three varieties of purple sweetpotato (Zhezi 1, Ningzi 2, and Zijing 2) were grown with three nitrogen rates (0, 75, and 150 kg ha–1as N0, N1, N2 treatment, respectively). The storage root yield, dry matter accumulation rate, nitrogen accumulation amount and N use efficiency of the purple sweetpotato were investigated under the three N levels. The results showed that the storage root yields of Zhezi 1 and Zijing 2 in N1 and N2treatments reduced to a varying degree compared with N0 treatment, with the decrease of 12.64％ and 13.32％ for Zhezi 1 and 3.94％ and 29.06％ for Zijing 2, respectively. Meanwhile, the storage root yield of Ningzi 2 in N1 treatment slightly increased by 8.5％ and 3.4％ in 2013 and 2014, respectively, compared with N0 treatment, but significantly decreased in N2 treatment compared with both N0 and N1 treatments. Compared with N0 treatment, the shoot biomass increased from 2.7％ to 20.0％ in N1and from 12.3％ to 36.4％ in N2, in 2013, as well as from 12.6％ to 51.9％ in N1and from 28.7％ to 85.5％ in N2, in 2014. However, the harvest index, N harvest index and nitrogen use efficiency gradually reduced with the increase N application. The correlation analysis showed that the root yield positively correlated with all the nitrogen efficiency parameters, however the shoot biomass negatively correlated with the harvest index, nitrogen harvest index and nitrogen utilization efficiency (r = 0.615**, 0.704**, 0.663**). The shoot biomass of Zhezi 1 and Zijing 2 increased with the increase of N application, showing the decrease of photosynthate from shoots to roots. The nitrogen

demand of Ningzi 2 was higher than other two varieties, and the moderate nitrogen application could increase the root yield in fertile soil. In conclusion, the coordinated growth of shoots and roots is important for improving storage root yield and N use efficiency.

Keywords:Purple sweetpotato; Nitrogen application rate; Root yield; Nitrogen utilization

收稿日期Received(): 2015-03-18; Accepted(接受日期): 2015-09-06; Published online(網(wǎng)絡(luò)出版日期): 2015-10-08.

通訊作者*(Corresponding author): 史衍璽, E-mail: yanxiyy@126.com, Tel: 0532-88030460

DOI:10.3724/SP.J.1006.2016.00113