氮素形態(tài)及供應(yīng)時期對馬鈴薯生長發(fā)育與產(chǎn)量的影響

蘇亞拉其其格　秦永林　賈立國　樊明壽

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010019

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氮素形態(tài)及供應(yīng)時期對馬鈴薯生長發(fā)育與產(chǎn)量的影響

蘇亞拉其其格秦永林賈立國樊明壽*

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010019

摘要:選用馬鈴薯克新1號和費烏瑞它2個品種,于2013—2014年在沙培條件下,研究了氮素形態(tài)及供應(yīng)時期對馬鈴薯植株生長、塊莖形成及發(fā)育的影響。結(jié)果表明,在塊莖形成前供應(yīng)NO3-N與NH4-N兩種條件下,馬鈴薯植株高度、葉面積、葉片SPAD值、整株干物質(zhì)積累量以及塊莖重量無顯著差異,而塊莖形成后供應(yīng)NH4-N的馬鈴薯葉片SPAD值、植株生長速度及塊莖產(chǎn)量均顯著高于NO3-N處理;塊莖形成前供應(yīng)NO3-N的植株結(jié)薯數(shù)顯著高于NH4-N處理,但是氮素形態(tài)對干物質(zhì)在馬鈴薯塊莖中的分配比例無顯著影響。因此,馬鈴薯的氮素養(yǎng)分管理應(yīng)根據(jù)商品薯和種薯生產(chǎn)的不同目標,在塊莖形成前后分別供應(yīng)適宜形態(tài)的氮素。

關(guān)鍵詞:馬鈴薯;氮素形態(tài);供應(yīng)時期;生長發(fā)育;產(chǎn)量

本研究由國家自然科學基金項目(31160411)和內(nèi)蒙古重大專項“馬鈴薯種薯繁育與商品薯生產(chǎn)中資源高效利用技術(shù)的創(chuàng)新”項目資助。This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31160411),Inner Mongolia Major Special Project “Innovation of Resource Use Efficiency Improvement Technology during Seed Potato Propagation and Commercial Potato Production”.

第一作者聯(lián)系方式:E-mail:qiqige608@163.com,Tel:15849320904

植物可吸收的氮源主要為硝態(tài)氮和銨態(tài)氮,且不同植物對氮素形態(tài)的喜好存在差異[1-3]。目前,關(guān)于氮素形態(tài)對馬鈴薯生長發(fā)育影響的國內(nèi)外研究結(jié)果不盡一致。Davis等[4]研究發(fā)現(xiàn),長期供應(yīng)NH4-N,馬鈴薯的生長受到抑制,因此認為馬鈴薯為喜硝作物。而芶久蘭等[5]在大田條件下研究發(fā)現(xiàn),NH4-N供應(yīng)下馬鈴薯產(chǎn)量顯著高于供NO3-N條件下。焦峰等[6]稍后的研究也證實了這點。然而,大量研究表明,多數(shù)作物在NO3-N和NH4-N混合介質(zhì)中比在其單一介質(zhì)中生長得更好,且兩種形態(tài)氮素最佳配比因作物種類而異[7-11]。如張偉等[12]研究表明,馬鈴薯在NO-3/NH+4為9︰3時生長最好,產(chǎn)量最高。還有一些研究表明,氮素形態(tài)可能參與塊莖形成的調(diào)控[13]。綜上可看出,氮素形態(tài)對馬鈴薯生長發(fā)育的影響極其復(fù)雜,不能簡單而論。Gao等[14]研究認為,氮素形態(tài)對馬鈴薯生長發(fā)育的影響可能因生育時期而異。這意味著有必要系統(tǒng)研究馬鈴薯不同生育階段對氮素形態(tài)的反應(yīng),以便為精細的馬鈴薯氮肥管理提供依據(jù)。

對馬鈴薯而言,塊莖是收獲器官或經(jīng)濟器官,其形成是植株生長發(fā)育的標志性進程。塊莖雖非生殖器官,馬鈴薯的生育階段也不能表述為塊莖形成后的植株由營養(yǎng)生長進入生殖生長階段,但塊莖形成后同化物的分配發(fā)生了顯著變化。因此,本文以塊莖形成期為界,設(shè)置在其前、后供應(yīng)NO3-N和NH4-N兩種形態(tài)氮素及其不同供應(yīng)時期對馬鈴薯生長發(fā)育與塊莖形成、塊莖產(chǎn)量的影響,以期對氮素形態(tài)與馬鈴薯生長發(fā)育的關(guān)系有進一步的認識。

1　材料與方法

1.1試驗概況

2013年5月至9月和2014年5月至9月在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學教學農(nóng)場的塑料大棚內(nèi)進行桶栽試驗。栽培基質(zhì)為清洗河沙。塑料桶體積為15 L,每桶裝河沙20 kg。供試品種為克新1號和費烏瑞它,全部為脫毒微型薯。由內(nèi)蒙古正豐馬鈴薯種業(yè)公司提供。2013年克新1號品種種薯大小為5 g左右;2014年克新1號品種種薯大小為15 g左右,費烏瑞它品種種薯大小為3 g左右。

兩年的試驗均于5月上旬播種,播種深度為10 cm。出苗前,克新1號品種澆水9次(播種后34 d內(nèi)),澆灌量為每桶每次800 mL;費烏瑞它澆水11次(播種后44 d內(nèi))。出苗后開始澆營養(yǎng)液(表1),每3～4 d澆灌1次,每次營養(yǎng)液澆灌量為每桶800 mL,2次營養(yǎng)液、1次蒸餾水交替進行。

表1　養(yǎng)分與水分的供應(yīng)數(shù)量和次數(shù)Table 1　Application amount and times of the nutrients and water to single pot of potato plants

分別以出苗后29 d和25 d作為克新1號和費烏瑞它品種塊莖形成的界點,在塊莖形成前和形成后供應(yīng)不同形態(tài)的氮素,形成4個處理組合(表2),4個處理的總氮濃度均為15 mmol L-1。為防止銨態(tài)氮的硝化,在含銨態(tài)氮(NH4+)的營養(yǎng)液配制過程中添加雙氰胺(DCD),其重量為營養(yǎng)液中N總量的5％。每處理6次重復(fù)(即6桶),每桶1 株,隨機排列。NO3-N和NH4-N分別以Ca(NO3)2和(NH4)2SO4(分析純)作為N源,其他營養(yǎng)元素按照馬鈴薯常規(guī)營養(yǎng)液配方配制,即2.0 mmol L-1K2SO4、0.65 mmol L-1MgSO4、0.25 mmol L-1KH2PO4、0.5 mmol L-1CaCl2(NH4-N處理的CaCl2用量同上,而NO3-N處理的CaCl2用量為0.005 mmol L-1)。微量元素主要含0.1 mmol L-1FeSO4-EDTA、1.0 μmol L-1Mn2+、10 μmol L-1B3+、1.0 μmol L-1Zn2+、0.1 μmol L-1Cu2+。各處理中除了氮源不相同外,P、K等含量都完全相同。

表2　馬鈴薯氮素形態(tài)試驗設(shè)計方案Table 2　Experiments design for N supply form of potato plants

1.2測定項目與方法

分別在馬鈴薯克新1號和費烏瑞它出苗后98 d和88 d取樣。取樣時測定植株高度、葉面積、倒四葉片SPAD值。取樣后,將植株分成根、莖、葉、塊莖幾部分,洗凈測定鮮重,統(tǒng)計單株結(jié)薯數(shù)量并測定單個薯重,然后將各部分放入烘箱,105℃殺青30 min,80℃繼續(xù)烘24 h,稱干重,并保留樣品進行養(yǎng)分分析。

將馬鈴薯葉片全部摘下,隨機選取其中30片按照從小到大的順序?qū)⑷~脈對齊摞緊,用截面積1 cm2的打孔器在葉片上打孔,稱取圓葉重量。整株馬鈴薯葉面積(cm2) = 30 × b/a,其中a為30片小圓葉片的鮮重(單位g),b為植株葉片的總鮮重(單位g)。

選擇馬鈴薯完全展開的倒四葉片,使用葉綠素儀SPAD-502測定葉片SPAD值。

馬鈴薯整株干物質(zhì)積累量(g) = 根、莖、葉、塊莖的干物質(zhì)積累量總和。

1.3數(shù)據(jù)分析

用SPSS統(tǒng)計分析軟件處理試驗數(shù)據(jù),采用最小顯著極差法比較處理間差異。

2　結(jié)果與分析

2.1氮素形態(tài)及供應(yīng)時期對馬鈴薯農(nóng)藝性狀的影響

不同年度試驗(表3)表明,塊莖形成前供應(yīng)不同形態(tài)氮素對馬鈴薯最終的株高未產(chǎn)生不同影響,但塊莖形成后不同形態(tài)氮素供應(yīng)下的馬鈴薯株高存在顯著差異,供應(yīng)NH4-N的株高顯著大于NO3-N處理。組合處理間NH4-NH4和NO3-NH4顯著大于NO3-NO3和NH4-NO3,而NH4-NH4與NO3-NH4間、NO3-NO3與NH4-NO3間無顯著差異。

表3還表明,克新1號與費烏瑞它2個馬鈴薯品種塊莖形成前供應(yīng)不同形態(tài)氮素對取樣時葉面積無顯著影響,而塊莖形成后的處理效應(yīng)顯著,NH4-N供應(yīng)下的馬鈴薯葉面積大于NO3-N處理。

2014年結(jié)果表明,前期供應(yīng)NO3-N,后期供應(yīng)NH4-N的植株葉片SPAD值顯著高于持續(xù)供應(yīng)NO3-N的處理,但前期供應(yīng)NH4-N,后期供應(yīng)兩種形態(tài)的氮素,植株葉片SPAD值無顯著差異(表3)。

表3　氮素形態(tài)對馬鈴薯農(nóng)藝性狀的影響Table 3　Effects of N form on agronomic traits of potato plants

2.2氮素形態(tài)及供應(yīng)時期對馬鈴薯干物質(zhì)積累與分配的影響

兩年兩品種試驗(表4)表明,塊莖形成前供應(yīng)不同形態(tài)氮素對收獲時馬鈴薯整株(包括塊莖)干物質(zhì)積累量的影響無顯著差異,而塊莖形成后供應(yīng)的氮素形態(tài)對整株干物質(zhì)積累量影響顯著,且塊莖形成前與塊莖形成后供應(yīng)的氮素形態(tài)對植株干物質(zhì)最終積累量的影響具有互作效應(yīng)。前期供應(yīng)NO3-N,后期供應(yīng)NH4-N的植株干物質(zhì)積累量顯著大于持續(xù)供應(yīng)NO3-N的處理;若前期供應(yīng)NH4-N,后期供應(yīng)兩種形態(tài)氮素的植株干物質(zhì)積累量則無顯著差異。方差分析表明,無論何時供應(yīng),氮素形態(tài)對干物質(zhì)在塊莖中的分配比例無顯著影響(表4)。

2.3氮素形態(tài)及供應(yīng)時期對馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

2013年的統(tǒng)計分析表明,馬鈴薯克新1號品種的單株結(jié)薯數(shù)量受前期供應(yīng)氮素形態(tài)的影響,供應(yīng)NO3-N的植株結(jié)薯數(shù)量大于NH4-N處理,而塊莖形成后氮素形態(tài)對其無影響。2014年采用2個品種所得結(jié)果與2013年基本一致(表5)。

兩年兩個品種的方差分析均表明,塊莖形成前供應(yīng)不同形態(tài)氮素條件下馬鈴薯的單株塊莖總重無顯著差異,而塊莖形成后供應(yīng)的氮素形態(tài)對單株塊莖重具有顯著影響,后期供應(yīng)NH4-N的單株塊莖重顯著大于后期供應(yīng)NO3-N的處理。就組合處理而言,NO3-NH4顯著大于NO3-NO3,且NH4-NH4顯著大于NH4-NO3(表5)。

3　討論

關(guān)于氮素形態(tài)對作物生長發(fā)育的影響,國內(nèi)外已有大量文獻報道,一些結(jié)論已列入教科書作為植物營養(yǎng)學的基礎(chǔ)知識[15]。但在馬鈴薯上的研究結(jié)論不盡一致[4-6,12-13],難以指導馬鈴薯的施肥實踐。Gao等[14]根據(jù)研究結(jié)果推斷,馬鈴薯不同生育階段對氮素形態(tài)的反應(yīng)可能不同。因此本文以馬鈴薯的塊莖形成為界,設(shè)置了塊莖形成前供應(yīng)NO3-N和NH4-N的處理,此后進一步將處理分組并分別供應(yīng)不同形態(tài)氮素,觀察其對馬鈴薯植株生長發(fā)育及塊莖產(chǎn)量的影響。雖然馬鈴薯植株高度、葉面積、整株干物質(zhì)積累量不受塊莖形成前供應(yīng)的氮素形態(tài)影響(表3和表4),但供應(yīng)NO3-N條件下馬鈴薯結(jié)薯數(shù)量較多的結(jié)果(表5),不僅證實了氮素形態(tài)可能參與調(diào)控馬鈴薯塊莖形成的推斷[16-18],而且對馬鈴薯養(yǎng)分管理實踐也具有指導意義。對以獲得較多塊莖為目標的種薯繁育而言,種肥和第一次中耕肥中NO3-N的增加無疑會促進這一目標的實現(xiàn)。

一般認為,單一NH4-N供應(yīng)條件下,多數(shù)植株生長受抑制,甚至出現(xiàn)銨中毒現(xiàn)象[4],但在適宜的濃度下(15 mmol L-1N),兩年兩個馬鈴薯品種所得的結(jié)果充分表明,NH4-N不僅不會抑制馬鈴薯生長,而且塊莖產(chǎn)量X-NH4>X-NO3(X表示塊莖形成前)(表5),這與芶久蘭等[5]的報道一致。另外,由于本研究不僅采用環(huán)境條件控制相對嚴格的沙培試驗,而且在NH4-N處理中使用了硝化抑制劑DCD,因此排除或降低了田間條件下硝化作用和土壤肥力不均等對試驗結(jié)果的影響,其結(jié)果更為可靠。而且,無論前期供應(yīng)何種形態(tài)氮素,塊莖形成后供應(yīng)NH4-N的馬鈴薯植株干物質(zhì)積累量顯著高于NO3-N處理的結(jié)果(表4),以及X-NH4處理下馬鈴薯單株葉面積、葉片SPAD值顯著大于X-NO3的結(jié)果(表3)均為產(chǎn)量結(jié)果(表5)提供了依據(jù)。這進一步說明,對于馬鈴薯氮素養(yǎng)分管理而言,不僅需要考慮氮肥數(shù)量,同時要考慮氮素的形態(tài)和供應(yīng)時間。而且,由于滴灌栽培技術(shù)近年來正在中國馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)廣泛推廣,使得該研究結(jié)果的應(yīng)用趨于簡易。

表4　氮素形態(tài)對馬鈴薯干物質(zhì)量及塊莖干物質(zhì)分配的影響Table 4　Effects of N form on dry matter accumulation of potato plant and its distribution in tuber

表5　氮素形態(tài)對馬鈴薯塊莖數(shù)量及重量的影響Table 5　Effects of N form on potato tuber number and tuber weight per plant

商品薯生產(chǎn)不僅考慮塊莖總產(chǎn)量還需考慮商品率,即大、中薯的比例,這直接關(guān)系到種植效益。本文的研究表明,就單株塊莖總產(chǎn)量而言,NO3-NH4處理下產(chǎn)量最高(表5),但這只揭示了氮素形態(tài)影響馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的基本生物學規(guī)律。由于大棚內(nèi)的光照、通風、溫差等生長條件與大田存在較大差異,而且為了減小種薯養(yǎng)分對馬鈴薯生長發(fā)育的影響,選用了質(zhì)量很小的微型薯作種薯,導致沙培80 d左右的植株干物質(zhì)積累量與大田條件下差距較大,盆栽條件下的商品率與大田差距更大,而實際生產(chǎn)中,馬鈴薯產(chǎn)量=塊莖總產(chǎn)量×商品率,這意味著尚需進一步進行田間試驗以明確商品率,才可確立適宜的氮素管理措施。

由于塊莖形成前氮素形態(tài)顯著影響馬鈴薯植株結(jié)薯數(shù)量,而塊莖形成后氮素形態(tài)顯著影響馬鈴薯植株的生長發(fā)育速度進而影響同化物在塊莖中的積累數(shù)量,因此馬鈴薯氮素養(yǎng)分管理應(yīng)區(qū)別馬鈴薯種薯繁育和商品薯生產(chǎn)兩種體系,根據(jù)不同生產(chǎn)目的,在塊莖形成前后分別供應(yīng)適宜形態(tài)的氮素以實現(xiàn)效益最大化。

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URL:http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20160119.1327.010.html

Effects of Nitrogen Form and Its Application Time on Plant Growth and Tuber Yield of Potato

SUYALA Qi-Qige,QIN Yong-Lin,JIA Li-Guo,and FAN Ming-Shou*
College of Agronomy,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010019,China

Abstract:The effects of nitrogen form on potato plant growth,tuber formation and tuber yield were studied under sand cultural condition using cultivars Kexin 1 and Favorita in 2013 and 2014.The results showed that there were no significantly different influences on plant height,leaf area,leaf SPAD value,plant dry matter accumulation and tuber weight when applied nitrite (NO3-N) or ammonia (NH4-N) before tuberization.However,there were higher leaf SPAD value,faster plant growth and higher tuber yield under application of NH4-N after tuberization compared with that of NO3-N.The plants treated with NO3-N before tuber initiation produced more tubers per plant than those treated with NH4-N.Moreover,no significant effect was detected on tuber dry matter distribution under different forms of nitrogen applied.Thus,potato nitrogen management including N fertilizer form and its application time should be adjusted according to the aim of commercial potato production or seed potato propagation.

Keywords:Potato;N form;Application time;Growth;Yield

收稿日期Received():2015-08-01;Accepted(接受日期):2016-01-11;Published online(網(wǎng)絡(luò)出版日期):2016-01-19.

*通訊作者(

Corresponding author):樊明壽,E-mail:fmswh@126.com,Tel:0471-4307390

DOI:10.3724/SP.J.1006.2016.00619