施氮量對(duì)馬鈴薯氮素積累分配及利用率的影響

祁馳恒，魏峭嶸，田　洵，石　瑛

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江　哈爾濱　150030）

土壤肥料

施氮量對(duì)馬鈴薯氮素積累分配及利用率的影響

祁馳恒，魏峭嶸，田洵，石瑛*

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

合理的施肥技術(shù)是提高馬鈴薯產(chǎn)量的主要措施之一。氮肥在馬鈴薯增產(chǎn)中作用巨大，但是氮肥的不合理施用通常造成馬鈴薯產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降、氮肥利用率降低。為合理施用氮肥，提高馬鈴薯產(chǎn)量和氮肥利用率，以鮮食品種‘東農(nóng)09-33069’為試驗(yàn)材料，研究不同氮肥施用量對(duì)馬鈴薯氮素積累分配規(guī)律及其利用率的影響。結(jié)果表明，馬鈴薯植株氮含量、氮素積累量隨施氮量的增加而升高。隨生育期的推移，馬鈴薯植株氮素積累量呈先增加后降低的趨勢(shì)，氮素在莖和葉片中分配比例逐漸降低，塊莖中氮素分配比例逐漸升高至成熟期的57%～78%。當(dāng)施氮量超過10 kg/667m2時(shí)，塊莖中氮素積累量增加不明顯，塊莖氮素分配比例不再增加。馬鈴薯產(chǎn)量在施氮量13.3 kg/ 667m2時(shí)達(dá)到最大值，氮素吸收利用率、偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥生理利用率在施氮量3.3 kg/667m2時(shí)取得最大值。

馬鈴薯；施氮量；氮含量；氮素積累量；氮素利用率

馬鈴薯因適應(yīng)性強(qiáng)、生育期短、光效高、光能利用率強(qiáng)、單產(chǎn)高以及耐旱、耐貧瘠等特點(diǎn)，使其成為一種世界性的栽培作物［1］。馬鈴薯富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、纖維素、氨基酸、維生素、胡蘿卜素及多種礦物質(zhì)元素，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。中國(guó)是馬鈴薯生產(chǎn)大國(guó)，馬鈴薯生產(chǎn)面積和產(chǎn)量均居世界第1位。2013年馬鈴薯種植面積約488萬hm2，占世界馬鈴薯種植面積的1/4，總產(chǎn)量達(dá)7 086萬t，占世界總產(chǎn)量的1/5，但平均單產(chǎn)較低，各地區(qū)的單產(chǎn)水平由于各種原因差異非常大［2］。

馬鈴薯產(chǎn)量的高低和品質(zhì)的優(yōu)劣除受自身的遺傳因素和生理特性影響外，還受栽培地區(qū)氣候、土壤和栽培條件的影響，其中肥料的影響非常大。作物單產(chǎn)的提高有50%歸功于合理施肥，氮肥對(duì)作物產(chǎn)量及品質(zhì)的影響遠(yuǎn)比其他礦質(zhì)元素肥料都更加重要和明顯，氮素對(duì)作物最終產(chǎn)量的貢獻(xiàn)為40%～50%［3］。氮素通過2個(gè)方面影響馬鈴薯產(chǎn)量，一方面通過影響主莖和分枝上的葉片葉面積，另一方面通過氮肥的供應(yīng)能延長(zhǎng)上部葉片的壽命［4］。缺少氮素會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯群體葉面積下降、減產(chǎn)，但過量施用氮肥會(huì)導(dǎo)致莖葉徒長(zhǎng)，影響光合效率，延遲塊莖成熟，塊莖干物質(zhì)含量下降［5］。適量、合理地施用氮肥不僅能夠增加馬鈴薯產(chǎn)量，提高品質(zhì)，降低成本，提高氮肥利用率，還能避免或減少由于過量施氮給環(huán)境帶來的負(fù)面影響［6］。

本試驗(yàn)在前人研究基礎(chǔ)上，以提高馬鈴薯產(chǎn)量和氮肥利用率為目標(biāo)，通過設(shè)置不同氮肥施用量，研究了不同氮肥處理下馬鈴薯氮素積累分配規(guī)律及氮素利用率，確定馬鈴薯高效氮肥管理模式，為馬鈴薯合理施肥提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊植物類試驗(yàn)實(shí)習(xí)基地進(jìn)行，試驗(yàn)地土壤類型為黑鈣土，前茬為玉米。供試材料為中早熟鮮食品種‘東農(nóng)09-33069’。

試驗(yàn)設(shè)6個(gè)施氮處理N0、N1、N2、N3、N4、N5，各處理依次施純氮0，3.3，6.7，10，13.3和16.7 kg/667m2，各處理統(tǒng)一施K2O 9.2 kg/667m2、 P2O55 kg/667m2。每處理設(shè)3次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每小區(qū)11行，壟距70 cm，株距30 cm，行長(zhǎng)6 m。每個(gè)小區(qū)去除邊際2行留4行測(cè)產(chǎn)，5行取樣。供試肥料為尿素（N 46%）、重過磷酸鈣（P2O543%）、硫酸鉀（K2O 50%）。所有肥料作為基肥于4月29日播種時(shí)1次性按行施入。其他管理同一般大田。

1.2取樣及測(cè)定方法

全生育期于6月16日（苗期）、7月3日（塊莖形成期）、7月17日（塊莖膨大期）、8月1日（淀粉積累期）和8月16日（成熟期）共取樣5次。按器官不同部位分葉片、地上莖、塊莖稱鮮重后于105℃殺青30 min，然后80℃下烘干至恒重后稱干重。植株各器官全氮含量用凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定。

1.3數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Office 2013處理，Sigmaplot 10.0作圖，DPS 7.05軟件統(tǒng)計(jì)分析。

1.4數(shù)據(jù)計(jì)算公式

氮素積累量=干物質(zhì)積累量×全氮含量

氮素農(nóng)學(xué)利用率（NAE）（%）=（施氮區(qū)塊莖產(chǎn)量—空白區(qū)塊莖產(chǎn)量）/施氮量×100

氮素吸收利用率（NRE）（%）=（施氮區(qū)地上部吸氮量—空白區(qū)地上部吸氮量）/施氮量×100

氮素生理利用率（NPE）（%）=（施氮區(qū)塊莖產(chǎn)量—空白區(qū)塊莖產(chǎn)量）/（施氮區(qū)地上部吸氮量—空白區(qū)地上部吸氮量）×100

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

2　結(jié)果與分析

2.1施氮量對(duì)馬鈴薯各器官氮含量的影響

由圖1～4可知，在整個(gè)生育期內(nèi)，馬鈴薯各器官氮含量表現(xiàn)為葉片＞莖＞塊莖，葉片、莖、塊莖氮含量變化區(qū)間分別為2.2%～4.4%、0.9%～3.4%、0.8%～1.3%，全株氮含量變化在1.3%～3.9%。馬鈴薯各器官氮含量隨生育時(shí)期的推進(jìn)呈逐漸降低的趨勢(shì)。

圖2　施氮量對(duì)馬鈴薯莖氮含量的影響Figure 2　Effect of N application rate on N content of potato stem

圖3　施氮量對(duì)馬鈴薯塊莖氮含量的影響Figure 3　Effect of N application rate on N content of potato tuber

圖4　施氮量對(duì)馬鈴薯全株氮含量的影響Figure 4　Effect of N application rate on N content of potato plant

各生育期馬鈴薯各器官氮含量隨施氮量增加呈增加的趨勢(shì)，表現(xiàn)為N5＞N4＞N3＞N2＞N1＞N0。塊莖形成期各處理馬鈴薯全株氮含量較苗期下降32%～40%，此后下降幅度在10%左右。淀粉積累期葉片氮含量在N0、N1、N2、N3處理下較塊莖膨大期下降20%左右，N4、N5處理下分別僅下降1%和6%。苗期至塊莖形成期，莖氮含量下降30%以上，有利于莖的生長(zhǎng)，塊莖膨大期N4、N5處理下莖氮含量較N0增加106%、114%，淀粉積累期N4、N5處理下莖氮含量較N0增加50%、90%。成熟期各施氮處理與對(duì)照N0相比，N1、N2、N3、N4和N5處理塊莖氮含量依次提高2%、8%、10%、14%和17%。可見，增加施氮量可增加馬鈴薯各器官氮含量，N4、N5處理下地上部氮含量在生育后期下降幅度較小，從而影響了氮素向塊莖的轉(zhuǎn)移，影響塊莖的產(chǎn)量。

2.2施氮量對(duì)馬鈴薯氮素積累的影響

2.2.1施氮量對(duì)馬鈴薯氮素積累量的影響

由圖5可以看出，馬鈴薯植株氮素積累量變化趨勢(shì)在整個(gè)生育期呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，在苗期全株氮素積累量增加緩慢，塊莖形成期至塊莖膨大期植株氮素積累量直線上升，淀粉積累期達(dá)到峰值，進(jìn)入成熟期后，植株葉片與莖開始逐漸衰老、脫落，發(fā)生氮素轉(zhuǎn)移和流失，全株氮素積累量開始下降。葉片、莖中氮素積累量隨生育期的推進(jìn)呈單峰曲線變化趨勢(shì)，在塊莖膨大期達(dá)全生育期高峰，淀粉積累期莖與葉片中氮素積累量逐漸下降。塊莖中氮素積累量隨生育進(jìn)程的推移而持續(xù)升高，在成熟期塊莖氮素積累量達(dá)全生育期最高6.4 kg/667m2。不同生育期，馬鈴薯各器官中氮素積累量變化幅度因施氮量不同而異，隨施氮量的增加，植株氮素積累量與地上部各器官中氮素積累量提高。塊莖中氮素積累量在一定施氮量范圍內(nèi)隨施氮量的增加而提高，當(dāng)施氮量超過10 kg/ 667m2時(shí)，塊莖中氮素積累量差異不明顯。

圖5　施氮量對(duì)馬鈴薯氮素積累量的影響Figure 5　Effect of N application rate on N accumulation of potato

2.2.2施氮量對(duì)馬鈴薯氮素吸收速率的影響

由表1可知，馬鈴薯植株氮素的吸收速率呈現(xiàn)慢—快—慢的變化趨勢(shì)，在塊莖膨大期達(dá)最大值。苗期至塊莖膨大期氮素吸收速率隨施氮量的增加而增加，且處理間有顯著差異。塊莖膨大期馬鈴薯對(duì)氮素的吸收量最大，吸收速率最快，與塊莖形成期相比增幅較大，N3、N4、N5處理氮素吸收速率依次提高0.189，0.165和0.194 kg/667m2·d，N0、N1處理氮素吸收速率顯著低于其他施氮處理，而N3、N4、N5處理間無顯著性差異。淀粉積累期氮素吸收速率逐漸下降，而高氮處理（N5）氮素吸收速率仍然較高，這勢(shì)必造成植株對(duì)氮素的奢侈吸收，導(dǎo)致馬鈴薯的貪青晚熟，影響產(chǎn)量?？梢姡?dāng)施氮量達(dá)10 kg/667m2時(shí)，繼續(xù)增加施氮量對(duì)氮素吸收速率的提高不顯著，過量施氮影響塊莖生長(zhǎng)。

2.3施氮量對(duì)馬鈴薯氮素分配的影響

氮素在馬鈴薯各器官的分配比例隨生育進(jìn)程發(fā)生變化，不同施氮量對(duì)馬鈴薯各器官氮素分配比例有影響。從圖6看出，在整個(gè)生育期，葉片中氮素的分配比例隨生育進(jìn)程推移呈下降趨勢(shì)，從苗期的70%以上下降到成熟期的19%左右。氮素在莖中分配比例呈單峰曲線變化，苗期至塊莖形成期緩慢增加，并在塊莖形成期達(dá)到最大，之后逐漸下降。塊莖形成后，馬鈴薯的生長(zhǎng)中心發(fā)生轉(zhuǎn)移，氮素在塊莖中的分配比例一直呈上升的趨勢(shì)，從塊莖形成期的18%～24%逐漸增加到成熟期57%～78%。在塊莖膨大期之前，氮素的分配比例始終以植株地上部器官為主，塊莖膨大期之后，氮素的分配比例讓位于塊莖，至成熟期氮素在各器官中的分配比例表現(xiàn)為塊莖＞葉片＞莖。

表1　施氮量對(duì)馬鈴薯氮素吸收速率的影響（kg/667m2·d）Table 1　Effect of N application rate on N uptake rate of potato

圖6　施氮量對(duì)馬鈴薯氮素分配的影響Figure 6　Effect of N application rate on N distribution of potato

苗期施氮量對(duì)氮素分配比例影響不大，苗期至淀粉積累期氮素在葉片中的氮素分配比例隨施氮量的增加呈下降的趨勢(shì)，而成熟期隨施氮量的增加而升高。整個(gè)生育期氮素在莖中的分配比例隨施氮量的增加而增加。塊莖形成期后，氮素在莖及葉中的分配比例隨施氮量的增加呈先降低后升高的變化趨勢(shì)，在N3處理出現(xiàn)低峰，與此相反，各生育時(shí)期氮素在塊莖中的分配比例隨施氮量的增加而降低，在N3處理達(dá)到高峰。高氮處理（N5）塊莖氮素分配比例均低于其他施氮處理，而莖、葉片氮素分配比例高于其他施氮處理，在成熟期較為明顯，N5處理莖及葉片氮素分配比例達(dá)到41.6%，而塊莖氮素分配比例僅為58.4%。由此看出，適宜的氮肥用量能夠促進(jìn)氮素從莖葉向塊莖的轉(zhuǎn)移，過高的氮肥使用量不利于地上部氮素向塊莖的轉(zhuǎn)運(yùn)。莖與葉片氮素分配比例的升高，容易造成莖葉徒長(zhǎng)，從而影響塊莖的生長(zhǎng)。

2.4施氮量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及氮素利用率的影響

由表2可知，馬鈴薯的產(chǎn)量隨氮肥施用量的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，不施氮處理馬鈴薯產(chǎn)量為1 614 kg/667m2，顯著低于其他施氮處理。N4處理下達(dá)到最高產(chǎn)量3 409 kg/667m2，與其他氮肥處理達(dá)到顯著水平，分別較N0、N1、N2、N3增產(chǎn)111%、46%、31%、16%，較N5顯著增產(chǎn)31%。NRE、NPFP、NAE、NPE隨施氮量的增加呈降低的趨勢(shì)，在N1處理下達(dá)到最大值，高于其他施氮處理。N2、N3、N4、N5處理間NRE差異不顯著；N3、N4處理下NPFP顯著低于N2處理，又顯著高于N5處理，而N3、N4之間無顯著差異；N2、N3、N4處理之間NAE與NPE差異不顯著，而顯著高于N5處理。綜上可知，N1處理下氮素利用率最高，其次為N2，N5最低，說明施氮量越高，氮素利用率越低。

表2　施氮量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及氮素利用率的影響Table 2　Effects of N application rate on yield and N use efficiency of potato

3　討論

整個(gè)生育期，馬鈴薯各器官氮含量呈由高到低的變化趨勢(shì)，且各器官氮含量表現(xiàn)為：葉片＞莖＞塊莖，這與劉克禮等［7］研究相一致。各生育期馬鈴薯各器官氮含量的變化因施氮量不同而異，增加施氮量可增加馬鈴薯各器官的氮含量，但高氮處理（N4、N5）在塊莖膨大期至淀粉積累期下降幅度較小，這有利于氮素在塊莖中積累與塊莖生長(zhǎng)。馬鈴薯氮素積累量在全生育期的變化趨勢(shì)與李利［8］研究相一致，即隨生育進(jìn)程的推移逐漸增加，在淀粉積累期達(dá)到最大，之后有下降的趨勢(shì)。氮素在馬鈴薯各器官的分配比例隨著生長(zhǎng)中心的轉(zhuǎn)移而發(fā)生變化，前期主要分配在莖和葉片，中后期主要分配在塊莖中，而塊莖形成期氮素在塊莖中的分配率達(dá)到20%左右，高于張寶林等［9］的研究，主要與早熟馬鈴薯的生長(zhǎng)特性有關(guān)。

植株體內(nèi)的氮素積累量隨施氮量增加不斷提高，當(dāng)施氮量達(dá)到10 kg/667m2時(shí)，繼續(xù)增加施氮量，不僅塊莖中氮素的積累量增加不明顯，反而會(huì)降低氮素在塊莖中的分配比例。除此之外，高氮處理（N5）不僅使植株在生育后期有較高的氮素吸收速率，還降低了氮素在塊莖中的分配，容易造成植株徒長(zhǎng)、貪青晚熟，從而影響塊莖的生長(zhǎng)。在本次試驗(yàn)中，馬鈴薯氮素利用率在N1時(shí)達(dá)到最大值，但馬鈴薯產(chǎn)量較低，僅為2 332 kg/667m2。N4處理馬鈴薯產(chǎn)量達(dá)到最大值，N3處理下馬鈴薯產(chǎn)量為2 938 kg/667m2，僅低于N4處理，且N3、N4處理間氮素吸收速率、氮素利用率無顯著性差異。因此，施氮量10～13.3 kg/667m2可作為該馬鈴薯品種在當(dāng)?shù)厥┑康闹笇?dǎo)，也可為當(dāng)?shù)伛R鈴薯施氮量提供參考。

［1］譚宗九，丁明亞，李濟(jì)宸.馬鈴薯高效栽培技術(shù)［M］.北京:金盾出版社，2010.

［2］吉瑋蓉，張吉立，孫海人.不同施氮量對(duì)馬鈴薯養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量與品質(zhì)的影響［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，52（21）:5158-5160，5166.

［3］吳巍，趙軍.植物對(duì)氮素吸收利用的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010，26（13）:75-78.

［4］韋冬萍，韋劍鋒，熊建文，等.馬鈴薯氮素營(yíng)養(yǎng)研究進(jìn)展［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，38（22）:56-60.

［5］Vos J，Putten P E L.Effect of nitrogen supply on leaf growth，leaf nitrogen economy and photosynthetic capacity in potato［J］.Field Crops Research，1998，59（1）:63-72.

［6］修風(fēng)英，朱麗麗，李井會(huì).不同施氮量對(duì)馬鈴薯氮素利用特性的影響［J］.中國(guó)土壤與肥料，2009（3）:36-38，43.

［7］劉克禮，高聚林，任珂，等.旱作馬鈴薯氮素的吸收、積累和分配規(guī)律［J］.中國(guó)馬鈴薯，2003，17（6）:321-325.

［8］李利.不同施氮量對(duì)馬鈴薯氮素吸收、積累及利用的影響［J］.山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（12）:1292-1295.

［9］張寶林，高聚林，劉克禮，等.馬鈴薯氮素的吸收、積累和分配規(guī)律［J］.中國(guó)馬鈴薯，2003，17（4）:193-198.

Effects of Nitrogen Application Rate on Nitrogen Accumulation，Distribution and Utilization of Potato

QI Chiheng，WEI Qiaorong，TIAN Xun，SHI Ying*
（College of Agronomy，Northeast Agricultural University，Harbin，Heilongjiang 150030，China）

ract:Reasonable fertilization technology is one of the main measures to improve the yield of potato.Nitrogen fertilizer has a great effect on increasing yield of potato，but the unreasonable application of nitrogen fertilizer usually resulted in decreasing potato yield，quality and nitrogen utilization efficiency.In order to determine the nitrogen fertilizer rate，improve the yield and nitrogen use efficiency of potato，an experiment was carried out to study the influence on nitrogen accumulation，distribution and nitrogen use efficiency of different nitrogen application rates，using potato variety 'Dongnong 09-33069'as plant material.The results showed that nitrogen content and accumulation in plant increased with increase in nitrogen application rate.With progress of growth stage，nitrogen accumulation in plant showed an increasing trend and decreased later.In addition，Nitrogen distribution in leaf and stem decreased，while in tuber it increased gradually to 57%-78%of maturity.Nitrogen accumulation and distribution in tuber did not change obviously when nitrogen rate was over 10 kg/667m2.The maximal production occurred when nitrogen rate was at 13.3 kg/667m2. When the application rate of nitrogen was at 3.3 kg/667m2，the nitrogen use efficiency was the highest.

rds:potato；N application rate；N content；N accumulation；nitrogen use efficiency

S532

A

1672－3635（2016）03-0158-06

2016-04-13

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金資助（CARS-10）。

祁馳恒（1990-），男，碩士研究生，從事馬鈴薯栽培技術(shù)研究。

（Corresponding author）：石瑛，副研究員，從事馬鈴薯遺傳育種與栽培生理研究，E-mail:yshi@neau.edu.cn。