供氮水平對甜菜生長發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量的影響

朱向明，韓秉進，宋柏權(quán)

(1.中國科學(xué)院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 黑土區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150081；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 甜菜研究所，黑龍江 哈爾濱 150501)

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供氮水平對甜菜生長發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量的影響

朱向明1，韓秉進1，宋柏權(quán)2

(1.中國科學(xué)院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 黑土區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150081；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 甜菜研究所，黑龍江 哈爾濱 150501)

文章研究了大田試驗條件下施氮水平對甜菜生長發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量的影響。結(jié)果表明：同一時期，地上部干重和根干重均隨供氮水平的提高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，施氮量為80 kg·hm-2時根冠比最高；施氮對甜菜塊根的氮素積累影響較小，但對葉片影響較大；同一施氮水平下，甜菜葉片淀粉含量隨生育期的推進表現(xiàn)為先緩慢增長，然后快速增加，最后緩慢下降的趨勢；供氮水平在80 kg·hm-2～160 kg·hm-2時塊根產(chǎn)量較高，在60 t·hm-2以下。綜合氮素對甜菜生長發(fā)育、氮素代謝及產(chǎn)質(zhì)量可見，適量施用氮肥，不僅可以提高甜菜產(chǎn)量，還能夠促進甜菜生長發(fā)育，此試驗條件下較為適宜的氮素用量為80 kg·hm-2～160 kg·hm-2。圖4，表1，參9。

甜菜；生物量；氮素分配；產(chǎn)量

0　引　言

甜菜是我國東北地區(qū)重要的經(jīng)濟作物，黑龍江省以其豐沃的土地資源、適宜的氣候條件等優(yōu)勢自上世紀(jì)80年代以來，一直是全國產(chǎn)糖大省[1]。近年來由于受國際糖價走低、含糖率較低等因素的影響，黑龍江省甜菜產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)萎縮趨勢。其中菜農(nóng)盲目施肥(特別是氮肥)是導(dǎo)致甜菜產(chǎn)量不穩(wěn)，含糖率及產(chǎn)糖量呈現(xiàn)下降趨勢的重要原因。在現(xiàn)有種質(zhì)資源條件下，開展氮肥運籌為主的栽培措施研究是扭轉(zhuǎn)這一局面的重要措施之一。

氮素在植物體內(nèi)的含量一般占干物質(zhì)含量的1%～3%，對甜菜形態(tài)建成、生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成等都有十分重要的影響[2-3]。氮素在植物體內(nèi)的循環(huán)代謝除受自身條件的影響外，更多與氮素的供應(yīng)直接相關(guān)[4]。前人對氮素運籌與甜菜產(chǎn)量、含糖率及生理指標(biāo)的關(guān)系進行了研究。例如，曲文章[5]等和蔡柏巖[6]研究了施氮量對甜菜產(chǎn)質(zhì)量和生理指標(biāo)的影響，結(jié)果表明：隨著施氮水平的提高，甜菜塊根產(chǎn)量、產(chǎn)糖量增加，當(dāng)施氮量達到一定值時，塊根產(chǎn)量和產(chǎn)糖量逐漸下降，并且均與施氮水平呈二次型曲線相關(guān)。但有關(guān)不同施氮水平對甜菜氮素代謝及其調(diào)控效應(yīng)的研究較少。

為此，文章擬研究在大田條件下，不同供氮水平對甜菜整個生育期生長發(fā)育、氮素代謝及產(chǎn)質(zhì)量的影響，旨為黑龍江省地區(qū)甜菜高產(chǎn)高糖栽培提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

試驗選在黑龍江省拜泉縣富強鎮(zhèn)新農(nóng)村進行，該地區(qū)地處黑龍江省中西部，為黑土丘陵漫崗區(qū)，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候特征，冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨，雨熱同季，年均氣溫為1.2℃。年均降水量為490 mm左右，主要集中在7月、8月、9月份。>10℃ 的有效積溫約2 450℃，年均日照時數(shù)約為2 700 h，無霜期為122 d。地帶性土壤為黑土、黑鈣土，墾前植被為草原和森林。

1.2試驗設(shè)計及田間管理

試驗于2014年5月至10月進行。前作為大豆，供試品種為H003。試驗共設(shè)置0(N0)、80 kg·hm-2(N80)、160 kg·hm-2(N160)、240 kg·hm-2(N240)4個施氮處理。試驗采用65 cm壟，4行區(qū)，區(qū)長10 m, 試驗小區(qū)面積26 m2。每個處理3次重復(fù)，各小區(qū)隨機排列。其它肥料施用量為P2O5150 kg·hm-2、K2O 110 kg·hm-2，供試肥料品種分別為尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀，肥料均作為基肥施用。生育期進行常規(guī)栽培管理。

1.3測定指標(biāo)及數(shù)據(jù)分析

從6月15日開始每隔30 d左右在甜菜生長的4個典型時期即苗期、葉叢形成期、塊根增長期和糖分積累期進行取樣。取樣選擇在天氣晴朗的上午進行，分別按塊根、葉片分部位進行取樣，于70℃烘干至恒重、粉碎，過40目篩備用。全氮的測定采用凱氏定氮法[7]，淀粉含量采用蒽酮-硫酸比色法[8]，塊根含糖率采用pal-1糖度儀進行測定[9]。收獲前對每個小區(qū)取10 m2進行塊根產(chǎn)量測定。

對所獲得的試驗數(shù)據(jù)用Excel 2003進行錄入、計算，用SPSS16.0軟件進行數(shù)理統(tǒng)計分析。

2　結(jié)果與討論

2.1供氮水平對甜菜生物量及根冠比的影響

在整個生育期內(nèi)，同一供氮水平下，甜菜地上部莖、葉干物質(zhì)積累均隨甜菜的生長而呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，在8月17日左右(塊根增長期)達最大值；而塊根干物質(zhì)積累量則呈現(xiàn)出持續(xù)增大的趨勢，見表1。

同一時期，除個別處理外，莖、葉及塊根干物質(zhì)重均隨供氮水平的提高而表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，當(dāng)施氮量為80 kg·hm-2～160 kg·hm-2時干物質(zhì)積累量最大。由此可見，適量氮肥可以促進甜菜干物質(zhì)的積累，過高或過低氮肥用量都會抑制甜菜干物質(zhì)的積累。

從圖1根冠比也可以清楚地看出甜菜干物質(zhì)在地上部、地下部的分配狀況。在甜菜各生長階段，施氮量為80 kg·hm-2的處理根冠比最高。說明合理施用氮肥不僅可以促進甜菜的生長發(fā)育，而且對于生育后期光合產(chǎn)物向地下部轉(zhuǎn)移，形成塊根產(chǎn)量起到了重要作用；當(dāng)甜菜受到氮肥脅迫(過高或過低)時，地上部、地下部的協(xié)調(diào)生長就會被破壞，不利于甜菜的生長發(fā)育。

表1　供氮水平對甜菜不同生長階段各部位生物量的影響(g)

圖1　供氮水平對甜菜不同生長階段根冠比的影響Fig.1　Effect of different nitrogen levels on root/shoot ratio at various growth stage of sugar beet

2.2供氮水平對甜菜體內(nèi)氮素分配的影響

氮素是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸、酶類及葉綠素等重要物質(zhì)的必要組成部分。并且這些含氮化合物主要集中在葉片、根系及分生組織等生命活動旺盛的區(qū)域，是植物實現(xiàn)其生理功能(如光合作用、呼吸作用等)的物質(zhì)基礎(chǔ)。不同供氮水平下葉片、塊根含氮量情況如圖2所示?？傮w而言，不同生長階段各處理甜菜葉片含氮量均明顯高于塊根含氮量，說明甜菜這種糖料作物的氮素積累主要用于地上部生長進行光合作用等，從而實現(xiàn)糖分的累積。

同一施氮水平下，葉片含氮量基本表現(xiàn)為先降低后升高的趨勢，在7月15日至8月24日之間降為最低；而塊根含氮量則表現(xiàn)為持續(xù)降低的趨勢，這與甜菜塊根主要作為糖分積累器官有很大關(guān)系。不同施氮水平下，施氮量為80 kg·hm-2～160 kg·hm-2處理葉片含氮量略高于其它處理，無氮處理葉片、塊根含氮量均為最低。

2.3供氮水平對甜菜葉片淀粉含量的影響

淀粉是植物葉片的光合最終產(chǎn)物之一，同時也是塊根碳水化合物的重要來源，其含量的高低在一定程度上反映了植物源器官的供應(yīng)能力。不同供氮水平下，各生長階段甜菜葉片淀粉含量如圖3所示?？傮w而言，隨著生育期的推進，不同供氮水平下甜菜葉片淀粉含量表現(xiàn)為先緩慢增長，然后快速增加，最后緩慢下降的趨勢。這在一定程度上反映了隨著甜菜庫器官的不斷增大，從葉片流出的碳水化合物就不斷增加，從而導(dǎo)致葉片內(nèi)積累的碳水化合物量隨之不斷降低。不同處理之間并無顯著差異。

圖2　供氮水平對甜菜不同生長階段(a)葉片含氮量；(b)塊根含氮量的影響Fig.2　Effect of different nitrogen levels on (a) leaf nitrogen concentration, and (b) root nitrogen concentration at various growth stages of sugar beet

圖3　供氮水平對甜菜不同生長階段葉片淀粉含量的影響Fig.3　Effect of different nitrogen levels on leaf starch at various growth stages of sugar beet

2.4供氮水平對甜菜產(chǎn)質(zhì)量的影響

無氮處理(N0)和高氮處理(N240)均受到了嚴(yán)重的氮素脅迫，甜菜塊根產(chǎn)量較低，都在50 t·hm-2以下，見圖4。塊根產(chǎn)量較高的為N80和N160兩個處理，均在60 t·hm-2以上。甜菜塊根含糖率隨施氮水平的提高而降低，含糖率最高的為無氮處理，含糖率為16.2%。這說明供氮水平與含糖率具有一定的負(fù)相關(guān)性。產(chǎn)糖量為塊根產(chǎn)量與含糖率之積，其隨供氮水平提高的變化趨勢與塊根產(chǎn)量類似，產(chǎn)糖量最高的為N80處理，為9.4 t·hm-2。綜合考慮含糖率、產(chǎn)糖量、施氮量等因素，建議施氮量以80 kg·hm-2～160 kg·hm-2為宜，具體施氮量應(yīng)在此基礎(chǔ)上設(shè)計更細(xì)致的試驗來確定。

3　初步結(jié)論

(1)同一供氮水平下，甜菜地上部干物重隨生育期的推進先增大后減小，而塊根干物重持續(xù)增大；同一時期，除個別處理，甜菜地上、地下部干物重均隨供氮水平提高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。說明氮肥對甜菜干物質(zhì)積累起著重要作用，適量施用氮肥可以促進干物質(zhì)積累，但過高或過低施用氮肥又會抑制干物質(zhì)累積。

圖4　供氮水平對甜菜產(chǎn)質(zhì)量的影響Fig.4　Effect of different nitrogen levels onyield and quality of sugar beet

(2)甜菜葉片含氮量總體明顯高于塊根含氮量，說明甜菜氮素主要用于地上部進行光合作用；施氮量為80 kg·hm-2～160 kg·hm-2處理葉片含氮量略高于其它處理，表明合理施氮極大地促進了甜菜生育后期光合產(chǎn)物向地下部的轉(zhuǎn)移，有利于塊根的形成。供氮水平對葉片淀粉含量影響不大，均表現(xiàn)出先增大后降低的趨勢，這與甜菜作為糖料作物實現(xiàn)糖分累積是一致的。

(3)供氮水平與含糖率具有一定負(fù)相關(guān)性，塊根產(chǎn)量則隨供氮量的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，產(chǎn)糖量為含糖率與產(chǎn)量之積，其變化趨勢與產(chǎn)量類似，施氮量為80 kg·hm-2～160 kg·hm-2時最高，因此得出在本試驗條件下甜菜較為適宜的施氮量為80 kg·hm-2～160 kg·hm-2。

[1]韓秉進, 陳淵. 黑龍江產(chǎn)區(qū)甜菜糖業(yè)面臨的問題與對策[J]. 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究, 2001.17(3): 227-229.

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[4]吳光磊, 郭立月, 崔正勇, 等. 氮肥運籌對晚播冬小麥氮素和干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2012, 32(16): 5128-5137．

[5]曲文章, 高妙真, 白祥和. 施肥量對甜菜產(chǎn)量和生理指標(biāo)的影響[J]. 中國甜菜, 1993(2): 25-29．

[6]蔡柏巖, 葛菁萍, 曲文章. 氮素水平對甜菜干物質(zhì)積累與分配的影響[J]. 中國糖料, 2004, 26(2): 6-9.

[7]雍太文, 楊文鈺, 向達兵, 等. 小麥/玉米/大豆套作的產(chǎn)量、氮營養(yǎng)表現(xiàn)及其種間競爭力的評定[J]. 草業(yè)學(xué)報, 2012, 21 (1): 50-58.

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[9]杜永成, 王玉波, 范文婷, 等. 不同氮素水平對甜菜硝酸還原酶和亞硝酸還原酶活性的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2012,18(3): 717-723.

Growth,Yield and Quality of Sugar Beet in Responses to Different Nitrogen Levels Supply

ZHU Xiangming1, HAN Bingjin1, SONG Baiquan2

(1.KeyLaboratoryofMollisolAgroecology,NortheastInstituteofGeographyandAgroecology,CAS,Harbin150081,China; 2.SugarBeetInstituteofCAAS,Harbin150501,China)

A field experiment was conducted to investigate the effect of different levels of nitrogen supply on growth, yield and quality of sugar beet(BetavulgarisL.). Results showed that shoot and dry weight initially increased and then decreased with increased nitrogen levels at same stage. The root/shoot ratio was highest when N rate was 80 kg·hm-2. N application had no significant influence on root nitrogen accumulation, while this index in leaves was significant, N application slowly increased the content of leaf starch firstly at early growth stages and subsequently increased at later growth stages, and then decreased slowly. Higher yield over 60 t·hm-2was achieved when N rates were 80 kg·hm-2～160 kg·hm-2. Comprehensive considering the growth and development, nitrogen metabolism, yield and quality of sugar beet, N application rate of 80 kg·hm-2～160 kg·hm-2is a reasonable choice in our test．

sugar beet; dry matter accumulation; nitrogen distribution; yield

10.11689/j.issn.2095-2961.2016.03.007

2095-2961(2016)03-0171-05

2015-12-15；

2016-01-18.

黑龍江省普通高等學(xué)校甜菜遺傳育種重點實驗室開放課題基金項目、國家甜菜現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目資助.

朱向明 (1981-)，男，山東濰坊人，博士，助理研究員，主要從事植物營養(yǎng)與吸收方面研究.

宋柏權(quán)(1979-)，男，黑龍江綏棱人，博士，助理研究員，主要從事作物栽培學(xué)與耕作學(xué)研究.

S154

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