密度與氮鉀肥對‘東農(nóng)311’光合特性及產(chǎn)量的影響

梁曉麗，魏峭嶸，石 瑛

（東北農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

密度與氮鉀肥對‘東農(nóng)311’光合特性及產(chǎn)量的影響

梁曉麗，魏峭嶸，石 瑛*

（東北農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

以中晚熟鮮食馬鈴薯品種‘東農(nóng)311’為試驗材料，研究不同密度和氮鉀肥處理下的光合特性及產(chǎn)量性狀，以便為該品種的豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。結果表明，光合特性在不同因素條件下表現(xiàn)不同，氮處理對SPAD（Soil and plant analyzer development，SPAD）值和凈光合速率的影響極顯著；鉀處理對SPAD值和氣孔導度的影響顯著；密度處理僅對SPAD值影響顯著。綜合來看，SPAD值在施氮量為10 kg/667m2、施鉀量為7.5 kg/667m2、密度為4 200株/667m2時最大；凈光合速率在施氮量為15 kg/667m2、施鉀量為7.5 kg/667m2、密度為5 000株/667m2時最大；氣孔導度在施氮量為15kg/667m2、施鉀量為12.5kg/667m2、密度為3400株/667m2時最大。三個因素條件中，鉀素對產(chǎn)量影響顯著，且在施氮量5 kg/667m2、施鉀量12.5 kg/667m2、種植密度為4 200株/667m2時產(chǎn)量最高，為3 150 kg/667m2；在施氮量15kg/667m2、施鉀量7.5kg/667m2、種植密度為5000株/667m2時商品薯率最大，為71.29%。

馬鈴薯；氮肥；鉀肥；密度；光合；產(chǎn)量

Abstrraacctt::The late maturing table potato variety'Dongnong 311'was used as the experimental material,and the photosynthetic and yielding characters of different densities,nitrogen and potassium fertilizer applications were studied,which will provide the theoretical basis for high yield and high quality cultivation of this variety.Photosynthetic characteristics were different under different factors,and the effects of nitrogen treatment on Soil and Plant Analyzer Development(SPAD)value and net photosynthetic rate were highly significant;the effects of potassium treatment on SPAD value and stomatal conductance were significant;the density treatment only had significant effect on SPAD value.On the whole,the SPAD value was maximal when the amount of nitrogen was 10 kg/667m2,potassium applied was 7.5 kg/667m2,and the density was 4 200 strain/667m2;the net photosynthetic rate was maximal when the amount of nitrogen was 15 kg/667m2,potassium applied was 7.5 kg/667m2,and density was 5 000 hill/667m2;the stomatal conductance was the largest when the amount of nitrogen was 15 kg/667m2,potassium applied was 12.5 kg/667m2,and density was 3 400 hill/667m2.In the three factors,potassium had significant effects on yield,and the yield was the highest when the nitrogen amount was 5 kg/667m2,potassium was 12.5 kg/667m2,and planting density was 4 200 hill/667m2,at which the yield was 3 150 kg/667m2;the marketable tuber percentage was the largest when the nitrogen amount was 15 kg/667m2,potassium was 7.5 kg/667m2,and planting density was 5 000 hill/667m2,which was 71.29%.

Key Worrddss::potato;nitrogen fertilizer;potassium fertilizer;density;photosynthesis;yield

馬鈴薯是世界上廣泛栽培的第四大糧食作物[1]，具有產(chǎn)量高、生育期短、適應性強、分布范圍廣、營養(yǎng)全面、經(jīng)濟價值高等特點，既可作為糧、菜、飼兼用的作物，又可作為工業(yè)原料而廣泛地應用于食品工業(yè)、淀粉工業(yè)、飼料工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)等[2]。馬鈴薯已被聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）視為21世紀保證糧食安全的作物，隨世界人口的增加其重要性日益突出[3]。

氮素是植物重要的營養(yǎng)三要素之一，在馬鈴薯生長發(fā)育過程中發(fā)揮著至關重要的作用。缺氮會導致植株矮小、生長緩慢、葉色淡綠，葉片又小又薄，分枝數(shù)少，開花早，抗逆性差，早疫病發(fā)病重，產(chǎn)量低，干物質(zhì)含量也低于正常植株；氮過剩會使植株徒長，葉與葉之間相互遮蓋，影響光合效率，抗倒伏能力差，延遲結薯且結薯數(shù)下降，塊莖干物質(zhì)和淀粉含量下降，塊莖表皮老化，塊莖畸形、空心，易受病菌侵害，不易貯藏[4]。為植株提供合理的氮素營養(yǎng)，可以提高葉綠素含量，增大葉面積指數(shù)及干物質(zhì)積累量。鉀是作物生長發(fā)育所必須的大量元素，在馬鈴薯生產(chǎn)中廣泛且普遍使用。作物獲得高產(chǎn)的前提是充足的鉀素供給。鉀素既能促進呼吸作用、核酸以及蛋白質(zhì)的形成，也能幫助葉片中的碳水化合物向塊莖運輸，有利于作物植株強壯，增加植株抗病能力和抗逆性，推遲葉片老化，還能明顯提高馬鈴薯的氣孔導度、蒸騰速率和光合速率，加快養(yǎng)分運轉(zhuǎn)速率，增產(chǎn)效應較強。種植密度對建立和優(yōu)化馬鈴薯合理的群體結構有很大的影響，與產(chǎn)量的關系密切相關。對馬鈴薯產(chǎn)量與品質(zhì)具有影響的因素有馬鈴薯種薯大小、種植密度、播種期早晚、土壤疏松程度和培土措施等[5-7]。影響馬鈴薯單位面積產(chǎn)量的最大因素取決于不同的種植密度。如何確定合適的種植密度，發(fā)揮出植株個體與群體的互補作用，是露天種植馬鈴薯獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的一項重要技術措施[8]。決定馬鈴薯的生長發(fā)育和塊莖產(chǎn)量的高低、形成優(yōu)良品質(zhì)的主要因素是植株個體與群體的光合作用，是以增強馬鈴薯光合作用是提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量與品質(zhì)的基礎[9]。

黑龍江省是中國馬鈴薯種薯和淀粉加工原料薯生產(chǎn)的優(yōu)勢區(qū)域，具有種植馬鈴薯的歷史和習慣，但是生產(chǎn)管理水平仍較為粗放，迫切需要圍繞生產(chǎn)上應用的優(yōu)良品種配套適宜的栽培技術，以提高馬鈴薯的單產(chǎn)水平。本研究為明確馬鈴薯合理的群體密度和適宜的氮、鉀素營養(yǎng)水平，選用馬鈴薯鮮食品種‘東農(nóng)311’，采用正交試驗的方法，通過對馬鈴薯光合特性及產(chǎn)量進行分析，以期建立合理的密度和氮、鉀營養(yǎng)水平群體優(yōu)化結構，為黑龍江省哈爾濱地區(qū)提高肥料利用率及高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的馬鈴薯栽培技術提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗于2015年在黑龍江省哈爾濱市東北農(nóng)業(yè)大學向陽鄉(xiāng)科研實習基地進行。供試材料為中晚熟鮮食品種‘東農(nóng)311’。

試驗采用三因素三水平正交試驗設計，三因素為A（氮），B（鉀）和C（密度），每個品種設置3個水平，A1=5 kg/667m2、A2=10 kg/667m2、A3=15 kg/667m2； B1=7.5 kg/667m2、 B2=12.5 kg/667m2、 B3=17.5 kg/667m2；C1=3 400 株/667m2、C2=4 200 株/667m2、C3=5 000株/667m2。試驗按L9（34）正交表設置9個處理，處理的情況見表1。每個處理3次重復，共27個小區(qū)，每小區(qū)7行，行長6 m，行距0.8 m，小區(qū)面積33.6 m2。2015年4月30日播種，9月27日收獲。

1.2 測定方法

在馬鈴薯盛花期使用Cl-340 Photosynthesis System測量其光合作用參數(shù)。

收獲時按單行測產(chǎn)，然后折算成每667 m2產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

用Excel 2003進行試驗數(shù)據(jù)的處理和作圖。用DPS 7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行正交試驗的方差分析。

2 結果與分析

2.1 密度和氮鉀肥對光合作用的影響

在馬鈴薯盛花期對‘東農(nóng)311’的葉片光合指標進行測量，光合指標由SPAD（Soil and plant analyzer development，SPAD）值、凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間CO2濃度5個指標代表。并對密度和氮鉀肥處理下這5個指標數(shù)據(jù)進行方差分析，見表2。由表2可知，氮處理（A）下，‘東農(nóng)311’的SPAD值和凈光合速率達差異極顯著水平，蒸騰速率、氣孔導度和胞間CO2濃度均差異不顯著。鉀處理（B）下，SPAD值和氣孔導度達到差異水平，凈光合速率、蒸騰速率和胞間CO2濃度均差異不顯著。密度處理（C）下，SPAD值差異達顯著水平，凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間CO2濃度均差異不顯著。

表1 試驗處理Table 1 Experimental treatments

表2 密度和氮鉀肥處理下植株各光合特性的方差分析Table 2 Analysis of variance of photosynthetic characteristics of plants under treatments of density,nitrogen and potassium fertilizer

對在氮素處理下的SPAD值、凈光合速率和氣孔導度進行多重比較，見表3。在A2處理下的SPAD值、凈光合速率和氣孔導度達到最大值。氮素是葉綠素的重要組成部分之一，氮素含量越高，馬鈴薯的SPAD值越大。葉綠素相對含量高時，會促進植株的光合作用，有利于光合產(chǎn)物的產(chǎn)生與積累，為馬鈴薯的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供了良好的基礎。

表3 氮素處理下的SPAD值、凈光合速率和氣孔導度Table 3 SPAD value,net photosynthetic rate and stomatal conductance under nitrogen treatments

對在鉀素和密度處理下的SPAD值進行多重比較，見表4。在鉀素處理下，在B2處理下的SPAD值達到最大。在密度處理下，SPAD值在C2處理下的SPAD值達到最大。密度決定植株個體與群體之間的關系，在適宜的密度下，會增強光合效率，提高產(chǎn)量，密度過大或者過小都會減弱光合效率，造成減產(chǎn)。

在密度和氮鉀肥處理下，對SPAD值、凈光合速率和氣孔導度進行多重比較，見表5。‘東農(nóng)311’的SPAD值在A2B1C2處理下的SPAD值達到最大。在A3B1C3處理下的凈光合速率達到最大值，但與其他處理間差異不顯著。氣孔導度在A3B2C1處理下的氣孔導度達到最大值。

表4 鉀素和密度處理下的SPAD值Table 4 SPAD value under potassium and density treatments

表5 密度和氮鉀肥處理下的SPAD值、凈光合速率和氣孔導度Table 5 SPAD value,net photosynthetic rate and stomatal conductance in treatment of density and nitrogen and potassium fertilizer

2.2 密度和氮鉀肥對產(chǎn)量性狀的影響

收獲時按行測產(chǎn)，最終折算成每667 m2產(chǎn)量，還分別測量了各處理的商品薯率，對‘東農(nóng)311’的產(chǎn)量和商品薯率進行方差分析，見表6。由表6可知，在氮素處理下，產(chǎn)量和商品薯率均差異不顯著。鉀素處理下，產(chǎn)量差異達到顯著水平，商品薯率差異不顯著。在密度處理下，‘東農(nóng)311’的產(chǎn)量和商品薯率差異均不顯著。

將鉀處理下的產(chǎn)量數(shù)據(jù)進行多重比較，見表7。在不同鉀處理下，‘東農(nóng)311’的產(chǎn)量在B2處理下的產(chǎn)量達到最大值。適宜的施鉀量可以提高‘東農(nóng)311’的產(chǎn)量，施鉀肥過多則會導致產(chǎn)量下降。

對收獲后密度和氮鉀肥處理下的產(chǎn)量與商品薯率進行多重比較，見表8。在A1B2C2處理下產(chǎn)量達到最大值，在A3B1C3處理下商品薯率達到最大值。

表6 密度和氮鉀肥處理下產(chǎn)量指標的方差分析Table 6 Analysis of variance of yield index under density and nitrogen and potassium treatments

表7 鉀處理下的產(chǎn)量Table 7 Yield of potato under potassium treatment

表8 密度和氮鉀肥處理下的產(chǎn)量性狀Table 8 Yield under density,nitrogen and potassium treatments

3 討論

光合特性在不同因素條件下表現(xiàn)不同。本試驗中，氮素處理下的SPAD值和凈光合速率差異極顯著，施氮量越高SPAD值越大，其原因是氮肥可促進葉綠素的合成，且氮素是葉綠素的主要組成成分[10]，過低或過高的氮肥施用量均可抑制馬鈴薯葉片光合速率，這與田豐等[11]研究結果一致。密度和鉀處理下的SPAD值差異顯著，呈先升高后降低的趨勢。研究表明鉀素能明顯提高馬鈴薯的氣孔導度、蒸騰速率和光合速率，加快養(yǎng)分運轉(zhuǎn)速率，進而提高馬鈴薯產(chǎn)量，同時鉀也是糖代謝反應中的重要元素，缺乏時影響糖類的轉(zhuǎn)變和運輸，間接影響光合作用[12]，但是過量施用鉀肥也會導致光合作用的降低，因此，適量施用鉀肥是馬鈴薯增產(chǎn)的重要條件?！畺|農(nóng)311’的氣孔導度差異顯著，呈先升高后降低的趨勢，這是由于增施氮肥可顯著提高植株的光合作用的關系。

鉀是作物生長發(fā)育所必須的大量元素，鉀素既能促進呼吸作用、核酸以及蛋白質(zhì)的形成，又參與植物水分代謝，是重要的滲透物質(zhì)[13]。植物體內(nèi)碳水化合物的合成和運輸也有鉀素的參與[14]。本試驗中鉀素對產(chǎn)量影響顯著，對商品薯率影響不顯著，其主要表現(xiàn)在單株結薯個數(shù)與大中薯率的增加。鉀參與了作物的光合作用，能促進光合產(chǎn)物的產(chǎn)生，并在協(xié)同氮代謝作用中起到顯著的影響[15]，所以適當增施鉀肥能顯著提高產(chǎn)量。隨著施鉀量的增多產(chǎn)量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，這與陳功楷等[16]以及郭志平[2]的研究一致。氮素和密度處理對產(chǎn)量和商品薯率影響不顯著，這可能與品種間基因型差異性有關。‘東農(nóng)311’的產(chǎn)量在施氮量為5 kg/667m2、施鉀量為12.5 kg/667m2、種植密度為4 200株/667m2時最高，商品薯率在施氮量為15 kg/667m2、施鉀量為7.5 kg/667m2、種植密度為5 000株/667m2時最大。

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Effects of Density,Nitrogen and Potassium Fertilizer Applicatin on Photosynthetic Characteristics and Yield of'Dongnong 311'

LIANG Xiaoli,WEI Qiaorong,SHI Ying＊

(College of Agronomy,Northeast Agricultural University,Harbin,Heilongjiang 150030,China)

S532

B

1672－3635（2017）05-0290-06

2017-09-30

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項資金資助（CARS-10）。

梁曉麗（1992-），女，碩士研究生，從事馬鈴薯栽培研究。

石瑛，副研究員，從事馬鈴薯栽培和育種研究工作，E-mail:yshi@neau.edu.cn。