甘薯莖葉徒長對氮肥的響應(yīng)及其表征指標(biāo)研究

段文學(xué) 張海燕 解備濤 汪寶卿 張立明

摘要：在大田條件下，以濟薯18、紫羅蘭、濟薯25、廣薯87和徐薯32共5個甘薯品種為試材，設(shè)置不施氮（N0）和施純氮120 kg/hm2（N1）、240 kg/hm2（N2）3個處理，研究不同品種的耐氮性和徒長程度，并運用多元統(tǒng)計分析方法對植株地上部莖葉生長指標(biāo)進行統(tǒng)計分析，明確可表征甘薯莖葉徒長的田間指標(biāo)。結(jié)果表明，不同品種耐氮性不同，徒長程度亦明顯不同，其中徐薯32和廣薯87為較耐氮品種，在高氮下產(chǎn)量較高，徒長程度輕；濟薯25和濟薯18居中；紫羅蘭對氮肥最為敏感，極易徒長。根據(jù)田間測定指標(biāo)的相關(guān)分析、主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果表明，甘薯植株栽后50天主莖第三節(jié)間長和第三片展開葉葉柄長可有效反映收獲期地上部鮮重，主莖第一節(jié)間長、第二節(jié)間長和第三片展開葉葉柄長可有效反映收獲期T/R值，栽后50天主莖第三片展開葉葉柄長可作為莖葉徒長的表征指標(biāo)。本研究可為甘薯生產(chǎn)提供耐肥品種，同時為控制徒長的適宜時機提供判斷指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：甘薯；氮肥；莖葉徒長；表征指標(biāo)

中圖分類號：S531.01文獻標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2018）02-0033-05

Abstract We studied the nitrogen tolerance and vine overgrowth of sweet potato varieties Jishu 18， Violet， Jishu 25， Xushu 32 and Guangshu 87 treated with no nitrogen （N0）， 120 kg/hm2 （N1） and 240 kg/hm2 （N2） of pure nitrogen treatments under field conditions. The growth indexes of stems and leaves aboveground were subjected to multivariate statistical analysis， and the field characteristic indicators of vine overgrowth of sweet potatoes were confirmed. The results revealed that different varieties had different levels of nitrogen tolerance and vine overgrowth. Compared with the other varieties， Xushu 32 and Guangshu 87 were more resistant to nitrogen evidenced by their higher yield and lower vine overgrowth degree under high nitrogen levels. Jishu 25 and Jishu 18 exhibited moderate nitrogen tolerance， whereas Violet demonstrated extreme sensitivity to nitrogen with high overgrowth degree. The correlation， principal component， and gray correlation analyses of the field indicators showed that the third internode length and the petiole length of the third unfolded leaf of the main stem on the 50th day after planting could effectively reflect the fresh weight aboveground at harvest stage. The first and second internode lengths and the petiole length of the third unfolded leaf of the main stem could reflect the T/R value at harvest stage. The petiole length of the third unfolded leaf of the main stem on the 50th day after planting could be used as a characteristic indicator of vine overgrwoth. This study provided references for screening fertilizer-tolerant varieties and judging the suitable time for controlling the vine overgrowth of sweet potato.

Keywords Sweet potato； Nitrogen fertilizer；Vine overgrowth；Characteristic index

甘薯（Ipomoea batatas L.）高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗逆性強、適應(yīng)性廣，是我國第四大糧食作物，而且是重要的工業(yè)原料、飼料、新型能源及減災(zāi)作物，種植面積和產(chǎn)量分別約占世界的40%和70%[1]。近年來，甘薯種植效益較高，使得它不僅種植在丘陵薄地，肥力較好的平原地塊種植面積亦有擴大，加之甘薯生產(chǎn)中重施氮肥，結(jié)果莖葉生長過旺，這已經(jīng)成為甘薯高產(chǎn)的主要障礙。在高肥力條件下，甘薯葉片中氮濃度高，干物質(zhì)分配在地上部的多、分配在塊根中的少[2]。增施氮肥能夠提高葉片葉綠素含量和光合速率，氮素過多使同化面積過大，莖葉徒長，群體中下部受光變差，加快葉片衰老速度，冠層光合性能下降，從而導(dǎo)致產(chǎn)量降低[3，4]。在一定范圍內(nèi)，甘薯莖葉重隨施氮量增加而增加，當(dāng)土壤水解氮超過70 mg/kg時甘薯植株容易徒長，經(jīng)濟產(chǎn)量大幅下降[5，6]。甘薯地上部和地下部協(xié)調(diào)生長及其與塊根產(chǎn)量的關(guān)系受氮肥的影響，在相同的環(huán)境條件下，還與品種特性有關(guān)，不同甘薯品種氮素利用特性存在差異[7-11]。就目前看，甘薯生產(chǎn)中缺乏較為耐氮（肥）的品種，同時對表征甘薯莖葉徒長的指標(biāo)亦少見研究。本試驗采用不同基因型甘薯品種，設(shè)置不同的施氮量處理，研究不同品種莖葉徒長對氮肥的響應(yīng)，并通過對不同處理下甘薯產(chǎn)量、T/R值、地上部鮮重與莖葉生長相關(guān)指標(biāo)的多元統(tǒng)計分析，明確莖葉徒長表征指標(biāo)，以期為甘薯生產(chǎn)提供耐肥品種，同時為控制徒長的適宜時機提供判斷指標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及設(shè)計

試驗于2014年在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所試驗田進行。試驗地為輕壤土，0～20 cm耕層土壤含有機質(zhì)13.5 g/kg、堿解氮75.6 mg/kg、速效磷55.3 mg/kg、速效鉀97.6 mg/kg。試驗選取濟薯18、紫羅蘭、濟薯25、廣薯87、徐薯32共5個甘薯品種。每個品種設(shè)置3個施氮量處理，即純氮量分別為0、120、240 kg/hm2，記作N0、N1、N2。采用隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次。小區(qū)面積為4.5 m×6 m=27 m2，每小區(qū)種植144株。氮、磷、鉀肥分別為尿素（含N 46%）、重過磷酸鈣（含P2O5 46%）和硫酸鉀（含K2O 50%），施用量P2O5 75 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，與氮肥一次性基施。6月17日栽植，10月20日收獲，管理措施同大田。

1.2 測量指標(biāo)及方法

于栽后50天取樣調(diào)查植株主莖長、基部莖粗、主莖第一節(jié)間長（主莖生長點頂端到第一片展開葉葉柄）、第二節(jié)間長（第一片展開葉葉柄到第二片展開葉葉柄）、第三節(jié)間長（第二片葉葉柄到第三片展開葉葉柄）、第四節(jié)間長（第三片展開葉葉柄到第四片展開葉葉柄）、主莖第一片展開葉和第四片展開葉SPAD值和主莖第一到第四片展開葉葉柄長、葉長、葉寬等指標(biāo)。收獲期測定單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重和鮮薯產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)整理與分析采用Microsoft Excel 2013軟件；運用SPSS 17.0軟件進行差異顯著性檢驗（新復(fù)極差法）、簡單相關(guān)分析、主成分分析及灰色關(guān)聯(lián)度分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種耐氮性及其徒長程度比較

由表1可以看出，隨施氮量增加，各品種地上部鮮重、T/R值均顯著提高，單株薯重和塊根產(chǎn)量均顯著降低。正常型春薯植株收獲期T/R值為0.4～0.5，夏薯為0.6左右，徒長型植株收獲期T/R值多在1以上[3]。本研究中，不同品種對氮肥的耐受性存在顯著差異，徒長程度亦明顯不同。在N0條件下，濟薯18、徐薯32、濟薯25、廣薯87收獲期T/R值在0.54～0.65之間，紫羅蘭為1.26；各品種在N1和N2中高氮條件下T/R值均大于1，地上部鮮重和T/R值顯著提高，塊根產(chǎn)量顯著降低，其中以紫羅蘭降幅最大，徐薯32降幅最小。綜合各項指標(biāo)，徐薯32和廣薯87為較耐肥品種，在高氮下產(chǎn)量較高，徒長程度輕，濟薯25和濟薯18居中，紫羅蘭對氮肥最為敏感，極易徒長。

2.2 各田間性狀指標(biāo)的相關(guān)性分析

各田間指標(biāo)的相關(guān)分析如表2所示，收獲期地上部鮮重與栽后50天主莖長、主莖第四節(jié)間長、第二片展開葉葉面積、第三片展開葉葉面積、第四片展開葉葉面積呈顯著正相關(guān)，與第三片展開葉葉柄長、第四片展開葉葉柄長、第三節(jié)間長、第一片展開葉葉柄長、第一片展開葉葉面積、第一節(jié)間長、第二節(jié)間長呈極顯著正相關(guān)；收獲期T/R值與栽后50天主莖第一片展開葉葉面積、第三片展開葉葉面積、第三片展開葉葉柄長、第四片展開葉葉柄長呈顯著正相關(guān)，與第四節(jié)間長、第三節(jié)間長、第二節(jié)間長、第一節(jié)間長、第二片展開葉葉面積、主莖長、第四片展開葉葉面積呈極顯著正相關(guān)。

2.3 各田間性狀指標(biāo)的主成分分析

主成分分析可在損失較少信息量的前提下，把較多測試指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少量綜合指標(biāo)，有效地濃縮數(shù)據(jù)和簡化指標(biāo)。主成分分析結(jié)果如表3所示，前3個主成分的累計貢獻率已達89.51%，故提取前3個主成分作為數(shù)據(jù)分析的有效成分，這樣可將原來18個單項指標(biāo)轉(zhuǎn)換為3個新的相互獨立的綜合指標(biāo)，并代表了原始指標(biāo)攜帶的絕大部分信息。主成分1中主要包括主莖第三展開葉葉柄長、第一片展開葉葉面積、第二片展開葉葉面積、第三節(jié)間長、第四片展開葉葉柄長和第四片展開葉葉面積；主成分2中主要包括基部莖粗、第一片展開葉葉色值、第二片展開葉葉柄長、主莖長；主成分3中主要包括第一片展開葉葉色值、第四片展開葉葉色值、第一片展開葉葉柄長。

2.4 各田間性狀指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度分析

灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果如表4和表5所示，收獲期地上部鮮重與主莖第三片展開葉葉柄長、第三節(jié)間長、第一片展開葉葉柄長、第二節(jié)間長、第四片展開葉葉柄長有較高的關(guān)聯(lián)度；收獲期T/R值與主莖第二節(jié)間長、第一節(jié)間長、第三片展開葉葉柄長、第四節(jié)間長、第四片展開葉葉面積有較高的關(guān)聯(lián)度。

2.5 莖葉徒長表征指標(biāo)

根據(jù)田間測定指標(biāo)的相關(guān)分析、主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析，甘薯植株栽后50天主莖第三節(jié)間長和第三片展開葉葉柄長可有效反映收獲期地上部鮮重，栽后50天主莖第一節(jié)間長、第二節(jié)間長和第三展開葉葉柄長可有效反映收獲期T/R值，栽后50天主莖第三片展開葉葉柄長可作為甘薯莖葉徒長的表征指標(biāo)，供甘薯實際生產(chǎn)中參考。

3 討論與結(jié)論

氮肥對甘薯產(chǎn)量形成影響顯著，施氮量低可促進塊根生長，限制莖葉生長，但因總干物質(zhì)積累受影響，塊根產(chǎn)量較低；在一定范圍內(nèi)，增施氮肥可提高甘薯干物質(zhì)生產(chǎn)能力和塊根產(chǎn)量；而施氮量過高會延遲結(jié)薯，氮素主要分配于地上部莖葉中，氮素營養(yǎng)過剩，導(dǎo)致地上部旺長，塊根產(chǎn)量降低[3，12-14]。安霞等[15]研究指出，在甘薯大田生產(chǎn)條件下，分別施用酰胺態(tài)氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮三種形態(tài)氮肥，以硝態(tài)氮肥處理的氮肥利用率最高。澤畑秀[16]研究指出，在多肥條件下‘金千貫品種繁茂程度較好，葉大，葉片氮素質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，產(chǎn)量高；而‘九州65品種繁茂程度差、葉片氮素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高、在多肥條件下減產(chǎn)率高。徒長型甘薯氮素含量大于高產(chǎn)型和中產(chǎn)型品種。Kelm等[8]研究表明，與地上部生長勢弱的品種相比，地上部長勢較強的甘薯品種的干物質(zhì)和氮素向塊根轉(zhuǎn)移效率較低。徐聰?shù)萚10]研究指出，短蔓品種在高氮條件下能更好地調(diào)節(jié)地上部與塊根中氮素的比例，將更多的氮素用于塊根生長。本研究表明，短蔓型品種徐薯32和廣薯87在高氮條件下產(chǎn)量較高，長蔓型品種紫羅蘭和濟薯18則減產(chǎn)嚴(yán)重，這可能與短蔓型品種可將較多氮素轉(zhuǎn)移至塊根，而地上部莖葉氮素積累較少有關(guān)。近年來，甘薯種植效益較高，其不僅種植在丘陵薄地，在平原肥沃地種植甘薯的農(nóng)民越來越多，加之氮肥的偏重施用，使得甘薯徒長嚴(yán)重，因此，在地力較好的地塊，可考慮不施氮肥，并選用耐氮性高的品種，從而提高種植效益。

水稻徒長表現(xiàn)為苗纖弱細(xì)長，葉色淡綠，拔節(jié)提早，節(jié)間伸長，葉片與莖交角增大等[17]。黃瓜幼苗徒長表現(xiàn)為苗株高、下胚軸長度顯著高于正常苗，其C/N比值顯著低于正常苗，碳水化合物積累少，碳氮代謝失調(diào)[18]。甘薯徒長的田間長勢一般為地上部莖葉生長茂盛，難見壟溝，莖尖上挑，葉片肥大，莖蔓過長等。前人研究認(rèn)為，當(dāng)葉片中含氮量達4%以上時，甘薯莖葉容易徒長，產(chǎn)量降低，但前人對正常型和徒長型甘薯植株生長形態(tài)、碳氮代謝及激素生理的對比研究較少，對能夠表征其徒長的指標(biāo)則未見報道。本研究運用多元統(tǒng)計分析方法對甘薯植株地上部莖葉生長指標(biāo)進行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明，甘薯植株栽后50天主莖第三節(jié)間長和第三片展開葉葉柄長可有效反映收獲期地上部鮮重，主莖第一節(jié)間長、第二節(jié)間長和第三片展開葉葉柄長可有效反映收獲期T/R值，栽后50天主莖第三片展開葉葉柄長可作為莖葉徒長的表征指標(biāo)，供生產(chǎn)中控制旺長提供參考。

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