不同氮肥配施對馬鈴薯塊莖形成及發(fā)育的影響

孫　磊，邰　楓，張　亮，于洪濤，蘇　航，畢詩婷

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱　150030；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院綏化分院，黑龍江　綏化　152052）

馬鈴薯匍匐莖由主莖地下部分莖節(jié)上腋芽伸長而成，頂端膨大形成塊莖。匍匐莖形成和塊莖發(fā)育是馬鈴薯產(chǎn)量形成基礎(chǔ)，該過程對環(huán)境條件敏感[1]。氮肥管理是馬鈴薯生產(chǎn)優(yōu)先管理事項之一[2]。馬鈴薯生育前期氮肥供應(yīng)有利于擴(kuò)大總?cè)~冠面積，后期氮肥供應(yīng)有利于保持葉冠常綠，實現(xiàn)產(chǎn)量最大化[3]。俞滿源等研究表明，與不施氮處理相比，施用氮肥可顯著提高盛花期和塊莖膨大期馬鈴薯葉片光合速率，延長植株光合作用時間（延長生育期12 d）[4]。氮肥影響塊莖膨大期持續(xù)時間和膨大速率，調(diào)控塊莖級別分布[5]。王梓全等研究表明，單株塊莖數(shù)和大薯率均隨施氮量增加呈先增后降趨勢，在施氮量為150 kg·hm-2時達(dá)最高產(chǎn)量[6]。在灌溉條件下，隨施氮量（60～210 kg·hm-2）增加，馬鈴薯產(chǎn)量呈遞增趨勢；施氮量超過210 kg·hm-2時，產(chǎn)量開始下降；當(dāng)施氮量為135 kg·hm-2時，氮肥生理利用率及氮肥效益達(dá)最大值[7]。Olivier等研究表明，與不施氮處理相比，施氮可使塊莖總產(chǎn)量提高10.5%～54.7%，將氮肥分期施用，可有效提高氮肥利用效率[8]。

為提高塊莖產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，目前學(xué)者多關(guān)注土壤供氮能力和馬鈴薯氮素需求特性，調(diào)節(jié)氮肥施用量和施肥時期，而不同氮肥對塊莖形成及發(fā)育過程調(diào)控作用研究較少。作物主要吸收硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和少量有機(jī)態(tài)氮[9]，尿素養(yǎng)分含量高，已成為國內(nèi)馬鈴薯生產(chǎn)的主要氮肥品種，但其養(yǎng)分單一，而硫酸銨除提供氮營養(yǎng)外，可補(bǔ)充植物必需的硫營養(yǎng)。因此本試驗在總氮量投入相同情況下，分別在基肥和追肥施用時使用不同類型氮肥，研究不同氮肥在不同時期對馬鈴薯匍匐莖形成及頂端膨大規(guī)律、塊莖干物質(zhì)積累特點的影響，為馬鈴薯高產(chǎn)氮肥配施方案優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　材料

1.2　試驗設(shè)計

試驗設(shè)5個處理，3次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，不同處理基肥和追肥選用肥料品種見表2。氮（N）和鉀（K2O）用量均為150 kg·hm-2，基追比例均為1∶1，塊莖膨大前側(cè)開溝追施，磷（P2O5）用量為75 kg·hm-2，全部作基肥施用。

表1　土壤基礎(chǔ)肥力Table 1　Basic fertility of the soil

表2　試驗各處理選擇的肥料品種Table 2　Fertilizers used in different treatments

2016年試驗時間為4～9月，4月27日播種，6月1日出苗，9月13日收獲。每小區(qū)5壟，壟寬0.67 m，壟長20 m，株距0.24 m，小區(qū)面積67 m2，重復(fù)之間設(shè)1 m寬隔離帶，每小區(qū)兩個邊壟和每壟起始處各1 m不予取樣，中間3壟每壟留5 m用于測產(chǎn)，其余13 m用于生育期取樣。

2017年試驗時間為4～9月，4月29日播種，5月29日出苗，9月13日收獲。每小區(qū)7壟，壟寬0.80 m，壟長12 m，株距0.21 m，小區(qū)面積67.2 m2，重復(fù)之間設(shè)1 m寬隔離帶，每小區(qū)第1、4和7壟以及每壟起始處各1 m不予取樣，第2、3壟用于生育期取樣，第5、6壟用于測產(chǎn)。

1.3　樣品采集與測定

2016年分別于出苗后18 d（幼苗期），33 d（塊莖形成初期），48 d（塊莖形成末期），63 d（塊莖膨大期），77 d（淀粉積累期）和95 d（成熟收獲期）取樣；2017年分別于出苗后29 d（塊莖形成初期），45 d（塊莖形成末期），62 d（塊莖膨大期），79 d（淀粉積累期）和101 d（成熟收獲期）取樣。每個小區(qū)選取長勢一致、具有代表性3株植株，整株取樣，帶回實驗室，將植株按葉片、葉柄、地上莖和塊莖分別清洗，105℃殺青30 min，80℃烘至恒重，稱烘干重。

匍匐莖測定：計數(shù)法記錄匍匐莖及頂端明顯膨大（≥1.2 cm）匍匐莖數(shù)量[10]。

塊莖產(chǎn)量測定：收獲時各小區(qū)取10.05 m2（2016年）或9.60 m2（2017年）連續(xù)壟長，全部收獲，剔除腐爛薯后，余下塊莖分級稱重計數(shù)。

單薯直徑≥3 cm視為成型塊莖，單薯重＜75 g為小薯，單薯重75～150 g為中薯，≥150 g為大薯[11-12]。

在蓄水前按設(shè)計要求完成剩余的監(jiān)測工程量，取得大壩外部變形監(jiān)測和滲流監(jiān)測的基準(zhǔn)值；盡快制定切實可行的下閘蓄水施工組織設(shè)計和技術(shù)措施。蓄水前對閘門、啟閉機(jī)開展全面檢查和維保，制定導(dǎo)流洞封堵實施方案。

匍匐莖結(jié)薯率（%）=[第n次取樣頂端明顯膨大（≥1.2 cm）匍匐莖數(shù)量/第n次取樣總匍匐莖數(shù)量]×100%[10]。

商品薯率（%）=（≥75 g塊莖鮮重/塊莖總鮮重） ×100%[13]。

塊莖干物質(zhì)積累速率（g·株-1·d-1）=[第n次取樣塊莖干物質(zhì)積累量-第（n-1）次取樣塊莖干物質(zhì)積累量]/兩次取樣間隔天數(shù)。

1.4　數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007軟件處理數(shù)據(jù)并繪制圖表，DPS 7.05軟件統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。

2　結(jié)果與分析

2.1　不同氮肥配施對馬鈴薯匍匐莖形成及塊莖發(fā)育的影響

2.1.1不同處理馬鈴薯匍匐莖數(shù)量及結(jié)薯率

由表3可知，塊莖形成初期，A-U和N-U處理總匍匐莖數(shù)量顯著高于基肥施用尿素處理，其中NU處理最高，并與其他處理間差異顯著（P＜0.05）。塊莖形成末期，雖然N-U處理總匍匐莖數(shù)量仍高于其他處理，但各處理間差異不顯著（P＞0.05）。塊莖膨大期，配施硝酸鈣處理明顯低于其他處理，其中N-U處理最低。表明配施硝酸鈣處理早期可促進(jìn)匍匐莖形成，但后期退化較快，而配施硫酸銨處理則保持相對較高水平。

由表3頂端明顯膨大匍匐莖數(shù)量可知，除N-U處理表現(xiàn)先增后減外，其他處理均呈持續(xù)上升趨勢。其中A-U和U-A處理不同時期不同程度高于U-U處理，且在塊莖膨大期與U-U處理間差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05）。U-N或N-U處理頂端明顯膨大匍匐莖數(shù)量雖在塊莖形成初期和塊莖形成末期普遍高于U-U處理，但在塊莖膨大期，與U-U處理差異不顯著（P＞0.05）或顯著低于U-U處理（P＜0.05）。匍匐莖總量和頂端明顯膨大匍匐莖數(shù)量分別表示塊莖形成潛力和趨勢，但膨大匍匐莖最終是否形成塊莖，則受水分和養(yǎng)分等環(huán)境條件影響[14]。匍匐莖結(jié)薯率高則說明膨大匍匐莖成薯率高，無效生長少，進(jìn)入塊莖膨大期，可基本確定有效膨大的匍匐莖。由表3可知，除2016年U-U處理和2017年N-U處理呈先增后減特點外，其他處理均呈持續(xù)上升趨勢。A-U和U-A處理不同時期均表現(xiàn)較高結(jié)薯率，且塊莖膨大期普遍顯著高于U-U處理（P＜0.05），而配施硝酸鈣處理與U-U處理間差異不顯著（P＞0.05）。

2.1.2不同處理馬鈴薯匍匐莖頂端膨大情況

由圖1可知，塊莖形成初期，單株匍匐莖數(shù)量以N-U處理最多，且未膨大匍匐莖數(shù)量和膨大匍匐莖數(shù)量也最多，而A-U處理＜75 g塊莖數(shù)量最多。塊莖形成末期，U-N和N-U處理未成薯匍匐莖（包括未膨大和膨大匍匐莖）數(shù)量高于其他處理，而A-U處理≥75 g塊莖（包括75～150 g和≥150 g塊莖）最多。塊莖膨大期，A-U處理未成薯匍匐莖數(shù)量最少，≥150 g塊莖最多。

表3　不同氮肥配施對馬鈴薯匍匐莖影響Table 3　Influence of different nitrogen fertilizer combinations on stolon of potato

圖1　不同氮肥配施對馬鈴薯匍匐莖頂端膨大影響Fig.1　Influence of different nitrogen fertilizer combinations on the swelled stolons end of potato

2.2　不同氮肥配施對馬鈴薯塊莖干物質(zhì)積累影響

由圖2可知，所有處理馬鈴薯全生育期塊莖干物質(zhì)積累量動態(tài)變化均表現(xiàn)為前期緩慢增長，從塊莖膨大期開始直到收獲期迅速增長。2016年收獲期各處理塊莖干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為U-A＞A-U＞N-U＞U-U＞U-N，但各處理間差異不顯著（P＞0.05）；2017年表現(xiàn)為A-U＞U-A＞U-N＞N-U＞U-U，且A-U處理顯著高于其他處理（P＜0.05），達(dá)264.61 g·株-1，較U-U處理增加39.8%。兩年結(jié)果存在差異，但配施硫酸銨處理均不同程度提高塊莖干物質(zhì)積累量。

由圖3可知，進(jìn)入塊莖膨大期前，不同處理塊莖干物質(zhì)積累速率差異不顯著（P＞0.05），進(jìn)入塊莖膨大期后，A-U處理塊莖干物質(zhì)積累速率達(dá)5.86 g·株-1·d-1（2016 年）和 4.50 g·株-1·d-1（2017年），顯著高于N-U和U-U處理（2016年）或其他各處理（2017年）（P＜0.05），分別提高19.0%～29.8%（2016年）和20.3%～68.0%（2017年）。數(shù)據(jù)表明，與單施尿素相比，配施硫酸銨或硝酸鈣均有利于提高塊莖干物質(zhì)積累速率，其中硫酸銨比硝酸鈣效果更明顯，硫酸銨作基肥施用優(yōu)于作追肥施用。

圖2　不同氮肥配施對馬鈴薯塊莖干物質(zhì)積累量影響Fig.2　Influence of different nitrogen fertilizer combinations on dry matter accumulation of potato tuber

圖3　不同氮肥配施對馬鈴薯塊莖干物質(zhì)積累速率影響Fig.3　Influence of different nitrogen fertilizer combinations on dry matter accumulation rate of potato tuber

2.3　不同氮肥配施對馬鈴薯產(chǎn)量性狀影響

由表4可知，兩年試驗中N-U處理單株結(jié)薯數(shù)均為最高，2016年為5.56個·株-1，與其他處理間差異不顯著（P＞0.05）；2017年為6.51個·株-1，顯著高于U-N和U-U處理（P＜0.05）。兩年中，U-N和A-U處理平均薯重均處于較高水平，2016年A-U處理顯著高于除U-N外其他處理（P＜0.05）；而2017年U-N僅與U-U處理差異顯著（P＜0.05）。對比各處理平均商品薯重發(fā)現(xiàn)，A-U顯著高于其他處理（P＜0.05），分別達(dá)227.48 g·個-1（2016年）和172.72 g·個-1（2017年），分別較U-U處理高9.8%（2016年）和12.1%（2017年），再次表明基肥施用硫酸銨可促進(jìn)塊莖生長。

兩年塊莖總產(chǎn)量和商品薯產(chǎn)量均表現(xiàn)為AU＞U-N＞U-A＞N-U＞U-U（見表5）。A-U總產(chǎn)量較U-U處理增產(chǎn)16.7%（2016年）和33.5%（2017年）（P＜0.05），商品薯產(chǎn)量增產(chǎn) 20.1%（2016年）和40.7%（2017年）（P＜0.05）。兩年商品薯率均為U-U最低。

由此可見，與單施尿素相比，配施硫酸銨或硝酸鈣均有利于提高商品薯率，其中基肥施用硫酸銨增產(chǎn)效果更明顯。

表4　不同氮肥配施對馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因子影響Table 4　Influence of different nitrogen fertilizer combinations on yield component factors

表5　不同氮肥配施對馬鈴薯產(chǎn)量影響Table 5　Influence of different nitrogen fertilizer combinations on tuber yield in potato

3　討論與結(jié)論

源庫關(guān)系協(xié)調(diào)是高產(chǎn)保障[15-16]，源供應(yīng)能力和庫容量是作物產(chǎn)量限制因子，多數(shù)農(nóng)作物源庫關(guān)系均存在建立、發(fā)展直至平衡過程[17]。馬鈴薯生育前期形成足夠數(shù)量塊莖，既是庫容擴(kuò)大前提，也是源庫關(guān)系協(xié)調(diào)發(fā)展基礎(chǔ)[18]。馬鈴薯出苗后7～10 d開始形成匍匐莖，15～20 d匍匐莖頂端開始膨大，即開花前塊莖已發(fā)育，而水稻、小麥和玉米等作物儲存庫均在穗分化后形成，因此馬鈴薯形成產(chǎn)量時間比一般作物早[10]，決定馬鈴薯庫容兩因素包括單株結(jié)薯數(shù)量和單薯重[10,17]。

匍匐莖頂端直徑≥1.2 cm時，視為匍匐莖頂端開始膨大，塊莖開始形成[10]。本試驗結(jié)果表明，塊莖形成到膨大過程中，配施硫酸銨或硝酸鈣均比單施尿素利于匍匐莖形成和發(fā)育，其中配施硝酸鈣利于促進(jìn)匍匐莖形成，而配施硫酸銨則利于匍匐莖頂端膨大，與Gao等[19]和Suyala等[20]研究結(jié)果一致。Osaki等利用15N在溶液培養(yǎng)試驗中發(fā)現(xiàn)硫酸銨處理的銨態(tài)氮主要分布于塊莖和地上莖，可能更利于植物體內(nèi)氮同化，而硝酸鈉處理硝態(tài)氮主要分布于葉片[21]。本試驗發(fā)現(xiàn)，基肥施用硫酸銨處理匍匐莖形成和發(fā)育過程更穩(wěn)定，小薯、中薯和大薯不同生育期依次發(fā)育，體現(xiàn)塊莖發(fā)育時序性，確保結(jié)薯率處于較高水平。

馬鈴薯塊莖干物質(zhì)積累是產(chǎn)量形成基礎(chǔ)[12]。本研究發(fā)現(xiàn)，與單施尿素相比，配施硫酸銨或硝酸鈣均可提高塊莖干物質(zhì)積累速率、商品薯產(chǎn)量和商品薯率，其中配施硫酸銨效果更顯著。而鄧蘭生等在盆栽試驗中發(fā)現(xiàn)，不同銨硝氮肥配比對塊莖干物質(zhì)積累量無顯著影響[22]。Serio等研究認(rèn)為，銨態(tài)氮不利于馬鈴薯生長發(fā)育，硝態(tài)氮處理可獲得更高塊莖產(chǎn)量[23-24]。溶液培養(yǎng)或盆栽試驗得到不同結(jié)論，可能是試驗條件差異造成，大氣和土壤溫度及濕度、光照強(qiáng)度和持續(xù)時間、養(yǎng)分均衡等均影響馬鈴薯生長發(fā)育[25-26]。史春余等在大田條件下研究不同氮肥對甘薯生長發(fā)育影響[27]，所得結(jié)果與本試驗一致。芶久蘭等研究發(fā)現(xiàn)，與硝酸鈉相比，碳酸銨使馬鈴薯增產(chǎn)15.73%[28]。焦峰等發(fā)現(xiàn)，施用硫酸銨、尿素、硝酸鈣和硝酸銨處理，分別較不施氮肥處理增產(chǎn)63.86%、36.62%、30.42%和19.28%[29]。Soliman等研究發(fā)現(xiàn)，與施用硝酸銨和尿素相比，硫酸銨可促進(jìn)馬鈴薯“Nicola”營養(yǎng)生長，提高塊莖產(chǎn)量[30]，而Maier等在以品種“Russet Burbank”為對象的同類研究中卻得出相反結(jié)論[31]，原因是品種不同。可見，馬鈴薯施肥管理措施制定應(yīng)考慮品種和土壤條件。

目前，黑龍江省馬鈴薯生產(chǎn)中氮肥主要以尿素為主，肥料品種單一。硫酸銨或硝酸鈣提供氮素和硫或鈣，利于馬鈴薯生長。本試驗中，與單施尿素相比，配施硫酸銨或硝酸鈣均有利于馬鈴薯塊莖形成及發(fā)育，提高塊莖膨大期后塊莖干物質(zhì)積累速率及干物質(zhì)積累量，提高塊莖產(chǎn)量和商品薯率。其中配施硫酸銨的效果優(yōu)于硝酸鈣，而硫酸銨作基肥施用效果優(yōu)于作追肥施用。說明馬鈴薯生產(chǎn)的氮肥管理不僅需考慮施肥量、施肥時期，更應(yīng)關(guān)注肥料品種選擇與搭配。由于硫酸銨是生理酸性肥，長期大量施用可導(dǎo)致土壤酸化和板結(jié)，因此在酸性土壤施用硫酸銨時應(yīng)適量補(bǔ)充石灰或鈣鎂磷肥，或?qū)⒘蛩徜@與尿素混合施用，為防止銨揮發(fā)性損失，還應(yīng)注意肥料隔離，石灰性土壤施用氮肥則優(yōu)先推薦硫酸銨。硝酸鈣是生理堿性肥，但在本試驗土壤條件下，其增產(chǎn)效果不及硫酸銨，機(jī)理待進(jìn)一步研究。