氮素運籌對干旱區(qū)滴灌甜菜生長的影響

徐林峰，戴宇祥，周紅亮，張麗娟，費聰，蘇繼霞，李宗飛，樊華

（石河子大學農學院，新疆石河子832000）

0 引言

甜菜是我國主要糖料作物之一和重要能源作物[1]，在我國東北、華北和西北農村地區(qū)的經濟和工業(yè)中占有重要的支柱性地位。新疆是我國的甜菜主產區(qū)，甜菜種植面積占全國甜菜種植面積的41%左右，總產量與產糖量長期占據全國第一。近些年在新疆滴灌甜菜種植過程中不斷涌現出高產高糖區(qū)，2008年新疆滴灌甜菜創(chuàng)下全國的高產紀錄（87 t/hm2）[2]。然而，現階段關于滴灌甜菜種植高產高糖的氮素管理方案結論各異。施氮量為180 kg/hm2甜菜塊根產量達到最大，施氮量為120 kg/hm2產糖量表現最優(yōu)，而后隨施氮量增加而逐漸下降[3]。蔡柏巖等研究認為，當施氮量為120 kg/hm2時，根冠比最為合理[4]。北疆甜菜產區(qū)氮肥基施1/2，7月中旬追施1/2有利于提高甜菜產量、品質[5]。內蒙古冷涼干旱區(qū)膜下滴灌甜菜的最佳施氮量為100 kg/hm2，其中氮肥以基肥的形式一次性施入[6]。也有研究表明，4∶4∶2的氮素追施比例有利于干旱區(qū)露播滴灌甜菜獲得高產高糖[7]。甜菜的收獲器官主要是塊根，光合作用所固定轉化的有機質占到了甜菜塊根產量的90%～95%[8]，氮是植物細胞蛋白質的主要成分，也是核酸、葉綠素、維生素、酶和輔酶系統(tǒng)、激素以及許多重要代謝有機化合物的組成部分。氮能夠促進新梢生長，增大葉面積，增加葉片厚度，增加葉片內的葉綠素含量，提高光合效能，而葉片的生長情況在很大程度上影響了糖分在塊根中的形成和積累。因此，合理的氮肥運籌方式是甜菜種植過程中高產高糖的關鍵，同時還可減少氮肥的浪費和氮肥對環(huán)境的污染、降低肥料成本、從而獲得較高經濟效益[9-12]。目前，有關甜菜氮素方面的研究表明，氮肥施入土壤必須全部在甜菜生育中期之前完成，否則會影響塊根品質[13-14]。然而也有研究認為，在甜菜生育后期少量施加氮肥可以起到延緩葉片和根系衰老的作用，同時促進甜菜塊根產量和含糖率的提高[15-16]。目前有關氮素影響甜菜產量品質的研究主要集中在施氮量和基追比方面[9]，研究結果也不盡一致，關于氮素運籌尤其是甜菜中后期施氮比例對葉片生長與產量品質關系的研究相對較少。本研究以甜菜葉片和塊根生長速率為切入點，分析氮素運籌模式下滴灌甜菜生長及其與產量、品質間的關系，為干旱區(qū)滴灌甜菜提質增效氮素管理提供支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與方法

供試材料為Beta356，試驗于2015年在新疆石河子大學農學院試驗站（45°19′N，86°03′E）進行。以不施氮處理（N1）為對照，設置3種氮肥運籌模式，即在甜菜葉叢快速增長期、塊根膨大期、糖分積累期氮肥施用比例分別為60∶30∶10、50∶30∶20、40∶40∶20（用N2、N3、N4表示）。肥料施用量為N 585 kg/hm2、P2O5280 kg/hm2、K2O 190 kg/hm2，其中氮肥總量的10%于播種前基施，其余按照試驗設置追施，磷鉀肥作基肥一次施用。4月25日播種，行株距配置方式為50 cm×14 cm（即行距為50 cm，株距為14 cm），滴灌帶配置模式為“1管2”（即1條毛管控制2行甜菜）。各處理灌水量均為7 500 m3/hm2。

1.2 指標測定方法與統(tǒng)計分析

從塊根膨大期（8月3日）開始自內而外選取甜菜第五片真葉（新葉）和第十五片真葉（老葉）每隔3天測定葉長和葉寬，其中葉長是從葉片底端葉柄處至葉片頂點的距離，葉寬是指垂直于葉長的最大距離。同時破壞性取樣，測定甜菜根長、根寬和維管束環(huán)數。在甜菜3個生育時期用Li-3100葉面積儀測定所有葉片面積，計算葉面積指數。

收獲期對各處理未取樣的小區(qū)進行實收，3次重復，拔出根后削除地上部分及青頭，及時稱量塊根鮮重，并分別選取10株測定各處理塊根錘度值，計算甜菜含糖率和根產量。塊根含糖率用手持式折光儀（成都泰華光學有限公司）分別測定根頸以及根體（上、中、下）部位錘度值，取平均值之后乘以0.83得到塊根含糖率。

從塊根膨大期（8月3日）開始每隔10天測定維管束環(huán)數，測定時注意從根體下的三分之一處進行橫切，用肉眼計數其橫斷面的維管束環(huán)數。

采用Excel2010、SPSSstatistics 17.0和SigmaPlot12.5對所得數據進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 氮素運籌對滴灌甜菜不同葉齡葉面積的影響

滴灌甜菜不同葉齡葉面積表現為老葉＞新葉，不同氮素處理條件下新老葉面積均表現為N3＞N4＞N2＞N1（圖1），表明塊根膨大期葉片生長以老葉為主，氮素運籌不改變老葉的主體地位，但是對葉片生長速率有一定的調控作用。

圖1 塊根膨大期老葉（A圖）新葉（B圖）葉面積變化Fig.1 Effect of nitrogen application on old(A)and new(B)leaf area of drip irrigation sugar beet during root development stage

塊根膨大期滴灌甜菜葉片的日增長量表現為老葉＞新葉，甜菜葉片日增長比值在不同氮素處理下表現各異，其中新葉N1、N2和N4表現為快-慢-快的趨勢，新葉N3表現為慢-快-慢的趨勢；老葉N1表現為慢-快-快的趨勢，老葉N2表現為快-慢-快的趨勢，老葉N3和N4表現為快-慢-慢的趨勢（表1）。其中N1處理葉片日增長量顯著低于其他處理，N3處理老葉的日增長比值變化較為平穩(wěn)。

表 1 氮素運籌對塊根膨大期甜菜葉面積的影響Table 1 Effect of nitrogen application on leaf area during root development stage of drip irrigation sugar beet

2.2 氮素運籌對滴灌甜菜塊根生長的影響

塊根膨大期滴灌甜菜根長增長量和增長比值均為前期＞后期，隨著生育時期推進N1和N3處理根長增長量表現為不斷降低的趨勢，N2和N4處理根長增長量表現為先增后降的趨勢。根寬增長量和增長比值均為后期＞前期，除N2外，其它處理均表現為根寬增長量隨生育時期推進不斷增加的趨勢。塊根中維管束環(huán)數增長量和增長比值N1和N3處理表現為不斷增加的趨勢，N2和N4處理表現為先增后降的趨勢（表2）。

表2 氮素運籌對塊根膨大期甜菜塊根生長的影響Table2 Effect of nitrogen application on root growth during root development stageof drip irrigation sugar beet

2.3 氮素運籌對滴灌甜菜葉面積指數的影響

由圖2可知，從葉叢快速增長期到糖分積累期，N2、N3和N4葉面積指數（LAI）呈現增加的趨勢，N1處理表現為先增加后降低。氮素運籌下各處理LAI在糖分積累期差異顯著，其中N2、N3、N4處理的LAI分別比N1處理增加了163.9%、194.8%和137.2%。

2.4 塊根產量、含糖率與塊根膨大期葉片生長指標的相關性

甜菜塊根產量與塊根膨大期葉面積顯著正相關，與老葉面積日增長量顯著正相關。甜菜塊根含糖率與塊根膨大期新葉面積顯著負相關，與老葉面積和老葉面積日增長量顯著正相關（表3）。

圖2 氮素運籌對甜菜葉面積指數（LAI）的影響Fig.2 Effect of nitrogen application on LAI of drip irrigation sugar beet

表3 塊根產量、含糖率與塊根膨大期葉片生長指標的相關分析Table3 Correlation analysisbetween yield and sugar content with leaf growth index during root development stage

表4 塊根產量、含糖率與塊根膨大期塊根生長指標的相關分析Table 4 Correlation analysis between yield and sugar content with root growth index duringroot development stage

2.5 塊根產量、含糖率與塊根膨大期塊根生長指標的相關性

甜菜塊根產量與塊根膨大中期根長、根寬和塊根維管束環(huán)數呈現正相關，甜菜塊根含糖率與塊根膨大后期根長、根寬和塊根維管束環(huán)數呈現正相關（表4）。

3 討論

甜菜的施肥量較大，且需肥時期也相對較長。氮素是甜菜生長必需營養(yǎng)元素中起到最大貢獻作用的元素。在甜菜第一年進行的營養(yǎng)生長中期，也就是甜菜的塊根膨大期，甜菜生長中心逐漸由葉叢生長期的地上葉叢向地下部分轉移，塊根膨大期甜菜生長中心不能向地下部分轉移表現為貪青，轉移過早表現為早衰，兩者均影響甜菜塊根的生長，而甜菜的經濟產量來自于塊根以及塊根的含糖率。合理的氮素運籌既可以達到調控甜菜生長中心順利轉移的目的，而且地上葉片又不會早衰[16-17]。本研究表明，塊根膨大期甜菜葉面積與塊根產量成正比，但是這一結論的前提是老葉的生長速率應該大于新葉的生長速率，如果此時新葉生長速率過快，反而會降低塊根含糖。

在一定范圍內植物實際光合作用量與其干物質量隨葉面積的增加而增加，但當葉面積指數超過一定值時，由于甜菜葉叢繁茂，葉片之間相互遮掩，導致實際有效葉面積并非與葉面積指數成正比，隨著葉面積指數的增加，植物的呼吸作用隨之增加，實際光合作用量和干物質量會下降[18]。因而，葉面積指數并非越大越好。3種氮素運籌模式下，甜菜葉面積指數在塊根膨大期均顯著升高，對于保證一定的塊根產量意義重大。目前我國的甜菜收購機制正在由單純的追求產量轉變?yōu)樘鸩耸召弮r主要取決于含糖率，隨著制糖企業(yè)收購甜菜“以質論價”收購機制的改變，提高甜菜的塊根品質成為了當前我國甜菜生產發(fā)展過程中的首要問題[19-20]，從塊根膨大期葉面積入手，快速、準確地預測塊根重量和含糖率，將有利于指導滴灌甜菜氮素管理與高效種植。

4 結論

與對照相比，施氮可以減緩甜菜葉片的衰老速率。滴灌甜菜塊根膨大期葉片生長以老葉生長為主，氮素運籌不改變老葉的主體地位，但是對葉片生長速率和塊根含糖率有一定的調控作用。塊根膨大期老葉面積和葉面積日增長量與甜菜塊根產量和含糖率顯著正相關，新葉面積與甜菜塊根產量顯著正相關，與塊根含糖率顯著負相關。氮素運籌對塊根生長無顯著影響，根長、根寬和塊根維管束環(huán)數在塊根膨大中期與塊根產量顯著正相關，在塊根膨大后期與塊根含糖率顯著正相關。因此，可將塊根膨大期老葉面積作為衡量甜菜產糖量的指標，同時新葉葉面積大小作為衡量塊根品質的指標。