營(yíng)養(yǎng)液中氮素含量變化對(duì)甜菜生長(zhǎng)影響

張 政，張福順，於麗華，王曼宇，孫佳平

(1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甜菜品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，哈爾濱 150080； 2.黑龍江省普高等學(xué)校甜菜遺傳育種重點(diǎn)試驗(yàn)室/黑龍江大學(xué)，哈爾濱 150080)

0 引 言

世界糖料作物主要包括甘蔗與甜菜兩種作物，其中甜菜約占全球食糖原料總量的30%左右。我國(guó)是少數(shù)甜菜糖與甘蔗糖同時(shí)生產(chǎn)的國(guó)家之一。近年來，我國(guó)的甜菜種植面積一直都處于逐年降低的情況，居世界的第三位，總產(chǎn)量達(dá)到第六位[1]。然而，現(xiàn)如今我國(guó)的甜菜都存在總產(chǎn)量在逐年降低、含糖率呈下降趨勢(shì)的問題。其中氮素供應(yīng)的不合理也是主要的原因之一。氮肥利用效率低，施用量大，環(huán)境污染嚴(yán)重。因此，提高作物氮素利用效率，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

甜菜是我國(guó)重要糖料作物之一, 主要在東北、西北及華北地區(qū)大面積種植[2]。甜菜根葉繁茂，單位面積生物產(chǎn)量高，耗肥量大，吸肥能力強(qiáng)，需肥時(shí)間長(zhǎng)，因此施肥是甜菜高產(chǎn)高糖的必備條件[3]。

甜菜的生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成以及產(chǎn)量和品質(zhì)的形成等受氮素(N)的影響較大[9]。氮肥是決定甜菜產(chǎn)量高低和品質(zhì)優(yōu)劣的重要因素，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用量最大的化學(xué)肥料[10]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者為取得較高的經(jīng)濟(jì)效益，往往會(huì)盲目地增加氮肥施用量，這不僅制約了甜菜品質(zhì)與產(chǎn)量的進(jìn)一步提升，還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成威脅[11]。由于肥料對(duì)甜菜的外觀有顯著的影響，最明顯的是過量施用氮肥能夠使甜菜葉冠顏色鮮艷和甜菜活力增強(qiáng)，因此在生產(chǎn)中導(dǎo)致氮的普遍過度使用。在許多情況下，這種過度使用會(huì)降低甜菜中糖的百分比和糖的可提取性。

近年來甜菜中氮肥的使用較為混亂，氮肥利用率降低，不僅浪費(fèi)人力物力，還對(duì)甜菜制糖造成很大影響。雖然氮是甜菜生長(zhǎng)的必須營(yíng)養(yǎng)元素，與甜菜的生長(zhǎng)有著密切的關(guān)系，但是氮肥的過量使用也會(huì)造成甜菜營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過剩，塊根含糖下降，甜菜制糖工藝灰分增加。所以如何使用氮肥，使用多少氮肥一直是甜菜研究的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。開展本項(xiàng)目研究旨在針對(duì)氮素的使用量對(duì)甜菜的各種營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)、生理生化及品質(zhì)指標(biāo)的影響，目的是確定出經(jīng)濟(jì)合理的氮肥使用量，將會(huì)對(duì)甜菜生產(chǎn)具有重要的理論指導(dǎo)意義。

甜菜中氮素研究很多，如氮對(duì)甜菜產(chǎn)量及含糖的影響，對(duì)甜菜糖合成與代謝酶變化的影響等，這些研究基本上都是建立在田間氮肥試驗(yàn)基礎(chǔ)上。本試驗(yàn)通過營(yíng)養(yǎng)液中調(diào)控氮的水平來驗(yàn)證氮素缺乏與盈虧對(duì)甜菜生長(zhǎng)的影響，通過測(cè)定甜菜不同部位干鮮重變化確定最佳的氮素水平，為指導(dǎo)甜菜生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.2 試驗(yàn)方法

甜菜種子用70%的酒精消毒1 min后，在蛭石中播種，放入培育室中培養(yǎng)。培育室光照強(qiáng)度為200 μmol/(m2·s)，每日連續(xù)光照13 h，晝夜溫度分別為27℃和20℃，相對(duì)濕度為70%-80%。出苗5天后開始移栽，將每槽8穴，每穴2株，移植到盛有半倍濃度的霍蘭營(yíng)養(yǎng)液的30 cm×15 cm×18 cm塑料容器中，正?；籼m營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)7天后，進(jìn)行氮素處理，4次重復(fù)，每7天更換一次營(yíng)養(yǎng)液。培養(yǎng)20天后，葉和根分別收獲，蒸餾水清洗，表面水分去掉后測(cè)定鮮重。經(jīng)自然干燥一段時(shí)間后，65℃低溫烘干后測(cè)干重，粉碎后保存在密封的塑料袋中。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

鮮重：取樣后，分成根系、葉柄、葉片，用電子天平測(cè)量；干重：鮮重測(cè)完后，將植株放入烘箱內(nèi)105℃殺青半小時(shí)后，80℃烘干，用天平分別測(cè)量各部位干重；甜菜葉片葉綠素含量：丙酮提取后用分光光度計(jì)比色。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)方法

采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，并繪圖及相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 根系鮮干重與氮變化關(guān)系

由圖1、2可以看出，隨著營(yíng)養(yǎng)液中氮的濃度增加，甜菜根的鮮重與干重也隨之增加，在氮處理濃度達(dá)到6 mmol/L時(shí)，根鮮重和干重分別達(dá)到最高點(diǎn)，隨后開始下降從而說明氮素的使用量不是越多越好，相反，在到達(dá)一個(gè)最高濃度點(diǎn)后，氮素的增加對(duì)甜菜的生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的抑制作用。

圖1 根系鮮重與氮濃度變化關(guān)系

圖2 根系干重與氮濃度變化關(guān)系

2.2 葉鮮干重與氮變化關(guān)系

由圖3、4可以看出，隨著營(yíng)養(yǎng)液中氮的濃度變化，甜菜葉鮮重也隨之增加，但與根系變化不同的是，氮素濃度在達(dá)到12.00 mmol/L時(shí)到達(dá)最高點(diǎn)，之后開始下降。說明葉片較根系來說對(duì)氮素的需求較大，在氮素的濃度達(dá)到12.00 mmol/L前，甜菜的葉片都能到較大程度的生長(zhǎng)。

圖3 葉鮮重與氮濃度變化關(guān)系

圖4 葉干重與氮濃度變化關(guān)系

2.3 葉柄干鮮重與氮變化關(guān)系

由圖5、6可知，隨著營(yíng)養(yǎng)液中氮的濃度變化，甜菜葉柄的鮮干重也隨之增加，在氮處理濃度達(dá)到6 mmol/L時(shí)達(dá)到最大值，之后開始下降，由此可以看出甜菜葉柄對(duì)氮素的最大需求量與根系相似，兩者都低于葉片對(duì)氮素的最大需求量。

圖5 葉柄鮮重與氮濃度變化關(guān)系

圖6 莖干重與氮濃度變化關(guān)系

2.4 葉綠素與氮素變化關(guān)系

由圖7可知，隨著營(yíng)養(yǎng)液中氮的濃度變化，甜菜的葉綠素含量也隨之提高，在氮處理濃度達(dá)到6 mmol/L時(shí)葉綠素含量達(dá)到最高點(diǎn)，之后開始明顯下降。氮素是葉綠素的一個(gè)組成成分，植物在缺氮素條件下，葉綠素含量降低，植株出現(xiàn)失綠現(xiàn)象。葉綠素是高等植物和其它所有能進(jìn)行光合作用的生物體含有的一類綠色色素。是光合作用必不可缺的色素。但是隨著氮素濃度的增加，在到達(dá)一個(gè)最高濃度點(diǎn)后，葉綠素不再增加，反而下降，使甜菜光合作用能力下降，甜菜的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)也受到限制。

圖7 葉綠素與氮濃度變化關(guān)系

3 討 論

植物吸收硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的途徑主要來自根系吸收,且氮素對(duì)根系形態(tài)、生長(zhǎng)及其在介質(zhì)中分布的影響是所有礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)中最大的[12]。銨態(tài)氮使根系明顯變短、加粗,促進(jìn)側(cè)根的形成；硝態(tài)氮使根系變長(zhǎng),側(cè)根增多[13]。研究表明氮素對(duì)塊根中氮糖代謝產(chǎn)物的影響有可能通過其對(duì)氮糖代謝酶活性的影響得以表現(xiàn)[14]；倪梅娟[15]研究表明,在正常水分條件下,水稻根的長(zhǎng)度、直徑、體積、表面積及根尖數(shù)隨著硝態(tài)氮供應(yīng)量的增大而受到促進(jìn),硝態(tài)氮對(duì)水稻根系生長(zhǎng)的影響比銨態(tài)氮更顯著。不同形態(tài)氮素替代部分硝態(tài)氮對(duì)水培小白菜的生長(zhǎng)和品質(zhì)也有一定的影響[16]。本試驗(yàn)結(jié)果表明:在一定施氮量的水平下,甜菜根系的總根長(zhǎng)、根表面積、根體積和根直徑隨著營(yíng)養(yǎng)液中硝銨態(tài)氮配比的降低呈先增后減的趨勢(shì)。

氮素在植物體內(nèi)發(fā)揮很重要的作用,與植物的光合作用和呼吸作用等息息相關(guān),影響植物生長(zhǎng)形態(tài)的建成及生物產(chǎn)量的合成。銨硝態(tài)氮比對(duì)菠菜生長(zhǎng)、安全和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)也有一定的影響[17]。汪建飛等[18]研究表明,隨著營(yíng)養(yǎng)液中硝態(tài)氮比例的增大,菠菜地上部分的鮮重和干重均逐漸增加。楊成君等[19]研究表明,不同氮素形態(tài)及其配比對(duì)生菜葉片數(shù)、株高、最大葉面積的影響顯著，硝銨態(tài)氮配比為70∶30時(shí),植株長(zhǎng)勢(shì)最佳。而盧鳳剛等[20]研究表明,隨著營(yíng)養(yǎng)液中硝銨態(tài)氮配比的增大,兩個(gè)韭菜品種的產(chǎn)量呈先增后減的趨勢(shì)。

綜上所述，蔬菜對(duì)硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的吸收量與氮素形態(tài)、植株本身、營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)及種植環(huán)境有關(guān)，直接影響到蔬菜的生長(zhǎng)和品質(zhì)。本試驗(yàn)結(jié)果表明:營(yíng)養(yǎng)液中的硝酸鈣含量在6 mmol/L時(shí),甜菜的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)表現(xiàn)最好，即在6 mmol/L濃度下的硝酸鈣適用于甜菜的營(yíng)養(yǎng)液栽培。

致謝：

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