氮水耦合對甘薯生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響

權(quán)寶全，任杰成，趙吉平，郭鵬燕，許 瑛

（山西農(nóng)業(yè)大學 經(jīng)濟作物研究所，山西 太原 030031）

甘薯是一種多用途的農(nóng)作物，因其特有的經(jīng)濟價值和營養(yǎng)保健作用而日益受到重視。目前，我國甘薯種植面積和產(chǎn)量均居世界首位[1]。規(guī)范栽培管理、合理調(diào)控水肥是甘薯獲得高產(chǎn)的重要途徑。氮、水是作物獲得高產(chǎn)的必備因素，通過氮水調(diào)節(jié)，能顯著影響作物的產(chǎn)量[2-3]。張明生等[4]研究發(fā)現(xiàn)，水分脅迫程度越大，甘薯塊根質(zhì)量越低。肖利貞[5]研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫會使甘薯幼苗的成活率下降，且隨脅迫時間延長下降程度增大，莖葉等地上部生長明顯減慢。張靜等[6]研究發(fā)現(xiàn)，干旱（水分）脅迫影響了甘薯塊根中可溶性糖（蔗糖）/淀粉的平衡調(diào)節(jié)能力，使蔗糖轉(zhuǎn)化為淀粉的生理過程受到抑制，顯著降低塊根淀粉累積量和產(chǎn)量。PARDALE 等[7]研究發(fā)現(xiàn)，任何時期的干旱脅迫均能使甘薯根長、表面積和體積減少，而這些指標決定了甘薯對土壤中水分和養(yǎng)分的吸收能力，從而影響產(chǎn)量的形成。范建芝等[8]研究發(fā)現(xiàn)，隨著氮肥施用量的增加，甘薯產(chǎn)量先增后減，在產(chǎn)量峰值時，氮肥利用率最高。高璐陽等[9]研究發(fā)現(xiàn)，適量增施氮肥可增加單株結(jié)薯數(shù)量、單株薯質(zhì)量、商品薯率，提高肥料利用效率。目前，關(guān)于甘薯的研究主要集中在氮或水單一因素的影響方面，氮水耦合對甘薯的影響研究較少[10]。李長志等[10]采用盆栽試驗研究發(fā)現(xiàn)，旱后供水、旱后供水＋氮對甘薯前期干旱脅迫均具有顯著的緩解效應(yīng)，以旱后供水+氮處理效果最好。與旱后不供水處理相比，旱后供水、旱后供水＋氮處理均可顯著促進甘薯的營養(yǎng)生長與干物質(zhì)積累，旱后供水＋氮處理的效應(yīng)高于旱后供水處理；旱后供水＋氮處理可顯著提高甘薯莖葉的含氮量，且甘薯產(chǎn)量較正常供水處理僅減產(chǎn)2.7%，差異不顯著。該試驗中施氮量和供水沒有設(shè)置梯度，且僅僅研究干旱后水肥對甘薯生長及產(chǎn)量的影響。目前，對于正常條件下，甘薯的最佳水肥組合研究尚未見報道。為此，研究不同施氮量與不同灌水量組合對甘薯生長發(fā)育、產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學利用率、水分利用率的影響，以期為甘薯生產(chǎn)中水肥調(diào)控措施的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況和試驗材料

試驗在山西省汾陽市劉老大甘薯專業(yè)合作社試驗田進行。試驗地土壤為砂壤土，含有機質(zhì)13.7 g/kg、堿解氮74.0 mg/kg、速效磷31.7 mg/kg、速效鉀110.6 mg/kg，pH值為8.12。

供試甘薯品種為汾甘薯3 號，由山西農(nóng)業(yè)大學經(jīng)濟作物研究所提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用灌溉量（W）和施氮量（N）雙因素裂區(qū)設(shè)計。其中，灌溉量設(shè)3個水平，分別為基本灌溉量500 m3/hm2（50 mm+0 mm，W0）、基本灌溉量+500 m3/hm2（50 mm+50 mm，W1，較低）和基本灌溉量+1 000 m3/hm2（50 mm+100 mm，W2，較高）；施氮（N）量設(shè)4 個水平，分別為0 kg/hm2（N0）、90 kg/hm2（N1，低）、180 kg/hm2（N2，中）和300 kg/hm2（N3，高）；共12 個處理。試驗設(shè)3 個區(qū)：灌溉區(qū)W0、W1 和W2；每個區(qū)各含4 個施氮量處理，每個處理3 次重復，各處理在各區(qū)內(nèi)隨機排列。各區(qū)分別接水表進行灌溉計量。每個小區(qū)鋪設(shè)滴灌帶，甘薯移栽當日灌溉水平達基本灌溉量水平。磷肥和鉀肥用量分別為P2O5120 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2，所有肥料全部作基肥施用。栽植行距80 cm、株距20 cm，密度為60 000 株/hm2，小區(qū)面積為20 m2，單株栽苗，試驗地周圍設(shè)置保護行。2020 年5 月7 日栽植，7 月24 日進行灌溉處理，9月30日收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 葉面積指數(shù) 于栽植后30 d、60 d、90 d、120 d 和145 d（收獲期），每個處理隨機連續(xù)取5 株，采用長寬系數(shù)法測定葉面積，葉面積（cm2）=長×寬；然后依據(jù)種植密度，計算葉面積指數(shù)，葉面積指數(shù)（LAI）=單 株 葉 面 積×0.6（經(jīng) 驗 系 數(shù)）×密 度（株數(shù)/hm2）/10 000[11]。

1.3.2 干物質(zhì)積累量 于栽植后30 d、60 d、90 d、120 d 和145 d（收獲期），在每個處理隨機連續(xù)取5株，采集地上部莖葉與地下部薯塊樣品，在60 ℃下烘干至恒質(zhì)量，測定干質(zhì)量。

1.3.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 收獲時，將測產(chǎn)區(qū)內(nèi)的塊根全部挖出，然后以小區(qū)為單位稱塊根鮮質(zhì)量，調(diào)查單株結(jié)薯數(shù)、單個薯塊平均質(zhì)量和鮮薯產(chǎn)量（≥20 g薯塊計入產(chǎn)量）。

1.3.4 水、氮利用率 水分利用率=產(chǎn)量/耗水量（不考慮自然降雨量）；氮肥農(nóng)學利用率=（施氮處理的產(chǎn)量-不施氮處理的產(chǎn)量）/施氮量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003 和SPSS 17.0 進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮水耦合對甘薯葉面積指數(shù)的影響

由表1可以看出，在甘薯栽植后60 d內(nèi)，灌溉量對甘薯葉面積指數(shù)無顯著影響；在甘薯栽植后90～145 d，灌溉量對甘薯葉面積指數(shù)的影響均達到極顯著水平（P＜0.01），各生育時期葉面積指數(shù)均隨灌溉量的增加而增加，以W2處理最高，分別為3.57、4.69和4.23。施氮量對甘薯葉面積指數(shù)的影響達到極顯著水平（P＜0.01），且隨著施氮量的增加甘薯各生育時期的葉面積指數(shù)均增加，以N3 處理最高，分別為0.91、2.37、3.48、4.64、4.24。施氮量和灌溉量互作對甘薯葉面積指數(shù)的影響達到極顯著水平（P＜0.01）。在甘薯栽植后30 d 時，各灌溉量條件下，N2和N3 處理甘薯葉面積指數(shù)均無顯著差異，且顯著高于N0 和N1 處理，以W0N3、W1N3、W2N3 處理較高，三者間無顯著差異；在甘薯栽植后60 d 時，葉面積指數(shù)也以W0N3、W1N3、W2N3 處理較高，三者間無顯著差異；在甘薯栽植后90～145 時，W2N3 處理的葉面積指數(shù)均最高，分別為3.90、5.12、4.74，顯著高于其他處理，W2N2 和W1N3 處理次之，分別為3.67、4.94、4.29和3.55、4.67、4.32。

表1 氮水耦合對甘薯葉面積指數(shù)的影響Tab.1 Effects of water-nitrogen coupling on leaf area index of sweet potato

2.2 氮水耦合對甘薯干物質(zhì)積累量的影響

2.2.1 地上部干質(zhì)量 從表2 可以看出，在甘薯栽植后60 d 內(nèi)，灌溉量對甘薯地上部干質(zhì)量無顯著影響；在甘薯栽植后90～145 d，灌溉量對甘薯地上部干質(zhì)量的影響均達到極顯著水平（P＜0.01），各生育時期地上部干質(zhì)量均隨灌溉量的增加而增加，以W2 處理最高。施氮量對甘薯各生育時期地上部干質(zhì)量的影響均達到極顯著水平（P＜0.01），各時期地上部干質(zhì)量總體上均隨施氮量的增加而增加。在甘薯栽植后60～145 d，灌溉量和施氮量互作對甘薯地上部干質(zhì)量的影響達到顯著（P＜0.05）或極顯著水平（P＜0.01），移栽后90～145 d 地上部干質(zhì)量均以W2N3處理最高，分別為195.30、267.10、266.54 g，顯著高于其他處理，W1N3、W2N2處理次之。

表2 氮水耦合對甘薯地上部干質(zhì)量的影響g/株Tab.2 Effects of water-nitrogen coupling on dry aboveground weight of sweet potatog/plant

2.2.2 塊根干質(zhì)量 由表3 可以看出，在甘薯栽植后60 d內(nèi)，灌溉量對甘薯塊根干質(zhì)量無顯著影響；在甘薯栽植后90～145 d，灌溉量對甘薯塊根干質(zhì)量的影響均達到極顯著水平（P＜0.01），各生育時期塊根干質(zhì)量均隨灌溉量的增加而增加，以W2處理最高。在甘薯栽植后60～145 d，施氮量對甘薯塊根干質(zhì)量的影響均達到極顯著水平（P＜0.01）。栽植后60 d，塊根干質(zhì)量隨施氮量的增加而增加；栽植后90～145 d，塊根干質(zhì)量隨施氮量的增加先增加后降低，以N2 處理最高，顯著高于其他處理。栽植后60 d內(nèi)，灌溉量和施氮量互作對塊根干質(zhì)量的影響不顯著。栽植后90～145 d，灌溉量和施氮量互作對塊根干質(zhì)量的影響達到顯著（P＜0.05）或極顯著水平（P＜0.01），均以W2N2 處理最高，顯著高于其他處理，分別為80.38、143.46、240.47 g/株，W2N1處理次之。

表3 氮水耦合對甘薯塊根干質(zhì)量的影響g/株Tab.3 Effects of water-nitrogen coupling on dry weight of tuberous root of sweet potatog/plant

2.2.3 總干質(zhì)量 由表4 可見，在甘薯栽植后30 d，灌溉量對甘薯總干質(zhì)量無顯著影響；栽植后60～145 d，灌溉量對甘薯總干質(zhì)量的影響達到顯著（P＜0.05）或極顯著水平（P＜0.01），且甘薯總干質(zhì)量隨灌溉量的增加而增加，以W2處理最高。各生育時期，施氮量對甘薯總干質(zhì)量的影響均達到極顯著水平（P＜0.01），且不同施氮量處理甘薯總干質(zhì)量均隨施氮量的增加而增加，以N3 處理最高，成熟期（移栽后145 d），N3 處理為389.24 g/株，N2 處理次之，為387.02 g/株，兩者之間差異不顯著，但均顯著高于N1 和N0 處理。甘薯栽植后90～145 d，灌溉量和施氮量互作對甘薯總干質(zhì)量的影響均達到極顯著水平（P＜0.01），以W2N3處理甘薯總干質(zhì)量最高，分別為266.67、382.29、472.81 g/株，顯著高于其他處理，W2N2處理次之。

表4 氮水耦合對甘薯總干質(zhì)量的影響g/株Tab.4 Effects of water-nitrogen coupling on total dry weight of sweet potatog/plant

續(xù)表4 氮水耦合對甘薯總干質(zhì)量的影響g/株Tab.4（Continued） Effects of water-nitrogen coupling on total dry weight of sweet potatog/plant

2.3 氮水耦合對甘薯產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表5 可以看出，灌溉量和施氮量對甘薯的單株結(jié)薯數(shù)、單個薯塊平均質(zhì)量和產(chǎn)量的影響均達到極顯著水平（P＜0.01），3 個指標均隨灌溉量的增加而增加，隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，以N2 處理最高。灌溉量和施氮量互作對甘薯單株結(jié)薯數(shù)和單個薯塊平均質(zhì)量的影響均達到極顯著水平（P＜0.01），但對甘薯產(chǎn)量的影響不顯著。W2N3 處 理 單 株 結(jié) 薯 數(shù) 最 多，為6.31 個；W2N2、W1N1 處理次之，分別為6.26、6.03 個，三者之間無顯著差異。W2N2 處理單個薯塊平均質(zhì)量最大，為130.34 g；其次為W1N2、W2N1 處理，分別為125.22、125.17 g，三者之間無顯著差異。W2N2 處理產(chǎn)量最高，為48 828.30 kg/hm2，顯著高于其他處理，這主要是因為W2N2處理單株結(jié)薯數(shù)和單個薯塊平均質(zhì)量均較高。

表5 氮水耦合對甘薯產(chǎn)量及水、氮利用效率的影響Tab.5 Effects of water-nitrogen coupling on yield，water and nitrogen utilization efficiency of sweet potato

2.4 氮水耦合對甘薯水、氮利用效率的影響

如表5 所示，灌溉量對甘薯水分利用率的影響達到極顯著水平（P＜0.01），隨灌溉量的增加水分利用率顯著降低。W1 處理的氮肥農(nóng)學利用率最大，為35.04 kg/kg；W2 處理次之，為34.60 kg/kg；兩者之間無顯著差異，但均顯著高于W0 處理。施氮量對甘薯水分利用率和氮肥農(nóng)學利用率的影響均達到極顯著水平（P＜0.01）。隨施氮量增加，水分利用率先增加后降低，以N2處理最高。氮肥農(nóng)學利用率隨施氮量增加逐漸降低，以N1 處理最大，為44.50 kg/kg；N2 處理次之，為42.43 kg/kg；兩者之間無顯著差異，但均顯著高于N3 處理。灌溉量和施氮量互作對甘薯水分利用率和氮肥農(nóng)學利用率的影響均不顯著，以W0N2 處理水分利用率最高，為66.11 kg/m3；W1N2、W2N1、W2N2、W1N1處理氮肥農(nóng)學利用率無顯著差異，但均顯著高于其他處理。

3 結(jié)論與討論

研究表明，適宜的施氮量和灌溉量可以協(xié)同提高作物產(chǎn)量[12-14]。灌溉定額的適度增加，可以促進土壤中氮素的流動及轉(zhuǎn)換；適宜的氮肥施入土壤，能夠補充水分虧缺對作物生長所產(chǎn)生的影響[15]。本研究結(jié)果表明，氮水耦合對甘薯的生長也具有顯著的協(xié)同作用，適宜的灌溉量可以有效發(fā)揮氮肥的肥效，顯著提高甘薯葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量；而合理的氮肥用量可以提高甘薯水分利用率，從而提高甘薯產(chǎn)量。氮肥利用率與灌溉量密切相關(guān)[16]。本研究結(jié)果表明，在適宜的灌溉量下，氮肥能起到明顯的增產(chǎn)效果，而過量的氮肥可能造成減產(chǎn)，低灌溉量的W1N1、W1N2 和W1N3 處理甘薯產(chǎn)量均顯著高于W1N0 處理，而W1N3 處理產(chǎn)量顯著低于W1N2處理；高灌溉量的W2N1、W2N2和W2N3處理甘薯產(chǎn)量表現(xiàn)為W2N2＞W(wǎng)2N1＞W(wǎng)2N3,差異顯著，且均高于W2N0 處理，這與前人[16-17]研究結(jié)果一致。

作物產(chǎn)量主要來源于葉片的光合作用[18-19]。光合勢是衡量群體綠色光合面積與光能截獲時間的指標，并與植株干質(zhì)量密切相關(guān)[20]。研究表明，灌溉和氮肥都可改善作物葉片光合作用，提高產(chǎn)量[21-27]。本研究發(fā)現(xiàn)，適宜的灌溉量和施氮量組合（W2N2處理）顯著提高甘薯的葉面積指數(shù)，增加各生育時期干質(zhì)量（尤其是后期塊根干質(zhì)量），促使單株結(jié)薯數(shù)增多，單個薯塊平均質(zhì)量增大，達到增產(chǎn)的效果。W2N3 處理雖然葉面積指數(shù)和地上部干質(zhì)量都較高，但高水肥導致甘薯植株旺長，干物質(zhì)向地上部分配較多，單株結(jié)薯數(shù)減少，單個薯塊平均質(zhì)量降低，從而產(chǎn)量下降，這與前人[28-30]研究結(jié)果一致，這可能是導致灌溉量和施氮量互作對甘薯產(chǎn)量影響不顯著的原因。