施氮水平對(duì)湖南地區(qū)秋馬鈴薯生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

王順妮 董文 陳鑫昊 高倩 胡新喜 熊興耀

摘 ? ?要：為研究施氮水平對(duì)湖南地區(qū)秋馬鈴薯生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以‘費(fèi)烏瑞它為材料，設(shè)置4個(gè)施氮水平（0，75，150，225 kg·hm-2）。研究結(jié)果表明，施氮量對(duì)馬鈴薯出苗率無明顯影響;隨施氮量增加，馬鈴薯株高、SPAD值、凈光合速率總體先增加后趨于平穩(wěn);隨施氮量的增加，馬鈴薯產(chǎn)量呈先增后減趨勢(shì)，以施氮量150 kg·hm-2達(dá)到最高，較不施氮處理提高60.17%;馬鈴薯的氮素農(nóng)學(xué)利用率和氮素偏生產(chǎn)力呈下降趨勢(shì)。隨施氮量增加，馬鈴薯塊莖中總糖及淀粉含量呈下降趨勢(shì)，馬鈴薯可溶性糖含量呈上升趨勢(shì)。相關(guān)性分析表明，產(chǎn)量與單株塊莖質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)。適當(dāng)增施氮肥有利于秋馬鈴薯生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的提高，湖南地區(qū)‘費(fèi)烏瑞它秋種推薦施氮量為150 kg·hm-2。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;氮素;生長;產(chǎn)量;品質(zhì)

中圖分類號(hào)：S532 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-2871（2020）10-033-06

Abstract： The potato variety ‘Favorita was used as the material and four nitrogen levels （0， 75， 150， 225 kg·hm-2） were set to study the effects of nitrogen application rate on the growth， yield and quality of autumn potato in Hunan province. The results showed that the plant height， SPAD value， and net photosynthetic rate were generally increased firstly and then stabilized with the increasing of the nitrogen application. Potato yield increased first and then decreased with the increase of nitrogen application. The yield reached the maximum when nitrogen was applied at 150 kg·hm-2， which was 60.17% higher than that of without nitrogen application. The nitrogen agronomic utilization rate and nitrogen partial productivity of potato showed a decreasing trend. With the increase of nitrogen application， the total sugar and starch contents of potato tuber showed a decreasing trend， while the soluble sugar content of potato tuber showed an increasing trend. Correlation analysis showed that there was a significant positive correlation between yield and tuber weight per plant. Proper application of nitrogen fertilizer was beneficial to the growth， yield and quality of autumn potato. The recommended nitrogen application rate for ?‘Feurietain Hunan province is 150 kg·hm-2 in autumn.

Key words： Potato; Nitrogen; Growth; Yield; Quality

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）屬于茄科屬一年生草本塊莖作物[1]，是世界四大糧食作物之一[2]。馬鈴薯作為糧食、經(jīng)濟(jì)和飼料兼用作物[3]，在我國糧食體系中占據(jù)著重要位置，是我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重大支柱[4]。

湖南省種植的馬鈴薯以冬作為主，發(fā)展秋馬鈴薯種植可實(shí)現(xiàn)馬鈴薯錯(cuò)季上市，相互補(bǔ)充。而且湖南地區(qū)6—7月，水澇災(zāi)害嚴(yán)重，災(zāi)后若遭遇旱季或西南山區(qū)遭遇干旱，秋馬鈴薯亦是解決糧食短缺和救災(zāi)補(bǔ)損的重要作物之一[5]?？梢?，種植秋馬鈴薯是馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要部分。

氮素是馬鈴薯生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素之一，馬鈴薯整個(gè)生育期對(duì)氮的需求量大，在自然土壤中，必須補(bǔ)施氮肥才能滿足其正常生長需求[6]。Rens等[7]研究表明，氮肥的施肥時(shí)間、用量及肥料利用率是提高馬鈴薯產(chǎn)量及增加經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素。于靜[8]研究表明，過量施氮會(huì)造成肥料利用率下降，氮肥施用量較高的華南區(qū)域氮素偏生產(chǎn)力相對(duì)較低，嚴(yán)重影響到馬鈴薯產(chǎn)量與品質(zhì)。近年來，國家提出了馬鈴薯主糧化發(fā)展戰(zhàn)略，加快了我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展，但在實(shí)際生產(chǎn)種植過程中，為追求高產(chǎn)，往往過量施用氮肥，造成了一系列水資源和土壤環(huán)境污染等問題，使得氮積累導(dǎo)致的負(fù)面生態(tài)效應(yīng)大于增產(chǎn)效應(yīng)[9-10]。前人對(duì)湖南地區(qū)秋馬鈴薯需肥特性的研究甚少，無針對(duì)該地區(qū)秋馬鈴薯施肥的指導(dǎo)意見，生產(chǎn)上多參考冬馬鈴薯的施肥水平，往往施肥過多。因此研究不同施氮量對(duì)湖南地區(qū)秋馬鈴薯生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，對(duì)解決湖南地區(qū)秋馬鈴薯合理施用氮肥，實(shí)現(xiàn)秋馬鈴薯高產(chǎn)高效生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以湖南省主栽的馬鈴薯品種‘費(fèi)烏瑞它為試驗(yàn)材料，由湖南省馬鈴薯工程技術(shù)研究中心提供。

試驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園試驗(yàn)基地（28°07′58″N，113°17′32″E，海拔57 m）進(jìn)行。試驗(yàn)土壤為黏壤土。試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)處理，設(shè)4個(gè)施氮水平，分別為N0（0 kg·hm-2）、N1（75 kg·hm-2）、N2（150 kg·hm-2）和N3（225 kg·hm-2），磷肥及鉀肥按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用量施用，分別為P2O5（150 kg·hm-2）及K2O（150 kg·hm-2），所有肥料做基肥一次施入。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積15 m2，寬窄行種植，寬行60 cm，窄行40 cm，株距25 cm，每個(gè)小區(qū)分為兩列，每列對(duì)稱播種60個(gè)大小質(zhì)量均勻的種薯，每個(gè)小區(qū)共播種120個(gè)種薯。于2015年8月26日播種，2015年12月25日收獲。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

出苗率：于馬鈴薯現(xiàn)蕾期調(diào)查小區(qū)內(nèi)出苗植株占播種穴數(shù)的百分?jǐn)?shù)。

株高：于馬鈴薯現(xiàn)蕾后15 d左右，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10株，用直尺測(cè)量株高。

葉綠素相對(duì)含量及光合作用：于馬鈴薯現(xiàn)蕾后15 d左右，晴天10：30—11：00，每個(gè)小區(qū)選取10株長勢(shì)一致的植株，選取每株上第4片完全展開的頂小葉，利用PJ-4N葉綠素測(cè)定儀測(cè)定其葉綠素相對(duì)含量（SPAD值）;利用美國LI-6400便攜式光合儀測(cè)定其凈光合速率。

產(chǎn)量：馬鈴薯收獲時(shí)，按小區(qū)收獲、稱重，計(jì)算出理論產(chǎn)量，并折合成每hm2產(chǎn)量;每個(gè)處理隨機(jī)取10株，將塊莖按大小分級(jí)后稱質(zhì)量，單薯質(zhì)量≥50 g為商品薯，否則為非商品薯，計(jì)算商品薯率;測(cè)單株塊莖數(shù)、單株塊莖質(zhì)量及單薯質(zhì)量。相關(guān)計(jì)算公式：理論產(chǎn)量=實(shí)際收獲小區(qū)產(chǎn)量/出苗率;商品薯率/%=商品薯質(zhì)量/總質(zhì)量×100。

品質(zhì)：收薯后每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取1 kg大小一致的馬鈴薯塊莖作為樣品，采用蒽酮法測(cè)定塊莖中總糖含量、可溶性糖含量[11];酸水解法測(cè)定塊莖淀粉含量[12]。

氮素利用效率：氮素農(nóng)學(xué)利用率/（kg·kg-1）=（施氮區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量-未施氮區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量）/該施氮區(qū)的施氮量;氮素偏生產(chǎn)力/（kg·kg-1）=施氮區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量/該區(qū)施氮量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖;用SPSS 25.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用單因素ANOVA檢驗(yàn)進(jìn)行方差分析與顯著性分析，用Person相關(guān)進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮水平對(duì)馬鈴薯生長的影響

2.1.1 不同施氮水平對(duì)馬鈴薯出苗率的影響 由圖1可知，不同施氮水平下，馬鈴薯出苗率隨著施氮量的增加無明顯變化，根據(jù)相關(guān)性分析可知，施氮量與馬鈴薯出苗率呈負(fù)相關(guān)（R2=-0.026）。處理N0、N1、N2、N3下馬鈴薯出苗率的平均值為51.94%、47.78%、48.89%、51.11%，各處理之間無顯著性差異。

2.1.2 不同施氮水平對(duì)馬鈴薯株高的影響 由圖2可知，氮素直接影響馬鈴薯植株的生長。不同施氮水平下，馬鈴薯株高隨著施氮量的增加而增加，根據(jù)相關(guān)性分析可知，施氮量與馬鈴薯株高呈極顯著正相關(guān)（R2=0.911**）。處理N0、N1、N2、N3株高分別為29.87、35.13、42.87、43.40 cm，處理N1、N2、N3株高相比不施氮N0處理，分別增加了17.63%、43.53%、45.31%。從處理N0至N2，隨施氮量提高，株高的增幅較快，當(dāng)施氮量超過處理N2水平時(shí)，株高增長趨勢(shì)減慢。處理N0株高顯著低于N1、N2、N3，處理N1株高顯著低于N2、N3，處理N2和N3之間無顯著性差異。

2.1.3 不同施氮水平對(duì)馬鈴薯葉片SPAD值的影響 由圖3可知，不同施氮水平下，隨著施氮量的增加，馬鈴薯葉片SPAD值呈增加趨勢(shì)，根據(jù)相關(guān)性分析可知，施氮量與馬鈴薯葉片SPAD值呈顯著正相關(guān)（R2=0.629*）。處理N0、N1、N2、N3葉片SPAD值的平均值為36.20、38.70、40.69、40.11，處理N1、N2、N3葉片SPAD值相比N0處理，分別增加了6.91%、12.39%、10.79%。處理N1、N2、N3之間葉片SPAD值無顯著性差異，處理N2顯著高于N0處理。

2.1.4 不同施氮水平對(duì)馬鈴薯凈光合速率的影響 由圖4可知，不同施氮水平下，隨著施氮量的增加，馬鈴薯凈光合速率整體呈先增加后降低的趨勢(shì)。根據(jù)相關(guān)性分析可知，施氮量與馬鈴薯凈光合速率呈正相關(guān)（R2=0.022）。處理N0、N1、N2、N3凈光合速率的平均值為13.59、14.69、15.02、13.37 μmol·m-2·s-1。各施氮處理間馬鈴薯凈光合速率無顯著性差異。

2.2 不同施氮水平對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

2.2.1 不同施氮水平對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響 由圖5可知，施氮能直接影響馬鈴薯產(chǎn)量，馬鈴薯產(chǎn)量隨施氮量的增加呈先增后降的趨勢(shì)。根據(jù)相關(guān)性分析可知，施氮量與馬鈴薯產(chǎn)量呈正相關(guān)（R2=0.270）。N1、N2和N3施氮處理分別比N0不施氮處理產(chǎn)量提高了44.31%、60.17%和16.07%。處理N1、N2顯著高于處理N0，處理N2顯著高于處理N3。其中處理N2的馬鈴薯產(chǎn)量最高，達(dá)到21 784.29 kg·hm-2。馬鈴薯產(chǎn)量與施氮量的回歸方程為y = -0.534 4 x2 + 131.85 x +133 87，依據(jù)回歸曲線可知，適量施用氮肥能增加馬鈴薯產(chǎn)量，過量施氮會(huì)造成減產(chǎn)，馬鈴薯最佳施氮量為123.36 kg·hm-2，產(chǎn)量為21 519.68 kg，與處理N2數(shù)據(jù)較吻合。

2.2.2 不同施氮水平對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響 由表1可知，馬鈴薯商品薯率隨施氮量的增加呈上升趨勢(shì)，施氮處理N1、N2和N3分別比不施氮處理N0增加了6.72%、11.77%和19.87%，處理N3顯著高于N0、N1。馬鈴薯單株塊莖質(zhì)量和單薯質(zhì)量隨施氮量的增加呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，N1、N2和N3施氮處理的單株塊莖質(zhì)量分別比N0不施氮處理單株塊莖質(zhì)量提高了38.75%、54.01%、37.42%，處理N1、N2和N3顯著高于N0。N1、N2和N3施氮處理的單薯質(zhì)量分別比N0不施氮處理單株塊莖質(zhì)量提高了36.66%、59.08%、44.61%。根據(jù)相關(guān)性分析可知，施氮量與商品薯率呈極顯著正相關(guān)，與單株塊莖質(zhì)量呈顯著正相關(guān)、與單薯質(zhì)量呈正相關(guān)，與單株塊莖數(shù)呈負(fù)相關(guān)。

2.3 馬鈴薯生長與產(chǎn)量及其構(gòu)成因子相關(guān)性分析

如表2所示，單株塊莖質(zhì)量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān);單株塊莖質(zhì)量與株高、商品薯率、單薯質(zhì)量呈顯著正相關(guān);株高與葉片SPAD值、商品薯率、單薯質(zhì)量呈顯著正相關(guān);葉片SPAD值與商品薯率呈顯著正相關(guān);單株塊莖數(shù)與單薯質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān);單株塊莖數(shù)與株高、葉片SPAD值、商品薯率呈負(fù)相關(guān)。其余各指標(biāo)之間呈正相關(guān)。

2.4 不同施氮水平下馬鈴薯氮素利用效率

由圖6可知，不同施氮水平下，隨著施氮量的增加，馬鈴薯氮素農(nóng)學(xué)利用率呈下降趨勢(shì)，處理N1、N2、N3氮素農(nóng)學(xué)利用率的平均值為80.35、54.56、9.72 kg·kg-1。處理N1、N2顯著高于N3處理;由圖7可知，不同施氮水平下，隨著施氮量的增加，馬鈴薯氮素偏生產(chǎn)力呈下降趨勢(shì);處理N1、N2、N3氮素偏生產(chǎn)力的平均值為261.69、145.23、70.16 kg·kg-1。處理N1、N2、N3之間差異極顯著。

2.5 不同施氮水平對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的影響

2.5.1 不同施氮水平對(duì)馬鈴薯塊莖總糖含量的影響 由圖8可知，不同施氮水平下，隨著施氮量的增加，馬鈴薯塊莖總糖含量呈下降趨勢(shì)，根據(jù)相關(guān)性分析可知，施氮量與馬鈴薯塊莖總糖含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（R2=-0.879 **）。處理N0、N1、N2、N3塊莖總糖含量的平均值為167.67、143.58、137.29、122.36 mg·g-1，處理N1、N2、N3塊莖總糖含量相比N0處理，分別降低了14.36%、18.12%、27.02%。處理N1、N2、N3顯著性低于N0處理，N3顯著性低于N1處理。

2.5.2 不同施氮水平對(duì)馬鈴薯塊莖淀粉含量的影響 如圖9所示，不同施氮水平下，隨著施氮量的增加，馬鈴薯塊莖淀粉含量呈下降趨勢(shì)。根據(jù)相關(guān)性分析可知，施氮量與馬鈴薯塊莖淀粉含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（R2=-0.838 **）。處理N0、N1、N2、N3塊莖淀粉含量的平均值為75.06、67.82、64.02、56.18 mg·g-1，處理N1、N2、N3塊莖淀粉含量相比N0處理，分別降低了9.65%、14.71%、25.15%。處理N3顯著性低于不施氮N0處理。

2.5.3 不同施氮水平對(duì)馬鈴薯塊莖可溶性糖含量的影響 如圖10所示，不同施氮水平下，隨著施氮量的增加，馬鈴薯塊莖可溶性糖含量呈上升趨勢(shì)。根據(jù)相關(guān)性分析可知，施氮量與馬鈴薯塊莖可溶性糖含量呈極顯著正相關(guān)（R2=0.797**）。處理N0、N1、N2、N3塊莖淀粉含量的平均值為10.59、13.89、15.54、17.77 mg·g-1，處理N1、N2、N3塊莖淀粉含量相比不施氮N0處理，分別增加了31.18%、46.77%、67.83%。處理N2、N3顯著高于不施氮N0處理。

3 討論與結(jié)論

氮素是馬鈴薯生長發(fā)育不可或缺的營養(yǎng)因子，是植物體內(nèi)重要的有機(jī)化合物、維生素等的重要組成成分，在馬鈴薯生長、產(chǎn)量及品質(zhì)形成方面起著關(guān)鍵作用[13]。出苗率是影響馬鈴薯產(chǎn)量形成的主要性狀之一。本研究結(jié)果表明，施氮量對(duì)馬鈴薯出苗率影響不明顯，這與陸昆典等[14]的研究結(jié)果一致。馬鈴薯株高是反映馬鈴薯生長的重要指標(biāo)[15]。本研究結(jié)果表明，馬鈴薯株高隨著施氮量的增加而增加，說明增施氮肥能夠促進(jìn)馬鈴薯的生長，這與李劍等[16]在馬鈴薯上的研究結(jié)果一致。前人研究表明，葉片SPAD值與葉綠素含量呈高度正相關(guān)[17-18]。本研究中，在施氮量小于150 kg·hm-2（N3）時(shí)馬鈴薯葉片SPAD值隨施氮量的增加而升高，大于150 kg·hm-2（N3）時(shí)隨施氮量的增加略微下降，說明增施氮肥可提高馬鈴薯葉片SPAD值， 進(jìn)一步說明氮素可有效促進(jìn)植物葉綠素合成與活性，這與馬宗斌、蘇云松等的研究一致[19，20]。

黃繼川等[21]研究表明，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量與其構(gòu)成因子隨施氮量的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)。張煒等[22]對(duì)襄陽地區(qū)馬鈴薯需氮特性的研究表明，當(dāng)施氮量為180 kg·hm-2，馬鈴薯產(chǎn)量最高，達(dá)到24 030.70 kg·hm-2。董文[23]對(duì)湖南地區(qū)冬馬鈴薯的需肥特性研究表明，馬鈴薯產(chǎn)量隨施氮量的增加呈上升趨勢(shì)，當(dāng)施氮量為225 kg·hm-2 左右時(shí)，產(chǎn)量可達(dá)28 707.25 kg·hm-2。本研究中，馬鈴薯產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，當(dāng)施氮量為150 kg·hm-2，馬鈴薯產(chǎn)量最高，達(dá)到21 784.31 kg·hm-2，但繼續(xù)施氮，馬鈴薯產(chǎn)量明顯下降，說明適量施氮有利于提高馬鈴薯產(chǎn)量。本試驗(yàn)結(jié)果與前人研究結(jié)果不完全一致，這可能是與以下幾個(gè)因素有關(guān)：一是湖南地區(qū)秋馬鈴薯種薯來源為冬馬鈴薯留種，種薯質(zhì)量差;二是秋季前期氣溫高，播種后爛薯較嚴(yán)重，出苗率低;三是，秋馬鈴薯前期生長速度快，植株徒長;四是秋季后期低溫弱光，生育期較短，從齊苗到收獲不到60 d等。因此，秋馬鈴薯的產(chǎn)量相比冬馬鈴薯較低。氮素農(nóng)學(xué)利用率及氮素偏生產(chǎn)力是衡量氮素對(duì)于產(chǎn)量形成有效性的重要指標(biāo)。岳超等[24]研究表明，馬鈴薯的氮素農(nóng)學(xué)效率和氮素偏生產(chǎn)力均隨施氮量的增加而呈降低趨勢(shì)，其經(jīng)濟(jì)效益也隨之下降。修鳳英等[25]研究表明，隨施氮量的增加，氮素農(nóng)學(xué)利用率及氮肥效益都呈先增加后減少的趨勢(shì)，當(dāng)施氮量為135 kg·hm-2時(shí)，氮肥效益達(dá)最大值。本研究中，馬鈴薯的氮素農(nóng)學(xué)利用率和氮素偏生產(chǎn)力隨著施氮量的增加均呈現(xiàn)不同程度的降低，其中氮素偏生產(chǎn)力下降最為明顯。生產(chǎn)上應(yīng)減少施氮量，即可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境保護(hù)的統(tǒng)一。

馬鈴薯塊莖品質(zhì)與施氮量也有密切關(guān)系。董茜等[26]研究表明，少量施氮可提高馬鈴薯總淀粉含量，但過多施氮會(huì)降低淀粉含量，可溶性糖含量則隨施氮量的提高而增加。陳百翠[27]對(duì)不同馬鈴薯品種的研究表明，施用氮肥對(duì)‘東農(nóng)311淀粉含量的影響不顯著，但‘東農(nóng)308和‘東農(nóng)310隨施氮量的增加，淀粉含量呈下降趨勢(shì);3個(gè)品種可溶性糖隨施氮量增加均呈先增后減的趨勢(shì)。本研究結(jié)果表明，馬鈴薯塊莖中總糖及淀粉含量隨著施氮量的增加呈下降趨勢(shì);可溶性糖含量隨施氮量的增加呈增加趨勢(shì)。可見，馬鈴薯塊莖的品質(zhì)受多種因素影響，如品種遺傳特性、栽培氣候條件、肥力供給狀況等。

綜上所述，氮肥對(duì)馬鈴薯生長發(fā)育具有正效應(yīng)作用，能顯著增加馬鈴薯產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。本研究條件下，當(dāng)施氮量為150 kg·hm-2 時(shí)，足以滿足在湖南地區(qū)秋季種植‘費(fèi)烏瑞它的氮肥需求量，可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培。若繼續(xù)增大施氮量，會(huì)增加無效的經(jīng)濟(jì)投入，造成經(jīng)濟(jì)效益下降，甚至環(huán)境污染等問題。

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