種植模式和密度互作對甘薯產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收利用的影響

趙秀芬，周奕廷，房增國，李俊良，李歡

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東 青島 266109)

甘薯(Ipomoena BatatasL.)為旋花科甘薯屬一年生草本植物。近年來，鮮食型甘薯因其口感好、營養(yǎng)價值高[1]，越來越受到消費(fèi)者的喜愛，市場潛力也越來越大[2，3]。種植模式能夠通過改變作物根系環(huán)境和群體結(jié)構(gòu)，來調(diào)控產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率[4，5]，建立合理種植模式是優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)和提高甘薯產(chǎn)量的重要途徑之一。種植密度對甘薯商品薯率、單株結(jié)薯數(shù)以及外觀形狀等有直接影響，且隨種植地區(qū)及品種的不同而需要匹配適宜的種植密度[6－8]。目前看，前人的研究多集中在栽插密度對甘薯農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量的影響[9－11]，及種植密度與鉀肥互作對甘薯產(chǎn)量、品質(zhì)及鉀肥利用率的影響[12，13]，但較少將種植模式與種植密度結(jié)合起來研究其對甘薯產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收利用的影響。因此，本試驗(yàn)以煙薯25號為供試品種，于北方薯區(qū)研究不同種植模式和種植密度對其農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量構(gòu)成、養(yǎng)分積累利用的影響，以期為該品種的科學(xué)合理栽培提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年在山東省膠州市青島農(nóng)業(yè)大學(xué)科技示范園大田進(jìn)行。該地年均、夏季、冬季平均氣溫分別為12.2、23、5℃，年均降水量755.6 mm，年均無霜期210 d。供試土壤為砂姜黑土，地勢平坦，土質(zhì)疏松。試驗(yàn)地0～20 cm土層土壤基本理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)含量10.4 g/kg、堿解氮88.9 mg/kg、有效磷31.7 mg/kg、速效鉀88.9 mg/kg，pH值6.16(水∶土＝5∶1)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)以煙薯25為供試甘薯品種，設(shè)置52500、67500株/hm2兩個種植密度水平及大壟雙行、小壟單行兩種種植模式，共4個處理(A1:大壟雙行＋低密度；A2:大壟雙行＋高密度；A3:小壟單行＋低密度；A4:小壟單行＋高密度)。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，共12個小區(qū)。小區(qū)面積大壟為210 m2(10.5 m×20 m)，小壟為208 m2(10.4 m×20 m)。試驗(yàn)田周邊設(shè)保護(hù)行。壟高為0.30 m，單行壟寬0.80 m，雙行壟寬1.05 m。

試驗(yàn)統(tǒng)一育苗，并選取大小基本一致的秧苗于5月15日進(jìn)行田間定植，采用滴灌保證整個生育期的需水供給。分別于7月26日、8月27日、9月20日采集甘薯樣品共3次，9月23日收獲。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 樣品采集與前處理 于封壟期、薯塊膨大期、收獲期在各小區(qū)分別隨機(jī)選取3株甘薯，測量其蔓長、分枝數(shù)及養(yǎng)分動態(tài)變化。收獲時記錄單株薯重，另記錄小區(qū)內(nèi)莖葉鮮重，折算出單位面積莖葉鮮重。選取有代表性薯塊，洗凈晾干，切成小塊，采用四分法取約200 g裝袋，置于烘箱中105℃殺青30 min后75℃烘干至恒重，稱干重，之后用植物粉碎機(jī)粉碎，用于氮磷鉀元素含量分析。

1.3.2 測定指標(biāo)及方法 于收獲期每個小區(qū)隨機(jī)選取3株甘薯，計(jì)數(shù)分枝數(shù)并取其平均值作為單株分枝數(shù)，用卷尺測量最長蔓長也取其平均值。

商品薯率:商品薯率(%)＝(大薯重＋中薯重)/各級總薯重×100。各小區(qū)大、中、小薯分別稱重，根據(jù)小區(qū)面積換算出各處理甘薯的商品薯率(大薯≥500 g，150 g<中薯<500 g，小薯≤150 g)。

產(chǎn)量:收獲期大壟雙行選取3.15 m×5 m、小壟單行選取3.2 m×5 m區(qū)域進(jìn)行產(chǎn)量測定，每個處理重復(fù)3次，記錄各小區(qū)塊根總重后根據(jù)小區(qū)面積換算出每個處理甘薯產(chǎn)量。

植株養(yǎng)分:全氮含量測定采用凱氏定氮法，全磷含量測定采用釩鉬黃比色法，全鉀含量測定采用火焰光度計(jì)法[14]。

1.3.3 計(jì)算公式 T/R、收獲指數(shù)、氮(磷、鉀)積累量等指標(biāo)計(jì)算公式如下:

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel進(jìn)行處理，DPS v9.01軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植模式和種植密度互作對甘薯農(nóng)藝性狀的影響

由表1可以看出，不同種植模式和種植密度對甘薯地上部的分枝數(shù)和最長蔓長均有極顯著影響，而兩者互作對分枝數(shù)的影響不顯著，對最長蔓長影響顯著。相同種植模式下，甘薯分枝數(shù)和最長蔓長高密度較低密度均有所降低，大壟雙行分別降低15.6%和16.1%，小壟單行分別降低16.0%和7.2%。相同密度下，小壟單行的分枝數(shù)顯著高于大壟雙行，而最長蔓長低于大壟雙行但高密度時差異不顯著，具體表現(xiàn)為高密度下小壟單行的分枝數(shù)較大壟雙行增加25.9%，最長蔓長降低2.9%，低密度下小壟單行的分枝數(shù)較大壟雙行增加26.6%，最長蔓長降低12.2%。

表1 種植模式和種植密度互作對甘薯農(nóng)藝性狀的影響

不同種植模式對甘薯莖葉鮮重及T/R無顯著影響，不同種植密度對莖葉鮮重和T/R的影響分別達(dá)顯著和極顯著水平，兩者互作對莖葉鮮重的影響達(dá)到極顯著水平，對T/R的影響不顯著。密度52500株/hm2下，大壟雙行的莖葉鮮重顯著高于小壟單行，高出36.0%；密度67500株/hm2下，大壟雙行的莖葉鮮重則顯著低于小壟單行，降低18.3%。小壟單行種植下，密度對莖葉鮮重的影響不顯著，大壟雙行種植下高密度則顯著降低莖葉鮮重，降31.8%。相同密度下，不同種植模式甘薯的T/R無顯著差異；大壟雙行種植下，高密度的T/R顯著低于低密度，僅為低密度T/R的52%，而小壟單行種植下，高低密度甘薯的T/R無顯著差異。

2.2 種植模式和種植密度互作對甘薯產(chǎn)量性狀的影響

由表2可知，種植模式對甘薯產(chǎn)量性狀指標(biāo)的影響無顯著差異，但增加種植密度顯著提高薯塊產(chǎn)量，且極顯著提高收獲指數(shù)，兩者互作則對商品薯率有顯著影響。隨密度增大，不同種植模式的薯塊產(chǎn)量及收獲指數(shù)均升高，具體表現(xiàn)為大壟雙行模式下高密度較低密度分別提高36.3%和39.0%，小壟單行模式下分別提高51.5%和14.6%。不同處理商品薯率在74.5%～81.2%之間，低密度時大壟雙行較小壟單行顯著增加，其余處理間無顯著差異。

表2 種植模式和種植密度互作對甘薯產(chǎn)量性狀的影響

2.3 種植模式和種植密度互作對甘薯養(yǎng)分積累的影響

2.3.1 氮素積累 由表3可以看出，種植模式、種植密度以及兩者互作對封壟期和薯塊膨大期甘薯莖葉及塊根氮素積累量的影響無顯著差異，但對收獲期各指標(biāo)具有顯著或極顯著影響。隨著甘薯的生長發(fā)育，不同處理莖葉及塊根氮素積累量均不斷增加，收獲時總氮累積量達(dá)148.6～247.3 kg/hm2。封壟期，各處理莖葉和塊根氮素積累量平均值分別為50.3 kg/hm2和23.8 kg/hm2；薯塊膨大期則分別增至68.8 kg/hm2和60.6 kg/hm2，增長率分別為36.8%和154.6%，即薯塊膨大期塊根氮素積累量迅速增加；收獲期，各處理莖葉和塊根氮素積累量平均值分別為87.8 kg/hm2和92.6 kg/hm2，較薯塊膨大期分別增27.6%和52.8%。

表3 不同生育期甘薯氮素積累量 (kg/hm2)

隨種植密度增大，收獲期大壟雙行的莖葉及塊根氮素積累量均顯著降低，分別降47.7%和31.9%，而小壟單行的氮素積累量則有所增加，分別增9.5%和21.6%，塊根氮素積累量顯著增加。相同種植密度下，收獲期甘薯莖葉及塊根氮素積累量低密度下表現(xiàn)為大壟雙行顯著高于小壟單行，而高密度下則呈相反變化趨勢。具體表現(xiàn):低密度下，大壟雙行的莖葉及塊根氮素積累量分別為小壟單行的1.64倍和1.63倍；高密度下，大壟雙行的莖葉及塊根氮素積累量分別為小壟單行的78%和91%。

2.3.2 磷素積累 由表4可以看出，種植模式、種植密度以及兩者互作對封壟期甘薯莖葉及塊根磷素積累量的影響均無顯著差異；薯塊膨大期僅種植密度對莖葉磷素積累量有極顯著影響，低密度種植的莖葉磷素積累量顯著高于高密度種植；收獲期，除了種植密度對塊根磷素積累量無顯著影響外，其余指標(biāo)有顯著或極顯著影響。隨著甘薯的生長發(fā)育，不同處理塊根磷素積累量均不斷增加，收獲期磷素累積量為38.2～65.5 kg/hm2，而莖葉磷素積累趨勢與塊根不同，表現(xiàn)為A2、A3處理收獲期與薯塊膨大期相比出現(xiàn)磷的負(fù)吸收。封壟期，各處理莖葉和塊根磷素積累量平均值分別為13.2 kg/hm2和10.9 kg/hm2；薯塊膨大期則分別增至22.7 kg/hm2和28.0 kg/hm2，增長率為72.0%和156.9%，即薯塊膨大期塊根磷素積累量迅速增加；收獲期，各處理莖葉和塊根磷素積累量平均值分別為23.8 kg/hm2和49.2 kg/hm2，較薯塊膨大期分別增4.8%和75.7%，其中各處理莖葉磷素積累量的增長率分別為26.8%、－6.6%、－12.6%和10.9%。

表4 不同生育期甘薯磷素積累量 (kg/hm2)

隨種植密度增大，收獲期大壟雙行的莖葉及塊根磷素積累量均顯著降低，分別降37.9%和32.2%，而小壟單行的磷素積累量則有所增加，分別增4.2%和28.0%，塊根磷素積累量顯著增加。相同種植密度下，收獲期莖葉及塊根磷素積累量低密度下表現(xiàn)為大壟雙行顯著高于小壟單行，而高密度下則無顯著差異。具體表現(xiàn):低密度下，大壟雙行的莖葉及塊根磷素積累量分別為小壟單行的1.47倍和1.71倍；高密度下，大壟雙行的莖葉及塊根磷素積累量分別為小壟單行的88%和91%。

2.3.3 鉀素積累 由表5可知，種植模式、種植密度以及兩者互作對封壟期甘薯莖葉及塊根鉀素積累量影響均無顯著差異；薯塊膨大期僅種植密度對莖葉鉀素積累量有顯著影響，低密度種植高于高密度；收獲期，除了兩者互作對塊根鉀素積累量無顯著影響外，其余各因素對其均有顯著或極顯著影響。隨著甘薯的生長發(fā)育，不同處理塊根鉀素積累量均不斷增加，收獲期鉀素累積量為20.2～34.4 kg/hm2，而莖葉鉀素積累趨勢與塊根不同，但與莖葉磷素積累趨勢相一致，也是A2、A3處理收獲期與薯塊膨大期相比出現(xiàn)鉀的負(fù)吸收。封壟期，各處理莖葉和塊根鉀素積累量平均值分別為17.0 kg/hm2和8.6 kg/hm2；薯塊膨大期則分別增至37.8 kg/hm2和14.5 kg/hm2，增長率為122.3%和68.6%，即薯塊膨大期莖葉鉀素積累量迅速增加；收獲期，各處理莖葉和塊根鉀素積累量平均值分別為41.1 kg/hm2和26.0 kg/hm2，較薯塊膨大期分別增8.7%和79.3%，其中各處理莖葉鉀素積累量的增長率分別為54.5%、－38.6%、－30.7%和41.5%。

表5 不同生育期甘薯鉀素積累量 (kg/hm2)

隨種植密度增大，收獲期大壟雙行的莖葉及塊根鉀素積累量均顯著降低，分別降72.3%和18.0%，而小壟單行的鉀素積累量則表現(xiàn)為莖葉鉀積累量顯著提高達(dá)43.7%，塊根鉀素積累量變化不大，降低3.8%。相同種植密度下，收獲期甘薯莖葉及塊根鉀素積累量低密度時表現(xiàn)為大壟雙行顯著高于小壟單行。具體表現(xiàn):低密度下，大壟雙行的莖葉及塊根鉀素積累量分別為小壟單行的2.90倍和1.64倍；高密度下大壟雙行的莖葉和塊根鉀素積累量分別為小壟單行的56%和1.40倍，且差異顯著。

2.4 種植模式和種植密度互作對甘薯養(yǎng)分利用效率的影響

由表6可以看出，不同種植模式僅對甘薯鉀素生產(chǎn)效率有顯著影響，而種植密度對氮、磷、鉀的生產(chǎn)效率均有極顯著影響，兩者互作對氮、鉀的生產(chǎn)效率有顯著和極顯著影響。相同種植模式下，甘薯氮、磷、鉀的生產(chǎn)效率高密度下均有所升高，大壟雙行分別升高128.1%、104.9%和165.6%，小壟單行分別升高31.6%、29.7%和3.0%；相同密度下，低密度小壟單行氮、磷、鉀的生產(chǎn)效率較大壟雙行提升61.4%、57.6%和137.8%，而高密度下兩者差異不顯著。

表6 種植模式和種植密度互作對甘薯養(yǎng)分利用效率的影響 (kg/kg)

不同種植模式僅對甘薯鉀素干物質(zhì)生產(chǎn)效率有顯著影響，而種植密度對氮、磷、鉀素干物質(zhì)生產(chǎn)效率的影響均不顯著，兩者互作對鉀素干物質(zhì)生產(chǎn)效率有極顯著影響。

3 討論與結(jié)論

不同甘薯品種具有不同的品種特性，合理的種植模式和種植密度才能有效增加鮮薯產(chǎn)量。閆會等[16]研究表明，甘薯鮮薯產(chǎn)量隨著種植密度增加而升高；還有研究指出，低鉀肥水平下甘薯產(chǎn)量隨種植密度增加而增加[12]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，種植模式對甘薯產(chǎn)量性狀等指標(biāo)的影響無顯著差異，但增加種植密度可顯著提高薯塊產(chǎn)量，并極顯著提高收獲指數(shù)，這與林子龍[12]的研究結(jié)果相吻合，其原因可能與本試驗(yàn)地塊的鉀肥力水平較低有關(guān)；不同種植模式和種植密度對甘薯分枝數(shù)和最長蔓長均有極顯著影響。大壟雙行種植下，隨著種植密度增加，甘薯分枝數(shù)、最長蔓長均顯著降低，這與呂樹立等[17]的研究結(jié)果一致。這說明與小壟單行栽培相比，大壟雙行模式下提高種植密度會降低分枝數(shù)和最長蔓長。本試驗(yàn)條件下，不同種植密度對莖葉鮮重和T/R的影響有顯著差異，而相同密度下不同種植模式對T/R影響無顯著差異。

氮磷鉀是作物生長的物質(zhì)基礎(chǔ)，種植模式也會調(diào)控作物對養(yǎng)分的吸收利用，同時不同時期的養(yǎng)分吸收也影響產(chǎn)量形成[18]。本試驗(yàn)條件下，種植模式、種植密度對封壟期和薯塊膨大期甘薯的莖葉及塊根氮素積累無顯著影響，但對收獲期的氮素積累影響顯著或極顯著。隨著甘薯的生長發(fā)育，不同處理的莖葉及塊根氮素積累量均不斷增加，但大壟雙行種植模式下高密度不利于氮素積累，小壟單行則有利于氮素積累。隨生育進(jìn)程，塊根磷、鉀素積累量不斷增加，收獲期達(dá)到最大值，而大壟雙行高密度、小壟單行低密度種植的莖葉磷、鉀素積累量收獲期出現(xiàn)負(fù)吸收現(xiàn)象。其原因可能由這兩個處理甘薯地上部生長旺盛、相互遮蔽且收獲時部分葉片干枯脫落所致，或與試驗(yàn)地塊土壤磷鉀肥力略低、莖葉磷鉀轉(zhuǎn)向薯塊進(jìn)行再利用有關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果還表明，種植模式極顯著影響收獲期甘薯塊根磷、鉀素的積累，而種植密度則僅對塊根的鉀素積累有顯著影響，且大壟雙行種植模式下，高密度不利于鉀素積累。

養(yǎng)分生產(chǎn)效率表示甘薯吸收養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為塊根產(chǎn)量的能力，養(yǎng)分干物質(zhì)生產(chǎn)效率是評價作物對營養(yǎng)元素生理利用效率的重要指標(biāo)[15]。本試驗(yàn)條件下，種植密度增加能顯著提高甘薯氮、磷、鉀的生產(chǎn)效率，但對養(yǎng)分干物質(zhì)生產(chǎn)效率無顯著影響，說明增加密度能有效提高以薯塊產(chǎn)量為計(jì)算基礎(chǔ)的養(yǎng)分利用效率，卻不能提高以干物質(zhì)為計(jì)算基礎(chǔ)的養(yǎng)分利用效率。本試驗(yàn)結(jié)果還表明，種植模式僅對甘薯鉀素生產(chǎn)效率及其干物質(zhì)生產(chǎn)效率產(chǎn)生顯著影響，而對氮、磷的生產(chǎn)效率和干物質(zhì)生產(chǎn)效率無顯著影響。大壟雙行模式下，低密度種植顯著降低甘薯的養(yǎng)分生產(chǎn)效率，而養(yǎng)分干物質(zhì)生產(chǎn)效率中氮磷略降鉀顯著降低，其原因可能與大壟雙行稀植時根系對土壤養(yǎng)分利用不充分而導(dǎo)致效率不高有關(guān)。綜合各項(xiàng)指標(biāo)可知，北方薯區(qū)種植煙薯25以小壟單行適當(dāng)增密為宜。