施氮量和種植密度對(duì)甘薯封壟期干物質(zhì)積累和分配及收獲期產(chǎn)量的影響

陳玥　梁清干　王蒙召　陳艷麗　朱國鵬

關(guān)鍵詞：甘薯；施氮量；種植密度；干物質(zhì)積累；分配；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S531 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

甘薯[Ipomoea batatas （L.） Lam]是世界三大薯類作物之一，是我國第四大糧食作物[1]。甘薯塊根產(chǎn)量由栽植密度，單株結(jié)薯數(shù)，單薯重共同決定，栽植密度一定時(shí)，單株結(jié)薯數(shù)對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)較大[2-3]。甘薯單株結(jié)薯數(shù)在封壟期趨于穩(wěn)定，其與塊根商品性和外觀性狀密切相關(guān)[4]。研究表明增加甘薯單株結(jié)薯數(shù)，可明顯改善塊根外觀性狀、商品性和產(chǎn)量[5]。

源庫關(guān)系的建立、發(fā)展和平衡，對(duì)作物產(chǎn)量形成具有重要的意義。一方面，“源”的生長決定光合產(chǎn)物的多少及其運(yùn)轉(zhuǎn)能力，為“源”的形成和發(fā)育提供必要的物質(zhì)基礎(chǔ)；另一方面，“源”的形成和發(fā)育反饋“源”的光合產(chǎn)物合成和運(yùn)輸，從而調(diào)節(jié)“源”的生長[6]。甘薯具有典型的源庫關(guān)系，源庫協(xié)調(diào)發(fā)展是甘薯獲得高產(chǎn)的重要前提。氮素是甘薯生長發(fā)育所必須的大量營養(yǎng)元素[7]，在甘薯生長前期，合理的氮素運(yùn)籌可促進(jìn)源端光合同化物的合成、分配和積累[8]。如果氮素施用量過低或過多則導(dǎo)致源葉發(fā)育失衡，光合產(chǎn)物的合成、分配和積累受阻，抑制塊根分化建成[9-10]。種植密度是調(diào)節(jié)作物群體結(jié)構(gòu)的有效手段，良好的群體結(jié)構(gòu)，可優(yōu)化作物個(gè)體的光合特性[11]。合理的種植密度可以提高水肥利用效率，促進(jìn)源葉生長，提高干物質(zhì)分配比，促進(jìn)庫的形成[12-14]。氮肥和種植密度綜合管理是優(yōu)化作物群體結(jié)構(gòu)、促進(jìn)養(yǎng)分吸收、提高生產(chǎn)能力、改善品質(zhì)、增加產(chǎn)量的有效措施[15-16]。因此生產(chǎn)上可通過氮肥和種植密度運(yùn)籌（簡稱：氮密運(yùn)籌。下同）的途徑提高作物干物質(zhì)生產(chǎn)能力和產(chǎn)量。

截至目前，有關(guān)氮肥或種植密度單因素對(duì)甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究較多，其二者互作效應(yīng)對(duì)甘薯干物質(zhì)積累特性和產(chǎn)量的影響鮮有報(bào)道。因此，本試驗(yàn)以海南省主栽品種高系14 為研究材料，探究氮密運(yùn)籌對(duì)甘薯生長前期光合特性、莖葉發(fā)育、干物質(zhì)分配和結(jié)薯特性的影響以及收獲期產(chǎn)量的影響，為甘薯高產(chǎn)高效栽培生產(chǎn)技術(shù)的研究與應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2019 年在海南省土壤總站瓊海中原基地（19°09′89″N，110°51′27″E）進(jìn)行。供試品種為鮮食型品種高系14。供試土壤為沙壤土（含沙量50.4%），0～30 cm 土壤基本理化性狀為：pH6.8，有機(jī)質(zhì)1.2%，堿解氮52.6 mg/kg，有效磷9.0 mg/kg，速效鉀80.6 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 大田試驗(yàn)采用雙因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為種植密度（D），D₁：47 600 株/hm²（株距：30 cm）；D₂：71 400 株/hm²（株距：20 cm）；D₃：142 900 株/hm²（株距：10 cm）。副區(qū)為氮肥水平（N），N₀：不施氮肥；N1：施純氮60 kg/hm²；N₂：施純氮120 kg/hm²；N₃：施純氮180 kg/hm²。3 次重復(fù)，小區(qū)面積20 m²。2019 年11 月3 日種植， 同時(shí)一次性施入P₂O₅120 kg/hm²、K₂O120 kg/hm²，氮、磷、鉀肥分別為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P₂O₅12%）和硫酸鉀（含K₂O 50%），2020 年3 月4 日收獲。全生育期管理同一般大田生產(chǎn)。

1.2.2 指標(biāo)測定 栽后莖葉封壟期，晴天上午9：00—11：00，利用Li-6400 型便攜式光合作用測定儀，測定功能葉（莖尖第4 片完全展開葉）凈光合速率（Pn）、胞間CO₂濃度（C_i）、氣孔導(dǎo)度（G_s）、蒸騰速率（T_r）。利用SPAD-502 便攜式葉綠素測定儀（日本Konica Minoltal 公司生產(chǎn)），測定功能葉（莖尖第4 片完全展開葉）葉綠素相對(duì)含量（SPAD）值。每次測定5 株取其平均值，每小區(qū)重復(fù)3 次。水分利用效率（WUE）=凈光合速率（P_n）/蒸騰速率（T_r）[17]。

栽后莖葉封壟期，每小區(qū)隨機(jī)選取具有代表性植株5 株，分別調(diào)查甘薯地上部和地下部農(nóng)藝性狀。地上部農(nóng)藝性狀包括單株的莖葉鮮重、分枝數(shù)、最長蔓長、莖粗等；地下部農(nóng)藝性狀包括塊根鮮重和結(jié)薯數(shù)，根據(jù)WANG 等[18]劃分方式，將塊根分為不定根粗根（2<≤5 mm），膨大根（5<≤20 mm）和貯藏根（>20 mm），調(diào)查后將莖葉和塊根分別裝入信封，105 ℃烘箱中殺青30 min，晾干后，80 ℃烘干至恒重，稱量干重并計(jì)算干物質(zhì)分配比及根冠比（R/T 值）。干物質(zhì)分配比=植株某部位干重/植株總干重；R/T=甘薯地下部干重/甘薯地上部干重。

栽后120 d 收獲并進(jìn)行測產(chǎn)。根據(jù)汪寶卿等[5]劃分標(biāo)準(zhǔn)，將塊根直徑達(dá)到1.0 cm 以上且有明顯膨大部位的甘薯塊根為有效薯塊。將所有薯塊完整挖出，記錄每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的有效株數(shù)、有效薯塊數(shù)量和薯塊鮮重，統(tǒng)計(jì)單株結(jié)薯數(shù)，單株薯重，單薯重和產(chǎn)量。另外每小區(qū)選取5 株代表性植株，調(diào)查塊根商品性，將具有明顯膨大部位的直徑1.0 cm、單薯重50 g 以上的薯塊為商品薯。近年來在鮮薯市場交易中，將50～100 g 的塊根為小型薯塊；100～250 g 為中型薯塊；250 g 以上為大型薯塊。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Microsoft Excel 2021 和SPSS19.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncans 新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析，采用Pearson 進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量和種植密度對(duì)甘薯封壟期光合特性和SPAD 的影響

由方差分析結(jié)果（表1）可知，種植密度對(duì)甘薯封壟期的P_n、G_s存在極顯著影響，施氮量對(duì)甘薯封壟期的SPAD、WUE 和P_n、G_s、T_r、C_i均有顯著影響，密度和施氮量二者交互作用對(duì)甘薯G_s、T_r 存在極顯著作用，對(duì)SPAD、Pn、WUE 存在顯著作用。隨著施氮量的增加，各處理間差異顯著：其中SPAD 呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，其均值在N3 處理達(dá)到最大；P_n、G_s、C_i、T_r、WUE 均呈先增加后降低的趨勢，在N₁ 處理時(shí)達(dá)到最大。隨著種植密度的增加，對(duì)甘薯的SPAD 和Tr 值的影響差異不顯著；P_n、G_s均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，其均值在D₂處理達(dá)到最大值；WUE 呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，其均值也在D₂處理達(dá)到最大。

2.2 不同施氮量和種植密度對(duì)甘薯封壟期莖葉生長的影響

由表2 可知，不同的氮肥施用量對(duì)甘薯封壟期葉鮮重、莖鮮重、最長蔓長和分枝數(shù)等影響顯著，而種植密度和施氮量二者交互作用僅在葉鮮重和莖鮮重的影響差異顯著。隨著施氮量的增加，莖葉鮮重、莖粗、主莖長和分枝數(shù)呈先增加后降低的趨勢，其中N1 處理下，葉鮮重、莖鮮重、莖粗、最長蔓長和分枝數(shù)均值最高，較處理N0 分別增加了57.6%、56.9%、15.9%、29.0%和30.2%。隨著種植密度的增加，葉鮮重、莖鮮重和最長蔓長逐漸下降，在D1 處理下，葉鮮重、莖鮮重、主莖長和分枝數(shù)均值較高，較處理D3 各指標(biāo)分別增加了57.6%、57.3%、25.1%和30.5%。

2.3 不同施氮量和種植密度對(duì)甘薯封壟期不同部位干物質(zhì)積累與分配的影響

由表3 可知，隨著施氮量的增加，甘薯封壟期葉干重、莖干重、根干重呈先增加后降低的趨勢，其均值在N₁處理下達(dá)到最大；干物質(zhì)莖葉分配比呈逐漸增加的趨勢，N₃處理的干物質(zhì)葉分配比顯著高于N₀、N₁、N₂處理；干物質(zhì)根分配比例和根冠比呈逐漸降低的趨勢，其均值在N₀處理下達(dá)到最大。隨著種植密度的增加，甘薯封壟期葉干重、莖干重、根干重、干物質(zhì)葉分配比均呈逐漸減少的趨勢，其均值在D₁ 處理下均值達(dá)到最大且顯著高于D₂、D₃處理；干物質(zhì)莖分配比呈逐漸增加的趨勢，其均值在D₃處理下最大；干物質(zhì)根分配比例呈先增加后降低的趨勢，其均值在D₂處理達(dá)到最大且顯著高于D₁處理，但D₂與D₃處理間無顯著差異；根冠比呈逐漸增加的趨勢，其均值在D₃ 處理下達(dá)到最大。由此可見，在本試驗(yàn)條件下，不同的種植密度對(duì)甘薯封壟期葉干重、莖干重、根干重、干物質(zhì)葉分配比和干物質(zhì)根分配比有顯著影響，施氮量以及種植密度和施氮量二者交互作用均對(duì)甘薯封壟期葉干重、莖干重、根干重、干物質(zhì)葉分配比、干物質(zhì)莖分配比、干物質(zhì)根分配比、根冠比有顯著影響。

2.4 不同施氮量和種植密度對(duì)甘薯封壟期結(jié)薯特性的影響

由表4 可知，隨著施氮量的增加，甘薯封壟期的塊根直徑、貯藏根、單株薯重、單株結(jié)薯數(shù)和單薯重呈先增加后下降的趨勢，其中塊根直徑、貯藏根、單株薯重、單株結(jié)薯數(shù)均值在N₁處理達(dá)到最大，單薯重均值在N₂ 處理達(dá)到最大；膨大根呈逐漸降低的趨勢。隨著種植密度的增加，甘薯封壟期的塊根直徑、單株薯重、單株結(jié)薯數(shù)和單薯重逐漸降低，其均值均在D₁處理下最大；膨大根呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢，其均值在D₃處理下最大；貯藏根呈先增加后降低的趨勢，其均值在D₂ 處理下最大。施氮量以及施氮量和種植密度二者交互作用對(duì)單株結(jié)薯數(shù)有顯著影響。施氮量對(duì)甘薯封壟期結(jié)薯特性的影響高于種植密度。

2.5 不同施氮量和種植密度對(duì)甘薯收獲期產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由收獲期整個(gè)試驗(yàn)小區(qū)調(diào)查與統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知（表5），隨著施氮量的增加，甘薯單株結(jié)薯數(shù)和產(chǎn)量均呈先增加后降低的趨勢，單株結(jié)薯數(shù)的均值在N₁時(shí)達(dá)到最大，較N₀時(shí)增加了19.2%；甘薯產(chǎn)量均值在N₂ 時(shí)達(dá)到最大，較N₀增加了32.0%。隨著種植密度的增加，甘薯單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重和單薯重呈逐漸降低的趨勢，其均值均在D₁處理時(shí)達(dá)到最大，較D₃增加了20.6%、46.7%和33.2%；甘薯產(chǎn)量呈逐漸增加的趨勢，其均值在D₃處理時(shí)達(dá)到最大。種植密度對(duì)甘薯單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重、單薯重和產(chǎn)量達(dá)到顯著影響，施氮量對(duì)甘薯單株結(jié)薯數(shù)和產(chǎn)量達(dá)到顯著影響，種植密度和施氮量二者交互作用對(duì)其影響均不顯著。綜合產(chǎn)量結(jié)果分析，甘薯產(chǎn)量在D₃N₁時(shí)最大，達(dá)到30.1 t/hm²；在D₁N₀時(shí)最低，僅12.8 t/hm²。

2.6 不同施氮量和種植密度對(duì)甘薯收獲期塊根商品性的影響

試驗(yàn)小區(qū)5 株代表性植株商品薯調(diào)查結(jié)果見表6。由表6 可知，隨著施氮量的增加，甘薯單薯重呈先增加后降低的趨勢，其均值在N₁時(shí)達(dá)到最大，N₀時(shí)最?。桓适硇⌒褪砺食氏冉档秃笤黾拥内厔?，其均值在N₀ 時(shí)達(dá)到最大；甘薯大中型薯率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，其均值在N₁處理最大，在N₀處理時(shí)最小。隨著種植密度的增加，甘薯單株薯重、單株結(jié)薯數(shù)呈逐漸降低的趨勢，其均值均在D₁處理時(shí)達(dá)到最大，在D₃ 處理時(shí)最?。桓适硇⌒褪砺食氏冉档秃笤黾拥内厔?，其均值在D₃ 處理時(shí)達(dá)到最大；甘薯大中型薯率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，其均值在D₂處理時(shí)達(dá)到最大。種植密度對(duì)甘薯單株薯重、單株商品結(jié)薯數(shù)有顯著影響，施氮量對(duì)甘薯單薯重有顯著影響。綜合商品率的結(jié)果分析，甘薯商品率在D₃N₁時(shí)最大，達(dá)到94.3%；在D₃N₀時(shí)最低，達(dá)到43.0%。

2.7 施氮量和種植密度與甘薯農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

對(duì)甘薯施氮量、種植密度及農(nóng)藝性狀進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析（表7）可見，施氮量與SPAD、干物質(zhì)葉分配比、干物質(zhì)莖分配比和收獲期產(chǎn)量均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.520、0.629、0.670 和0.489；與莖鮮重、葉干重和莖干重均呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.359、0.354和0.388；與凈光合速率和根干物質(zhì)分配比呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.576 和-0.667。種植密度與收獲期產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.704；與葉鮮重、莖鮮重、主莖長、分枝數(shù)、葉干重、莖干重和根干重均呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.574、-0.593、-0.447、-0.541、-0.712、0.601 和-0.521。凈光合速率與根干重呈顯著正相關(guān)，與干物質(zhì)根分配比呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.353 和0.523，說明提高光合速率有利于塊根干物質(zhì)積累與分配，促進(jìn)塊根形成。甘薯干物質(zhì)根分配比和產(chǎn)量與葉鮮重、莖鮮重、分枝數(shù)、葉干重、莖干重均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明甘薯地上部旺盛生長不利于干物質(zhì)向塊根轉(zhuǎn)運(yùn)和塊根產(chǎn)量的形成。

3 討論

3.1 施氮量和種植密度處理對(duì)甘薯干物質(zhì)分配的影響

地上部莖蔓和地下部塊根的協(xié)調(diào)生長是甘薯取得高產(chǎn)的關(guān)鍵，而氮肥對(duì)莖蔓的生長和塊根的形成以及二者的協(xié)調(diào)生長有較大的影響[19]。研究表明，適量施氮可增加甘薯葉片凈光合速率和葉綠素含量，促進(jìn)地上部快速生長，保障干物質(zhì)生產(chǎn)及其合理分配，從而提高塊根產(chǎn)量[20]。本研究中，適當(dāng)增施氮肥（60 kg/hm²）可以促進(jìn)甘薯SPAD 和凈光合速率，增加莖葉鮮重、莖粗、最長蔓長和分枝數(shù)，從而促進(jìn)地上部“源”的建成，為干物質(zhì)合成奠定基礎(chǔ)，而繼續(xù)提高氮肥施用量則抑制甘薯莖葉生長，這與竇懷良等[21]部分研究結(jié)果相一致。水肥運(yùn)籌與干物質(zhì)和氮素的吸收、轉(zhuǎn)移及分配有著緊密聯(lián)系且存在顯著交互作用[22-23]。本研究還發(fā)現(xiàn)，施純氮量為60 kg/hm² 時(shí)有助于單株干物質(zhì)積累，促進(jìn)干物質(zhì)向地下部分配，有效提高甘薯產(chǎn)量。適量施氮明顯提高土壤有效水分的利用、作物的蒸騰效率和水分利用效率[24]。本研究表明，適宜的氮密處理能夠提高甘薯對(duì)土壤水分的利用，D₂N₁ 處理的水分利用效率最高，與不施氮肥低密度（D₁N₀）相比增加了21.3%，這是由于適量施肥能夠提高作物的滲透調(diào)節(jié)能力，顯著抑制甘薯葉片蒸騰失水，并且促進(jìn)甘薯冠層發(fā)育，增加了蒸騰量，減少了蒸發(fā)量，使水分利用效率顯著提高。也證實(shí)了適量施氮使甘薯地上部分生長前期快速生長，提高群體光合性能，保障干物質(zhì)生產(chǎn)及其合理分配，從而提高塊根產(chǎn)量[25-26]。

甘薯是以收獲塊根為目的的作物，甘薯地上部莖葉不斷制造和運(yùn)輸光合產(chǎn)物，形成了甘薯的“源”，地下部塊根積累碳水化合物，即為甘薯的“庫”，而合理的栽植密度是提高庫容的前提[15]。研究表明，增加種植密度，提高“庫”容，才能承接更多地上部合成的光合產(chǎn)物，然而密度過高會(huì)使甘薯的根系受到抑制，薯塊變小，不利于提高產(chǎn)量[27-28]。本研究中，隨著種植密度的增加，葉片凈光合速率先增加后降低，植株間生長緊湊，通風(fēng)透光不良，造成最長蔓長、莖葉干鮮重呈降低趨勢，但同時(shí)塊根干物質(zhì)分配比、根冠比和產(chǎn)量逐漸增加。這表明，在一定范圍內(nèi)，隨著種植密度的增加，植株冠層結(jié)構(gòu)較為合理，光合產(chǎn)物向地下部的分配比例增加，為甘薯后期塊根膨大提供較多的光合產(chǎn)物。這與寧運(yùn)旺等[9]的部分研究結(jié)果一致。

3.2 施氮量和種植密度互作對(duì)甘薯產(chǎn)量和商品性的影響

甘薯塊根的產(chǎn)量由種植密度、單株結(jié)薯數(shù)和單株薯重3 個(gè)要素構(gòu)成，在種植密度一定時(shí)，單株結(jié)薯數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響最大[2]。已有研究表明，增施氮肥可以提高甘薯干物質(zhì)生產(chǎn)能力和塊根產(chǎn)量，施氮過高會(huì)延遲結(jié)薯，導(dǎo)致地上部旺盛，塊根產(chǎn)量降低[29]；增加種植密度可以提高甘薯塊根膨大過程中光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，提高光合產(chǎn)物向塊根中的分配比率，促進(jìn)塊根膨大，從而增加甘薯單株結(jié)薯數(shù)和商品薯率，提高甘薯塊根產(chǎn)量[30-31]。本研究發(fā)現(xiàn)，高系14 的單株結(jié)薯數(shù)隨著氮肥施用量的增加呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢，N₁較N₀ 處理增加了19.2%；增加種植密度顯著降低甘薯單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重和單薯重。當(dāng)施氮量為60 kg/hm²和種植密度為142 900 株/hm²處理（D₃N₁）時(shí)，高系14 的產(chǎn)量及商品性均達(dá)到最大。這與杜祥備等[32]、劉明等[11]的部分研究結(jié)果相一致。

甘薯塊根的大小、長度、直徑、整齊度等與其外觀品質(zhì)密切相關(guān)，而塊根的外觀品質(zhì)是影響鮮食型甘薯市場認(rèn)可度的重要因素[33]。研究表明，甘薯結(jié)薯數(shù)多的品種，小型和大型薯塊的比例較低，中型薯塊的比例較高，塊根的外觀商品較好[34]。本研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，適當(dāng)增施氮肥（60 kg/hm²）增加甘薯收獲期的單株結(jié)薯數(shù)和大中型薯率，但隨著種植密度的增加，地下部因?yàn)楦偁幙臻g和營養(yǎng)，甘薯單薯重呈逐漸降低的趨勢，而在本研究中，將具有明顯膨大部位的直徑1.0 cm、單薯重50 g 以上的薯塊定義為商品薯，因此種植密度增加與單株商品薯較低呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即隨著種植密度增加，單株非商品薯數(shù)量也增加。雖然D₃處理種植密度單株商品薯數(shù)量較小，但是其種植株數(shù)較多，因此其商品薯產(chǎn)量仍然較高。

4 結(jié)論

綜上所述，當(dāng)施氮量為60 kg/hm²、種植密度為142 900 株/hm²處理（D₃N₁）時(shí)，高系14 的產(chǎn)量最高。相關(guān)性分析表明，種植密度對(duì)產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)高于施氮量。適宜的氮密處理可改善甘薯封壟期光合特性，有利于源端光合碳轉(zhuǎn)化和分配，促進(jìn)塊根干物質(zhì)積累，提高根冠比，促進(jìn)甘薯塊根形成，增加了塊根數(shù)量，提高甘薯塊根產(chǎn)量和改善塊根商品性，為甘薯高效生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。