不同緩控釋氮肥對甘薯生長、氮素吸收及利用的影響

摘 要：甘薯田間施氮通常采用一次性基施氮肥后不再追施氮肥，因此研發(fā)和遴選符合甘薯不同生育期氮素需求的緩控釋氮肥對甘薯增產(chǎn)、氮肥減施很重要。本研究以蘇薯16 為試驗材料，采用盆栽試驗，在等量氮、磷、鉀投入下，分析不同緩控釋氮肥（草酰胺、硫包衣尿素、脲甲醛、尿素結(jié)合硝化抑制劑）對甘薯不同生育期（苗期、封壟期、膨大期和收獲期）生長和氮含量、氮利用效率及土壤礦質(zhì)氮含量的影響。結(jié)果表明：（1）與對照相比，硫包衣尿素和草酰胺控釋氮肥分別提高甘薯的塊根生物量96.79%和103.59%，且顯著高于脲甲醛和尿素結(jié)合硝化抑制劑處理（Plt;0.05）。在膨大期和收獲期，硫包衣尿素處理的光合速率顯著高于對照，有利于提高塊根的生物量。（2）硫包衣尿素和草酰胺在甘薯苗期和封壟期氮素釋放量較少，在甘薯膨大期和收獲期釋放量較多，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮之和是脲甲醛和尿素結(jié)合硝化抑制劑的1.24～1.60 倍，氮肥利用率提高了1.17～1.80 倍。因此，硫包衣尿素和草酰胺較為符合甘薯生產(chǎn)上的一次性氮肥投入。本研究結(jié)果可為甘薯的養(yǎng)分管理和氮肥減施增效提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：緩控釋氮肥；甘薯；光合速率；礦質(zhì)氮；氮肥利用率

中圖分類號：S531.06 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

甘薯（Ipomoea batatas L.）是常見的多用途作物。我國甘薯的種植面積廣泛，涉及20 多個省份和地區(qū)。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織統(tǒng)計，2021年我國甘薯種植總面積約2.21×106 hm2，甘薯總產(chǎn)量約4.78×107 t。氮是甘薯生長與產(chǎn)量形成的首要元素，是甘薯塊根中許多有機(jī)化合物的重要組分。甘薯生長過程中氮素供應(yīng)不足會導(dǎo)致前期植株生長矮小，后期易早衰而導(dǎo)致產(chǎn)量下降。而氮素供應(yīng)過多，往往會造成莖葉徒長，光合產(chǎn)物向塊根的運轉(zhuǎn)不暢，甘薯產(chǎn)量下降，品質(zhì)不佳。氮的吸收主要集中在甘薯生長中前期（移栽后60 d內(nèi)），也是甘薯氮營養(yǎng)的關(guān)鍵期[1]，由于封壟期（栽插約60 d）后由于地上部莖葉覆蓋，后期無法進(jìn)行追肥，故而生產(chǎn)上甘薯的氮肥往往是一次性基施。

傳統(tǒng)氮肥如尿素施入土壤后會迅速轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮和銨態(tài)氮，除部分能直接被甘薯根系吸收，部分會被土壤中的微生物轉(zhuǎn)化成N2 及N2O 或經(jīng)過雨水的淋洗流失掉，造成大量氮肥浪費和環(huán)境污染[2-4]。已有研究表明，氮肥的一次性基施往往會導(dǎo)致后期植薯土壤氮的供應(yīng)不足，致使甘薯缺氮，造成減產(chǎn)[5]，因此，在一次性施氮背景下，選擇氮釋放周期長且能與甘薯生長匹配度高的氮肥尤為重要。

緩控釋氮肥能夠緩慢釋放氮素，可能與甘薯氮關(guān)鍵效率期的氮需求相匹配，從而滿足作物關(guān)鍵生長期對氮的需求。有關(guān)緩控釋肥在水稻、小麥、玉米等大宗糧食作物上的研究較多[6-8]。常見的控釋肥有硫包膜尿素、草酰胺、脲甲醛以及聚氨酯包膜類[9-12]，上述控釋氮肥釋放周期及在土壤中的釋放強(qiáng)度不同。而通過添加硝化抑制劑的尿素，利用抑制亞硝化單胞菌的活性，從而減緩銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化，進(jìn)而增加肥效時間。有關(guān)氮肥施用對甘薯產(chǎn)量影響的研究，多側(cè)重于肥料不同用量、不同施用方式方面[13-14]，而不同類型控釋氮肥在甘薯上的研究較少。本研究主要以不同種類的控釋氮肥作為甘薯生長所需氮素，研究緩控釋氮肥對甘薯不同生育期的需氮規(guī)律及對甘薯生長的影響，以期為甘薯的養(yǎng)分管理和減肥增效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試土壤為黃棕壤，采自江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合動物基地，土壤基本理化性質(zhì)為：pH 7.2，有機(jī)質(zhì)含量為27.2 g/kg，堿解氮含量為104.6 mg/kg，有效磷含量為18.3 mg/kg，速效鉀含量為135 mg/kg。供試甘薯品種為蘇薯16。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗地點位于江蘇省南京市玄武區(qū)鐘靈街50 號江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)院本部試驗基地，采用盆栽試驗，試驗設(shè)置5 個處理：（1）N1（不施氮處理，對照）；（2）N2（草酰胺處理，含氮量32.00%，6.29 g/盆）；（3）N3（硫包衣尿素處理，含氮量42.00%，4.76 g/盆）；（4）N4（脲甲醛處理，含氮量38.00%，5.26 g/盆）；（5）N5（尿素結(jié)合硝化抑制劑處理，含2% 3，4-二甲基吡唑磷酸鹽的尿素，含氮量46.44%，4.35 g/盆）；所有處理均施過磷酸鈣16.67 g/盆，硫酸鉀6 g/盆。每個處理12 次重復(fù)，隨機(jī)排列。將土風(fēng)干后粉碎過10 目篩，每盆控根器裝20 kg，肥料與土充分混合后裝盆，然后植入大小、長勢一致的甘薯苗1 棵。

1.2.2 樣品采集與分析

分別于苗期（施肥后30 d）、封壟期（施肥后60 d）、膨大期（施肥后90 d）、收獲期（施肥后120 d）取鮮土和植株樣，每個采樣時期每個處理隨機(jī)選取3 盆。分別稱重甘薯塊根、莖、葉，在殺青、烘干磨樣后，測氮養(yǎng)分含量，采用凱氏定氮法測定植株全氮含量[15]。土壤鮮樣過2 mm 篩后，用2 mol/L KCL 浸提，采用流動分析儀測定土壤礦質(zhì)氮[16]。采用葉綠素測定儀（CCM-200）測定甘薯葉片CCI 值，采用LI-6800X 便攜式光合儀測定甘薯葉片光合速率。氮肥利用率采用以下公式計算：氮肥利用率=（施氮處理的吸氮量–無氮處理吸氮量）/施氮量×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office 2010 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用SPSS 21.00 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。利用單因素方差分析法（One-way ANOVA）對2組以上數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，用Duncan’s 法進(jìn)行處理間多重比較（Plt;0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同緩控釋氮肥對甘薯生物量的影響

2.1.1 對甘薯地上部生物量的影響

由圖1 可知，甘薯苗期，各處理的地上部生物量均顯著高于N1 處理（Plt;0.05）；甘薯封壟期，N3 處理的地上部生物量最高，顯著高于N4、N5 處理（Plt;0.05），表明在該時期硫包衣尿素可以促進(jìn)地上部生長，尿素結(jié)合硝化抑制劑和脲甲醛在該時期作用效果不明顯；甘薯膨大期，各處理的地上部生物量均顯著高于N1 處理（Plt;0.05），其中N2 處理最高，N3、N4、N5 處理間差異不顯著，表明在該時期草酰胺、硫包衣尿素、脲甲醛、硝化抑制劑對地上部生長均有顯著促進(jìn)作用，草酰胺作用最顯著；甘薯收獲期，N2、N3、N5 處理的地上部生物量均顯著高于N1、N4 處理（Plt;0.05），表明在該時期尿素結(jié)合草酰胺、硫包衣尿素、硝化抑制劑有利于甘薯地上部的生長。

2.1.2 對甘薯地下部生物量的影響

由圖2 可知，甘薯苗期，N1～N5 處理地下部生物量之間差異不顯著；甘薯封壟期，N2、N3、N5 處理的地下部生物量顯著高于N1、N4 處理，表明這一時期硫包衣尿素和尿素結(jié)合硝化抑制劑可以促進(jìn)甘薯地下部生物量的增加，脲甲醛處理對地下部生物量的增加作用不明顯；甘薯膨大期，N3 處理的甘薯地下部生物量最高，達(dá)到350.42 g/株，但各控釋氮肥處理間差異不顯著；甘薯收獲期，N3 和N2 處理的甘薯地下部生物量顯著高于N5 和N4 處理，表明硫包衣尿素和草酰胺更有利于甘薯產(chǎn)量的增加。

2.2 不同緩控釋氮肥對甘薯葉綠素和光合速率的影響

由圖3 可知，甘薯苗期，各控釋氮肥處理間葉綠素含量差異不顯著；甘薯封壟期，N4 處理的葉綠素含量最高，達(dá)到44.20 CCI，但各控釋氮肥處理間差異不顯著；甘薯膨大期，N3 處理葉片葉綠素含量顯著高于N1，表明硫包衣尿素在膨大期能增加葉綠素含量；甘薯收獲期，N3 處理葉片葉綠素含量顯著高于N1 處理（Plt;0.05），表明硫包衣尿素處理在收獲期仍能維持葉片較高的葉綠素含量。

由圖4 可知，甘薯苗期，N5 處理的葉片光合速率最高，各控釋氮肥處理間差異不顯著；甘薯封壟期，N3 處理的葉片光合速率最高，顯著高于N1 處理，表明硫包衣尿素有利于甘薯封壟期的光合作用；甘薯膨大期，N3 處理的葉片光合速率最高，顯著高于N4 處理（Plt;0.05），表明硫包衣尿素有利于甘薯封壟期的光合作用和光合產(chǎn)物的形成，脲甲醛處理的甘薯光合速率較弱；甘薯收獲期，N3 處理的葉片光合速率最高，顯著高于N1處理（Plt;0.05），表明硫包衣尿素有利于甘薯收獲期的光合產(chǎn)物的形成。

2.3 不同緩控釋氮肥對甘薯各器官氮含量的影響

2.3.1 對甘薯地下部氮含量的影響

由圖5 可知，甘薯苗期，地下部含氮量在整個生長周期最高，N5 和N4 處理的甘薯地下部含氮量顯著高于N3 和N2 處理（Plt;0.05），表明該期脲甲醛、尿素結(jié)合硝化抑制劑的氮素釋放量比其他處理高；甘薯封壟期，甘薯地下部含氮量相比苗期降低，各控釋氮肥處理均顯著高于對照，N2 處理的地下部含氮量最高，表明草酰胺在該時期釋放氮素較多；甘薯膨大期，N3 和N4 處理的甘薯地下部含氮量顯著高于N1（Plt;0.05），表明硫包衣尿素和脲甲醛在該時期釋放氮素較多；甘薯收獲期，甘薯地下部含氮量不降反升，N3 處理的地下部含氮量最高，顯著高于其他控釋氮肥處理（Plt;0.05），表明在該時期硫包衣尿素釋放氮素較多，其他控釋氮肥的氮素釋放量較少。

2.3.2 對甘薯地上部氮含量的影響

由圖6 可知，甘薯苗期，N5 處理地上部含氮量顯著高于N1 處理，表明尿素結(jié)合硝化抑制劑可以提高甘薯苗期的地上部氮素的累積；甘薯封壟期，N3 和N4 處理的甘薯地上部含氮量顯著高于N1（Plt;0.05），表明該時期硫包衣尿素和脲甲醛對甘薯地上部氮素積累起著促進(jìn)作用；甘薯膨大期，N2、N3、N5 處理的甘薯地上部含氮量顯著高于N4 處理（Plt;0.05），表明該時期草酰胺、硫包衣尿素、尿素結(jié)合硝化抑制劑有利于促進(jìn)甘薯地上部氮素積累，脲甲醛的促進(jìn)作用不大；甘薯收獲期，N3處理的甘薯地上部含氮量最高，顯著高于N1 處理（Plt;0.05），表明該時期硫包衣尿素有利于促進(jìn)甘薯地上部氮素積累。

2.4 不同緩控釋氮肥在土壤中不同時期氮素釋放特征

由圖7 可知，在甘薯整個生長期，土壤硝態(tài)氮含量呈下降趨勢。甘薯移栽35 d，N5 處理的硝態(tài)氮釋放量最高；甘薯移栽35～60 d，N3 處理的硝態(tài)氮釋放量超過了N5 處理；甘薯移栽60 d 后，N2 處理的硝態(tài)氮含量最高，其次為N3 處理。由此可見，草酰胺和硫包衣尿素的控釋效果較好。N4 處理的硝態(tài)氮含量一直保持較低的水平，原因在于脲甲醛溶解性較差，其肥效太長，可達(dá)6 個月至1 a，不能在甘薯4 個月生育期里完全釋放。

由圖8 可知，在甘薯的整個生育期，土壤銨態(tài)氮含量呈先升高后降低再升高的趨勢。甘薯移栽20～45 d，N5 處理的土壤銨態(tài)氮釋放量最高；甘薯移栽45～60 d，N3 和N2 處理的銨態(tài)氮釋放量開始高于N5 處理；甘薯移栽45～120 d，N2 和N3處理的土壤銨態(tài)氮含量最高。表明硫包衣尿素和草酰胺有較好的控釋效果，脲甲醛處理的銨態(tài)氮釋放量一直較低，原因在于脲甲醛氮素釋放周期太長。

2.5 不同緩控釋氮肥對氮肥利用率和根冠比的影響

由表1 可知，N3 和N2 的氮肥利用率最高，分別為42.33%和38.67%，顯著高于N4 和N5 處理（Plt;0.05），表明草酰胺和硫包衣尿素處理有利于提高氮肥的利用效率。N2 的根冠比最大，顯著高于其他控釋氮肥處理（Plt;0.05），N5 處理的根冠比最小，表明草酰胺處理能夠促進(jìn)光合產(chǎn)物向地下分配，尿素結(jié)合硝化抑制劑抑制了光合產(chǎn)物向地下分配。

3 討論

3.1 不同緩控釋氮肥對甘薯生長的影響

本研究結(jié)果表明，緩控釋氮肥可以提高甘薯塊根和單株干物質(zhì)積累量，馬洪波等[17]的研究表明，控釋氮肥草酰胺比完全施用尿素可使甘薯增產(chǎn)28.36%。已有研究表明，包膜尿素和尿素結(jié)合硝化抑制劑氮肥可使甘薯產(chǎn)量分別增產(chǎn)3.82%和10.68%[18]。但不同控釋氮肥施用對作物關(guān)鍵生長期光合作用及作物的增產(chǎn)作用不同[19]。本研究中，硫包衣尿素和草酰胺控釋氮肥能夠有效提高甘薯的塊根生物量，優(yōu)于尿素結(jié)合硝化抑制劑和脲甲醛控釋氮肥的塊根生物量，這可能與不同緩控釋肥的養(yǎng)分釋放特征不一有關(guān)。由于尿素結(jié)合硝化抑制劑氮素釋放主要集中在甘薯生長前期，后期的氮肥供應(yīng)不足，脲甲醛的氮素釋放較慢，不能滿足甘薯整個生育期的氮肥供應(yīng)，均不利于甘薯產(chǎn)量的增加。

不同緩控釋氮肥施用下甘薯葉片的光合性能也與產(chǎn)量呈類似趨勢，緩控釋氮肥有利于提高甘薯葉片的光合速率和葉綠素含量，與張曉冬[20]的研究結(jié)果一致，其中硫包衣尿素和草酰胺控釋氮肥處理的甘薯整個生育期光合速率最高，且草酰胺的根冠比最大，顯著高于其他控釋氮肥處理，表明草酰胺能夠促進(jìn)甘薯光合產(chǎn)物向地下分配，從而提高甘薯產(chǎn)量。

3.2 不同緩控釋氮肥對甘薯氮素吸收及氮肥利用率的影響

甘薯不同生育時期的氮吸收量和強(qiáng)度不同。寧運旺等[1]在甘薯的氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收及分配特性的研究中發(fā)現(xiàn)，移栽后60～75 d 是甘薯源-庫轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時期，這一時期甘薯吸收的氮素超過整個生育期總氮量的1/2，即第3 個月膨大期是甘薯吸收氮的最高峰。李紅光[21]的研究表明，施用包裹性控釋氮肥的土壤堿解氮含量在苗期至封壟期和普通氮肥處理相比較少，這是由于控釋氮肥在此期間釋放了少量氮素，與甘薯在此階段的需氮量少的規(guī)律相吻合，而普通氮肥氮釋放較為迅速，肥效往往40～50 d，不能滿足甘薯膨大期對氮的大量吸收需求，往往導(dǎo)致甘薯生長后期脫氮[22]。而緩控釋肥氮釋放周期可高達(dá)60 d 以上，高者達(dá)到120 d，因此能滿足甘薯膨大期氮的吸收量和強(qiáng)度需求。

4 結(jié)論

與尿素結(jié)合硝化抑制劑和脲甲醛相比，硫包衣尿素和草酰胺的氮素釋放特征為甘薯苗期和封壟期氮素釋放量較少，膨大期和收獲期釋放量較多，避免了因前期氮素供應(yīng)多導(dǎo)致地上部徒長、以及中后期氮素供應(yīng)不足的問題，完全符合甘薯的氮肥需求規(guī)律，提高了甘薯膨大期和收獲期地下部對氮素的吸收，并提高了葉綠素的含量和光合速率，促進(jìn)了甘薯光合產(chǎn)物向地下部運輸，產(chǎn)量提高了1.27～1.59 倍，氮肥利用率提高了1.17～1.80 倍。因此，硫包衣尿素和草酰胺為較適合甘薯生長的緩控釋氮肥。

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基金項目 海南省重點研發(fā)計劃項目（No. ZDYF2020226）；財政部農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（No. CARS-10-GW10，No. CARS-10-GW2）。