施氮量對木薯氮素營養(yǎng)特性及產量形成的影響

劉備　孫海東　吳炳孫　高樂　吳敏　何 鵬　韋家少

摘 要 采用大田試驗，研究了不同施氮水平下木薯氮素營養(yǎng)特性的變化及其對產量形成的影響。試驗設置0、120、240、360 kg/hm2 4個氮水平，綜合分析了各生育期木薯根、莖、葉等組織中的氮含量、氮素積累量、氮素吸收強度、氮素分配和干物質積累分配、產量品質以及經濟效益等指標的變化。結果表明：施氮能顯著增加木薯根、莖、葉等組織的氮含量和氮積累量，提高氮素吸收強度，并改變氮素養(yǎng)分的分配特性；此外，隨著施氮量的增加，木薯塊根干物質積累量、鮮薯產量、淀粉產量、經濟效益等均顯著提高。綜上所述，最佳施氮量為240 kg/hm2，適宜的施入比例為：幼苗期 ∶ 莖稈分叉期 ∶ 塊根形成期 ∶ 塊根膨大早期 ∶ 塊根膨大中期=1 ∶ 1.71 ∶ 1.33 ∶ 0.73 ∶ 0.57。

關鍵詞 木薯；施氮量；氮素營養(yǎng)特性；產量

中圖分類號 S533 文獻標識碼 A

Abstract This study investigated the effects of nitrogen rate on the nitrogen nutrition characteristics and yield formation of Cassava in field trials. We made a comprehensive analyses of the changes in nitrogen content，nitrogen accumulation amount，nitrogen absorption intensity，nitrogen distribution rate and distribution of dry matter of different parts（roots，stems and leaves）in Cassava at different growth stages under four nitrogen levels（0，120，240，360 kg/hm2），and the yield，quality and economic benefit of Cassava under the four processing were also analyzed. The results showed that nitrogen fertilization increased the nitrogen content and the nitrogen accumulation amount，improved the nitrogen absorption intensity，and changed nitrogen distribution characteristics of different parts（roots， stems and leaves）in Cassava. In addition，the content of dry matter accumulation in tuberous root，fresh tuber yield and starch yield increased significantly with the increase of the amount of nitrogen. In conclusion，the optimum nitrogen application amount was 240 kg/hm2，and the optimum proportion of nitrogen application was 1 ∶ 1.71 ∶ 1.33 ∶ 0.73 ∶ 0.57 at seedling stage，stem bifurcation stage，roottuber formation stage，first expanding roottuber growth stage and middle expanding roottuber growth stage，respectively.

Key words Cassava；Mitrogen application level；Characteristics of nitrogen uptake and utilization；Yield

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.07.003

木薯（Manihot esculenta Crantz）是世界3大薯類之一，是中國南方重要的經濟與糧食作物[1]。氮是作物生長所必需的營養(yǎng)元素之一，氮素養(yǎng)分的吸收、同化與轉運直接或間接地影響作物的生長發(fā)育和產量形成[2]，氮素營養(yǎng)是影響木薯生長發(fā)育和決定塊莖產量的主要因素，其中對木薯最終產量的貢獻率可達50%[3]。研究發(fā)現木薯在不同的生長時期對氮素的吸收和利用效率存在顯著差異，其在塊根膨大期吸收和積累的氮素量最大[4]。生產中，缺氮會直接影響木薯的產量，增加施氮量，可以提高木薯對氮素養(yǎng)分的吸收和積累，進而提高木薯產量，然而過量施用氮肥又會引起木薯地上部的徒長和影響木薯的品質[5]，同時還會對環(huán)境造成污染[6]。因此科學的施氮量與適合的施肥時期成為木薯栽培生產中一個亟需解決的關鍵問題。目前針對木薯種植中的氮肥施用、氮素養(yǎng)分積累分配及其對木薯產量的影響等問題已有大量的研究報道。高志紅等[7]比較了不同施氮水平下木薯氮養(yǎng)分積累和分配、產量的差異，發(fā)現木薯產量、氮養(yǎng)分積累及其在根冠間的分配對施肥水平高度敏感。林洪鑫等[5]研究發(fā)現施肥處理的木薯產量顯著高于不施肥處理，缺氮處理的鮮薯產量顯著低于缺磷和缺鉀處理。張永發(fā)等[8]對木薯華南8號品系進行了從種植至收獲全生長期的養(yǎng)分分析，發(fā)現木薯各營養(yǎng)器官及不同月份氮素養(yǎng)分含量存在明顯差異。然而關于不同施氮條件下木薯對氮素養(yǎng)分的積累分配和需求比例及其對產量形成的影響還未見報道。本研究采用大田試驗，通過分析不同施氮水平下木薯在不同生育時期對氮素的積累分配情況和需求比例，比較同期干物質積累分配情況和最終收獲的鮮薯產量品質以及經濟效益等指標的變化，探討木薯適宜的施肥用量和施肥時間以及施用比例，為木薯科學施肥和速生高產提供一定的理論和實踐基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

以木薯品種華南5號為供試材料，于2014年和2015年在海南省中國熱帶農業(yè)科學院木薯種植資源圃進行試驗。試驗地土壤類型為紅壤，土壤肥力狀況為全氮含量0.39 g/kg、有機質7.51 g/kg、堿解氮39.45 mg/kg、速效磷7.21 mg/kg、速效鉀49.26 mg/kg、pH5.33。供試肥料為尿素（N≥46%）、過磷酸鈣（P2O5≥12%）和氯化鉀（K2O≥60%）。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗按單因素隨機設計，設置4個氮水平：0、120、240、360 kg/hm2，分別以N1、N2、N3、N4來表示，其中磷水平為90 kg/hm2，鉀水平為180 kg/hm2。設置12個種植小區(qū)，每小區(qū)100 m2，株行距為1 m×0.8 m，每個小區(qū)栽種木薯幼苗100株。施肥方法：分4次施肥，分別于種植后第0、30、60、90天施肥，其中不同時間氮肥施用比例為2 ∶ 4 ∶ 3 ∶ 1；磷肥施用比例3 ∶ 3 ∶ 2 ∶ 2；鉀肥施用比例：2 ∶ 2 ∶ 3 ∶ 3。于2014年7月2日開溝種植，8月5日定苗，2015年6月9日收獲。

1.2.2 項目測定及方法 土壤養(yǎng)分測定：全氮采用開氏消煮法和靛酚藍法測定；有機質采用重鉻酸鉀容量法測定；pH用酸度計進行測定；堿解氮用堿解擴散法測定；速效鉀用火焰光度計法測定；速效磷用磷鉬藍比色法測定[9]。

植物養(yǎng)分測定：將不同生長時期采集的木薯樣品按葉、莖和塊根進行分類后稱重，破碎，于110 ℃烘箱殺青30 min，再轉至70 ℃烘箱至恒重，計算干重，用于全氮量測定，采用H2SO4-H2O2消煮、靛酚藍法測定。其中氮積累量=氮含量×干物質量；氮素吸收強度=植株氮素積累量/各生育階段時間；分配率=各器官積累量/整株積累量；氮肥效益=鮮薯產值-肥料成本；淀粉產量=淀粉含量×鮮薯產量/100。

于收獲期測定小區(qū)鮮薯產量；淀粉率用泰國進口的鮮薯淀粉測量儀測定；分別稱5 kg左右的鮮薯空中重和水中重，根據國際熱帶農業(yè)中心制定的公式計算鮮薯淀粉含量。

1.3 數據分析

用 Microsoft Office Excel 2007對試驗原始數據進行計算和圖表制作，使用DPS7.05進行方差分析，采用Duncan新復極差法進行多重比較，分析結果用平均值±標準誤（X±S.E）表示。

2 結果與分析

2.1 施氮量對木薯在不同生育期氮素吸收特性的影響

2.1.1 施氮量對木薯在不同生育期氮含量的影響

從圖1可知，各生育期木薯各部位全氮含量為葉片>莖>根，其中根部的氮素含量在不同生育期表現為逐步降低（p<0.05）（圖1-A）；莖部的氮素含量則表現為逐步降低（p<0.05）（圖2-B），在塊根膨大末期有所回升（p<0.05）；葉片氮含量先升高后降低（p<0.05），在塊根膨大中期后逐漸回升（p>0.05），在塊根形成期達到峰值（p<0.05）（圖1-C）。除幼苗期外，木薯不同生育期根和莖部全氮含量在各處理間均隨施氮量增加而增加（p<0.05），在莖稈分叉期至塊根膨大中期，各處理間差異顯著（p<0.05）；各處理間，葉片氮含量隨著施氮量的增加而逐漸增加（p<0.05），當施氮量超過120 kg/hm2時，葉片氮含量顯著高于不施氮的水平（p<0.05）。

2.1.2 施氮量對木薯在不同生育期氮積累量的影響

由表1可知，各處理整株、根部、莖部、葉片氮積累量在各個時期基本上隨施氮量的增加而增加（p<0.05），N4處理的氮積累量均顯著高于其他3個處理（p<0.05）；除葉片外，各處理氮積累量的峰值都出現在塊根膨大末期或收獲期，顯著高于其它時期（p<0.05）。本研究以塊根膨大末期整株養(yǎng)分積累量為總量，對各時期氮素累積比例進行分析，由表2可知，N1、N2、N3、N4處理氮素積累量在塊根膨大中期已分別達到總量的91.71%、95.14%、91.61%、88.64%。各處理在各生育期氮素積累比例均值為幼苗期 ∶ 莖稈分叉期 ∶ 塊根形成期 ∶ 塊根膨大早期 ∶ 塊根膨大中期=1 ∶ 1.24 ∶ 1.19 ∶ 0.47 ∶ 0.48，在莖稈分叉期與塊根膨大初期，施氮能提高木薯氮素吸收比例，但N4處理2.1.3 施氮量對木薯在不同生育期氮素吸收強度的影響 由表3可知，氮素吸收強度從幼苗期開始增強，N1和N4以及N2和N3處理的吸收峰值分別出現在塊根形成期和莖稈分叉期，在塊根膨大前期、中期、末期，氮素吸收強度均出現不同程度的降低。木薯對氮素的吸收主要集中在幼苗期、莖稈分叉期和塊根形成期，所占比例達到總量的69.2%～80.32%。不同處理間，增施氮肥能提高木薯氮素吸收強度，施氮處理與不施氮處理之間差異顯著（p<0.05）。因此氮肥施用，應主要集中在幼苗期、莖稈分叉期與塊根形成期，且莖稈分叉期、塊根形成期所占比例最大。

2.1.4 施氮量對木薯在不同生育期氮素分配的影響

從表4中可看出，各器官氮分配率表現為葉>莖>根，隨著生育期的推進，葉片氮分配率表現為先降低后升高，在塊根膨大末期最低，收獲期升高；莖的氮分配率則相反，表現為先升高后降低，在塊根膨大末期最高（p<0.05），收獲期有所降低；根部的氮素分配率表現為逐步增大（p<0.05），在收獲期達到最大值（p<0.05）。各處理間，根部的氮素分配率隨施氮量的增加而降低（p<0.05），N4處理顯著低于不施氮處理（p<0.05）。莖葉的氮素總分配率在莖稈分叉期后表現為隨施氮量的增加而增加，且N4水平在各時期的地上部所占比重均顯著高于N1水平（p<0.05）。

2.2 施氮量對木薯不同生育期干物質積累和分配的影響

2.2.1 施氮量對木薯不同生育期干物質積累的影響 由圖2可知，不同施氮量對木薯整個生育期根部干物質積累的影響總體表現為N3>N4>N2>N1。在收獲期N3、N4、N2處理根部干物質積累量分別為不施氮處理N1的124.54%、115.41%、110.10%。隨著施氮量的增加，莖干物質積累量增加，在塊根膨大中期、 塊根膨大末期、 收獲期，各處理間差異顯著（p<0.05）；葉片干物質積累量隨著施氮量的增加而增加；木薯整株干物質積累量隨施氮量的增加而增加，N3和N4顯著高于N2和N1（p<0.05），而N3和N4之間差異不顯著（p>0.05）。

2.2.2 施氮量對木薯不同生育期生物量分配的影響 如表5所示，不同施氮量對木薯整個生育期生物量分配的影響表現為葉片分配率逐漸降低，莖部分配率基本保持平穩(wěn)（p>0.05），根部分配率逐漸增大（p<0.05），并在收獲期達到最大（p<0.05）。不同施氮量之間，在塊根膨大初期、末期以及收獲期，根部所占比重隨著施氮量的增加而降低，其中N4處理顯著低于N1（p<0.05），莖所占比重隨施氮量的增加而增大，N4顯著高于其他3個水平（p<0.05）。在莖稈分叉期、塊根形成期、塊根膨大前期N4處理的葉片干物質分配率顯著高于N1處理（p<0.05）。由此可知，提高施氮量會降低地下部的干物質分配，而增加地上部干物質分配（p<0.05）。當氮水平較低時，木薯物質積累主要向地下部轉移，促進塊根形成，施氮量過高則會導致莖葉徒長，會顯著降低地下部所占比例，不利于塊根形成。

2.3 施氮量對木薯產量及品質的影響

由表6可知，在不同施氮水平下，鮮薯產量、淀粉含量、淀粉產量和氮肥效益在各處理間均存在顯著性差異。其中，鮮薯產量、氮肥效益、淀粉產量均表現為N3>N4>N2>N1，各處理間差異極顯著（p<0.01）；淀粉含量隨著施氮量的增加而降低，且N4處理顯著低于其他3個處理（p<0.05）；增產率表現為N2、N3、N4處理相對不施氮處理分別增產28.60%、51.32%、42.01%。綜合幾項評價指標來看，施氮量為240 kg/hm2時，木薯鮮薯產量、氮肥效益以及淀粉產量均達到最佳水平。

3 討論與結論

增加氮肥的施用量可提高作物不同組織的氮素含量和積累量，進而顯著提高作物的生物量[10]。不施氮處理下根部氮素分配多，施氮處理的氮素分配至地上部[7]。本研究結果發(fā)現，木薯根莖葉等組織中的氮含量、氮積累量、氮素吸收強度、干物質積累量均隨著施氮量的提高而增加，且隨著施氮量提高，地上部氮素與干物質分配率增加，地下部氮素與干物質分配率反而降低，這與前人研究結果一致。說明施氮量增加，氮素分配至地上部，促進莖葉干物質積累，為后期塊根生長提供物質基礎；而不施氮條件下，會優(yōu)先將氮素分配至根部，促進塊根生長。此外，施氮量越高，氮素和干物質向地上部轉移程度越大，當過量施氮時，則由于莖葉徒長而不利于養(yǎng)分向地下部轉移，導致塊根產量降低。

有研究表明木薯氮素積累量在塊根膨大前期逐漸升高，塊根膨大后期吸收強度逐漸減弱[4]；張耀華等[11]則認為，塊根膨大期養(yǎng)分需求量最高；高志紅等[7]認為木薯在中后期對氮的需求仍很大。但關于施氮量對木薯氮素吸收的影響研究較少。本研究結果發(fā)現，在莖稈分叉期后，施氮量增加能提高木薯氮素吸收強度和吸收比例，但過量施氮，在塊根形成期與塊根膨大初期的吸收比例反而降低。因此最適宜的木薯氮肥需求水平為N3處理，其氮素積累比例為幼苗期 ∶ 莖稈分叉期 ∶ 塊根形成期 ∶ 塊根膨大早期 ∶ 塊根膨大中期=1 ∶ 1.71 ∶ 1.33 ∶ 0.73 ∶ 0.57。對于作物來說，按其需肥規(guī)律進行施肥，可有效提高作物對肥料的吸收利用率，促進植物快速生長[12]，因此，氮肥施用應主要集中在幼苗期至塊根形成期，此時植株快速生長，吸收根發(fā)達，對養(yǎng)分的需求量大[10]，此時補施氮肥能有效提高木薯對氮素的吸收強度，有利于為后期木薯生長提供足夠的養(yǎng)分。

有研究表明，過量供氮會抑制植物根系的生長，降低植株根冠比，從而降低產量[13]。過量施用氮肥會影響木薯根系的生長，從而降低根系向深層穿插的能力及其對深層養(yǎng)分、水分利用的能力[14]。張耀華等[11]對木薯的研究中發(fā)現，適量施氮能顯著提高產量，但過量施氮會造成植株徒長而不抗風，莖葉生長量增加85%，鮮薯產量降低11%。本研究發(fā)現，當施氮量低于240 kg/hm2時，隨著施氮量增加，各部位氮含量、積累量增加，使木薯塊根干物質積累量、鮮薯產量和淀粉產量均顯著提高，且在施氮量為240 kg/hm2時，各部位氮素分配均衡，各項指標均達到最佳水平。施氮量為360 kg/hm2時，由于過量施氮，雖然氮含量與氮素積累量增加，但主要分配至地上部，莖葉干物質積累量顯著增加，導致莖葉徒長，根冠比顯著降低，不利于塊根形成，使其塊根干物質積累量、鮮薯產量、淀粉產量均顯著低于240 kg/hm2水平。因此適量施氮可提高鮮薯產量、淀粉產量，但過量施氮則會導致產量降低，這與前人研究結果一致。

綜上所述，本研究得出木薯的最佳施氮量為240 kg/hm2，適宜施入比例為幼苗期 ∶ 莖稈分叉期 ∶ 塊根形成期 ∶ 塊根膨大早期 ∶ 塊根膨大中期=1 ∶ 1.71 ∶ 1.33 ∶ 0.73 ∶ 0.57。本研究結果為木薯的科學施氮和生產管理提供了重要的理論和實踐基礎。

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