不同氮素形態(tài)比對馬鈴薯氮素利用與產(chǎn)量的影響

李志恒，皇甫麗云，許世豪，王云行，王 芳，李 爽，趙春波*

（1 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，吉林長春 130118；2 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)教研基地管理處，吉林長春 130118）

氮素營養(yǎng)是植物生產(chǎn)中重要的構(gòu)成部分，如果停止氮肥的施用，全世界農(nóng)作物的產(chǎn)量將減少50%左右[1]。馬鈴薯總產(chǎn)和栽培面積僅次于小麥、水稻和玉米，是世界第四大栽培作物。近年來，馬鈴薯對吉林省的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)在逐步增大，存在的問題也在日益凸顯[2]，氮肥高量施用成為獲得高產(chǎn)的重要手段，也制約著吉林省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

銨態(tài)氮（NH4+）源和硝態(tài)氮（NO3-）源作為植物生長的主要氮源[3-4]。當(dāng)生長介質(zhì)中保持2 種混合氮素營養(yǎng)供應(yīng)，多數(shù)作物在生長狀態(tài)和干物質(zhì)積累方面表現(xiàn)優(yōu)于單一的銨態(tài)和硝態(tài)氮源[5-6]。此外，在作物生長的不同生育階段，施用不同比例的2 種氮源，可獲得較好的氮肥利用效果[7]。受到作物遺傳特性和營養(yǎng)特點(diǎn)等條件的影響，不同氮源對作物生長的影響不同，且關(guān)于氮素形態(tài)對馬鈴薯生長發(fā)育的影響存在較大的分歧，國內(nèi)研究認(rèn)為銨態(tài)氮肥對馬鈴薯地上干物質(zhì)積累量的增加作用最明顯[8]，證實(shí)銨硝在2∶2 處理下馬鈴薯植株的氮積累最高[9]，且塊莖形成前后分別供應(yīng)不同形態(tài)的氮素[7]，國外學(xué)者研究認(rèn)為馬鈴薯為喜硝態(tài)氮肥的作物[10]。本試驗(yàn)以盆栽的方法，設(shè)置不同氮素形態(tài)配比，探討馬鈴薯氮素利用和產(chǎn)量的響應(yīng)特征，以期為吉林省馬鈴薯精細(xì)的氮肥高效管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)方法

設(shè)置4 個銨硝比處理，分別為0∶100（Y1），25∶75（Y2）、50∶50（Y3）、75∶25（Y4）。有機(jī)肥和無機(jī)肥的比例為1∶1，氮肥（純N）、磷肥（P2O5）和鉀肥（K2O）用量分別為375kg/hm2、188kg/hm2和281kg/hm2。全部磷肥、1/2 鉀肥、1/2 氮肥于播種前一次施入，剩余部分于塊莖增長期以追肥形式施入。采用盆栽種植，每個處理共20 盆，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3 次。生育期間管理與大田相同。試驗(yàn)用盆規(guī)格30cm×30cm，每盆園土10kg。銨態(tài)氮肥為硫酸銨，硝態(tài)氮肥為硝酸鈣，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀。供試土壤為黑壤土，堿解氮為260.8mg/kg、速效磷11.7mg/kg、速效鉀211.0mg/kg。

1.2 測定指標(biāo)與方法

于塊莖形成期、塊莖增長期、淀粉積累期和成熟期，采集各試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)代表性植株3 株，按葉片、地上莖、塊莖和根系分別測定鮮重，105℃下殺青30min，在80℃下烘至恒重，分別計干重，粉碎過篩，用于植株全氮[11]測定。并于成熟期考察田間植株高度、莖粗、葉面積、葉片厚、單薯重、單株結(jié)薯重。植株氮效率計算公式[12]：氮效率（%）=馬鈴薯塊莖產(chǎn)量/土壤供氮量；氮素吸收效率（%）=馬鈴薯成熟期地上部植株含氮總量/土壤供氮量；氮素利用效率=馬鈴薯塊莖產(chǎn)量/植株氮素累積量。馬鈴薯氮素利用的綜合評價采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)綜合評價法[13]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和計算，用DPS19.05 軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮素形態(tài)比對馬鈴薯氮素累積和氮效率的影響

由表1 可知，不同氮素形態(tài)配比下植株的氮素累積量存在明顯的差異。隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，馬鈴薯單株氮素累積量呈線性增長的變化趨勢。塊莖形成期至塊莖增長期是氮素積累的高峰期，以Y2處理氮素增長量最高，為3.166g/plant，Y4處理最低，為2.622g/plant。在塊莖形成期，Y2處理氮素累積量最高，與其他處理的差異達(dá)到顯著水平，為后期氮素高效利用奠定了基礎(chǔ)。此外，隨銨態(tài)氮的施用比例增加，植株氮素累積量降低，而淀粉積累期高銨態(tài)氮有助于植株氮素積累，表現(xiàn)為Y2＞Y4＞Y3＞Y1。

表1 不同氮素形態(tài)比對馬鈴薯單株氮素積累量的影響（g/plant）

由表2 可知，不同氮素形態(tài)配比下馬鈴薯的氮效率、氮素吸收和利用效率不同處理間存在顯著性差異。以Y2氮效率和氮素利用效率最高，分別為130.75 kg/kg 和173.37 kg/kg，其次為Y1和Y3處理，分別較Y2低8.58%和5.34%、11.24%和2.66%。Y2與Y1間氮素吸收效率差異不顯著，與Y3和Y4存在顯著性差異，Y4處理營養(yǎng)參數(shù)測定最低?？梢?，增加銨態(tài)氮可以提高植株的氮素利用效率，高比例的銨態(tài)氮不利于氮素利用。氮素吸收效率處理間變化范圍較小，高銨態(tài)氮的增加降低氮素吸收效率，表明硝態(tài)氮源有助于根系對土壤中氮素的吸收。

表2 不同氮素形態(tài)比對馬鈴薯成熟期氮素利用的影響

2.2 不同氮素形態(tài)比對馬鈴薯成熟期植株性狀的影響

由表3 可知，馬鈴薯成熟期在不同氮素配比供應(yīng)下，植株性狀同樣存在顯著性的差異。Y1處理的株高最高，莖粗和葉片厚度最小，與其他處理存在顯著差異。莖粗和葉面積最大的是Y2處理，分別為1.460cm和56.120cm2，最小的分別為Y1和Y4處理，且Y1葉面積僅高于Y4。葉片的厚度則表現(xiàn)為Y4＞Y2＞Y3＞Y1?？梢?，硝態(tài)氮肥有助于馬鈴薯株高的形態(tài)建成，銨態(tài)氮肥有助于莖粗、葉面積和葉片厚度的形態(tài)建成。

表3 不同氮素形態(tài)比對馬鈴薯植株性狀的影響

2.3 不同氮素形態(tài)比對馬鈴薯品種成熟期產(chǎn)量性狀的差異

不同氮素形態(tài)配比條件下，延薯4 號的產(chǎn)量構(gòu)成特點(diǎn)表現(xiàn)如表4。Y2處理的植株干物質(zhì)、平均單薯重和單株結(jié)薯重均顯著優(yōu)于其他處理，較Y1處理高出20.693%、28.148%和10.074%，且Y1平均單薯重最小。植株干物質(zhì)重和單株結(jié)薯重最小的分別是Y3和Y4處理?？梢姡嵘@硝配比可改善馬鈴薯產(chǎn)量性狀指標(biāo)，高比例的銨態(tài)氮更有助于植株莖葉的生長。

表4 不同氮素形態(tài)比下馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因素

2.4 不同氮素形態(tài)比對馬鈴薯生長影響的綜合評價

利用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)綜合評價的方法，對不同氮素形態(tài)配比供應(yīng)下馬鈴薯生長進(jìn)行了綜合評價，計算其平均隸屬函數(shù)值作為綜合評價指數(shù)，值越大，則處理的效果越好。由表5 可知，Y2處理的綜合評價指數(shù)為0.964，綜合排序?yàn)?；Y1處理的綜合評價指數(shù)為0.354，綜合排序最小。可見，隨銨態(tài)氮比例的增加會提升馬鈴薯氮素利用，改善植株形態(tài)建成。

表5 不同氮素形態(tài)比對馬鈴薯氮素利用和生長影響的綜合評價

3 討論與結(jié)論

國內(nèi)外關(guān)于氮素形態(tài)對植物的生長發(fā)育影響有大量的報道，在馬鈴薯上面的研究報道不盡相同[7,9]。因此，本試驗(yàn)以吉林高產(chǎn)品種為目標(biāo)，設(shè)置不同氮素形態(tài)配比供應(yīng)，觀察其氮素利用的代謝特點(diǎn)和外部形態(tài)建成的差異。結(jié)果表明，不同形態(tài)氮素配比處理對馬鈴薯的氮素累積、氮效率、氮吸收和利用效率存在顯著影響。Y2處理的馬鈴薯單株氮素累積量和氮效率等參數(shù)最高，增加一定量的銨態(tài)氮源能提高馬鈴薯氮素利用，提升植株體氮素累積，與前人研究[8]存在一致性。

植株的高度、莖的粗度、葉面積的大小等性狀代表了植株體的生長狀況。研究發(fā)現(xiàn)，硝態(tài)氮有利于葉片的生長，銨態(tài)氮表現(xiàn)為一定的抑制[14]。本研究發(fā)現(xiàn)，硝態(tài)氮中增加一定量的銨態(tài)氮（Y2）有助于提升植株莖粗和葉面積，添加高比例銨態(tài)氮的Y4處理葉面積降低明顯，Y3處理莖粗下降較小，進(jìn)而抑制了礦物質(zhì)的運(yùn)輸和光合產(chǎn)物的積累。

研究證實(shí)，同一氮素營養(yǎng)供應(yīng)下，不同形態(tài)氮源對馬鈴薯的生長有顯著的差異，銨態(tài)氮源更有助于植株干物質(zhì)的積累，硝態(tài)氮源則表現(xiàn)相反[9]，本研究中銨硝配比處理的植物干物質(zhì)重明顯增加，且高比例的銨態(tài)氮更有助于干物質(zhì)在莖葉中的積累，降低了塊莖產(chǎn)量的形成。本研究采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對不同處理的氮素利用和植株生長進(jìn)行評價，消除了單一指標(biāo)帶來的片面性。以Y2處理綜合評價指數(shù)最高，排名第1，Y1處理表現(xiàn)則與其相反。

綜上可知，當(dāng)肥料中銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的比例在25∶75 時，可提高馬鈴薯對氮素的利用，同時有助于馬鈴薯高效率植株體的形態(tài)建成，促進(jìn)產(chǎn)品器官的增長。本研究未考察不同氮素形態(tài)配比下馬鈴薯氮代謝生理生化特征，需進(jìn)一步探究形成系統(tǒng)的理論依據(jù)。