不同氮肥與密度水平對鮮食甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

劉 明，李洪民，張愛君，陳曉光，靳 容，蔣 薇，唐忠厚

(江蘇徐州甘薯研究中心，農(nóng)業(yè)部甘薯生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室，江蘇 徐州 221131)

甘薯具有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、抗旱耐瘠、適應(yīng)性廣、營養(yǎng)豐富、多用途等特點。我國是世界上最大的甘薯生產(chǎn)國，種植面積穩(wěn)定在4.6×106hm2，鮮薯總產(chǎn)量維持在1.0×108t左右[1]。甘薯富含淀粉和膳食纖維，且含有鈣、鐵等礦物質(zhì)和維生素A、C 等多種維生素，紫心甘薯還富含具有抗氧化、清除自由基、延緩衰老等功能的天然色素-花青素[2-3]。在日本歐美等發(fā)達(dá)國家把甘薯看作營養(yǎng)豐富的保健食品，隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和人民生活水平提高，甘薯在國內(nèi)也逐漸收到廣大消費者的青睞。在這種形勢下，探索優(yōu)質(zhì)食用甘薯的增產(chǎn)和品質(zhì)調(diào)優(yōu)栽培技術(shù)對甘薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

優(yōu)化氮肥用量和種植密度是優(yōu)化株型結(jié)構(gòu)、提高作物生產(chǎn)能力、改善作物品質(zhì)的有效手段。有研究表明，適當(dāng)增施氮肥可提高甘薯干物質(zhì)生產(chǎn)能力和產(chǎn)量，然而過高的氮肥施用量會延遲結(jié)薯、導(dǎo)致地上部旺長、降低塊根產(chǎn)量，也會顯著降低甘薯塊根可溶性糖、淀粉和維生素C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，同時還會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染[4-6]。種植密度是群體發(fā)育的基礎(chǔ)，適宜的密度可以在一定程度上協(xié)調(diào)作物個體與群體之間的關(guān)系，進(jìn)而構(gòu)建更加合理的有助于作物產(chǎn)量和品質(zhì)提升的群體結(jié)構(gòu)。較低的種植密度會降低光能的利用率；而較高的密度則會加劇群體植株間對光、水、肥的競爭[7]。已有研究表明，氮肥和種植密度對作物產(chǎn)量均有顯著作用，在一定程度上有正向促進(jìn)作用[8-9]，因而研究不同氮肥用量和種植密度對甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響具有深遠(yuǎn)意義。

氮肥、密度對作物產(chǎn)量的影響在玉米、小麥、水稻等常規(guī)作物中已有了大量的研究，而相對于甘薯的研究較少，并且大多集中在產(chǎn)量研究上，對于甘薯品質(zhì)的影響則少有涉及。本試驗通過研究不同氮肥施用量對鮮食型甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)以及淀粉糊化特性的影響，旨在建立鮮食型甘薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培模式，為鮮食型甘薯生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料選用鮮食型新品種徐薯32(黃肉色，短蔓、深綠葉色，熟食口味佳)、徐紫薯5號(紫肉色，熟食口味佳)2個淮海地區(qū)主栽品種，均由江蘇徐州甘薯研究中心選育和提供。

1.2 試驗設(shè)計

2017-2018 年試驗在江蘇徐州甘薯研究中心試驗田(北緯34°27′，東經(jīng)117°29′)中進(jìn)行，土壤為黃潮土，質(zhì)地沙壤。試驗前土壤的主要養(yǎng)分含量如下：速效鉀111.30 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量13.20 g/kg，全氮1.04 g/kg，堿解氮125.46 mg/kg，有效磷31.70 mg/kg，pH值7.76。試驗以大壟雙行模式移栽，大壟壟距為160 cm，每大壟上兩小壟，小壟間距60 cm，每小區(qū)10 m長，共3個大壟，小區(qū)面積48 m2，每處理3小區(qū)重復(fù)。

試驗以移栽密度、氮肥水平2個重要的因素進(jìn)行裂區(qū)設(shè)計，主處理為氮肥水平(N)，N0：不施氮肥，N1：施純氮150 kg/hm2，N2：施純氮300 kg/hm2。副處理為栽插密度(D)，D1：間距28.6 cm(相當(dāng)于3.5株/m，共43 785株/hm2)，D2：間距25.0 cm(相當(dāng)于4株/m，共50 040株/hm2)，D3：間距22.2 cm(相當(dāng)于4.5株/m，共56 295株/hm2)，D4：間距20.0 cm(相當(dāng)于5株/m，共62 550株/hm2)，D5：間距18.2 cm(相當(dāng)于5.5株/m，共68 805株/hm2)。同時施用P2O575 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，氮肥用尿素、磷肥用過磷酸鈣、鉀肥用硫酸鉀，所有肥料全部一次性基施，其他管理措施統(tǒng)一按常規(guī)栽培要求實施。2017年7月20日栽插，11月1日收獲；2018年7月12日栽插，10月15日收獲。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 甘薯產(chǎn)量 收獲時將整個小區(qū)的薯蔓割下并全部稱質(zhì)量，記錄地上部產(chǎn)量；將小區(qū)內(nèi)塊根全部挖出，稱塊根鮮質(zhì)量，記錄并折算每公頃產(chǎn)量。冠根比(R/T)計算為：R/T=地上部產(chǎn)量/薯塊產(chǎn)量。

1.3.2 甘薯營養(yǎng)品質(zhì) 將薯塊切成均勻的細(xì)絲在80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，計算干物質(zhì)率，然后磨成細(xì)粉用于淀粉、粗蛋白、還原糖和可溶性糖的測定，參照唐忠厚等[10]的方法利用VECTOR22/N 型近紅外分析儀分析(BRUKER Co.，Germany)進(jìn)行測定。

1.3.3 甘薯塊根淀粉糊化特性 采用PERTEN Newport Scientific 儀器公司生產(chǎn)的Tech-master 型RVA( Rapid viscosity analyzer) 快速測定淀粉譜黏滯特性，用TWC(Thermal cycle for windows) 配套軟件分析。稱取樣品量為3.00 g，加蒸餾水25 mL，具體步驟參照陳曉光等[11]的方法。甘薯RVA譜特性用最高黏度(Peak viscosity)、最低黏度(Hot viscosity)、回復(fù)值(Setback)、最終黏度(Cool viscosity)、崩解值(Breakdown value)、糊化溫度(Pasting temp)和消減值(Setback value) 等特征值來表示，單位為cP(Centi-poise) 。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

用Microsoft Excel 2010 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入和計算，數(shù)據(jù)均為3 次重復(fù)平均值。運(yùn)用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析，不同處理間的多重比較采用Duncan′s新復(fù)極差法。本研究主要對2018 年的品質(zhì)和淀粉糊化特性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥密度條件對甘薯產(chǎn)量和地上部產(chǎn)量影響

從不同N水平上看，2017年結(jié)果顯示兩品種薯塊產(chǎn)量總體隨施氮量的增加呈下降趨勢，在N0水平下的平均產(chǎn)量顯著高于N1和N2水平；2018年徐薯32也表現(xiàn)為在N0水平的薯塊產(chǎn)量高于N1和N2水平，而徐紫薯5號則在N2下的薯塊產(chǎn)量最高，但與N0水平差異不顯著(表1)。在不同密度條件下，兩品種在D1條件下的平均薯塊產(chǎn)量均高于其他密度條件，總體上隨密度的增加，薯塊產(chǎn)量呈先下降后上升趨勢，2 a結(jié)果表現(xiàn)一致；其中，徐薯32 2 a均在D3條件下產(chǎn)量最低，而2017年徐紫薯5號平均在D5條件下最低，2018年則平均在D4條件下最低。

兩品種的地上部產(chǎn)量隨施氮量的增加均顯著上升(表2)，在N2水平下最高，2 a表現(xiàn)一致，N1和N2水平下平均較N0分別提高11.04%和22.60%。從密度條件看，總體上隨密度的增加呈先上升后下降趨勢，2017年徐薯32的地上部產(chǎn)量在D5條件下相對較高，但與其他各密度間差異不顯著，而徐紫薯5號在D3條件下最高。2018年結(jié)果顯示兩品種均在D3條件下地上部產(chǎn)量最高，但與其他密度條件差異均不顯著。

表1 不同氮肥密度條件對甘薯薯塊產(chǎn)量的影響

注：同列數(shù)值后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著；*、**.在P<0.05和P<0.01水平差異顯著。表2-5同。

Note: Different small letters indicated significant difference at 0.05 level among treatments;*and**.Significant difference at 0.05 and 0.01 level, respectively. The same as Tab.2-5.

表2 不同氮肥密度條件對甘薯地上部產(chǎn)量的影響

2.2 不同氮肥密度條件對甘薯冠根比(R/T)的影響

2 a結(jié)果顯示，兩品種的R/T均隨著N水平的提高顯著上升，平均在N2水平下最高(除2018年徐紫薯5號外)，N0水平下的R/T均顯著低于N1和N2水平(表3)。從密度條件看，兩品種的R/T均隨著密度的增加呈先上升后下降趨勢，平均在D1條件下最低。徐薯32的R/T 2 a均在D3條件下最高，徐紫薯5號2017年也在D3條件下最高，而2018年平均在D4條件下最高。兩品種在不同N水平和密度條件下R/T的變化趨勢基本上與薯塊產(chǎn)量變化正好相反。

表3 不同氮肥密度條件對甘薯冠根比(R/T)的影響

2.3 不同氮肥密度條件對甘薯品質(zhì)的影響

在甘薯收獲期對薯塊各項品質(zhì)指標(biāo)的測定結(jié)果表明(表4)，2個甘薯品種的干物質(zhì)率均隨施氮量的增加而降低，在N2水平下的淀粉含量顯著低于N0水平。兩品種薯塊在N1和N2水平下的蛋白質(zhì)含量顯著高于N0水平。徐薯32的還原糖和可溶性糖含量在N0水平下最高，而徐紫薯5號的還原糖和可溶性糖含量在N1水平下最高。

兩甘薯品種的干物質(zhì)率和蛋白質(zhì)含量總體隨栽插密度的增加呈先升高后降低的趨勢，均在D2條件下最高。淀粉含量隨密度的增加呈波動變化，徐紫薯5號在D3條件下達(dá)最大值，而徐薯32在D4條件下最高。兩品種的可溶性糖含量則隨密度的增加也呈波動變化，均在D3條件下最低。兩品種的還原糖含量基本隨密度的增加呈下降趨勢。

表4 不同氮肥密度條件對甘薯薯塊營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的影響

2.4 不同氮肥密度條件對甘薯薯塊淀粉糊化特性影響

由表5 可以看出，2個甘薯品種RVA譜的各項特征值在不同N水平間存在差異。隨著施氮量的增加，總體上使兩品種塊根的淀粉最高黏度和崩解值降低，消減值均升高，最高黏度、崩解值和消減值在N0和N2水平下差異顯著；施氮使徐薯32的最終黏度和回復(fù)值也呈下降趨勢，但使徐紫薯5號的最終黏度先下降后上升，回復(fù)值則呈顯著上升趨勢。徐薯32在N2水平下的糊化溫度顯著高于N0和N1水平，而徐紫薯5號的糊化溫度在各N水平間差異不顯著。不同密度條件下，兩品種的各項RVA譜特征值均隨著密度的增加呈波動變化。徐薯32的最高黏度、最低黏度、崩解值和最終黏度值均在D3條件下最大，其次為D1條件，且D3和D1間差異不顯著；回復(fù)值在D5條件下最大。徐紫薯5號的最高黏度、最低黏度、崩解值和最終黏度值均在D2條件下最大，而回復(fù)值、糊化溫度和消減值均在D3條件下最大。以上結(jié)果說明不同氮肥用量和不同密度水平對淀粉RVA 譜特征值的影響因品種的不同而有差異。

表5 不同氮肥密度條件對甘薯薯塊淀粉RVA譜特征值的影響

3 討論與結(jié)論

3.1 氮肥用量、栽插密度與甘薯生物量

莖蔓和塊根的協(xié)調(diào)生長是甘薯取得高產(chǎn)的關(guān)鍵，而氮肥對莖蔓的生長和薯塊的膨大以及兩者的協(xié)調(diào)生長有較大的影響[12]。研究表明，適量施氮可促進(jìn)甘薯地上部快速生長，保障干物質(zhì)生產(chǎn)及其合理分配，從而提高塊根產(chǎn)量[11]。本研究中, 施用氮肥150 kg/hm2(N1)和300 kg/hm2(N2) 時, 甘薯地上部干物質(zhì)量均比N0顯著增加，平均較N0分別提高11.04%和22.60%。寧運(yùn)旺等[13]、高璐陽等[14]的研究結(jié)果均表明，施氮使甘薯的地上部生物量高于不施氮處理，與本研究結(jié)果一致。本試驗中，2017年徐薯32和徐紫薯5號的薯塊產(chǎn)量均隨著施氮量的增加而顯著降低，即N0處理下產(chǎn)量最高，在2018年徐薯32仍有同樣表現(xiàn)，徐紫薯5號在N0水平下薯塊產(chǎn)量也高于N1水平。在其他研究中也有不施氮肥處理下甘薯的鮮薯產(chǎn)量最高，施用氮肥后產(chǎn)量顯著降低的現(xiàn)象，猜測可能與土壤肥力水平較高、品種的耐氮肥性較差等因素有關(guān)[12,15]。有研究表明，每生產(chǎn)1 000 kg 鮮薯大約需要吸收的純N 為5.4 kg[16]，本試驗中的氮肥用量相對較高，并且土壤中氮含量處于中等肥力以上水平，可能造成了施氮過多而降低了鮮薯產(chǎn)量。本研究表明在施氮量最高時，地上部分產(chǎn)量最高，而塊根產(chǎn)量卻較不施氮大幅降低，R/T值比不施氮顯著提高，這可能與甘薯同化物的源庫分配有關(guān)，過量的氮肥施入往往會導(dǎo)致甘薯生長前期的地上部莖葉生長過旺、群體過大，進(jìn)而致使源庫分配失衡，進(jìn)而導(dǎo)致塊根產(chǎn)量下降。

甘薯是以收獲塊根為目的的作物，塊根即為甘薯的“庫”，而合理的栽插密度是提高庫容的前提[17]。本試驗中，2個品種均在栽插密度D1(43 785 株/hm2)條件下薯塊產(chǎn)量達(dá)到最高，增大栽插密度產(chǎn)量均低于D1條件。研究表明，提高栽插密度，增大“庫”容，才能承接更多由地上部合成的光合產(chǎn)物，然而密度過高會使甘薯的根系發(fā)育受到抑制， 薯塊變小，反而不利于提高產(chǎn)量[18-19]。前人研究中關(guān)于栽插密度對甘薯產(chǎn)量影響的結(jié)果也并不一致，不同甘薯品種有不同的適宜扦插密度，在不同的生態(tài)區(qū)、不同土壤肥力水平下均有差別[2,18,20-21]。此外，適宜的栽插密度也可能受到甘薯不同生長特性(如光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)移效率差異)的影響[17,20]。

本研究中，甘薯塊根產(chǎn)量隨著密度增加呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，在密度D3條件下徐薯32的薯塊產(chǎn)量達(dá)最低，徐紫薯5號的薯塊產(chǎn)量也顯著低于D1，而兩品種的R/T值與產(chǎn)量變化剛好相反，均在D3下最高。這表明，隨著密度的增加地上部群體增大，養(yǎng)分消耗過多，使得光合產(chǎn)物向地下部的分配較少。并且，隨著密度的不斷增加，植株間生長郁閉，通風(fēng)透光不良，造成單株分枝數(shù)、蔓長、莖葉干鮮質(zhì)量呈下降趨勢[19]，這在本研究中也有所體現(xiàn)，D4和D5地上部產(chǎn)量均比D3下降，而薯塊產(chǎn)量有所增加，說明地上部與地下部達(dá)到了新的群體平衡；但由于植株對光能的利用及光合同化產(chǎn)物的積累也受到影響， 薯塊產(chǎn)量仍低于D1條件。栽插密度和肥料的合理配合才能實現(xiàn)甘薯的高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)，在本研究中的土壤地力條件下，兩品種均以N0D1(即不施氮肥，密度為43 785株/hm2)條件下可獲得最高薯塊產(chǎn)量。

3.2 氮肥水平、栽插密度與甘薯品質(zhì)和淀粉糊化特性

目前關(guān)于氮肥用量和密度條件對甘薯品質(zhì)影響的研究仍較少。本研究中增施氮肥使兩品種蛋白質(zhì)含量顯著提高，與唐忠厚等[22]的研究結(jié)果一致；而施氮降低了2個甘薯品種的干物質(zhì)率，過量施氮(N2)顯著降低了2個品種的淀粉含量，使徐薯32的還原糖和可溶性糖含量降低，而對徐紫薯5號的影響不大。楊國才等[23]研究表明，過度施用氮肥會對甘薯塊根的干物質(zhì)產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)；陳曉光等[11]研究表明，少量或適量施氮對甘薯塊根的淀粉含量無顯著影響，而過量施氮會顯著降低塊根中的淀粉含量；姚立春等[6]的研究顯示，未施氮處理下的可溶性糖含量高于施氮處理，均與本研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果說明施氮總體上造成鮮食甘薯品質(zhì)的下降，對不同品種的影響有所不同。

本研究中，在栽插密度為D2時兩甘薯品種的干物質(zhì)率達(dá)到最大，栽插密度過大不利于干物質(zhì)積累，與賈趙東等[2]的研究結(jié)論一致。徐薯32和徐紫薯5號均在栽插密度低時蛋白質(zhì)含量較高，這與李秋卓等[24]的研究結(jié)果一致；在密度較低時還原糖含量也較高。在可溶性糖含量方面，2個品種總體上隨密度的增加呈先降低后升高趨勢，均在植株間距D3時最低，這可能也與冠根比較大、群體發(fā)育不平衡密切相關(guān)。薯塊干物質(zhì)率、淀粉、蛋白含量、還原糖和可溶性糖均受施氮量和密度交互作用的極顯著影響，但相較于密度處理，氮肥處理對于甘薯品質(zhì)的影響更為關(guān)鍵，這與史嬋等[21]的研究結(jié)果相一致。

甘薯淀粉的糊化特性直接影響其食味品質(zhì)和加工的難易程度，品種、環(huán)境和栽培條件都會造成淀粉糊化特征譜的差異。在本研究中，施用氮肥使兩品種塊根的淀粉最高黏度、最低黏度和崩解值等特征值降低，而消減值顯著升高，這與葉全寶等[25]在水稻上的研究結(jié)果類似。其原因可能是施氮影響了淀粉合成酶活性，改變了淀粉成分組成，進(jìn)而影響了淀粉糊化特性譜特征值。史春余等[26]的研究表明，高峰黏度、低谷黏度、崩解值、最終黏度和回復(fù)值較高的甘薯塊根其蒸煮食味較好，而周治寶等[27]的研究表明，崩解值越大和消減值越小的稻米其蒸煮食味值越好。這說明，本研究中增施氮肥可能會造成鮮食甘薯蒸煮食味品質(zhì)的下降。本研究中，薯塊淀粉各RVA特征值對密度的響應(yīng)也較為敏感。徐薯32在密度為D3時其最高黏度、最低黏度、崩解值和最終黏度均為最高，而回復(fù)值和消減值相對較低，表明其蒸煮食味品質(zhì)較優(yōu)，同樣徐紫薯5號在密度為D2時其食味品質(zhì)較好。這說明，適宜密植有利于提高鮮食甘薯的蒸煮食味品質(zhì)。施氮量和栽插密度對甘薯淀粉RVA譜的影響存在品種間和特性間的差異，可見優(yōu)質(zhì)鮮食甘薯生產(chǎn)上必須考慮各品質(zhì)指標(biāo)的協(xié)調(diào)關(guān)系，對不同品種應(yīng)采取不同的肥密管理措施；同時，氮肥和密度這2個栽培因素對甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)影響還需進(jìn)一步探索。

綜上所述，在土壤肥力水平較高的條件下，兩品種均在N0D1條件下薯塊產(chǎn)量最高，增施氮肥可顯著增加地上部生物量，但過量氮肥使薯塊產(chǎn)量降低；總體上隨密度的增加，薯塊產(chǎn)量呈先下降后上升趨勢，而地上部生物量和冠根比(R/T)則相反。施氮總體上降低了兩品種的營養(yǎng)品質(zhì)，適當(dāng)增加栽插密度有利于提高薯塊營養(yǎng)品質(zhì)，但密度過大品質(zhì)下降。施氮顯著影響兩品種薯塊淀粉糊化特性，總體上造成蒸煮食味品質(zhì)的下降；適當(dāng)增加密度有利于蒸煮食味品質(zhì)的提高。在實際生產(chǎn)中，可根據(jù)不同的產(chǎn)量和品質(zhì)需求，選擇適當(dāng)?shù)牡视昧亢驮圆迕芏龋瑫r還要考慮土壤肥力因素，減少不必要的化肥使用。