氮水耦合對(duì)甘薯生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響

　　摘要：采取二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，設(shè)置 3 個(gè)灌溉量(0、50、100 mm，記為 W0、W1、W2) 和 4 個(gè)施氮量(0、90、180、300 kg /hm2，記為 N0、N1、N2、N3)，研究不同氮水條件對(duì)甘薯葉面積指數(shù)、干質(zhì)量、產(chǎn)量及水肥利用率的影響，以期為甘薯生產(chǎn)中水肥調(diào)控措施的選擇提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，各生育時(shí)期甘薯葉面積指數(shù)、地上部干質(zhì)量、總干質(zhì)量均隨著灌溉量和施氮量的增加而增加。各生育時(shí)期甘薯塊根干質(zhì)量、單株結(jié)薯數(shù)和單個(gè)薯塊平均質(zhì)量、產(chǎn)量均隨著灌溉量的增加而增加，隨著施氮量的增加先增加后降低，以 W2N2 處理最優(yōu)，其產(chǎn)量達(dá) 48 828.30 kg/hm2，顯著高于其他氮水處理。甘薯水分利用效率隨著灌溉量的增加后降低，隨著施氮量的增加先增加后降低，以 N2 處理最高。氮肥農(nóng)學(xué)利用率隨著灌溉量的增加先增加后趨于平穩(wěn)，W1 和 W2 處理均較高，兩者差異不顯著;隨著施氮量的增加而降低。綜合考慮，甘薯最佳氮水處理為施氮 180 kg/hm2，灌溉量 100 mm。

　　關(guān)鍵詞：甘薯;氮水耦合;葉面積指數(shù);干物質(zhì)積累;產(chǎn)量

　　權(quán)寶全; 任杰成; 趙吉平; 郭鵬燕; 許瑛河南農(nóng)業(yè)科學(xué)2021-12-11

　　甘薯是一種多用途的農(nóng)作物，因其特有的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和營(yíng)養(yǎng)保健作用而日益受到重視。目前，我國(guó)甘薯種植面積和產(chǎn)量均居世界首位[1]。規(guī)范栽培管理、合理調(diào)控水肥是甘薯獲得高產(chǎn)的重要途徑。氮、水是作物獲得高產(chǎn)的必備因素，通過(guò)氮水調(diào)節(jié)，能顯著影響作物的產(chǎn)量[2-3]。張明生等[4]研究發(fā)現(xiàn)，水分脅迫程度越大，甘薯塊根質(zhì)量越低。肖利貞等[5]研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫會(huì)使甘薯幼苗的成活率下降，且隨脅迫持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)下降程度越大，莖葉等地上部生長(zhǎng)明顯減慢。張靜等[6]研究發(fā)現(xiàn)，干旱(水分)脅迫影響了甘薯塊根中可溶性糖(蔗糖)/淀粉的平衡調(diào)節(jié)能力，使蔗糖轉(zhuǎn)化為淀粉的生理過(guò)程受到抑制，顯著降低塊根淀粉累積量和產(chǎn)量。PARDALE 等[7] 研究發(fā)現(xiàn)，任何時(shí)期的干旱脅迫均能使甘薯根長(zhǎng)、表面積和體積減少，而這些指標(biāo)決定了甘薯對(duì)土壤中水分和養(yǎng)分的吸收，從而影響產(chǎn)量的形成。范建芝等[8]研究發(fā)現(xiàn)，隨著氮肥施用量的增加，甘薯產(chǎn)量先增后減，在產(chǎn)量峰值時(shí)，氮肥利用率最高。高璐陽(yáng)等[9]研究發(fā)現(xiàn)，適量增施氮肥可增加單株結(jié)薯數(shù)量、單株薯質(zhì)量、商品薯率，提高肥料利用效率。目前，關(guān)于甘薯的研究主要集中在氮或水單一因素的影響方面，而氮水耦合對(duì)甘薯的影響研究較少，李長(zhǎng)志等[10]采用盆栽試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)旱后供水、供水+氮均對(duì)甘薯前期干旱脅迫具有顯著的緩解效應(yīng);旱后供水、供水+氮處理可顯著促進(jìn)甘薯的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與干物質(zhì)積累，旱后供水+氮處理的效應(yīng)高于旱后供水處理;旱后供水+氮處理可顯著提高甘薯莖葉的含氮量，與正常供水處理相比，甘薯產(chǎn)量?jī)H減產(chǎn) 2.7%，差異不顯著，旱后供水+氮處理更有利于甘薯緩解干旱脅迫，但該試驗(yàn)中施氮量和供水沒(méi)有設(shè)置梯度，且僅僅研究干旱后水肥對(duì)甘薯生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響。目前，對(duì)于正常條件下，甘薯的最佳水肥組合研究尚未見(jiàn)報(bào)道。為此，研究不同施氮量與不同灌水量組合對(duì)甘薯生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、水分利用率的影響，以期為甘薯生產(chǎn)中水肥調(diào)控措施的選擇提供理論依據(jù)。

　　1 材料和方法 1.1 試驗(yàn)地概況和試驗(yàn)材料

　　試驗(yàn)在山西省汾陽(yáng)市劉老大甘薯專業(yè)合作社試驗(yàn)田進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤為砂壤土，含有機(jī)質(zhì) 13.7 g/kg、堿解氮 74.0 mg/kg、速效磷 31.7 mg/kg、速效鉀 110.6 mg/kg，pH 值為 8.12。供試甘薯品種為汾甘薯3號(hào)，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)作物研究所提供。

　　1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　試驗(yàn)采用灌溉量(W)和施氮量(N)雙因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，其中，灌溉量設(shè)3個(gè)水平，分別為基本灌溉量500 m3 /hm2(50 mm+0 mm，W0)、基本灌溉量+500 m3 /hm2(50 mm+50 mm，W1，較低)和基本灌溉量+1 000 m3 /hm2(50 mm+100 mm，W2，較高);施氮(N)量設(shè)4個(gè)水平，分別為不施氮肥(N0)、90 kg/hm2 (N1,低)、180 kg/hm2 (N2，中)和300 kg/hm2 (N3，高)，共12個(gè)處理。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)區(qū)：灌溉區(qū)W0、W1和W2，各含4個(gè)施氮量處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)鋪設(shè)滴灌帶，甘薯移栽當(dāng)日灌溉達(dá)基本灌溉量水平。各處理在各區(qū)內(nèi)隨機(jī)排列。各區(qū)分別接水表進(jìn)行灌溉計(jì)量。磷肥和鉀肥用量分別為 P2O5 120 kg /hm2、K2O 90 kg /hm2，所有肥料全部作基肥施用。栽植行距80 cm、株距20 cm，密度為60 000株/hm2，小區(qū)面積為20 m2，單株栽苗，試驗(yàn)地周圍設(shè)置保護(hù)行。2020年5月7日栽植，7月24日進(jìn)行灌溉處理，9月30日收獲。

　　1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法 1.3.1 葉面積指數(shù)

　　于栽植后30 d、60 d、90 d、120 d和145 d(收獲期)，每個(gè)處理隨機(jī)連續(xù)取5株，采用長(zhǎng)寬系數(shù)法測(cè)定葉面積，葉面積(cm2)=長(zhǎng)×寬，然后依據(jù)種植密度，計(jì)算葉面積指數(shù)，葉面積指數(shù)(LAI)=單株葉面積×0.6(經(jīng)驗(yàn)系數(shù))× 密度(株數(shù)/hm2)/10 000[11]。

　　1.3.2 干物質(zhì)積累量

　　于栽植后 30 d、60 d、90 d、120 d 和 145 d(收獲期)，在每個(gè)處理隨機(jī)連續(xù)取 5 株，采集地上部莖葉與地下部薯塊樣品，在 60 ℃下烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定干質(zhì)量。

　　1.3.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

　　收獲時(shí)，將測(cè)產(chǎn)區(qū)內(nèi)的塊根全部挖出，然后以小區(qū)為單位稱塊根鮮質(zhì)量，調(diào)查單株結(jié)薯數(shù)、單個(gè)薯塊平均質(zhì)量和鮮薯產(chǎn)量(≥20 g 薯塊計(jì)入產(chǎn)量)。

　　1.3.4 水、氮利用效率

　　水分利用率=產(chǎn)量/耗水量(不考慮自然降雨量);氮肥農(nóng)學(xué)利用率=(施氮處理的產(chǎn)量-不施氮處理的產(chǎn)量)/施氮量。

　　1.4 數(shù)據(jù)分析

　　采用 Excel 2003 和 SPSS 17.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

　　2 結(jié)果與分析 2.1 氮水耦合對(duì)甘薯葉面積指數(shù)的影響

　　由表 1 可以看出，在甘薯栽植后 60 d 內(nèi)，灌溉量對(duì)甘薯葉面積指數(shù)無(wú)顯著影響;在甘薯栽植后 90～145 d，灌溉量對(duì)甘薯葉面積指數(shù)的影響均達(dá)到極顯著水平，各生育時(shí)期葉面積指數(shù)均隨灌溉量的增加而增加，以 W2 處理最高，分別為 3.57、4.69 和 4.23。施氮量對(duì)甘薯葉面積指數(shù)的影響達(dá)到極顯著水平，且隨著施氮量的增加甘薯各生育時(shí)期的葉面積指數(shù)均增加，以 N3 處理最高，分別為 0.91、2.37、3.48、4.64、4.24。施氮量和灌溉量互作對(duì)甘薯葉面積指數(shù)的影響達(dá)到極顯著水平。在甘薯栽植后 30 d 時(shí)，各灌溉量條件下，N2 和 N3 處理的葉面積指數(shù)均無(wú)顯著差異，且顯著高于 N0 和 N1 處理，以 W0N3、W1N3、W2N3 處理較高，三者間無(wú)顯著差異;在甘薯栽植后 60 d 時(shí)，葉面積指數(shù)也以 W0N3、W1N3、W2N3 處理較高，三者間無(wú)顯著差異;在甘薯栽植后 60～145 時(shí)，W2N3 處理的葉面積指數(shù)均最高，分別為 3.90、5.12、4.74，顯著高于其他處理，W2N2 和 W1N3 處理次之，分別為 3.67、4.94、4.29 和 3.55、4.49、4.13。

　　2.2 氮水耦合對(duì)甘薯干物質(zhì)積累量的影響 2.2.1 地上部干質(zhì)量

　　從表 2 可以看出，在甘薯栽植后 60 d 內(nèi)，灌溉量對(duì)甘薯地上部干質(zhì)量無(wú)顯著影響;在甘薯栽植后 90～145 d，灌溉量對(duì)甘薯地上部干質(zhì)量的影響均達(dá)到極顯著水平，各生育時(shí)期地上部干質(zhì)量均隨灌溉量的增加而增加，以 W2 處理最高。施氮量對(duì)甘薯各生育時(shí)期地上部干質(zhì)量的影響均達(dá)到極顯著水平，各時(shí)期地上部干質(zhì)量總體上均隨施氮量的增加而增加。在甘薯栽植后 60～145 d，灌溉量和施氮量互作對(duì)甘地上部干質(zhì)量的影響達(dá)到顯著或極顯著水平，總體上各個(gè)生育時(shí)期 W2N3 處理地上部干質(zhì)量均最高，分別為 195.30、267.10、266.54g，顯著高于其他處理，W1N3、W2N2 處理次之。

　　2.2.2 塊根干質(zhì)量

　　由表 3 可以看出，在甘薯栽植后 60 d 內(nèi)，灌溉量對(duì)甘薯塊根干質(zhì)量無(wú)顯著影響;在甘薯栽植后 90～145 d，灌溉量對(duì)甘薯塊干質(zhì)量的影響均達(dá)到極顯著水平，各生育時(shí)期塊根干質(zhì)量均隨灌溉量的增加而增加，以 W2 處理最高。在甘薯栽植后 60～145 d，施氮量對(duì)甘薯塊根干質(zhì)量的影響均達(dá)到極顯著水平。栽植后 60 d，塊根干質(zhì)量隨施氮量的增加而增加;栽植后 90～145 d，塊根干質(zhì)量隨施氮量的增加先增加后降低，以 N2 處理最高，顯著高于其他處理。栽植后 60 d 內(nèi)，灌溉量和施氮量互作對(duì)塊根干質(zhì)量的影響不顯著;栽植后 90～145 d，灌溉量和施氮量互作對(duì)塊根干質(zhì)量的影響達(dá)到顯著或極顯著水平，均以 W2N2 處理最高，顯著高于其他處理，分別為 80.38、143.46、240.47 g/株，W2N1 處理次之。

　　2.2.3 總干質(zhì)量

　　由表 4 可見(jiàn)，在甘薯栽植后 30 d，灌溉量對(duì)甘薯總干質(zhì)量無(wú)顯著影響;栽植后 60～145 d，灌溉量對(duì)甘薯總干質(zhì)量的影響達(dá)到顯著或極顯著水平，且甘薯總干質(zhì)量隨灌溉量的增加而增加，以 W2 處理最高。各生育時(shí)期，施氮量對(duì)甘薯總干質(zhì)量的影響均達(dá)到極顯著水平，且不同施氮量處理甘薯總干質(zhì)量均隨施氮量的增加而增加，以 N3 處理最高，成熟期(移栽后 145 d)時(shí)， N3 處理為 389.24 g/株，N2 處理次之，為 387.02 g/株，兩者之間差異不顯著，但均顯著高于 N1 和 N0 處理。甘薯栽植后 90～145 d，灌溉量和施氮量互作對(duì)甘薯總干質(zhì)量的影響均達(dá)到極顯著水平，以 W2N3 處理甘薯總干質(zhì)量最高，分別為 266.67、382.29、472.81 g/株，顯著高于其他處理，W2N2 處理次之。

　　2.3 氮水耦合對(duì)甘薯產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

　　由表 5 可以看出，灌溉量和施氮量對(duì)甘薯的單株結(jié)薯數(shù)、單個(gè)薯塊平均質(zhì)量和產(chǎn)量的影響均達(dá)到極顯著水平，3 個(gè)指標(biāo)均隨灌溉量的增加而增加，隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，以 N2 處理最高。灌溉量和施氮量互作對(duì)甘薯單株結(jié)薯數(shù)和單個(gè)薯塊平均質(zhì)量的影響均達(dá)到極顯著影響，但對(duì)甘薯產(chǎn)量的影響不顯著。W2N3 處理單株結(jié)薯數(shù)最多，為 6.31 個(gè)，W2N2、 W1N1 處理次之，分別為 6.26、6.03 個(gè)，三者之間無(wú)顯著差異;W2N2 處理單個(gè)薯塊平均質(zhì)量最大，為 130.34 g，其次為 W1N2、W2N1 處理，分別為 125.22、125.17 g，三者之間無(wú)顯著差異;W2N2 處理產(chǎn)量最高，為 48 828.30 kg/hm2，顯著高于其他處理，這主要是因?yàn)?W2N2 處理單株結(jié)薯數(shù)和單個(gè)薯塊平均質(zhì)量均較高。

　　2.4 氮水耦合對(duì)甘薯氮水、氮利用效率的影響

　　如表 6 所示，灌溉量對(duì)甘薯水分利用率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率的影響達(dá)到極顯著水平，隨灌溉量的增加水分利用率顯著降低。W1 處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用率最大，為 35.04 kg/kg，W2 處理次之，為 34.60 kg/kg，且兩者之間無(wú)顯著差異，但均顯著高于 W0 處理。施氮量對(duì)甘薯水分利用率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率的影響均達(dá)到極顯著水平，隨施氮量增加，水分利用率先增加后降低，以 N2 處理最高;氮肥農(nóng)學(xué)利用率隨施氮量增加逐漸降低，以 N1 處理最大，為 44.50 kg/kg，N2 處理次之，為 42.43 kg/kg，兩者之間無(wú)顯著差異，但均顯著高于 N3 處理。灌溉量和施氮量互作對(duì)甘薯水分利用率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率的影響均不顯著，以 W0N2 處理水分利用率最高，為 66.11 kg/m3 ;W1N2、W2N1、W2N2、W1N1 處理氮肥農(nóng)學(xué)利用率無(wú)顯著差異，但均顯著高于其他處理。

　　3 結(jié)論與討論

　　研究表明，適宜的施氮量和灌溉量可以協(xié)同提高作物產(chǎn)量[12-14]。灌溉定額的適度增加，可以促進(jìn)土壤中氮素的流動(dòng)及轉(zhuǎn)換;適宜的氮肥施入土壤，能夠補(bǔ)充水分虧缺對(duì)作物生長(zhǎng)所產(chǎn)生的影響[15]。本研究結(jié)果表明，氮水耦合對(duì)甘薯的生長(zhǎng)也具有顯著的協(xié)同作用，適宜的灌溉量可以有效發(fā)揮氮肥的肥效，顯著提高甘薯葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量;而合理的氮肥用量可以提高甘薯水分利用率，從而提高甘薯產(chǎn)量。氮肥利用率與灌溉量密切相關(guān)[16]。本研究結(jié)果表明，在適宜的灌溉量下，氮肥能起到明顯的增產(chǎn)效果，而過(guò)量的氮肥可能造成減產(chǎn) ，低灌溉量的 W1N1、W1N2 和 W1N3 處理甘薯產(chǎn)量均顯著高于 W1N0 處理，而 W1N3 處理產(chǎn)量顯著低于 W1N2 處理，也低于 W1N1 處理;高灌溉量的 W2N1、W2N2 和 W2N3 處理甘薯產(chǎn)量表現(xiàn)為 W2N2>W2N1>W2N3,差異顯著，且均高于 W2N0 處理，這與尚文彬[17]研究結(jié)果一致。

　　作物產(chǎn)量主要來(lái)源于葉片的光合作用[18-19]。光合勢(shì)是衡量群體綠色光合面積與光能截獲時(shí)間的指標(biāo)，并與植株干質(zhì)量密切相關(guān)[20]。研究表明，灌溉和氮肥都可改善作物葉片光合作用，提高產(chǎn)量[21-23]。本試研究發(fā)現(xiàn)，適宜的灌溉量和施氮量組合(W2N2 處理)顯著提高甘薯的葉面積指數(shù)，增加了各生育時(shí)期干質(zhì)量(尤其是后期塊根干質(zhì)量)，促使單株結(jié)薯數(shù)增多，單個(gè)薯塊平均質(zhì)量增大，達(dá)到增產(chǎn)的效果。W2N3 處理，雖然葉面積指數(shù)和地上部干質(zhì)量都較高，但高水肥導(dǎo)致甘薯植株旺長(zhǎng)，干物質(zhì)向地上部分配較多，單株結(jié)薯數(shù)減少，單個(gè)薯塊平均質(zhì)量降低，從而產(chǎn)量下降。這與前人[24-26]研究結(jié)果一致，這可能就是導(dǎo)致灌溉量和施氮量互作對(duì)甘薯產(chǎn)量影響不顯著的原因。