氮素营养对马铃薯产量形成特性及品质的影响

刘 云，吴金全，严 琦，梁志奇，石铭福，秦舒浩

（甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州 730070）

马铃薯（Solanum tuberosumL.）属茄科茄属草本植物，是重要的粮菜饲兼用作物[1]。马铃薯产业在保障我国粮食安全、保护生态环境、促进农民增收、消除贫困等方面发挥着重要作用[2-5]。

近年来随着马铃薯种植面积的增加，人们已意识到马铃薯在农业生产中的重要性。马铃薯的产量和品质受到品种遗传特性、栽培环境条件和栽培技术等多种因素的共同影响，合理施肥是其中重要的影响因子之一。而氮肥作为最重要的肥料之一，其合理供给及高效利用是马铃薯高产、稳产且品质优良的重要保障[6-7]。甘肃省马铃薯在生产过程中氮肥管理粗放，缺乏系统的研究和理论指导，导致马铃薯产量低、品质差。有研究表明，肥料施用不合理，作物品种的产量优势就不能充分发挥[8]，如何合理施用氮肥提高马铃薯的产量和品质，是生产中亟待解决的问题。本试验旨在确定旱作马铃薯适宜的氮素施用量，改善马铃薯产量形成特性和品质，为西北地区马铃薯科学施用氮肥提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2016年4—11月在甘肃农业大学园艺学院试验站进行，供试马铃薯品种为青海省农林科学院选育的“青薯9号”。试验采用盆栽，用盆规格为高30 cm、内径30 cm。供试基质由V（珍珠岩）︰V（蛭石）=1︰4配制而成，装盆前使用多菌灵消毒。试验所用氮肥为尿素（总氮≥46.67%），马铃薯生长过程中浇灌的营养液根据Hoagland's标准配方配制。

1.2 试验设计

试验为单因素氮素试验，设5个施氮水平（T1～T5，纯氮），分别为110、190、270、350、430 kg/hm2，每个处理10盆，每平方米5.40株（53 973.01株/hm2）。氮素分别在马铃薯幼苗期、块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期施入，具体氮素施用量见表1。

将基质填充于塑料盆内，盆中基质厚度为22 cm，播种前2 d浇透水。于2016年5月16日进行播种，选择大小相近的健康种薯播种，每盆播1粒，播种深度10 cm，马铃薯出苗后每7 d浇灌1次营养液（每次1 000 mL）。出苗后统一进行相关指标的测定。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 产量形成特性指标测定

分别在马铃薯块茎膨大期（7月25日）和淀粉积累期（8月10日）取马铃薯块茎，将其切成薄片，105 ℃下杀青15 min，80 ℃烘至恒重，测定其干物质积累量[9]；在苗期（5月26日）、块茎形成期（6月24日）、块茎膨大期（7月25日）、淀粉积累期（8月10日）和成熟期（9月16日）测定根冠比；在成熟期测量各单株块茎鲜质量，记录个数，测定马铃薯产量。

1.3.2 品质指标测定

于成熟期测定各品质指标。淀粉含量采用碘比色法测定[10]，VC含量采用紫外分光光度法测定[11-12]，可溶性蛋白含量采考马斯亮蓝G-250法测定[13]，有机酸含量采用酸碱中和滴定法测定[14]。

表1 各处理施氮量统计 kg/hm2

1.4 数据分析

采用Excel 2010和SPSS 19.0软件进行数据处理统计、分析及图表制作，采用Duncan新复极差法进行多重比较，当P＜0.05时视为差异显著。

2 结果与分析

2.1 氮素对马铃薯产量形成特性的影响

2.1.1 氮素对马铃薯干物质积累量的影响

图1表明，不同施氮水平下，淀粉积累期马铃薯干物质含量均高于块茎膨大期，分别高118.70%、47.35%、27.29%、54.52%和38.15%，说明随着生育期的延长，干物质积累迅速。其中处理T2对干物质含量的影响显著，在块茎膨大期和淀粉积累期分别达到14.55、21.44 g/株，显著高于其他处理。

2.1.2 氮素对马铃薯根冠比的影响

由图2得，马铃薯植株根冠比随着生育期的延长而增加，在块茎成熟期达到最大值，且该时期平均根冠比分别是苗期、块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期的13.52、7.65、3.45和1.50倍。在整个生育期内，处理T2和T3根冠比高于处理T1、T4、T5，并且在块茎膨大期到块茎成熟期内处理T2和T3与其他处理差异显著，T2处理根冠比表现最佳。

2.1.3 氮素对马铃薯产量的影响

图1 氮素对马铃薯干物质的影响

如图3所示，当施氮量超过190 kg/hm2时，马铃薯产量显著降低，T2处理马铃薯产量最高为453.45 g/株，T5处理产量最低，仅为98.44 g/株。通过回归分析拟合出的氮素用量及相应产量的一元二次回归方程为y=-0.006 4x2+2.641 8x+ 115.6（R2=0.887 2**），得出施氮量为206.39 kg/hm2时马铃薯块茎单株产量最大为388.22 g，与实际测定的最佳施氮量表现相近。

2.2 氮素对马铃薯品质的影响

如表2所示，不同施氮量下，马铃薯淀粉和VC含量分别为5.29%～16.92%和4.50～6.74 µg/g，并且均在T2处理下达到最大值，为16.92%和6.74 µg/g，显著高于其他处理，分别比处理T1、T3、T4和T5高出64.27%、11.17%、151.41%、219.85%；28.14%、9.77%、32.68%、49.78%。蛋白质含量随施氮量的增加而持续上升，当施氮量达到350～430 kg/hm2时，蛋白质含量趋于稳定。有机酸含量随施氮量的增加呈现先升后降的趋势，当施氮量超过350 kg/hm2后，有机酸含量下降，其中T3和T4处理有机酸含量显著高于其他处理，分别为0.021%和0.022%。

图2 氮素对马铃薯根冠比的影响

图3 氮素对马铃薯产量的影响

表2 不同施氮量下马铃薯块茎品质指标

3 讨论与结论

干物质积累量是马铃薯产量形成的物质基础[15]，提高块茎干物质积累量是增加产量的有效途径。田洵[16]研究表明，在适当范围内增加施氮量可有效促进块茎中干物质的积累，但施氮量过高则会导致植株徒长，影响干物质向块茎的转移，从而影响块茎中干物质的积累。周攒义等[17]研究表明，施氮可以促进马铃薯的生长发育，增加各时期马铃薯的干物质，其中薯块膨大期和淀粉积累期增加质量较快，在淀粉积累期至收获期主要增加薯块的质量。本研究表明，随着马铃薯生育期的进行，块茎中干物质含量呈现上升趋势，同一生育期内，块茎干物质积累量随施氮量的增加呈先增后减的趋势，当施氮量在190 kg/hm2时，块茎干物质积累量最大，但当施氮量超过190 kg/hm2时，干物质含量下降，这可能因为氮肥施用过量，虽能够使地上部茎叶生长更加旺盛，但由于生长中心不能适时转移，因此并不能有效促进块茎的生长[18]，说明适量施用氮肥有利于马铃薯干物质的积累。在本研究中，整个生育期内根冠比逐渐升高，并在块茎成熟期达到最大。同一时期内，根冠比随着施氮量的增加而呈现先增加后下降的趋势，这与何万春[19]的研究结果一致，即旱地马铃薯整株、块茎、根冠比以及收获指数的变化趋势一致，都随着施肥量的增加呈单峰趋势变化。氮素浓度较低时，首先满足根的生长，到冠部的氮素较少，使根冠比增大；随着氮素的增加，大部分氮素与光合产物供应枝叶生长，供应根部的减少，导致根冠比下降。当施氮量在190 kg/hm2时，根冠比最大，说明此处理根系较发达，有利于马铃薯植株对水分和矿质营养的吸收，进而提高光合作用，积累干物质，增加产量，适宜的氮素对提高根冠比具有较好的效果。

马铃薯的产量随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，合理增施氮肥可提高马铃薯的产量，过量施氮会使马铃薯产量降低[20-23]，这与本试验结果基本一致。施氮量为190 kg/hm2时，马铃薯产量高于其他各处理，通过回归分析拟合出的施氮量及相应产量的一元二次回归方程为y=-0.006 4x2+2.641 8x+115.6（R2=0.887 2**），得出施氮量为206.39 kg/hm2时马铃薯块茎单株产量最大为388.22 g/株，与实际测定的最佳施氮量相近。Ruža[24]研究表明，施氮量达到120 kg/hm2时达到马铃薯产量达到最大。李梦龙等[25]研究表明，水浇地条件下马铃薯的经济最佳施氮量和最高产量施氮量分别180.99 kg/hm2和231.07 kg/hm2。修凤英等[26]研究表明，施氮量为210 kg/hm2时，马铃薯产量最高。与本试验结果得出最高产量施氮量不完全一致，这可能是因为不同品种马铃薯生长特性及栽培条件等方面存在差异。

本试验结果表明，马铃薯淀粉含量和VC含量随施氮量的增加均呈先增加后降低的趋势，施氮量为190 kg/hm2时，马铃薯淀粉含量和VC含量显著高于其他各处理，而施氮过量会降低淀粉和VC的含量，这可能是因为施用过量氮肥会导致马铃薯同化产物向块茎的转运和累积受阻，使块茎干物质含量降低[27]，且高氮水平会抑制可溶性淀粉合成酶的作用[28]。可见，适量施用氮肥可以提高马铃薯块茎淀粉含量和VC含量，但施氮过量对马铃薯块茎的淀粉和VC含量负效应显著。本试验结果显示块茎蛋白质含量随着施氮量的增加呈递增趋势，与宋娜等[29]研究结果相符。因此，为提高单位面积马铃薯蛋白质含量，应适量增施氮肥。此外，马铃薯有机酸含量随施氮量的增加呈先增后降的趋势，在施氮量为270 kg/hm2和350 kg/hm2时块茎有机酸含量较高，其变化趋势可能与较高氮水平下马铃薯氮代谢旺盛有关，收获含有机酸量较低的马铃薯需要控制施氮量。

综合氮素用量与马铃薯干物质积累量、根冠比、产量及各品质间的关系，得出本试验条件下马铃薯适宜的氮素施用量为190～206.39 kg/hm2。

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