氮水耦合對甘薯生長發育及產量的影響

　　摘要：采取二因素裂區設計，設置 3 個灌溉量(0、50、100 mm，記為 W0、W1、W2) 和 4 個施氮量(0、90、180、300 kg /hm2，記為 N0、N1、N2、N3)，研究不同氮水條件對甘薯葉面積指數、干質量、產量及水肥利用率的影響，以期為甘薯生產中水肥調控措施的選擇提供理論依據。結果表明，各生育時期甘薯葉面積指數、地上部干質量、總干質量均隨著灌溉量和施氮量的增加而增加。各生育時期甘薯塊根干質量、單株結薯數和單個薯塊平均質量、產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，其產量達 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。氮肥農學利用率隨著灌溉量的增加先增加后趨于平穩，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。

　　關鍵詞：甘薯;氮水耦合;葉面積指數;干物質積累;產量

　　權寶全; 任杰成; 趙吉平; 郭鵬燕; 許瑛河南農業科學2021-12-11

　　甘薯是一種多用途的農作物，因其特有的經濟價值和營養保健作用而日益受到重視。目前，我國甘薯種植面積和產量均居世界首位[1]。規范栽培管理、合理調控水肥是甘薯獲得高產的重要途徑。氮、水是作物獲得高產的必備因素，通過氮水調節，能顯著影響作物的產量[2-3]。張明生等[4]研究發現，水分脅迫程度越大，甘薯塊根質量越低。肖利貞等[5]研究發現，干旱脅迫會使甘薯幼苗的成活率下降，且隨脅迫持續時間增長下降程度越大，莖葉等地上部生長明顯減慢。張靜等[6]研究發現，干旱(水分)脅迫影響了甘薯塊根中可溶性糖(蔗糖)/淀粉的平衡調節能力，使蔗糖轉化為淀粉的生理過程受到抑制，顯著降低塊根淀粉累積量和產量。PARDALE 等[7] 研究發現，任何時期的干旱脅迫均能使甘薯根長、表面積和體積減少，而這些指標決定了甘薯對土壤中水分和養分的吸收，從而影響產量的形成。范建芝等[8]研究發現，隨著氮肥施用量的增加，甘薯產量先增后減，在產量峰值時，氮肥利用率最高。高璐陽等[9]研究發現，適量增施氮肥可增加單株結薯數量、單株薯質量、商品薯率，提高肥料利用效率。目前，關于甘薯的研究主要集中在氮或水單一因素的影響方面，而氮水耦合對甘薯的影響研究較少，李長志等[10]采用盆栽試驗研究發現旱后供水、供水+氮均對甘薯前期干旱脅迫具有顯著的緩解效應;旱后供水、供水+氮處理可顯著促進甘薯的營養生長與干物質積累，旱后供水+氮處理的效應高于旱后供水處理;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，甘薯產量僅減產 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，但該試驗中施氮量和供水沒有設置梯度，且僅僅研究干旱后水肥對甘薯生長及產量的影響。目前，對于正常條件下，甘薯的最佳水肥組合研究尚未見報道。為此，研究不同施氮量與不同灌水量組合對甘薯生長發育、產量、氮肥農學利用率、水分利用率的影響，以期為甘薯生產中水肥調控措施的選擇提供理論依據。

　　1 材料和方法 1.1 試驗地概況和試驗材料

　　試驗在山西省汾陽市劉老大甘薯專業合作社試驗田進行。試驗地土壤為砂壤土，含有機質 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，由山西農業大學經濟作物研究所提供。

　　1.2 試驗設計

　　試驗采用灌溉量(W)和施氮量(N)雙因素裂區設計，其中，灌溉量設3個水平，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4個水平，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個處理。試驗設3個區：灌溉區W0、W1和W2，各含4個施氮量處理，每個處理3次重復，每個小區鋪設滴灌帶，甘薯移栽當日灌溉達基本灌溉量水平。各處理在各區內隨機排列。各區分別接水表進行灌溉計量。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，小區面積為20 m2，單株栽苗，試驗地周圍設置保護行。2020年5月7日栽植，7月24日進行灌溉處理，9月30日收獲。

　　1.3 測定項目及方法 1.3.1 葉面積指數

　　于栽植后30 d、60 d、90 d、120 d和145 d(收獲期)，每個處理隨機連續取5株，采用長寬系數法測定葉面積，葉面積(cm2)=長×寬，然后依據種植密度，計算葉面積指數，葉面積指數(LAI)=單株葉面積×0.6(經驗系數)× 密度(株數/hm2)/10 000[11]。

　　1.3.2 干物質積累量

　　于栽植后 30 d、60 d、90 d、120 d 和 145 d(收獲期)，在每個處理隨機連續取 5 株，采集地上部莖葉與地下部薯塊樣品，在 60 ℃下烘干至恒質量，測定干質量。

　　1.3.3 產量及其構成因素

　　收獲時，將測產區內的塊根全部挖出，然后以小區為單位稱塊根鮮質量，調查單株結薯數、單個薯塊平均質量和鮮薯產量(≥20 g 薯塊計入產量)。

　　1.3.4 水、氮利用效率

　　水分利用率=產量/耗水量(不考慮自然降雨量);氮肥農學利用率=(施氮處理的產量-不施氮處理的產量)/施氮量。

　　1.4 數據分析

　　采用 Excel 2003 和 SPSS 17.0 進行數據處理和統計分析。

　　2 結果與分析 2.1 氮水耦合對甘薯葉面積指數的影響

　　由表 1 可以看出，在甘薯栽植后 60 d 內，灌溉量對甘薯葉面積指數無顯著影響;在甘薯栽植后 90～145 d，灌溉量對甘薯葉面積指數的影響均達到極顯著水平，各生育時期葉面積指數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。施氮量對甘薯葉面積指數的影響達到極顯著水平，且隨著施氮量的增加甘薯各生育時期的葉面積指數均增加，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甘薯葉面積指數的影響達到極顯著水平。在甘薯栽植后 30 d 時，各灌溉量條件下，N2 和 N3 處理的葉面積指數均無顯著差異，且顯著高于 N0 和 N1 處理，以 W0N3、W1N3、W2N3 處理較高，三者間無顯著差異;在甘薯栽植后 60 d 時，葉面積指數也以 W0N3、W1N3、W2N3 處理較高，三者間無顯著差異;在甘薯栽植后 60～145 時，W2N3 處理的葉面積指數均最高，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 氮水耦合對甘薯干物質積累量的影響 2.2.1 地上部干質量

　　從表 2 可以看出，在甘薯栽植后 60 d 內，灌溉量對甘薯地上部干質量無顯著影響;在甘薯栽植后 90～145 d，灌溉量對甘薯地上部干質量的影響均達到極顯著水平，各生育時期地上部干質量均隨灌溉量的增加而增加，以 W2 處理最高。施氮量對甘薯各生育時期地上部干質量的影響均達到極顯著水平，各時期地上部干質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甘地上部干質量的影響達到顯著或極顯著水平，總體上各個生育時期 W2N3 處理地上部干質量均最高，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 塊根干質量

　　由表 3 可以看出，在甘薯栽植后 60 d 內，灌溉量對甘薯塊根干質量無顯著影響;在甘薯栽植后 90～145 d，灌溉量對甘薯塊干質量的影響均達到極顯著水平，各生育時期塊根干質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，施氮量對甘薯塊根干質量的影響均達到極顯著水平。栽植后 60 d，塊根干質量隨施氮量的增加而增加;栽植后 90～145 d，塊根干質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，灌溉量和施氮量互作對塊根干質量的影響不顯著;栽植后 90～145 d，灌溉量和施氮量互作對塊根干質量的影響達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 總干質量

　　由表 4 可見，在甘薯栽植后 30 d，灌溉量對甘薯總干質量無顯著影響;栽植后 60～145 d，灌溉量對甘薯總干質量的影響達到顯著或極顯著水平，且甘薯總干質量隨灌溉量的增加而增加，以 W2 處理最高。各生育時期，施氮量對甘薯總干質量的影響均達到極顯著水平，且不同施氮量處理甘薯總干質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， 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甘薯總干質量的影響均達到極顯著水平，以 W2N3 處理甘薯總干質量最高，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 氮水耦合對甘薯產量及其構成因素的影響

　　由表 5 可以看出，灌溉量和施氮量對甘薯的單株結薯數、單個薯塊平均質量和產量的影響均達到極顯著水平，3 個指標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，以 N2 處理最高。灌溉量和施氮量互作對甘薯單株結薯數和單個薯塊平均質量的影響均達到極顯著影響，但對甘薯產量的影響不顯著。W2N3 處理單株結薯數最多，為 6.31 個，W2N2、 W1N1 處理次之，分別為 6.26、6.03 個，三者之間無顯著差異;W2N2 處理單個薯塊平均質量最大，為 130.34 g，其次為 W1N2、W2N1 處理，分別為 125.22、125.17 g，三者之間無顯著差異;W2N2 處理產量最高，為 48 828.30 kg/hm2，顯著高于其他處理，這主要是因為 W2N2 處理單株結薯數和單個薯塊平均質量均較高。

　　2.4 氮水耦合對甘薯氮水、氮利用效率的影響

　　如表 6 所示，灌溉量對甘薯水分利用率和氮肥農學利用率的影響達到極顯著水平，隨灌溉量的增加水分利用率顯著降低。W1 處理的氮肥農學利用率最大，為 35.04 kg/kg，W2 處理次之，為 34.60 kg/kg，且兩者之間無顯著差異，但均顯著高于 W0 處理。施氮量對甘薯水分利用率和氮肥農學利用率的影響均達到極顯著水平，隨施氮量增加，水分利用率先增加后降低，以 N2 處理最高;氮肥農學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，兩者之間無顯著差異，但均顯著高于 N3 處理。灌溉量和施氮量互作對甘薯水分利用率和氮肥農學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 處理氮肥農學利用率無顯著差異，但均顯著高于其他處理。

　　3 結論與討論

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

　　作物產量主要來源于葉片的光合作用[18-19]。光合勢是衡量群體綠色光合面積與光能截獲時間的指標，并與植株干質量密切相關[20]。研究表明，灌溉和氮肥都可改善作物葉片光合作用，提高產量[21-23]。本試研究發現，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，增加了各生育時期干質量(尤其是后期塊根干質量)，促使單株結薯數增多，單個薯塊平均質量增大，達到增產的效果。W2N3 處理，雖然葉面積指數和地上部干質量都較高，但高水肥導致甘薯植株旺長，干物質向地上部分配較多，單株結薯數減少，單個薯塊平均質量降低，從而產量下降。這與前人[24-26]研究結果一致，這可能就是導致灌溉量和施氮量互作對甘薯產量影響不顯著的原因。