氮肥施用量對甘薯產量和品質性狀的影響

陳曉光， 丁艷鋒， 唐忠厚， 魏 猛，史新敏 ， 張愛君 ， 李洪民*

(1中國農業科學院甘薯研究所/農業部甘薯生物學與遺傳育種重點實驗室，江蘇徐州 221131；2南京農業大學農學院，南京 210095)

氮肥施用量對甘薯產量和品質性狀的影響

陳曉光1， 丁艷鋒2， 唐忠厚1， 魏 猛1，史新敏1， 張愛君1， 李洪民1*

(1中國農業科學院甘薯研究所/農業部甘薯生物學與遺傳育種重點實驗室，江蘇徐州 221131；2南京農業大學農學院，南京 210095)

【目的】氮是影響作物產量和品質性狀的重要因素，合理施氮是提高作物產量和改善品質的主要途徑。研究施氮量對甘薯塊根產量形成、營養品質和淀粉糊化特性的影響，對于明確江蘇徐淮地區甘薯種植的適宜施氮量具有重要意義。【方法】本文選用淀粉型甘薯品種徐薯22和兼用型甘薯品種徐薯28為試驗材料，設置5個施氮水平0、 60、 120、 180、 240 kg/hm2。調查了甘薯不同生育期的葉面積指數、光合勢、干物質積累和產量構成要素，采用分光光度法測定了塊根主要營養品質指標，利用Tech-master型RVA快速測定淀粉譜粘滯特性，分析明確施氮量對塊根主要品質指標和淀粉糊化特征值的影響。【結果】施氮N 60 kg/hm2增加了各生育期甘薯的葉面積，提高了甘薯的光合勢，顯著增加了塊根產量(徐薯28增產16.38%，徐薯22增產9.31%)，過量施氮(N 240 kg/hm2)則產量降低。施氮并未顯著降低塊根中的淀粉和直鏈淀粉含量，但明顯增加了可溶性糖和蔗糖含量。施氮顯著提高最高粘度、最低粘度、最終粘度和消減值。相關分析顯示，直鏈淀粉含量與最高粘度值和崩解值呈極顯著或顯著負相關(相關系數分別為-0.90**和-0.71*)；直鏈淀粉含量與消減值呈顯著正相關(相關系數為0.73*)。 【結論】綜合考慮甘薯的產量和品質，在本實驗條件下甘薯較為適宜的氮肥用量約為60 kg/hm2。

甘薯； 氮肥； 產量； 營養品質； 糊化特性

氮是甘薯生長發育所必需的大量營養元素，氮素營養狀況與甘薯產量形成，光合特性，磷、鉀元素的吸收等密切相關[1]。在甘薯生產中，適當的氮肥投入是甘薯增產的有力措施之一[2]，過高的氮肥施用量使甘薯的光合產物向地下部分輸送減少，降低干物質收獲指數[3-4]。在一定施氮量范圍內，甘薯產量隨施氮量增加而增產，受氣候、土壤質地、氮肥水平和甘薯品種的影響氮肥增產效率差異很大[5-8]。氮素供應還影響作物的淀粉含量及其性質。如隨著氮素營養的增加，稻米膠稠度變短，最高粘度和最終粘度值變小，蒸煮食味變劣[9]，氮肥降低玉米籽粒淀粉含量[10-12]。合理調整氮肥用量，使其最大限度地提高產量、降低氮肥的負效應，已成為甘薯生產中亟待解決的問題。為此，我們以淀粉型品種徐薯22和兼用型品種徐薯28為材料，在江蘇省徐淮地區開展了施氮量對甘薯塊根產量、主要營養品質及淀粉RVA譜特性的影響研究，旨在為優質專用甘薯的大面積生產提供科學施肥依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗共設5個氮水平：0、60 (N60)、120 (N120)、180 (N180)和240(N240) kg/hm2，采用完全隨機區組設計。小區面積為20 m2，3次重復。試驗于6月26日栽種，10月25日收獲，采用大壟雙行種植模式，種植密度為5×104plant/hm2，株距25 cm。各小區在起壟前施P2O590 kg/hm2、K2O 240 kg/hm2，氮肥用尿素、磷肥用磷酸一銨、鉀肥用硫酸鉀，所有肥料全部一次性基施。其他管理措施統一按常規栽培要求實施。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 葉面積系數和光合勢 參照張賓等[15]的方法。于發根分枝結薯期(栽秧后50 d)、薯蔓并長期(栽秧后85 d)和收獲期(栽秧后120 d)分別取代表性植株5株，收集所有的綠葉片，并隨機從其中選100片綠葉片打孔，然后將所有葉片和打孔小葉在60℃下烘干、稱重，計算單株葉面積。

葉面積指數(LAI)=葉片總面積/土地面積

光合勢(LAD)= 1/2(LA2+LA1)×(t2-t1)

其中： LA1和LA2分別表示前后兩次取樣時的葉面積； t2-t1表示兩次取樣時間間隔。

1.2.2 干物質積累 分別于發根分枝結薯期(栽秧后50 d)、薯蔓并長期(栽秧后85 d)和收獲期(栽秧后120 d)取樣。具體方法：在每個處理的取樣區內隨機選擇取樣點，每個取樣點選取生長正常一致的5株，并挖出塊根；然后將植株分為塊根、葉片、葉柄和莖蔓4部分，在60℃下烘干各時期樣品至恒重，測定干物重。

各生育階段干物質積累量=階段末干物質積累量-階段初干物質積累量

1.2.3 產量 收獲時將測產區內的塊根全部挖出，數出每個小區的塊根總數，然后以小區為單位稱塊根鮮重，記錄并計算平均單株結薯數、單薯重和鮮薯產量。

1.2.4 營養成分 可溶性總糖含量采用蒽酮分光光度法[16]；淀粉含量用雙波長分光光度法[17]；采用碘藍分光光度法測定直鏈淀粉含量。采用半微量凱氏定氮法測定塊根中氮含量，以含氮量乘以5.7計算塊根蛋白質含量。

1.2.5 淀粉糊化特性 采用PERTEN Newport Scientific儀器公司生產的Tech-master型RVA(rapid viscosity analyzer)快速測定淀粉譜粘滯特性，用TWC(thermal cycle for windows)配套軟件分析。參照唐忠厚等[18]的方法，樣品量為3.00 g，蒸餾水為25.00 g。在攪拌中，罐內溫度變化如下：50℃保持1 min，以11.25℃/min的速度上升到95℃(4 min)并保持4.5 min；再以11.25℃/min的速度下降到50℃(4 min)并保持3.5 min。攪拌器的轉動速度在起始10 s內為960 r/min，之后保持在160 r/min。甘薯RVA譜特性用最高粘度(peak viscosity, PKV)、熱漿粘度(hot viscosity, HPV)、最終粘度(cool viscosity, CPV)、崩解值(breakdown, BDV)、消減值(setback value, SBV)等特征值來表示，單位為cP (centi-Poise)。

1.3 數據分析與處理

用Microsoft Excel 2003 軟件對數據進行錄入和計算，運用DPS 7.05 軟件分析數據, 采用新復極差法進行平均數顯著性檢驗。本文主要對2012年的數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 施氮量對甘薯葉面積指數(LAI)和光合勢(LAD)的影響

作物產量主要來源于光合作用，葉片是進行光合作用、制造光合產物的主要器官，合理的葉面積指數及其發展動態是實現甘薯高產的重要保障。栽秧后50天，隨施氮量增加甘薯葉面積指數增大；栽秧后85天，施氮處理的葉面積指數顯著高于不施氮處理，但并非施氮量越大葉面積指數越大，表現為施氮量大于180 kg/hm2時葉面積下降。栽秧后85天之后，葉面積下降，但下降的速度有快有慢，表現為不施氮或高施氮量的甘薯葉面積指數下降快(表1)。

表1 施氮量對甘薯葉面積指數和光合勢的影響Table 1 Effect of different nitrogen rates on leaf area index and photosynthetic potential of sweetptato

注(Note): 數據為3次重復平均值The data are the average of three replicates；同列數值后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different at 0.05 probability level.

2.2 施氮量對甘薯地上部和塊根干物質積累的影響

表2 不同施氮量甘薯不同生長時期的干物質積累量 (g/plant)Table 2 Dry matter weight of sweet potato in different growing periods under different N rates

注(Note): 數據為3次重復平均值The data are the average of three replicates；同列數值后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different at 0.05 probability level.

2.3 施氮量對甘薯塊根產量及其構成的影響

表3 不同施氮量甘薯塊根產量及其構成要素Table 3 Yield and its components of sweet potato under different N rates

注(Note): 數據為3次重復平均值The data are the average of three replicates；同列數值后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different at 0.05 probability level.

2.4 施氮量對甘薯塊根營養成分及淀粉糊化特性的影響

2.4.1 營養品質 營養品質是甘薯塊根品質的核心內容，與蒸煮食味密切相關。在甘薯收獲期對塊根碳水化合物含量的測定結果(表4)表明，兩個甘薯品種的干物質率、淀粉和直鏈淀粉含量均隨施氮量的增加而降低，當施氮量分別達到180和120 kg/hm2時，徐薯28和徐薯22的淀粉含量降幅均達到顯著水平。由此可見，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。隨施氮量的增加徐薯28和徐薯22的可溶性糖和蔗糖含量顯著增加，徐薯22和徐薯28塊根中的可溶性糖和蔗糖含量分別在施氮N 60 kg/hm2和N 180 kg/hm2達到最大值。表明少量或適量施氮可以使塊根中保持較高的可溶性糖和蔗糖含量。并且，兩品種塊根中的蛋白質含量均隨施氮量增加顯著提高。

表4 不同施氮量對甘薯塊根營養品質指標的影響Table 4 Effects of N rate on nutritional quality indexes in storage root of sweet potato

注(Note): 數據為3次重復平均值The data are the average of three replicates；同列數值后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different at 0.05 probability level.

2.4.3 甘薯主要品質性狀與淀粉RVA譜特征值的相關分析 由表6可以看出，淀粉含量、直鏈淀粉含量與RVA譜特征值存在明顯的相關性。淀粉含量與最高粘度值和崩解值呈極顯著負相關(相關系數分別為-0.90**和-0.83**)，而與消減值和糊化溫度呈顯著正相關(相關系數分別為0.80*和0.62*)。直鏈淀粉含量與最高粘度值和崩解值也呈極顯著或顯著負相關(相關系數分別為-0.90**和-0.71*)；與消減值呈顯著正相關(相關系數為0.73*)。這說明直鏈淀粉含量是影響RVA譜特征值的重要生化指標。從表6還可以看出，淀粉和直鏈淀粉含量與最低粘度、回復值均沒有顯著的相關性。

表5 不同施氮量塊根淀粉RVA譜特征值(cP)Table 5 RVA profile characteristic values of the stofrage roots under different N rates

注(Note): 數據為3次重復平均值The data are the average of three replicates；同列數值后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different at 0.05 probability level.

表6 淀粉RVA譜特征值(cP)及淀粉和直鏈淀粉含量之間的關系Table 6 Correlation between RVA profile characteristics and starch and amylase

注(Note): *—P<0.05; **—P<0.01.

3 討論與結論

3.1 施氮對甘薯的干物質生產特征和產量的影響

甘薯塊根產量與光合生產和生物產量的相關性非常復雜。本研究表明，施氮N 60 kg/hm2有助于單株干物質的積累，可有效提高甘薯產量，施氮達到N 240 kg/hm2時不利于塊根干物質的積累，降低甘薯產量。這與Hartemink等研究得出的“過量施氮使干物質向地下部的運轉量減少，降低干物質收獲指數”結果一致[3]。其原因是適量施氮可促使甘薯地上部分在生長前期快速生長，進而塑造高效的群體結構，提高群體光合性能，保障干物質生產及其合理分配，從而提高塊根產量；而過量施氮使甘薯生長前期的地上部莖葉生長過旺、群體過大，導致群體通風透光差，無效干物質生產增多，干物質向地下部分配比例降低，進而導致塊根產量下降。施氮對甘薯塊根產量的影響主要決定于光合產物的積累與向塊根中的分配，而如何促進干物質向塊根中的運轉還有待進一步深入研究。

3.2 施氮對甘薯營養品質及淀粉RVA譜特征值的影響

甘薯品質特性主要受遺傳因素控制，不同品種間甘薯營養品質、理化特性及淀粉RVA譜特征值存在很大差異，同時受環境因素和栽培措施的影響也很大[21-25]。本研究表明，施氮未明顯降低淀粉含量，而增加了可溶性糖含量，總體上改善了塊根的食味。

甘薯淀粉的糊化特性直接影響其產品的質量及加工的難易程度，直鏈淀粉含量是影響淀粉糊化特性的主要因子之一[26]。Kitahara等[27]研究認為，甘薯直鏈淀粉含量對糊化溫度和淀粉糊的粘滯性沒有顯著影響，而支鏈淀粉的鏈長分布對糊化溫度、崩解值和回冷恢復值有顯著或極顯著影響。黃華宏等[21,25]的研究也表明，直鏈淀粉含量對甘薯糊化特征譜沒有顯著影響。孫健等[28]的研究表明，直鏈淀粉含量對甘薯淀粉糊化特性影響較小，干物率和淀粉含量對糊化溫度有顯著影響。而Collado等[26,29]的研究表明，直鏈淀粉含量與PV、HV和FV間均存在極顯著負相關。可見，品種、環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粘度值、最低粘度值、最終粘度和消減值等特征值升高，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，導致淀粉分子合成途徑與結構產生了變化，進而影響了淀粉糊化特性譜特征值。但造成這種差異的具體原因還需要進行深入的研究。

綜上所述，施氮N 60 kg/hm2增加了各生育期甘薯的葉面積，提高了甘薯的光合勢，顯著增加了塊根產量。適量施氮導致塊根中的淀粉含量略有下降，但顯著增加塊根中的可溶性糖和蔗糖含量，改善其食味。同時施氮可提高最高粘度、最低粘度、最終粘度和消減值等特征值，改良淀粉的糊化特性。

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Suitable nitrogen rate for storage root yield and quality of sweet potato

CHEN Xiao-guang1, DING Yan-feng2, TANG Zhong-hou1, WEI Meng1, SHI Xin-min1, ZHANG Ai-jun1, LI Hong-min1*

(1SweetpotatoResearchInstitute,ChineseAcademyofAgriculturalSciences/XuzhouSweetpotatoResearchCenter,Xuzhou,Jiangsu221131,China; 2CollegeofAgronomy,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China)

【Objectives】Reasonable nitrogen supply greatly boosts crop yield and quality. The optimum amount of nitrogen was determined to investigate the effect of nitrogen fertilizer on yield formation of storage root, nutritional quality and starch pasting properties. 【Methods】 A field experiment was carried out using two sweet potato cultivars, Xushu 28 and Xushu 22. Five N application rates were designed: 0, 60, 120, 180 and 240 kg/hm2, respectively. The sweet potato leaf area index, photosynthetic potential, dry matter accumulation index and yield components were investigated in different growth stages. The nutrient quality indicators of storage root were determined using spectrophotometric method. Tech-master type RVA was used for the rapidly determination of the viscosity characteristics of starch. 【Results】 The leaf area of sweet potato, the photosynthetic potential, and storage root yield were increased by the N application, the highest yield increase of 16.38% for Xushu 28 and 9.31% for Xushu 22 were obtained under the treatment of N 60 kg/hm2, but when the N rate was as high as 240 kg/hm2, the storage root yield was reduced. N rate would not remarkably reduce the content of the starch and amylose, but increase the content of soluble sugar and sucrose significantly. Nitrogen application significantly increased the peak viscosity, hot paste viscosity, cool paste viscosity and setback values. Correlation analysis indicated that amylose content was negatively correlated with peak viscosity (r=-0.90**) and breakdown value (r=-0.71*). Amylose content was positively correlated with setback value (r=0.73*). 【Conclusions】 Comprehensive considering the yield and quality of sweet potato, N application rate of 60 kg/hm2is a reasonable selection.

sweetpotato; nitrogen fertilizer; yield; nutritional quality; pasting property

2014-03-28 接受日期： 2014-08-25 網絡出版日期： 2015-05-11

國家自然科學基金(31401333); 作物生物學重點實驗室開放課題基金(2013KF13); 農業部國家甘薯現代產業體系建設(CARS-11-07B)資助

陳曉光(1983—)，男, 山東泰安人，博士，主要從事作物高產、優質、高效栽培的理論與技術研究。E-mail: chenxggw@163.com * 通信作者 E-mail: 395829285@qq.com

S531.062

A

1008-505X(2015)04-0979-08