施氮量對馬鈴薯氮素積累分配及利用率的影響

祁馳恒，魏峭嶸，田　洵，石　瑛

（東北農業大學農學院，黑龍江　哈爾濱　150030）

土壤肥料

施氮量對馬鈴薯氮素積累分配及利用率的影響

祁馳恒，魏峭嶸，田洵，石瑛*

（東北農業大學農學院，黑龍江哈爾濱150030）

合理的施肥技術是提高馬鈴薯產量的主要措施之一。氮肥在馬鈴薯增產中作用巨大，但是氮肥的不合理施用通常造成馬鈴薯產量降低、品質下降、氮肥利用率降低。為合理施用氮肥，提高馬鈴薯產量和氮肥利用率，以鮮食品種‘東農09-33069’為試驗材料，研究不同氮肥施用量對馬鈴薯氮素積累分配規律及其利用率的影響。結果表明，馬鈴薯植株氮含量、氮素積累量隨施氮量的增加而升高。隨生育期的推移，馬鈴薯植株氮素積累量呈先增加后降低的趨勢，氮素在莖和葉片中分配比例逐漸降低，塊莖中氮素分配比例逐漸升高至成熟期的57%～78%。當施氮量超過10 kg/667m2時，塊莖中氮素積累量增加不明顯，塊莖氮素分配比例不再增加。馬鈴薯產量在施氮量13.3 kg/ 667m2時達到最大值，氮素吸收利用率、偏生產力、氮肥農學利用率和氮肥生理利用率在施氮量3.3 kg/667m2時取得最大值。

馬鈴薯；施氮量；氮含量；氮素積累量；氮素利用率

馬鈴薯因適應性強、生育期短、光效高、光能利用率強、單產高以及耐旱、耐貧瘠等特點，使其成為一種世界性的栽培作物［1］。馬鈴薯富含碳水化合物、蛋白質、纖維素、氨基酸、維生素、胡蘿卜素及多種礦物質元素，具有很高的營養價值。中國是馬鈴薯生產大國，馬鈴薯生產面積和產量均居世界第1位。2013年馬鈴薯種植面積約488萬hm2，占世界馬鈴薯種植面積的1/4，總產量達7 086萬t，占世界總產量的1/5，但平均單產較低，各地區的單產水平由于各種原因差異非常大［2］。

馬鈴薯產量的高低和品質的優劣除受自身的遺傳因素和生理特性影響外，還受栽培地區氣候、土壤和栽培條件的影響，其中肥料的影響非常大。作物單產的提高有50%歸功于合理施肥，氮肥對作物產量及品質的影響遠比其他礦質元素肥料都更加重要和明顯，氮素對作物最終產量的貢獻為40%～50%［3］。氮素通過2個方面影響馬鈴薯產量，一方面通過影響主莖和分枝上的葉片葉面積，另一方面通過氮肥的供應能延長上部葉片的壽命［4］。缺少氮素會導致馬鈴薯群體葉面積下降、減產，但過量施用氮肥會導致莖葉徒長，影響光合效率，延遲塊莖成熟，塊莖干物質含量下降［5］。適量、合理地施用氮肥不僅能夠增加馬鈴薯產量，提高品質，降低成本，提高氮肥利用率，還能避免或減少由于過量施氮給環境帶來的負面影響［6］。

本試驗在前人研究基礎上，以提高馬鈴薯產量和氮肥利用率為目標，通過設置不同氮肥施用量，研究了不同氮肥處理下馬鈴薯氮素積累分配規律及氮素利用率，確定馬鈴薯高效氮肥管理模式，為馬鈴薯合理施肥提供理論和實踐依據。

1　材料與方法

1.1試驗材料與設計

試驗于2014年在東北農業大學香坊植物類試驗實習基地進行，試驗地土壤類型為黑鈣土，前茬為玉米。供試材料為中早熟鮮食品種‘東農09-33069’。

試驗設6個施氮處理N0、N1、N2、N3、N4、N5，各處理依次施純氮0，3.3，6.7，10，13.3和16.7 kg/667m2，各處理統一施K2O 9.2 kg/667m2、 P2O55 kg/667m2。每處理設3次重復，采用隨機區組設計，每小區11行，壟距70 cm，株距30 cm，行長6 m。每個小區去除邊際2行留4行測產，5行取樣。供試肥料為尿素（N 46%）、重過磷酸鈣（P2O543%）、硫酸鉀（K2O 50%）。所有肥料作為基肥于4月29日播種時1次性按行施入。其他管理同一般大田。

1.2取樣及測定方法

全生育期于6月16日（苗期）、7月3日（塊莖形成期）、7月17日（塊莖膨大期）、8月1日（淀粉積累期）和8月16日（成熟期）共取樣5次。按器官不同部位分葉片、地上莖、塊莖稱鮮重后于105℃殺青30 min，然后80℃下烘干至恒重后稱干重。植株各器官全氮含量用凱氏定氮法進行測定。

1.3數據處理

試驗數據采用Office 2013處理，Sigmaplot 10.0作圖，DPS 7.05軟件統計分析。

1.4數據計算公式

氮素積累量=干物質積累量×全氮含量

氮素農學利用率（NAE）（%）=（施氮區塊莖產量—空白區塊莖產量）/施氮量×100

氮素吸收利用率（NRE）（%）=（施氮區地上部吸氮量—空白區地上部吸氮量）/施氮量×100

氮素生理利用率（NPE）（%）=（施氮區塊莖產量—空白區塊莖產量）/（施氮區地上部吸氮量—空白區地上部吸氮量）×100

氮肥偏生產力（NPFP）（kg/kg）=施氮區產量/施氮量。

2　結果與分析

2.1施氮量對馬鈴薯各器官氮含量的影響

由圖1～4可知，在整個生育期內，馬鈴薯各器官氮含量表現為葉片＞莖＞塊莖，葉片、莖、塊莖氮含量變化區間分別為2.2%～4.4%、0.9%～3.4%、0.8%～1.3%，全株氮含量變化在1.3%～3.9%。馬鈴薯各器官氮含量隨生育時期的推進呈逐漸降低的趨勢。

圖2　施氮量對馬鈴薯莖氮含量的影響Figure 2　Effect of N application rate on N content of potato stem

圖3　施氮量對馬鈴薯塊莖氮含量的影響Figure 3　Effect of N application rate on N content of potato tuber

圖4　施氮量對馬鈴薯全株氮含量的影響Figure 4　Effect of N application rate on N content of potato plant

各生育期馬鈴薯各器官氮含量隨施氮量增加呈增加的趨勢，表現為N5＞N4＞N3＞N2＞N1＞N0。塊莖形成期各處理馬鈴薯全株氮含量較苗期下降32%～40%，此后下降幅度在10%左右。淀粉積累期葉片氮含量在N0、N1、N2、N3處理下較塊莖膨大期下降20%左右，N4、N5處理下分別僅下降1%和6%。苗期至塊莖形成期，莖氮含量下降30%以上，有利于莖的生長，塊莖膨大期N4、N5處理下莖氮含量較N0增加106%、114%，淀粉積累期N4、N5處理下莖氮含量較N0增加50%、90%。成熟期各施氮處理與對照N0相比，N1、N2、N3、N4和N5處理塊莖氮含量依次提高2%、8%、10%、14%和17%。可見，增加施氮量可增加馬鈴薯各器官氮含量，N4、N5處理下地上部氮含量在生育后期下降幅度較小，從而影響了氮素向塊莖的轉移，影響塊莖的產量。

2.2施氮量對馬鈴薯氮素積累的影響

2.2.1施氮量對馬鈴薯氮素積累量的影響

由圖5可以看出，馬鈴薯植株氮素積累量變化趨勢在整個生育期呈先增加后降低的變化趨勢，在苗期全株氮素積累量增加緩慢，塊莖形成期至塊莖膨大期植株氮素積累量直線上升，淀粉積累期達到峰值，進入成熟期后，植株葉片與莖開始逐漸衰老、脫落，發生氮素轉移和流失，全株氮素積累量開始下降。葉片、莖中氮素積累量隨生育期的推進呈單峰曲線變化趨勢，在塊莖膨大期達全生育期高峰，淀粉積累期莖與葉片中氮素積累量逐漸下降。塊莖中氮素積累量隨生育進程的推移而持續升高，在成熟期塊莖氮素積累量達全生育期最高6.4 kg/667m2。不同生育期，馬鈴薯各器官中氮素積累量變化幅度因施氮量不同而異，隨施氮量的增加，植株氮素積累量與地上部各器官中氮素積累量提高。塊莖中氮素積累量在一定施氮量范圍內隨施氮量的增加而提高，當施氮量超過10 kg/ 667m2時，塊莖中氮素積累量差異不明顯。

圖5　施氮量對馬鈴薯氮素積累量的影響Figure 5　Effect of N application rate on N accumulation of potato

2.2.2施氮量對馬鈴薯氮素吸收速率的影響

由表1可知，馬鈴薯植株氮素的吸收速率呈現慢—快—慢的變化趨勢，在塊莖膨大期達最大值。苗期至塊莖膨大期氮素吸收速率隨施氮量的增加而增加，且處理間有顯著差異。塊莖膨大期馬鈴薯對氮素的吸收量最大，吸收速率最快，與塊莖形成期相比增幅較大，N3、N4、N5處理氮素吸收速率依次提高0.189，0.165和0.194 kg/667m2·d，N0、N1處理氮素吸收速率顯著低于其他施氮處理，而N3、N4、N5處理間無顯著性差異。淀粉積累期氮素吸收速率逐漸下降，而高氮處理（N5）氮素吸收速率仍然較高，這勢必造成植株對氮素的奢侈吸收，導致馬鈴薯的貪青晚熟，影響產量。可見，當施氮量達10 kg/667m2時，繼續增加施氮量對氮素吸收速率的提高不顯著，過量施氮影響塊莖生長。

2.3施氮量對馬鈴薯氮素分配的影響

氮素在馬鈴薯各器官的分配比例隨生育進程發生變化，不同施氮量對馬鈴薯各器官氮素分配比例有影響。從圖6看出，在整個生育期，葉片中氮素的分配比例隨生育進程推移呈下降趨勢，從苗期的70%以上下降到成熟期的19%左右。氮素在莖中分配比例呈單峰曲線變化，苗期至塊莖形成期緩慢增加，并在塊莖形成期達到最大，之后逐漸下降。塊莖形成后，馬鈴薯的生長中心發生轉移，氮素在塊莖中的分配比例一直呈上升的趨勢，從塊莖形成期的18%～24%逐漸增加到成熟期57%～78%。在塊莖膨大期之前，氮素的分配比例始終以植株地上部器官為主，塊莖膨大期之后，氮素的分配比例讓位于塊莖，至成熟期氮素在各器官中的分配比例表現為塊莖＞葉片＞莖。

表1　施氮量對馬鈴薯氮素吸收速率的影響（kg/667m2·d）Table 1　Effect of N application rate on N uptake rate of potato

圖6　施氮量對馬鈴薯氮素分配的影響Figure 6　Effect of N application rate on N distribution of potato

苗期施氮量對氮素分配比例影響不大，苗期至淀粉積累期氮素在葉片中的氮素分配比例隨施氮量的增加呈下降的趨勢，而成熟期隨施氮量的增加而升高。整個生育期氮素在莖中的分配比例隨施氮量的增加而增加。塊莖形成期后，氮素在莖及葉中的分配比例隨施氮量的增加呈先降低后升高的變化趨勢，在N3處理出現低峰，與此相反，各生育時期氮素在塊莖中的分配比例隨施氮量的增加而降低，在N3處理達到高峰。高氮處理（N5）塊莖氮素分配比例均低于其他施氮處理，而莖、葉片氮素分配比例高于其他施氮處理，在成熟期較為明顯，N5處理莖及葉片氮素分配比例達到41.6%，而塊莖氮素分配比例僅為58.4%。由此看出，適宜的氮肥用量能夠促進氮素從莖葉向塊莖的轉移，過高的氮肥使用量不利于地上部氮素向塊莖的轉運。莖與葉片氮素分配比例的升高，容易造成莖葉徒長，從而影響塊莖的生長。

2.4施氮量對馬鈴薯產量及氮素利用率的影響

由表2可知，馬鈴薯的產量隨氮肥施用量的增加呈先增加后降低的變化趨勢，不施氮處理馬鈴薯產量為1 614 kg/667m2，顯著低于其他施氮處理。N4處理下達到最高產量3 409 kg/667m2，與其他氮肥處理達到顯著水平，分別較N0、N1、N2、N3增產111%、46%、31%、16%，較N5顯著增產31%。NRE、NPFP、NAE、NPE隨施氮量的增加呈降低的趨勢，在N1處理下達到最大值，高于其他施氮處理。N2、N3、N4、N5處理間NRE差異不顯著；N3、N4處理下NPFP顯著低于N2處理，又顯著高于N5處理，而N3、N4之間無顯著差異；N2、N3、N4處理之間NAE與NPE差異不顯著，而顯著高于N5處理。綜上可知，N1處理下氮素利用率最高，其次為N2，N5最低，說明施氮量越高，氮素利用率越低。

表2　施氮量對馬鈴薯產量及氮素利用率的影響Table 2　Effects of N application rate on yield and N use efficiency of potato

3　討論

整個生育期，馬鈴薯各器官氮含量呈由高到低的變化趨勢，且各器官氮含量表現為：葉片＞莖＞塊莖，這與劉克禮等［7］研究相一致。各生育期馬鈴薯各器官氮含量的變化因施氮量不同而異，增加施氮量可增加馬鈴薯各器官的氮含量，但高氮處理（N4、N5）在塊莖膨大期至淀粉積累期下降幅度較小，這有利于氮素在塊莖中積累與塊莖生長。馬鈴薯氮素積累量在全生育期的變化趨勢與李利［8］研究相一致，即隨生育進程的推移逐漸增加，在淀粉積累期達到最大，之后有下降的趨勢。氮素在馬鈴薯各器官的分配比例隨著生長中心的轉移而發生變化，前期主要分配在莖和葉片，中后期主要分配在塊莖中，而塊莖形成期氮素在塊莖中的分配率達到20%左右，高于張寶林等［9］的研究，主要與早熟馬鈴薯的生長特性有關。

植株體內的氮素積累量隨施氮量增加不斷提高，當施氮量達到10 kg/667m2時，繼續增加施氮量，不僅塊莖中氮素的積累量增加不明顯，反而會降低氮素在塊莖中的分配比例。除此之外，高氮處理（N5）不僅使植株在生育后期有較高的氮素吸收速率，還降低了氮素在塊莖中的分配，容易造成植株徒長、貪青晚熟，從而影響塊莖的生長。在本次試驗中，馬鈴薯氮素利用率在N1時達到最大值，但馬鈴薯產量較低，僅為2 332 kg/667m2。N4處理馬鈴薯產量達到最大值，N3處理下馬鈴薯產量為2 938 kg/667m2，僅低于N4處理，且N3、N4處理間氮素吸收速率、氮素利用率無顯著性差異。因此，施氮量10～13.3 kg/667m2可作為該馬鈴薯品種在當地施氮量的指導，也可為當地馬鈴薯施氮量提供參考。

［1］譚宗九，丁明亞，李濟宸.馬鈴薯高效栽培技術［M］.北京:金盾出版社，2010.

［2］吉瑋蓉，張吉立，孫海人.不同施氮量對馬鈴薯養分吸收及產量與品質的影響［J］.湖北農業科學，2013，52（21）:5158-5160，5166.

［3］吳巍，趙軍.植物對氮素吸收利用的研究進展［J］.中國農學通報，2010，26（13）:75-78.

［4］韋冬萍，韋劍鋒，熊建文，等.馬鈴薯氮素營養研究進展［J］.廣東農業科學，2011，38（22）:56-60.

［5］Vos J，Putten P E L.Effect of nitrogen supply on leaf growth，leaf nitrogen economy and photosynthetic capacity in potato［J］.Field Crops Research，1998，59（1）:63-72.

［6］修風英，朱麗麗，李井會.不同施氮量對馬鈴薯氮素利用特性的影響［J］.中國土壤與肥料，2009（3）:36-38，43.

［7］劉克禮，高聚林，任珂，等.旱作馬鈴薯氮素的吸收、積累和分配規律［J］.中國馬鈴薯，2003，17（6）:321-325.

［8］李利.不同施氮量對馬鈴薯氮素吸收、積累及利用的影響［J］.山西農業科學，2012，40（12）:1292-1295.

［9］張寶林，高聚林，劉克禮，等.馬鈴薯氮素的吸收、積累和分配規律［J］.中國馬鈴薯，2003，17（4）:193-198.

Effects of Nitrogen Application Rate on Nitrogen Accumulation，Distribution and Utilization of Potato

QI Chiheng，WEI Qiaorong，TIAN Xun，SHI Ying*
（College of Agronomy，Northeast Agricultural University，Harbin，Heilongjiang 150030，China）

ract:Reasonable fertilization technology is one of the main measures to improve the yield of potato.Nitrogen fertilizer has a great effect on increasing yield of potato，but the unreasonable application of nitrogen fertilizer usually resulted in decreasing potato yield，quality and nitrogen utilization efficiency.In order to determine the nitrogen fertilizer rate，improve the yield and nitrogen use efficiency of potato，an experiment was carried out to study the influence on nitrogen accumulation，distribution and nitrogen use efficiency of different nitrogen application rates，using potato variety 'Dongnong 09-33069'as plant material.The results showed that nitrogen content and accumulation in plant increased with increase in nitrogen application rate.With progress of growth stage，nitrogen accumulation in plant showed an increasing trend and decreased later.In addition，Nitrogen distribution in leaf and stem decreased，while in tuber it increased gradually to 57%-78%of maturity.Nitrogen accumulation and distribution in tuber did not change obviously when nitrogen rate was over 10 kg/667m2.The maximal production occurred when nitrogen rate was at 13.3 kg/667m2. When the application rate of nitrogen was at 3.3 kg/667m2，the nitrogen use efficiency was the highest.

rds:potato；N application rate；N content；N accumulation；nitrogen use efficiency

S532

A

1672－3635（2016）03-0158-06

2016-04-13

現代農業產業技術體系建設專項資金資助（CARS-10）。

祁馳恒（1990-），男，碩士研究生，從事馬鈴薯栽培技術研究。

（Corresponding author）：石瑛，副研究員，從事馬鈴薯遺傳育種與栽培生理研究，E-mail:yshi@neau.edu.cn。