施氮量對木薯養分吸收和土壤有效養分平衡的影響①

韋劍鋒，陳 濤，岑忠用，韋冬萍*，胡江如

（1 廣西科技大學鹿山學院，廣西柳州 545616；2 廣西亞熱帶作物研究所，南寧 530001；3 河池學院化學與生命科學系，廣西宜州 546300）

施氮量對木薯養分吸收和土壤有效養分平衡的影響①

韋劍鋒1，陳 濤2，岑忠用3，韋冬萍1*，胡江如1

（1 廣西科技大學鹿山學院，廣西柳州 545616；2 廣西亞熱帶作物研究所，南寧 530001；3 河池學院化學與生命科學系，廣西宜州 546300）

從高效施肥角度出發，采用田間試驗，研究施氮量對木薯干物質積累、養分吸收及土壤有效養分含量的影響。結果表明：隨施氮量的增加，莖、葉干物質積累量顯著增加，但塊根干物質積累量先增后降，以施氮 130 kg/hm2的最高，比不施氮增加 18.13%。增加施氮量，木薯各器官磷、鉀積累量及莖、葉氮積累量明顯增加，塊根氮積累量則先增加后下降。氮肥農學利用率、生理利用率及偏生產力隨施氮量的增加而顯著下降，氮肥吸收利用率以施氮130 kg/hm2的最高，比其他處理提高 11.37% ～ 25.12%。木薯收獲后，隨施氮量的增加，土壤堿解氮明顯增加，有效磷及速效鉀不同程度下降，但各處理有效磷、速效鉀及施氮 195 kg/hm2處理的有效氮明顯盈余。綜合分析認為，本研究條件下木薯施氮 130 kg/hm2較為適宜。

木薯；施氮量；土壤；養分；干物質；氮肥利用效率

木薯（Manihot esculenta Crantz）是全球三大薯類作物之一，種植面積僅次于馬鈴薯，大于甘薯，分布于南北緯 30° 之間，是世界熱帶地區 6 億人的主要糧食來源［1］。木薯塊根富含淀粉，也是熱帶、亞熱帶地區繼水稻、甘蔗、玉米之后第四大碳水化合物食品作物，且以優質、價廉等優勢成為生產食用淀粉和能源酒精的重要原料［1-2］。木薯栽培是我國南方山區農民重要的經濟來源，目前在海南、廣西、廣東、云南、福建、江西等省有大面積、規模化種植［2-4］。近年來，我國木薯主產區由于施肥不平衡而引起土壤肥力下降或部分養分過剩問題突出，制約了我國木薯生產的可持續發展［5］。如何協調木薯生產中增產增收與實現種植地土壤可持續利用，成為國內木薯栽培研究的熱點問題［1-9］。氮素營養是影響木薯生長發育及決定塊根產量和品質的關鍵因素，氮素營養的缺乏或過量均不利于木薯生產［1，3-4］。為此，前人就木薯氮肥施用量進行了研究，但由于栽培條件不同，我國各地木薯栽培施氮量差異較大［1-10］，如在海南儋州［1］、江西南昌［3］、廣東韶關［4］木薯適宜施氮量分別為 167、205、358 kg/hm2。因此，結合具體栽培條件，研究木薯適宜施氮量更具應用價值。大量研究表明，施用氮肥不同程度影響作物氮、磷及鉀營養水平或影響作物對氮、磷及鉀的吸收與積累，進而影響肥料利用效率［2-4，9，11-15］。也有研究表明，增施氮肥影響土壤有效養分含量變化，但具體影響程度因試驗條件和試驗設計而異［16-18］。而有關氮肥運籌對木薯養分利用效率和土壤養分平衡的影響鮮見報道。故此，本文在我國木薯主產區廣西設置田間試驗，研究不同施氮量對木薯干物質積累、養分吸收、氮肥利用效率及土壤有效養分含量的影響，以探討當地木薯適宜施肥量，從而提高其肥料利用效率和保持土壤養分平衡。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2014年5月至2015年1月在廣西宜州市進行。供試土壤為坡地黏質砂壤土，耕層0 ～ 15 cm土壤pH 6.7，有機質17.4 g/kg，全氮1.14 g/kg，全磷0.58 g/kg，全鉀2.50 g/kg，堿解氮96.01 mg/kg，有效磷23.65 mg/kg，速效鉀78.03 mg/kg。供試木薯品種為“新選056”；供試氮肥為尿素（含N 46.4%），磷肥為過磷酸鈣（含P2O512%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）。

1.2 試驗設計

試驗根據當地農民種植木薯常用氮、磷、鉀肥施用量（N：85 ～ 205 kg/hm2，P2O5：35 ～ 100 kg/hm2，K2O：90 ～ 210 kg/hm2）和當地木薯氮、磷、鉀肥施用推薦比例（N∶P2O5∶K2O = 1.0∶0.5∶1.0），設施氮量（純N）0、65、130、195 kg/hm2共 4 個處理，分別以N0、N65、N130、N195表示，每處理施磷肥（P2O5）65 kg/hm2及鉀肥（K2O）130 kg/hm2，其中磷肥作基肥一次性施用，氮肥和鉀肥按 50% 作基肥 + 50% 作苗肥施用。每處理 3 次重復，每重復為 1 小區，隨機區組排列；小區長 6.3 m、寬 4.9 m。種植規格為株行距 70 cm × 90 cm。

2014年5月4日播種。播種前按種植規格挖直徑30 cm、深8 cm的穴，然后將基肥撒施在穴底部，并用厚約3 cm細土覆蓋；播種時選取健壯木薯主莖作為種莖，按每4個有效芽將其截成小段，然后平放于穴中，一穴一段，最后用厚約5 cm細土覆蓋。出苗穩定后進行間苗，每穴留1 ～ 2苗。齊苗后（7月5日）各處理進行追肥，追肥時將肥料撒施于距植株基部四周30 cm處，并培土覆蓋。

1.3 測定項目與方法

木薯定苗后每重復掛牌 6 株，生長過程收集干枯落葉，于成熟期（2015 年 1 月 1 日）收獲植株，測塊根鮮薯產量，并按塊根（含細根）、莖、葉（含干枯落葉）分別烘干、稱質量、粉碎，然后用蒸餾定氮法［19］、釩鉬黃比色法［19］及火焰光度法［19］分別測全氮、全磷及全鉀含量；木薯種植前后鉆取 0 ～ 15、15 ～ 30 及30 ～ 45 cm 深度的土壤風干、粉碎、過篩，然后用堿解擴散法［19］、鉬銻抗比色法［19］、火焰光度法［19］分別測堿解氮、有效磷及速效鉀含量。參照文獻［14］計算氮肥農學利用率、氮肥生理利用率、氮肥吸收利用率、氮肥偏生產力、氮素塊根生產效率、氮素收獲指數。

1.4 數據處理

應用 Excel 2003 和 SPSS18.0 進行數據處理和分析，通過 Duncan 新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 施氮量對木薯干物質積累的影響

表1顯示，塊根干物質積累量隨施氮量的增加先增而后降，其中N130的最高，比N0增加18.13%，其次是N195；莖、葉干物質積累量及干物質積累總量隨施氮量的增加而顯著增加。從干物質分配看，塊根干物質分配率隨施氮量的增加而下降，其中N195的最少，比N0減少12.21%；莖、葉干物質分配率隨施氮量的增加而增加。說明適量施氮有利于促進木薯塊根的生長，過量施氮則主要促進木薯莖葉的生長。

表1 不同施氮量處理木薯各器官干物質積累與分配Table1 The dry matter accumulation of cassava in the different treatments with various nitrogen application rates

2.2 施氮量對木薯養分含量的影響

表2顯示，施氮處理的塊根、莖及葉氮含量均高于不施氮處理，其中塊根氮含量隨施氮量的增加先增而后降，以N130最高，比N0提高22.22%，其次是N195；莖氮含量以N65最高，但處理間的差異不顯著；葉氮含量隨施氮量的增加而增加，以N195最高，比N0提高7.69%，但N130與N195的差異不顯著。塊根、莖及葉磷含量隨施氮量的增加而增加，均以N195最高，且N195與N65的差異均達顯著水平，而N195與N130的差異均不顯著。隨施氮量的增加，塊根、莖及葉鉀含量呈增加趨勢，均以N195最高，分別比N0增加15.71%、9.52%、13.21%，但N195與N130的差異均不顯著。說明施氮有利于促進木薯氮、磷、鉀營養水平的提高，但增施氮肥的促進效應有限。

2.3 施氮量對木薯養分積累的影響

表3顯示，塊根氮積累量隨施氮量的增加先增而后減，其中N130最高，比N0增加44.36%，其次是N195，但兩者的差異不顯著；莖、葉氮積累量及氮積累總量隨施氮量的增加而顯著增加，均以N195最高，分別比N0增加45.13%、54.36%、45.03%。塊根、莖及葉磷積累量及磷積累總量隨施氮量的增加而增加，除塊根外，其他處理間的差異達顯著水平。隨施氮量的增加，塊根、莖及葉鉀積累量及其總量呈增加趨勢，其中處理間莖、葉鉀積累量及鉀積累總量的差異達顯著水平，N130、N195塊根鉀積累量與其他處理的差異也顯著，但N130塊根鉀積累量與N195的差異不顯著。說明增施氮肥可促進木薯對氮、磷、鉀養分的吸收與積累。

表2 不同施氮量處理木薯各器官氮磷鉀含量（g/kg）Table2 The N， P and K contents of cassava in the different treatments with various nitrogen application rates

表3 不同施氮量處理木薯各器官氮磷鉀積累量（kg/hm2）Table3 The N， P and K accumulation in cassava in the different treatments with various nitrogen application rates

表4 不同施氮量處理木薯氮肥利用效率Table4 The nitrogen utilization efficiency by cassava in the different treatments with various nitrogen application rates

表5 不同施氮量處理各土層有效養分含量（mg/kg）Table5 The contents of available nutrients in the soil of the different treatments with various nitrogen application rates

2.4 施氮量對木薯氮肥利用效率的影響

表4顯示，木薯氮肥農學利用率、氮肥生理利用率、氮肥偏生產力及氮素塊根生產效率隨施氮量的增加而顯著下降；氮肥吸收利用率和氮素收獲指數隨施氮量的增加先增而后降，其中均以N130最高，分別比N195提高11.37%、15.38%，且顯著高于其他處理。說明持續增加施氮量會降低木薯氮肥利用效率。

2.5 施氮量對土壤有效養分含量的影響

表5顯示，木薯種植前后種植地堿解氮、有效磷及速效鉀含量隨土層深度的增加而明顯遞減，但種植后各處理種植地有效養分含量明顯不同。在不同土層，種植后堿解氮含量隨施氮量的增加而明顯增加，但0 ～ 15 cm土層，N0、N65堿解氮顯著低于種植前，分別減少12.26 mg/kg和6.80 mg/kg，而N130和N195堿解氮含量與種植前基本持平；15 ～ 30 cm土層，N0、N65堿解氮含量仍不同程度低于種植前，而N130和N195堿解氮顯著高于種植前，分別增加4.26 mg/kg和15.46 mg/kg；30 ～ 45 cm土層，N0、N65及N130堿解氮含量與種植前基本持平，而N195堿解氮顯著高于種植前，增加了8.38 mg/kg。種植后不同處理各土層有效磷和速效鉀含量隨施氮量的增加而下降，但均高于種植前。0 ～ 15 cm和15 ～ 30 cm土層，各處理有效磷和速效鉀含量與種植前的差異均達顯著水平，其中0 ～ 15 cm土層的有效磷和速效鉀分別增加1.35 ～7.59 mg/kg和3.97 ～ 12.48 mg/kg，15 ～ 30 cm土層的有效磷和速效鉀分別增加2.17 ～ 5.61 mg/kg和3.83 ～15.22 mg/kg；30 ～ 45 cm土層，N0有效磷和速效鉀含量及N65速效鉀含量與種植前的差異也達顯著水平。說明不施或少施氮肥會引起種植地尤其是表層土壤有效氮虧缺，過量施氮則引起種植地尤其是中、下層土壤有效氮盈余；同時，種植地各土層有效磷和速效鉀明顯盈余，其中不施或少施氮肥的效應尤為明顯。

3 討論與結論

氮是木薯物質形成與累積的主要限制因子，氮養分水平影響木薯光合作用及同化產物的形成，在一定范圍內增施氮肥可增強木薯光合能力、促進木薯生長、提高物質累積量及增加塊根產量［1-4，6-8］；但氮肥施用量超過一定范圍時，木薯生長后期地上部分營養生長仍然旺盛，不利于塊根膨大和淀粉積累，導致根冠比降低和塊根產量下降［1，4，7-8］。本研究表明，增加施氮量，木薯塊根干物質積累量先增加后下降，其中以施氮130 kg/hm2的最高，而莖、葉干物質積累量持續顯著增加，這與陸小靜等［1，4，7-8］研究結果相似。說明過量施用氮肥不利于木薯塊根產量的形成。

木薯生長過程中吸收的養分主要由土壤和施肥提供。據報道，施用氮肥可提高木薯葉片氮、磷及鉀濃度或提高木薯各生育期植株氮、磷及鉀含量［2，11］；也有報道，施用氮肥可以提高木薯植株氮和鉀含量，但對磷含量的影響因生育期和品種而異［9］；高志紅等［4］認為，增施氮肥可以提高木薯植株氮含量，但對磷和鉀含量影響不明顯。而多數研究認為，適當比例的氮、磷及鉀配合施用，既可提高木薯植株的氮、磷及鉀含量，又可增加木薯植株氮、磷及鉀積累量［2，4-5］。本研究表明，施用氮肥可以提高木薯各器官氮、磷及鉀含量，但增加施氮量，木薯各器官磷、鉀含量及葉片氮含量呈增加趨勢，而塊根氮含量先增加后略下降，這與前人［2，4-5，9，11］研究結果不完全一致，原因可能是土壤肥力、施肥量及栽培品種不同。研究還發現，增施氮肥木薯氮、磷、鉀積累量顯著增加，這主要是增施氮肥滿足了木薯生長對氮養分的需求，更利于木薯生長發育，也間接促進木薯對其他養分吸收的緣故。此外，施氮195 kg/hm2的塊根氮積累量略低于施氮130 kg/hm2的，這可能是施氮過量引起木薯后期莖葉旺盛生長而使氮素未能有效轉移至地下部分積累的緣故，但具體機理有待應用穩定性同位素15N示蹤進行研究。

關于氮肥利用效率的研究，因涉及氮素的吸收、同化、轉運、再利用等多個過程而相對復雜。有研究表明，我國木薯氮肥利用率為9.2% ～ 34.61%，具體因栽培條件、栽培品種及施肥量而異［10，15］。本研究表明，木薯氮肥吸收利用率為16.12% ～ 20.17%，處于前人研究的中間值［10，15］；另外，增加施氮量，木薯氮肥利用效率多數指標呈下降趨勢，與前人研究棉花［12］、玉米［13］、馬鈴薯［14］、木薯［15］、水稻［20-21］等結果相似。說明單一增施氮肥不利于提高木薯氮肥利用效率。但研究發現，施氮195 kg/hm2的氮肥吸收利用率顯著高于施氮65 kg/hm2的，這是由于施氮195 kg/hm2的木薯莖葉積累較多氮素所致。

土壤速效養分主要來自土壤有機質礦化和施入土壤中的肥料速效成分。李琰琰等［16］認為，增加施氮量，表層土壤速效氮顯著增加，但各土層速效磷、速效鉀及深層土壤速效氮的變化因土層深度而異；王淑娟等［17］認為，表層土壤礦質氮含量隨施氮量的增加而明顯增加，但有效磷顯著降低，速效鉀變化不明顯。張瀟瀟等［18］則認為，增施氮肥并不能明顯增加表層土壤速效養分含量。本研究發現，增加施氮量，不同土層堿解氮明顯增加，有效磷和速效鉀明顯下降，與前人［16-18］研究結果不盡相同，原因可能是土壤質地、土壤肥力、施肥深度、施肥量、作物根系分布深度及作物吸收養分數量不同的緣故。研究還發現，與種植前比較，施氮65 kg/hm2的表層土壤堿解氮含量明顯下降，說明施氮量不足；而不同處理各土層有效磷、速效鉀及施氮195 kg/hm2處理的堿解氮不同程度增加，說明相應氮、磷及鉀肥施用已過量，因此生產中需適當減量施用，但具體減少量有待研究。此外，施氮量不足時0 ～ 15 cm土層有效氮嚴重虧缺，而施氮過量時15 ～ 45 cm土層有效氮顯著盈余，這一方面可能是由于木薯是淺根作物而主要吸收表層土壤養分的緣故［22］，另一方面是易溶性氮肥向下淋洗移動的結果［16］。因此，易溶性、易遷移性肥料在木薯施用時應適當淺施。可見，綜合木薯干物質積累、養分吸收利用及土壤有效養分平衡考慮，本研究條件下木薯施氮量應控制在130 kg/hm2為宜，而磷肥（P2O565 kg/hm2）、鉀肥（K2O 130 kg/hm2）可適量減施。但與其他省區研究［1，3-4］得出的木薯適宜施氮量相比，本研究條件下木薯適宜施氮量較低，其差異可能是本研究條件下基礎土壤堿解氮含量較其他研究［1，3-4］高13 ～ 28 mg/kg，并且本研究條件下木薯播種期較其他研究［1，3-4］晚約1個月的緣故。因此，木薯適宜施氮量與具體栽培條件密切相關。

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Effects of Nitrogen Application Rates on Nutrient Absorption by Cassava and Soil Available Nutrient Balance

WEI Jianfeng1， CHEN Tao2， CEN Zhongyong3， WEI Dongping1*， HU Jiangru1
（1 Lushan College of Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou， Guangxi 545616， China； 2 Guangxi Subtropical Crops Research Institute， Nanning 530001， China； 3 Department of Chemistry and Life Science， Hechi University， Yizhou，Guangxi 546300， China）

From the viewpoint of efficient fertilization， a field experiment was conducted to investigate the effects of nitrogen （N） application rates on dry matter accumulation and nutrient absorption of cassava and the contents of soil available nutrients. The results showed that the dry matter accumulation of stems and leaves increased significantly with the increase of N application rates， while the yield of root tubers increased with N application rates firstly， reached the maximum value at N 130 kg/hm2and then decreased with the further increase in N application rates. The maximum yield of cassava was increased by 18.13% compared to control with no nitrogen fertilizer applied. The increase in N application rates led to the accumulation of phosphorus and potassium in cassava organs and nitrogen accumulation in stems and leaves of cassava. However， nitrogen accumulation in root tubers increased firstly， reached the maximum value and then decreased with the further increase in N application rates. The agronomic and physiological use efficiency and partial factor productivity of applied nitrogen decreased significantly with the increase in N application rates. Nitrogen recovery efficiency reached the maximal value at 130 kg/hm2， and was increased by 11.37% to 25.12% compared with other treatments. After cassava harvest， the alkali-hydrolyzed nitrogen content increased obviously with increasing nitrogen application， but available phosphorus and potassium contents decreased. The available phosphorus and potassium nutrients in the soil of all treatments， as well as the available nitrogen in the soil of the treatment with N 195 kg/hm2were obviously surplus. In conclusion， the optimum application amount of nitrogen for cassava was 130 kg/hm2.

Cassava； Nitrogen application rates； Soil； Nutrients； Dry matter； Nitrogen utilization efficiency

S533

10.13758/j.cnki.tr.2016.05.006

廣西自然科學基金項目（2013GXNSFBA019050）、廣西教育廳廣西高等學校科研立項項目（LX2014673）和廣西科技大學鹿山學院科學基金項目（2013LSZK03）資助。

*通訊作者（dpwei-82@163.com）

韋劍鋒（1978—），男，廣西鹿寨人，碩士，副研究員，主要從事作物營養與生理生態方面研究。E-mail： jianfengwei@163.com