氮肥運籌對干旱區滴灌甜菜氮素利用及產量的影響

蘇繼霞，王開勇，費 聰，李陽陽，樊 華

(石河子大學農學院， 新疆 石河子 832003)

甜菜是主要糖料作物之一，也是我國三北地區重要的經濟作物。隨著制糖企業收購甜菜“以質論價”步伐的加快，甜菜價格與價值不符的矛盾日益激化[1]。甜菜蔗糖含量及塊根品質受氮糖代謝的調控，而氮素是影響整個代謝過程的關鍵因素。研究表明，不同區域甜菜氮素利用率變異較大，主要取決于當地氣候條件、土壤狀況以及期望產量水平[2-4]。相同區域同一甜菜品種的氮素利用率，由于氮素管理、灌溉方式以及氮肥種類的差異變化較大[5-6]。有關氮素運籌的研究認為，收獲前大約六周(<42 d)缺氮對獲得高質量甜菜是必需的，缺氮過早或過遲對產量或質量均不利[7]。然而也有研究表明，在甜菜塊根膨大期少量施氮可以延緩葉片和根系衰老，增加甜菜的塊根產量和含糖率[8]。

目前，新疆滴灌甜菜單產持續躍居我國首位，接近世界發達國家水平，但含糖率卻不斷下降[9]。如何立足于當地獨特的氣候優勢和節水滴灌技術，通過不同生育時期氮素調控，獲得較高產糖量和氮素利用率是滴灌甜菜氮素管理中面臨的問題。為此，本研究通過田間控制試驗，探索氮肥運籌對滴灌甜菜氮素利用和產量品質的影響，為干旱區滴灌甜菜氮素管理提供理論依據和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗設計

以新疆近年來主栽甜菜品種Beta356(美國Betaseed公司提供)為試驗材料，于2015年在石河子大學農學院試驗站(45°19′N，86°03′E)進行田間控制試驗，試驗區土壤為灌溉灰漠土，質地為重壤，0～20 cm土壤有機質含量13.25 g·kg-1，全氮0.89 g·kg-1，堿解氮58.67 mg·kg-1，速效磷22.56 mg·kg-1，速效鉀249.51 mg·kg-1，pH 7.3。

試驗共設4個處理，以不施氮素的處理為對照(CK)，其余3個處理氮素追施比例在甜菜葉叢快速增長期∶塊根膨大期∶糖分積累期分別為6∶3∶1、5∶3∶2、4∶4∶2(用N1、N2、N3表示)。小區面積48 m2(4 m×12 m) ，每處理重復3次，田間隨機排列，各小區間設1 m保護行。4月15日播種，10月6日收獲。氮肥、磷肥、鉀肥施用量分別為N 585 kg·hm-2，P2O5345 kg·hm-2，K2O 210 kg·hm-2，磷鉀肥混勻于播種前基施，試驗用氮肥為尿素，按各時期比例全部追施，施肥日期分別為6月10日、7月15日和8月20日。株行距配置方式為50 cm×14 cm(即行距為50 cm，株距為14 cm)，播種密度為1.43×105株·hm-2。滴灌帶配置模式為“1管2”模式，即1條毛管控制2行甜菜。各處理灌水量均為7 333.7 m3·hm-2，其余管理同大田。

1.2 研究方法

分別在甜菜苗期、葉叢快速增長期、塊根膨大期、糖分積累期和收獲期進行取樣，各處理選取長勢一致的5株甜菜，在105℃下殺青30 min，80℃下烘干至恒重后記錄干物質積累量，之后粉碎(0.15 mm)進行各營養器官氮含量的測定，采用濃H2SO4-H2O消煮，凱氏定氮法測定全氮含量。收獲期對各處理未取樣的小區進行實收，拔出根后削除地上部分及青頭，及時稱量塊根鮮重，并分別選取10株測定塊根含糖率，用甜菜品質自動分析儀測定塊根品質(K、Na、α-氨態氮)。

1.3 數據計算及分析

根據樣品質量及全氮含量計算樣品氮素積累量、氮素運轉量、運轉率、對塊根氮素的貢獻率、氮收獲指數、氮糖分生產效率、氮農學利用率以及氮表觀利用率[10-11]。以SPSS 19.0進行數據分析，其中多重比較采用LSD法，不同小寫字母表示0.05水平差異顯著。

各時期氮素積累量(kg·hm-2)=各時期各器官干物質積累量×氮素含量

各時期氮素積累總量(kg·hm-2)=Σ各時期各器官氮素積累量

氮素運轉量(kg·hm-2)=塊根膨大期植株地上部氮素積累量-收獲期植株地上部氮素積累量

氮素運轉率(%)=氮素運轉量/塊根膨大植株地上部氮素積累量×100%

貢獻率(%)=氮素運轉量/收獲期塊根氮素積累量×100

氮收獲指數(%)=收獲期塊根氮積累量/收獲期植株氮積累總量×100

氮農學利用率(kg·kg-1)=(施氮區作物產量-氮空白區作物產量)/施氮量

氮表觀利用率(%)=(施氮區作物吸氮量-氮空白區作物吸氮量)/施氮量×100

2 結果與分析

2.1 氮肥運籌對滴灌甜菜干物質積累的影響

與對照相比，氮素運籌對甜菜干物質積累量影響顯著(表1)，隨著生育進程的推進，甜菜干物質積累量呈現先升高后降低的趨勢，并在塊根膨大期達到最大值。處理間的干物質積累量在甜菜苗期、葉叢快速生長期和塊根膨大期均未達到顯著性差異，在糖分積累期和收獲期氮素處理干物質積累量顯著高于CK處理，但各施肥處理間差異不顯著，糖分積累期干物質積累量依次表現為N1>N2>N3>CK，收獲期表現為N2>N1>N3>CK。表明施肥處理有利于促進甜菜生育后期形成較多的光合產物。

表1 氮素運籌下滴灌甜菜不同生育時期 干物質積累量/(×103 kg·hm-2) Table 1 Biomass accumulation of sugar beet at different periods under different treatments

注：同列中不同字母表示在P<0.05水平差異顯著，下同。

Note: data in the same column followed by different letter indicate significant difference atP<0.05 level, the same below.

2.2 氮肥運籌對滴灌甜菜氮素吸收、運轉的影響

各處理甜菜氮素階段積累量、總積累量和積累比例各異(表2)。處理間的氮素階段積累量在苗期無顯著性差異，葉叢生長期N1、N2、N3處理顯著高于CK，塊根膨大期和糖分積累期均表現為N1>N2>N3>CK，收獲期表現為N2>N1>N3>CK，表明甜菜氮素階段積累量與該階段施氮量相比存在一定的滯后性，即由葉叢快速生長期施氮形成的處理間氮素積累量至塊根膨大期才達到顯著性差異。各處理氮素總積累量表現為N1>N2>N3>CK，表明氮素總積累量與葉叢快速生長期氮肥施用比例變化一致。

表2 氮素運籌對滴灌甜菜植株氮素階段積累量 及其積累比例的影響 Table 2 N accumulation and percentage of sugar beet under different treatments

各處理氮素轉運特征各異(表3)。N1、N2的氮素運轉量和運轉率顯著高于CK和N3處理，具體表現為N1>N2>N3>CK和N1>N2>CK>N3，其中N1處理的氮素運轉量和運轉率分別比CK、N2和N3處理提高了78.07%、19.35%和71.78%；56.79%、17.03%和62.35%。各處理氮素貢獻率表現為N1>N2>CK>N3，其中N1處理的氮素貢獻率分別比CK、N2和N3處理提高了57.80%、49.94%和65.97%。表明處理間氮素運轉特征與氮素總積累量呈現相同的變化趨勢。

表3 不同氮素運籌下滴灌甜菜的氮素轉運特征 Table 3 N translocation of sugar beet under different nitrogen managements

氮素運籌對氮收獲指數、氮農學利用率和氮表觀利用率影響各異(表4)。各處理氮收獲指數表現為N2>CK>N1>N3，其中N2處理的氮收獲指數分別比CK、N1和N3處理提高了34%、54%和59%。各處理氮農學利用率表現為N2>N3>N1，其中N2處理的氮農學利用率分別比N1和N3處理提高了14%和4%。各處理氮表觀利用率表現為N3>N2>N1，其中N3處理的氮表觀利用率分別比N1和N2處理提高了17%和5%。表明與N1相比，氮素適量后移有利于甜菜氮素吸收利用，從而提高塊根產量。

表4 不同氮素運籌下滴灌甜菜的氮效率分析 Table 4 N use efficiency of sugar beet under different nitrogen managements

2.3 氮肥運籌對滴灌甜菜產量及品質的影響

不同氮素運籌下，甜菜塊根鮮重、含糖率、單產、產糖量以及塊根品質指標的分析表明(表5)，收獲期各處理甜菜產糖量顯著高于CK，但在施肥處理間差異不顯著，具體表現為N3>N2>N1>CK。甜菜塊根中造蜜性非糖物質(K、Na和α-氨態氮)會降低蔗糖提取率，是影響塊根品質的主要因素。收獲期各處理塊根中K、Na和α-氨態氮表現為CK

表5 不同氮素處理下甜菜產量及品質特征 Table 5 Yield and quality of sugar beet under different nitrogen managements

3 討 論

塊根是甜菜主要收獲器官，其產量和根中蔗糖含量是反映甜菜經濟性狀的重要指標。關于甜菜塊根重量和含糖率關系的研究表明，根重與含糖率之間存在正相關、負相關或不相關關系。當甜菜單株根重超過500 g時根重與含糖率呈負相關，而根重在650 g以下時根重和含糖率呈正相關，在此之后表現為負相關[12-13]。本研究結果表明，與不施氮的對照相比，施氮后各處理甜菜塊根重量顯著增加，而塊根含糖率明顯降低，兩者呈現相反的變化趨勢。葉叢生長期大量施氮有利于甜菜形成較多干物質，氮素總積累量增加，氮素運轉量、運轉率和貢獻率顯著提高，而氮收獲指數、氮農學利用率和氮表觀利用率顯著降低，這可能與甜菜體內碳氮代謝有關[14-16]。塊根膨大期和糖分積累期適量補施氮素后，植株氮素總積累量提高不明顯，塊根品質和產糖量略有增加。與N1相比，N2和N3處理下甜菜塊根產糖量和塊根品質均有所提高，表明氮肥適量后移有利于高產滴灌甜菜提質增效。

“氮肥后移”是作物合理施用氮肥的一項重要技術，相關研究主要集中在棉花[17]、玉米[18]和小麥[19]等作物上，目前有關甜菜氮素管理的試驗集中在施氮量方面，并且是在溝灌條件下進行的。本研究充分利用滴灌技術可高精度控水控肥的特點，試圖從氮素運籌方面探索提高干旱區滴灌甜菜產糖量的途徑，盡管取得了一定的結果，但有關土壤中無機氮殘留和礦化特征尚不清楚，如何從土壤-植物系統氮素平衡的觀點出發，分析氮素運籌對促進甜菜生長和高產，減少氮素損失提高氮肥利用率等方面的作用，是值得進一步研究的問題。

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