施氮對設施栽培金針菜產量、品質和鉀吸收利用的影響

張國偉，王曉婧，周玲玲，劉瑞顯*，楊長琴

（1 江蘇省農業科學院經濟作物研究所/農業部長江下游棉花與油菜重點實驗室，江蘇南京 210014；2 江蘇省農業科學院宿遷農科所，江蘇宿遷 223800）

金針菜又名黃花菜，是百合科萱草屬多年生草本宿根植物，其花蕾具有較高營養價值，可健腦、抗衰、降膽固醇，是一種受消費者喜愛的藥食同源蔬菜。長期以來，露天栽培金針菜技術存在產量低、品質差和上市晚等缺點，而金針菜設施栽培技術具有產量高、品質優和上市早等優點，推廣面積逐年增大，但金針菜的施肥技術研究仍缺少系統性。相關研究表明，采用合適的品種和肥料調控措施，可以進一步提高設施栽培金針菜的產量和品質[1-2]。

施氮是作物優質高產的重要調控措施，但是過量施入氮肥后，不僅降低氮素利用效率，還影響到鉀的吸收和利用[3-4]。鉀在植物體內以K+形態存在，具有較強的移動性，充足的鉀供應可以提高植物葉片光合磷酸化效率，促進碳水化合物的合成和運輸，鉀營養不足則降低葉片中碳水化合物形成和養分向生殖器官的運輸，用于生殖器官發育并形成碳水化合物的鉀的減少是導致作物產量降低和品質變劣的主要因素之一[5]，而氮和鉀之間也存在互作效應，適量施氮可以促進鉀的吸收，過量施氮則降低鉀的肥料利用效率[6]，此外，氮鉀比例失調還可以影響植株體內激素平衡，降低自由基清除能力，進而降低產量[7]。由于鉀的上述生理功能，作物對鉀的吸收、積累和分配特點關系到作物的產量形成與施肥技術的確定。大量研究認為植物生物量或養分累積特征符合Logistic模型，栽培措施對其累積模型的基本形態影響較小，但對最大累積速率、最大累積速率出現時間和持續時間等特征值影響較大[8-9]，因此可以通過分析模型的特征值來了解植物的養分吸收規律。

與露地栽培相比，設施栽培特殊的溫度、光強和濕度會引起養分吸收和利用的差異。周玲玲等[10]研究認為，與露地栽培相比，設施栽培提高了金針菜的產量與品質，但針對設施栽培金針菜鉀吸收利用的研究尚未見報道。張國偉等[11]研究認為合理施氮量可以提高大田作物鉀的利用效率和產量。而對施氮量如何影響設施栽培金針菜鉀吸收利用和產量品質形成仍需進一步研究。

本研究采用統計模型的方法研究施氮量對設施栽培金針菜鉀吸收利用和產量品質形成的影響，以期為設施栽培金針菜的養分管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2015至2017年在江蘇省宿遷市丁嘴鎮(118°56′E，33°86′N) 江蘇省農業科學院金針菜試驗基地進行。供試土壤為粘質土，2015—2016和2016—2017年試驗地0—20 cm土層土壤pH值分別為6.5和6.7、有機質12.2和12.8 g/kg、全氮1.08和1.12 g/kg、NH4+-N 26.4和 28.1 mg/kg、NO3--N 19.4和20.2 mg/kg、速效磷36.2和34.5 mg/kg、速效鉀132.1和128 mg/kg。供試品種為江蘇省特色品種‘大烏嘴'，2014年3月起壟移栽幼苗，覆蓋反光地膜并鋪設滴灌帶，每穴2株，設置行距0.75 m，株距0.20 m，折合密度66700穴/hm2。所用單體拱形大棚長90 m、寬6.0 m、高2.5 m。設N 0、50、100、150和200 kg/hm25 個施氮量，氮肥在生育期中分兩次施用，其中基肥與薹肥施用比例3∶2，全生育期P2O5和K2O用量分別均為120 kg/hm2(磷鉀肥施用量為該地區常規施用水平)，全部作為基肥，所用肥料為尿素、磷酸二銨和硫酸鉀。小區長9 m，寬6 m，重復3次，隨機區組排列，采用膜下滴灌技術精確控制施肥量。其中棚膜于每年12月5日覆蓋，次年5月1日去除棚膜進入露天栽培方式。其它管理按當地高產栽培要求進行。

1.2 測定項目與方法

在盛蕾期時，每個處理選取大小一致的花蕾40個測定蕾長、蕾寬和單蕾重，之后低溫保存測定花蕾品質性狀，采用考馬斯亮藍法測定蛋白質含量[12]，采用硫酸蒽酮比色法測定可溶性糖含量[12]，福林酚比色法測定多酚含量[12]，硝酸鋁比色法測定總黃酮含量[13]，磷鉬雜多酸光度法測定VC含量[14]，茚三酮比色法測定游離氨基酸含量[12]，原子吸收分光光度法測定鈣含量[12]，液相色譜法測定秋水仙堿含量[15]。在開花末期統計單株花蕾數量，計算理論產量。

分別于出苗 (3月1日) 后1、20、40、60、80、100、120和140 d在每小區取生長發育一致的1穴植株，3次重復，在 105℃殺青30 min后，80℃烘至恒量，稱生物量。樣品粉碎后用原子吸收分光光度法測定鉀含量[12]，再根據干物質量計算鉀累積量。

1.3 金針菜鉀素累積特征值的計算方法

根據前人研究結果，植物鉀累積量的增長過程可用Logistic曲線進行模擬，其基本模型為W=Wm/(1 +aebt)。式中，W為單株生物量，Wm為單株生物量理論最大值，t為生長天數，a，b均為參數。分別對模型求1階、2階和3階導數，可得相應生長曲線的最快生長時段的起始時間 (t1)、終止時間 (t2)、最大相對生長速率 (Vm) 及其出現時間 (tm)，最終可以計算出快速累積期持續時間 (T)[16]，其中：

1.4 生物量和鉀經濟系數、鉀生產效率

生物量經濟系數 = 蕾生物量/總生物量

鉀經濟系數 = 蕾的鉀累積量/鉀總累積量

鉀吸收比例 = 不同生育階段鉀吸收量/收獲期鉀累積量 × 100%

鉀生產效率 (kg/kg) = 產量/鉀積累量

1.5 數據處理

采用Microsoft Excel軟件處理數據和作圖，用SPSS 11.0軟件進行統計分析，用LSD法 (α = 0.05)進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 施氮量對金針菜產量的效應分析

由圖1可見，隨施氮量增加，金針菜產量呈先上升后降低趨勢，且在N 150～200 kg/hm2時產量最高。金針菜產量的變化趨勢可用二次曲線進行擬合，對擬合方程求導可得到金針菜產量的邊際產量變化曲線，即每公頃增加1 kg氮量所增加的金針菜產量。當施N量為153.8 kg/hm2(2015～2016) 和167.9 kg/hm2(2016～2017) 時邊際產量降低為零。

圖 1 施氮量與金針菜產量與邊際產量的關系Fig. 1 Relationship between nitrogen application rate and yield and nitrogen marginal yield of daylily

2.2 施氮量對金針菜花蕾性狀的影響

由表1可知，施氮量顯著影響花蕾性狀，隨施氮量增加，花蕾長、花蕾寬和花蕾重顯著增加，在增加到一定程度時趨于穩定。單株花蕾數隨施氮量增加呈先升高后降低趨勢，且在N 100或150 kg/hm2時最大。

2.3 施氮量對金針菜品質性狀的影響

由表2可知，施氮量顯著影響金針菜品質，隨施氮量增加，氨基酸和可溶性糖持續增加，秋水仙堿含量在升高到一定程度后趨于穩定，VC和鈣含量呈先增加后降低趨勢，且在N 100 kg/hm2時最高，而多酚和黃酮含量則呈降低趨勢。

2.4 施氮量對金針菜生物量和鉀累積與分配的影響

隨施氮量增加，總生物量和總鉀累積量持續增加，而花蕾的生物量和鉀累積量則在升高到一定程度后趨于穩定，而生物量和鉀的經濟系數隨施氮量增加呈先升高后降低趨勢，且在N 50 kg/hm2時達到最高 (表 3)。

表 1 不同施氮量下金針菜產量性狀Table 1 Yield traits of daylily under different N application rates

表 2 施氮量對金針菜品質性狀的影響Table 2 Effects of nitrogen application rate on quality traits of daylily

2.5 施氮量對金針菜鉀濃度和累積動態的影響

由圖2可見，隨著施氮量增加，植株鉀濃度逐漸升高。不同施氮量下金針菜的鉀濃度均隨生育進程呈現先升高后降低趨勢，變化范圍為1.8%～2.8%，對返青后80天后的鉀濃度降低時段數據進行回歸分析表明，鉀濃度隨時間的變化趨勢可以用負指數函數方程 (y=ae-bx) 進行擬合。由表4可知，隨施氮量增加，金針菜鉀濃度衰減方程的a值 (初始值) 均持續升高，即鉀濃度升高；b值 (下降速率) 呈現持續降低趨勢。隨著生育進程，金針菜鉀累積量的變化符合Logistic生長曲線。數據擬合分析可得到鉀累積動態模型的特征值 (表5)，隨施氮量增加，最大累積速率持續增加，而最大累積速率出現時間提前，快速累積持續時間縮短。

2.6 施氮量對金針菜不同生育階段鉀吸收量和吸收比例的影響

隨施氮量升高，抽薹—現蕾期的鉀吸收量呈升高趨勢，返青期和返青—抽薹期鉀吸收量在升高到一定程度后趨于穩定。隨施氮量增加，鉀吸收比例變化規律在不同生育期間差異較大，返青期呈降低趨勢，返青—抽薹期呈先升高后降低趨勢，且在N 100 kg/hm2時最高，抽薹—現蕾期則呈持續升高趨勢(表 6)。

表 3 施氮量對金針菜鉀累積和分配的影響 (2016—2017)Table 3 K accumulation and distribution of daylily plant under different nitrogen application rates

圖 2 施氮量對金針菜植株鉀濃度和鉀累積量的影響 (2016—2017)Fig. 2 Effects of nitrogen application rate on potassium concentration of daylily plant

表 4 不同施氮量下金針菜鉀濃度擬合方程參數(2016—2017)Table 4 Parameters of fitting equations for K concentration of daylily under different N application rates

表 5 施氮量對金針菜鉀累積動態特征值的影響(2016—2017)Table 5 Effect of N application rate on eigenvalues of potassium accumulation models of daylily

表 6 不同施氮量下金針菜不同生育階段鉀吸收量和吸收比例 (2016—2017)Table 6 K uptake and uptake percentage of daylilyat at different growth stages under different N application rate

2.7 施氮量對金針菜鉀吸收量和鉀吸收邊際效應的影響

隨施氮量增加，金針菜鉀吸收量變化規律可用Logistic方程擬合 (圖3)，通過對方程求導可以得出氮對鉀吸收的邊際效應 (每增施1 kg氮促進鉀的吸收量)。可以看出，隨著施氮量的增加，鉀吸收的邊際效應呈先升高后降低趨勢，在施氮量為32.5 kg/hm2時達到最大。

圖 3 施氮量對金針菜植株鉀累積量的影響 (2016—2017)Fig. 3 Effects of N application rate on K accumulation amount of daylily plant

2.8 鉀吸收量對金針菜產量和生產效率的影響

金針菜產量對鉀吸收量的響應可用二次曲線擬合，最高產量時理論吸鉀量為53.0 kg/hm2。對二次方程求導可得到鉀的生產效率 (每吸收1 kg鉀可生產的金針菜產量)，隨鉀吸收量的升高，鉀的生產效率呈線性降低(圖4)。

圖 4 鉀吸收量與金針菜產量和鉀生產效率的關系 (2016—2017)Fig. 4 Relationship of between daylily potassium accumulation and yield and prduction efficiency of potassium

3 討論

合理施氮是調控作物生長發育和產量形成的重要措施之一，本研究中，隨施氮量升高，金針菜產量和鉀吸收的邊際效應均呈先升高后降低趨勢，基于產量最高和最大鉀吸收邊際效應的的施氮量分別在N 153～167 kg/hm2和32.5 kg/hm2，這表明在金針菜理論產量最高時，鉀吸收的邊際效應已經開始降低，這與張國偉等[11]在棉花上的研究一致。兼顧生產和環境因素效益，本研究認為該地區 (蘇北徐淮地區) 適宜施氮量為100～150 kg/hm2，該水平顯著低于趙曉玲等[17]在甘肅慶陽地區的推薦量為N 276 kg/hm2，其原因可能與慶陽地區采用露地栽培模式，且土壤貧瘠，保肥保水能力較差，肥料利用率較低有關。

花蕾長和寬、花蕾重是金針菜主要的產量性狀指標，VC、游離氨基酸、可溶性糖、鈣和黃酮含量是金針菜的主要品質指標，而秋水仙堿是引起金針菜中毒的關鍵指標。本研究中隨施氮量增加盡管花蕾長和寬及花蕾重呈增加趨勢，但是單株花蕾數在施肥量高于150 kg/hm2時顯著降低，導致產量降低。此外，隨施氮量增加，VC和鈣含量呈先增加后降低趨勢，且在N 100 kg/hm2時最高，而秋水仙堿含量呈增加趨勢，且在達到一定程度后趨于穩定，這與付開聰等[18]認為氮、磷和鉀缺乏導致秋水仙堿含量降低的研究相符，多酚和黃酮含量隨施氮量升高呈降低趨勢，也與藏小云等[19]認為氮肥過多可以誘導蕎麥葉片黃酮含量降低的研究相符，其原因可能與高氮誘導苯丙氨酸解氨酶活性顯著降低阻礙黃酮合成有關[20]。

植株中養分向生殖器官的運輸與產量和品質形成密切相關[11]，本研究中，隨施氮量增加總生物量和總鉀累積量持續增加，但是生物量經濟系數和鉀經濟系數呈先升高后降低趨勢，表明適量施氮可以促進干物質和鉀分布于花蕾，而過量施氮則導致干物質和鉀分布于營養器官，這也與前人在棉花[21]和馬鈴薯[22]的研究一致。

植物體內鉀參與眾多代謝過程，棉株中鉀濃度的變化與碳水化合物的形成和養分向生殖器官的運輸密切相關。本研究表明，隨生育進程，金針菜抽薹后 (返青80 d后) 的鉀濃度變化可用負指數函數方程擬合，隨施氮量增加，鉀濃度衰減方程的a值 (初始值) 均持續升高，即鉀濃度升高，而b值 (下降速率) 呈現持續降低趨勢，表明施氮降低了金針菜生育后期鉀濃度的下降速率。進一步分析表明，隨施氮量增加，鉀累積量變化曲線的最大累積速率持續增加，而最大累積速率出現時間提前，快速累積持續時間縮短，這說明施氮改變了鉀的累積特征，低氮處理下盡管鉀的快速累積時間相對較長，但是最大累積速率較低，最大累積速率出現時間較遲，最終植株矮小，鉀總累積量偏低，高氮處理下金針菜植株的最大累積速率出現時間較早，利于搭建豐產架子，盡管快速累積持續時間偏短，但是最大累積速率較大，最終抽薹和現蕾相對集中，鉀的總累積量較高。植株鉀的吸收隨施氮量的動態變化可用Logistic曲線描述[23]，對其求導可以得到氮對鉀吸收的邊際效應。本研究中，隨施氮量增加，氮對鉀吸收的邊際效應呈先升高后降低趨勢，而鉀吸收的生產效率則呈直線降低趨勢，這也說明高氮處理下金針菜植株鉀的吸收效率和生產效率均較低。

金針菜生育前期吸收的鉀主要是促進營養器官生長，后期吸收的鉀則對產量和品質形成至關重要。本研究中施氮量過低增加了抽薹期之前鉀的吸收比例，降低了抽薹—現蕾期的鉀吸收比例，導致后期鉀供應不足，進而影響品質形成；過量施氮雖然增加了金針菜抽薹—現蕾期鉀的吸收比例，使抽薹—現蕾期鉀的濃度和吸收量顯著增加，但是過高鉀濃度反饋促進了氮的吸收，導致金針菜營養生長過旺，降低肥料利用效率。

4 結論

在施氮量N 100～150 kg/hm2范圍內，干物質和鉀素在花蕾中的分配比例較高，鉀含量和累積量協調，利于高產形成。施氮量高于N 150 kg/hm2導致金針菜產量增幅下降，鉀吸收的邊際效應和鉀的生產效率較低；施氮量低于N 100 kg/hm2降低干物質和鉀累積量，不利于高產形成。綜合考慮產量、品質和鉀的吸收利用規律，推薦N 100～150 kg/hm2為蘇北徐淮地區設施栽培金針菜最優施氮量。