氮水平對微型馬鈴薯種薯特性及氮素吸收的影響

李秋琛 溫江麗 郭文忠

摘要：為篩選適宜無土栽培馬鈴薯微型薯生長發育的氮水平，以日光溫室基質盆栽馬鈴薯費烏瑞它（Favorita）脫毒苗為試驗材料，控制營養液中氮濃度分別為84（N1）、147（N2）、210（N3）、273（N4）、336（N5） mg/L，研究不同氮水平對微型馬鈴薯種薯特性、氮素累積量及品質的影響。結果表明，馬鈴薯微型薯的株高、葉面積、鮮質量、干質量均隨著氮濃度的增加而增加，但當氮濃度高于210 mg/L時，不同處理株高、葉面積、鮮質量和干質量均呈下降趨勢。馬鈴薯微型薯不同生育階段N1處理的株高、莖粗、葉面積均明顯低于其他處理，說明低氮水平會影響馬鈴薯微型薯的生長。N3處理的產量及結薯數均最高，且分布在>5～30 g區間的微型薯產量和結薯數占比分別為98.6%、94.0%。微型薯的氮素累積量隨氮濃度的增加而增加，當氮濃度達到210 mg/L時，繼續提高氮濃度，微型薯氮素累積量增加較小，甚至會導致氮素累積量下降。淀粉及可溶性總糖隨著氮濃度的提高先升高后下降，在高氮濃度下含量有所下降;還原糖含量則隨著氮濃度的提高不斷升高，為提高微型薯品質，應控制氮濃度不宜過高。綜合考慮可以得出基質栽培馬鈴薯微型薯營養液適宜氮濃度為210 mg/L。

關鍵詞：馬鈴薯;微型薯;氮;生長;產量;種薯;氮素吸收

中圖分類號： S532.06? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）11-0103-05

馬鈴薯性喜冷涼，生長周期短，由于其耐旱耐瘠，單位面積產量高，富含淀粉、蛋白質、維生素和礦物質，因此在全世界生產區域分布很廣，是目前世界上僅次于水稻、小麥、玉米的第四大糧食作物[1-2]。我國馬鈴薯種植面積及總產量均為世界第一，但是單產水平卻遠低于世界平均水平[3]，這主要是由于我國種薯供應不足導致的。利用基質栽培種植馬鈴薯脫毒苗是繁育馬鈴薯微型種薯的一種常用方法。基質栽培就是采用基質固定植物，并澆灌營養液來提供水分和養分。營養液中的氮素是影響馬鈴薯生長發育的重要元素之一，氮素具有多種重要的生理生化功能，它不僅影響作物生長發育，同時也是決定馬鈴薯塊莖產量和品質的關鍵因素[4]。有研究表明，氮素缺乏會造成馬鈴薯群體葉面積下降、減產[5-6]，過量施用氮肥會增加塊莖中茄堿[7]及硝酸鹽[8-9]的含量、導致莖葉徒長、塊莖干物質含量降低及商品薯比例下降[6]。近年來，種植馬鈴薯時過量施用氮肥導致的環境污染問題越來越引起人們的關注[10-15]。

目前，如何在優質、高效生產的同時，提高氮肥利用率，有效降低生產對環境造成的污染將成為我國設施產業發展過程中急需解決的問題之一。為了提高氮肥的利用率，前人針對土壤栽培馬鈴薯的氮素吸收利用做了大量研究[16-19]，宋娜等研究表明，馬鈴薯的產量、單株塊莖質量和商品薯率均隨著施氮量的增加呈拋物線趨勢變化，但是對基質栽培馬鈴薯微型薯的科學施肥問題研究較少[20-21]。本試驗對基質栽培條件下，不同氮水平營養液對微型馬鈴薯種薯特性、氮素累積量及品質進行研究，以期為指導基質栽培馬鈴薯微型薯氮素管理提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和材料

本試驗在北京市農林科學院日光溫室內進行。溫室透明材料為雙層中空聚碳酸酯（PC）板，跨度8 m，開間4 m。溫室內配有濕簾式冷風機，整個生育期內，溫度保持在18～30 ℃之間。

試驗所用材料為費烏瑞它（Favorita）脫毒試管苗，由中國農業科學院蔬菜花卉研究所提供。以蛭石作為基質，基質容重為0.20 g/cm3，基質持水孔隙度為60.4%，pH值為6.96，可溶性鹽濃度（EC值）為55.36 μS/cm。試驗采用盆栽，花盆上口直徑為17.7 cm，下底直徑為11.4 cm，高12 cm，每盆填裝基質360 g，距花盆上口2 cm左右。

1.2 試驗設計

試驗共設置5個處理（N1、N2、N3、N4、N5），氮的濃度分別為84、147、210、273、336 mg/L。每個處理10盆，供試種薯為1株/盆。試驗于2017年3月25日進行定植，定植前把每盆蛭石充分澆水，然后選取長勢相近的脫毒苗，用清水將脫毒苗根部清洗干凈后進行定植。定植后在溫室頂部拉上遮陽網，緩苗期過后取下。2017年4月2日開始按照不同處理澆灌營養液，幼苗期及塊莖形成期每盆每次澆營養液450 mL，塊莖增長期及淀粉積累期每盆每次澆水650 mL，每5～7 d澆營養液1次，至2017年6月5日結束，共歷時73 d。設置營養液中P、K、Ca、Mg、Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Co、I的濃度分別為53、572、152、38、5.6、1.1、5.5、1.94、0.006、0.1、0.006、0.635 mg/L，營養液配方依據MS培養基配方，調整pH值為5.8～6.0。于2017年6月5日，將每盆馬鈴薯微型薯單獨收獲，測定微型薯產量。

1.3 測定項目與方法

株高：定植后10 d開始測量株高，用軟尺由植株基部到馬鈴薯微型薯頂端生長點的高度。

莖粗：定植后15 d開始測量莖粗，采用十字交叉法用游標卡尺進行測定。

葉面積：定植后25 d開始測量葉面積，用鋼直尺測量馬鈴薯各葉片葉長與葉寬的最大值，再用Li-3000C型葉面積儀掃描葉片，求得系數為0.465。計算葉面積采用公式Y=0.465X，其中，Y為馬鈴薯葉面積，X為馬鈴薯葉長與葉寬的乘積，將每片葉片葉面積相加，即得整株葉面積。

氮素累積量：在微型薯的各個生育階段，每個處理選取2棵植株，將其分成莖、葉片及塊莖分別稱質量，使用烘箱在 105 ℃ 殺青30 min后調節溫度至75 ℃烘為恒質量，用千分之一天平稱質量[22]。烘干后用粉碎機將樣品磨碎，用SPD80型全自動凱氏定氮儀測定全氮含量，用以計算莖、葉片及塊莖的氮素累積量。

微型薯產量（g/盆）：待試驗結束后每個處理選取4盆微型薯測定產量，每盆收獲大于1 g的塊莖，并按照微型薯的鮮質量分為3個等級分別統計：1～5 g，>5～30 g，>30 g[23]。

微型薯品質：采用3，5-二硝基水楊酸法測定還原糖含量，蒽酮法測定淀粉和可溶性總糖含量。

1.4 數據處理

利用Excel 2010計算數據和作圖，利用SPSS 23.0軟件進行方差分析及差異性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同氮水平對馬鈴薯微型薯生長的影響

2.1.1 不同氮水平對馬鈴薯微型薯株高和莖粗的影響 由圖1-a可知，隨著馬鈴薯微型薯植株的生長，各處理微型薯株高逐漸增加，在5月25日達到最大值。4月9日前，各處理微型薯株高差異不明顯。從4月14日開始，N1處理與其他處理的差異逐漸增大。提高氮濃度對微型薯株高的增加具有促進作用，尤其是N3處理，5月25日，N3處理的株高最大，為39.7 cm，較N1處理增加18.9%。隨著氮濃度的進一步增加，微型薯株高逐漸減小，5月25日N5處理的株高為34.5 cm，較N3處理減小15.1%。

由圖1-b可知，隨著微型薯植株的生長，4月9日至5月9日，微型薯莖粗逐漸增大;5月9日至5月25日，各處理微型薯莖粗逐漸趨于穩定，在5月25日各處理的莖粗達到最大。4月14日前，各處理之間的莖粗差異不明顯，從4月14日開始各處理莖粗差異逐漸增大。隨著氮濃度的增加，微型薯莖粗逐漸增大;5月25日N5處理的莖粗最大，為 7.42 mm，較N1處理增加10.8%;其他處理與N5處理差異均不明顯。N1處理在整個生育期內莖粗一直處于較低水平，說明低氮水平影響微型薯莖粗的增長。將不同氮水平下種植天數（x）與莖粗（Y）進行擬合，結果如下：

2.1.2 不同氮水平對馬鈴薯微型薯葉面積和葉片數量的影響 由圖2-a可知，隨著微型薯植株的生長，4月19日至4月29日，微型薯葉面積增長緩慢，4月29日至5月25日，各處理微型薯葉面積快速升高，5月25日之后，葉面積則隨微型薯下層葉片的枯萎而變小。4月29日前，各處理微型薯葉面積差異不明顯。從4月29日開始，不同處理葉面積差異逐漸增大，到5月25日差異達到最大值，同時各處理葉面積也達到最大值。提高氮濃度對微型薯葉面積的增加具有明顯的促進作用，例如5月25日，N3處理葉面積最大，為 1 207.9 cm2，較N1、N2處理分別提高23.5%、13.5%。隨著氮濃度的進一步增加，微型薯葉面積逐漸減小，N5處理的葉面積為 1 194.0 cm2，較N3處理減小1.2%。本試驗將不同氮水平下種植天數（X）與葉面積（Y）進行擬合，結果如下：

從上述方程可知，三次函數擬合效果較好。通過方程求出N1、N2、N3、N4、N5處理葉面積理論最大值分別為 1 189.5、1 350.2、1 495.7、1 450.7、1 462.1 cm2。說明施氮對馬鈴薯微型薯葉片的生長有促進作用，但是當氮水平超過 210 mg/L 時，微型薯葉面積呈下降趨勢。因此，氮濃度 210 mg/L 為微型薯葉片生長的最佳氮濃度。

由圖2-b可知，不同氮濃度對微型薯葉片數量的影響與葉面積基本一致。隨著馬鈴薯微型薯的生長，4月19日到5月15日，各處理微型薯葉片數量持續增長并達到最多，5月15日之后，葉片數量呈緩慢減少趨勢，從5月25日開始各處理葉片數量減少趨勢加快。生長后期葉面積變化趨勢與葉片數量變化趨勢基本一致，說明微型薯在生長后期由于葉片老化黃化導致葉片脫落，導致葉面積及葉片數量的減小。將不同氮水平下種植天數（X）與葉片數（Y）進行擬合，結果如下：

從上述方程可知，二次函數擬合效果很好。通過方程求出各處理葉片數量的理論最大值分別為19.3、20.0、20.8、21.4、21.0張，其中N4處理的葉片數量理論值最大。

2.1.3 不同氮水平對馬鈴薯微型薯鮮質量和干質量的影響 由表1可知，當氮濃度為84～210 mg/L時，收獲期（6月5日）微型薯地上部、地下部和全株的鮮質量和干質量均隨著氮濃度的增高而增加，當氮濃度超過210 mg/L時，微型薯地上部、地下部以及全株的鮮質量和干質量均呈下降趨勢。N3處理的地上部和地下部鮮質量均最大，分別為50.68、86.01 g/盆，分別較N1處理顯著增加17.7%和9.6%。隨著氮濃度的進一步增加，微型薯地上部和地下部鮮質量逐漸降低，N5處理地上部和地下部鮮質量分別為46.10、77.20 g/盆，分別較N3處理顯著降低9.0%、10.2%。N3處理的地上部和地下部的干質量均最大，分別為6.86、16.74 g/盆，均顯著高于N1處理，但與其他處理差異不顯著。全株的鮮質量和干質量均在N3處理下最大，分別為136.69、23.60 g/盆，N3處理下全株鮮質量顯著高于N1和N5處理，而全株干質量顯著高于N1處理。

2.2 不同氮水平對馬鈴薯微型薯產量、結薯數及種薯分級的影響

由表2可知，當氮濃度為84～210 mg/L時，提高氮濃度有利于提高微型薯總產量，當氮濃度高于210 mg/L時，總產量呈下降趨勢。N3處理微型薯產量總最高，為77.60 g/盆，顯著高于N1、N5處理，與N2、N4處理差異不顯著。馬鈴薯微型薯產量隨氮水平的增加而增加，到一定值后反而隨氮水平的增加而減小，這和周娜娜等的試驗結果[24-25]類似。

馬鈴薯微型薯在生產中多作為種薯，因此微型薯的大小應適中，這樣不僅有利于經濟效益的最大化，同時也可以提高機械化率。質量在5～30 g之間的微型薯被大量用在水培及田間種植上[23]。從表2可知，N2、N3、N4處理的總產量差異不顯著，但是N2、N3、N4處理5～30 g的微型薯產量分別為64.39、76.52、41.21 g，N3處理5～30 g的微型薯產量顯著高于N4處理。說明N2和N3處理所得到的微型薯經濟效益更高。

在馬鈴薯微型薯的生產過程中，重要的參考指標不僅有微型薯產量，結薯數量也是衡量其經濟效益的一個重要指標。從表2可知，N1、N2、N3、N4、N5處理的結薯數量分別為5.0、4.0、5.7、4.3、5.0個。通過上述產量分析得出N2和N3處理所得到的微型薯經濟效益更高，而N3處理的結薯數量大于N2處理的結薯數量，因此可以得出N3處理即氮水平為 210 mg/L 時得到的微型薯經濟效益最高。

2.3 不同氮水平對馬鈴薯微型薯氮素累積量的影響

由圖3可知，葉片和莖的氮素累積量隨著生育期的推進呈先升高后降低的趨勢，而塊莖和植株的氮素累積量隨著生育期持續增高。

由圖3-a可知，在一定時期內提高氮濃度有利于提高葉片的氮素累積量。在塊莖增長期（5月27日），N4處理的葉片氮素累積量最高，為219.0 mg/盆，較N1和N2處理分別提高50.8%、39.0%，隨著氮濃度的進一步增加，微型薯葉片氮素累積量呈下降趨勢，N5處理葉片氮素累積量為 182.5 mg/盆，較N4處理減少16.7%。在收獲期（6月5日），N5處理的葉片氮素累積量最高，為210.1 mg/盆。

由圖3-b可知，不同氮濃度對莖氮素累積量的影響與葉氮素累積量基本一致，在一定時期內提高氮濃度有利于提高莖的氮素累積量。在塊莖增長期（5月27日），N3處理的莖氮素累積量最高，為49.0 mg/盆，較N1和N2處理分別提高130.2%、38.2%，隨著氮濃度的進一步增加，微型薯莖氮素累積量呈下降趨勢，N4和N5處理莖氮素累積量分別為40.9、35.1 mg/盆，分別較N3處理減少16.6%、28.5%。在收獲期（6月5日），N1處理的莖氮素累積量最小，為 20.0 mg/盆，低于其他處理。

由圖3-c可知，當氮濃度為84～210 mg/L時，在一定時期內氮濃度的增加有利于提高塊莖的氮素累積量。在塊莖增長期（5月27日），N4處理的塊莖氮素累積量最高，為 126.5 mg/盆，較N1處理提高16.6%。當氮濃度從210 mg/L增加到336 mg/L時，塊莖氮素累積量降低6.5%。在收獲期（6月5日），N4處理的塊莖氮素累積量最大，為 219.8 mg/盆;N1處理的塊莖氮素累積量為170.5 mg/盆，低于其他處理。

由圖3-d可知，在一定時期內氮濃度的提高有利于總氮素累積量的增加。在塊莖增長期（5月27日），N4處理的總氮素累積量最高，為386.5 mg/盆，較N1、N2處理分別提高40.5%、14.6%，隨著氮濃度的進一步增加，總氮素累積量呈下降趨勢，N5處理總氮素累積量為335.9 mg/盆，較N4處理下降15.1%。在收獲期（6月5日），N5處理的總氮素累積量最大，為464.5 mg/盆，較N1、N2處理分別提高40.0%、15.3%。

2.4 不同氮水平對馬鈴薯微型薯品質的影響

淀粉含量是衡量馬鈴薯微型薯品質的重要指標。如表3所示，當氮濃度小于210 mg/L時，微型薯淀粉含量隨著營養液中氮濃度增加而增大，N2、N3處理淀粉含量分別為17.42%、22.32%，分別比N1處理增加5.81%、10.71%，且差異顯著。隨著氮濃度的進一步增大，微型薯淀粉含量開始逐漸降低，但仍顯著高于N1處理。

N5處理還原糖含量最高，為0.62%;N1、N2處理還原糖含量最低，均為0.51%，比N5處理低0.11%。說明當氮濃度低于147 mg/L時，氮濃度的高低對微型薯還原糖含量影響不大;當氮濃度為147～336 mg/L時，微型薯還原糖含量與氮濃度較低時相比有所增加， 但處理間差異不顯著。為提高微型薯品質，應控制氮濃度不宜過高。

由表3可知，N1、N2、N3處理的可溶性總糖含量分別為0.48%、0.39%、0.47%，且差異不顯著;當氮濃度大于 210 mg/L 時，可溶性總糖含量先升高后降低，N4處理可溶性總糖含量最高，為0.88%，比N3、N5處理高0.41%、0.22%，且差異顯著。

3 討論與結論

氮是馬鈴薯生長發育過程中不可或缺的元素之一，適量施用氮肥可顯著提高塊莖產量[26]。氮素營養的缺乏會導致馬鈴薯群體葉面積下降、減產，但當氮素營養水平過高時會導致植株徒長，抑制塊莖的生長，甚至還會引起環境污染[5-6]。因此，適量供應氮素對馬鈴薯的生長、塊莖的高產以及對環境的保護是至關重要的。本試驗研究了不同氮水平營養液對微型馬鈴薯種薯特性、氮素累積量及品質的影響，結果表明，不同氮水平營養液對微型薯株高、莖粗、葉面積、微型薯產量和氮素累積量都具有不同程度的影響。

當氮濃度低于210 mg/L時，微型薯的株高和葉面積均隨著氮濃度的增加而增加，但當氮濃度高于210 mg/L時，不同處理株高和葉面積均呈下降趨勢。微型薯不同生育階段N1處理的株高、莖粗和葉面積均低于其他處理，說明低氮水平會影響微型薯的生長。N3處理的株高、莖粗、葉面積及鮮質量、干質量均為最大。適宜的氮營養水平對馬鈴薯莖稈和葉片等地上部營養器官的發育建成有明顯的促進作用，并可以顯著提高馬鈴薯產量，增加塊莖中淀粉含量;氮肥施用過多雖然可以增加馬鈴薯生長中期的干物質積累量，但是后期由于落葉嚴重會導致光合面積迅速下降[27]，本試驗所得結果與之一致。隨著氮濃度的增加，后期各處理葉面積減小幅度越來越大，5月25日與6月2日所測葉面積數據相比較發現，N1處理葉面積減小最少，為84.88 cm2，N5處理葉面積減小最多，為 159.51 cm2。

周娜娜等研究表明，在滴灌條件下，施氮量為120～270 kg/hm2 時，馬鈴薯的產量和單株薯質量隨著施氮量的增加呈拋物線變化趨勢，其中施氮量為180 kg/hm2時產量和商品薯率達到最大值[21]，本試驗研究結果與之類似，在氮水平為84～336 mg/L時，馬鈴薯微型薯產量隨著施氮量的增加也呈先增加后減少的趨勢，且在氮水平為210 mg/L時總產量達到最大。因此，在一定范圍內隨著施氮量的增加，微型薯的產量隨之增加，但是當施氮量超過一定范圍后微型薯的產量會呈下降的趨勢。本試驗中N3處理的總產量及結薯數量最高，且分布在5～30 g區間的微型薯產量和結薯數量占比分別為98.6%、93.0%。

李利研究發現，馬鈴薯氮素累積量隨生育期的推移逐漸增加，在淀粉積累期達到最大值，之后逐漸下降[28]。本試驗中微型薯葉片和莖的氮素累積量隨著生育期的推進呈先升高后降低的趨勢，而塊莖和植株的氮素累積量隨著生育期的延長持續增高，這與李利的研究結果[28]基本一致。微型薯的氮素累積量隨氮濃度的增加不斷增加，當氮濃度達到210 mg/L時，繼續提高氮濃度，微型薯氮素累積量增加不明顯，甚至會導致氮素累積量下降，這與祁馳恒等的研究結果[29]相似。

在品質方面，試驗結果表明施用氮肥能在一定程度上提高微型薯淀粉、還原糖及可溶性總糖的含量。淀粉及可溶性總糖的含量隨著氮濃度的提高呈先升高后下降的趨勢，在高氮濃度下含量有所下降;為提高微型薯品質，應控制氮濃度不宜過高。

綜合考慮微型薯生長、產量、氮素累積量和品質等各項指標，基質栽培馬鈴薯微型薯營養液氮濃度為210 mg/L較為適宜。

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