徐倩 段文學(xué) 張海燕 解備濤 汪寶卿 王慶美 張立明

摘要：

在盆栽條件下，以濟(jì)薯26和龍薯9號(hào)為供試品種，每個(gè)品種設(shè)置施氮量為0（N0）、100（N1）、200 （N2）mg/kg 3個(gè)處理，研究施氮量對(duì)鮮食型甘薯根系生長與干物質(zhì)積累分配的影響。結(jié)果表明，栽后10、25 d和40 d，與N0和N2處理相比，N1處理有利于兩品種保持較高的根系長度、根系表面積、根系平均直徑和根系總體積；有利于提高兩品種栽后10 d直徑≤2 mm、栽后25 d直徑為>2～≤5 mm和栽后40 d直徑為>5～≤20 mm和>20 mm的根系體積，促進(jìn)生長前期纖維根生長及根系增粗分化為塊根。隨施氮量增加，兩品種地上部鮮重顯著提高，地上部分配比例與地上部鮮重變化趨勢(shì)基本一致，N1處理有利于提高兩品種塊根干物質(zhì)積累與分配比例，保持較高的塊根鮮重和干重。施氮量為100 mg/kg是本試驗(yàn)條件下的適宜施氮量。

關(guān)鍵詞：甘薯；施氮；根系生長；干物質(zhì)積累分配

中圖分類號(hào)：S531.01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2018）08-0086-05

Effects of Nitrogen Application Rate on Root Growth and Dry Matter

Accumulation and Distribution of Fresh Edible Sweet Potato

Xu Qian1，Duan Wenxue2，Zhang Haiyan2，Xie Beitao2，

Wang Baoqing2，Wang Qingmei2，Zhang Liming3

（1.Agronomy College of Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， China；

2.Crop Research Institute， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China；

3.Shangdong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China）

Abstract To examine the effects of different nitrogen （N） application rates on root growth and dry matter accumulation and distribution in fresh edible sweet potato， three N levels including 0 （N0）， 100 mg/kg （N1） and 200 mg/kg （N2） were set in the pot experiments with Jishu 26 （J26） and Longshu 9 （L9） cultivars as materials. The results showed that the root length， surface area， average diameter and total volume of the two varieties in N1 were higher than those in N0 and N2 on the 10th， 25th and 40th days after planting. The volume of roots with the diameter ≤2 mm on the 10th day， >2～≤5 mm on the 25th day， and>5～≤20 mm and>20 mm on the 40th day could be increased by N1， thereby facilitating the fibrous root growth and inducing the thickening and differentiation of roots into tuberous roots in the early growth periods. As the N application rate increased， the aboveground fresh weight of the two varieties increased significantly， and the variation of the aboveground distribution proportion was similar to that of the aboveground fresh weight. The N1 treatment was benefit to increasing the accumulation and distribution proportion of root dry matter of the two varieties， and maintaining higher root fresh and dry weight. Under the conditions of this experiment， 100 mg/kg was the optimal N application rate.

Keywords Sweet potato； Nitrogen； Root growth； Dry matter accumulation and distribution

甘薯高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣[1]，不僅是我國重要的糧食作物，也是重要的工業(yè)原料[2]、飼料[3]、能源及減災(zāi)作物。甘薯具有良好的營養(yǎng)保健功能[4]。隨著人們生活水平的提高和營養(yǎng)保健意識(shí)的增強(qiáng)，近年來對(duì)鮮食型甘薯的市場(chǎng)需求不斷增加[5]。氮素是影響甘薯生長前期根系生長分化的重要因素[6]，可顯著影響甘薯干物質(zhì)積累與分配，進(jìn)而影響塊根產(chǎn)量[7，8]。生產(chǎn)中由于氮肥施用不合理，容易引起甘薯徒長，嚴(yán)重制約鮮食型甘薯產(chǎn)量，影響種植效益。前人關(guān)于氮素對(duì)鮮食型甘薯產(chǎn)量與品質(zhì)的影響等方面做了一定研究，而關(guān)于施氮量對(duì)鮮食型甘薯前期根系生長、干物質(zhì)積累分配與產(chǎn)量形成關(guān)系的研究報(bào)道較少。本試驗(yàn)采用盆栽法，探討氮素對(duì)鮮食型甘薯根系生長與干物質(zhì)積累分配的影響，以期為鮮食型甘薯合理的氮肥運(yùn)籌提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所防雨棚內(nèi)進(jìn)行。選取鮮食型品種濟(jì)薯26（J26）和龍薯9號(hào)（L9）為供試品種。選用高40 cm、上口徑40 cm、內(nèi)徑35 cm、可容納20 kg土壤的營養(yǎng)缽栽培，土壤取自0～20 cm耕層，肥力中等。每品種設(shè)置3個(gè)處理，分別為每盆施入純N 0、2.0、4.0 g，折合施N量為0、100、200 mg/kg。各處理的磷、鉀肥用量一致，每個(gè)營養(yǎng)缽用量為P2O5 1.5 g、K2O 3.0 g，均與氮肥用作底肥一次性施入。完全隨機(jī)排列，重復(fù)3次，共計(jì)300盆。

1.2 項(xiàng)目測(cè)定與方法

1.2.1 根系形態(tài)指標(biāo) 于栽后10、25 d和40 d后取樣，采集完整植株根系進(jìn)行形態(tài)測(cè)定。于清水中反復(fù)洗凈后，用根系掃描儀掃描完整根系形態(tài)，掃描獲得的根系圖像利用DT-SCAN軟件進(jìn)行相關(guān)根系指標(biāo)分析，包括根長、平均直徑、表面積、體積以及不同直徑根系的體積分布等。

1.2.2 干物質(zhì)積累分配 于栽后90 d取樣，將植株整株根系挖出、沖根，沿莖基部剪斷，分別稱量地上部莖葉與地下部塊根鮮重，計(jì)算地上部莖葉與地下部塊根鮮重的比值；將每株地上部分為葉片、葉柄、莖三部分分別裝袋，將塊根切成薄片后裝袋。裝袋后的樣品放入烘箱殺青后，70℃烘干至恒重，稱量各器官干重，計(jì)算各器官干物質(zhì)分配比例。

各器官干物質(zhì)分配比例（%）=各器官干物質(zhì)積累量/植株干物質(zhì)積累量×100

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007制表，SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性差異檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對(duì)根系長度、平均直徑、表面積及體積的影響

由表1可見，栽后10 d，兩品種N1處理根系長度和表面積均顯著高于N0和N2處理，栽后25 d和40 d各處理根系長度和表面積的變化趨勢(shì)與栽后10 d基本一致。表明適量施氮的N1處理有利于纖維根的生長，促進(jìn)營養(yǎng)元素吸收，進(jìn)而有利于干物質(zhì)的積累。在相同氮素水平下，龍薯9號(hào)的根系長度、表面積顯著高于濟(jì)薯26。

栽后10 d，濟(jì)薯26的N1處理根系平均直徑顯著高于N0和N2處理，龍薯9號(hào)N1和N0處理的根系平均直徑無顯著差異，N1處理顯著高于N2處理。兩品種N1處理根系總體積顯著高于N0和N2處理。栽后25 d和40 d，兩品種N1處理根系平均直徑和根系總體積均顯著高于N0和N2處理。表明適量施氮的N1處理有利于根系增粗而向塊根方向發(fā)育，有利于塊根膨大。在相同氮素條件下，龍薯9號(hào)的根系平均直徑和根系總體積均顯著高于濟(jì)薯26，說明龍薯9號(hào)根系增粗速度快，塊根膨大速度可能高于濟(jì)薯26。

2.2 施氮量對(duì)不同直徑根系體積的影響

由表2可見，栽后10 d，兩品種N1處理直徑≤2 mm的根系體積顯著高于N0和N2處理，濟(jì)薯26 N1和N0處理直徑為2～5 mm的根系體積無顯著差異，均顯著高于N2；龍薯9號(hào)N1和N2處理直徑為2～5 mm的根系體積無顯著差異，均顯著高于N0處理。表明適量施氮的N1處理有利于纖維根的生長和塊根早期分化。

栽后25 d，兩品種N1處理直徑≤2 mm和直徑為2～5 mm的根系體積均顯著高于N0和N2處理。龍薯9號(hào)N1處理直徑為5～20 mm的根系體積顯著高于N0和N2處理。表明適量施氮的N1處理有利于兩品種纖維根的生長及根系增粗，龍薯9號(hào)根系向塊根分化膨大早于濟(jì)薯26。

栽后40 d，濟(jì)薯26的N1和N2處理直徑≤2 mm的根系體積無顯著差異，均顯著高于N0處理，龍薯9號(hào)則為N1處理顯著高于N0和N2處理；兩品種N1處理直徑為2～5、5～20 mm和﹥20 mm的根系體積均顯著高于N0和N2處理。表明栽后40 d兩品種已經(jīng)形成膨大的塊根，適量施氮的N1處理不僅有利于纖維根的生長，且能促進(jìn)根系向塊根的分化和膨大。

2.3 施氮量對(duì)地上部干物質(zhì)量、塊根干物質(zhì)量及總干重的影響

由表3可見，兩品種N2處理的地上部干重顯著高于N0和N1處理。兩品種N1處理的塊根干重、總干重顯著高于N0和N2處理，N2處理的塊根干重顯著低于N0處理。表明過量施氮的N2處理促進(jìn)兩品種地上部干物質(zhì)積累，不利于塊根干物質(zhì)積累；適量施氮的N1處理有利于保持較高的塊根干重與總干重。N0和N1條件下，龍薯9號(hào)的塊根干重與濟(jì)薯26無顯著差異；N2條件下，龍薯9號(hào)的塊根干重顯著高于濟(jì)薯26，即較高氮素條件下，龍薯9號(hào)比濟(jì)薯26更有利于塊根干物質(zhì)的積累。

2.4 施氮量對(duì)不同器官干物質(zhì)分配比例的影響

由表4可見，濟(jì)薯26干物質(zhì)較多分配于葉片、莖和塊根，而龍薯9號(hào)較多分配于葉片和塊根。兩品種N2處理葉片、葉柄和莖的干物質(zhì)分配比例均顯著高于N0和N1處理，塊根干物質(zhì)分配比例均顯著低于N0和N1處理；兩品種N1處理塊根干物質(zhì)分配比例與N0處理無顯著差異，均顯著高于N2處理。表明過量施氮的N2處理促進(jìn)兩品種地上部干物質(zhì)積累，而不利于干物質(zhì)向塊根轉(zhuǎn)運(yùn)；N1處理有利于保持較高的塊根干物質(zhì)分配比例。相同氮素處理下，龍薯9號(hào)塊根干物質(zhì)分配比例高于濟(jì)薯26，保持較高的干物質(zhì)向塊根的轉(zhuǎn)運(yùn)效率。

2.5 施氮量對(duì)地上部鮮重、塊根鮮重及T/R值的影響

由表5可見，濟(jì)薯26的N2處理地上部鮮重顯著高于N0和N1處理，龍薯9號(hào)N2處理地上部鮮重與N1處理無顯著差異，均顯著高于N0處理。兩品種N2處理的T/R值顯著高于N0和N1處理。兩品種N1處理的塊根鮮重顯著高于N0和N2處理。表明過量施氮的N2處理能夠保持兩品種較高的地上部鮮重和莖蔓比，但不利于保持較高的塊根鮮重，適量施氮的N1處理有利于增加塊根鮮重。相同氮素條件下，龍薯9號(hào)的塊根鮮重高于濟(jì)薯26。

3 討論與結(jié)論

3.1 施氮量對(duì)鮮食型甘薯生長前期根系生長的影響

作物根系具有吸收和運(yùn)輸土壤中水分和養(yǎng)分的功能。對(duì)于大多數(shù)植物來說，生長前期均為根系構(gòu)建的關(guān)鍵時(shí)期[9]。甘薯作為塊根作物，其根系構(gòu)建的主要矛盾在于生長前期的根系分化[6]。氮素對(duì)甘薯生長前期的塊根分化具有重要影響。有研究表明，適量施氮有利于作物根系發(fā)育，缺氮或過量施氮對(duì)根系生長均有抑制作用[10-13]。林文等[14]發(fā)現(xiàn)，150 kg/hm2的施氮量會(huì)抑制水稻根系的伸長。NO-3濃度在0.1～10 mmol/L能促進(jìn)根分支，增加根長，而氮素濃度過多則抑制根系變長變粗[15]。寧運(yùn)旺等[9]研究表明，移栽30 d，與不施氮處理相比，施氮處理下甘薯生長前期的根長、根平均直徑、表面積和體積均顯著降低。高璐陽等[16]研究發(fā)現(xiàn)，施氮量為100 mg/kg時(shí)，甘薯根長、平均直徑、表面積和體積達(dá)到最大。本研究發(fā)現(xiàn)，施氮量為100 mg/kg有利于提高甘薯根系長度、平均直徑、表面積和總體積，不施氮或施氮量為200 mg/kg對(duì)根系伸長及增粗均起抑制作用，這與大多數(shù)前人的研究結(jié)果相同。本研究認(rèn)為，施氮量為100 mg/kg有利于提高栽后10 d直徑≤2 mm、栽后25 d直徑為>5～≤20 mm、栽后40 d直徑為>5～≤20 mm和>20 mm的根系體積，即促進(jìn)生長前期纖維根生長和根系向塊根的分化膨大。

3.2 施氮量對(duì)鮮食型甘薯干物質(zhì)分配的影響

合理的肥料運(yùn)籌能夠保證礦質(zhì)養(yǎng)分的平衡、吸收，而氮素是甘薯生產(chǎn)中的關(guān)鍵限制因子之一[17]，其對(duì)于源庫關(guān)系的建立、平衡和發(fā)展等具有重要影響[18]。施氮促進(jìn)甘薯地上部的生長與地下部的膨大，但施氮量過多時(shí)會(huì)導(dǎo)致地上部徒長、地下部塊根膨大受抑制[19]。孫澤強(qiáng)等[20]研究表明，土壤堿解氮含量為90.5 mg/kg時(shí)，濟(jì)薯21鮮薯產(chǎn)量和施氮量之間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。高璐陽等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在堿解氮為47.6 mg/kg的土壤中，隨施氮量增加，薯蔓鮮質(zhì)量總體呈增加趨勢(shì)。寧運(yùn)旺等[21]研究認(rèn)為，施氮能夠顯著提高干物質(zhì)向地上部的分配，卻不利于塊根的形成。Walker等[22]認(rèn)為，甘薯在水培15 mmol/L氮溶液中更有利于提高地上部干物質(zhì)比例。本研究表明，施氮量為100 mg/kg有利于兩品種保持較高的塊根干重與總干重，同時(shí)保持較高的塊根干物質(zhì)分配比例及塊根重；施氮量為200 mg/kg則促進(jìn)了兩品種地上部干物質(zhì)積累，而不利于干物質(zhì)向塊根的轉(zhuǎn)運(yùn)，降低塊根重。

綜上所述，本試驗(yàn)條件下，施氮量為100 mg/kg有利于鮮食型甘薯品種生長前期纖維根生長、根系增粗進(jìn)而分化膨大為塊根，同時(shí)提高植株總干重和塊根干物質(zhì)分配比例，進(jìn)而獲得較高的塊根鮮重和干重，提高產(chǎn)量。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1]

劉慶昌. 甘薯在我國糧食和能源安全中的重要作用[C]//中國糧食安全戰(zhàn)略——第九十次中國科協(xié)青年科學(xué)家論壇文集.中國作物學(xué)會(huì)，2004：162-164.

[2] Woolfe J A. Sweet potato： an untapped food resource[R]. Cambridge， UK：Cambridge University Press，1992.

[3] 馬代夫. 我國甘薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干問題的思考[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)），2013（11）：21-24.

[4] 王冬梅，王建玲，孫妮娜，等. 紫甘薯的營養(yǎng)成分及開發(fā)利用研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（20）：6762-6763.

[5] 李曉青，張曉申，王慧瑜，等. 施氮量對(duì)甘薯蘇薯8號(hào)產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)科技通訊，2014（12）：69-70.

[6] Kim S H， Mizuno K， Sawada S， et al. Regulation of tuber formation and ADP-glucose pyrophosphorylase （AGPase） in sweet potato （Ipomoea batatas （L.） Lam.） by nitrate[J]. Plant Growth Regulation， 2002， 37（3）：207-213.

[7] 巨曉棠，張福鎖. 關(guān)于氮肥利用率的思考[J]. 生態(tài)環(huán)境，2003（2）：192-197.

[8] Baligar V C，F(xiàn)ageria N K，He Z L. Nutrient use efficiency in plants[J]. Communications in Soil Science & Plant Analysis， 2001， 32（7/8）：921-950.

[9] 寧運(yùn)旺，馬洪波，張輝，等. 氮、磷、鉀對(duì)甘薯生長前期根系形態(tài)和植株內(nèi)源激素含量的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，29（6）：1326-1332.

[10]平文超，張永江，劉連濤，等. 棉花根系生長分布及生理特性的研究進(jìn)展[J]. 棉花學(xué)報(bào)，2012，24（2）：183-190.

[11]邱喜陽，王晨陽，王彥麗，等. 施氮量對(duì)冬小麥根系生長分布及產(chǎn)量的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012，21（1）：53-58.

[12]姜琳琳，韓立思，韓曉日，等. 氮素對(duì)玉米幼苗生長、根系形態(tài)及氮素吸收利用效率的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2011，17（1）：247-253.

[13]史正軍，樊小林. 水稻根系生長及根構(gòu)型對(duì)氮素供應(yīng)的適應(yīng)性變化[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，30（6）：1-6.

[14]林文，李義珍，鄭景生，等. 施氮量及施肥法對(duì)水稻根系形態(tài)發(fā)育和地上部生長的影響[J]. 福建稻麥科技，1999（3）：21-24.

[15]Zhang H，Jennings A，Barlow P W，et al. Dual pathways for regulation of root branching by nitrate[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，1999，96（11）：6529-6534.

[16]高璐陽，房增國. 不同施氮水平對(duì)甘薯生長前期根系生物學(xué)特性的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（10）：122-125.

[17]汪順義，李歡，劉慶，等. 氮鉀互作對(duì)甘薯根系發(fā)育及碳氮代謝酶活性的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2015，30（5）：167-173.

[18]寧運(yùn)旺，馬洪波，張輝，等. 甘薯源庫關(guān)系建立、發(fā)展和平衡對(duì)氮肥用量的響應(yīng)[J]. 作物學(xué)報(bào)，2015，41（3）：432-439.

[19]陳曉光，丁艷鋒，唐忠厚，等. 氮肥施用量對(duì)甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2015，21（4）：979-986.

[20]孫澤強(qiáng)，董曉霞，王學(xué)君，等. 施氮量對(duì)多用型甘薯濟(jì)薯21產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，45（11）：70-73.

[21]寧運(yùn)旺，曹炳閣，馬洪波，等. 氮肥用量對(duì)濱海灘涂區(qū)甘薯干物質(zhì)積累、氮素效率和鉀鈉吸收的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012，20（8）：982-987.

[22]Walker D W，Poche K J，Poche E M. Cultivar differences for nitrogen uptake and dry matter partitioning in hydroponically-grown sweet potato[J]. Communications in Soil Science & Plant Analysis，1989，20（5/6）：567-580.