張 政，張福順，於麗華，王曼宇，孫佳平

(1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甜菜品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心，哈爾濱 150080； 2.黑龍江省普高等學校甜菜遺傳育種重點試驗室/黑龍江大學，哈爾濱 150080)

0 引 言

世界糖料作物主要包括甘蔗與甜菜兩種作物，其中甜菜約占全球食糖原料總量的30%左右。我國是少數(shù)甜菜糖與甘蔗糖同時生產(chǎn)的國家之一。近年來，我國的甜菜種植面積一直都處于逐年降低的情況，居世界的第三位，總產(chǎn)量達到第六位[1]。然而，現(xiàn)如今我國的甜菜都存在總產(chǎn)量在逐年降低、含糖率呈下降趨勢的問題。其中氮素供應的不合理也是主要的原因之一。氮肥利用效率低，施用量大，環(huán)境污染嚴重。因此，提高作物氮素利用效率，具有重要的現(xiàn)實意義。

甜菜是我國重要糖料作物之一, 主要在東北、西北及華北地區(qū)大面積種植[2]。甜菜根葉繁茂，單位面積生物產(chǎn)量高，耗肥量大，吸肥能力強，需肥時間長，因此施肥是甜菜高產(chǎn)高糖的必備條件[3]。

甜菜的生長發(fā)育、形態(tài)建成以及產(chǎn)量和品質(zhì)的形成等受氮素(N)的影響較大[9]。氮肥是決定甜菜產(chǎn)量高低和品質(zhì)優(yōu)劣的重要因素，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用量最大的化學肥料[10]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者為取得較高的經(jīng)濟效益，往往會盲目地增加氮肥施用量，這不僅制約了甜菜品質(zhì)與產(chǎn)量的進一步提升，還會對生態(tài)環(huán)境造成威脅[11]。由于肥料對甜菜的外觀有顯著的影響，最明顯的是過量施用氮肥能夠使甜菜葉冠顏色鮮艷和甜菜活力增強，因此在生產(chǎn)中導致氮的普遍過度使用。在許多情況下，這種過度使用會降低甜菜中糖的百分比和糖的可提取性。

近年來甜菜中氮肥的使用較為混亂，氮肥利用率降低，不僅浪費人力物力，還對甜菜制糖造成很大影響。雖然氮是甜菜生長的必須營養(yǎng)元素，與甜菜的生長有著密切的關系，但是氮肥的過量使用也會造成甜菜營養(yǎng)生長過剩，塊根含糖下降，甜菜制糖工藝灰分增加。所以如何使用氮肥，使用多少氮肥一直是甜菜研究的重點關注對象。開展本項目研究旨在針對氮素的使用量對甜菜的各種營養(yǎng)指標、生理生化及品質(zhì)指標的影響，目的是確定出經(jīng)濟合理的氮肥使用量，將會對甜菜生產(chǎn)具有重要的理論指導意義。

甜菜中氮素研究很多，如氮對甜菜產(chǎn)量及含糖的影響，對甜菜糖合成與代謝酶變化的影響等，這些研究基本上都是建立在田間氮肥試驗基礎上。本試驗通過營養(yǎng)液中調(diào)控氮的水平來驗證氮素缺乏與盈虧對甜菜生長的影響，通過測定甜菜不同部位干鮮重變化確定最佳的氮素水平，為指導甜菜生產(chǎn)奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.2 試驗方法

甜菜種子用70%的酒精消毒1 min后，在蛭石中播種，放入培育室中培養(yǎng)。培育室光照強度為200 μmol/(m2·s)，每日連續(xù)光照13 h，晝夜溫度分別為27℃和20℃，相對濕度為70%-80%。出苗5天后開始移栽，將每槽8穴，每穴2株，移植到盛有半倍濃度的霍蘭營養(yǎng)液的30 cm×15 cm×18 cm塑料容器中，正?；籼m營養(yǎng)液培養(yǎng)7天后，進行氮素處理，4次重復，每7天更換一次營養(yǎng)液。培養(yǎng)20天后，葉和根分別收獲，蒸餾水清洗，表面水分去掉后測定鮮重。經(jīng)自然干燥一段時間后，65℃低溫烘干后測干重，粉碎后保存在密封的塑料袋中。

1.3 測定項目及方法

鮮重：取樣后，分成根系、葉柄、葉片，用電子天平測量；干重：鮮重測完后，將植株放入烘箱內(nèi)105℃殺青半小時后，80℃烘干，用天平分別測量各部位干重；甜菜葉片葉綠素含量：丙酮提取后用分光光度計比色。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計方法

采用Microsoft Excel 2007進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算，并繪圖及相關分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 根系鮮干重與氮變化關系

由圖1、2可以看出，隨著營養(yǎng)液中氮的濃度增加，甜菜根的鮮重與干重也隨之增加，在氮處理濃度達到6 mmol/L時，根鮮重和干重分別達到最高點，隨后開始下降從而說明氮素的使用量不是越多越好，相反，在到達一個最高濃度點后，氮素的增加對甜菜的生長產(chǎn)生一定的抑制作用。

圖1 根系鮮重與氮濃度變化關系

圖2 根系干重與氮濃度變化關系

2.2 葉鮮干重與氮變化關系

由圖3、4可以看出，隨著營養(yǎng)液中氮的濃度變化，甜菜葉鮮重也隨之增加，但與根系變化不同的是，氮素濃度在達到12.00 mmol/L時到達最高點，之后開始下降。說明葉片較根系來說對氮素的需求較大，在氮素的濃度達到12.00 mmol/L前，甜菜的葉片都能到較大程度的生長。

圖3 葉鮮重與氮濃度變化關系

圖4 葉干重與氮濃度變化關系

2.3 葉柄干鮮重與氮變化關系

由圖5、6可知，隨著營養(yǎng)液中氮的濃度變化，甜菜葉柄的鮮干重也隨之增加，在氮處理濃度達到6 mmol/L時達到最大值，之后開始下降，由此可以看出甜菜葉柄對氮素的最大需求量與根系相似，兩者都低于葉片對氮素的最大需求量。

圖5 葉柄鮮重與氮濃度變化關系

圖6 莖干重與氮濃度變化關系

2.4 葉綠素與氮素變化關系

由圖7可知，隨著營養(yǎng)液中氮的濃度變化，甜菜的葉綠素含量也隨之提高，在氮處理濃度達到6 mmol/L時葉綠素含量達到最高點，之后開始明顯下降。氮素是葉綠素的一個組成成分，植物在缺氮素條件下，葉綠素含量降低，植株出現(xiàn)失綠現(xiàn)象。葉綠素是高等植物和其它所有能進行光合作用的生物體含有的一類綠色色素。是光合作用必不可缺的色素。但是隨著氮素濃度的增加，在到達一個最高濃度點后，葉綠素不再增加，反而下降，使甜菜光合作用能力下降，甜菜的營養(yǎng)生長也受到限制。

圖7 葉綠素與氮濃度變化關系

3 討 論

植物吸收硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的途徑主要來自根系吸收,且氮素對根系形態(tài)、生長及其在介質(zhì)中分布的影響是所有礦質(zhì)營養(yǎng)中最大的[12]。銨態(tài)氮使根系明顯變短、加粗,促進側(cè)根的形成；硝態(tài)氮使根系變長,側(cè)根增多[13]。研究表明氮素對塊根中氮糖代謝產(chǎn)物的影響有可能通過其對氮糖代謝酶活性的影響得以表現(xiàn)[14]；倪梅娟[15]研究表明,在正常水分條件下,水稻根的長度、直徑、體積、表面積及根尖數(shù)隨著硝態(tài)氮供應量的增大而受到促進,硝態(tài)氮對水稻根系生長的影響比銨態(tài)氮更顯著。不同形態(tài)氮素替代部分硝態(tài)氮對水培小白菜的生長和品質(zhì)也有一定的影響[16]。本試驗結(jié)果表明:在一定施氮量的水平下,甜菜根系的總根長、根表面積、根體積和根直徑隨著營養(yǎng)液中硝銨態(tài)氮配比的降低呈先增后減的趨勢。

氮素在植物體內(nèi)發(fā)揮很重要的作用,與植物的光合作用和呼吸作用等息息相關,影響植物生長形態(tài)的建成及生物產(chǎn)量的合成。銨硝態(tài)氮比對菠菜生長、安全和營養(yǎng)品質(zhì)也有一定的影響[17]。汪建飛等[18]研究表明,隨著營養(yǎng)液中硝態(tài)氮比例的增大,菠菜地上部分的鮮重和干重均逐漸增加。楊成君等[19]研究表明,不同氮素形態(tài)及其配比對生菜葉片數(shù)、株高、最大葉面積的影響顯著，硝銨態(tài)氮配比為70∶30時,植株長勢最佳。而盧鳳剛等[20]研究表明,隨著營養(yǎng)液中硝銨態(tài)氮配比的增大,兩個韭菜品種的產(chǎn)量呈先增后減的趨勢。

綜上所述，蔬菜對硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的吸收量與氮素形態(tài)、植株本身、營養(yǎng)特點及種植環(huán)境有關，直接影響到蔬菜的生長和品質(zhì)。本試驗結(jié)果表明:營養(yǎng)液中的硝酸鈣含量在6 mmol/L時,甜菜的營養(yǎng)生長表現(xiàn)最好，即在6 mmol/L濃度下的硝酸鈣適用于甜菜的營養(yǎng)液栽培。

致謝：

感謝“國家科技技術基礎平臺-國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺-東北黑土科學數(shù)據(jù)中心(http://northeast.geodata.cn)”提供數(shù)據(jù)支撐。