水分供应和氮素形态配比对马铃薯氮素积累及吸收利用的影响
作者：文阅期刊网 来源：文阅编辑中心 日期：2022-08-01 09:50人气：
摘 要：
为探究水分供应和氮素形态配比对马铃薯氮素吸收利用的影响，本试验设置全生育期水分不亏缺70%~80%(W1)和亏缺50%~60%(W2) 2个水平，氮素形态配比为NO3-NH4+=100 : 0(N1)、75 : 25(N2)、50 : 50(N3)、25 : 75(N4)、0 : 100 (N5)5个水平，进行盆栽试验。结果表明：两个水分供应下氮素形态配比对马铃薯干物质和氮素积累量的影响依次为双氮混施>铵态氮>硝态氮；两水分供应下从出苗60 d~80 d，氮素在各器官所占比例均为叶片＞块茎＞茎秆＞根系，从出苗100 d~120 d氮素在各器官所占比例均为块茎＞叶片＞茎秆＞根系。两水分供应下马铃薯干物重与氮素吸收效率和产量呈显著正相关，而与氮素生理效率无显著相关关系。W1N4氮素吸收效率分别较W1下其他处理增加了100.97%、39.39%、28.57%和61.72%，氮素利用效率增加了65.09%、28.53%、12.69%和53.74%；W1N4氮素利用效率较W2N4增加了25.67%；不同处理中W1N4产量最高，W2N1产量最低，分别为525.7g/plant和194.3g/plant。可见，双氮混施更有利于提高马铃薯的氮素吸收利用和产量，且两水分供应下硝铵比例25 : 75更有利于马铃薯氮素营养的高效利用。
关键词:马铃薯; 水分;氮素形态;氮素利用;
Effects of water supply and nitrogen form ratio on nitrogen accumulation, absorption
and utilization in potato
HUANGFU Liyun ZHAO Chunbo XU Shihao FAN Xintong LIANG Chao LI Shuang HAN
Zhongcai HAN Yuzhu
College of Horticulture, Jilin Agricultural University Teaching and Research Base Management
Division, Jilin Agricultural University Jilin Academy of Vegetable and Flower Sciences
Abstract：
in order to explore the effects of water supply and nitrogen form ratio on nitrogen absorption and utilization of potato, two treatments of water deficit of 70%~80% (W1) and 50%~60% (W2) were set in the whole growth period. The nitrogen form ratio was NO3-NH4+ = 100 : 0 (N1), 75 : 25 (N2), 50 : 50 (N3), 25 : 75 (N4) and 0 : 100 (N5). The results showed that the effects of nitrogen form ratio on dry matter and nitrogen accumulation of potato under two water supplies were double Nitrogen Mixed Application > ammonium nitrogen > nitrate nitrogen; From 60 d to 80 d after emergence, the proportion of nitrogen in each organ was leaf > tuber > stem > root. From 100 d to 120 d after emergence, the proportion of nitrogen in each organ was tuber > leaf > stem > root. Under the two water supplies, the dry matter weight of potato was significantly positively correlated with nitrogen absorption efficiency and yield, but not with nitrogen physiological efficiency. Compared with other treatments under the same water content, the nitrogen absorption efficiency of W1N4 increased by 100.97%, 39.39%, 28.57% and 61.72%, and the nitrogen use efficiency increased by 65.09%, 28.53%, 12.69% and 53.74%; The nitrogen use efficiency of W1N4 was 25.67% higher than that of W2N4; In different treatments, the yield of W1N4 is the highest and that of W2N1 is the lowest, which are 525.7g/plant and 194.3g/plant respectively. It can be seen that the mixed application of double nitrogen is more conducive to improve the nitrogen absorption, utilization and yield of potato, and the ratio of ammonium nitrate 25:75 under the two water supply is more conducive to the efficient utilization of potato nitrogen nutrition.
Keyword：
potato; water content; nitrogen forms; nitrogen utilization;
马铃薯(Solanum tuberosum)是世界第四大主粮作物，因块茎富含淀粉，与其他三种主粮作物一样可作为主食[1,2,3]。水分是所有作物生长发育所必需的环境因子之一[4]；我国是农业大国，农业用水量消耗巨大，且水资源短缺已经是制约社会可持续发展的因素之一，节约用水既是关系人口、资源、环境可持续发展的长远战略，也是当前经济和社会发展的一项紧迫任务[5,6,7,8,9]。土壤中植物可直接吸收的无机氮主要为铵态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）[10,11,12]；
有研究指出同一氮素水平下，铵态氮肥对马铃薯地上、块茎干物质积累量和植株氮积累量的增加作用最显著，硝酸铵次之硝态氮肥最小，增加一定的铵态氮能增强马铃薯氮素利用率[13,14,15,16,17,18]。单一氮素形态下铵态氮更能提高马铃薯植株氮含量[19]。当水分处于较低水平时随着水分增加，马铃薯氮肥利用率和氮素积累量随之增高[20,21]。水分和氮肥之间存在显著的交互作用，水分不足影响氮素的吸收且硝化作用加强，水分过多则导致氮肥淋溶损失[22,23,24,25]。前人关于氮素与马铃薯生长关系的研究结果并不一致，且有关不同水分供应下氮肥形态对马铃薯氮素吸收利用的影响研究鲜有报道。因此在马铃薯生产中，明确不同水分供应下马铃薯最适氮素形态比例是提高马铃薯氮素吸收利用、促进其可持续发展的新途径。
本文拟研究不同水分供应下，不同形态氮素配比对马铃薯氮吸收分配的影响，以期为马铃薯水分供应和氮肥高效管理提供参考依据。
1材料与方法
1.1试验情况
试验于2021年在吉林农业大学蔬菜栽培基地进行（41°86′N,125°35′E）。试验用土壤类型为黑土，土壤理化性质如下：有机质41.5 g/kg，碱解氮260.8 mg/kg，有效磷117.0 mg/kg，速效钾211.0 mg/kg，PH 7.45。以马铃薯品种‘春薯四号’为试材。
1.2试验设计
本试验采用两因素随机区组设计，设全生育期水分不亏缺70 ~ 80% (W1)，亏缺50 ~ 60% (W2) 2个处理，用田间持水量的百分数表示，水分张力计控制；氮素形态配比设NO3- : NH4+=100 : 0(N1)、75 : 25(N2)、50 : 50(N3)、25 : 75(N4)、0 : 100 (N5)5个水平，共10个处理。氮肥施用量为250 kg/hm2，磷、钾肥施用量为245 kg/hm2和315 kg/hm2，磷肥做基肥一次性施入，氮肥和钾肥基肥:追肥=1 : 1施入。选用盆栽种植，每个处理12盆，随机区组排列，3次重复。用盆规格为30 cm×30 cm，每盆原土10 kg。铵态氮肥为硫酸铵(N 21%)、硝态氮肥为硝酸钙(N 17%)，磷肥为过磷酸钙(P2O5 14%)，钾肥为硫酸钾（K2O 50%）。
1.3测定指标及方法
分别在出苗后60 d、80 d、100 d、120 d，每小区随机选取3株，先用流水冲洗并吸干水分，分叶片、茎秆、根系、块茎 4 部分，105 ℃ 杀青30 min，80℃烘干至恒重分别称重。粉碎过 80 目筛，用于全氮含量的测定，全氮采用凯氏定氮法[26]测定。氮素吸收和利用效率的相关指标按以下公式计算[27,28,29]：氮素累积量（g/plant）=植株干物重×含氮量；氮素吸收效率（%）=植株体内氮素吸收总量/供氮量×100；氮素利用效率（kg/kg）=植株干物重/氮素积累量；氮素生理效率(kg/kg) =植株干物重/氮素累积量；氮素利用指数（g2/g）=植株干物重×（植株干物重/植株氮素累积量）。
1.4数据统计与分析
数据使用Microsoft Excel 2016和 SPSS 21.0统计分析与作图。
2 结果与分析
2.1不同处理对马铃薯植株干物质积累量的影响
不同水分供应和氮素形态配比下马铃薯干物质积累量有显著影响，在出苗100 d ~120 d 其交互作用对马铃薯干物质积累量有极显著影响（表1）。W1下各处理的干物质积累量显著高于W2下各处理。出苗60 d，W1N4干物质积累量分别较W1下其他处理增加了49.15%、29.28%、14.30%、42.44%，同一氮素形态配比下W1下各处理较W2增加了14.31%、4.17%、5.10%、13.82%、9.96%；出苗80 d，W1N4干物质积累量分别较W1下其他处理增加了56.88%、21.55%、5.61%、39.67%，同一氮素形态配比下W1下各处理较W2增加了1.31%、9.75%、11.42%、17.52%、14.36% ；出苗100 d，W1N4干物质积累量分别较W1下其他处理增加了73.52%、39.20%、9.64%和57.76%，同一氮素形态配比下W1下各处理较W2增加了10.35%、0.14%、26.04%、27.85%、18.08% ；出苗120 d，W1N4干物质积累量分别较W1下其他处理增加了65.09%、27.48%、12.69%和53.74%，同一氮素形态配比下W1下各处理较W2增加了4.27%、3.83%、12.57%、25.67%、1.76%。
马铃薯(Solanum tuberosum)是世界第四大主粮作物，因块茎富含淀粉，与其他三种主粮作物一样可作为主食[1,2,3]。水分是所有作物生长发育所必需的环境因子之一[4]；我国是农业大国，农业用水量消耗巨大，且水资源短缺已经是制约社会可持续发展的因素之一，节约用水既是关系人口、资源、环境可持续发展的长远战略，也是当前经济和社会发展的一项紧迫任务[5,6,7,8,9]。土壤中植物可直接吸收的无机氮主要为铵态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）[10,11,12]；
有研究指出同一氮素水平下，铵态氮肥对马铃薯地上、块茎干物质积累量和植株氮积累量的增加作用最显著，硝酸铵次之硝态氮肥最小，增加一定的铵态氮能增强马铃薯氮素利用率[13,14,15,16,17,18]。单一氮素形态下铵态氮更能提高马铃薯植株氮含量[19]。当水分处于较低水平时随着水分增加，马铃薯氮肥利用率和氮素积累量随之增高[20,21]。水分和氮肥之间存在显著的交互作用，水分不足影响氮素的吸收且硝化作用加强，水分过多则导致氮肥淋溶损失[22,23,24,25]。前人关于氮素与马铃薯生长关系的研究结果并不一致，且有关不同水分供应下氮肥形态对马铃薯氮素吸收利用的影响研究鲜有报道。因此在马铃薯生产中，明确不同水分供应下马铃薯最适氮素形态比例是提高马铃薯氮素吸收利用、促进其可持续发展的新途径。
本文拟研究不同水分供应下，不同形态氮素配比对马铃薯氮吸收分配的影响，以期为马铃薯水分供应和氮肥高效管理提供参考依据。
1材料与方法
1.1试验情况
试验于2021年在吉林农业大学蔬菜栽培基地进行（41°86′N,125°35′E）。试验用土壤类型为黑土，土壤理化性质如下：有机质41.5 g/kg，碱解氮260.8 mg/kg，有效磷117.0 mg/kg，速效钾211.0 mg/kg，PH 7.45。以马铃薯品种‘春薯四号’为试材。
1.2试验设计
本试验采用两因素随机区组设计，设全生育期水分不亏缺70 ~ 80% (W1)，亏缺50 ~ 60% (W2) 2个处理，用田间持水量的百分数表示，水分张力计控制；氮素形态配比设NO3- : NH4+=100 : 0(N1)、75 : 25(N2)、50 : 50(N3)、25 : 75(N4)、0 : 100 (N5)5个水平，共10个处理。氮肥施用量为250 kg/hm2，磷、钾肥施用量为245 kg/hm2和315 kg/hm2，磷肥做基肥一次性施入，氮肥和钾肥基肥:追肥=1 : 1施入。选用盆栽种植，每个处理12盆，随机区组排列，3次重复。用盆规格为30 cm×30 cm，每盆原土10 kg。铵态氮肥为硫酸铵(N 21%)、硝态氮肥为硝酸钙(N 17%)，磷肥为过磷酸钙(P2O5 14%)，钾肥为硫酸钾（K2O 50%）。
1.3测定指标及方法
分别在出苗后60 d、80 d、100 d、120 d，每小区随机选取3株，先用流水冲洗并吸干水分，分叶片、茎秆、根系、块茎 4 部分，105 ℃ 杀青30 min，80℃烘干至恒重分别称重。粉碎过 80 目筛，用于全氮含量的测定，全氮采用凯氏定氮法[26]测定。氮素吸收和利用效率的相关指标按以下公式计算[27,28,29]：氮素累积量（g/plant）=植株干物重×含氮量；氮素吸收效率（%）=植株体内氮素吸收总量/供氮量×100；氮素利用效率（kg/kg）=植株干物重/氮素积累量；氮素生理效率(kg/kg) =植株干物重/氮素累积量；氮素利用指数（g2/g）=植株干物重×（植株干物重/植株氮素累积量）。
1.4数据统计与分析
数据使用Microsoft Excel 2016和 SPSS 21.0统计分析与作图。
2 结果与分析
2.1不同处理对马铃薯植株干物质积累量的影响
不同水分供应和氮素形态配比下马铃薯干物质积累量有显著影响，在出苗100 d ~120 d 其交互作用对马铃薯干物质积累量有极显著影响（表1）。W1下各处理的干物质积累量显著高于W2下各处理。出苗60 d，W1N4干物质积累量分别较W1下其他处理增加了49.15%、29.28%、14.30%、42.44%，同一氮素形态配比下W1下各处理较W2增加了14.31%、4.17%、5.10%、13.82%、9.96%；出苗80 d，W1N4干物质积累量分别较W1下其他处理增加了56.88%、21.55%、5.61%、39.67%，同一氮素形态配比下W1下各处理较W2增加了1.31%、9.75%、11.42%、17.52%、14.36% ；出苗100 d，W1N4干物质积累量分别较W1下其他处理增加了73.52%、39.20%、9.64%和57.76%，同一氮素形态配比下W1下各处理较W2增加了10.35%、0.14%、26.04%、27.85%、18.08% ；出苗120 d，W1N4干物质积累量分别较W1下其他处理增加了65.09%、27.48%、12.69%和53.74%，同一氮素形态配比下W1下各处理较W2增加了4.27%、3.83%、12.57%、25.67%、1.76%。
2.3不同处理对各器官氮素分配规律的影响
氮素在不同器官中的分配比例受水分、氮素形态配比和生育期影响（图1）。两个水分处理氮素在叶片中所占的比例随生育期的推进而逐渐降低，在出苗60 d时所占比例最高，此时期，水分不亏缺和亏缺条件下氮素在叶片中的分配比例分别为59.63%~70.97% 和55.13%~61.41%；两个水分处理氮素在块茎中所占的比例随生育期的推进而逐渐增加，在出苗120 d达到最高；氮素在茎秆和根系中所占比例随生育期的推进呈现下降的趋势。两个水分条件下从出苗60 d~80 d，氮素在各器官所占比例均为叶片＞块茎＞茎秆＞根系，从出苗100 d~120 d氮素在各器官所占比例为块茎＞叶片＞茎秆＞根系。
2.4 不同处理对马铃薯氮素吸收利用和产量的影响
不同水分供应对马铃薯氮素吸收和利用效率有极显著影响，不同氮素形态配比对马铃薯氮素吸收利用和产量有极显著影响，水分和氮素交互作用对氮素利用指数和产量有极显著影响（表3）。氮素生理效率和氮素利用指数不随水分和氮素形态配比变化而变化。W1N4氮素吸收效率分别较W1下其他处理增加了100.97%、39.39%、28.57%、61.72%，氮素利用效率增加了65.09%、28.53%、12.69%、53.74%；同一氮素形态配比下，W1下各处理氮素吸收效率较W2增加了10.76%、24.81%、21.04%、4.02%、11.29%，W1下各处理氮素利用效率较W2增加了4.32%、3.86%、12.59%、25.65%、1.77%。W1N4产量分别较W1下其他处理增加了37.31%、17.45%、7.81%、27.19%，同一氮素形态配比下W1下各处理产量较W2增加了97.07%、78.04%、91.07%、82.79%、90.37%。
2.3不同处理对各器官氮素分配规律的影响
氮素在不同器官中的分配比例受水分、氮素形态配比和生育期影响（图1）。两个水分处理氮素在叶片中所占的比例随生育期的推进而逐渐降低，在出苗60 d时所占比例最高，此时期，水分不亏缺和亏缺条件下氮素在叶片中的分配比例分别为59.63%~70.97% 和55.13%~61.41%；两个水分处理氮素在块茎中所占的比例随生育期的推进而逐渐增加，在出苗120 d达到最高；氮素在茎秆和根系中所占比例随生育期的推进呈现下降的趋势。两个水分条件下从出苗60 d~80 d，氮素在各器官所占比例均为叶片＞块茎＞茎秆＞根系，从出苗100 d~120 d氮素在各器官所占比例为块茎＞叶片＞茎秆＞根系。
2.4 不同处理对马铃薯氮素吸收利用和产量的影响
不同水分供应对马铃薯氮素吸收和利用效率有极显著影响，不同氮素形态配比对马铃薯氮素吸收利用和产量有极显著影响，水分和氮素交互作用对氮素利用指数和产量有极显著影响（表3）。氮素生理效率和氮素利用指数不随水分和氮素形态配比变化而变化。W1N4氮素吸收效率分别较W1下其他处理增加了100.97%、39.39%、28.57%、61.72%，氮素利用效率增加了65.09%、28.53%、12.69%、53.74%；同一氮素形态配比下，W1下各处理氮素吸收效率较W2增加了10.76%、24.81%、21.04%、4.02%、11.29%，W1下各处理氮素利用效率较W2增加了4.32%、3.86%、12.59%、25.65%、1.77%。W1N4产量分别较W1下其他处理增加了37.31%、17.45%、7.81%、27.19%，同一氮素形态配比下W1下各处理产量较W2增加了97.07%、78.04%、91.07%、82.79%、90.37%。
3 讨论与结论
养分资源综合管理是中国乃至全球保障未来人类粮食安全和环境安全，推动农业可持续发展的必然选择。本文研究结果表明，水分供应和氮素形态配比对马铃薯干物质积累量和氮素积累量均有显著影响，马铃薯植株干物质积累量和氮素累积量随土壤水分和铵态氮的增加而增加，两个水分条件下氮素形态配比对马铃薯干物质积累量的影响依次均为双氮混施>铵态氮>硝态氮，许丽[30]、李雅楠[17]、焦峰[18]等认为同一氮素水平下铵态氮肥更能提高马铃薯植株干物重和氮素积累量，王海东[21]等认为马铃薯氮素积累量随灌水量增加而增加，这与本试验研究结果一致。
不同植物对不同形态氮素的响应不尽相同，受遗传因素和外界条件的影响而存在差异。越来越多的证据表明，植物对氮素的适应具有可塑性[31]，为了有效氮的供应，不同的植物可能会将他们对有机氮的依赖转变为铵态氮和硝态氮，这有助于它们适应土壤中氮素形态的变化[32]。植物在生长过程中，需要充足的氮源，植物对不同形态氮素的响应存在复杂而精密的调节机制[33]。本试验结果表明在缺水条件下，不同氮肥形态配比对马铃薯氮肥利用的调控作用有限，但在水分相对充足的条件下，N4(NO3- : NH4+=25 : 75)处理能够显著提高马铃薯的氮肥吸收利用，并达到以水促肥的目的。唐铭霞[16]研究表明增加一定的铵态氮肥能增强马铃薯的氮素利用率，李文证[20]的研究表明当水分处于较低水平时马铃薯氮肥利用率随水分的增加而增加，这与本试验研究一致。所以通过适当的水分和调整氮素形态配比可以实现水肥资源高效利用。
试验结果表明，在同一形态氮素配比条件下，马铃薯的干物质积累量、氮素吸收积累随水分增加而增加，说明土壤水分保持在田间持水量的70% ~ 80%时有利于马铃薯氮素的积累和转化；与单一氮源相比，在同一水分条件下，双氮混施更有利于提高马铃薯的氮素吸收利用和产量；铵态氮比硝态氮更容易被马铃薯植株吸收，适当增加铵态氮比例，有利于提高植株的干物质含量及氮素的吸收与积累，更能实现资源高效率利用的目标。综合试验结果，两种水分供应下硝态氮和铵态氮配比均以25 : 75为宜。
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