氮肥对炸条型马铃薯产量的影响及氮肥营养诊断指标的建立

王梓全，姜丽丽，龚振平*

（1.东北农业大学农学院，哈尔滨 150030；2.黑龙江八一农垦大学农学院，黑龙江 大庆 163319）

氮肥对炸条型马铃薯产量的影响及氮肥营养诊断指标的建立

王梓全1，姜丽丽2，龚振平1*

（1.东北农业大学农学院，哈尔滨 150030；2.黑龙江八一农垦大学农学院，黑龙江 大庆 163319）

以抗疫白（Kennebec）为供试材料，设计6个氮肥梯度，通过田间小区试验，研究不同施氮量对马铃薯产量及产量构成因子的影响，测定植株叶柄硝态氮含量，植株和叶片含氮量，建立氮素营养诊断体系。结果表明，马铃薯单株块茎数和大薯率均随施氮量增加先增加后降低，N150处理下产量最高。对施氮量和马铃薯产量进行拟合二次函数方程，预测出Kennebec当施肥量达到154.8 kg·hm-2时产量达最大值47.5 t·hm-2。马铃薯叶柄硝态氮含量与植株氮含量、叶片全氮含量和叶绿素含量相关性达到显著相关。叶柄硝态氮含量临界值与出苗后天数的拟合方程为y=-0.0203x+2.4193，R2=0.9906，说明利用叶柄硝态氮含量临界值衡量马铃薯氮素营养供应状况可行。

马铃薯；氮肥；产量；氮素营养诊断

马铃薯（Solanum tuberosumL.）是重要粮食与蔬菜兼用作物和加工原料。近年来，薯条市场前景良好，薯条加工企业增加，但炸条型马铃薯种植技术相对落后，无法满足市场需求[1-2]。氮素是马铃薯植株健壮生长和获得较高产量不可缺少的矿质营养元素之一。氮肥不足，会使马铃薯植株矮小，长势弱、分枝少，下部叶片提早枯萎和凋落，产量和品质下降[3-4]。氮肥如果过量，则会引起植株疯长，叶片相互遮掩，光合效率受到严重影响，降低块茎产量和干物质含量，且过量的氮肥还会污染地下水，造成环境污染[5]。因此，合理施用氮肥是保证马铃薯产量和品质的关键。

黑龙江省是马铃薯生产大省，但油炸薯条产业发展较晚，栽培模式不完善，尤其对产量和品质有显著影响的氮肥施用量不明确，氮素营养诊断指标没有系统研究，只能借鉴国外经验值，因此研究氮肥对炸条型马铃薯生产的影响，确定最佳施氮量，建立氮素营养诊断体系，可为黑龙江省马铃薯高产高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

炸条型马铃薯品种抗疫白（Kennebec），适合黑龙江、吉林和内蒙古东北部等地种植，具有高产、高干物质含量和低还原糖含量等特点。

1.2 设计

试验于2013年在黑龙江省双城市新兴乡进行（GPS:45.495872，126.551181），土壤类型为壤土，pH 6.5，前茬为玉米，播种时间2013年5月7日，生育期间进行中耕、锄草各2次，视气候干旱情况合理进行喷灌，全生育期共灌溉8次，灌溉总量80 mm，晚疫病防治10次，虫害防治2次，收获前3 d杀秧，收获时间为2013年10月1日，栽培措施按当地高产要求进行，保持小区间一致。试验地生育期平均气温18.7℃，生育时期降雨603 mm。

设6个施氮水平，分别为0、50、100、150、200、250 kg·hm-2（用N0，N50，N100，N150，N200和N250表示），采用随机区组试验设计方法，4次重复，小区行长8 m、6垄，株距23 cm，小区面积43.2 m2，每小区内两边垄及第3垄为保护行，取样时只取每垄中心6 m。磷肥180 kg·hm-2、钾肥240 kg·hm-2，作为种肥一次性施入。氮肥1/2作种肥，1/2作追肥（在第1次中耕6月1日施入），肥料种类为过磷酸钙、硫酸钾、尿素。土壤基础肥力：全氮0.28%，全磷0.17%，全钾66.1%，速效磷35.31 mg·kg-1，速效钾286.73 mg·kg-1，有机质30.2 g·kg-1。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 田间取样

全生育期共取样9次，取样日期为出苗后第10、20、30、40、50、60、70、80和90天，每小区取样3株，取样位置在每个品种每个处理的第4 和5垄中间6 m，4次重复，整株样品带回实验室内洗净晾干，称量鲜重后放入冰箱保存备用。

1.3.2 产量测定

在收获期测定产量相关数据时，每个品种每个处理只取第2垄中心6 m，4次重复，测定总株数，总结薯数和薯块重；大、中、小薯率的划分标准是:＜50 g为小薯；50～100 g为中薯；＞100 g为大薯，然后计算主茎数，单株结薯数、大中小薯率和产量。

1.3.3 全氮量测定

植株氮素含量测定：凯氏定氮法（采用H2SO4-H2O2消煮）[6]。

1.3.4 叶柄硝态氮含量测定

全生育期共取样9次，取样日期为出苗后第10、20、30、40、50、60、70、80和90天，每小区取样20个植株的倒4叶叶柄，取样位置在每个处理第4和5垄中间6 m，4次重复，用冰盒带回实验室内，将新鲜叶柄样品在烘箱（有通风扇）70～80℃下烘干12 h，然后用粉磨机制成样品干粉备用。采用电极方法测定植物叶柄硝态氮含量[7]。

1.4 数据分析

采用DPS 7.55处理软件和Excel 2007进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 炸条型马铃薯在不同氮肥水平下产量及产量构成因子的分析

结果见表1。

表1 不同氮肥水平对马铃薯品种产量及产量构成因子的影响Table 1 Effects of nitrogen rate on yield and yield factors of potato

马铃薯单株块茎数随着施氮量的增加先增加后降低。Kennebec在施氮量小于N150时，随着施氮量的增加，马铃薯单株块茎数增加，当施氮量为N150时，单株块茎数达最高值，然后随着施肥量的增加单株块茎数呈下降趋势。

由表1可知，Kennebec大薯率表现为随施氮量的增加呈先增加后降低趋势，当施氮量为N150时，达到最大值为52.50%，且高氮肥处理的N150与低氮肥的N0、N50和最高氮肥处理N250差异显著；中薯率规律性较差；小薯率随施肥量增加而降低，施氮量N150为最低，之后开始升高，到N250时小薯率最高为14.50%。

由表1可知，施氮量较低时，Kennebec产量随着施氮量增加呈先增加后降低趋势，随着施肥量的增加，产量前期增长迅速，后期缓慢并小幅下降。各施氮处理产量均显著高于N0（P＜0.05）。Kennebec的N150处理产量最高。

2.2 炸条型马铃薯产量与施肥量拟合模型

由图1可知，施氮量对马铃薯产量的影响呈现为二次方程模型，施肥量与产量相关性较高，R2= 0.9592，产量随施肥量先增加后降低，施氮量过低或过高的施肥量均不利于高产。当施肥量达到154.8 kg·hm-2时，产量达到最大值47.5 t·hm-2。

图1 不同施氮量对马铃薯产量的影响Fig.1 Effects of different nitrogen rates on potato yield

2.3 施氮水平对炸条型马铃薯植株氮素含量影响

结果见表2。

表2 施氮水平对马铃薯品种全株氮素含量的影响Table 2 Effect of nitrogen rate on potato plant nitrogen concentration (%)

由表2可知，通过对不同施氮水平下马铃薯植株氮素含量的影响进行研究发现，随着生育时期的推移，马铃薯植株含氮量逐渐降低，苗期（出苗后10和20 d）下降速度较慢，进入结薯期（出苗后30和40 d）后全株含氮量下降较快，生育后期下降幅度放慢。植株含氮量均随施肥量增加而增加。

2.4 施氮水平对炸条型马铃薯叶片氮素含量的影响

由表3可知，随生育时期的推移，马铃薯叶片含氮量逐渐降低。叶片含氮量均随施肥量的增加而增加。方差分析结果表明，在苗期前期（出苗后10 d），氮肥处理间方差分析不显著，出苗40 d后，N250与其他处理差异显著，进入结薯期（出苗后30和40 d），高氮肥N200和N250均与低氮肥处理N50、N150差异显著，进入膨大期（出苗后50 d）后，氮肥处理均与N0差异显著。

2.5 施氮水平对叶柄硝态氮含量的影响

由表4可知，在整个生育期，马铃薯叶柄硝态氮含量随施氮量增加而增加，这种趋势在早期不明显，由于早期植株全氮含量较高所致，N100～N250间差异不显著，但到出苗后20～30 d（块茎形成期）后，叶柄硝态氮含量随施肥量增加而增加，处理间差异显著性提高，出苗后40 d时，N250与其他处理均显著，且N200、N150与N100、N50间差异显著。叶柄硝态氮含量都随生育时期推移，逐渐下降。

表3 施氮水平对马铃薯品种叶片氮素含量的影响Table 3 Effect of nitrogen rate on nitrogen concentrations of potato leaves （%）

表4 不同施氮处理下叶柄硝态氮含量生育期内的变化Table 4 Change of petiole NO3-N level in growth period under different nitrogen rate （%）

2.6 施氮水平与叶柄硝态氮含量的关系

由表5可知，随施氮量增加，马铃薯叶柄硝酸盐含量均呈线性增加趋势，施氮量与各测定时期叶柄硝态氮含量达显著正相关。出苗后10～90 d施氮量与叶柄硝态氮含量决定系数分别为0.941、0.859、0.898、0.956、0.976、0.933、0.942、0.948和0.920，从施氮量与不同测定时期叶柄硝酸盐含量拟合度系数上看，出苗后10～90 d决定系数均达极显著水平。

2.7 叶柄硝态氮含量与叶片叶绿素含量的相关性

由图2、3可知，叶柄硝态氮含量与植株全株和叶片全氮含量均呈显著正相关关系，叶柄硝态氮含量与叶片决定系数为0.8851。叶柄硝态氮含量与植株全株相关系数为0.8426。因此，叶柄硝态氮含量可以检测植株全株和叶片全氮含量。

表5 施氮量与马铃薯叶柄硝态氮含量的关系Table 5 Relationship between nitrogen rate and petiole NO3-N level

图2 叶片氮含量与叶柄硝态氮的关系Fig.2 Correlation between petiole NO3-N level and nitrogen concentration in leaves

图3 植株氮含量与叶柄硝态氮的关系Fig.3 Correlation between petiole NO3-N level and plant nitrogen concentration

2.8 叶柄硝态氮含量营养诊断指标

本试验将马铃薯产量计算成相对产量，再利用叶柄硝态氮含量与相对产量进行拟合，发现一元二次方程的拟合性较高，其相关性均达到显著水平。如图4所示，分别给出出苗后第10、20、30、40、50、60、70、80和90天叶柄硝态氮含量与相对产量的拟合模型，通过计算获得最高相对产量的叶柄硝态氮含量的预测值依次为2.16、2.01、1.94、1.57、1.36、1.22、0.97、0.81和0.59。

图4 马铃薯叶柄硝态氮含量与相对产量的拟合模型Fig.4 Fitting regression models of relative yield and petiole NO3-N level

将计算得出的出苗后第10、20、30、40、50、60、70、80和90天叶柄硝态氮预测值与对应出苗天数进行拟合，获得线性方程y=-0.0203x+ 2.4193（见图5），发现其线性方程拟合达极显著水平，决定系数为0.9906，通过拟合方程可知，叶柄硝态氮临界值随出苗天数变化呈逐渐下降趋势，与田间观察植株状况相同，说明利用叶柄硝态氮含量预测值衡量马铃薯氮素营养供应状况可行。

图5 出苗天数与叶柄硝酸盐临界含量的拟合模型Fig.5 Fitting regression models of emergence days and petiole sufficient NO3-N level

3 讨论

马铃薯块茎产量随施氮量增加而增加，但并非氮肥施用量越多越好，Poter等研究表明，过量施氮会导致品质下降，影响马铃薯商品性[8]。Belanger等研究表明，随施氮量增加，马铃薯产量呈先增加后下降趋势，并对施氮量和马铃薯产量进行拟合方程，发现二次方程拟合效果较好，获得最大氮施用量及最高产量，随施氮量增加，马铃薯产量呈先增加后下降趋势[9]，本文研究结果与前人关于产量随施氮量增加的变化趋势相同。

诊断临界指标通常依据最佳产量来建立[10-12]，而利用相对产量计算时能够降低不同基础地力等因素影响[13]。周娜娜等在宁夏曾应用反射仪于马铃薯块茎形成期和块茎增长期测定叶柄硝酸盐含量，表明其与氮肥水平有很好线性相关，确定这两个生育时期的营养诊断预测值，并在此基础上建立追肥推荐模型[14]。但以上研究只是对块茎形成期和膨大期进行氮素营养诊断，本研究获得从出苗后10～90 d（苗期至成熟期）叶柄硝态氮含量预测值，作为整个生育时期的氮素营养诊断指标，但本试验还需多年试验验证和营养诊断指标校准，方可作为田间施肥依据。

4 结论

a.马铃薯产量、单株块茎数和大薯率均随着施氮量的增加呈先增加后降低趋势，N150处理下产量最高。

b.对施氮量和马铃薯产量进行拟合二次函数方程，y=-0.0012x2+0.3717x+18.672，R2=0.9592。通过计算得出Kennebec当施肥量达154.8 kg·hm-2时产量达理论最大产量47.5 t·hm-2。

c.马铃薯叶柄硝态氮含量与植株氮含量、叶片全氮含量和叶绿素含量相关性达到显著相关。说明叶柄硝态氮含量能够检测植株全株和叶片全氮含量。

d.利用叶柄硝态氮含量与相对产量的拟合方程，计算叶柄硝酸盐含量临界值依次为2.16、2.01、1.94、1.57、1.36、1.22、0.97、0.81和0.59。

e.叶柄硝态氮含量临界值与出苗后天数的拟合方程为y=-0.0203x+2.4193，R2=0.9906，说明利用叶柄硝态氮含量临界值衡量马铃薯氮素营养供应状况可行。

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Effect of nitrogen levels on yield of fried potato and establishment of nitrogen status diagnose index

WANG Ziquan1,JIANG Lili2,GONG Zhenping1(1.School of Agriculture,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.School of Agriculture, Heilongjiang BayiAgricultural University,Daqing Heilongjiang 163319,China)

Kennebec was taken as the test material,the design of six nitrogen rates,using field plot test,studying the effects of different nitrogen rate fertilizer on potato yield and yield component factors,and determining the nitrate content of petiole,nitrogen content of plant and leaf,and established the system of nitrogen nutrition diagnosis.The results showed that potato tuber number per plant and ratio of big tuber were changed with the increase of nitrogen showed the first increase and then decrease,the treatment of N150 was the highest.The two equations were fitted to nitrogen application rate and yield of potato, forecasting Kennebe yield reaches a maximum value of 47.5 t·hm-2when the amount of fertilizer was 154.8 kg·hm-2.Correlation between total nitrogen content and chlorophyll content of potato petiole nitrate nitrogen content and nitrogen content,leaf reached significant correlation.The critical value of nitrate nitrogen content and post emergence fitting equation ofy=-0.0203x+2.4193,R2=0.9906,indicating the use of nitrate nitrogen content in petiole critical value measure of nutritional supply of nitrogen on potato is feasible.

potato;nitrogen fertilizer;yield;nitrogen nutrition diagnosis

S532

A

1005-9369（2014）07-0019-07

时间2014-7-7 8:59:39 [URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140707.0859.026.html

王梓全,姜丽丽,龚振平.氮肥对炸条型马铃薯产量的影响及氮肥营养诊断指标的建立[J].东北农业大学学报,2014,45(7): 19-25.

Wang Ziquan,Jiang Lili,Gong Zhenping.Effect of nitrogen levels on yield of fried potato and establishment of nitrogen status diagnose index[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(7):19-25.(in Chinese with English abstract)

2014-03-28

黑龙江八一农垦大学省作物学重点学科学术骨干科研启动基金项目（ZWXQDJ-9）

王梓全（1980-），男，博士研究生，研究方向为马铃薯栽培与耕作。E-mail:wzquan81@163.com

*通讯作者：龚振平，教授，博士生导师，研究方向为作物栽培与耕作。E-mail:gzpyx2004@163.com