不同施肥方式对甘薯光合特性及产量的影响

魏 猛，张爱君，李洪民，诸葛玉平，唐忠厚，陈晓光 ,娄燕宏

(1.江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/江苏徐州甘薯研究中心，江苏 徐州 221131；2.山东农业大学 资源与环境学院，山东 泰安 271018)

不同施肥方式对甘薯光合特性及产量的影响

魏 猛1,2，张爱君1，李洪民1，诸葛玉平2，唐忠厚1，陈晓光1,娄燕宏2

(1.江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/江苏徐州甘薯研究中心，江苏 徐州 221131；2.山东农业大学 资源与环境学院，山东 泰安 271018)

通过阐明不同施肥下甘薯光合特性及产量变化的差异，为建立合理施肥模式、促进潮土区甘薯稳产高产提供科学依据。以潮土区长期定位试验为研究平台，利用4个不同处理：不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)、有机无机肥配施(MNPK)，分析甘薯光合特性及产量变化对施肥模式的响应。结果表明：与CK处理相比，施肥处理(NPK、M、MNPK)显著提高了叶绿素含量、光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度，其中施肥处理中以MNPK处理效果最为显著。在产量方面，与CK相比，施肥处理均能显著提高单株结薯数、单薯重量以及块根产量，且处理NPK和MNPK的产量均显著高于M处理的，但前两者间差异不显著，这说明在施用化肥基础上增施有机肥对甘薯产量增加不显著。

施肥；甘薯；光合特性；产量

施肥对植株的生育进程、生理代谢以及光合能力都具有较大的影响[1]。研究特定土壤类型下不同施肥方式作物生育和产量效应对指导田块尺度上合理高效施肥，提高作物产量具有重大意义[2]。甘薯是世界种植的主要块根作物之一，广泛应用于食品工业、轻化工业及饲料工业[3]。因此，研究采用何种施肥方式来实现甘薯高产稳产具有十分重要的意义。近年来很多学者研究了甘薯的施肥水平，比如赵瑞英[4]、黄梅卿[5]、张爱君[6]等分别研究了不同肥料配比对甘薯的产量和品质的影响，陈晓光等[7-8]研究了氮肥施用量对甘薯产量和品质性状的影响和施钾时期对甘薯光合特性和淀粉积累的影响。而通过长期定位施肥对甘薯光合特征及产量影响的研究报道较少。本研究以砂壤质潮土的长期定位试验田为平台, 研究不同施肥方式对甘薯光合特性及产量的影响，旨在为潮土区建立合理的甘薯施肥方式和粮食可持续生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

长期定位试验设在江苏徐州甘薯研究中心(N 34°16′，E 117°17′)，试验开始于1980年。该区属暖温带半湿润气候区，年平均气温14 ℃， ≥10 ℃的活动积温5240 ℃· d，全年无霜期约210 d，年降雨量860 mm(主要集中在7～8月份)，年蒸发量1870 mm，年日照时数2317 h。

1.2 试验材料

1.2.1 供试土壤 试验地为砂壤质潮土，甘薯种植试验开始前的土壤(0～20 cm)基本养分状况如表1。

表1 甘薯栽植前土壤基本养分状况

1.2.2 供试作物 甘薯在6月中旬起垄栽插，品种为徐薯18，密度为49500株/hm2，10月中旬收获。

1.3 试验设计

本试验基于1980年开始的长期定位施肥试验平台，从2002年后进行小麦-甘薯一年两熟轮作制。选取其中4个处理(表2)：(1)不施肥(CK)；(2)氮磷钾化肥配施(NPK)；(3)单施有机肥(M)；(4)有机无机肥配施(MNPK)。化肥N、P、K分别为尿素(N 46%)、磷酸二铵(N 18%，P2O546%)、硫酸钾(K2O 50%)；有机肥每年施用量为施猪粪(鲜基)37.5 t/hm2，有机肥全量养分(2002～2015年)含量范围为：N 5.7～7.0 g/kg、P2O56.4～8.2 g/kg、K2O 9.5～13.6 g/kg，水分含量为50%～56%。甘薯季氮肥与磷、钾肥及有机肥作为基肥一次性施用翻地。小麦季氮肥的基、追肥比例为50%，基肥方式为施后翻地，追肥方式为表施。每个处理4次重复，小区面积为33.3 m2。每季作物收获后将地上部秸秆移除，实施根茬还田。作物其它管理措施与大田生产一致。

表2 不同处理的肥料用量 kg/hm2

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土壤基本养分测定 有机质采用重铬酸钾容量法；全氮采用凯氏法；碱解氮采用扩散法；有效磷采用Olsen法；速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度法；pH值采用2.5∶1水土比pH计法[9]。

1.4.2 叶绿素和光合特性测定 选择晴天9:30至12:00间，采用Li-6400XT型便携式光合测定仪(LI-COR，Lincoln，USA)，在移栽后60、90、120 d选取甘薯植株主茎顶2或3完全展开叶片进行光合测定；测定时叶室配备LED光源，温度为28 ℃，光照强度为1000 μmol/(m2·s)，CO2浓度为400 μmol/mol；测出光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)等光合参数；利用叶绿素测定仪(CCM-200，Opti-Sciences，Tyngsboro，MA，USA)同步测出叶绿素含量(CCI)[10]。

1.4.3 甘薯生长特性及产量测定 每季节收获时，每小区选择15株代表性植株，进行最大蔓长、分枝数及结薯数调查，并将测产区内的块根全部挖出，以小区为单位称块根鲜重，记录并计算鲜薯单位面积产量。

1.5 数据分析

数据统计与分析采用Excel 2007和SAS 8.0软件进行。

2 结果与分析

2.1 不同施肥对甘薯叶绿素的影响

由图1看出，叶绿素含量在整个生育期内都表现出相似的趋势，即MNPK>NPK>M>CK。与不施肥处理(CK)相比，施肥处理(MNPK、M、NPK)均能显著提高甘薯叶片叶绿素含量，而单施化肥处理(NPK)和单施有机肥处理(M)的差异性不显著。与NPK和M处理相比，有机无机肥配施处理(MNPK)能显著提高甘薯叶片的叶绿素含量，说明有机无机肥配施方式提高甘薯叶片叶绿素含量效果显著。

图1 叶绿素含量的变化

2.2 不同施肥对甘薯光合特性的影响

从表3可以看出，各处理的光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)从移栽后60 d到移栽后120 d总体上呈现先升高后下降的趋势。不同施肥处理对3个光合相关参数的影响在不同生育期表现相一致。与CK处理相比，MNPK处理Pn最高，且在移栽后60 d和90 d均显著高于其它处理。不同处理的Gs在移栽后90 d差异最显著，在移栽后120 d差异性较小，与CK处理相比，施肥处理以MNPK处理最高，且在整个生长期差异性均达显著水平。Ci是与光合作用密切相关的一个重要指标，其数值高低在很大程度上可反映甘薯叶片光合作用的强弱，施肥处理的Ci均显著高于不施肥处理，而施肥处理间差异性不显著。由此可以说明，施肥处理特别是有机无机肥配施方式有利于提高甘薯光合特性，在生长期后期有机无机肥配施处理相对高的光合速率，有利于光合产物的积累，促进产量的增加。

表3 不同处理在移栽后的光合特性的变化

注：同列数据后不同字母表示在0.05水平上差异显著。下同。

2.3 不同施肥对甘薯产量以及产量构成因素的影响

由2015年甘薯产量可以看出，各施肥处理对产量的影响不同，与CK处理相比，施肥处理(NPK、M、MNPK)显著提高甘薯产量。NPK处理的甘薯产量显著高于M处理，较M处理增产18.96%。MNPK处理产量略高于M处理，但两处理差异不显著；各处理历年(2002～2015年)平均产量表现为：MNPK处理>NPK处理>M处理，与2015年产量相比，MNPK与NPK处理之间差异更小，MNPK与M处理的差异更大，这说明不同施肥方式对甘薯产量的影响随时间的推进而改变。进一步分析产量构成因素可知，与CK处理相比，施肥处理显著提高单株结薯数和单薯重量，其中MNPK处理单薯重量最高，与M和NPK处理相比，提高幅度分别为7.66%和6.81%，且差异性显著，说明与单施化肥和有机肥相比，有机无机肥配施更有利于改善甘薯的产量构成因素。

表4 不同施肥对甘薯产量以及产量构成因素的影响

3 讨论

植物通过光合作用将太阳能转化为化学能的过程在植物细胞的叶绿体中进行，叶绿素含量的高低在很大程度上反映了植株生长状况和叶片的光合能力[11]。甘薯光合生产是其产量形成的源泉，光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度等都是表征光合生产能力的重要指标。本文研究得出，施肥处理叶绿素含量均高于不施肥处理，且以MNPK处理提高效果最为显著。各期光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度以CK处理最低，以MNPK处理最高，M和NPK处理次之，这与叶绿素的变化趋势一致。万菲菲等[12]在长期定位施肥下研究中得到一致的结果。这是由于本身MNPK处理的施肥量最高，特别是含氮量高，对提高叶绿素和光合特性指标最为直接。另外，MNPK处理中氮磷钾肥料养分充足，有利于甘薯健康生长。

作物产量是生长发育、器官建成、物质生产积累过程的最终结果[13-14]。甘薯在生长中后期(封垄期至收获期) 茎叶生长过旺与块根膨大缓慢，物质生产分配的不平衡限制了块根产量的进一步提高。有研究表明，甘薯单株有效薯块数与最终的块根产量呈显著正相关[15]；丁玲等研究表明施肥水平不同，甘薯茎叶和块根的生长量和生长速率有明显差异[16]。本研究表明：与不施肥处理相比，各施肥均能显著提高甘薯单株结薯数和单薯重量，其中MNPK处理单薯重量最高，且与M和NPK处理相比，差异性显著，说明与单施化肥和有机肥相比，有机无机肥配施更有利于改善甘薯的产量构成因素。国外有关长期施肥对产量影响做了大量研究，Rothamsted试验站的Broadbalk小麦连作试验和日本Konosu水稻试验等均表明[17]：在等养分投入的条件下，有机肥料和无机肥料增产效果十分接近。Dawe等[18]和Ladha等[19]总结亚洲25个稻田长期定位试验结果，也发现推荐量的化肥施用对水稻和小麦产量的影响与有机无机肥配施之间无显著差异。这说明在长期定位施肥下，不论是单施化肥还是有机无机肥配施，只要投入的氮磷钾养分含量一致，且满足作物生长需要，则作物的产量差异性不显著。本研究综合2002～2015年产量分析，以处理MNPK平均产量最高，处理NPK次之，但两者差异未达到显著水平，这说明甘薯在化肥投入量满足其生长需求后，增施有机肥甘薯产量未有显著提高，这与国外在其他作物上的研究结果有一致性[17-18,20]。这可能与甘薯源库物质积累有关，处理MNPK的养分投入量大，促进了地上部光合作用，促使地上部分生物量过量，影响了物质向地下块根的积累，造成单施化肥与有机无机肥配施甘薯产量差异不显著。

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(责任编辑：许晶晶)

Effects of Different Fertilization Modes on Photosynthetic Characteristics and Yield of Sweet Potato

WEI Meng1,2, ZHANG Ai-jun1, LI Hong-min1, ZHUGE Yu-ping2,TANG Zhong-hou1, CHEN Xiao-guang1, LOU Yan-hong2

(1. Xuzhou Institute of Agricultural Sciences in Xuhuai District of Jiangsu Province / Xuzhou Sweet Potato Research Center of Jiangsu Province, Xuzhou 221131, China; 2. College of Resources and Environment, Shandong Agricultural University, Tai'an 271018, China)

A long-term location experiment was conducted to study the effects of different fertilization modes on the photosynthetic characteristics and yield of sweet potato in fluvo-aquic soil, in order to provide scientific references for establishing the optimal fertilization pattern and promoting the sustainable production of sweet potato. This experiment was designed with four treatments: no fertilization (CK), single application of chemical fertilizer (NPK), pure organic manure application (M), combined application of organic manure and chemical fertilizer (MNPK). The results showed that: in comparison with the CK, the fertilization treatments (NPK, M, MNPK) could significantly increase the chlorophyll content, photosynthetic rate, stomatal conductance, and intercellular CO2concentration of sweet potato, and MNPK treatment had the best effects. As for the yield and yield traits of sweet potato, as compared with the CK, all fertilization treatments could significantly enhance the number of root tuber per plant, single-tuber weight and root tuber yield, and the root tuber yield in the treatments NPK and MNPK was significantly higher than that in the treatment M, but there was no significant difference in root tuber yield between the former two treatments, suggesting that the supplementary application of organ manure on the basis of chemical fertilizer application had no significant yield-increasing effect on sweet potato.

Fertilization; Sweet potato; Photosynthetic characteristics; Yield

2016-07-04

公益性行业(农业)科研专项经费项目(201203030)；国家甘薯产业技术体系(CARS-11-B-13)。

魏猛(1983─)，男，山东济宁人，助理研究员，博士研究生，主要从事土壤养分管理及甘薯栽培研究。

S531

A

1001-8581(2017)01-0047-04