不同氮肥配施对马铃薯块茎形成及发育的影响

孙　磊，邰　枫，张　亮，于洪涛，苏　航，毕诗婷

（1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨　150030；2.黑龙江省农业科学院绥化分院，黑龙江　绥化　152052）

马铃薯匍匐茎由主茎地下部分茎节上腋芽伸长而成，顶端膨大形成块茎。匍匐茎形成和块茎发育是马铃薯产量形成基础，该过程对环境条件敏感[1]。氮肥管理是马铃薯生产优先管理事项之一[2]。马铃薯生育前期氮肥供应有利于扩大总叶冠面积，后期氮肥供应有利于保持叶冠常绿，实现产量最大化[3]。俞满源等研究表明，与不施氮处理相比，施用氮肥可显著提高盛花期和块茎膨大期马铃薯叶片光合速率，延长植株光合作用时间（延长生育期12 d）[4]。氮肥影响块茎膨大期持续时间和膨大速率，调控块茎级别分布[5]。王梓全等研究表明，单株块茎数和大薯率均随施氮量增加呈先增后降趋势，在施氮量为150 kg·hm-2时达最高产量[6]。在灌溉条件下，随施氮量（60～210 kg·hm-2）增加，马铃薯产量呈递增趋势；施氮量超过210 kg·hm-2时，产量开始下降；当施氮量为135 kg·hm-2时，氮肥生理利用率及氮肥效益达最大值[7]。Olivier等研究表明，与不施氮处理相比，施氮可使块茎总产量提高10.5%～54.7%，将氮肥分期施用，可有效提高氮肥利用效率[8]。

为提高块茎产量和经济效益，目前学者多关注土壤供氮能力和马铃薯氮素需求特性，调节氮肥施用量和施肥时期，而不同氮肥对块茎形成及发育过程调控作用研究较少。作物主要吸收硝态氮、铵态氮和少量有机态氮[9]，尿素养分含量高，已成为国内马铃薯生产的主要氮肥品种，但其养分单一，而硫酸铵除提供氮营养外，可补充植物必需的硫营养。因此本试验在总氮量投入相同情况下，分别在基肥和追肥施用时使用不同类型氮肥，研究不同氮肥在不同时期对马铃薯匍匐茎形成及顶端膨大规律、块茎干物质积累特点的影响，为马铃薯高产氮肥配施方案优化提供理论依据。

1　材料与方法

1.1　材料

1.2　试验设计

试验设5个处理，3次重复，采用随机区组设计，不同处理基肥和追肥选用肥料品种见表2。氮（N）和钾（K2O）用量均为150 kg·hm-2，基追比例均为1∶1，块茎膨大前侧开沟追施，磷（P2O5）用量为75 kg·hm-2，全部作基肥施用。

表1　土壤基础肥力Table 1　Basic fertility of the soil

表2　试验各处理选择的肥料品种Table 2　Fertilizers used in different treatments

2016年试验时间为4～9月，4月27日播种，6月1日出苗，9月13日收获。每小区5垄，垄宽0.67 m，垄长20 m，株距0.24 m，小区面积67 m2，重复之间设1 m宽隔离带，每小区两个边垄和每垄起始处各1 m不予取样，中间3垄每垄留5 m用于测产，其余13 m用于生育期取样。

2017年试验时间为4～9月，4月29日播种，5月29日出苗，9月13日收获。每小区7垄，垄宽0.80 m，垄长12 m，株距0.21 m，小区面积67.2 m2，重复之间设1 m宽隔离带，每小区第1、4和7垄以及每垄起始处各1 m不予取样，第2、3垄用于生育期取样，第5、6垄用于测产。

1.3　样品采集与测定

2016年分别于出苗后18 d（幼苗期），33 d（块茎形成初期），48 d（块茎形成末期），63 d（块茎膨大期），77 d（淀粉积累期）和95 d（成熟收获期）取样；2017年分别于出苗后29 d（块茎形成初期），45 d（块茎形成末期），62 d（块茎膨大期），79 d（淀粉积累期）和101 d（成熟收获期）取样。每个小区选取长势一致、具有代表性3株植株，整株取样，带回实验室，将植株按叶片、叶柄、地上茎和块茎分别清洗，105℃杀青30 min，80℃烘至恒重，称烘干重。

匍匐茎测定：计数法记录匍匐茎及顶端明显膨大（≥1.2 cm）匍匐茎数量[10]。

块茎产量测定：收获时各小区取10.05 m2（2016年）或9.60 m2（2017年）连续垄长，全部收获，剔除腐烂薯后，余下块茎分级称重计数。

单薯直径≥3 cm视为成型块茎，单薯重＜75 g为小薯，单薯重75～150 g为中薯，≥150 g为大薯[11-12]。

在蓄水前按设计要求完成剩余的监测工程量，取得大坝外部变形监测和渗流监测的基准值；尽快制定切实可行的下闸蓄水施工组织设计和技术措施。蓄水前对闸门、启闭机开展全面检查和维保，制定导流洞封堵实施方案。

匍匐茎结薯率（%）=[第n次取样顶端明显膨大（≥1.2 cm）匍匐茎数量/第n次取样总匍匐茎数量]×100%[10]。

商品薯率（%）=（≥75 g块茎鲜重/块茎总鲜重） ×100%[13]。

块茎干物质积累速率（g·株-1·d-1）=[第n次取样块茎干物质积累量-第（n-1）次取样块茎干物质积累量]/两次取样间隔天数。

1.4　数据分析

采用Microsoft Excel 2007软件处理数据并绘制图表，DPS 7.05软件统计分析数据。

2　结果与分析

2.1　不同氮肥配施对马铃薯匍匐茎形成及块茎发育的影响

2.1.1不同处理马铃薯匍匐茎数量及结薯率

由表3可知，块茎形成初期，A-U和N-U处理总匍匐茎数量显著高于基肥施用尿素处理，其中NU处理最高，并与其他处理间差异显著（P＜0.05）。块茎形成末期，虽然N-U处理总匍匐茎数量仍高于其他处理，但各处理间差异不显著（P＞0.05）。块茎膨大期，配施硝酸钙处理明显低于其他处理，其中N-U处理最低。表明配施硝酸钙处理早期可促进匍匐茎形成，但后期退化较快，而配施硫酸铵处理则保持相对较高水平。

由表3顶端明显膨大匍匐茎数量可知，除N-U处理表现先增后减外，其他处理均呈持续上升趋势。其中A-U和U-A处理不同时期不同程度高于U-U处理，且在块茎膨大期与U-U处理间差异均达显著水平（P＜0.05）。U-N或N-U处理顶端明显膨大匍匐茎数量虽在块茎形成初期和块茎形成末期普遍高于U-U处理，但在块茎膨大期，与U-U处理差异不显著（P＞0.05）或显著低于U-U处理（P＜0.05）。匍匐茎总量和顶端明显膨大匍匐茎数量分别表示块茎形成潜力和趋势，但膨大匍匐茎最终是否形成块茎，则受水分和养分等环境条件影响[14]。匍匐茎结薯率高则说明膨大匍匐茎成薯率高，无效生长少，进入块茎膨大期，可基本确定有效膨大的匍匐茎。由表3可知，除2016年U-U处理和2017年N-U处理呈先增后减特点外，其他处理均呈持续上升趋势。A-U和U-A处理不同时期均表现较高结薯率，且块茎膨大期普遍显著高于U-U处理（P＜0.05），而配施硝酸钙处理与U-U处理间差异不显著（P＞0.05）。

2.1.2不同处理马铃薯匍匐茎顶端膨大情况

由图1可知，块茎形成初期，单株匍匐茎数量以N-U处理最多，且未膨大匍匐茎数量和膨大匍匐茎数量也最多，而A-U处理＜75 g块茎数量最多。块茎形成末期，U-N和N-U处理未成薯匍匐茎（包括未膨大和膨大匍匐茎）数量高于其他处理，而A-U处理≥75 g块茎（包括75～150 g和≥150 g块茎）最多。块茎膨大期，A-U处理未成薯匍匐茎数量最少，≥150 g块茎最多。

表3　不同氮肥配施对马铃薯匍匐茎影响Table 3　Influence of different nitrogen fertilizer combinations on stolon of potato

图1　不同氮肥配施对马铃薯匍匐茎顶端膨大影响Fig.1　Influence of different nitrogen fertilizer combinations on the swelled stolons end of potato

2.2　不同氮肥配施对马铃薯块茎干物质积累影响

由图2可知，所有处理马铃薯全生育期块茎干物质积累量动态变化均表现为前期缓慢增长，从块茎膨大期开始直到收获期迅速增长。2016年收获期各处理块茎干物质积累量表现为U-A＞A-U＞N-U＞U-U＞U-N，但各处理间差异不显著（P＞0.05）；2017年表现为A-U＞U-A＞U-N＞N-U＞U-U，且A-U处理显著高于其他处理（P＜0.05），达264.61 g·株-1，较U-U处理增加39.8%。两年结果存在差异，但配施硫酸铵处理均不同程度提高块茎干物质积累量。

由图3可知，进入块茎膨大期前，不同处理块茎干物质积累速率差异不显著（P＞0.05），进入块茎膨大期后，A-U处理块茎干物质积累速率达5.86 g·株-1·d-1（2016 年）和 4.50 g·株-1·d-1（2017年），显著高于N-U和U-U处理（2016年）或其他各处理（2017年）（P＜0.05），分别提高19.0%～29.8%（2016年）和20.3%～68.0%（2017年）。数据表明，与单施尿素相比，配施硫酸铵或硝酸钙均有利于提高块茎干物质积累速率，其中硫酸铵比硝酸钙效果更明显，硫酸铵作基肥施用优于作追肥施用。

图2　不同氮肥配施对马铃薯块茎干物质积累量影响Fig.2　Influence of different nitrogen fertilizer combinations on dry matter accumulation of potato tuber

图3　不同氮肥配施对马铃薯块茎干物质积累速率影响Fig.3　Influence of different nitrogen fertilizer combinations on dry matter accumulation rate of potato tuber

2.3　不同氮肥配施对马铃薯产量性状影响

由表4可知，两年试验中N-U处理单株结薯数均为最高，2016年为5.56个·株-1，与其他处理间差异不显著（P＞0.05）；2017年为6.51个·株-1，显著高于U-N和U-U处理（P＜0.05）。两年中，U-N和A-U处理平均薯重均处于较高水平，2016年A-U处理显著高于除U-N外其他处理（P＜0.05）；而2017年U-N仅与U-U处理差异显著（P＜0.05）。对比各处理平均商品薯重发现，A-U显著高于其他处理（P＜0.05），分别达227.48 g·个-1（2016年）和172.72 g·个-1（2017年），分别较U-U处理高9.8%（2016年）和12.1%（2017年），再次表明基肥施用硫酸铵可促进块茎生长。

两年块茎总产量和商品薯产量均表现为AU＞U-N＞U-A＞N-U＞U-U（见表5）。A-U总产量较U-U处理增产16.7%（2016年）和33.5%（2017年）（P＜0.05），商品薯产量增产 20.1%（2016年）和40.7%（2017年）（P＜0.05）。两年商品薯率均为U-U最低。

由此可见，与单施尿素相比，配施硫酸铵或硝酸钙均有利于提高商品薯率，其中基肥施用硫酸铵增产效果更明显。

表4　不同氮肥配施对马铃薯产量构成因子影响Table 4　Influence of different nitrogen fertilizer combinations on yield component factors

表5　不同氮肥配施对马铃薯产量影响Table 5　Influence of different nitrogen fertilizer combinations on tuber yield in potato

3　讨论与结论

源库关系协调是高产保障[15-16]，源供应能力和库容量是作物产量限制因子，多数农作物源库关系均存在建立、发展直至平衡过程[17]。马铃薯生育前期形成足够数量块茎，既是库容扩大前提，也是源库关系协调发展基础[18]。马铃薯出苗后7～10 d开始形成匍匐茎，15～20 d匍匐茎顶端开始膨大，即开花前块茎已发育，而水稻、小麦和玉米等作物储存库均在穗分化后形成，因此马铃薯形成产量时间比一般作物早[10]，决定马铃薯库容两因素包括单株结薯数量和单薯重[10,17]。

匍匐茎顶端直径≥1.2 cm时，视为匍匐茎顶端开始膨大，块茎开始形成[10]。本试验结果表明，块茎形成到膨大过程中，配施硫酸铵或硝酸钙均比单施尿素利于匍匐茎形成和发育，其中配施硝酸钙利于促进匍匐茎形成，而配施硫酸铵则利于匍匐茎顶端膨大，与Gao等[19]和Suyala等[20]研究结果一致。Osaki等利用15N在溶液培养试验中发现硫酸铵处理的铵态氮主要分布于块茎和地上茎，可能更利于植物体内氮同化，而硝酸钠处理硝态氮主要分布于叶片[21]。本试验发现，基肥施用硫酸铵处理匍匐茎形成和发育过程更稳定，小薯、中薯和大薯不同生育期依次发育，体现块茎发育时序性，确保结薯率处于较高水平。

马铃薯块茎干物质积累是产量形成基础[12]。本研究发现，与单施尿素相比，配施硫酸铵或硝酸钙均可提高块茎干物质积累速率、商品薯产量和商品薯率，其中配施硫酸铵效果更显著。而邓兰生等在盆栽试验中发现，不同铵硝氮肥配比对块茎干物质积累量无显著影响[22]。Serio等研究认为，铵态氮不利于马铃薯生长发育，硝态氮处理可获得更高块茎产量[23-24]。溶液培养或盆栽试验得到不同结论，可能是试验条件差异造成，大气和土壤温度及湿度、光照强度和持续时间、养分均衡等均影响马铃薯生长发育[25-26]。史春余等在大田条件下研究不同氮肥对甘薯生长发育影响[27]，所得结果与本试验一致。芶久兰等研究发现，与硝酸钠相比，碳酸铵使马铃薯增产15.73%[28]。焦峰等发现，施用硫酸铵、尿素、硝酸钙和硝酸铵处理，分别较不施氮肥处理增产63.86%、36.62%、30.42%和19.28%[29]。Soliman等研究发现，与施用硝酸铵和尿素相比，硫酸铵可促进马铃薯“Nicola”营养生长，提高块茎产量[30]，而Maier等在以品种“Russet Burbank”为对象的同类研究中却得出相反结论[31]，原因是品种不同。可见，马铃薯施肥管理措施制定应考虑品种和土壤条件。

目前，黑龙江省马铃薯生产中氮肥主要以尿素为主，肥料品种单一。硫酸铵或硝酸钙提供氮素和硫或钙，利于马铃薯生长。本试验中，与单施尿素相比，配施硫酸铵或硝酸钙均有利于马铃薯块茎形成及发育，提高块茎膨大期后块茎干物质积累速率及干物质积累量，提高块茎产量和商品薯率。其中配施硫酸铵的效果优于硝酸钙，而硫酸铵作基肥施用效果优于作追肥施用。说明马铃薯生产的氮肥管理不仅需考虑施肥量、施肥时期，更应关注肥料品种选择与搭配。由于硫酸铵是生理酸性肥，长期大量施用可导致土壤酸化和板结，因此在酸性土壤施用硫酸铵时应适量补充石灰或钙镁磷肥，或将硫酸铵与尿素混合施用，为防止铵挥发性损失，还应注意肥料隔离，石灰性土壤施用氮肥则优先推荐硫酸铵。硝酸钙是生理碱性肥，但在本试验土壤条件下，其增产效果不及硫酸铵，机理待进一步研究。