施氮量对鲜食型甘薯根系生长与干物质积累分配的影响

徐倩 段文学 张海燕 解备涛 汪宝卿 王庆美 张立明

摘要：

在盆栽条件下，以济薯26和龙薯9号为供试品种，每个品种设置施氮量为0（N0）、100（N1）、200 （N2）mg/kg 3个处理，研究施氮量对鲜食型甘薯根系生长与干物质积累分配的影响。结果表明，栽后10、25 d和40 d，与N0和N2处理相比，N1处理有利于两品种保持较高的根系长度、根系表面积、根系平均直径和根系总体积；有利于提高两品种栽后10 d直径≤2 mm、栽后25 d直径为>2～≤5 mm和栽后40 d直径为>5～≤20 mm和>20 mm的根系体积，促进生长前期纤维根生长及根系增粗分化为块根。随施氮量增加，两品种地上部鲜重显著提高，地上部分配比例与地上部鲜重变化趋势基本一致，N1处理有利于提高两品种块根干物质积累与分配比例，保持较高的块根鲜重和干重。施氮量为100 mg/kg是本试验条件下的适宜施氮量。

关键词：甘薯；施氮；根系生长；干物质积累分配

中图分类号：S531.01 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2018）08-0086-05

Effects of Nitrogen Application Rate on Root Growth and Dry Matter

Accumulation and Distribution of Fresh Edible Sweet Potato

Xu Qian1，Duan Wenxue2，Zhang Haiyan2，Xie Beitao2，

Wang Baoqing2，Wang Qingmei2，Zhang Liming3

（1.Agronomy College of Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， China；

2.Crop Research Institute， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China；

3.Shangdong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China）

Abstract To examine the effects of different nitrogen （N） application rates on root growth and dry matter accumulation and distribution in fresh edible sweet potato， three N levels including 0 （N0）， 100 mg/kg （N1） and 200 mg/kg （N2） were set in the pot experiments with Jishu 26 （J26） and Longshu 9 （L9） cultivars as materials. The results showed that the root length， surface area， average diameter and total volume of the two varieties in N1 were higher than those in N0 and N2 on the 10th， 25th and 40th days after planting. The volume of roots with the diameter ≤2 mm on the 10th day， >2～≤5 mm on the 25th day， and>5～≤20 mm and>20 mm on the 40th day could be increased by N1， thereby facilitating the fibrous root growth and inducing the thickening and differentiation of roots into tuberous roots in the early growth periods. As the N application rate increased， the aboveground fresh weight of the two varieties increased significantly， and the variation of the aboveground distribution proportion was similar to that of the aboveground fresh weight. The N1 treatment was benefit to increasing the accumulation and distribution proportion of root dry matter of the two varieties， and maintaining higher root fresh and dry weight. Under the conditions of this experiment， 100 mg/kg was the optimal N application rate.

Keywords Sweet potato； Nitrogen； Root growth； Dry matter accumulation and distribution

甘薯高產稳产、抗逆性强、适应性广[1]，不仅是我国重要的粮食作物，也是重要的工业原料[2]、饲料[3]、能源及减灾作物。甘薯具有良好的营养保健功能[4]。随着人们生活水平的提高和营养保健意识的增强，近年来对鲜食型甘薯的市场需求不断增加[5]。氮素是影响甘薯生长前期根系生长分化的重要因素[6]，可显著影响甘薯干物质积累与分配，进而影响块根产量[7，8]。生产中由于氮肥施用不合理，容易引起甘薯徒长，严重制约鲜食型甘薯产量，影响种植效益。前人关于氮素对鲜食型甘薯产量与品质的影响等方面做了一定研究，而关于施氮量对鲜食型甘薯前期根系生长、干物质积累分配与产量形成关系的研究报道较少。本试验采用盆栽法，探讨氮素对鲜食型甘薯根系生长与干物质积累分配的影响，以期为鲜食型甘薯合理的氮肥运筹提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2017年在山东省农业科学院作物研究所防雨棚内进行。选取鲜食型品种济薯26（J26）和龙薯9号（L9）为供试品种。选用高40 cm、上口径40 cm、内径35 cm、可容纳20 kg土壤的营养钵栽培，土壤取自0～20 cm耕层，肥力中等。每品种设置3个处理，分别为每盆施入纯N 0、2.0、4.0 g，折合施N量为0、100、200 mg/kg。各处理的磷、钾肥用量一致，每个营养钵用量为P2O5 1.5 g、K2O 3.0 g，均与氮肥用作底肥一次性施入。完全随机排列，重复3次，共计300盆。

1.2 项目测定与方法

1.2.1 根系形态指标 于栽后10、25 d和40 d后取样，采集完整植株根系进行形态测定。于清水中反复洗净后，用根系扫描仪扫描完整根系形态，扫描获得的根系图像利用DT-SCAN软件进行相关根系指标分析，包括根长、平均直径、表面积、体积以及不同直径根系的体积分布等。

1.2.2 干物质积累分配 于栽后90 d取样，将植株整株根系挖出、冲根，沿茎基部剪断，分别称量地上部茎叶与地下部块根鲜重，计算地上部茎叶与地下部块根鲜重的比值；将每株地上部分为叶片、叶柄、茎三部分分别装袋，将块根切成薄片后装袋。装袋后的样品放入烘箱杀青后，70℃烘干至恒重，称量各器官干重，计算各器官干物质分配比例。

各器官干物质分配比例（%）=各器官干物质积累量/植株干物质积累量×100

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2007制表，SPSS软件进行数据统计分析，用新复极差法进行显著性差异检验。

2 结果与分析

2.1 施氮量对根系长度、平均直径、表面积及体积的影响

由表1可见，栽后10 d，两品种N1处理根系长度和表面积均显著高于N0和N2处理，栽后25 d和40 d各处理根系长度和表面积的变化趋势与栽后10 d基本一致。表明适量施氮的N1处理有利于纤维根的生长，促进营养元素吸收，进而有利于干物质的积累。在相同氮素水平下，龙薯9号的根系长度、表面积显著高于济薯26。

栽后10 d，济薯26的N1处理根系平均直径显著高于N0和N2处理，龙薯9号N1和N0处理的根系平均直径无显著差异，N1处理显著高于N2处理。两品种N1处理根系总体积显著高于N0和N2处理。栽后25 d和40 d，两品种N1处理根系平均直径和根系总体积均显著高于N0和N2处理。表明适量施氮的N1处理有利于根系增粗而向块根方向发育，有利于块根膨大。在相同氮素条件下，龙薯9号的根系平均直径和根系总体积均显著高于济薯26，说明龙薯9号根系增粗速度快，块根膨大速度可能高于济薯26。

2.2 施氮量对不同直径根系体积的影响

由表2可见，栽后10 d，两品种N1处理直径≤2 mm的根系体积显著高于N0和N2处理，济薯26 N1和N0处理直径为2～5 mm的根系体积无显著差异，均显著高于N2；龙薯9号N1和N2处理直径为2～5 mm的根系体积无显著差异，均显著高于N0处理。表明适量施氮的N1处理有利于纤维根的生长和块根早期分化。

栽后25 d，两品种N1处理直径≤2 mm和直径为2～5 mm的根系体积均显著高于N0和N2处理。龙薯9号N1处理直径为5～20 mm的根系体积显著高于N0和N2处理。表明适量施氮的N1处理有利于两品种纤维根的生长及根系增粗，龙薯9号根系向块根分化膨大早于济薯26。

栽后40 d，济薯26的N1和N2处理直径≤2 mm的根系体积无显著差异，均显著高于N0处理，龙薯9号则为N1处理显著高于N0和N2处理；两品种N1处理直径为2～5、5～20 mm和﹥20 mm的根系体积均显著高于N0和N2处理。表明栽后40 d两品种已经形成膨大的块根，适量施氮的N1处理不仅有利于纤维根的生长，且能促进根系向块根的分化和膨大。

2.3 施氮量对地上部干物质量、块根干物质量及总干重的影响

由表3可见，两品种N2处理的地上部干重显著高于N0和N1处理。两品种N1处理的块根干重、总干重显著高于N0和N2处理，N2处理的块根干重显著低于N0处理。表明过量施氮的N2处理促进两品种地上部干物质积累，不利于块根干物质积累；适量施氮的N1处理有利于保持较高的块根干重与总干重。N0和N1条件下，龙薯9号的块根干重与济薯26无显著差异；N2条件下，龙薯9号的块根干重显著高于济薯26，即较高氮素条件下，龙薯9号比济薯26更有利于块根干物质的积累。

2.4 施氮量对不同器官干物质分配比例的影响

由表4可见，济薯26干物质较多分配于叶片、茎和块根，而龙薯9号较多分配于叶片和块根。两品种N2处理叶片、叶柄和茎的干物质分配比例均显著高于N0和N1处理，块根干物质分配比例均显著低于N0和N1处理；两品种N1处理块根干物质分配比例与N0处理无显著差异，均显著高于N2处理。表明过量施氮的N2处理促进两品种地上部干物质积累，而不利于干物质向块根转运；N1处理有利于保持较高的块根干物质分配比例。相同氮素处理下，龙薯9号块根干物质分配比例高于济薯26，保持较高的干物质向块根的转运效率。

2.5 施氮量对地上部鲜重、块根鮮重及T/R值的影响

由表5可见，济薯26的N2处理地上部鲜重显著高于N0和N1处理，龙薯9号N2处理地上部鲜重与N1处理无显著差异，均显著高于N0处理。两品种N2处理的T/R值显著高于N0和N1处理。两品种N1处理的块根鲜重显著高于N0和N2处理。表明过量施氮的N2处理能够保持两品种较高的地上部鲜重和茎蔓比，但不利于保持较高的块根鲜重，适量施氮的N1处理有利于增加块根鲜重。相同氮素条件下，龙薯9号的块根鲜重高于济薯26。

3 讨论与结论

3.1 施氮量对鲜食型甘薯生长前期根系生长的影响

作物根系具有吸收和运输土壤中水分和养分的功能。对于大多数植物来说，生长前期均为根系构建的关键时期[9]。甘薯作为块根作物，其根系构建的主要矛盾在于生长前期的根系分化[6]。氮素对甘薯生长前期的块根分化具有重要影响。有研究表明，适量施氮有利于作物根系发育，缺氮或过量施氮对根系生长均有抑制作用[10-13]。林文等[14]发现，150 kg/hm2的施氮量会抑制水稻根系的伸长。NO-3浓度在0.1～10 mmol/L能促进根分支，增加根长，而氮素浓度过多则抑制根系变长变粗[15]。宁运旺等[9]研究表明，移栽30 d，与不施氮处理相比，施氮处理下甘薯生长前期的根长、根平均直径、表面积和体积均显著降低。高璐阳等[16]研究发现，施氮量为100 mg/kg时，甘薯根长、平均直径、表面积和体积达到最大。本研究发现，施氮量为100 mg/kg有利于提高甘薯根系长度、平均直径、表面积和总体积，不施氮或施氮量为200 mg/kg对根系伸长及增粗均起抑制作用，这与大多数前人的研究结果相同。本研究认为，施氮量为100 mg/kg有利于提高栽后10 d直径≤2 mm、栽后25 d直径为>5～≤20 mm、栽后40 d直径为>5～≤20 mm和>20 mm的根系体积，即促进生长前期纤维根生长和根系向块根的分化膨大。

3.2 施氮量对鲜食型甘薯干物质分配的影响

合理的肥料运筹能够保证矿质养分的平衡、吸收，而氮素是甘薯生产中的关键限制因子之一[17]，其对于源库关系的建立、平衡和发展等具有重要影响[18]。施氮促进甘薯地上部的生长与地下部的膨大，但施氮量过多时会导致地上部徒长、地下部块根膨大受抑制[19]。孙泽强等[20]研究表明，土壤碱解氮含量为90.5 mg/kg时，济薯21鲜薯产量和施氮量之间呈显著负相关关系。高璐阳等[16]研究发现，在碱解氮为47.6 mg/kg的土壤中，随施氮量增加，薯蔓鲜质量总体呈增加趋势。宁运旺等[21]研究认为，施氮能够显著提高干物质向地上部的分配，却不利于块根的形成。Walker等[22]认为，甘薯在水培15 mmol/L氮溶液中更有利于提高地上部干物质比例。本研究表明，施氮量为100 mg/kg有利于两品种保持较高的块根干重与总干重，同时保持较高的块根干物质分配比例及块根重；施氮量为200 mg/kg则促进了两品种地上部干物质积累，而不利于干物质向块根的转运，降低块根重。

综上所述，本试验条件下，施氮量为100 mg/kg有利于鲜食型甘薯品种生长前期纤维根生长、根系增粗进而分化膨大为块根，同时提高植株总干重和块根干物质分配比例，进而获得较高的块根鲜重和干重，提高产量。

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