氮素运筹对干旱区滴灌甜菜生长的影响

徐林峰，戴宇祥，周红亮，张丽娟，费聪，苏继霞，李宗飞，樊华

（石河子大学农学院，新疆石河子832000）

0 引言

甜菜是我国主要糖料作物之一和重要能源作物[1]，在我国东北、华北和西北农村地区的经济和工业中占有重要的支柱性地位。新疆是我国的甜菜主产区，甜菜种植面积占全国甜菜种植面积的41%左右，总产量与产糖量长期占据全国第一。近些年在新疆滴灌甜菜种植过程中不断涌现出高产高糖区，2008年新疆滴灌甜菜创下全国的高产纪录（87 t/hm2）[2]。然而，现阶段关于滴灌甜菜种植高产高糖的氮素管理方案结论各异。施氮量为180 kg/hm2甜菜块根产量达到最大，施氮量为120 kg/hm2产糖量表现最优，而后随施氮量增加而逐渐下降[3]。蔡柏岩等研究认为，当施氮量为120 kg/hm2时，根冠比最为合理[4]。北疆甜菜产区氮肥基施1/2，7月中旬追施1/2有利于提高甜菜产量、品质[5]。内蒙古冷凉干旱区膜下滴灌甜菜的最佳施氮量为100 kg/hm2，其中氮肥以基肥的形式一次性施入[6]。也有研究表明，4∶4∶2的氮素追施比例有利于干旱区露播滴灌甜菜获得高产高糖[7]。甜菜的收获器官主要是块根，光合作用所固定转化的有机质占到了甜菜块根产量的90%～95%[8]，氮是植物细胞蛋白质的主要成分，也是核酸、叶绿素、维生素、酶和辅酶系统、激素以及许多重要代谢有机化合物的组成部分。氮能够促进新梢生长，增大叶面积，增加叶片厚度，增加叶片内的叶绿素含量，提高光合效能，而叶片的生长情况在很大程度上影响了糖分在块根中的形成和积累。因此，合理的氮肥运筹方式是甜菜种植过程中高产高糖的关键，同时还可减少氮肥的浪费和氮肥对环境的污染、降低肥料成本、从而获得较高经济效益[9-12]。目前，有关甜菜氮素方面的研究表明，氮肥施入土壤必须全部在甜菜生育中期之前完成，否则会影响块根品质[13-14]。然而也有研究认为，在甜菜生育后期少量施加氮肥可以起到延缓叶片和根系衰老的作用，同时促进甜菜块根产量和含糖率的提高[15-16]。目前有关氮素影响甜菜产量品质的研究主要集中在施氮量和基追比方面[9]，研究结果也不尽一致，关于氮素运筹尤其是甜菜中后期施氮比例对叶片生长与产量品质关系的研究相对较少。本研究以甜菜叶片和块根生长速率为切入点，分析氮素运筹模式下滴灌甜菜生长及其与产量、品质间的关系，为干旱区滴灌甜菜提质增效氮素管理提供支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料与方法

供试材料为Beta356，试验于2015年在新疆石河子大学农学院试验站（45°19′N，86°03′E）进行。以不施氮处理（N1）为对照，设置3种氮肥运筹模式，即在甜菜叶丛快速增长期、块根膨大期、糖分积累期氮肥施用比例分别为60∶30∶10、50∶30∶20、40∶40∶20（用N2、N3、N4表示）。肥料施用量为N 585 kg/hm2、P2O5280 kg/hm2、K2O 190 kg/hm2，其中氮肥总量的10%于播种前基施，其余按照试验设置追施，磷钾肥作基肥一次施用。4月25日播种，行株距配置方式为50 cm×14 cm（即行距为50 cm，株距为14 cm），滴灌带配置模式为“1管2”（即1条毛管控制2行甜菜）。各处理灌水量均为7 500 m³/hm2。

1.2 指标测定方法与统计分析

从块根膨大期（8月3日）开始自内而外选取甜菜第五片真叶（新叶）和第十五片真叶（老叶）每隔3天测定叶长和叶宽，其中叶长是从叶片底端叶柄处至叶片顶点的距离，叶宽是指垂直于叶长的最大距离。同时破坏性取样，测定甜菜根长、根宽和维管束环数。在甜菜3个生育时期用Li-3100叶面积仪测定所有叶片面积，计算叶面积指数。

收获期对各处理未取样的小区进行实收，3次重复，拔出根后削除地上部分及青头，及时称量块根鲜重，并分别选取10株测定各处理块根锤度值，计算甜菜含糖率和根产量。块根含糖率用手持式折光仪（成都泰华光学有限公司）分别测定根颈以及根体（上、中、下）部位锤度值，取平均值之后乘以0.83得到块根含糖率。

从块根膨大期（8月3日）开始每隔10天测定维管束环数，测定时注意从根体下的三分之一处进行横切，用肉眼计数其横断面的维管束环数。

采用Excel2010、SPSSstatistics 17.0和SigmaPlot12.5对所得数据进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 氮素运筹对滴灌甜菜不同叶龄叶面积的影响

滴灌甜菜不同叶龄叶面积表现为老叶＞新叶，不同氮素处理条件下新老叶面积均表现为N3＞N4＞N2＞N1（图1），表明块根膨大期叶片生长以老叶为主，氮素运筹不改变老叶的主体地位，但是对叶片生长速率有一定的调控作用。

图1 块根膨大期老叶（A图）新叶（B图）叶面积变化Fig.1 Effect of nitrogen application on old(A)and new(B)leaf area of drip irrigation sugar beet during root development stage

块根膨大期滴灌甜菜叶片的日增长量表现为老叶＞新叶，甜菜叶片日增长比值在不同氮素处理下表现各异，其中新叶N1、N2和N4表现为快-慢-快的趋势，新叶N3表现为慢-快-慢的趋势；老叶N1表现为慢-快-快的趋势，老叶N2表现为快-慢-快的趋势，老叶N3和N4表现为快-慢-慢的趋势（表1）。其中N1处理叶片日增长量显著低于其他处理，N3处理老叶的日增长比值变化较为平稳。

表 1 氮素运筹对块根膨大期甜菜叶面积的影响Table 1 Effect of nitrogen application on leaf area during root development stage of drip irrigation sugar beet

2.2 氮素运筹对滴灌甜菜块根生长的影响

块根膨大期滴灌甜菜根长增长量和增长比值均为前期＞后期，随着生育时期推进N1和N3处理根长增长量表现为不断降低的趋势，N2和N4处理根长增长量表现为先增后降的趋势。根宽增长量和增长比值均为后期＞前期，除N2外，其它处理均表现为根宽增长量随生育时期推进不断增加的趋势。块根中维管束环数增长量和增长比值N1和N3处理表现为不断增加的趋势，N2和N4处理表现为先增后降的趋势（表2）。

表2 氮素运筹对块根膨大期甜菜块根生长的影响Table2 Effect of nitrogen application on root growth during root development stageof drip irrigation sugar beet

2.3 氮素运筹对滴灌甜菜叶面积指数的影响

由图2可知，从叶丛快速增长期到糖分积累期，N2、N3和N4叶面积指数（LAI）呈现增加的趋势，N1处理表现为先增加后降低。氮素运筹下各处理LAI在糖分积累期差异显著，其中N2、N3、N4处理的LAI分别比N1处理增加了163.9%、194.8%和137.2%。

2.4 块根产量、含糖率与块根膨大期叶片生长指标的相关性

甜菜块根产量与块根膨大期叶面积显著正相关，与老叶面积日增长量显著正相关。甜菜块根含糖率与块根膨大期新叶面积显著负相关，与老叶面积和老叶面积日增长量显著正相关（表3）。

图2 氮素运筹对甜菜叶面积指数（LAI）的影响Fig.2 Effect of nitrogen application on LAI of drip irrigation sugar beet

表3 块根产量、含糖率与块根膨大期叶片生长指标的相关分析Table3 Correlation analysisbetween yield and sugar content with leaf growth index during root development stage

表4 块根产量、含糖率与块根膨大期块根生长指标的相关分析Table 4 Correlation analysis between yield and sugar content with root growth index duringroot development stage

2.5 块根产量、含糖率与块根膨大期块根生长指标的相关性

甜菜块根产量与块根膨大中期根长、根宽和块根维管束环数呈现正相关，甜菜块根含糖率与块根膨大后期根长、根宽和块根维管束环数呈现正相关（表4）。

3 讨论

甜菜的施肥量较大，且需肥时期也相对较长。氮素是甜菜生长必需营养元素中起到最大贡献作用的元素。在甜菜第一年进行的营养生长中期，也就是甜菜的块根膨大期，甜菜生长中心逐渐由叶丛生长期的地上叶丛向地下部分转移，块根膨大期甜菜生长中心不能向地下部分转移表现为贪青，转移过早表现为早衰，两者均影响甜菜块根的生长，而甜菜的经济产量来自于块根以及块根的含糖率。合理的氮素运筹既可以达到调控甜菜生长中心顺利转移的目的，而且地上叶片又不会早衰[16-17]。本研究表明，块根膨大期甜菜叶面积与块根产量成正比，但是这一结论的前提是老叶的生长速率应该大于新叶的生长速率，如果此时新叶生长速率过快，反而会降低块根含糖。

在一定范围内植物实际光合作用量与其干物质量随叶面积的增加而增加，但当叶面积指数超过一定值时，由于甜菜叶丛繁茂，叶片之间相互遮掩，导致实际有效叶面积并非与叶面积指数成正比，随着叶面积指数的增加，植物的呼吸作用随之增加，实际光合作用量和干物质量会下降[18]。因而，叶面积指数并非越大越好。3种氮素运筹模式下，甜菜叶面积指数在块根膨大期均显著升高，对于保证一定的块根产量意义重大。目前我国的甜菜收购机制正在由单纯的追求产量转变为甜菜收购价主要取决于含糖率，随着制糖企业收购甜菜“以质论价”收购机制的改变，提高甜菜的块根品质成为了当前我国甜菜生产发展过程中的首要问题[19-20]，从块根膨大期叶面积入手，快速、准确地预测块根重量和含糖率，将有利于指导滴灌甜菜氮素管理与高效种植。

4 结论

与对照相比，施氮可以减缓甜菜叶片的衰老速率。滴灌甜菜块根膨大期叶片生长以老叶生长为主，氮素运筹不改变老叶的主体地位，但是对叶片生长速率和块根含糖率有一定的调控作用。块根膨大期老叶面积和叶面积日增长量与甜菜块根产量和含糖率显著正相关，新叶面积与甜菜块根产量显著正相关，与块根含糖率显著负相关。氮素运筹对块根生长无显著影响，根长、根宽和块根维管束环数在块根膨大中期与块根产量显著正相关，在块根膨大后期与块根含糖率显著正相关。因此，可将块根膨大期老叶面积作为衡量甜菜产糖量的指标，同时新叶叶面积大小作为衡量块根品质的指标。