不同基因型马铃薯产量和氮素吸收利用差异

张 磊，邓丽红，徐宁生，潘哲超，李燕山，杨琼芬*

（1云南省农业科学院经济作物研究所，昆明 650205；2农业部云贵高原马铃薯与油菜科学观测实验站，昆明 650205；3陆良县农业技术推广中心，云南陆良 655600）

马铃薯是中国第四大主要粮食作物。云南省马铃薯生产具有品种资源和光温资源等优势，是中国马铃薯主产区之一。氮是作物生长发育必需的矿质营养元素，是影响叶片光合作用的重要因子，对作物产量的提高具有重要作用［1，2］。与其他大田作物相比，马铃薯植株根系相对较浅，对氮的反应较为敏感［3］。研究表明，氮素对作物产量的贡献率达40%～50%［4］。马铃薯生产过程中人们为追求高产，往往过量施用氮肥，造成养分比例失调，出现植株徒长、抗逆性变差、产量和品质降低等现象。在我国，各种作物氮肥的平均利用率仅为33%［5］，氮肥的过量施用会造成氮肥利用率低、生产成本过高和环境污染加剧等问题，因此提高作物氮肥利用率是农业迫切需要解决的问题。已有研究表明，不同作物对养分的吸收和利用不同，同一作物不同基因型对养分的吸收和利用也存在差异，从而导致氮素利用效率存在显著差异，这在玉米、水稻、小麦等作物上进行了较多研究［6～11］。研究表明，不同氮素水平下不同基因型马铃薯的氮素吸收效率差异显著，不同熟期马铃薯氮素利用效率差异也较大，晚熟马铃薯氮素利用效率高于早熟马铃薯［12，13］。利用不同基因型的遗传特征，充分挖掘植物自身氮素利用潜力是提高作物氮素利用效率的有效方法。本研究利用2个马铃薯品种，在3种氮素水平下，综合分析其氮素积累与氮效率差异，以为筛选和培育氮高效基因型马铃薯品种提供科学依据，同时也为不同氮效率马铃薯栽培上合理施氮提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

马铃薯品种为云薯401和云薯304。

1.2 试验设计

试验在云南省嵩明县云南省农业科学院基地进行，于2017年12月26日播种，2018年5月22日收获，前茬作物为红薯。

试验采用裂区设计，品种为主处理，氮素为副处理。氮素设3个施用量处理，分别为0、105、210 kg/hm2。小区面积24 m2，重复3次。采用大垄双行膜下滴灌栽培模式，播种密度为60 030株/hm2，各处理磷钾肥用量一致，磷肥用量216 kg/hm2，钾肥用量405 kg/hm2，均作为基肥一次施入。田间管理与一般大田生产相同。

1.3 测定项目与方法

（1）产量和产量构成。马铃薯成熟期收获后进行小区称重，并对薯块进行大小分级，＞75 g为大薯，75～150 g为中薯，＜75 g为小薯，商品薯率为大中薯产量占总产量的百分比。

（2）氮素测定。于成熟期每个小区随机取3株植株，按根、茎、叶和薯分开，105℃下杀青30 min，80℃恒重并称其干重，再将样品粉碎保存，采用凯氏定氮法测定各器官氮含量。

（3）相关指标计算方法：

各器官氮素积累量（mg/株）=氮含量×干物质质量；

各器官的氮素分配比例（%）=各器官的氮素积累量/植株氮素积累量×100

氮素吸收效率（kg/kg）=氮素积累总量/施氮量；

氮素利用效率（kg/kg）=产量/氮素吸收总量；

氮收获指数（%）=块茎氮素累积量/植株氮素总积累量×100。

1.4 数据处理

采用SPSS18.0统计分析软件对试验数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 氮肥对不同基因型马铃薯产量及其构成的影响

不同氮肥水平下，云薯401产量、商品薯率、大薯率和中薯率均值均大于云薯304（表1）。氮肥可显著提高马铃薯产量，随着氮肥水平增加，云薯401产量和商品薯率呈现先增加后降低的趋势，云薯304产量和商品薯率呈现逐渐增加的趋势。与N0相比，N1和N2水平下云薯401产量增幅达19.37%和16.14%，商品薯率增幅达26.61%和24.40%，增幅均达显著差异水平；N1和N2水平下云薯304产量增幅分别为33.37%和48.48%，商品薯率增幅达57.42%和84.79%，增幅均达显著差异水平。增施氮肥后，云薯304的产量和商品薯率增幅均高于云薯401，说明云薯304对氮肥反应敏感，云薯401对氮肥反应较小。增施氮肥可显著提高云薯304中薯率，而对云薯401的大薯率、中薯率和云薯304的大薯率无显著影响。云薯304单株结薯数较云薯401平均增加1.75个，随着氮肥水平增加，云薯401的单株结薯数逐渐减少，云薯304的单株 结薯数则逐渐增加。

表1 不同氮肥水平下不同基因型马铃薯产量及其构成Table 1 Effect of different N level on yield and components of different potato genotypes

2.2 氮肥对不同基因型马铃薯成熟期氮素积累及分配的影响

由表2可知，不同氮素水平下，云薯401成熟期植株氮素积累量均值较云薯304增加36.03%。随着氮肥施用量增加，马铃薯植株氮素积累量均逐渐增加。不同基因型马铃薯器官氮素积累量大小为：薯＞叶＞茎＞根。与N0相比，N1和N2水平下云薯401植株氮素积累量分别增加53.13% 和108.80%，各处理均达显著差异水平；云薯304植株氮素积累量分别增加58.38%和81.70%，增幅达显著差异水平，N1和N2处理间无显著差异。云薯401不同器官氮素积累量均随着施氮量增加而增加，与N0相比，N1和N2水平下云薯401根、茎、叶和薯部氮素积累量增幅为88.71%～191.81%、173.75%～328.09%、75.10%～156.31% 和36.14%～75.74%，各增幅均达显著差异水平。不同氮素水平下，云薯304根和叶部氮素积累量无显著差异，与N0相比，N1和N2水平下茎和薯部氮素积累量增幅为125.14%～146.20%和73.79%～103.76%，增幅均达显著差异水平，N1和N2处理间差异不显著。云薯401薯部氮素积累量增幅小于云薯304。不同器官氮素分配比例为薯＞叶＞茎＞根。N0水平下，云薯401的薯部氮素分配比例大于云薯304，说明云薯401在低氮条件下氮转运率较高。与云薯401相比，增施氮肥后云薯304的茎叶氮素平均分配比例较低，薯部平均分配比例较高，说明云薯304氮转运率较高，说明增施氮肥可提高云薯304的氮素转运率。

表2 不同氮肥水平下不同基因型马铃薯各器官成熟期氮素积累与分配Table 2 Effect of different N level on nitrogen accumulation and distribution in different potato genotypes

2.3 氮肥对不同基因型马铃薯氮效率的影响

由表3可知，云薯401较云薯304氮素吸收速率均值增加34.78%。随着氮素施用量的增加，氮素吸收效率逐渐降低，N2处理云薯401和云薯304氮素吸收效率较N1处理分别降低32.43%和42.05%。N1和N2水平下，云薯401氮素吸收效率较云薯304增加25.30%和48.93%。不同氮素水平下，云薯401平均氮素利用效率较云薯304提高0.26%。随着氮素施用量增加，氮素利用效率也呈现降低趋势。与N0相比，N1和N2处理下云薯401氮素利用效率分别降低22.05%和44.37%，各处理间均达显著差异水平，云薯304分别降低15.79%和18.29%，降幅达显著差异水平，N1和N2处理间无显著差异。N0和N1水平下，云薯401氮素利用效率较云薯304提高14.14%和5.65%，N2水平下，云薯401氮素利用效率较云薯304降低22.30%，说明云薯401需氮量较低，在施入过量氮时会导致产量下降，氮素利用效率降低。氮收获指数上，云薯401氮收获指数均值较云薯304降低13.34%，云薯401在N0处理时，氮素收获指数较高，而云薯304在N2处理下，氮素收获指数达最大。

表3 不同氮肥水平下不同基因型马铃薯的氮效率Table 3 Effect of different N level on N-efficiency in different potato genotypes

3 讨论

氮素是调节作物生长的重要手段之一，氮肥过量和不足均不利于植物形态建成和产量形成。氮过量施入会导致植株地上部分徒长，抑制地下薯块的物质积累，导致产量和品质下降［14，15］。云薯401对氮肥反应与前人研究结果的表现一致，但云薯304随着氮肥施用量增加，产量逐渐增加，云薯401在中氮（N1）水平下产量达最大值，云薯304在高氮（N2）水平下产量达最大，这与品种的需肥量和氮肥反应程度有关。增施氮肥后，云薯401氮肥产量增幅小于云薯304，说明云薯401耐低氮能力较强，且能达到高产，云薯304对氮肥的增产效应较大，但产量较低。马铃薯产量构成对氮肥的反应也不同，增施氮肥可显著提高马铃薯商品薯率，云薯304增幅较大，但由于其大薯率和中薯率较小，小薯率较多，因而产量低。云薯401大薯率较高，因而产量较高。提高大薯率是有效提高产量的重要途径。大量研究表明，在低氮和高氮水平时均可获得高产的品种，此类型为氮高效基因型，选育氮高效吸收和利用效率品种，可实现低氮水平下获得高产的目的［12，16～18］。不同氮肥水平下云薯401产量均大于云薯304，因此可确定云薯401属于氮高效基因型品种。氮高效品种（如云薯401）在高氮条件下比中氮产量下降2.70%，利用氮高效品种，在获得高产的前提下，可节约氮肥用量达50%。

通过提高作物对氮素的吸收和利用，可实现增加产量和降低氮肥施用量，是实现作物栽培高产高效的有效途径［19］。大量研究表明，不同作物的氮效率基因型差异品种在氮素吸收能力上存在差异，氮高效品种在成熟期和开花期均具有较高的氮素积累量，具有较强的氮素吸收能力［20～22］。本研究表明，云薯401全株氮素积累量、不同器官氮素积累量均值均大于云薯304，随着氮肥水平的增加，增幅越来越大。这与前人在不同作物上的研究结果一致，说明氮高效型马铃薯（云薯401）对氮素具有较强的吸收能力，成熟期植株氮素积累量可作为氮高效型马铃薯品种筛选指标。无论在何种氮素水平下，氮低效型马铃薯（如云薯304）的吸收氮素能力有限，无法通过增施氮肥提高更多的氮素积累量，而氮高效型马铃薯（如云薯401）即使在低氮水平下，氮素积累量仍具有明显优势。本研究中，云薯401的氮素吸收效率和氮素利用效率均值均高于云薯304，说明氮高效型马铃薯是由具有较高的氮素吸收效率和利用效率协同作用的结果。本研究中，低氮和中氮水平下，氮高效品种（云薯401）氮素利用效率较高，高氮水平下，氮低效品种（云薯304）氮素利用效率较高。说明针对氮高效品种施入过量氮造成氮素利用效率降幅较大，因此，可通过筛选氮高效型马铃薯品种提高氮肥吸收和利用效率，节省氮肥投入，从而实现马铃薯高产高效栽培。