不同氮肥与密度水平对鲜食甘薯产量和品质的影响

刘 明，李洪民，张爱君，陈晓光，靳 容，蒋 薇，唐忠厚

(江苏徐州甘薯研究中心，农业部甘薯生物学与遗传育种重点实验室，江苏 徐州 221131)

甘薯具有高产稳产、抗旱耐瘠、适应性广、营养丰富、多用途等特点。我国是世界上最大的甘薯生产国，种植面积稳定在4.6×106hm2，鲜薯总产量维持在1.0×108t左右[1]。甘薯富含淀粉和膳食纤维，且含有钙、铁等矿物质和维生素A、C 等多种维生素，紫心甘薯还富含具有抗氧化、清除自由基、延缓衰老等功能的天然色素-花青素[2-3]。在日本欧美等发达国家把甘薯看作营养丰富的保健食品，随着我国农业产业结构调整和人民生活水平提高，甘薯在国内也逐渐收到广大消费者的青睐。在这种形势下，探索优质食用甘薯的增产和品质调优栽培技术对甘薯产业发展具有重要意义。

优化氮肥用量和种植密度是优化株型结构、提高作物生产能力、改善作物品质的有效手段。有研究表明，适当增施氮肥可提高甘薯干物质生产能力和产量，然而过高的氮肥施用量会延迟结薯、导致地上部旺长、降低块根产量，也会显著降低甘薯块根可溶性糖、淀粉和维生素C的质量分数，同时还会对环境造成严重污染[4-6]。种植密度是群体发育的基础，适宜的密度可以在一定程度上协调作物个体与群体之间的关系，进而构建更加合理的有助于作物产量和品质提升的群体结构。较低的种植密度会降低光能的利用率；而较高的密度则会加剧群体植株间对光、水、肥的竞争[7]。已有研究表明，氮肥和种植密度对作物产量均有显著作用，在一定程度上有正向促进作用[8-9]，因而研究不同氮肥用量和种植密度对甘薯产量和品质的影响具有深远意义。

氮肥、密度对作物产量的影响在玉米、小麦、水稻等常规作物中已有了大量的研究，而相对于甘薯的研究较少，并且大多集中在产量研究上，对于甘薯品质的影响则少有涉及。本试验通过研究不同氮肥施用量对鲜食型甘薯产量和品质以及淀粉糊化特性的影响，旨在建立鲜食型甘薯高产优质高效栽培模式，为鲜食型甘薯生产提供理论依据和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验材料选用鲜食型新品种徐薯32(黄肉色，短蔓、深绿叶色，熟食口味佳)、徐紫薯5号(紫肉色，熟食口味佳)2个淮海地区主栽品种，均由江苏徐州甘薯研究中心选育和提供。

1.2 试验设计

2017-2018 年试验在江苏徐州甘薯研究中心试验田(北纬34°27′，东经117°29′)中进行，土壤为黄潮土，质地沙壤。试验前土壤的主要养分含量如下：速效钾111.30 mg/kg，有机质含量13.20 g/kg，全氮1.04 g/kg，碱解氮125.46 mg/kg，有效磷31.70 mg/kg，pH值7.76。试验以大垄双行模式移栽，大垄垄距为160 cm，每大垄上两小垄，小垄间距60 cm，每小区10 m长，共3个大垄，小区面积48 m2，每处理3小区重复。

试验以移栽密度、氮肥水平2个重要的因素进行裂区设计，主处理为氮肥水平(N)，N0：不施氮肥，N1：施纯氮150 kg/hm2，N2：施纯氮300 kg/hm2。副处理为栽插密度(D)，D1：间距28.6 cm(相当于3.5株/m，共43 785株/hm2)，D2：间距25.0 cm(相当于4株/m，共50 040株/hm2)，D3：间距22.2 cm(相当于4.5株/m，共56 295株/hm2)，D4：间距20.0 cm(相当于5株/m，共62 550株/hm2)，D5：间距18.2 cm(相当于5.5株/m，共68 805株/hm2)。同时施用P2O575 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，氮肥用尿素、磷肥用过磷酸钙、钾肥用硫酸钾，所有肥料全部一次性基施，其他管理措施统一按常规栽培要求实施。2017年7月20日栽插，11月1日收获；2018年7月12日栽插，10月15日收获。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 甘薯产量 收获时将整个小区的薯蔓割下并全部称质量，记录地上部产量；将小区内块根全部挖出，称块根鲜质量，记录并折算每公顷产量。冠根比(R/T)计算为：R/T=地上部产量/薯块产量。

1.3.2 甘薯营养品质 将薯块切成均匀的细丝在80 ℃下烘干至恒质量，计算干物质率，然后磨成细粉用于淀粉、粗蛋白、还原糖和可溶性糖的测定，参照唐忠厚等[10]的方法利用VECTOR22/N 型近红外分析仪分析(BRUKER Co.，Germany)进行测定。

1.3.3 甘薯块根淀粉糊化特性 采用PERTEN Newport Scientific 仪器公司生产的Tech-master 型RVA( Rapid viscosity analyzer) 快速测定淀粉谱黏滞特性，用TWC(Thermal cycle for windows) 配套软件分析。称取样品量为3.00 g，加蒸馏水25 mL，具体步骤参照陈晓光等[11]的方法。甘薯RVA谱特性用最高黏度(Peak viscosity)、最低黏度(Hot viscosity)、回复值(Setback)、最终黏度(Cool viscosity)、崩解值(Breakdown value)、糊化温度(Pasting temp)和消减值(Setback value) 等特征值来表示，单位为cP(Centi-poise) 。

1.4 数据分析与处理

用Microsoft Excel 2010 软件对数据进行录入和计算，数据均为3 次重复平均值。运用SPSS 20.0软件进行方差分析，不同处理间的多重比较采用Duncan′s新复极差法。本研究主要对2018 年的品质和淀粉糊化特性数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥密度条件对甘薯产量和地上部产量影响

从不同N水平上看，2017年结果显示两品种薯块产量总体随施氮量的增加呈下降趋势，在N0水平下的平均产量显著高于N1和N2水平；2018年徐薯32也表现为在N0水平的薯块产量高于N1和N2水平，而徐紫薯5号则在N2下的薯块产量最高，但与N0水平差异不显著(表1)。在不同密度条件下，两品种在D1条件下的平均薯块产量均高于其他密度条件，总体上随密度的增加，薯块产量呈先下降后上升趋势，2 a结果表现一致；其中，徐薯32 2 a均在D3条件下产量最低，而2017年徐紫薯5号平均在D5条件下最低，2018年则平均在D4条件下最低。

两品种的地上部产量随施氮量的增加均显著上升(表2)，在N2水平下最高，2 a表现一致，N1和N2水平下平均较N0分别提高11.04%和22.60%。从密度条件看，总体上随密度的增加呈先上升后下降趋势，2017年徐薯32的地上部产量在D5条件下相对较高，但与其他各密度间差异不显著，而徐紫薯5号在D3条件下最高。2018年结果显示两品种均在D3条件下地上部产量最高，但与其他密度条件差异均不显著。

表1 不同氮肥密度条件对甘薯薯块产量的影响

注：同列数值后不同小写字母表示在0.05水平上差异显著；*、**.在P<0.05和P<0.01水平差异显著。表2-5同。

Note: Different small letters indicated significant difference at 0.05 level among treatments;*and**.Significant difference at 0.05 and 0.01 level, respectively. The same as Tab.2-5.

表2 不同氮肥密度条件对甘薯地上部产量的影响

2.2 不同氮肥密度条件对甘薯冠根比(R/T)的影响

2 a结果显示，两品种的R/T均随着N水平的提高显著上升，平均在N2水平下最高(除2018年徐紫薯5号外)，N0水平下的R/T均显著低于N1和N2水平(表3)。从密度条件看，两品种的R/T均随着密度的增加呈先上升后下降趋势，平均在D1条件下最低。徐薯32的R/T 2 a均在D3条件下最高，徐紫薯5号2017年也在D3条件下最高，而2018年平均在D4条件下最高。两品种在不同N水平和密度条件下R/T的变化趋势基本上与薯块产量变化正好相反。

表3 不同氮肥密度条件对甘薯冠根比(R/T)的影响

2.3 不同氮肥密度条件对甘薯品质的影响

在甘薯收获期对薯块各项品质指标的测定结果表明(表4)，2个甘薯品种的干物质率均随施氮量的增加而降低，在N2水平下的淀粉含量显著低于N0水平。两品种薯块在N1和N2水平下的蛋白质含量显著高于N0水平。徐薯32的还原糖和可溶性糖含量在N0水平下最高，而徐紫薯5号的还原糖和可溶性糖含量在N1水平下最高。

两甘薯品种的干物质率和蛋白质含量总体随栽插密度的增加呈先升高后降低的趋势，均在D2条件下最高。淀粉含量随密度的增加呈波动变化，徐紫薯5号在D3条件下达最大值，而徐薯32在D4条件下最高。两品种的可溶性糖含量则随密度的增加也呈波动变化，均在D3条件下最低。两品种的还原糖含量基本随密度的增加呈下降趋势。

表4 不同氮肥密度条件对甘薯薯块营养品质指标的影响

2.4 不同氮肥密度条件对甘薯薯块淀粉糊化特性影响

由表5 可以看出，2个甘薯品种RVA谱的各项特征值在不同N水平间存在差异。随着施氮量的增加，总体上使两品种块根的淀粉最高黏度和崩解值降低，消减值均升高，最高黏度、崩解值和消减值在N0和N2水平下差异显著；施氮使徐薯32的最终黏度和回复值也呈下降趋势，但使徐紫薯5号的最终黏度先下降后上升，回复值则呈显著上升趋势。徐薯32在N2水平下的糊化温度显著高于N0和N1水平，而徐紫薯5号的糊化温度在各N水平间差异不显著。不同密度条件下，两品种的各项RVA谱特征值均随着密度的增加呈波动变化。徐薯32的最高黏度、最低黏度、崩解值和最终黏度值均在D3条件下最大，其次为D1条件，且D3和D1间差异不显著；回复值在D5条件下最大。徐紫薯5号的最高黏度、最低黏度、崩解值和最终黏度值均在D2条件下最大，而回复值、糊化温度和消减值均在D3条件下最大。以上结果说明不同氮肥用量和不同密度水平对淀粉RVA 谱特征值的影响因品种的不同而有差异。

表5 不同氮肥密度条件对甘薯薯块淀粉RVA谱特征值的影响

3 讨论与结论

3.1 氮肥用量、栽插密度与甘薯生物量

茎蔓和块根的协调生长是甘薯取得高产的关键，而氮肥对茎蔓的生长和薯块的膨大以及两者的协调生长有较大的影响[12]。研究表明，适量施氮可促进甘薯地上部快速生长，保障干物质生产及其合理分配，从而提高块根产量[11]。本研究中, 施用氮肥150 kg/hm2(N1)和300 kg/hm2(N2) 时, 甘薯地上部干物质量均比N0显著增加，平均较N0分别提高11.04%和22.60%。宁运旺等[13]、高璐阳等[14]的研究结果均表明，施氮使甘薯的地上部生物量高于不施氮处理，与本研究结果一致。本试验中，2017年徐薯32和徐紫薯5号的薯块产量均随着施氮量的增加而显著降低，即N0处理下产量最高，在2018年徐薯32仍有同样表现，徐紫薯5号在N0水平下薯块产量也高于N1水平。在其他研究中也有不施氮肥处理下甘薯的鲜薯产量最高，施用氮肥后产量显著降低的现象，猜测可能与土壤肥力水平较高、品种的耐氮肥性较差等因素有关[12,15]。有研究表明，每生产1 000 kg 鲜薯大约需要吸收的纯N 为5.4 kg[16]，本试验中的氮肥用量相对较高，并且土壤中氮含量处于中等肥力以上水平，可能造成了施氮过多而降低了鲜薯产量。本研究表明在施氮量最高时，地上部分产量最高，而块根产量却较不施氮大幅降低，R/T值比不施氮显著提高，这可能与甘薯同化物的源库分配有关，过量的氮肥施入往往会导致甘薯生长前期的地上部茎叶生长过旺、群体过大，进而致使源库分配失衡，进而导致块根产量下降。

甘薯是以收获块根为目的的作物，块根即为甘薯的“库”，而合理的栽插密度是提高库容的前提[17]。本试验中，2个品种均在栽插密度D1(43 785 株/hm2)条件下薯块产量达到最高，增大栽插密度产量均低于D1条件。研究表明，提高栽插密度，增大“库”容，才能承接更多由地上部合成的光合产物，然而密度过高会使甘薯的根系发育受到抑制， 薯块变小，反而不利于提高产量[18-19]。前人研究中关于栽插密度对甘薯产量影响的结果也并不一致，不同甘薯品种有不同的适宜扦插密度，在不同的生态区、不同土壤肥力水平下均有差别[2,18,20-21]。此外，适宜的栽插密度也可能受到甘薯不同生长特性(如光合产物转移效率差异)的影响[17,20]。

本研究中，甘薯块根产量随着密度增加呈现先下降后上升的趋势，在密度D3条件下徐薯32的薯块产量达最低，徐紫薯5号的薯块产量也显著低于D1，而两品种的R/T值与产量变化刚好相反，均在D3下最高。这表明，随着密度的增加地上部群体增大，养分消耗过多，使得光合产物向地下部的分配较少。并且，随着密度的不断增加，植株间生长郁闭，通风透光不良，造成单株分枝数、蔓长、茎叶干鲜质量呈下降趋势[19]，这在本研究中也有所体现，D4和D5地上部产量均比D3下降，而薯块产量有所增加，说明地上部与地下部达到了新的群体平衡；但由于植株对光能的利用及光合同化产物的积累也受到影响， 薯块产量仍低于D1条件。栽插密度和肥料的合理配合才能实现甘薯的高产与优质，在本研究中的土壤地力条件下，两品种均以N0D1(即不施氮肥，密度为43 785株/hm2)条件下可获得最高薯块产量。

3.2 氮肥水平、栽插密度与甘薯品质和淀粉糊化特性

目前关于氮肥用量和密度条件对甘薯品质影响的研究仍较少。本研究中增施氮肥使两品种蛋白质含量显著提高，与唐忠厚等[22]的研究结果一致；而施氮降低了2个甘薯品种的干物质率，过量施氮(N2)显著降低了2个品种的淀粉含量，使徐薯32的还原糖和可溶性糖含量降低，而对徐紫薯5号的影响不大。杨国才等[23]研究表明，过度施用氮肥会对甘薯块根的干物质产量产生负效应；陈晓光等[11]研究表明，少量或适量施氮对甘薯块根的淀粉含量无显著影响，而过量施氮会显著降低块根中的淀粉含量；姚立春等[6]的研究显示，未施氮处理下的可溶性糖含量高于施氮处理，均与本研究结果一致。本研究结果说明施氮总体上造成鲜食甘薯品质的下降，对不同品种的影响有所不同。

本研究中，在栽插密度为D2时两甘薯品种的干物质率达到最大，栽插密度过大不利于干物质积累，与贾赵东等[2]的研究结论一致。徐薯32和徐紫薯5号均在栽插密度低时蛋白质含量较高，这与李秋卓等[24]的研究结果一致；在密度较低时还原糖含量也较高。在可溶性糖含量方面，2个品种总体上随密度的增加呈先降低后升高趋势，均在植株间距D3时最低，这可能也与冠根比较大、群体发育不平衡密切相关。薯块干物质率、淀粉、蛋白含量、还原糖和可溶性糖均受施氮量和密度交互作用的极显著影响，但相较于密度处理，氮肥处理对于甘薯品质的影响更为关键，这与史婵等[21]的研究结果相一致。

甘薯淀粉的糊化特性直接影响其食味品质和加工的难易程度，品种、环境和栽培条件都会造成淀粉糊化特征谱的差异。在本研究中，施用氮肥使两品种块根的淀粉最高黏度、最低黏度和崩解值等特征值降低，而消减值显著升高，这与叶全宝等[25]在水稻上的研究结果类似。其原因可能是施氮影响了淀粉合成酶活性，改变了淀粉成分组成，进而影响了淀粉糊化特性谱特征值。史春余等[26]的研究表明，高峰黏度、低谷黏度、崩解值、最终黏度和回复值较高的甘薯块根其蒸煮食味较好，而周治宝等[27]的研究表明，崩解值越大和消减值越小的稻米其蒸煮食味值越好。这说明，本研究中增施氮肥可能会造成鲜食甘薯蒸煮食味品质的下降。本研究中，薯块淀粉各RVA特征值对密度的响应也较为敏感。徐薯32在密度为D3时其最高黏度、最低黏度、崩解值和最终黏度均为最高，而回复值和消减值相对较低，表明其蒸煮食味品质较优，同样徐紫薯5号在密度为D2时其食味品质较好。这说明，适宜密植有利于提高鲜食甘薯的蒸煮食味品质。施氮量和栽插密度对甘薯淀粉RVA谱的影响存在品种间和特性间的差异，可见优质鲜食甘薯生产上必须考虑各品质指标的协调关系，对不同品种应采取不同的肥密管理措施；同时，氮肥和密度这2个栽培因素对甘薯产量和品质影响还需进一步探索。

综上所述，在土壤肥力水平较高的条件下，两品种均在N0D1条件下薯块产量最高，增施氮肥可显著增加地上部生物量，但过量氮肥使薯块产量降低；总体上随密度的增加，薯块产量呈先下降后上升趋势，而地上部生物量和冠根比(R/T)则相反。施氮总体上降低了两品种的营养品质，适当增加栽插密度有利于提高薯块营养品质，但密度过大品质下降。施氮显著影响两品种薯块淀粉糊化特性，总体上造成蒸煮食味品质的下降；适当增加密度有利于蒸煮食味品质的提高。在实际生产中，可根据不同的产量和品质需求，选择适当的氮肥用量和栽插密度，同时还要考虑土壤肥力因素，减少不必要的化肥使用。