种植模式和密度互作对甘薯产量及养分吸收利用的影响

赵秀芬，周奕廷，房增国，李俊良，李欢

(青岛农业大学资源与环境学院，山东 青岛 266109)

甘薯(Ipomoena BatatasL.)为旋花科甘薯属一年生草本植物。近年来，鲜食型甘薯因其口感好、营养价值高[1]，越来越受到消费者的喜爱，市场潜力也越来越大[2，3]。种植模式能够通过改变作物根系环境和群体结构，来调控产量和养分利用效率[4，5]，建立合理种植模式是优化群体结构和提高甘薯产量的重要途径之一。种植密度对甘薯商品薯率、单株结薯数以及外观形状等有直接影响，且随种植地区及品种的不同而需要匹配适宜的种植密度[6－8]。目前看，前人的研究多集中在栽插密度对甘薯农艺性状、干物质积累、产量的影响[9－11]，及种植密度与钾肥互作对甘薯产量、品质及钾肥利用率的影响[12，13]，但较少将种植模式与种植密度结合起来研究其对甘薯产量及养分吸收利用的影响。因此，本试验以烟薯25号为供试品种，于北方薯区研究不同种植模式和种植密度对其农艺性状、产量构成、养分积累利用的影响，以期为该品种的科学合理栽培提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年在山东省胶州市青岛农业大学科技示范园大田进行。该地年均、夏季、冬季平均气温分别为12.2、23、5℃，年均降水量755.6 mm，年均无霜期210 d。供试土壤为砂姜黑土，地势平坦，土质疏松。试验地0～20 cm土层土壤基本理化性质为有机质含量10.4 g/kg、碱解氮88.9 mg/kg、有效磷31.7 mg/kg、速效钾88.9 mg/kg，pH值6.16(水∶土＝5∶1)。

1.2 试验设计与田间管理

试验以烟薯25为供试甘薯品种，设置52500、67500株/hm2两个种植密度水平及大垄双行、小垄单行两种种植模式，共4个处理(A1:大垄双行＋低密度；A2:大垄双行＋高密度；A3:小垄单行＋低密度；A4:小垄单行＋高密度)。随机区组设计，重复3次，共12个小区。小区面积大垄为210 m2(10.5 m×20 m)，小垄为208 m2(10.4 m×20 m)。试验田周边设保护行。垄高为0.30 m，单行垄宽0.80 m，双行垄宽1.05 m。

试验统一育苗，并选取大小基本一致的秧苗于5月15日进行田间定植，采用滴灌保证整个生育期的需水供给。分别于7月26日、8月27日、9月20日采集甘薯样品共3次，9月23日收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 样品采集与前处理 于封垄期、薯块膨大期、收获期在各小区分别随机选取3株甘薯，测量其蔓长、分枝数及养分动态变化。收获时记录单株薯重，另记录小区内茎叶鲜重，折算出单位面积茎叶鲜重。选取有代表性薯块，洗净晾干，切成小块，采用四分法取约200 g装袋，置于烘箱中105℃杀青30 min后75℃烘干至恒重，称干重，之后用植物粉碎机粉碎，用于氮磷钾元素含量分析。

1.3.2 测定指标及方法 于收获期每个小区随机选取3株甘薯，计数分枝数并取其平均值作为单株分枝数，用卷尺测量最长蔓长也取其平均值。

商品薯率:商品薯率(%)＝(大薯重＋中薯重)/各级总薯重×100。各小区大、中、小薯分别称重，根据小区面积换算出各处理甘薯的商品薯率(大薯≥500 g，150 g<中薯<500 g，小薯≤150 g)。

产量:收获期大垄双行选取3.15 m×5 m、小垄单行选取3.2 m×5 m区域进行产量测定，每个处理重复3次，记录各小区块根总重后根据小区面积换算出每个处理甘薯产量。

植株养分:全氮含量测定采用凯氏定氮法，全磷含量测定采用钒钼黄比色法，全钾含量测定采用火焰光度计法[14]。

1.3.3 计算公式 T/R、收获指数、氮(磷、钾)积累量等指标计算公式如下:

1.4 数据处理与分析

试验数据采用Microsoft Excel进行处理，DPS v9.01软件进行统计分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 种植模式和种植密度互作对甘薯农艺性状的影响

由表1可以看出，不同种植模式和种植密度对甘薯地上部的分枝数和最长蔓长均有极显著影响，而两者互作对分枝数的影响不显著，对最长蔓长影响显著。相同种植模式下，甘薯分枝数和最长蔓长高密度较低密度均有所降低，大垄双行分别降低15.6%和16.1%，小垄单行分别降低16.0%和7.2%。相同密度下，小垄单行的分枝数显著高于大垄双行，而最长蔓长低于大垄双行但高密度时差异不显著，具体表现为高密度下小垄单行的分枝数较大垄双行增加25.9%，最长蔓长降低2.9%，低密度下小垄单行的分枝数较大垄双行增加26.6%，最长蔓长降低12.2%。

表1 种植模式和种植密度互作对甘薯农艺性状的影响

不同种植模式对甘薯茎叶鲜重及T/R无显著影响，不同种植密度对茎叶鲜重和T/R的影响分别达显著和极显著水平，两者互作对茎叶鲜重的影响达到极显著水平，对T/R的影响不显著。密度52500株/hm2下，大垄双行的茎叶鲜重显著高于小垄单行，高出36.0%；密度67500株/hm2下，大垄双行的茎叶鲜重则显著低于小垄单行，降低18.3%。小垄单行种植下，密度对茎叶鲜重的影响不显著，大垄双行种植下高密度则显著降低茎叶鲜重，降31.8%。相同密度下，不同种植模式甘薯的T/R无显著差异；大垄双行种植下，高密度的T/R显著低于低密度，仅为低密度T/R的52%，而小垄单行种植下，高低密度甘薯的T/R无显著差异。

2.2 种植模式和种植密度互作对甘薯产量性状的影响

由表2可知，种植模式对甘薯产量性状指标的影响无显著差异，但增加种植密度显著提高薯块产量，且极显著提高收获指数，两者互作则对商品薯率有显著影响。随密度增大，不同种植模式的薯块产量及收获指数均升高，具体表现为大垄双行模式下高密度较低密度分别提高36.3%和39.0%，小垄单行模式下分别提高51.5%和14.6%。不同处理商品薯率在74.5%～81.2%之间，低密度时大垄双行较小垄单行显著增加，其余处理间无显著差异。

表2 种植模式和种植密度互作对甘薯产量性状的影响

2.3 种植模式和种植密度互作对甘薯养分积累的影响

2.3.1 氮素积累 由表3可以看出，种植模式、种植密度以及两者互作对封垄期和薯块膨大期甘薯茎叶及块根氮素积累量的影响无显著差异，但对收获期各指标具有显著或极显著影响。随着甘薯的生长发育，不同处理茎叶及块根氮素积累量均不断增加，收获时总氮累积量达148.6～247.3 kg/hm2。封垄期，各处理茎叶和块根氮素积累量平均值分别为50.3 kg/hm2和23.8 kg/hm2；薯块膨大期则分别增至68.8 kg/hm2和60.6 kg/hm2，增长率分别为36.8%和154.6%，即薯块膨大期块根氮素积累量迅速增加；收获期，各处理茎叶和块根氮素积累量平均值分别为87.8 kg/hm2和92.6 kg/hm2，较薯块膨大期分别增27.6%和52.8%。

表3 不同生育期甘薯氮素积累量 (kg/hm2)

随种植密度增大，收获期大垄双行的茎叶及块根氮素积累量均显著降低，分别降47.7%和31.9%，而小垄单行的氮素积累量则有所增加，分别增9.5%和21.6%，块根氮素积累量显著增加。相同种植密度下，收获期甘薯茎叶及块根氮素积累量低密度下表现为大垄双行显著高于小垄单行，而高密度下则呈相反变化趋势。具体表现:低密度下，大垄双行的茎叶及块根氮素积累量分别为小垄单行的1.64倍和1.63倍；高密度下，大垄双行的茎叶及块根氮素积累量分别为小垄单行的78%和91%。

2.3.2 磷素积累 由表4可以看出，种植模式、种植密度以及两者互作对封垄期甘薯茎叶及块根磷素积累量的影响均无显著差异；薯块膨大期仅种植密度对茎叶磷素积累量有极显著影响，低密度种植的茎叶磷素积累量显著高于高密度种植；收获期，除了种植密度对块根磷素积累量无显著影响外，其余指标有显著或极显著影响。随着甘薯的生长发育，不同处理块根磷素积累量均不断增加，收获期磷素累积量为38.2～65.5 kg/hm2，而茎叶磷素积累趋势与块根不同，表现为A2、A3处理收获期与薯块膨大期相比出现磷的负吸收。封垄期，各处理茎叶和块根磷素积累量平均值分别为13.2 kg/hm2和10.9 kg/hm2；薯块膨大期则分别增至22.7 kg/hm2和28.0 kg/hm2，增长率为72.0%和156.9%，即薯块膨大期块根磷素积累量迅速增加；收获期，各处理茎叶和块根磷素积累量平均值分别为23.8 kg/hm2和49.2 kg/hm2，较薯块膨大期分别增4.8%和75.7%，其中各处理茎叶磷素积累量的增长率分别为26.8%、－6.6%、－12.6%和10.9%。

表4 不同生育期甘薯磷素积累量 (kg/hm2)

随种植密度增大，收获期大垄双行的茎叶及块根磷素积累量均显著降低，分别降37.9%和32.2%，而小垄单行的磷素积累量则有所增加，分别增4.2%和28.0%，块根磷素积累量显著增加。相同种植密度下，收获期茎叶及块根磷素积累量低密度下表现为大垄双行显著高于小垄单行，而高密度下则无显著差异。具体表现:低密度下，大垄双行的茎叶及块根磷素积累量分别为小垄单行的1.47倍和1.71倍；高密度下，大垄双行的茎叶及块根磷素积累量分别为小垄单行的88%和91%。

2.3.3 钾素积累 由表5可知，种植模式、种植密度以及两者互作对封垄期甘薯茎叶及块根钾素积累量影响均无显著差异；薯块膨大期仅种植密度对茎叶钾素积累量有显著影响，低密度种植高于高密度；收获期，除了两者互作对块根钾素积累量无显著影响外，其余各因素对其均有显著或极显著影响。随着甘薯的生长发育，不同处理块根钾素积累量均不断增加，收获期钾素累积量为20.2～34.4 kg/hm2，而茎叶钾素积累趋势与块根不同，但与茎叶磷素积累趋势相一致，也是A2、A3处理收获期与薯块膨大期相比出现钾的负吸收。封垄期，各处理茎叶和块根钾素积累量平均值分别为17.0 kg/hm2和8.6 kg/hm2；薯块膨大期则分别增至37.8 kg/hm2和14.5 kg/hm2，增长率为122.3%和68.6%，即薯块膨大期茎叶钾素积累量迅速增加；收获期，各处理茎叶和块根钾素积累量平均值分别为41.1 kg/hm2和26.0 kg/hm2，较薯块膨大期分别增8.7%和79.3%，其中各处理茎叶钾素积累量的增长率分别为54.5%、－38.6%、－30.7%和41.5%。

表5 不同生育期甘薯钾素积累量 (kg/hm2)

随种植密度增大，收获期大垄双行的茎叶及块根钾素积累量均显著降低，分别降72.3%和18.0%，而小垄单行的钾素积累量则表现为茎叶钾积累量显著提高达43.7%，块根钾素积累量变化不大，降低3.8%。相同种植密度下，收获期甘薯茎叶及块根钾素积累量低密度时表现为大垄双行显著高于小垄单行。具体表现:低密度下，大垄双行的茎叶及块根钾素积累量分别为小垄单行的2.90倍和1.64倍；高密度下大垄双行的茎叶和块根钾素积累量分别为小垄单行的56%和1.40倍，且差异显著。

2.4 种植模式和种植密度互作对甘薯养分利用效率的影响

由表6可以看出，不同种植模式仅对甘薯钾素生产效率有显著影响，而种植密度对氮、磷、钾的生产效率均有极显著影响，两者互作对氮、钾的生产效率有显著和极显著影响。相同种植模式下，甘薯氮、磷、钾的生产效率高密度下均有所升高，大垄双行分别升高128.1%、104.9%和165.6%，小垄单行分别升高31.6%、29.7%和3.0%；相同密度下，低密度小垄单行氮、磷、钾的生产效率较大垄双行提升61.4%、57.6%和137.8%，而高密度下两者差异不显著。

表6 种植模式和种植密度互作对甘薯养分利用效率的影响 (kg/kg)

不同种植模式仅对甘薯钾素干物质生产效率有显著影响，而种植密度对氮、磷、钾素干物质生产效率的影响均不显著，两者互作对钾素干物质生产效率有极显著影响。

3 讨论与结论

不同甘薯品种具有不同的品种特性，合理的种植模式和种植密度才能有效增加鲜薯产量。闫会等[16]研究表明，甘薯鲜薯产量随着种植密度增加而升高；还有研究指出，低钾肥水平下甘薯产量随种植密度增加而增加[12]。本试验结果表明，种植模式对甘薯产量性状等指标的影响无显著差异，但增加种植密度可显著提高薯块产量，并极显著提高收获指数，这与林子龙[12]的研究结果相吻合，其原因可能与本试验地块的钾肥力水平较低有关；不同种植模式和种植密度对甘薯分枝数和最长蔓长均有极显著影响。大垄双行种植下，随着种植密度增加，甘薯分枝数、最长蔓长均显著降低，这与吕树立等[17]的研究结果一致。这说明与小垄单行栽培相比，大垄双行模式下提高种植密度会降低分枝数和最长蔓长。本试验条件下，不同种植密度对茎叶鲜重和T/R的影响有显著差异，而相同密度下不同种植模式对T/R影响无显著差异。

氮磷钾是作物生长的物质基础，种植模式也会调控作物对养分的吸收利用，同时不同时期的养分吸收也影响产量形成[18]。本试验条件下，种植模式、种植密度对封垄期和薯块膨大期甘薯的茎叶及块根氮素积累无显著影响，但对收获期的氮素积累影响显著或极显著。随着甘薯的生长发育，不同处理的茎叶及块根氮素积累量均不断增加，但大垄双行种植模式下高密度不利于氮素积累，小垄单行则有利于氮素积累。随生育进程，块根磷、钾素积累量不断增加，收获期达到最大值，而大垄双行高密度、小垄单行低密度种植的茎叶磷、钾素积累量收获期出现负吸收现象。其原因可能由这两个处理甘薯地上部生长旺盛、相互遮蔽且收获时部分叶片干枯脱落所致，或与试验地块土壤磷钾肥力略低、茎叶磷钾转向薯块进行再利用有关。本试验结果还表明，种植模式极显著影响收获期甘薯块根磷、钾素的积累，而种植密度则仅对块根的钾素积累有显著影响，且大垄双行种植模式下，高密度不利于钾素积累。

养分生产效率表示甘薯吸收养分转化为块根产量的能力，养分干物质生产效率是评价作物对营养元素生理利用效率的重要指标[15]。本试验条件下，种植密度增加能显著提高甘薯氮、磷、钾的生产效率，但对养分干物质生产效率无显著影响，说明增加密度能有效提高以薯块产量为计算基础的养分利用效率，却不能提高以干物质为计算基础的养分利用效率。本试验结果还表明，种植模式仅对甘薯钾素生产效率及其干物质生产效率产生显著影响，而对氮、磷的生产效率和干物质生产效率无显著影响。大垄双行模式下，低密度种植显著降低甘薯的养分生产效率，而养分干物质生产效率中氮磷略降钾显著降低，其原因可能与大垄双行稀植时根系对土壤养分利用不充分而导致效率不高有关。综合各项指标可知，北方薯区种植烟薯25以小垄单行适当增密为宜。