不同氮素形态比对马铃薯氮素利用与产量的影响

李志恒，皇甫丽云，许世豪，王云行，王 芳，李 爽，赵春波*

（1 吉林农业大学园艺学院，吉林长春 130118；2 吉林农业大学教研基地管理处，吉林长春 130118）

氮素营养是植物生产中重要的构成部分，如果停止氮肥的施用，全世界农作物的产量将减少50%左右[1]。马铃薯总产和栽培面积仅次于小麦、水稻和玉米，是世界第四大栽培作物。近年来，马铃薯对吉林省的经济贡献在逐步增大，存在的问题也在日益凸显[2]，氮肥高量施用成为获得高产的重要手段，也制约着吉林省马铃薯产业的可持续发展。

铵态氮（NH4+）源和硝态氮（NO3-）源作为植物生长的主要氮源[3-4]。当生长介质中保持2 种混合氮素营养供应，多数作物在生长状态和干物质积累方面表现优于单一的铵态和硝态氮源[5-6]。此外，在作物生长的不同生育阶段，施用不同比例的2 种氮源，可获得较好的氮肥利用效果[7]。受到作物遗传特性和营养特点等条件的影响，不同氮源对作物生长的影响不同，且关于氮素形态对马铃薯生长发育的影响存在较大的分歧，国内研究认为铵态氮肥对马铃薯地上干物质积累量的增加作用最明显[8]，证实铵硝在2∶2 处理下马铃薯植株的氮积累最高[9]，且块茎形成前后分别供应不同形态的氮素[7]，国外学者研究认为马铃薯为喜硝态氮肥的作物[10]。本试验以盆栽的方法，设置不同氮素形态配比，探讨马铃薯氮素利用和产量的响应特征，以期为吉林省马铃薯精细的氮肥高效管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验方法

设置4 个铵硝比处理，分别为0∶100（Y1），25∶75（Y2）、50∶50（Y3）、75∶25（Y4）。有机肥和无机肥的比例为1∶1，氮肥（纯N）、磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）用量分别为375kg/hm2、188kg/hm2和281kg/hm2。全部磷肥、1/2 钾肥、1/2 氮肥于播种前一次施入，剩余部分于块茎增长期以追肥形式施入。采用盆栽种植，每个处理共20 盆，随机区组排列，重复3 次。生育期间管理与大田相同。试验用盆规格30cm×30cm，每盆园土10kg。铵态氮肥为硫酸铵，硝态氮肥为硝酸钙，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾。供试土壤为黑壤土，碱解氮为260.8mg/kg、速效磷11.7mg/kg、速效钾211.0mg/kg。

1.2 测定指标与方法

于块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期和成熟期，采集各试验小区内代表性植株3 株，按叶片、地上茎、块茎和根系分别测定鲜重，105℃下杀青30min，在80℃下烘至恒重，分别计干重，粉碎过筛，用于植株全氮[11]测定。并于成熟期考察田间植株高度、茎粗、叶面积、叶片厚、单薯重、单株结薯重。植株氮效率计算公式[12]：氮效率（%）=马铃薯块茎产量/土壤供氮量；氮素吸收效率（%）=马铃薯成熟期地上部植株含氮总量/土壤供氮量；氮素利用效率=马铃薯块茎产量/植株氮素累积量。马铃薯氮素利用的综合评价采用模糊数学隶属函数综合评价法[13]。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2016 进行数据统计和计算，用DPS19.05 软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同氮素形态比对马铃薯氮素累积和氮效率的影响

由表1 可知，不同氮素形态配比下植株的氮素累积量存在明显的差异。随着生育进程的推进，马铃薯单株氮素累积量呈线性增长的变化趋势。块茎形成期至块茎增长期是氮素积累的高峰期，以Y2处理氮素增长量最高，为3.166g/plant，Y4处理最低，为2.622g/plant。在块茎形成期，Y2处理氮素累积量最高，与其他处理的差异达到显著水平，为后期氮素高效利用奠定了基础。此外，随铵态氮的施用比例增加，植株氮素累积量降低，而淀粉积累期高铵态氮有助于植株氮素积累，表现为Y2＞Y4＞Y3＞Y1。

表1 不同氮素形态比对马铃薯单株氮素积累量的影响（g/plant）

由表2 可知，不同氮素形态配比下马铃薯的氮效率、氮素吸收和利用效率不同处理间存在显著性差异。以Y2氮效率和氮素利用效率最高，分别为130.75 kg/kg 和173.37 kg/kg，其次为Y1和Y3处理，分别较Y2低8.58%和5.34%、11.24%和2.66%。Y2与Y1间氮素吸收效率差异不显著，与Y3和Y4存在显著性差异，Y4处理营养参数测定最低。可见，增加铵态氮可以提高植株的氮素利用效率，高比例的铵态氮不利于氮素利用。氮素吸收效率处理间变化范围较小，高铵态氮的增加降低氮素吸收效率，表明硝态氮源有助于根系对土壤中氮素的吸收。

表2 不同氮素形态比对马铃薯成熟期氮素利用的影响

2.2 不同氮素形态比对马铃薯成熟期植株性状的影响

由表3 可知，马铃薯成熟期在不同氮素配比供应下，植株性状同样存在显著性的差异。Y1处理的株高最高，茎粗和叶片厚度最小，与其他处理存在显著差异。茎粗和叶面积最大的是Y2处理，分别为1.460cm和56.120cm2，最小的分别为Y1和Y4处理，且Y1叶面积仅高于Y4。叶片的厚度则表现为Y4＞Y2＞Y3＞Y1。可见，硝态氮肥有助于马铃薯株高的形态建成，铵态氮肥有助于茎粗、叶面积和叶片厚度的形态建成。

表3 不同氮素形态比对马铃薯植株性状的影响

2.3 不同氮素形态比对马铃薯品种成熟期产量性状的差异

不同氮素形态配比条件下，延薯4 号的产量构成特点表现如表4。Y2处理的植株干物质、平均单薯重和单株结薯重均显著优于其他处理，较Y1处理高出20.693%、28.148%和10.074%，且Y1平均单薯重最小。植株干物质重和单株结薯重最小的分别是Y3和Y4处理。可见，提升铵硝配比可改善马铃薯产量性状指标，高比例的铵态氮更有助于植株茎叶的生长。

表4 不同氮素形态比下马铃薯产量构成因素

2.4 不同氮素形态比对马铃薯生长影响的综合评价

利用模糊数学隶属函数综合评价的方法，对不同氮素形态配比供应下马铃薯生长进行了综合评价，计算其平均隶属函数值作为综合评价指数，值越大，则处理的效果越好。由表5 可知，Y2处理的综合评价指数为0.964，综合排序为1；Y1处理的综合评价指数为0.354，综合排序最小。可见，随铵态氮比例的增加会提升马铃薯氮素利用，改善植株形态建成。

表5 不同氮素形态比对马铃薯氮素利用和生长影响的综合评价

3 讨论与结论

国内外关于氮素形态对植物的生长发育影响有大量的报道，在马铃薯上面的研究报道不尽相同[7,9]。因此，本试验以吉林高产品种为目标，设置不同氮素形态配比供应，观察其氮素利用的代谢特点和外部形态建成的差异。结果表明，不同形态氮素配比处理对马铃薯的氮素累积、氮效率、氮吸收和利用效率存在显著影响。Y2处理的马铃薯单株氮素累积量和氮效率等参数最高，增加一定量的铵态氮源能提高马铃薯氮素利用，提升植株体氮素累积，与前人研究[8]存在一致性。

植株的高度、茎的粗度、叶面积的大小等性状代表了植株体的生长状况。研究发现，硝态氮有利于叶片的生长，铵态氮表现为一定的抑制[14]。本研究发现，硝态氮中增加一定量的铵态氮（Y2）有助于提升植株茎粗和叶面积，添加高比例铵态氮的Y4处理叶面积降低明显，Y3处理茎粗下降较小，进而抑制了矿物质的运输和光合产物的积累。

研究证实，同一氮素营养供应下，不同形态氮源对马铃薯的生长有显著的差异，铵态氮源更有助于植株干物质的积累，硝态氮源则表现相反[9]，本研究中铵硝配比处理的植物干物质重明显增加，且高比例的铵态氮更有助于干物质在茎叶中的积累，降低了块茎产量的形成。本研究采用模糊数学隶属函数法对不同处理的氮素利用和植株生长进行评价，消除了单一指标带来的片面性。以Y2处理综合评价指数最高，排名第1，Y1处理表现则与其相反。

综上可知，当肥料中铵态氮与硝态氮的比例在25∶75 时，可提高马铃薯对氮素的利用，同时有助于马铃薯高效率植株体的形态建成，促进产品器官的增长。本研究未考察不同氮素形态配比下马铃薯氮代谢生理生化特征，需进一步探究形成系统的理论依据。