高璐陽　房增國

摘要：在盆栽試驗條件下，以甘薯LS9、YS25為試驗材料，分析比較了不同施氮量對收獲期薯塊產量、氮素利用以及移栽后30～70 d根系活力、根長、根直徑、根表面積、根體積等形態(tài)學指標的影響。結果表明，N0.1處理的薯塊產量顯著高于其他施氮水平，氮素利用效率、氮肥偏生產力隨施氮量的增加而顯著降低；N0.1水平下的根系活力最高，隨施氮量的增加而逐漸降低，且YS25的根系活力受施氮水平的影響程度較LS9大；隨甘薯生育期的延長，LS9、YS25的根干質量、總根長、根尖數(shù)、根系表面積、根體積均逐漸增加，而根系平均直徑則先增大后減??；甘薯根系表面積、根體積在N0.1水平時達到最大值，根系平均直徑在N0.2水平時最大，根長總體上在N0.1處理時最長，LS9、YS25的根尖數(shù)在N0.1、N0.2水平間無顯著差異，但顯著高于N0、N0.4處理。2個甘薯品種生長前期的根系生物學特性對不同氮水平響應程度的不同可能主要是由基因型差異造成的。

關鍵詞：氮水平；甘薯；根系；生物學特性

中圖分類號： S531.06 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）10-0122-04

甘薯（Ipomoea batatas Lam.）為旋花科甘薯屬一年生草本作物，是重要的糧食作物之一。目前中國甘薯種植面積和總產量均居世界首位[1]，因其具有適應性強、營養(yǎng)豐富等優(yōu)點，近年來甘薯逐漸成為人們生活中的保健食品，市場需求逐漸增加[2]。氮是影響作物生長和產量提高的重要營養(yǎng)元素，合理施氮不僅有利于提高甘薯的干物質生產能力和塊根產量，還能節(jié)約能源、減少環(huán)境污染；而過量施氮則會延遲結薯，導致莖葉徒長、薯塊產量降低。國內對甘薯的研究主要集中在甘薯品種選育栽培及引種上[3-5]，與其他作物相比，甘薯施肥研究相對較少[6-7]，關于不同施氮水平對甘薯根系生物學特性影響的研究則鮮有報道。根系是甘薯主要的營養(yǎng)吸收器官，與地上部生長關系密切，作物具有強大的根系是獲得高產的重要保證。因此，研究不同施氮水平下甘薯根系生物學特性的響應，對指導甘薯生產中氮素管理及環(huán)境生態(tài)保護等方面具有重要意義。本研究通過營養(yǎng)缽田間盆栽的種植方式，開展不同施氮水平對甘薯生長前期根系生物學特性影響的研究，旨在為甘薯氮肥的合理施用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

盆栽試驗于2012年6—10月在青島農業(yè)大學百埠莊甘薯試驗基地進行，該地地處北溫帶季風區(qū)域，屬溫帶季風氣候，空氣濕潤、雨量充沛、溫度適中、四季分明。供試土壤為0～20 cm耕層土壤，其基本化學性質為：有機質含量14.8 g/kg，堿解氮含量47.61 mg/kg，速效磷含量29.21 mg/kg，速效鉀含量101.67 mg/kg。采用可裝土20 kg的營養(yǎng)缽栽培，盆缽高、上口徑、下口徑分別為35、40、35 cm。供試鮮食型甘薯為短蔓品種LS9、長蔓品種YS25。試驗統(tǒng)一育苗，6月16日每個營養(yǎng)盆栽插1株薯苗，10月28日收獲，甘薯生長期間采用當?shù)爻Ｒ?guī)管理方法。

1.2 試驗設計

試驗共設置4個施氮水平：N0（不施氮肥）、N0.1（土中含氮量0.1 g/kg）、N0.2（土中含氮量0.2 g/kg）、N0.4（土中含氮量0.4 g/kg），各處理的磷、鉀用量均為1.5 g P2O5/盆、3.0 g K2O/盆，裝盆時用作底肥一次性施入。供試肥料為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O5 12%）、硫酸鉀（含K2O 50%）。每個處理重復12次，完全隨機排列。

1.3 測定方法

于定植后30、50、70 d 采集完整植株根系進行根系形態(tài)測定，首先于清水中反復洗凈后，應用根系分析儀掃描完整根系，然后用根系分析軟件（WinRhizo2009，Canada）進行相關根系指標分析，內容包括根長、表面積、體積、根尖數(shù)、平均直徑等形態(tài)數(shù)據(jù)，分析完后將其烘干稱質量。另取一部分用于根系活力測定，采用TTC還原法[8]。收獲期記錄每株地上部鮮質量、薯塊鮮質量，并選取具有代表性的薯塊洗凈晾干切成粒狀，薯蔓切成小段，采用四分法取200 g樣品，置于干燥箱內105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干粉碎用于全氮含量測定，全氮含量采用半微量凱氏定氮法測定[9]，同時測定薯蔓、薯塊含水量。

1.4 測定項目與計算方法

有關指標的計算方法[10]如下：

植株吸氮量（g/株）=植株干物質積累總量×植株含氮量；

氮素利用效率（kg/kg）=薯塊干物質量/植株吸氮量；

氮肥偏生產力（kg/kg）=某一種特定氮肥施用下薯塊的產量/施氮量。

采用Microsoft Excel 2003處理數(shù)據(jù)和作圖，用SAS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同氮水平對甘薯產量及氮素利用的影響

由表1可以看出，2個甘薯品種莖葉鮮質量均隨施氮量的增加而增加，各處理間差異顯著。LS9在N0.1、N0.2、N0.4處理下莖葉鮮質量分別為N0處理的1.28、1.54、2.13倍，而YS25在N0.1、N0.2、N0.4處理下莖葉鮮質量分別為N0處理的1.25、1.59、1.77倍；2個品種的薯塊鮮質量均在N0.1處理下達到最大值且與其他處理差異顯著，而施氮量增加到N0.2、N0.4處理水平時，薯塊鮮質量下降，LS9、YS25分別降低了12.5%、30.9%；8.0%、33.1%，說明適當增施氮肥可有效提高薯塊產量。

在本試驗條件下，LS9的總吸氮量隨著施氮水平的升高而增加，且不同處理間差異顯著，在N0.1、N0.2、N0.4處理下，分別比N0處理增加29.3%、59.8%、100.9%；而YS25則在N0.2處理時達到最大值，且與N0.4處理無顯著差異，卻顯著高于N0、N0.1處理，N0.1、N0.2、N0.4施氮處理的吸氮量分別比N0處理增加33.1%、55.7%、54.0%。不同施氮水平對2個甘薯品種氮素利用效率、氮肥偏生產力的影響均達顯著水平，表現(xiàn)為隨施氮水平的升高而降低；不同品種間的差異表現(xiàn)為短蔓品種LS9的氮素利用效率、氮肥偏生產力均高于長蔓品種YS25。

2.2 不同氮水平對甘薯根干質量及根系活力的影響

2.2.1 不同氮水平對甘薯根系干質量的影響 由圖1可知，不同施氮水平下，LS9、YS25的根系干質量均隨著生育期的延長而明顯增加，2個品種在移栽30、50、70 d時，4個氮水平下甘薯根系干質量的平均值分別為9.7、13.8、21.5 g/株；16.7、22.5、29.2 g/株，相同時期的根系干質量均表現(xiàn)為YS25>LS9。

比較不同施氮水平對甘薯根系干質量的影響可以看出，薯苗移栽30 d后施氮量對甘薯根系干質量的影響不大，移栽50 d開始影響效果才逐漸明顯，具體表現(xiàn)為LS9的N0.2處理顯著高于N0、N0.4處理，至移栽70 d后各水平間無顯著差異；YS25則是移栽后50～70 d均表現(xiàn)為N0.2處理顯著高于N0處理，而與N0.1、N0.4處理差異不顯著。在本試驗條件下，2個品種甘薯根系干質量隨施氮量增加均表現(xiàn)出N0.2處理最大、N0處理最低的趨勢。

2.2.2 不同氮水平對甘薯根系活力的影響 由圖2可知，不同施氮水平下LS9、YS25的根系活力均隨著生育期的延長而增強，其變化趨勢與根系干質量相一致，移栽30、50、70 d時4個氮水平下甘薯根系活力的平均值分別為89.3、112.8、1343 μg/（g·h）；115.6、129.3、163.0 μg/（g·h），且相同時期的根系活力基本上表現(xiàn)為YS25>LS9。

比較不同施氮量對甘薯根系活力的影響可知，2個品種甘薯的根系活力均表現(xiàn)為在N0.1處理下最高，之后隨施氮量的增加而逐漸減小的趨勢。YS25的根系活力受氮水平影響的程度較LS9大，移栽30 d后，LS9的根系活力為N0、N0.1處理顯著高于N0.4處理，YS25則表現(xiàn)為N0.1處理顯著高于N0、N0.2處理，且3者均顯著高于N0.4處理；移栽50 d后，LS9、YS25在N0.1處理下的根系活力均顯著高于其他3個氮處理，且N0.4處理最低；移栽70 d后，LS9、YS25根系活力在不同氮水平之間的差異有所縮小，具體表現(xiàn)為LS9根系活力在N0.1處理時顯著高于N0.4處理，而YS25則為N0.1處理顯著高于另外3個氮水平。

2.3 不同氮水平對甘薯根系形態(tài)學指標的影響

由表2可知，LS9、YS25的總根長均隨生育期的推進逐漸增加，且LS9總根長增幅較YS25略大。薯苗移栽30、50、70 d后時LS9、YS25在4個氮水平下的總根長平均值分別為1 281.6、1 493.8、2 136.0；1 344.4、1 811.5、1 972.7 cm；相對于移栽30 d后，薯苗移栽50、70 d后，LS9在4個氮水平下的總根長平均值分別增加了16.6%、66.7%，而YS25在4個氮水平下的總根長平均值分別增加了34.7%、46.7%。

比較不同施氮水平對甘薯總根長的影響可看出，薯苗移栽30、50 d后，LS9在N0、N0.1處理下的總根長無顯著差異，但均顯著高于N0.2、N0.4處理，N0.4處理最低且與其他施氮水平有顯著性差異；移栽70 d后，N0處理的總根長有變化，顯著低于N0.1處理，但與N0.2處理無顯著差異；薯苗移栽30 d后，YS25在N0.1、N0.2處理下的總根長無顯著差異，但顯著高于N0、N0.4處理；移栽50、70 d后，N0、N0.1、N0.2處理的總根長無顯著差異，但N0.4處理顯著低于其他氮水平。

由表2還可看出，薯苗移栽30、50、70 d后，LS9、YS25在4個氮水平下的根尖數(shù)平均值分別為2 247、3 919、4 509 條/株；2 892、4 235、4 636條/株。可見隨生育期的延長，2個甘薯品種的根尖數(shù)逐漸增加，品種間比較為YS25略大于LS9。

比較不同施氮水平對甘薯根尖數(shù)的影響可知，2個甘薯品種根尖數(shù)均表現(xiàn)為N0.1、N0.2處理顯著高于N0、N0.4處理。由此可見，在一定范圍內增施氮肥可以提高甘薯根尖數(shù)，過量施氮則顯著降低根尖數(shù)。

由表3可知，隨生育期的推進，2個品種甘薯的根系平均直徑呈先增大后減小的規(guī)律，且品種間表現(xiàn)為YS25變幅大于LS9。隨著施氮水平的增加，2個品種甘薯的根系平均直徑先增大后減小，在N0.2處理時達到最大值。

隨著甘薯生育期的延長，LS9、YS25的根系表面積、體積均逐漸增大。從總體上說，LS9的根系表面積與YS25基本相當，但根體積明顯大于YS25。比較不同施氮水平對甘薯根系總表面積及體積的影響可以看出，在本試驗條件下，2個品種甘薯根系總表面積、體積均為N0.1處理最大，之后隨施氮量增加而逐漸減小，且N0.1處理的根系總表面積、體積顯著大于N0.4處理。

3 結論與討論

氮素是作物必需的礦質營養(yǎng)元素之一，對甘薯生長發(fā)育和產量形成具有極其重要的作用。已有研究表明，施氮能促進甘薯葉片的光合作用和碳氮代謝[11]，但高氮可能導致塊根延緩膨大[12]以及塊根干物質分配比例降低[13]。Hartemink等認為，甘薯產量與氮肥用量呈負相關關系[14]。孫澤強等研究也表明，濟薯21鮮薯產量和施氮量之間呈極顯著負相關關系（土壤堿解氮含量為90.5 mg/kg）[15]。本研究表明，在堿解氮為47.6 mg/kg的土壤中，隨著施氮水平的升高，薯蔓鮮質量及植株總吸氮量總體呈增加的趨勢；當施氮量為N0.1處理水平時，薯塊產量和氮肥偏生產力達最大值，然后隨著施氮量的增加逐漸下降，且2個品種變化趨勢相同，說明過量施氮有利于提高地上部鮮質量，但不利于薯塊產量的提高。在實際生產中施用氮肥能否提高薯塊產量，主要受氣候條件、甘薯品種、栽培技術、土壤類型、基礎肥力等因素的影響。

甘薯屬于營養(yǎng)繁殖的匍匐作物，具有較強的發(fā)根能力，有研究認為在一定施氮量范圍內，甘薯生長前期的根系總量隨施氮量的增加而增加[16]。甘薯根系是甘薯吸收利用養(yǎng)分、水分的器官，其吸收能力不僅與根系生物量和形態(tài)特征相關，還與根系活力相關。根系活力是衡量作物根系代謝活動的強弱，反映根系吸收能力的一項基本生理指標，其活力大小直接影響作物對養(yǎng)分吸收能力和最終產量的高低。林文等研究認為，過高的氮素營養(yǎng)可降低水稻根系活力[17]。呂小紅等研究表明，施氮肥能提高水稻根系氧化力，且適當提高氮素供應水平有利于維持后期根系活力，延緩根系衰老[18]。而有關不同施氮水平對甘薯根系活力影響的研究國內尚無報道。本研究表明，供試的2個品種甘薯的根系活力均在N0.1水平下最大，之后隨施氮量的增加呈逐漸降低的趨勢，且YS25的根系活力受氮水平的影響程度較LS9大，這與薯塊產量的變化規(guī)律相吻合。

總根長是評價根系吸收功能最常用的指標。林文等認為，過高的氮素營養(yǎng)可抑制水稻根系的伸長[17]。根系表面積可反映與土壤直接接觸的程度，其大小直接影響根系對土壤養(yǎng)分的吸收。金婷婷等證明，根系表面積、根系直徑極顯著影響作物根的吸收水平[19]。而作物能否高效吸收土壤中的養(yǎng)分在很大程度上取決于其根系構型，作物根系體積是組成根系構型的重要部分，直接決定根系吸收的動力。有研究表明，適量施氮可促進根分枝，增加根長和根質量；施氮過多則導致根系變短變細，根質量降低、側根縮短及側根數(shù)量減少[20]；而寧運旺等研究結果表明，在甘薯苗移栽后30 d，施氮肥處理下甘薯生長前期的根長、根平均直徑、根表面積和根體積比不施氮肥處理均顯著降低[21]，剖析其得出該結論的原因可能是盡管試驗所用土壤的堿解氮含量與本試驗相差不大，為 44.1 mg/kg，但施氮水平（分別為150、300 mg/kg 氮）較高或甘薯品種對氮水平的反應能力不同所致。本研究結果表明，隨著甘薯生育期的延長，LS9、YS25的總根長、根尖數(shù)、根系表面積及根體積均逐漸增加，而根系平均直徑則呈先增大后減小的趨勢。甘薯根系形態(tài)學特性對不同施氮水平的響應為N0.1處理時，根系表面積、根體積達到最大值，N0.2處理時根系平均直徑最粗。2個甘薯品種的總根長基本上在N0.1處理時最長，LS9、YS25的根尖數(shù)則分別是在N0.1、N0.2處理時最多，且每個品種在N0.1、N0.2處理間無顯著差異，但顯著高于N0、N0.4處理。2個甘薯品種生長前期的根系生物學特性對不同氮水平響應程度的不同可能主要是由于基因型差異造成的。

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