魏 猛，張愛君，李洪民，諸葛玉平，唐忠厚，陳曉光 ,婁燕宏

(1.江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學研究所/江蘇徐州甘薯研究中心，江蘇 徐州 221131；2.山東農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，山東 泰安 271018)

不同施肥方式對甘薯光合特性及產(chǎn)量的影響

魏 猛1,2，張愛君1，李洪民1，諸葛玉平2，唐忠厚1，陳曉光1,婁燕宏2

(1.江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學研究所/江蘇徐州甘薯研究中心，江蘇 徐州 221131；2.山東農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，山東 泰安 271018)

通過闡明不同施肥下甘薯光合特性及產(chǎn)量變化的差異，為建立合理施肥模式、促進潮土區(qū)甘薯穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提供科學依據(jù)。以潮土區(qū)長期定位試驗為研究平臺，利用4個不同處理：不施肥(CK)、單施化肥(NPK)、單施有機肥(M)、有機無機肥配施(MNPK)，分析甘薯光合特性及產(chǎn)量變化對施肥模式的響應。結(jié)果表明：與CK處理相比，施肥處理(NPK、M、MNPK)顯著提高了葉綠素含量、光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度，其中施肥處理中以MNPK處理效果最為顯著。在產(chǎn)量方面，與CK相比，施肥處理均能顯著提高單株結(jié)薯數(shù)、單薯重量以及塊根產(chǎn)量，且處理NPK和MNPK的產(chǎn)量均顯著高于M處理的，但前兩者間差異不顯著，這說明在施用化肥基礎上增施有機肥對甘薯產(chǎn)量增加不顯著。

施肥；甘薯；光合特性；產(chǎn)量

施肥對植株的生育進程、生理代謝以及光合能力都具有較大的影響[1]。研究特定土壤類型下不同施肥方式作物生育和產(chǎn)量效應對指導田塊尺度上合理高效施肥，提高作物產(chǎn)量具有重大意義[2]。甘薯是世界種植的主要塊根作物之一，廣泛應用于食品工業(yè)、輕化工業(yè)及飼料工業(yè)[3]。因此，研究采用何種施肥方式來實現(xiàn)甘薯高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有十分重要的意義。近年來很多學者研究了甘薯的施肥水平，比如趙瑞英[4]、黃梅卿[5]、張愛君[6]等分別研究了不同肥料配比對甘薯的產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，陳曉光等[7-8]研究了氮肥施用量對甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的影響和施鉀時期對甘薯光合特性和淀粉積累的影響。而通過長期定位施肥對甘薯光合特征及產(chǎn)量影響的研究報道較少。本研究以砂壤質(zhì)潮土的長期定位試驗田為平臺, 研究不同施肥方式對甘薯光合特性及產(chǎn)量的影響，旨在為潮土區(qū)建立合理的甘薯施肥方式和糧食可持續(xù)生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

長期定位試驗設在江蘇徐州甘薯研究中心(N 34°16′，E 117°17′)，試驗開始于1980年。該區(qū)屬暖溫帶半濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫14 ℃， ≥10 ℃的活動積溫5240 ℃· d，全年無霜期約210 d，年降雨量860 mm(主要集中在7～8月份)，年蒸發(fā)量1870 mm，年日照時數(shù)2317 h。

1.2 試驗材料

1.2.1 供試土壤 試驗地為砂壤質(zhì)潮土，甘薯種植試驗開始前的土壤(0～20 cm)基本養(yǎng)分狀況如表1。

表1 甘薯栽植前土壤基本養(yǎng)分狀況

1.2.2 供試作物 甘薯在6月中旬起壟栽插，品種為徐薯18，密度為49500株/hm2，10月中旬收獲。

1.3 試驗設計

本試驗基于1980年開始的長期定位施肥試驗平臺，從2002年后進行小麥-甘薯一年兩熟輪作制。選取其中4個處理(表2)：(1)不施肥(CK)；(2)氮磷鉀化肥配施(NPK)；(3)單施有機肥(M)；(4)有機無機肥配施(MNPK)。化肥N、P、K分別為尿素(N 46%)、磷酸二銨(N 18%，P2O546%)、硫酸鉀(K2O 50%)；有機肥每年施用量為施豬糞(鮮基)37.5 t/hm2，有機肥全量養(yǎng)分(2002～2015年)含量范圍為：N 5.7～7.0 g/kg、P2O56.4～8.2 g/kg、K2O 9.5～13.6 g/kg，水分含量為50%～56%。甘薯季氮肥與磷、鉀肥及有機肥作為基肥一次性施用翻地。小麥季氮肥的基、追肥比例為50%，基肥方式為施后翻地，追肥方式為表施。每個處理4次重復，小區(qū)面積為33.3 m2。每季作物收獲后將地上部秸稈移除，實施根茬還田。作物其它管理措施與大田生產(chǎn)一致。

表2 不同處理的肥料用量 kg/hm2

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤基本養(yǎng)分測定 有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法；全氮采用凱氏法；堿解氮采用擴散法；有效磷采用Olsen法；速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法；pH值采用2.5∶1水土比pH計法[9]。

1.4.2 葉綠素和光合特性測定 選擇晴天9:30至12:00間，采用Li-6400XT型便攜式光合測定儀(LI-COR，Lincoln，USA)，在移栽后60、90、120 d選取甘薯植株主莖頂2或3完全展開葉片進行光合測定；測定時葉室配備LED光源，溫度為28 ℃，光照強度為1000 μmol/(m2·s)，CO2濃度為400 μmol/mol；測出光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)等光合參數(shù)；利用葉綠素測定儀(CCM-200，Opti-Sciences，Tyngsboro，MA，USA)同步測出葉綠素含量(CCI)[10]。

1.4.3 甘薯生長特性及產(chǎn)量測定 每季節(jié)收獲時，每小區(qū)選擇15株代表性植株，進行最大蔓長、分枝數(shù)及結(jié)薯數(shù)調(diào)查，并將測產(chǎn)區(qū)內(nèi)的塊根全部挖出，以小區(qū)為單位稱塊根鮮重，記錄并計算鮮薯單位面積產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析采用Excel 2007和SAS 8.0軟件進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥對甘薯葉綠素的影響

由圖1看出，葉綠素含量在整個生育期內(nèi)都表現(xiàn)出相似的趨勢，即MNPK>NPK>M>CK。與不施肥處理(CK)相比，施肥處理(MNPK、M、NPK)均能顯著提高甘薯葉片葉綠素含量，而單施化肥處理(NPK)和單施有機肥處理(M)的差異性不顯著。與NPK和M處理相比，有機無機肥配施處理(MNPK)能顯著提高甘薯葉片的葉綠素含量，說明有機無機肥配施方式提高甘薯葉片葉綠素含量效果顯著。

圖1 葉綠素含量的變化

2.2 不同施肥對甘薯光合特性的影響

從表3可以看出，各處理的光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci)從移栽后60 d到移栽后120 d總體上呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。不同施肥處理對3個光合相關(guān)參數(shù)的影響在不同生育期表現(xiàn)相一致。與CK處理相比，MNPK處理Pn最高，且在移栽后60 d和90 d均顯著高于其它處理。不同處理的Gs在移栽后90 d差異最顯著，在移栽后120 d差異性較小，與CK處理相比，施肥處理以MNPK處理最高，且在整個生長期差異性均達顯著水平。Ci是與光合作用密切相關(guān)的一個重要指標，其數(shù)值高低在很大程度上可反映甘薯葉片光合作用的強弱，施肥處理的Ci均顯著高于不施肥處理，而施肥處理間差異性不顯著。由此可以說明，施肥處理特別是有機無機肥配施方式有利于提高甘薯光合特性，在生長期后期有機無機肥配施處理相對高的光合速率，有利于光合產(chǎn)物的積累，促進產(chǎn)量的增加。

表3 不同處理在移栽后的光合特性的變化

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。

2.3 不同施肥對甘薯產(chǎn)量以及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由2015年甘薯產(chǎn)量可以看出，各施肥處理對產(chǎn)量的影響不同，與CK處理相比，施肥處理(NPK、M、MNPK)顯著提高甘薯產(chǎn)量。NPK處理的甘薯產(chǎn)量顯著高于M處理，較M處理增產(chǎn)18.96%。MNPK處理產(chǎn)量略高于M處理，但兩處理差異不顯著；各處理歷年(2002～2015年)平均產(chǎn)量表現(xiàn)為：MNPK處理>NPK處理>M處理，與2015年產(chǎn)量相比，MNPK與NPK處理之間差異更小，MNPK與M處理的差異更大，這說明不同施肥方式對甘薯產(chǎn)量的影響隨時間的推進而改變。進一步分析產(chǎn)量構(gòu)成因素可知，與CK處理相比，施肥處理顯著提高單株結(jié)薯數(shù)和單薯重量，其中MNPK處理單薯重量最高，與M和NPK處理相比，提高幅度分別為7.66%和6.81%，且差異性顯著，說明與單施化肥和有機肥相比，有機無機肥配施更有利于改善甘薯的產(chǎn)量構(gòu)成因素。

表4 不同施肥對甘薯產(chǎn)量以及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

3 討論

植物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能的過程在植物細胞的葉綠體中進行，葉綠素含量的高低在很大程度上反映了植株生長狀況和葉片的光合能力[11]。甘薯光合生產(chǎn)是其產(chǎn)量形成的源泉，光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度等都是表征光合生產(chǎn)能力的重要指標。本文研究得出，施肥處理葉綠素含量均高于不施肥處理，且以MNPK處理提高效果最為顯著。各期光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度以CK處理最低，以MNPK處理最高，M和NPK處理次之，這與葉綠素的變化趨勢一致。萬菲菲等[12]在長期定位施肥下研究中得到一致的結(jié)果。這是由于本身MNPK處理的施肥量最高，特別是含氮量高，對提高葉綠素和光合特性指標最為直接。另外，MNPK處理中氮磷鉀肥料養(yǎng)分充足，有利于甘薯健康生長。

作物產(chǎn)量是生長發(fā)育、器官建成、物質(zhì)生產(chǎn)積累過程的最終結(jié)果[13-14]。甘薯在生長中后期(封壟期至收獲期) 莖葉生長過旺與塊根膨大緩慢，物質(zhì)生產(chǎn)分配的不平衡限制了塊根產(chǎn)量的進一步提高。有研究表明，甘薯單株有效薯塊數(shù)與最終的塊根產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)[15]；丁玲等研究表明施肥水平不同，甘薯莖葉和塊根的生長量和生長速率有明顯差異[16]。本研究表明：與不施肥處理相比，各施肥均能顯著提高甘薯單株結(jié)薯數(shù)和單薯重量，其中MNPK處理單薯重量最高，且與M和NPK處理相比，差異性顯著，說明與單施化肥和有機肥相比，有機無機肥配施更有利于改善甘薯的產(chǎn)量構(gòu)成因素。國外有關(guān)長期施肥對產(chǎn)量影響做了大量研究，Rothamsted試驗站的Broadbalk小麥連作試驗和日本Konosu水稻試驗等均表明[17]：在等養(yǎng)分投入的條件下，有機肥料和無機肥料增產(chǎn)效果十分接近。Dawe等[18]和Ladha等[19]總結(jié)亞洲25個稻田長期定位試驗結(jié)果，也發(fā)現(xiàn)推薦量的化肥施用對水稻和小麥產(chǎn)量的影響與有機無機肥配施之間無顯著差異。這說明在長期定位施肥下，不論是單施化肥還是有機無機肥配施，只要投入的氮磷鉀養(yǎng)分含量一致，且滿足作物生長需要，則作物的產(chǎn)量差異性不顯著。本研究綜合2002～2015年產(chǎn)量分析，以處理MNPK平均產(chǎn)量最高，處理NPK次之，但兩者差異未達到顯著水平，這說明甘薯在化肥投入量滿足其生長需求后，增施有機肥甘薯產(chǎn)量未有顯著提高，這與國外在其他作物上的研究結(jié)果有一致性[17-18,20]。這可能與甘薯源庫物質(zhì)積累有關(guān)，處理MNPK的養(yǎng)分投入量大，促進了地上部光合作用，促使地上部分生物量過量，影響了物質(zhì)向地下塊根的積累，造成單施化肥與有機無機肥配施甘薯產(chǎn)量差異不顯著。

[1] 劉高潔,逄煥成,李玉義.長期施肥對潮土夏玉米生長發(fā)育和光合特性的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,2010,16(5):1094-1099.

[2] 葉優(yōu)良,包興國,周麗莉,等.長期施用不同肥料對小麥玉米間作產(chǎn)量、氮吸收利用和土壤硝態(tài)氮累積的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,2004,10(2):113-119.

[3] 馬代夫,李強,曹清河,等.中國甘薯產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展與展望[J].江蘇農(nóng)業(yè)學報,2012,28(5):969-973.

[4] 趙瑞英,陳須文,李鐘渤,等.不同配方施肥對甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)效應研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學學報,1996,18(1):116-118.

[5] 黃梅卿,蔡開地,姚寶金.不同氮磷鉀施用水平對甘薯經(jīng)濟指標的影響[J].江西農(nóng)業(yè)大學學報,2004,26(2):254-258.

[6] 張愛君,李洪民,唐忠厚,等.長期不施鉀肥對甘薯產(chǎn)量的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)大學學報,2010,37(1):22-25.

[7] 陳曉光,丁艷鋒,唐忠厚,等.氮肥施用量對甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,2015,21(4):979-986.

[8] 陳曉光,史春余,李洪民,等.施鉀時期對食用甘薯光合特性和塊根淀粉積累的影響[J].應用生態(tài)學報,2013,24(3):759-763.

[9] 鮑士旦.土壤農(nóng)業(yè)化學分析[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.

[10] 魏猛,唐忠厚,陳曉光,等.不同氮素水平對葉菜型甘薯光合作用及生長特性的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學報,2014,30(1):87-91.

[11] 徐惠風,劉興土,金研銘,等.向日葵葉片葉綠素和比葉重及其產(chǎn)量研究[J].農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學與綜合研究,2003,19(2):97-100.

[12] 萬菲菲,林琪,劉樹堂,等.長期定位施肥對冬小麥光合性狀及產(chǎn)量的影響[J].青島農(nóng)業(yè)大學學報,2008,25(3):203-206.

[13] 梁康逕,王雪仁,林文雄,等.水稻產(chǎn)量形成的生理生態(tài)研究進展[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2002,10(3):63-65.

[14] 李朝霞,趙世杰,孟慶偉,等.高粒葉比小麥群體生理基礎研究進展[J].麥類作物學報,2002,22(4):79-83.

[15] 陸漱韻,劉慶昌,李惟基.甘薯育種學[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,1998:211-212.

[16] 丁玲.甘薯的莖葉生長與塊根膨大規(guī)律研究[J].江西農(nóng)業(yè)學報,2006,18(2):60-61.

[17] Dawe D, Dobermann A, Moya P, et al. How widespread are yield declines in long-term rice experiments in Asia[J].Field Crops Research, 2000, 66: 175-193.

[18] Ladha J K, Dawe D, Pathak H, et al. How extensive are yield declines in long-term rice-wheat experiments in Asia[J]. Field Crops Research, 2003, 81: 159-180.

[19] 黃欠如,胡鋒,李輝信,等.紅壤性水稻土施肥的產(chǎn)量效應及與氣候、地力的關(guān)系[J].土壤學報,2006,43(6):926-929.

[20] 沈善敏.國外的長期肥料試驗[J].土壤通報,1984(2):85-91.

(責任編輯：許晶晶)

Effects of Different Fertilization Modes on Photosynthetic Characteristics and Yield of Sweet Potato

WEI Meng1,2, ZHANG Ai-jun1, LI Hong-min1, ZHUGE Yu-ping2,TANG Zhong-hou1, CHEN Xiao-guang1, LOU Yan-hong2

(1. Xuzhou Institute of Agricultural Sciences in Xuhuai District of Jiangsu Province / Xuzhou Sweet Potato Research Center of Jiangsu Province, Xuzhou 221131, China; 2. College of Resources and Environment, Shandong Agricultural University, Tai'an 271018, China)

A long-term location experiment was conducted to study the effects of different fertilization modes on the photosynthetic characteristics and yield of sweet potato in fluvo-aquic soil, in order to provide scientific references for establishing the optimal fertilization pattern and promoting the sustainable production of sweet potato. This experiment was designed with four treatments: no fertilization (CK), single application of chemical fertilizer (NPK), pure organic manure application (M), combined application of organic manure and chemical fertilizer (MNPK). The results showed that: in comparison with the CK, the fertilization treatments (NPK, M, MNPK) could significantly increase the chlorophyll content, photosynthetic rate, stomatal conductance, and intercellular CO2concentration of sweet potato, and MNPK treatment had the best effects. As for the yield and yield traits of sweet potato, as compared with the CK, all fertilization treatments could significantly enhance the number of root tuber per plant, single-tuber weight and root tuber yield, and the root tuber yield in the treatments NPK and MNPK was significantly higher than that in the treatment M, but there was no significant difference in root tuber yield between the former two treatments, suggesting that the supplementary application of organ manure on the basis of chemical fertilizer application had no significant yield-increasing effect on sweet potato.

Fertilization; Sweet potato; Photosynthetic characteristics; Yield

2016-07-04

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項經(jīng)費項目(201203030)；國家甘薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-11-B-13)。

魏猛(1983─)，男，山東濟寧人，助理研究員，博士研究生，主要從事土壤養(yǎng)分管理及甘薯栽培研究。

S531

A

1001-8581(2017)01-0047-04