蘇繼霞，王開勇，費(fèi) 聰，李陽陽，樊 華

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 新疆 石河子 832003)

甜菜是主要糖料作物之一，也是我國三北地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物。隨著制糖企業(yè)收購甜菜“以質(zhì)論價(jià)”步伐的加快，甜菜價(jià)格與價(jià)值不符的矛盾日益激化[1]。甜菜蔗糖含量及塊根品質(zhì)受氮糖代謝的調(diào)控，而氮素是影響整個(gè)代謝過程的關(guān)鍵因素。研究表明，不同區(qū)域甜菜氮素利用率變異較大，主要取決于當(dāng)?shù)貧夂驐l件、土壤狀況以及期望產(chǎn)量水平[2-4]。相同區(qū)域同一甜菜品種的氮素利用率，由于氮素管理、灌溉方式以及氮肥種類的差異變化較大[5-6]。有關(guān)氮素運(yùn)籌的研究認(rèn)為，收獲前大約六周(<42 d)缺氮對獲得高質(zhì)量甜菜是必需的，缺氮過早或過遲對產(chǎn)量或質(zhì)量均不利[7]。然而也有研究表明，在甜菜塊根膨大期少量施氮可以延緩葉片和根系衰老，增加甜菜的塊根產(chǎn)量和含糖率[8]。

目前，新疆滴灌甜菜單產(chǎn)持續(xù)躍居我國首位，接近世界發(fā)達(dá)國家水平，但含糖率卻不斷下降[9]。如何立足于當(dāng)?shù)鬲?dú)特的氣候優(yōu)勢和節(jié)水滴灌技術(shù)，通過不同生育時(shí)期氮素調(diào)控，獲得較高產(chǎn)糖量和氮素利用率是滴灌甜菜氮素管理中面臨的問題。為此，本研究通過田間控制試驗(yàn)，探索氮肥運(yùn)籌對滴灌甜菜氮素利用和產(chǎn)量品質(zhì)的影響，為干旱區(qū)滴灌甜菜氮素管理提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以新疆近年來主栽甜菜品種Beta356(美國Betaseed公司提供)為試驗(yàn)材料，于2015年在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站(45°19′N，86°03′E)進(jìn)行田間控制試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)土壤為灌溉灰漠土，質(zhì)地為重壤，0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量13.25 g·kg-1，全氮0.89 g·kg-1，堿解氮58.67 mg·kg-1，速效磷22.56 mg·kg-1，速效鉀249.51 mg·kg-1，pH 7.3。

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，以不施氮素的處理為對照(CK)，其余3個(gè)處理氮素追施比例在甜菜葉叢快速增長期∶塊根膨大期∶糖分積累期分別為6∶3∶1、5∶3∶2、4∶4∶2(用N1、N2、N3表示)。小區(qū)面積48 m2(4 m×12 m) ，每處理重復(fù)3次，田間隨機(jī)排列，各小區(qū)間設(shè)1 m保護(hù)行。4月15日播種，10月6日收獲。氮肥、磷肥、鉀肥施用量分別為N 585 kg·hm-2，P2O5345 kg·hm-2，K2O 210 kg·hm-2，磷鉀肥混勻于播種前基施，試驗(yàn)用氮肥為尿素，按各時(shí)期比例全部追施，施肥日期分別為6月10日、7月15日和8月20日。株行距配置方式為50 cm×14 cm(即行距為50 cm，株距為14 cm)，播種密度為1.43×105株·hm-2。滴灌帶配置模式為“1管2”模式，即1條毛管控制2行甜菜。各處理灌水量均為7 333.7 m3·hm-2，其余管理同大田。

1.2 研究方法

分別在甜菜苗期、葉叢快速增長期、塊根膨大期、糖分積累期和收獲期進(jìn)行取樣，各處理選取長勢一致的5株甜菜，在105℃下殺青30 min，80℃下烘干至恒重后記錄干物質(zhì)積累量，之后粉碎(0.15 mm)進(jìn)行各營養(yǎng)器官氮含量的測定，采用濃H2SO4-H2O消煮，凱氏定氮法測定全氮含量。收獲期對各處理未取樣的小區(qū)進(jìn)行實(shí)收，拔出根后削除地上部分及青頭，及時(shí)稱量塊根鮮重，并分別選取10株測定塊根含糖率，用甜菜品質(zhì)自動(dòng)分析儀測定塊根品質(zhì)(K、Na、α-氨態(tài)氮)。

1.3 數(shù)據(jù)計(jì)算及分析

根據(jù)樣品質(zhì)量及全氮含量計(jì)算樣品氮素積累量、氮素運(yùn)轉(zhuǎn)量、運(yùn)轉(zhuǎn)率、對塊根氮素的貢獻(xiàn)率、氮收獲指數(shù)、氮糖分生產(chǎn)效率、氮農(nóng)學(xué)利用率以及氮表觀利用率[10-11]。以SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，其中多重比較采用LSD法，不同小寫字母表示0.05水平差異顯著。

各時(shí)期氮素積累量(kg·hm-2)=各時(shí)期各器官干物質(zhì)積累量×氮素含量

各時(shí)期氮素積累總量(kg·hm-2)=Σ各時(shí)期各器官氮素積累量

氮素運(yùn)轉(zhuǎn)量(kg·hm-2)=塊根膨大期植株地上部氮素積累量-收獲期植株地上部氮素積累量

氮素運(yùn)轉(zhuǎn)率(%)=氮素運(yùn)轉(zhuǎn)量/塊根膨大植株地上部氮素積累量×100%

貢獻(xiàn)率(%)=氮素運(yùn)轉(zhuǎn)量/收獲期塊根氮素積累量×100

氮收獲指數(shù)(%)=收獲期塊根氮積累量/收獲期植株氮積累總量×100

氮農(nóng)學(xué)利用率(kg·kg-1)=(施氮區(qū)作物產(chǎn)量-氮空白區(qū)作物產(chǎn)量)/施氮量

氮表觀利用率(%)=(施氮區(qū)作物吸氮量-氮空白區(qū)作物吸氮量)/施氮量×100

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥運(yùn)籌對滴灌甜菜干物質(zhì)積累的影響

與對照相比，氮素運(yùn)籌對甜菜干物質(zhì)積累量影響顯著(表1)，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，甜菜干物質(zhì)積累量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，并在塊根膨大期達(dá)到最大值。處理間的干物質(zhì)積累量在甜菜苗期、葉叢快速生長期和塊根膨大期均未達(dá)到顯著性差異，在糖分積累期和收獲期氮素處理干物質(zhì)積累量顯著高于CK處理，但各施肥處理間差異不顯著，糖分積累期干物質(zhì)積累量依次表現(xiàn)為N1>N2>N3>CK，收獲期表現(xiàn)為N2>N1>N3>CK。表明施肥處理有利于促進(jìn)甜菜生育后期形成較多的光合產(chǎn)物。

表1 氮素運(yùn)籌下滴灌甜菜不同生育時(shí)期 干物質(zhì)積累量/(×103 kg·hm-2) Table 1 Biomass accumulation of sugar beet at different periods under different treatments

注：同列中不同字母表示在P<0.05水平差異顯著，下同。

Note: data in the same column followed by different letter indicate significant difference atP<0.05 level, the same below.

2.2 氮肥運(yùn)籌對滴灌甜菜氮素吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)的影響

各處理甜菜氮素階段積累量、總積累量和積累比例各異(表2)。處理間的氮素階段積累量在苗期無顯著性差異，葉叢生長期N1、N2、N3處理顯著高于CK，塊根膨大期和糖分積累期均表現(xiàn)為N1>N2>N3>CK，收獲期表現(xiàn)為N2>N1>N3>CK，表明甜菜氮素階段積累量與該階段施氮量相比存在一定的滯后性，即由葉叢快速生長期施氮形成的處理間氮素積累量至塊根膨大期才達(dá)到顯著性差異。各處理氮素總積累量表現(xiàn)為N1>N2>N3>CK，表明氮素總積累量與葉叢快速生長期氮肥施用比例變化一致。

表2 氮素運(yùn)籌對滴灌甜菜植株氮素階段積累量 及其積累比例的影響 Table 2 N accumulation and percentage of sugar beet under different treatments

各處理氮素轉(zhuǎn)運(yùn)特征各異(表3)。N1、N2的氮素運(yùn)轉(zhuǎn)量和運(yùn)轉(zhuǎn)率顯著高于CK和N3處理，具體表現(xiàn)為N1>N2>N3>CK和N1>N2>CK>N3，其中N1處理的氮素運(yùn)轉(zhuǎn)量和運(yùn)轉(zhuǎn)率分別比CK、N2和N3處理提高了78.07%、19.35%和71.78%；56.79%、17.03%和62.35%。各處理氮素貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為N1>N2>CK>N3，其中N1處理的氮素貢獻(xiàn)率分別比CK、N2和N3處理提高了57.80%、49.94%和65.97%。表明處理間氮素運(yùn)轉(zhuǎn)特征與氮素總積累量呈現(xiàn)相同的變化趨勢。

表3 不同氮素運(yùn)籌下滴灌甜菜的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)特征 Table 3 N translocation of sugar beet under different nitrogen managements

氮素運(yùn)籌對氮收獲指數(shù)、氮農(nóng)學(xué)利用率和氮表觀利用率影響各異(表4)。各處理氮收獲指數(shù)表現(xiàn)為N2>CK>N1>N3，其中N2處理的氮收獲指數(shù)分別比CK、N1和N3處理提高了34%、54%和59%。各處理氮農(nóng)學(xué)利用率表現(xiàn)為N2>N3>N1，其中N2處理的氮農(nóng)學(xué)利用率分別比N1和N3處理提高了14%和4%。各處理氮表觀利用率表現(xiàn)為N3>N2>N1，其中N3處理的氮表觀利用率分別比N1和N2處理提高了17%和5%。表明與N1相比，氮素適量后移有利于甜菜氮素吸收利用，從而提高塊根產(chǎn)量。

表4 不同氮素運(yùn)籌下滴灌甜菜的氮效率分析 Table 4 N use efficiency of sugar beet under different nitrogen managements

2.3 氮肥運(yùn)籌對滴灌甜菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

不同氮素運(yùn)籌下，甜菜塊根鮮重、含糖率、單產(chǎn)、產(chǎn)糖量以及塊根品質(zhì)指標(biāo)的分析表明(表5)，收獲期各處理甜菜產(chǎn)糖量顯著高于CK，但在施肥處理間差異不顯著，具體表現(xiàn)為N3>N2>N1>CK。甜菜塊根中造蜜性非糖物質(zhì)(K、Na和α-氨態(tài)氮)會(huì)降低蔗糖提取率，是影響塊根品質(zhì)的主要因素。收獲期各處理塊根中K、Na和α-氨態(tài)氮表現(xiàn)為CK

表5 不同氮素處理下甜菜產(chǎn)量及品質(zhì)特征 Table 5 Yield and quality of sugar beet under different nitrogen managements

3 討 論

塊根是甜菜主要收獲器官，其產(chǎn)量和根中蔗糖含量是反映甜菜經(jīng)濟(jì)性狀的重要指標(biāo)。關(guān)于甜菜塊根重量和含糖率關(guān)系的研究表明，根重與含糖率之間存在正相關(guān)、負(fù)相關(guān)或不相關(guān)關(guān)系。當(dāng)甜菜單株根重超過500 g時(shí)根重與含糖率呈負(fù)相關(guān)，而根重在650 g以下時(shí)根重和含糖率呈正相關(guān)，在此之后表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)[12-13]。本研究結(jié)果表明，與不施氮的對照相比，施氮后各處理甜菜塊根重量顯著增加，而塊根含糖率明顯降低，兩者呈現(xiàn)相反的變化趨勢。葉叢生長期大量施氮有利于甜菜形成較多干物質(zhì)，氮素總積累量增加，氮素運(yùn)轉(zhuǎn)量、運(yùn)轉(zhuǎn)率和貢獻(xiàn)率顯著提高，而氮收獲指數(shù)、氮農(nóng)學(xué)利用率和氮表觀利用率顯著降低，這可能與甜菜體內(nèi)碳氮代謝有關(guān)[14-16]。塊根膨大期和糖分積累期適量補(bǔ)施氮素后，植株氮素總積累量提高不明顯，塊根品質(zhì)和產(chǎn)糖量略有增加。與N1相比，N2和N3處理下甜菜塊根產(chǎn)糖量和塊根品質(zhì)均有所提高，表明氮肥適量后移有利于高產(chǎn)滴灌甜菜提質(zhì)增效。

“氮肥后移”是作物合理施用氮肥的一項(xiàng)重要技術(shù)，相關(guān)研究主要集中在棉花[17]、玉米[18]和小麥[19]等作物上，目前有關(guān)甜菜氮素管理的試驗(yàn)集中在施氮量方面，并且是在溝灌條件下進(jìn)行的。本研究充分利用滴灌技術(shù)可高精度控水控肥的特點(diǎn)，試圖從氮素運(yùn)籌方面探索提高干旱區(qū)滴灌甜菜產(chǎn)糖量的途徑，盡管取得了一定的結(jié)果，但有關(guān)土壤中無機(jī)氮?dú)埩艉偷V化特征尚不清楚，如何從土壤-植物系統(tǒng)氮素平衡的觀點(diǎn)出發(fā)，分析氮素運(yùn)籌對促進(jìn)甜菜生長和高產(chǎn)，減少氮素?fù)p失提高氮肥利用率等方面的作用，是值得進(jìn)一步研究的問題。

[1] 張翼飛，張曉旭，劉 洋，等.中國甜菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，8：156-160.

[2] Ramazan T, Sinan S, Bilal A. Effect of different drip irrigation regimes on sugar beet(BetavulgarisL.) yield, quality and water use efficiency in Middle Anatolian[J]. Turkey Irrigation Science, 2011，29:79-89.

[3] Ghamarnia H S, Arji I, Sepehri S, et al. Evaluation and comparison of drip and conventional irrigation methods on sugar beets in a semiarid region[J]. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2012,138:90-97.

[4] Haene K D, Salomez J, Neve S D, et al. Environmental performance of nitrogen fertiliser limits imposed by the EU Nitrates Directive[J] . Agriculture, Ecosystems and Environment, 2014,192:67-79.

[5] Selim E M, Elsirafy Z M, Taha A A. Effect of irrigation methods and N-applications on the utilization of nitrogen by sugar beet grown under arid condition[J]. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 2010,4(7):2114-2124.

[6] Qasim A K, Kent A M. Impact of tillage, irrigation method, and nitrogen rate on sugar beet productivity[J]. Agronomy Journal, 2014，106(5):1717-1721.

[7] Malnou C S, Jaggard K W, Sparkes D L. Nitrogen fertilizer and the efficiency of the sugar beet crop in late summer[J]. European Journal of Agronomy, 2008，28:47-56.

[8] Tsialtas J T, Maslaris N. Sugar beet response to N fertilization as assessed by late season chlorophy Ⅱ and leaf area index measurements in a environment[J]. International Journal of Plant Production, 2008，2:57-70.

[9] 潘 智，楊枝煌.中國甜菜糖業(yè)現(xiàn)狀及其應(yīng)對[J].中國糖料，2014，(1):68-73.

[10] 楊 騰，段 吉力，馬履一.不同氮素用量對文冠果生長、養(yǎng)分積累及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36(3)：57-62.

[11] 趙亞妮，王 科，王佳銳.施氮對單作和套作小麥產(chǎn)量和氮素利用特征的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2016，24(7)：845-852.

[12] 邵金旺．甜菜生育代謝的一般規(guī)律與其塊根增長和含糖率累積的關(guān)系[J]．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1979，12(1)：35-42.

[13] 王瑞剛．生長條件與甜菜塊根增長和含糖率變化的關(guān)系[J]．申國甜菜糖業(yè)，1998，(5)：26-29.

[14] 曲文章．甜菜生理學(xué)[M]．哈爾濱：黑龍江人民出版社，1990：260-265.

[15] 邵金旺，蔡 葆，張家驊.甜菜生理學(xué)[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1991：162-190.

[16] 史宏志，韓錦峰.烤煙碳氮代謝幾個(gè)問題的探討[J]．煙草科技，1998，(2)：34-36.

[17] 胡國智，張 炎，李青軍，等.氮肥運(yùn)籌對棉花干物質(zhì)積累、氮素吸收利用和產(chǎn)量的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2011，17(2)：397-403.

[18] 丁民偉，杜 雄，劉夢星，等.氮素運(yùn)籌對夏玉米產(chǎn)量形成與氮素利用效果的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2010，16(5)：1100-1107.

[19] 張 杰，王備戰(zhàn)，馮 曉，等.氮肥調(diào)控對冬小麥干物質(zhì)量、產(chǎn)量和氮素利用效率的影響[J].麥類作物學(xué)報(bào)，2014，34(4)：516-520.