安建剛 敬 夫 丁 祎 肖 怡 尚浩浩 李宏利 楊曉璐 唐道彬 王季春

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氮肥分期運(yùn)籌對(duì)套作甘薯產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素效率的影響

安建剛**敬 夫**丁 祎 肖 怡 尚浩浩 李宏利 楊曉璐 唐道彬 王季春*

西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院, 重慶 400716

為了探尋套作甘薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的氮肥運(yùn)籌方式, 以甘薯套作及單作為主區(qū), 定量氮肥全部基施、分2期和分3期運(yùn)籌為副區(qū), 于2015—2016兩年度探討了不同處理對(duì)2個(gè)甘薯品種(渝紫7號(hào)和萬(wàn)薯10號(hào))塊根產(chǎn)量、品質(zhì)及氮肥利用效率的影響。結(jié)果表明, 2個(gè)品種無(wú)論單作或套作, 定量氮肥分2期或分3期運(yùn)籌顯著提高甘薯塊根產(chǎn)量、單薯重、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、氮肥表觀利用率和氮肥偏生產(chǎn)力; 套作中定量氮肥不同運(yùn)籌方式對(duì)2個(gè)甘薯品種商品薯率影響不顯著, 但單作中分3期運(yùn)籌時(shí)最高; 萬(wàn)薯10號(hào)塊根β-胡蘿卜素含量以定量氮肥分3期運(yùn)籌最高, 渝紫7號(hào)塊根花青素含量以分2期和3期運(yùn)籌最高, 2個(gè)品種塊根淀粉含量以氮肥全部基施最高。套作降低了除甘薯塊根可溶性糖含量外的其他營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)以及產(chǎn)量和氮肥利用效率, 但套作定量氮肥分2期或3期運(yùn)籌, 可使這些指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于單作氮肥全部基施水平。為提高塊根淀粉含量, 定量的氮肥宜采用全部基施, 為同時(shí)優(yōu)化其他營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、提高甘薯產(chǎn)量和氮肥利用效率, 定量的氮肥宜采用分2期或分3期運(yùn)籌。

套作甘薯; 氮肥分期運(yùn)籌; 產(chǎn)量; 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì); 氮素利用效率

我國(guó)西南地區(qū)耕地以丘陵山地為主, 人均耕地較少, 光熱水資源豐富, 多熟套作能夠充分利用光、熱、水、養(yǎng)分、土地資源[1], 有效緩解作物間季節(jié)矛盾, 充分增加單位土地面積的農(nóng)作物生產(chǎn)種類及產(chǎn)值[2], 是我國(guó)西南地區(qū)主要種植制度, 以玉米/甘薯套作面積最大。

相比單作, 玉米/甘薯套作系統(tǒng)中存在強(qiáng)烈的種間競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象, 玉米始終占據(jù)套作系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)生態(tài)位[3],空間低位作物甘薯生長(zhǎng)和產(chǎn)量受到嚴(yán)重限制, 是這種套作系統(tǒng)中無(wú)法避免的問(wèn)題。有研究表明, 相關(guān)套作系統(tǒng)中通過(guò)調(diào)節(jié)氮肥施用量可以緩解小麥[4]、大豆[5]、馬鈴薯[6]等低位作物產(chǎn)量受限的問(wèn)題。

作物在不同階段對(duì)養(yǎng)分的需求情況不一, 氮肥全部基施往往導(dǎo)致氮素利用率低[7], 甚至減產(chǎn)[8]。合理的氮肥運(yùn)籌在提高作物產(chǎn)量、氮肥利用率及改善作物品質(zhì)等方面已有諸多有益探索。蘇偉等[9]通過(guò)盆栽試驗(yàn)?zāi)M不同時(shí)期和比例的氮肥運(yùn)籌對(duì)油菜產(chǎn)量、氮肥利用率及氮素淋失的影響, 發(fā)現(xiàn)氮肥分期施用提高了油菜籽的產(chǎn)量、氮肥的利用效率和較好的環(huán)境效應(yīng)。陳源等[10]以定量氮肥分別設(shè)置2個(gè)棉花品種基肥、花鈴肥、桃肥的比例試驗(yàn), 發(fā)現(xiàn)吸N量為208.5~243.0 kg hm–2, 科棉1號(hào)和科棉4號(hào)3個(gè)時(shí)期的氮肥施用比例分別為20∶60∶20和15∶70∶15, 且促花肥為30%時(shí), 有利于大鈴的形成和纖維品質(zhì)的優(yōu)化, 桃肥施用量為15%~20%時(shí)有利于秋桃的形成。氮肥按2∶1基追比分別于種植前基施和在塊莖膨大前追施可有效提高馬鈴薯塊莖中養(yǎng)分分配比例, 提高馬鈴薯產(chǎn)量[11]。王小晶等[12]研究氮磷鉀不同比例和組合分期施用對(duì)單作甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響, 發(fā)現(xiàn)氮磷鉀分期運(yùn)籌可以提高豫薯王的產(chǎn)量, 改善可溶性糖、蛋白質(zhì)等部分營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。董月等[13]研究定量的氮肥分3個(gè)時(shí)期不同比例運(yùn)籌對(duì)單作甘薯干物質(zhì)累積及氮素吸收的影響, 發(fā)現(xiàn)在甘薯移栽后30 d和60 d追施氮肥有利于氮素積累和向塊根轉(zhuǎn)移, 基施和30 d或60 d追施氮肥各半(比例5∶5∶0和5∶0∶5)均能獲得較高產(chǎn)量。

前人眾多研究表明, 氮肥施用量和分期運(yùn)籌均有利于作物生長(zhǎng), 對(duì)單作甘薯的研究也表明氮肥分期運(yùn)籌是提高甘薯產(chǎn)量、氮肥利用率和改善營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的有效途徑[12-13], 能否通過(guò)氮肥分期運(yùn)籌解決套作甘薯產(chǎn)量低下的問(wèn)題, 尚有待研究。本研究探討氮肥分期運(yùn)籌對(duì)單作甘薯和玉米/甘薯套作下的甘薯產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及肥料利用率的影響, 以期確定甘薯/玉米模式中甘薯最佳氮肥施用方式, 為建立套作甘薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的氮肥管理措施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015—2016年在重慶北碚區(qū)歇馬鎮(zhèn)進(jìn)行, 試驗(yàn)地土壤為沙壤土, 0~20 cm土層土壤的基本理化性質(zhì)見表1。試驗(yàn)選用重慶市主推甘薯品種萬(wàn)薯10號(hào)(橘黃肉, 淀粉含量為16.30%, β-胡蘿卜素含量為2.5 mg 100 g–1鮮薯)、渝紫7號(hào)(紫肉, 淀粉含量為19.59%, 花青素含量為17.85 mg 100 g–1鮮薯), 玉米材料為西大985 (半緊湊型)。供試肥料為尿素(含N 46%), 過(guò)磷酸鈣(含P2O512%), 硫酸鉀(含K2O 50%)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

采用二因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。主區(qū)為甘薯單作(A)和玉米/甘薯(B) 2個(gè)種植模式; 副區(qū)為3種氮肥分期運(yùn)籌方式, 用NOA、NSA、NTA表示, 分別表示總量90 kghm–2的氮肥分1次施用、分2次施用和分3次施用, 用量分別為100%、60%+40%、40%+30%+ 30%, 3次施氮時(shí)期分別為甘薯移栽前基施、甘薯移栽后30 d和甘薯移栽后60 d。磷肥(P2O5) 45 kg hm–2, 鉀肥(K2O) 180 kg hm–2在甘薯移栽時(shí)各小區(qū)作基肥施入。小區(qū)面積為13.32 m2, 長(zhǎng)3.7 m, 甘薯和玉米2∶2行比套作, 每個(gè)小區(qū)2個(gè)條帶, 帶寬1.8 m (甘薯雙壟各單行栽培, 壟距60 cm, 薯玉間距40 cm, 玉米小行距40 cm), 甘薯單作中玉米行不栽種玉米, 3次重復(fù)。于每年3月中旬育甘薯苗, 5月中旬剪苗, 薯蔓入土兩節(jié)扦插, 株距18.5 cm, 密度60 000株 hm–2。于每年3月20日左右用穴盤育玉米苗, 每孔1粒, 至二葉一心時(shí)單株移栽, 株距32 cm, 密度33 000株 hm–2。對(duì)玉米基施復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O = 15∶15∶15) 750 kg hm–2, 大喇叭口期追施尿素150 kg hm–2。其他田間管理同一般生產(chǎn)田。

1.3 樣品采集與測(cè)定

1.3.1 土壤基本理化性質(zhì) 試驗(yàn)開始前以整個(gè)試驗(yàn)田為單元, 采用“S”型取樣法采集0~20 cm土層土樣5份, 風(fēng)干過(guò)篩后備用。采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì), 采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定全氮, 采用堿解擴(kuò)散法-標(biāo)準(zhǔn)酸滴定測(cè)定堿解氮, 采用0.5 mol L–1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷, 采用1 mol L–1NH4OAc 浸提-火焰光度法測(cè)定速效鉀, 按照水土比2.5∶1.0, 用pH計(jì)測(cè)定pH[14]。

表1 不同試驗(yàn)?zāi)攴菀圃郧巴寥婪柿顩r

1.3.2 甘薯養(yǎng)分吸收 甘薯收獲前1 d在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)挖取3株整株, 按照塊根、莖稈和葉片分開后稱重, 烘干后分別稱重和粉碎。采用硫酸-雙氧水消煮-凱氏蒸餾法測(cè)定全氮, 計(jì)算甘薯植株養(yǎng)分吸收[14]。

1.4 計(jì)算方法

商品薯率(%) = 單位面積大中薯重/單位面積總薯重×100% (其中50 g及以上且完好的塊根以大中薯計(jì)重, 50 g以下或受傷的塊根以小薯計(jì)重);

甘薯淀粉含量[15]= 0.86945-6.34587 (即, 淀粉率= 烘干率×0.86945-6.34587);

氮素吸收量= 每公頃甘薯葉干重×每千克葉片氮素含量+每公頃甘薯莖桿干重×每千克莖桿氮素含量+每公頃甘薯塊根干重×每千克塊根氮素含量;

氮肥表觀利用率= 氮肥投入量/氮素總積累量;

氮素收獲指數(shù)= 塊根氮素積累量/全株氮素吸收量[16];

氮肥偏生產(chǎn)力= 甘薯收獲期塊根干重/氮肥投入量[16]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0數(shù)據(jù)處理軟件中一般線性模型進(jìn)行二因素方差分析, 通過(guò)Duncan’s法進(jìn)行多重比較。采用Microsoft Excel 2013軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘薯產(chǎn)量性狀

甘薯單作和套作中定量的氮肥分2期和3期運(yùn)籌較全部基施均有效提高塊根產(chǎn)量和單薯重(表2)。單作萬(wàn)薯10號(hào)和渝紫7號(hào)在NSA處理時(shí)產(chǎn)量和單薯重最高, 兩年平均產(chǎn)量比NOA分別提高了17.5%和24.61%, 平均單薯重分別提高了26.09%和28.96%。相同處理的套作萬(wàn)薯10號(hào)和渝紫7號(hào)產(chǎn)量比單作均有一定的降低, 但通過(guò)氮肥分2期和3期運(yùn)籌較氮肥全部基施同樣可以顯著提高產(chǎn)量和單薯重, 且在NSA處理時(shí)最高, 兩年平均產(chǎn)量比NOA分別提高了25.41%和19.51%, 平均單薯重分別提高了41.61%和41.14%。在套作中通過(guò)氮肥分2期和3期運(yùn)籌, 甘薯產(chǎn)量和單薯重均可以達(dá)到或顯著高于單作中氮肥全部基施處理。NTA處理較NOA和NSA顯著提高了單作萬(wàn)薯10號(hào)(2016年)和單作渝紫7號(hào)的商品薯率, 但在甘薯套作中氮肥分期運(yùn)籌對(duì)甘薯商品薯率沒(méi)有顯著影響。萬(wàn)薯10號(hào)和渝紫7號(hào)套作平均商品薯率比單作分別降低了5.26%和5.40%。

不同的甘薯品種對(duì)產(chǎn)量、單薯重的影響達(dá)到了顯著水平, 對(duì)商品薯率的影響不顯著。種植制度對(duì)甘薯塊根產(chǎn)量(2016年)、單薯重和商品薯率(2016年)的影響達(dá)到極顯著水平。氮肥分期運(yùn)籌方式對(duì)上述指標(biāo)的影響均達(dá)到極顯著水平, 甘薯品種與種植制度以及甘薯品種與氮肥分期運(yùn)籌方式在上述指標(biāo)中的互作效應(yīng)均未達(dá)到顯著水平。種植制度與氮肥分期運(yùn)籌在甘薯產(chǎn)量和商品薯率上有顯著的互作效應(yīng)(表2)。

2.2 氮素利用效率

從表2可以看出, 甘薯不同種植模式中, 相比氮肥全部基施, 氮肥分期運(yùn)籌均顯著提高了氮肥表觀利用率, 相同的氮肥分期運(yùn)籌方式下的氮肥表觀利用率在甘薯套作中顯著低于單作。萬(wàn)薯10號(hào)單作中, NSA和NTA處理的氮肥表觀利用率無(wú)顯著差異, 兩年平均分別比NOA處理高30.55%和29.59%; 萬(wàn)薯10號(hào)套作中NSA處理下最高, 比NOA處理高30.95%。渝紫7號(hào)單作中NSA處理下氮肥表觀利用率最高, 比NOA處理高40.59%, 套作中NTA處理最高, 比NOA處理高45.75%。甘薯氮素收獲指數(shù)在不同年份間表現(xiàn)不一, 單作萬(wàn)薯10號(hào)氮素收獲指數(shù)在不同氮肥分期運(yùn)籌下沒(méi)有顯著差異, 套作中2016年不同氮肥分期運(yùn)籌的氮素收獲指數(shù)無(wú)差異, 兩年平均值在NSA處理下達(dá)到最大, 比NOA處理高7.59%。2015年單作渝紫7號(hào)不同氮肥分期運(yùn)籌的氮素收獲指數(shù)無(wú)差異, 兩年平均值在NTA處理下達(dá)到最大, 比NOA處理高14.41%, 套作中在NSA處理下最高, 兩年平均比NOA處理高54.65%。單作萬(wàn)薯 10 號(hào)氮肥偏生產(chǎn)力隨氮肥分期次數(shù)的增加呈先增加后降低的趨勢(shì), 在NSA處理下達(dá)到最大, 比NOA處理高30.37%, 套作中NSA和NTA處理下無(wú)差異, 兩年平均分別比NOA高35.16%和35.05%。相同種植模式中渝紫7號(hào)NSA和NTA處理下的氮肥偏生產(chǎn)力沒(méi)有顯著差異, 單作中兩年平均比NOA處理分別高47.14%和52.66%, 套作中分別高59.27%和48.77%。

品種差異對(duì)氮肥表觀利用率和氮肥偏生產(chǎn)力的影響達(dá)到極顯著水平; 種植制度對(duì)氮肥表觀利用率、氮素收獲指數(shù)和氮肥偏生產(chǎn)力(2016年)的影響達(dá)到極顯著水平; 氮肥分期運(yùn)籌差異對(duì)氮肥表觀利用率、氮素收獲指數(shù)和氮肥偏生產(chǎn)力的影響均達(dá)到極顯著水平; 品種與種植制度在2015年氮肥表觀利用率、氮素收獲指數(shù)和氮肥偏生產(chǎn)力中存在極顯著互作; 品種與氮肥分期運(yùn)籌在2016年氮肥表觀利用率和氮素收獲指數(shù)存在極顯著互作, 在兩年氮肥偏生產(chǎn)力中存在顯著互作。種植制度與氮肥分期運(yùn)籌的互作效應(yīng)在氮肥表觀利用率、氮素收獲指數(shù)(2015年)和氮肥偏生產(chǎn)力(2015年)達(dá)到顯著或極顯著水平(表2)。

2.3 甘薯營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

通過(guò)栽培措施獲取紅肉甘薯更高的β-胡蘿卜素含量及紫肉甘薯更高的花青素含量是生產(chǎn)的期望。相同處理下套作萬(wàn)薯10號(hào)β-胡蘿卜素含量比單作均有一定的降低, 相同種植模式下, NOA處理和NSA處理的β-胡蘿卜素含量沒(méi)有顯著差異, 且在NTA處理下達(dá)到最高(圖1), 單作中NTA處理β-胡蘿卜素兩年平均含量比NOA處理提高了28.35%, 套作中提高了40.88%。表明萬(wàn)薯10號(hào)套作中氮肥分3期運(yùn)籌最利于β-胡蘿卜素含量的積累。渝紫7號(hào)單作和套作中, NSA和NTA處理的花青素含量間沒(méi)有顯著差異, 但均顯著高于NOA (圖2), 單作中NTA處理兩年平均比NOA提高了29.71%, 套作中NSA處理兩年平均比NOA提高了39.9%; 同時(shí)套作中NSA和NTA處理的花青素含量也均達(dá)到或顯著高于單作中NOA處理。

從圖3可以看出, 不同種植模式下萬(wàn)薯10號(hào)塊根可溶性蛋白含量均在NTA處理下達(dá)到最高, 兩年平均含量比NOA處理分別高19.66% (<0.05)和12.53% (<0.05), NOA處理及NSA處理的可溶性蛋白含量在不同種植模式中沒(méi)有顯著差異, 但NTA處理下塊根可溶性蛋白含量單作中顯著高于套作, 套作中NSA與單作NOA處理沒(méi)有顯著差異, 但套作中NTA處理顯著高于單作中NOA處理; 渝紫7號(hào)單作NSA和NTA處理塊根可溶性蛋白含量沒(méi)有顯著差異, 兩年分別比NOA處理高15.33% (<0.05)和12.83% (<0.05), 渝紫7號(hào)套作中NSA處理下塊根可溶性蛋白含量最高, 兩年平均比NOA處理高10.72% (<0.05)。

圖1 萬(wàn)薯10號(hào)β-胡蘿卜素含量

A: 甘薯單作; B: 玉米/甘薯; NOA: 定量氮肥全部基施; NSA: 定量氮肥分2期運(yùn)籌; NTA: 定量氮肥分3期運(yùn)籌。圖柱頂端不同字母表示處理間差異達(dá)到0.05顯著水平。

A: sweet potato monocropping; B: sweet potato-maize interplanting; NOA: single N application, NSA: 2-split N application, NTA: 3-split N application N. Bars superscripted by different letters are significantly different between treatments at the 0.05 probability leave.

圖2 渝紫7號(hào)花青素含量

圖柱頂端不同字母表示處理間差異達(dá)到0.05顯著水平?？s寫同圖1。

Bars superscripted by different letters are significantly different between treatments at the 0.05 probability leave. Abbreviations are the same as those given in Fig. 1.

2015年NOA處理的塊根可溶性蛋白含量在渝紫7號(hào)單作和套作中沒(méi)有顯著差異, 2016年單作中顯著高于套作, 其余各處理均在單作中顯著高于套作, 套作中NSA處理下含量達(dá)到單作中NOA處理水平。

萬(wàn)薯10號(hào)和渝紫7號(hào)在相同種植模式中隨氮肥運(yùn)籌次數(shù)的增加其塊根淀粉含量有下降的趨勢(shì), 相同氮肥分期運(yùn)籌方式下的塊根淀粉含量在單作中顯著高于套作, 套作萬(wàn)薯10號(hào)和渝紫7號(hào)塊根淀粉含量比其單作中兩年平均降低了17.64%和14.12% (圖4)。表明甘薯單作和套作中, 增加氮肥分期運(yùn)籌次數(shù)均不利于甘薯塊根淀粉的積累, 套作種植會(huì)顯著降低甘薯塊根淀粉含量。

圖柱頂端不同字母表示處理間差異達(dá)到0.05顯著水平?？s寫同圖1。

Bars superscripted by different letters are significantly different between treatments at the 0.05 probability leave. Abbreviations are the same as those given in Fig. 1.

從圖5可以看出, 同一品種甘薯在相同氮肥運(yùn)籌下的塊根可溶性糖含量套作中比單作中有一定的提高, 但未達(dá)到顯著水平。萬(wàn)薯10號(hào)在不同種植模式中NSA處理下塊根可溶性糖含量均最高, 兩年平均比NOA處理分別高62.04% (<0.05)和42.52% (<0.05); 渝紫7號(hào)單作中NSA處理下塊根可溶性糖含量最高, 兩年平均比NOA處理增加了37.02% (<0.05), 套作中NTA處理下最高, 兩年平均比NOA處理增加了34.56% (<0.05)。兩品種甘薯套作中NSA和NTA處理的塊根可溶性糖含量均顯著高于單作中NOA處理。

圖4 甘薯塊根淀粉含量

圖柱頂端不同字母表示處理間差異達(dá)到0.05顯著水平。縮寫同圖1。

Bars superscripted by different letters are significantly different between treatments at the 0.05 probability leave. Abbreviations are the same as those given in Fig. 1.

圖5 甘薯塊根可溶性糖含量

圖柱頂端不同字母表示處理間差異達(dá)到0.05顯著水平?？s寫同圖1。

Bars superscripted by different letters are significantly different between treatments at the 0.05 probability leave. Abbreviations are the same as those given in Fig. 1.

3 討論

3.1 氮肥分期運(yùn)籌效應(yīng)

NOA、NSA和NTA三種氮肥分期運(yùn)籌方式的特點(diǎn)是依次增加了甘薯生長(zhǎng)中后期氮素的直接供應(yīng)量, 延長(zhǎng)了氮肥的有效供應(yīng)期。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 氮肥分2期和3期運(yùn)籌均比氮肥全部基施顯著提高了氮肥的表觀利用率, 促進(jìn)了甘薯塊根產(chǎn)量的形成, 此結(jié)果與寧運(yùn)旺等[17]關(guān)于甘薯分期需氮特性研究以及董月等[13]關(guān)于氮肥運(yùn)籌對(duì)甘薯干物質(zhì)累積及氮素吸收影響的研究結(jié)果一致。甘薯塊根β-胡蘿卜素和花青素均屬于植物次生代謝產(chǎn)物, 其代謝受環(huán)境因素的影響, 養(yǎng)分的有效供應(yīng)主要調(diào)節(jié)其持續(xù)的合成與積累, 氮肥分3期運(yùn)籌可以有效提高紅肉甘薯塊根β-胡蘿卜素含量, 氮肥分2期運(yùn)籌可以有效提高紫甘薯塊根花青素含量。陳夢(mèng)云等[18]發(fā)現(xiàn)提高穗肥占總施氮量的比例可以顯著提高了稻米的蛋白質(zhì)含量, 顯著降低了稻米直鏈淀粉含量。本研究中氮肥分2期和3期運(yùn)籌有效提高了塊根可溶性蛋白含量, 不同品種因生長(zhǎng)習(xí)性和對(duì)不同種植模式的適應(yīng)性不同, 其最佳的氮肥運(yùn)籌方式不一。但塊根淀粉含量顯著降低, 這與陳夢(mèng)云等[18]的研究結(jié)果相似。同時(shí)氮肥分2期和3期運(yùn)籌顯著增加了塊根可溶性糖含量, 淀粉含量與可溶性糖含量具有明顯的負(fù)相關(guān)性。即通過(guò)氮肥分期運(yùn)籌可以有效減少塊根可溶性糖合成淀粉, 提高塊根含糖量, 從而保證食用型甘薯良好的適口性。

3.2 套作效應(yīng)

“甘薯/玉米”模式是依據(jù)喜光與耐陰作物組合、高矮作物搭配、根系深淺疏密結(jié)合、生育期長(zhǎng)短前后“交錯(cuò)確定的田間作物群體結(jié)構(gòu)[19-20]。但在共生期內(nèi), 玉米始終占據(jù)優(yōu)勢(shì)生態(tài)位, 相比之下, 甘薯單作系統(tǒng)強(qiáng)烈地限制了甘薯的生長(zhǎng)發(fā)育, 降低了產(chǎn)量和品質(zhì)[3,21-22], 這是甘薯套作系統(tǒng)無(wú)法回避的問(wèn)題。套作系統(tǒng)存在對(duì)光照、養(yǎng)分等資源強(qiáng)烈的種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系, 這是本研究中甘薯套作中塊根產(chǎn)量、氮肥表觀利用率以及β-胡蘿卜素、花青素、淀粉含量等營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)顯著低于單作的主要原因。本研究還發(fā)現(xiàn), 在套作甘薯中, 通過(guò)氮肥分2期運(yùn)籌和3期運(yùn)籌時(shí)塊根產(chǎn)量、單薯重、氮肥表觀利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、塊根可溶性蛋白含量、可溶性糖含量以及萬(wàn)薯10號(hào)β-胡蘿卜素含量和渝紫7號(hào)花青素含量無(wú)法達(dá)到單作中相同氮肥運(yùn)籌時(shí)的水平, 但均可以達(dá)到(> 0.05)或顯著高于(< 0.05)單作時(shí)氮肥全部基施處理?？紤]到氮肥分期運(yùn)籌較全部基施需投入更多勞動(dòng)成本以及套作甘薯生長(zhǎng)環(huán)境的特殊性, 在甘薯單作中或可采用氮肥全部基施處理, 但在甘薯套作中必須采用氮肥分2期或3期運(yùn)籌。

王慶美等[23]在研究遮蔭對(duì)紫甘薯塊根品質(zhì)影響時(shí)發(fā)現(xiàn)該處理明顯降低了紫甘薯的總淀粉含量和花青素含量。本研究中套作渝紫7號(hào)淀粉含量比單作中降低了14.12%, 花青素含量較單作降低了18.62%, 這與王慶美等[23]的研究結(jié)果相符?？刂聘适韷K根花青素合成的酶是光誘導(dǎo)類酶, 短期弱光對(duì)該酶活性影響較小, 長(zhǎng)期弱光時(shí), 花青素合成酶活性受到抑制, 進(jìn)而影響花青素的合成[24]。甘薯塊根中β-胡蘿卜素的合成與光也有密切的關(guān)系, 我國(guó)西南地區(qū)甘薯/玉米種植制度中兩種作物共生期可以達(dá)到90 d左右, 玉米對(duì)甘薯長(zhǎng)時(shí)間的蔭蔽嚴(yán)重[25]是造成套作渝紫7號(hào)甘薯花青素含量以及萬(wàn)薯10號(hào)β-胡蘿卜素含量較單作中低的主要原因。

4 結(jié)論

甘薯套作與單作中, 定量的氮肥分 2 期或分 3期運(yùn)籌均比氮肥全部基施可以提高產(chǎn)量和氮肥利用效率, 優(yōu)化除甘薯淀粉含量外的其他營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。相同種植模式中同種氮肥運(yùn)籌方式難以達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的統(tǒng)一, 依據(jù)不同的生產(chǎn)目的選擇恰當(dāng)?shù)牡史制谶\(yùn)籌方式是達(dá)到生產(chǎn)目標(biāo)的有效手段。

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Effects of Split Application of Nitrogen Fertilizer on Yield, Quality and Nitrogen Use Efficiency of Sweet Potato

AN Jian-Gang**, JING Fu**, DING Yi, XIAO Yi, SHANG Hao-Hao, LI Hong-Li, YANG Xiao-Lu, TANG Dao-Bin, and WANG Ji-Chun*

College of Agronomy and Biotechnology, Southwest University, Chongqing 400716, China

To explore the optimal split nitrogen fertilizer application methods for high yield and quality sweet potato production in intercropping, we conducted a field experiment using two sweet potato cultivars Yuzi 7 and Wanshu 10 with single N application, 2-split and 3-split N application, and measured the yield, quality, and nitrogen use efficiency in monocropping and interplanting in 2015-2016. The yield, single storage root weight, soluble protein content, soluble sugar content of storage root, apparent nitrogen use efficiency and partial nitrogen productivity were significantly increased in the two tested cultivars under 2-split and 3-split N application in monocropping and interplanting. Under interplanting, commodity rate was not significantly different in the two cultivars among the three N application treatments, however, the highest commodity rate was obtained under 3-split N application in monocropping. The highest content of β-carotene in the storage root was obtained when 3-split N application was used in Wanshu 10, and the highest content of anthocyanin in the storage root was obtained when 2-split N application was used in Yuzi 7, but the highest starch content of storage root was obtained when non-split N application was used in the two cultivars. All of the quality traits except soluble protein content of storage root, and yield and nitrogen use efficiency reduced in intercropping, but these traits were equal or better in 2 or 3-split N application when compared to those in monocropping. In conclusion, non-split N application could be used to increase the starch content of storage root, and 2 or 3-split N application could be used to increase other quality traits, yield and nitrogen efficiency of sweet potato.

sweet potato-maize interplanting; split application of nitrogen fertilizer; yield; quality; nitrogen use efficiency

2018-03-04;

2018-07-20;

2018-07-30.

10.3724/SP.J.1006.2018.01858

通信作者(Corresponding author):王季春, E-mail: wchun1963@163.com

**同等貢獻(xiàn)(Contributed equally to this work)

安建剛, E-mail: 1406771446@qq.com

本研究由“十三五”重慶市薯類主題專項(xiàng)重大項(xiàng)目(CSTC2015shms-ztzx80002, CSTC2015shms-ztzx80003, CSTC2015shms-ztzx80004)資助。

This study was supported by the “13th Five-Year” Potato Theme Project of Chongqing (CSTC2015shms-ztzx80002, CSTC2015shms- ztzx80003, CSTC2015shms-ztzx80004).

URL:http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20180730.0948.008.html