張 磊，鄧麗紅，徐寧生，潘哲超，李燕山，楊瓊芬*

（1云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，昆明 650205；2農(nóng)業(yè)部云貴高原馬鈴薯與油菜科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，昆明 650205；3陸良縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，云南陸良 655600）

馬鈴薯是中國第四大主要糧食作物。云南省馬鈴薯生產(chǎn)具有品種資源和光溫資源等優(yōu)勢(shì)，是中國馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)之一。氮是作物生長(zhǎng)發(fā)育必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素，是影響葉片光合作用的重要因子，對(duì)作物產(chǎn)量的提高具有重要作用［1，2］。與其他大田作物相比，馬鈴薯植株根系相對(duì)較淺，對(duì)氮的反應(yīng)較為敏感［3］。研究表明，氮素對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率達(dá)40%～50%［4］。馬鈴薯生產(chǎn)過程中人們?yōu)樽非蟾弋a(chǎn)，往往過量施用氮肥，造成養(yǎng)分比例失調(diào)，出現(xiàn)植株徒長(zhǎng)、抗逆性變差、產(chǎn)量和品質(zhì)降低等現(xiàn)象。在我國，各種作物氮肥的平均利用率僅為33%［5］，氮肥的過量施用會(huì)造成氮肥利用率低、生產(chǎn)成本過高和環(huán)境污染加劇等問題，因此提高作物氮肥利用率是農(nóng)業(yè)迫切需要解決的問題。已有研究表明，不同作物對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用不同，同一作物不同基因型對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用也存在差異，從而導(dǎo)致氮素利用效率存在顯著差異，這在玉米、水稻、小麥等作物上進(jìn)行了較多研究［6～11］。研究表明，不同氮素水平下不同基因型馬鈴薯的氮素吸收效率差異顯著，不同熟期馬鈴薯氮素利用效率差異也較大，晚熟馬鈴薯氮素利用效率高于早熟馬鈴薯［12，13］。利用不同基因型的遺傳特征，充分挖掘植物自身氮素利用潛力是提高作物氮素利用效率的有效方法。本研究利用2個(gè)馬鈴薯品種，在3種氮素水平下，綜合分析其氮素積累與氮效率差異，以為篩選和培育氮高效基因型馬鈴薯品種提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也為不同氮效率馬鈴薯栽培上合理施氮提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

馬鈴薯品種為云薯401和云薯304。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在云南省嵩明縣云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院基地進(jìn)行，于2017年12月26日播種，2018年5月22日收獲，前茬作物為紅薯。

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，品種為主處理，氮素為副處理。氮素設(shè)3個(gè)施用量處理，分別為0、105、210 kg/hm2。小區(qū)面積24 m2，重復(fù)3次。采用大壟雙行膜下滴灌栽培模式，播種密度為60 030株/hm2，各處理磷鉀肥用量一致，磷肥用量216 kg/hm2，鉀肥用量405 kg/hm2，均作為基肥一次施入。田間管理與一般大田生產(chǎn)相同。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

（1）產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成。馬鈴薯成熟期收獲后進(jìn)行小區(qū)稱重，并對(duì)薯塊進(jìn)行大小分級(jí)，＞75 g為大薯，75～150 g為中薯，＜75 g為小薯，商品薯率為大中薯產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分比。

（2）氮素測(cè)定。于成熟期每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取3株植株，按根、莖、葉和薯分開，105℃下殺青30 min，80℃恒重并稱其干重，再將樣品粉碎保存，采用凱氏定氮法測(cè)定各器官氮含量。

（3）相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法：

各器官氮素積累量（mg/株）=氮含量×干物質(zhì)質(zhì)量；

各器官的氮素分配比例（%）=各器官的氮素積累量/植株氮素積累量×100

氮素吸收效率（kg/kg）=氮素積累總量/施氮量；

氮素利用效率（kg/kg）=產(chǎn)量/氮素吸收總量；

氮收獲指數(shù)（%）=塊莖氮素累積量/植株氮素總積累量×100。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥對(duì)不同基因型馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

不同氮肥水平下，云薯401產(chǎn)量、商品薯率、大薯率和中薯率均值均大于云薯304（表1）。氮肥可顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量，隨著氮肥水平增加，云薯401產(chǎn)量和商品薯率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，云薯304產(chǎn)量和商品薯率呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。與N0相比，N1和N2水平下云薯401產(chǎn)量增幅達(dá)19.37%和16.14%，商品薯率增幅達(dá)26.61%和24.40%，增幅均達(dá)顯著差異水平；N1和N2水平下云薯304產(chǎn)量增幅分別為33.37%和48.48%，商品薯率增幅達(dá)57.42%和84.79%，增幅均達(dá)顯著差異水平。增施氮肥后，云薯304的產(chǎn)量和商品薯率增幅均高于云薯401，說明云薯304對(duì)氮肥反應(yīng)敏感，云薯401對(duì)氮肥反應(yīng)較小。增施氮肥可顯著提高云薯304中薯率，而對(duì)云薯401的大薯率、中薯率和云薯304的大薯率無顯著影響。云薯304單株結(jié)薯數(shù)較云薯401平均增加1.75個(gè)，隨著氮肥水平增加，云薯401的單株結(jié)薯數(shù)逐漸減少，云薯304的單株 結(jié)薯數(shù)則逐漸增加。

表1 不同氮肥水平下不同基因型馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成Table 1 Effect of different N level on yield and components of different potato genotypes

2.2 氮肥對(duì)不同基因型馬鈴薯成熟期氮素積累及分配的影響

由表2可知，不同氮素水平下，云薯401成熟期植株氮素積累量均值較云薯304增加36.03%。隨著氮肥施用量增加，馬鈴薯植株氮素積累量均逐漸增加。不同基因型馬鈴薯器官氮素積累量大小為：薯＞葉＞莖＞根。與N0相比，N1和N2水平下云薯401植株氮素積累量分別增加53.13% 和108.80%，各處理均達(dá)顯著差異水平；云薯304植株氮素積累量分別增加58.38%和81.70%，增幅達(dá)顯著差異水平，N1和N2處理間無顯著差異。云薯401不同器官氮素積累量均隨著施氮量增加而增加，與N0相比，N1和N2水平下云薯401根、莖、葉和薯部氮素積累量增幅為88.71%～191.81%、173.75%～328.09%、75.10%～156.31% 和36.14%～75.74%，各增幅均達(dá)顯著差異水平。不同氮素水平下，云薯304根和葉部氮素積累量無顯著差異，與N0相比，N1和N2水平下莖和薯部氮素積累量增幅為125.14%～146.20%和73.79%～103.76%，增幅均達(dá)顯著差異水平，N1和N2處理間差異不顯著。云薯401薯部氮素積累量增幅小于云薯304。不同器官氮素分配比例為薯＞葉＞莖＞根。N0水平下，云薯401的薯部氮素分配比例大于云薯304，說明云薯401在低氮條件下氮轉(zhuǎn)運(yùn)率較高。與云薯401相比，增施氮肥后云薯304的莖葉氮素平均分配比例較低，薯部平均分配比例較高，說明云薯304氮轉(zhuǎn)運(yùn)率較高，說明增施氮肥可提高云薯304的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率。

表2 不同氮肥水平下不同基因型馬鈴薯各器官成熟期氮素積累與分配Table 2 Effect of different N level on nitrogen accumulation and distribution in different potato genotypes

2.3 氮肥對(duì)不同基因型馬鈴薯氮效率的影響

由表3可知，云薯401較云薯304氮素吸收速率均值增加34.78%。隨著氮素施用量的增加，氮素吸收效率逐漸降低，N2處理云薯401和云薯304氮素吸收效率較N1處理分別降低32.43%和42.05%。N1和N2水平下，云薯401氮素吸收效率較云薯304增加25.30%和48.93%。不同氮素水平下，云薯401平均氮素利用效率較云薯304提高0.26%。隨著氮素施用量增加，氮素利用效率也呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。與N0相比，N1和N2處理下云薯401氮素利用效率分別降低22.05%和44.37%，各處理間均達(dá)顯著差異水平，云薯304分別降低15.79%和18.29%，降幅達(dá)顯著差異水平，N1和N2處理間無顯著差異。N0和N1水平下，云薯401氮素利用效率較云薯304提高14.14%和5.65%，N2水平下，云薯401氮素利用效率較云薯304降低22.30%，說明云薯401需氮量較低，在施入過量氮時(shí)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量下降，氮素利用效率降低。氮收獲指數(shù)上，云薯401氮收獲指數(shù)均值較云薯304降低13.34%，云薯401在N0處理時(shí)，氮素收獲指數(shù)較高，而云薯304在N2處理下，氮素收獲指數(shù)達(dá)最大。

表3 不同氮肥水平下不同基因型馬鈴薯的氮效率Table 3 Effect of different N level on N-efficiency in different potato genotypes

3 討論

氮素是調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)的重要手段之一，氮肥過量和不足均不利于植物形態(tài)建成和產(chǎn)量形成。氮過量施入會(huì)導(dǎo)致植株地上部分徒長(zhǎng)，抑制地下薯塊的物質(zhì)積累，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降［14，15］。云薯401對(duì)氮肥反應(yīng)與前人研究結(jié)果的表現(xiàn)一致，但云薯304隨著氮肥施用量增加，產(chǎn)量逐漸增加，云薯401在中氮（N1）水平下產(chǎn)量達(dá)最大值，云薯304在高氮（N2）水平下產(chǎn)量達(dá)最大，這與品種的需肥量和氮肥反應(yīng)程度有關(guān)。增施氮肥后，云薯401氮肥產(chǎn)量增幅小于云薯304，說明云薯401耐低氮能力較強(qiáng)，且能達(dá)到高產(chǎn)，云薯304對(duì)氮肥的增產(chǎn)效應(yīng)較大，但產(chǎn)量較低。馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成對(duì)氮肥的反應(yīng)也不同，增施氮肥可顯著提高馬鈴薯商品薯率，云薯304增幅較大，但由于其大薯率和中薯率較小，小薯率較多，因而產(chǎn)量低。云薯401大薯率較高，因而產(chǎn)量較高。提高大薯率是有效提高產(chǎn)量的重要途徑。大量研究表明，在低氮和高氮水平時(shí)均可獲得高產(chǎn)的品種，此類型為氮高效基因型，選育氮高效吸收和利用效率品種，可實(shí)現(xiàn)低氮水平下獲得高產(chǎn)的目的［12，16～18］。不同氮肥水平下云薯401產(chǎn)量均大于云薯304，因此可確定云薯401屬于氮高效基因型品種。氮高效品種（如云薯401）在高氮條件下比中氮產(chǎn)量下降2.70%，利用氮高效品種，在獲得高產(chǎn)的前提下，可節(jié)約氮肥用量達(dá)50%。

通過提高作物對(duì)氮素的吸收和利用，可實(shí)現(xiàn)增加產(chǎn)量和降低氮肥施用量，是實(shí)現(xiàn)作物栽培高產(chǎn)高效的有效途徑［19］。大量研究表明，不同作物的氮效率基因型差異品種在氮素吸收能力上存在差異，氮高效品種在成熟期和開花期均具有較高的氮素積累量，具有較強(qiáng)的氮素吸收能力［20～22］。本研究表明，云薯401全株氮素積累量、不同器官氮素積累量均值均大于云薯304，隨著氮肥水平的增加，增幅越來越大。這與前人在不同作物上的研究結(jié)果一致，說明氮高效型馬鈴薯（云薯401）對(duì)氮素具有較強(qiáng)的吸收能力，成熟期植株氮素積累量可作為氮高效型馬鈴薯品種篩選指標(biāo)。無論在何種氮素水平下，氮低效型馬鈴薯（如云薯304）的吸收氮素能力有限，無法通過增施氮肥提高更多的氮素積累量，而氮高效型馬鈴薯（如云薯401）即使在低氮水平下，氮素積累量仍具有明顯優(yōu)勢(shì)。本研究中，云薯401的氮素吸收效率和氮素利用效率均值均高于云薯304，說明氮高效型馬鈴薯是由具有較高的氮素吸收效率和利用效率協(xié)同作用的結(jié)果。本研究中，低氮和中氮水平下，氮高效品種（云薯401）氮素利用效率較高，高氮水平下，氮低效品種（云薯304）氮素利用效率較高。說明針對(duì)氮高效品種施入過量氮造成氮素利用效率降幅較大，因此，可通過篩選氮高效型馬鈴薯品種提高氮肥吸收和利用效率，節(jié)省氮肥投入，從而實(shí)現(xiàn)馬鈴薯高產(chǎn)高效栽培。