施肥对甜菜氮代谢的效应研究

2012-09-10周建朝王孝纯王秋红王冬影

中国糖料 2012年4期

周建朝，王孝纯，王秋红，王冬影

（黑龙江大学农作物研究院，哈尔滨150080）

施肥是甜菜优质高产高效的一个关键技术环节，其中氮素对甜菜的生长、块根含糖率以及出糖率的影响最大[1]，为此，针对甜菜氮素已经开展了大量的研究，如氮的施用量及对甜菜产质量影响[1-6]、氮胁迫[7]、氮肥利用率[8]、氮与营养生长[9]、氮的吸收积累代谢[10]及氮的同化代谢途径[11]和相关酶[12-14]的研究等，但在氮的效率特别是施肥对不同基因型甜菜氮的吸收、积累、氮效率、氮肥利用率等方面的研究还未见报道。本研究旨在通过不同品种在氮效率等相关指标对不同施肥处理的反应，探讨氮高效基因型甜菜品种在育种及生产中应用的潜力。

1 材料与方法

1.1 试验地情况与试验设计

在中国农科院甜菜研究所试验场，采用田间小区裂区试验设计，以供试品种为主区，以施肥处理为副区，小区长10m，宽4垄，垄距0.65m，3次重复，随机排列。选择品种两个，即丰产高糖型（EZ）的HI-0466和标准型（N）的 SR-411，肥料处理设 5 个：CK、NP、NK、PK、NPK，施肥量分别为：N120kg/hm2、P2O5120kg/hm2、K2O120kg/hm2。所用肥料氮肥为尿素（含N 46%），磷肥为三料（含P2O546%），钾肥为硫酸钾（含K2O 50%），按处理将3种肥料混合均匀后在播种时，采用人工方法施于种子侧下方15cm深处。试验田土壤类型为黑土，土壤肥力中等偏上，0～20cm土层中含有机质为3.35%、碱解氮132mg/kg、速效磷67mg/kg、速效钾161mg/kg、全氮0.208%、全磷0.08%、全钾0.415%。5月3日播种，9月28日收获测产。

1.2 取样及测定方法

在整个营养生长阶段，按着苗期、叶丛快速生长期、块根糖分增长期、糖分积累期4个时期，每个小区取8株有代表性样株，从第1叶痕将块根和地上部叶（包括叶柄）分开，洗净后按分样法分别取其混合样，于80℃鼓风干燥箱中烘至恒重，测干物质产量。

含氮量的测定：烘干植物样品粉碎过20目筛，采用H2SO4-H2O2联合消煮-半微量凯氏蒸馏滴定法测定植株全氮含量[15]。

块根含糖率测定：采用手持式旋光仪法。

1.3 公式计算与数据处理

氮肥利用率（%）=[（施肥小区氮素累积量-空白区氮素累积量）/施氮量]×100%

氮肥农学效率（g/g）=（施氮区产量-不施氮区产量）/施氮量

氮肥生理效率（kg/kg）=（施氮区产量-不施氮区产量）/（施氮区吸氮量-不施氮区吸氮量）

试验所得数据均在微软的Excel电子表格上进行初步整理分析和辅助作图，方差分析在DPS软件上进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对植株含氮量的影响

表1 施肥处理不同生育期甜菜各器官的含氮量出前期高，后期低的趋势，并且均为地上部高于块根。

表2 不同施氮处理在收获期植株吸氮量(g/m)

图1 与NPK比缺素处理甜菜吸N量减少量

与品种SR-411相比（表1），品种HI-0466在不施肥CK处理下，地上部及块根的含氮量在各生育期均较高；在NP处理时，地上部含氮量除苗期外其它各生育期均较高，而块根含氮量除苗期较高外，其它各生育期均较低；在NK处理条件下，地上部含氮量除苗期较低外，其它各生育期时均较高，而块根含氮量除在苗期和糖分积累期外，其他两个时期均较低；PK处理中，地上部含氮量除苗期较低外，其它各生育期均较高，而块根的含氮量正相反，除苗期较高外，其他3个时期均较低；NPK处理中，除第2阶段的叶丛快速生长期外，在其他3个生长阶段，地上部植株含氮量均高于SR-411，块根含氮量在前两个生长阶段均较低，随着生长期的延长到第3阶段，两品种间的含氮量持平，到糖分积累期便高于SR-411。

时间同步电路接收北斗/GPS接收机的授时数据和秒脉冲信号，其中授时数据接口是串口或网络，由计算机读入并解析出年、月、日、时、分、秒信息，在数据协议层定义有数据校验措施和固定周期发送机制，可保证授时数据的正确接收与解析。

2.2 不同施肥处理对植株吸氮量的影响

2.2.1 施肥对甜菜吸氮量的效应由表2可知，供试两基因型甜菜在 CK、NP、NK、PK、NPK 5 种施肥处理下，植株吸氮量不尽相同，施肥的4个处理的甜菜植株吸氮量均高于对照，经统计分析，除PK处理外，其他3个处理均达到5%显著。有氮肥的3个处理均高于无氮肥的PK处理，并且三要素配合施用时植株的吸氮量显著高于NP、NK或PK的两元素间的配施。

2.2.2 不同品种吸氮量对施肥的反应不同品种的吸氮量表现各异，在相同施肥处理时，无论三要素如何配方，品种HI-0466的吸氮量均高于品种SR-411，5个处理平均高出16.1%，经统计分析达到5%显著水平（表2）。不同施肥处理组合对不同品种的吸氮量的影响同样各异，与NPK处理相比，缺N对HI-0466和SR-411吸氮量的影响均是最大的，分别比NPK处理降低26.9%和33.3%，但缺P和K的影响大小因品种而异，品种HI-0466的吸氮量对P较敏感，缺乏时较K降幅大，而品种SR-411的吸氮量对K较敏感，缺乏时较P降幅大。

2.3 施肥对甜菜氮素效率的影响

2.3.1 对甜菜干物质生产效率的影响由表3可以看出，随着生育期的进程，两个品种植株干物质生产效率均逐渐增加，施氮处理的干物质生产效率均低于不施N肥的PK和CK处理，达到了统计极显著水平（见表3），

2.1.1 施肥对甜菜含氮量的效应不同施肥处理对甜菜植株及块根各生育期含氮量影响较大，其中NPK处理对两个品种的影响表现一致，在4个不同生长阶段的地上部及块根的含氮量均为最高，而不施肥CK处理含氮量均为最低（见表1）。以收获期为例，品种HI-0466的4种施肥处理地上部植株含氮量较无肥区CK分别提高了12.9%、6.0%、2.0%、13.9%，块根含氮量较无肥区CK分别提高22.5%、34.8%、3.4%、40.4%。品种SR-411的4个施肥处理地上部较无肥区CK的含氮量提高幅度分别为5.9%、7.6%、1.7%、12.70%，块根含氮量较无肥区CK分别提高了31.3%、36.1%、13.3%、41.0%。

2.1.2 不同品种含氮量对施肥的反应在相同施肥处理条件下，随着生育期的进程甜菜各器官含氮量均逐渐下降，由于随着生长期的推延，植株库容量增大，干物质积累速率增加，养分吸收速率降低，植株器官含氮量也相应降低。由表1可知，在不同施肥处理条件下，两种基因型甜菜于各生育期植株各器官含氮量均表现但两品种下降幅度不同。以成熟期为例，HI-0466不施氮肥处理中CK处理的干物质生产效率为67.81g/g，而施用氮肥 NP、NK、NPK处理的氮素干物质生产效率分别降低 11.06%、11.65%、9.59%。SR-411在不施氮肥处理的CK处理干物质生产效率为66.11 g/g，在 NP、NK、NPK 处理时的干物质生产效率分别降低了6.35%、8.17%、3.03%。

表3 不同施肥处理对植株干物质生产效率的影晌(g/g)

在不施N肥的两个处理中，以收获期为例，PK处理下的品种HI-0466和品种SR-411的干物质生产效率分别为69.7g/g、67.02g/g，分别较其对应品种的CK处理提高2.80%、1.36%。在施N肥的条件下，NPK处理中HI-066、SR-411两品种的干物质生产效率分别为 61.23g/g、64.1g/g，较其对应品种的NP、NK处理的分别提高了1.66%、2.34%和3.55%、6.30%，两个品种间相差不明显。

2.3.2 对甜菜氮肥农学效率影响氮肥农学效率是指每单位的施氮量所增加的作物产量，这一指标可以用来评价氮肥的增产效果，并具有重要实用价值，其计算公式为：氮肥农学效率（kg/kg）=（施氮区产量-不施氮区产量）/施氮量。试验结果表明（图2），3种施肥处理下氮肥农学效率均为品种SR-411高于品种HI-0466，且两品种以NPK处理下的氮肥农学效率最高。NP处理时，HI-0466氮肥农学效率为19.07 kg/kg，而SR-411为19.25kg/kg，两品种差异不太明显，在NK处理下，品种HI-0466氮肥农学效率为15 kg/kg，而品种SR-411为24.2 kg/kg，两者相差1.6倍。在NPK处理下，HI-0466氮肥农学效率同样较低，仅为48.3 kg/kg，而SR-411的氮肥农学效率高达77.9 kg/kg，两者相差明显。

2.3.3 对甜菜氮肥生理效率影响氮肥生理效率是指吸收氮素中来自每个单位的肥料氮所增加的作物产量，其计算公式为：氮肥生理效率（kg/kg）=（施氮区产量-不施氮区产量）/（施氮区吸氮量-不施氮区吸氮量）。这一指标可以评价甜菜吸收的来自肥料氮量转化为产量的效率的大小，本文仅计算块根产量的氮肥生理效率。从图3可以看出，在3种施N肥处理下品种SR-411的氮肥生理效率均高于HI-0466，平均增加幅度达到60%。不同施肥处理对甜菜氮肥的生理效率影响因品种而异，在NPK处理下两个品种均获得最高值，与此相比，缺K时HI-0466降低最大，缺磷时SR-411降低最大。

图2 两基因型甜菜氮肥农学效率差异

图3 两基因型甜菜氮肥生理效率差异

2.4 对甜菜氮肥利用率的影响

氮肥利用率是指植物从肥料中吸收的氮量占施入土壤中总氮量的百分数，它反映的是植株对氮肥的利用程度。如图4所示，品种SR-411的氮肥利用率平均为32.9%，而品种HI-0466氮肥利用率为19.7%，两者相差显著。

3 结果与讨论

3.1 施肥对甜菜的氮吸收和积累影响显著，在本实验条件下，所有施肥处理均比无肥对照明显促进甜菜对氮素的吸收，表现出较高的组织含氮量和单位面积上的吸氮总量，其中以NPK组合最高，NP或NK组合次之，PK组合增加最低。

3.2 纵观4个生长阶段，品种HI0466地上部的含氮量在无肥处理条件下均高于SR411，在NPK处理下除第二个阶段外同样均较高，在其它3个缺素的施肥处理中除苗期外，地上部的含氮量同样均高于SR411，而根系正相反，均低于SR411。随着生育进程的增加，不同施肥处理对不同甜菜品种的植株含氮量的变化的影响也不尽相同，品种HI0466除CK和NPK处理外，其它3个施肥处理的苗期含氮量均较低，到第二个生长阶段时才达到最高峰，而品种SR411无论在那种施肥处理的植株含氮量均表现出从苗期到收获期逐渐降低的趋势。这说明，HI0466在苗期对环境的适应能力较差，养分失调，不合理配施三要素，对氮素的吸收能力减弱，这从另一方面说明合理施肥的意义。

3.3 由氮素生产效率可见，增施氮肥会使植株氮素干物质生产效率降低，在不施氮肥（PK处理）时，其植株干物质生产效率高于不施肥的CK处理，施用氮肥条件下的NP、NK处理干物质生产效率却低于NPK处理的生产效率。说明增施磷钾能够增加植株对吸收氮素的干物质生产效率，同时在施用氮肥情况下合理搭配施用磷钾肥时，植株氮素的干物质生产效率高于氮肥单独配施磷肥或钾肥时的干物质生产效率。因此，为提高甜菜氮素利用效率，应在实际生产过程中考虑适当的减少氮肥的施用量，并合理配施磷钾肥，充分利用磷钾对提高氮素利用率的积极作用，减少氮素损失。

3.4 农学效率是衡量施氮肥后对甜菜的增产效果。在试验所设的3种施氮肥处理下，氮肥农学效率均是品种SR-411高于HI-0466，且两品种以NPK处理下的氮肥农学效率最高，NK和NP处理分别降低了50%以上，说明在N肥的增产效果方面，N×K和N×P的正交互作用远低于N×P×K三因素间的交互效应。由此可见，在甜菜生产实践中制定施肥措施时，为了最大限度发挥氮肥的增产效果，必须配施适量的磷肥和钾肥。

3.5 在3种施N肥处理下品种SR-411的氮肥生理效率均高于HI-0466，平均增加幅度达到60%。施肥对甜菜氮肥的生理效率影响因品种而异，与NPK处理相比，缺K时HI-0466降低最大，缺磷时SR-411降低最大。

3.6 在甜菜生产实践中，以最小的投入获得最大的经济产量是农业可持续发展的方向。利用生物自身的生物多样性特征，选择吸收养分量少、养分效率高的品种是高产高效的一个重要途径。在本实验条件下，通过两个品种的比较试验已经证明，甜菜在吸收氮素总量、氮肥农学效率和生理效率及氮肥利用率等性状方面均存在明显的生物多样性特征，在甜菜生产实践中通过品种的合理筛选与利用，可以实现节本增效的目的。

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