施氮量对木薯氮素营养特性及产量形成的影响

2016-05-30刘备孙海东吴炳孙高乐吴敏何鹏韦家少

热带作物学报 2016年7期

刘备　孙海东　吴炳孙　高乐　吴敏　何鹏　韦家少

摘要采用大田试验，研究了不同施氮水平下木薯氮素营养特性的变化及其对产量形成的影响。试验设置0、120、240、360 kg/hm2 4个氮水平，综合分析了各生育期木薯根、茎、叶等组织中的氮含量、氮素积累量、氮素吸收强度、氮素分配和干物质积累分配、产量品质以及经济效益等指标的变化。结果表明：施氮能显著增加木薯根、茎、叶等组织的氮含量和氮积累量，提高氮素吸收强度，并改变氮素养分的分配特性；此外，随着施氮量的增加，木薯块根干物质积累量、鲜薯产量、淀粉产量、经济效益等均显著提高。综上所述，最佳施氮量为240 kg/hm2，适宜的施入比例为：幼苗期 ∶ 茎秆分叉期 ∶ 块根形成期 ∶ 块根膨大早期 ∶ 块根膨大中期=1 ∶ 1.71 ∶ 1.33 ∶ 0.73 ∶ 0.57。

关键词木薯；施氮量；氮素营养特性；产量

中图分类号 S533 文献标识码 A

Abstract This study investigated the effects of nitrogen rate on the nitrogen nutrition characteristics and yield formation of Cassava in field trials. We made a comprehensive analyses of the changes in nitrogen content，nitrogen accumulation amount，nitrogen absorption intensity，nitrogen distribution rate and distribution of dry matter of different parts（roots，stems and leaves）in Cassava at different growth stages under four nitrogen levels（0，120，240，360 kg/hm2），and the yield，quality and economic benefit of Cassava under the four processing were also analyzed. The results showed that nitrogen fertilization increased the nitrogen content and the nitrogen accumulation amount，improved the nitrogen absorption intensity，and changed nitrogen distribution characteristics of different parts（roots， stems and leaves）in Cassava. In addition，the content of dry matter accumulation in tuberous root，fresh tuber yield and starch yield increased significantly with the increase of the amount of nitrogen. In conclusion，the optimum nitrogen application amount was 240 kg/hm2，and the optimum proportion of nitrogen application was 1 ∶ 1.71 ∶ 1.33 ∶ 0.73 ∶ 0.57 at seedling stage，stem bifurcation stage，roottuber formation stage，first expanding roottuber growth stage and middle expanding roottuber growth stage，respectively.

Key words Cassava；Mitrogen application level；Characteristics of nitrogen uptake and utilization；Yield

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.07.003

木薯（Manihot esculenta Crantz）是世界3大薯类之一，是中国南方重要的经济与粮食作物[1]。氮是作物生长所必需的营养元素之一，氮素养分的吸收、同化与转运直接或间接地影响作物的生长发育和产量形成[2]，氮素营养是影响木薯生长发育和决定块茎产量的主要因素，其中对木薯最终产量的贡献率可达50%[3]。研究发现木薯在不同的生长时期对氮素的吸收和利用效率存在显著差异，其在块根膨大期吸收和积累的氮素量最大[4]。生产中，缺氮会直接影响木薯的产量，增加施氮量，可以提高木薯对氮素养分的吸收和积累，进而提高木薯产量，然而过量施用氮肥又会引起木薯地上部的徒长和影响木薯的品质[5]，同时还会对环境造成污染[6]。因此科学的施氮量与适合的施肥时期成为木薯栽培生产中一个亟需解决的关键问题。目前针对木薯种植中的氮肥施用、氮素养分积累分配及其对木薯产量的影响等问题已有大量的研究报道。高志红等[7]比较了不同施氮水平下木薯氮养分积累和分配、产量的差异，发现木薯产量、氮养分积累及其在根冠间的分配对施肥水平高度敏感。林洪鑫等[5]研究发现施肥处理的木薯产量显著高于不施肥处理，缺氮处理的鲜薯产量显著低于缺磷和缺钾处理。张永发等[8]对木薯华南8号品系进行了从种植至收获全生长期的养分分析，发现木薯各营养器官及不同月份氮素养分含量存在明显差异。然而关于不同施氮条件下木薯对氮素养分的积累分配和需求比例及其对产量形成的影响还未见报道。本研究采用大田试验，通过分析不同施氮水平下木薯在不同生育时期对氮素的积累分配情况和需求比例，比较同期干物质积累分配情况和最终收获的鲜薯产量品质以及经济效益等指标的变化，探讨木薯适宜的施肥用量和施肥时间以及施用比例，为木薯科学施肥和速生高产提供一定的理论和实践基础。

1 材料与方法

1.1 材料

以木薯品种华南5号为供试材料，于2014年和2015年在海南省中国热带农业科学院木薯种植资源圃进行试验。试验地土壤类型为红壤，土壤肥力状况为全氮含量0.39 g/kg、有机质7.51 g/kg、碱解氮39.45 mg/kg、速效磷7.21 mg/kg、速效钾49.26 mg/kg、pH5.33。供试肥料为尿素（N≥46%）、过磷酸钙（P2O5≥12%）和氯化钾（K2O≥60%）。

1.2 方法

1.2.1 试验设计试验按单因素随机设计，设置4个氮水平：0、120、240、360 kg/hm2，分别以N1、N2、N3、N4来表示，其中磷水平为90 kg/hm2，钾水平为180 kg/hm2。设置12个种植小区，每小区100 m2，株行距为1 m×0.8 m，每个小区栽种木薯幼苗100株。施肥方法：分4次施肥，分别于种植后第0、30、60、90天施肥，其中不同时间氮肥施用比例为2 ∶ 4 ∶ 3 ∶ 1；磷肥施用比例3 ∶ 3 ∶ 2 ∶ 2；钾肥施用比例：2 ∶ 2 ∶ 3 ∶ 3。于2014年7月2日开沟种植，8月5日定苗，2015年6月9日收获。

1.2.2 项目测定及方法土壤养分测定：全氮采用开氏消煮法和靛酚蓝法测定；有机质采用重铬酸钾容量法测定；pH用酸度计进行测定；碱解氮用碱解扩散法测定；速效钾用火焰光度计法测定；速效磷用磷钼蓝比色法测定[9]。

植物养分测定：将不同生长时期采集的木薯样品按叶、茎和块根进行分类后称重，破碎，于110 ℃烘箱杀青30 min，再转至70 ℃烘箱至恒重，计算干重，用于全氮量测定，采用H2SO4-H2O2消煮、靛酚蓝法测定。其中氮积累量=氮含量×干物质量；氮素吸收强度=植株氮素积累量/各生育阶段时间；分配率=各器官积累量/整株积累量；氮肥效益=鲜薯产值-肥料成本；淀粉产量=淀粉含量×鲜薯产量/100。

于收获期测定小区鲜薯产量；淀粉率用泰国进口的鲜薯淀粉测量仪测定；分别称5 kg左右的鲜薯空中重和水中重，根据国际热带农业中心制定的公式计算鲜薯淀粉含量。

1.3 数据分析

用 Microsoft Office Excel 2007对试验原始数据进行计算和图表制作，使用DPS7.05进行方差分析，采用Duncan新复极差法进行多重比较，分析结果用平均值±标准误（X±S.E）表示。

2 结果与分析

2.1 施氮量对木薯在不同生育期氮素吸收特性的影响

2.1.1 施氮量对木薯在不同生育期氮含量的影响

从图1可知，各生育期木薯各部位全氮含量为叶片>茎>根，其中根部的氮素含量在不同生育期表现为逐步降低（p<0.05）（图1-A）；茎部的氮素含量则表现为逐步降低（p<0.05）（图2-B），在块根膨大末期有所回升（p<0.05）；叶片氮含量先升高后降低（p<0.05），在块根膨大中期后逐渐回升（p>0.05），在块根形成期达到峰值（p<0.05）（图1-C）。除幼苗期外，木薯不同生育期根和茎部全氮含量在各处理间均随施氮量增加而增加（p<0.05），在茎秆分叉期至块根膨大中期，各处理间差异显著（p<0.05）；各处理间，叶片氮含量随着施氮量的增加而逐渐增加（p<0.05），当施氮量超过120 kg/hm2时，叶片氮含量显著高于不施氮的水平（p<0.05）。

2.1.2 施氮量对木薯在不同生育期氮积累量的影响

由表1可知，各处理整株、根部、茎部、叶片氮积累量在各个时期基本上随施氮量的增加而增加（p<0.05），N4处理的氮积累量均显著高于其他3个处理（p<0.05）；除叶片外，各处理氮积累量的峰值都出现在块根膨大末期或收获期，显著高于其它时期（p<0.05）。本研究以块根膨大末期整株养分积累量为总量，对各时期氮素累积比例进行分析，由表2可知，N1、N2、N3、N4处理氮素积累量在块根膨大中期已分别达到总量的91.71%、95.14%、91.61%、88.64%。各处理在各生育期氮素积累比例均值为幼苗期 ∶ 茎秆分叉期 ∶ 块根形成期 ∶ 块根膨大早期 ∶ 块根膨大中期=1 ∶ 1.24 ∶ 1.19 ∶ 0.47 ∶ 0.48，在茎秆分叉期与块根膨大初期，施氮能提高木薯氮素吸收比例，但N4处理2.1.3 施氮量对木薯在不同生育期氮素吸收强度的影响由表3可知，氮素吸收强度从幼苗期开始增强，N1和N4以及N2和N3处理的吸收峰值分别出现在块根形成期和茎秆分叉期，在块根膨大前期、中期、末期，氮素吸收强度均出现不同程度的降低。木薯对氮素的吸收主要集中在幼苗期、茎秆分叉期和块根形成期，所占比例达到总量的69.2%～80.32%。不同处理间，增施氮肥能提高木薯氮素吸收强度，施氮处理与不施氮处理之间差异显著（p<0.05）。因此氮肥施用，应主要集中在幼苗期、茎秆分叉期与块根形成期，且茎秆分叉期、块根形成期所占比例最大。

2.1.4 施氮量对木薯在不同生育期氮素分配的影响

从表4中可看出，各器官氮分配率表现为叶>茎>根，随着生育期的推进，叶片氮分配率表现为先降低后升高，在块根膨大末期最低，收获期升高；茎的氮分配率则相反，表现为先升高后降低，在块根膨大末期最高（p<0.05），收获期有所降低；根部的氮素分配率表现为逐步增大（p<0.05），在收获期达到最大值（p<0.05）。各处理间，根部的氮素分配率随施氮量的增加而降低（p<0.05），N4处理显著低于不施氮处理（p<0.05）。茎叶的氮素总分配率在茎秆分叉期后表现为随施氮量的增加而增加，且N4水平在各时期的地上部所占比重均显著高于N1水平（p<0.05）。

2.2 施氮量对木薯不同生育期干物质积累和分配的影响

2.2.1 施氮量对木薯不同生育期干物质积累的影响由图2可知，不同施氮量对木薯整个生育期根部干物质积累的影响总体表现为N3>N4>N2>N1。在收获期N3、N4、N2处理根部干物质积累量分别为不施氮处理N1的124.54%、115.41%、110.10%。随着施氮量的增加，茎干物质积累量增加，在块根膨大中期、块根膨大末期、收获期，各处理间差异显著（p<0.05）；叶片干物质积累量随着施氮量的增加而增加；木薯整株干物质积累量随施氮量的增加而增加，N3和N4显著高于N2和N1（p<0.05），而N3和N4之间差异不显著（p>0.05）。

2.2.2 施氮量对木薯不同生育期生物量分配的影响如表5所示，不同施氮量对木薯整个生育期生物量分配的影响表现为叶片分配率逐渐降低，茎部分配率基本保持平稳（p>0.05），根部分配率逐渐增大（p<0.05），并在收获期达到最大（p<0.05）。不同施氮量之间，在块根膨大初期、末期以及收获期，根部所占比重随着施氮量的增加而降低，其中N4处理显著低于N1（p<0.05），茎所占比重随施氮量的增加而增大，N4显著高于其他3个水平（p<0.05）。在茎秆分叉期、块根形成期、块根膨大前期N4处理的叶片干物质分配率显著高于N1处理（p<0.05）。由此可知，提高施氮量会降低地下部的干物质分配，而增加地上部干物质分配（p<0.05）。当氮水平较低时，木薯物质积累主要向地下部转移，促进块根形成，施氮量过高则会导致茎叶徒长，会显著降低地下部所占比例，不利于块根形成。

2.3 施氮量对木薯产量及品质的影响

由表6可知，在不同施氮水平下，鲜薯产量、淀粉含量、淀粉产量和氮肥效益在各处理间均存在显著性差异。其中，鲜薯产量、氮肥效益、淀粉产量均表现为N3>N4>N2>N1，各处理间差异极显著（p<0.01）；淀粉含量随着施氮量的增加而降低，且N4处理显著低于其他3个处理（p<0.05）；增产率表现为N2、N3、N4处理相对不施氮处理分别增产28.60%、51.32%、42.01%。综合几项评价指标来看，施氮量为240 kg/hm2时，木薯鲜薯产量、氮肥效益以及淀粉产量均达到最佳水平。

3 讨论与结论

增加氮肥的施用量可提高作物不同组织的氮素含量和积累量，进而显著提高作物的生物量[10]。不施氮处理下根部氮素分配多，施氮处理的氮素分配至地上部[7]。本研究结果发现，木薯根茎叶等组织中的氮含量、氮积累量、氮素吸收强度、干物质积累量均随着施氮量的提高而增加，且随着施氮量提高，地上部氮素与干物质分配率增加，地下部氮素与干物质分配率反而降低，这与前人研究结果一致。说明施氮量增加，氮素分配至地上部，促进茎叶干物质积累，为后期块根生长提供物质基础；而不施氮条件下，会优先将氮素分配至根部，促进块根生长。此外，施氮量越高，氮素和干物质向地上部转移程度越大，当过量施氮时，则由于茎叶徒长而不利于养分向地下部转移，导致块根产量降低。

有研究表明木薯氮素积累量在块根膨大前期逐渐升高，块根膨大后期吸收强度逐渐减弱[4]；张耀华等[11]则认为，块根膨大期养分需求量最高；高志红等[7]认为木薯在中后期对氮的需求仍很大。但关于施氮量对木薯氮素吸收的影响研究较少。本研究结果发现，在茎秆分叉期后，施氮量增加能提高木薯氮素吸收强度和吸收比例，但过量施氮，在块根形成期与块根膨大初期的吸收比例反而降低。因此最适宜的木薯氮肥需求水平为N3处理，其氮素积累比例为幼苗期 ∶ 茎秆分叉期 ∶ 块根形成期 ∶ 块根膨大早期 ∶ 块根膨大中期=1 ∶ 1.71 ∶ 1.33 ∶ 0.73 ∶ 0.57。对于作物来说，按其需肥规律进行施肥，可有效提高作物对肥料的吸收利用率，促进植物快速生长[12]，因此，氮肥施用应主要集中在幼苗期至块根形成期，此时植株快速生长，吸收根发达，对养分的需求量大[10]，此时补施氮肥能有效提高木薯对氮素的吸收强度，有利于为后期木薯生长提供足够的养分。

有研究表明，过量供氮会抑制植物根系的生长，降低植株根冠比，从而降低产量[13]。过量施用氮肥会影响木薯根系的生长，从而降低根系向深层穿插的能力及其对深层养分、水分利用的能力[14]。张耀华等[11]对木薯的研究中发现，适量施氮能显著提高产量，但过量施氮会造成植株徒长而不抗风，茎叶生长量增加85%，鲜薯产量降低11%。本研究发现，当施氮量低于240 kg/hm2时，随着施氮量增加，各部位氮含量、积累量增加，使木薯块根干物质积累量、鲜薯产量和淀粉产量均显著提高，且在施氮量为240 kg/hm2时，各部位氮素分配均衡，各项指标均达到最佳水平。施氮量为360 kg/hm2时，由于过量施氮，虽然氮含量与氮素积累量增加，但主要分配至地上部，茎叶干物质积累量显著增加，导致茎叶徒长，根冠比显著降低，不利于块根形成，使其块根干物质积累量、鲜薯产量、淀粉产量均显著低于240 kg/hm2水平。因此适量施氮可提高鲜薯产量、淀粉产量，但过量施氮则会导致产量降低，这与前人研究结果一致。

综上所述，本研究得出木薯的最佳施氮量为240 kg/hm2，适宜施入比例为幼苗期 ∶ 茎秆分叉期 ∶ 块根形成期 ∶ 块根膨大早期 ∶ 块根膨大中期=1 ∶ 1.71 ∶ 1.33 ∶ 0.73 ∶ 0.57。本研究结果为木薯的科学施氮和生产管理提供了重要的理论和实践基础。

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