甘薯茎叶徒长对氮肥的响应及其表征指标研究

段文学 张海燕 解备涛 汪宝卿 张立明

摘要：在大田条件下，以济薯18、紫罗兰、济薯25、广薯87和徐薯32共5个甘薯品种为试材，设置不施氮（N0）和施纯氮120 kg/hm2（N1）、240 kg/hm2（N2）3个处理，研究不同品种的耐氮性和徒长程度，并运用多元统计分析方法对植株地上部茎叶生长指标进行统计分析，明确可表征甘薯茎叶徒长的田间指标。结果表明，不同品种耐氮性不同，徒长程度亦明显不同，其中徐薯32和广薯87为较耐氮品种，在高氮下产量较高，徒长程度轻；济薯25和济薯18居中；紫罗兰对氮肥最为敏感，极易徒长。根据田间测定指标的相关分析、主成分分析和灰色关联度分析结果表明，甘薯植株栽后50天主茎第三节间长和第三片展开叶叶柄长可有效反映收获期地上部鲜重，主茎第一节间长、第二节间长和第三片展开叶叶柄长可有效反映收获期T/R值，栽后50天主茎第三片展开叶叶柄长可作为茎叶徒长的表征指标。本研究可为甘薯生产提供耐肥品种，同时为控制徒长的适宜时机提供判断指标。

关键词：甘薯；氮肥；茎叶徒长；表征指标

中图分类号：S531.01文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）02-0033-05

Abstract We studied the nitrogen tolerance and vine overgrowth of sweet potato varieties Jishu 18， Violet， Jishu 25， Xushu 32 and Guangshu 87 treated with no nitrogen （N0）， 120 kg/hm2 （N1） and 240 kg/hm2 （N2） of pure nitrogen treatments under field conditions. The growth indexes of stems and leaves aboveground were subjected to multivariate statistical analysis， and the field characteristic indicators of vine overgrowth of sweet potatoes were confirmed. The results revealed that different varieties had different levels of nitrogen tolerance and vine overgrowth. Compared with the other varieties， Xushu 32 and Guangshu 87 were more resistant to nitrogen evidenced by their higher yield and lower vine overgrowth degree under high nitrogen levels. Jishu 25 and Jishu 18 exhibited moderate nitrogen tolerance， whereas Violet demonstrated extreme sensitivity to nitrogen with high overgrowth degree. The correlation， principal component， and gray correlation analyses of the field indicators showed that the third internode length and the petiole length of the third unfolded leaf of the main stem on the 50th day after planting could effectively reflect the fresh weight aboveground at harvest stage. The first and second internode lengths and the petiole length of the third unfolded leaf of the main stem could reflect the T/R value at harvest stage. The petiole length of the third unfolded leaf of the main stem on the 50th day after planting could be used as a characteristic indicator of vine overgrwoth. This study provided references for screening fertilizer-tolerant varieties and judging the suitable time for controlling the vine overgrowth of sweet potato.

Keywords Sweet potato； Nitrogen fertilizer；Vine overgrowth；Characteristic index

甘薯（Ipomoea batatas L.）高產、稳产、抗逆性强、适应性广，是我国第四大粮食作物，而且是重要的工业原料、饲料、新型能源及减灾作物，种植面积和产量分别约占世界的40%和70%[1]。近年来，甘薯种植效益较高，使得它不仅种植在丘陵薄地，肥力较好的平原地块种植面积亦有扩大，加之甘薯生产中重施氮肥，结果茎叶生长过旺，这已经成为甘薯高产的主要障碍。在高肥力条件下，甘薯叶片中氮浓度高，干物质分配在地上部的多、分配在块根中的少[2]。增施氮肥能够提高叶片叶绿素含量和光合速率，氮素过多使同化面积过大，茎叶徒长，群体中下部受光变差，加快叶片衰老速度，冠层光合性能下降，从而导致产量降低[3，4]。在一定范围内，甘薯茎叶重随施氮量增加而增加，当土壤水解氮超过70 mg/kg时甘薯植株容易徒长，经济产量大幅下降[5，6]。甘薯地上部和地下部协调生长及其与块根产量的关系受氮肥的影响，在相同的环境条件下，还与品种特性有关，不同甘薯品种氮素利用特性存在差异[7-11]。就目前看，甘薯生产中缺乏较为耐氮（肥）的品种，同时对表征甘薯茎叶徒长的指标亦少见研究。本试验采用不同基因型甘薯品种，设置不同的施氮量处理，研究不同品种茎叶徒长对氮肥的响应，并通过对不同处理下甘薯产量、T/R值、地上部鲜重与茎叶生长相关指标的多元统计分析，明确茎叶徒长表征指标，以期为甘薯生产提供耐肥品种，同时为控制徒长的适宜时机提供判断指标。

1 材料与方法

1.1 试验材料及设计

试验于2014年在山东省农业科学院作物研究所试验田进行。试验地为轻壤土，0～20 cm耕层土壤含有机质13.5 g/kg、碱解氮75.6 mg/kg、速效磷55.3 mg/kg、速效钾97.6 mg/kg。试验选取济薯18、紫罗兰、济薯25、广薯87、徐薯32共5个甘薯品种。每个品种设置3个施氮量处理，即纯氮量分别为0、120、240 kg/hm2，记作N0、N1、N2。采用随机区组设计，重复3次。小区面积为4.5 m×6 m=27 m2，每小区种植144株。氮、磷、钾肥分别为尿素（含N 46%）、重过磷酸钙（含P2O5 46%）和硫酸钾（含K2O 50%），施用量P2O5 75 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，与氮肥一次性基施。6月17日栽植，10月20日收获，管理措施同大田。

1.2 测量指标及方法

于栽后50天取样调查植株主茎长、基部茎粗、主茎第一节间长（主茎生长点顶端到第一片展开叶叶柄）、第二节间长（第一片展开叶叶柄到第二片展开叶叶柄）、第三节间长（第二片叶叶柄到第三片展开叶叶柄）、第四节间长（第三片展开叶叶柄到第四片展开叶叶柄）、主茎第一片展开叶和第四片展开叶SPAD值和主茎第一到第四片展开叶叶柄长、叶长、叶宽等指标。收获期测定单株结薯数、单株薯重和鲜薯产量。

1.3 数据处理

数据整理与分析采用Microsoft Excel 2013软件；运用SPSS 17.0软件进行差异显著性检验（新复极差法）、简单相关分析、主成分分析及灰色关联度分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种耐氮性及其徒长程度比较

由表1可以看出，随施氮量增加，各品种地上部鲜重、T/R值均显著提高，单株薯重和块根产量均显著降低。正常型春薯植株收获期T/R值为0.4～0.5，夏薯为0.6左右，徒长型植株收获期T/R值多在1以上[3]。本研究中，不同品种对氮肥的耐受性存在显著差异，徒长程度亦明显不同。在N0条件下，济薯18、徐薯32、济薯25、广薯87收获期T/R值在0.54～0.65之间，紫罗兰为1.26；各品种在N1和N2中高氮条件下T/R值均大于1，地上部鲜重和T/R值显著提高，块根产量显著降低，其中以紫罗兰降幅最大，徐薯32降幅最小。综合各项指标，徐薯32和广薯87为较耐肥品种，在高氮下产量较高，徒长程度轻，济薯25和济薯18居中，紫罗兰对氮肥最为敏感，极易徒长。

2.2 各田间性状指标的相关性分析

各田间指标的相关分析如表2所示，收获期地上部鲜重与栽后50天主茎长、主茎第四节间长、第二片展开叶叶面积、第三片展开叶叶面积、第四片展开叶叶面积呈显著正相关，与第三片展开叶叶柄长、第四片展开叶叶柄长、第三节间长、第一片展开叶叶柄长、第一片展開叶叶面积、第一节间长、第二节间长呈极显著正相关；收获期T/R值与栽后50天主茎第一片展开叶叶面积、第三片展开叶叶面积、第三片展开叶叶柄长、第四片展开叶叶柄长呈显著正相关，与第四节间长、第三节间长、第二节间长、第一节间长、第二片展开叶叶面积、主茎长、第四片展开叶叶面积呈极显著正相关。

2.3 各田间性状指标的主成分分析

主成分分析可在损失较少信息量的前提下，把较多测试指标转化为少量综合指标，有效地浓缩数据和简化指标。主成分分析结果如表3所示，前3个主成分的累计贡献率已达89.51%，故提取前3个主成分作为数据分析的有效成分，这样可将原来18个单项指标转换为3个新的相互独立的综合指标，并代表了原始指标携带的绝大部分信息。主成分1中主要包括主茎第三展开叶叶柄长、第一片展开叶叶面积、第二片展开叶叶面积、第三节间长、第四片展开叶叶柄长和第四片展开叶叶面积；主成分2中主要包括基部茎粗、第一片展开叶叶色值、第二片展开叶叶柄长、主茎长；主成分3中主要包括第一片展开叶叶色值、第四片展开叶叶色值、第一片展开叶叶柄长。

2.4 各田间性状指标的灰色关联度分析

灰色关联度分析结果如表4和表5所示，收获期地上部鲜重与主茎第三片展开叶叶柄长、第三节间长、第一片展开叶叶柄长、第二节间长、第四片展开叶叶柄长有较高的关联度；收获期T/R值与主茎第二节间长、第一节间长、第三片展开叶叶柄长、第四节间长、第四片展开叶叶面积有较高的关联度。

2.5 茎叶徒长表征指标

根据田间测定指标的相关分析、主成分分析和灰色关联度分析，甘薯植株栽后50天主茎第三节间长和第三片展开叶叶柄长可有效反映收获期地上部鲜重，栽后50天主茎第一节间长、第二节间长和第三展开叶叶柄长可有效反映收获期T/R值，栽后50天主茎第三片展开叶叶柄长可作为甘薯茎叶徒长的表征指标，供甘薯实际生产中参考。

3 讨论与结论

氮肥对甘薯产量形成影响显著，施氮量低可促进块根生长，限制茎叶生长，但因总干物质积累受影响，块根产量较低；在一定范围内，增施氮肥可提高甘薯干物质生产能力和块根产量；而施氮量过高会延迟结薯，氮素主要分配于地上部茎叶中，氮素营养过剩，导致地上部旺长，块根产量降低[3，12-14]。安霞等[15]研究指出，在甘薯大田生产条件下，分别施用酰胺态氮、硝态氮和铵态氮三种形态氮肥，以硝态氮肥处理的氮肥利用率最高。泽畑秀[16]研究指出，在多肥条件下‘金千贯品种繁茂程度较好，叶大，叶片氮素质量分数低，产量高；而‘九州65品种繁茂程度差、叶片氮素质量分数高、在多肥条件下减产率高。徒长型甘薯氮素含量大于高产型和中产型品种。Kelm等[8]研究表明，与地上部生长势弱的品种相比，地上部长势较强的甘薯品种的干物质和氮素向块根转移效率较低。徐聪等[10]研究指出，短蔓品种在高氮条件下能更好地调节地上部与块根中氮素的比例，将更多的氮素用于块根生长。本研究表明，短蔓型品种徐薯32和广薯87在高氮条件下产量较高，长蔓型品种紫罗兰和济薯18则减产严重，这可能与短蔓型品种可将较多氮素转移至块根，而地上部茎叶氮素积累较少有关。近年来，甘薯种植效益较高，其不仅种植在丘陵薄地，在平原肥沃地种植甘薯的农民越来越多，加之氮肥的偏重施用，使得甘薯徒长严重，因此，在地力较好的地块，可考虑不施氮肥，并选用耐氮性高的品种，从而提高种植效益。

水稻徒长表现为苗纤弱细长，叶色淡绿，拔节提早，节间伸长，叶片与茎交角增大等[17]。黄瓜幼苗徒长表现为苗株高、下胚轴长度显著高于正常苗，其C/N比值显著低于正常苗，碳水化合物积累少，碳氮代谢失调[18]。甘薯徒长的田间长势一般为地上部茎叶生长茂盛，难见垄沟，茎尖上挑，叶片肥大，茎蔓过长等。前人研究认为，当叶片中含氮量达4%以上时，甘薯茎叶容易徒长，产量降低，但前人对正常型和徒长型甘薯植株生长形态、碳氮代谢及激素生理的对比研究较少，对能够表征其徒长的指标则未见报道。本研究运用多元统计分析方法对甘薯植株地上部茎叶生长指标进行统计分析，结果表明，甘薯植株栽后50天主茎第三节间长和第三片展开叶叶柄长可有效反映收获期地上部鲜重，主茎第一节间长、第二节间长和第三片展开叶叶柄长可有效反映收获期T/R值，栽后50天主茎第三片展开叶叶柄长可作为茎叶徒长的表征指标，供生产中控制旺长提供参考。

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