氮素不同控释期对甘薯光合特性及干物质积累与分配的影响

马存金 孔宪奎 李广华 谷彦冰 王娟 张哲 王庆美

摘要：以甘薯［Ipomoea batatas （L.） Lam.］品种济薯25为试材，在大田条件下，设置控释期为30 d（T30）、50 d（T50）、70 d（T70）、90 d（T90）4个氮素控释肥处理，以施用等量养分含量的普通复合肥作为对照（CK），研究不同氮素控释期对甘薯光合特性及干物质积累与分配的影响。结果表明，氮素适当控释（控释期30～70 d）提高了甘薯中后期（80～160 d）叶片光合性能，促进了干物质向地下部的快速积累和转运分配，甘薯中后期叶片光合指标、地下部干物质积累（积累量和积累速率）和分配（分配比例和根冠比）指标均明显高于对照，其中以T50、T70较好，收获期（160 d）2个处理净光合速率、叶绿素SPAD、地下部干物质积累量、根冠比分别比对照提高了14.01%、11.32%、21.75%、18.48%和15.62%、11.84%、20.65%、18.84%；当控释期达90 d时，后期（120～160 d）地下部干物质积累与分配指标均低于对照，说明氮素控释期过长不利于甘薯后期干物质向地下部的快速积累和转运分配。

关键词：甘薯［Ipomoea batatas （L.） Lam.］；氮素；控释期；光合特性；干物质积累与分配

中图分类号：S531；S143.1+5         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2024）01-0007-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.01.002 開放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of different controlled release periods of nitrogen on photosynthetic characteristics and dry matter accumulation and distribution of sweet potato

MA Cun-jin1，2， KONG Xian-kui2， LI Guang-hua2， GU Yan-bing1，2， WANG Juan1， ZHANG Zhe2， WANG Qing-mei3

（1.Public Employment and Talent Service Center of Sishui County， Sishui  273200， Shandong， China； 2.Sishui Lifeng Food Products Co.， Ltd.， Sishui  273200， Shandong， China； 3.Crop Research Institute， Shandong Academy of Agricultural Sciences/Scientific Observing and Experimental Station of Tuber and Root Crops in Huang-Huai-Hai Region， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Jinan  250100， China）

Abstract： Four nitrogen fertilizer treatments with different controlled release periods of 30 d（T30）， 50 d（T50）， 70 d（T70） and 90 d （T90） were set up in the field to investigate the effect of the controlled release periods of nitrogen on photosynthetic characteristics， dry matter accumulation and distribution of sweet potato［Ipomoea batatas （L.） Lam.］， with the cultivar JiShu25 as the test material and using common compound fertilizer with equal nutrient content as control （CK）. The results showed that the appropriate controlled release periods （30～70 d） of nitrogen improved the photosynthetic performance of sweet potato leaves in the middle and late stage （80～160 d）， and promoted the rapid accumulation and transfer of underground dry matter of sweet potato. The photosynthetic terms， dry matter accumulation （accumulation amount， accumulation rate） and distribution （distribution ratio， root-shoot ratio） index of sweet potato leaves in the middle and late stage were significantly higher than CK. Among them， the treatment with controlled release periods of nitrogen of 50 d and 70 d were better. The photosynthetic rate， chlorophyll SPAD， underground dry matter accumulation amount， root-shoot ratio of T50 and T70 increased by 14.01%， 11.32%， 21.75%， 18.48% and 15.62%， 11.84%， 20.65%， 18.84% in the harvest time （160 d）. Underground dry matter accumulation and distribution index in the late stage（120～160 d） were lower than CK when the controlled release periods of nitrogen achieved 90 d. This indicated that long controlled release periods of nitrogen had an inhibiting effect on the rapid accumulation and transfer of underground dry matter of sweet potato.

Key words： sweet potato ［Ipomoea batatas （L.） Lam.］； nitrogen； controlled release period； photosynthetic characteristics； dry matter accumulation and distribution

收稿日期：2022-10-16

基金项目：泰山产业领军人才工程专项（LJNY202113）

作者简介：马存金（1989-），男，山东新泰人，农艺师，硕士，主要从事植物营养及作物栽培研究，（电话）15020356120（电子信箱）1045939676@qq.com；通信作者，王庆美（1964-），女，研究员，博士，主要从事甘薯遗传育种与栽培研究，（电子信箱）wang-qm@163.com。

甘薯［Ipomoea batatas （L.） Lam.］是块根作物，是重要的粮食、饲料、工业原料作物和新兴能源作物，具有高产稳产、抗旱耐瘠、适应性广、营养丰富等特点［1］。甘薯块根的干物质含量是甘薯重要的经济性状［2］，显著影响甘薯收获时的生物总干物质量和块根干物质量［3］，其与甘薯营养成分种类、食用口感、加工适应性与利用方向等密切相关，且受品种、气候、土壤、肥料与密度等因素的影响［4］。

茎蔓和块根的协调生长是甘薯取得高产的关键，而氮肥对茎蔓的生长和薯块的膨大以及二者的协调生长有较大的影响［5］。研究显示，合理的氮肥供应能促进甘薯地上茎叶生长，提高叶片叶绿素含量和光合速率，延缓叶片衰老，增加地下块根产量［6，7］，而过高的氮肥供应会延迟结薯、导致地上部旺长、地上部和地下部生长失调、降低块根产量［8］。同时有研究表明，氮肥分施既能保障甘薯生育前期拥有较高的光合性能，又能提高生育后期甘薯叶片叶绿素含量，延缓叶片衰老，保障光合生理机制的高效运转，增加生物量积累［9］。安建刚等［10］的研究表明，定量氮肥分2期或分3期施用显著提高甘薯块根产量、单薯重、氮肥利用率和甘薯品质，且没有旺长现象。而控释氮肥可以根据甘薯需肥特点来调控不同时期释放量，具有肥效长、肥料利用率高等特点，能实现简化施肥、省工省力和控制旺长等目的［11］。因此，合理施用氮肥能避免甘薯植株早衰、旺长等，对于发挥甘薯高产高效特性、增加种植效益、提高薯农种植甘薯的积极性至关重要［12］。

前人对玉米、小麦、水稻等常规作物氮肥施用技术已有大量的研究［13］，而对于甘薯的研究较少，并且大多集中在氮素用量［14］、氮素形态［15，16］等方面，而对氮素施用时期和控释氮肥在甘薯上的研究相对较少。本试验通过设置氮素不同释放期，研究氮素不同控释期对甘薯光合特性及干物质积累与分配的影响，旨在探明氮素的最佳控释期，为指导甘薯大田生产中氮素的合理施用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021年5月10日在山东省临沭县青云镇庙庄村进行。供试作物为济薯25，属高淀粉型甘薯品种；供试肥料分为普通复合肥和控释肥（控释氮素占总氮素的比例为62.50%，氮素释放期分别为30、50、70、90 d），二者氮、磷、钾养分含量相同，分别为16%、6%、26%，均由金正大生态工程集团股份有限公司提供。土壤有机质含量为10.70 g/kg，全氮含量为0.78 g/kg，碱解氮含量为59.20 mg/kg，速效磷含量為43.25 mg/kg，速效钾含量为92.70 mg/kg，pH为5.30。

1.2 试验设计

试验共设5个处理，分别为对照（CK），普通复合肥；T30，氮控释期为30 d的控释肥；T50，氮控释期为50 d的控释肥；T70，氮控释期为70 d的控释肥；T90，氮控释期为90 d的控释肥，各处理肥料用量均为600 kg/hm2。随机区组排列，重复3次，每小区面积均为80 m2（8 m×10 m），行距为80 cm，株距为27 cm。肥料于起垄时施入，施用方式为条施。甘薯起垄、移栽时间为2021年5月13日，收获时间为2021年10月20日，甘薯生长期间其他肥料、农药和各农事操作一致，并做好数据记录和测量。

于甘薯移栽后40、80、120、160 d，每小区随机选5株测定光合指标（叶片净光合速率和叶绿素SPAD）和取样，取样时将地上部茎叶和地下部根系分开，分别称量地上部和地下部鲜重。测定完成后，将各器官105 ℃杀青30 min后于80 ℃烘至恒重，测定地上部和地下部干物质积累量，并计算干物质积累速率。

1.3 测定项目与方法

叶绿素SPAD（叶绿素相对含量）采用手持式叶绿素仪测定；光合速率采用CIRAS-II型便携式光合仪（PP-system）测定，采用开放式光路，于晴天10：00时测定，甘薯移栽后40、80、120、160 d分别测定       1次，测定同一叶位叶片净光合速率，以LED为光源，光合有效辐射量（PAR）为1 600 μmol/（m2·s），CO2浓度为360 μmol/mol。各器官鲜重、干重采用称量法。根冠比=地下部干重/地上部干重。

1.4 数据分析

数据采用 SPSS19.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理甘薯光合特性的变化

由表1可知，随着生育期的推进，甘薯叶片净光合速率和叶绿素SPAD均呈先升后降的趋势，于移栽后80 d达最大值。不同处理间甘薯叶片光合特性表现为移栽后40 d控释肥处理光合指标略高于对照，但与对照无显著差异；栽后80、120、160 d控释肥处理光合指标显著高于对照（P<0.05），其中以T50和T70较高，160 d时2个处理净光合速率、叶绿素SPAD分别比对照提高14.01%、11.32%和15.62%、11.84%。这说明与普通复合肥相比，氮素控释处理有利于提高甘薯中后期叶片的光合性能，延缓叶片的衰老，保证薯块中干物质积累所需光合产物的持续供给。

2.2 不同处理甘薯干物质积累的变化

地上部干物质积累量表现为移栽后40 d控释肥各处理与对照无显著差异；移栽后80、120、160 d控释肥各处理均高于对照，以T50和T70较高（表2）；地上部干物质积累速率则表现为40～120 d控释肥各处理高于对照，120～160 d地上部干物质积累速率明显下降，下降速率高于对照（表3）。地下部干物质积累量表现为移栽后40 d各处理间无显著差异；移栽后80、120、160 d时T30、T50、T70处理均显著高于对照（P<0.05），以T50和T70较高，其中160 d时T50和T70处理地下部干物质积累量分别比对照提高了21.75%和20.65%，而T90处理低于对照；地下部干物质积累速率在移栽后0～40 d无显著差异，40～160 d时T30、T50、T70处理均高于对照，其中T50和T70与对照的差异均达显著水平（P<0.05），而T90处理前期（40～80 d）高于对照，后期（80～160 d）低于对照。以上结果表明，氮素适当控释（控释期30～70 d）有利于促进甘薯中后期地下部干物质的快速积累，其中以控释期50 d和70 d效果较好，当控释期达90 d时，对甘薯中后期地下部干物质的快速积累不利。

2.3 不同处理甘薯干物质分配的变化

由表4、表5可以看出，氮素控释改变了干物质在地上部和地下部的分配。T30、T50、T70处理地上部干物质占比均低于对照，而T90处理后期（120、160 d）高于对照，且随氮素控释期的延长，各生育期地上部干物质占比呈先降后升的趋势，其中以T50、T70处理较低。T30、T50、T70处理甘薯地下部干物质占比和根冠比明显高于对照，而T90处理后期（120、160 d）2个指标均低于对照；随氮素控释期的延长，2个指标呈先升后降的趋势，以T50、T70处理较高，其中收获期（160 d）2个处理地下部干物质占比、根冠比分别提高了4.33%、18.48%和4.39%、18.84%。以上结果表明，氮素适当控释（控释期30～70 d）有利于促进甘薯中后期干物质向地下部转运和分配，提高根冠比，其中以控释期为50、70 d较好，而氮素控释期达90 d时，不利于促进甘薯后期干物质向地下部转运和分配。

3 讨论

光合作用是作物生长发育和产量形成的生理基础，光合效率的高低决定作物产量的高低［17］。氮肥合理施用一直是调控光合作用、促进产量提高的重要措施［18］。研究显示，追施氮肥可改善植株氮素营养，减缓叶绿素降解，提高叶片光合作用和光合利用效率［19］。杜祥备等［9］的研究表明，氮肥一次性基施或追施均不利于提高甘薯叶片光合性能，减氮20%水平下，50%基施+50%追施可减缓叶片早衰，延长叶片功能期，提高甘薯的光合生产能力和生物量。本研究表明，不同处理间甘薯叶片光合特性表现为移栽后40 d控释肥处理光合指标略高于对照，但差异不显著；移栽后80、120、160 d控释肥处理光合指标明显高于对照，其中以氮素控释期为50、70 d的控释肥较高，160 d时2个处理净光合速率、叶绿素SPAD分别提高了14.01%、11.32%和15.62%、11.84%。这说明与普通复合肥相比，氮素控释（后移）处理有利于提高甘薯中后期叶片的光合性能，延缓叶片的衰老，保证薯块中干物质积累所需光合产物的持续供给，其中以氮素控釋期为50、70 d的控释肥较好。

干物质积累及其分配是甘薯品质育种与栽培的重要研究内容，源流库学说是干物质积累与分配研究的理论基石［20］。植物的生产过程实际上是光合作用制造有机物的过程，作物目标产量的高低还取决于干物质向目标器官分配的多少［21］。研究表明，适量施氮可促进甘薯地上部快速生长，保障干物质生产及其合理分配，提高块根产量［22］；不合理施用氮肥甘薯地上部分会出现旺长，消耗大量养分，导致养分向下转移减少，影响产量［23］。氮肥分次施用或分不同时期施用，可促进植株干物质积累与合理分配，提高块根产量［8］。董月等［24］的研究显示，同等施氮量情况下，甘薯氮肥一次性基施不利于甘薯前期干物质向地下部转移及后期产量形成，氮肥适当后移，基施与追施相结合能够促进干物质向甘薯地下部转移，促进薯块膨大，提高产量。李红光［13］的研究表明，甘薯配方控释肥处理较同等含量普通复合肥处理增产30%以上，效果显著。本研究结果显示，氮素适当控释（控释期30～70 d）优化了甘薯干物质的积累与分配，促进了干物质向地下部的快速积累和转运分配。甘薯中后期地下部干物质积累（积累量和积累速率）和分配（分配比例和根冠比）指标均明显高于对照，其中以控释期50 d和70 d较好，收获期（160 d）这2个控释期的控释肥处理地下部干物质积累量、根冠比分别提高21.75%、18.48%和20.65%、18.84%；当控释期达90 d时，后期（120～160 d）地下部干物质积累与分配比例均低于普通复合肥，说明氮素控释（后移）过长不利于甘薯中后期干物质向地下部的快速积累和转运分配。

4 小结

氮素适当控释（控释期30～70 d）提高了甘薯中后期叶片光合性能，优化了甘薯干物质的积累与分配，其中以控释期50 d和70 d处理效果较好，氮素控释期达90 d时不利于甘薯干物质积累与分配。因此，在实际生产中应科学施用控释肥，合理把握氮素控释期。

参考文献：

［1］ 刘 明，李洪民，张爱君，等.不同氮肥与密度水平对鲜食甘薯产量和品质的影响［J］.华北农学报，2020， 35（1）：122-130.

［2］ TOMLINS K， OWORI C， BECHOFF A， et al. Relationship among the carotenoid content， dry matter content and sensory attributes of sweet potato［J］. Food chemistry， 2012，131（1）：14-21.

［3］ WOOLFE J A. Sweet potato： An untapped food resource［M］.Cambridge UK： Cambridge university press， 1992.41-42.

［4］ RUKUNDO P， SHIMELIS H， LAING M， et al. Storage root formation， dry matter synthesis， accumulation and genetics in sweet potato［J］. Australian journal of crop science， 2013，7（13）：2054-2061.

［5］ 吴春红，刘 庆，孔凡美，等.氮肥施用量对不同紫甘薯品种产量和氮素效率的影响［J］.作物学报，2016，42（1）：113-122.

［6］ 宁运旺，曹炳阁，马洪波，等.氮肥用量对滨海滩涂区甘薯干物质积累、氮素效率和钾钠吸收的影响［J］.中国生态农业学报，2012，20（8）：982-987.

［7］ 陈晓光，李洪民，张爱君，等.不同氮水平下多效唑对食用型甘薯光合和淀粉积累的影响［J］.作物学报，2012，38（9）：1728-1733.

［8］ 段文学，张海燕，解备涛，等.甘薯氮素营养研究进展［J］.西北农业学报，2015，24（12）：14-23.

［9］ 杜祥备，王家宝，刘小平，等.减氮运筹对甘薯光合作用和叶绿素荧光特性的影响［J］.应用生态学报，2019，30（4）：1253-1260.

［10］ 安建刚，敬 夫，丁 祎，等.氮肥分期运筹对套作甘薯产量、品质及氮素效率的影响［J］.作物学报， 2018，44（12）：1858-1866.

［11］ 张 木，唐拴虎， 张发宝，等.60天释放期缓释尿素可實现早稻和晚稻的一次性基施［J］.植物营养与肥料学报，2017， 23（1） ：119-127.

［12］ 孙泽强，董晓霞，王学君，等.施氮量对多用型甘薯济薯21产量和养分吸收的影响［J］.山东农业科学，2013， 45（11）：70-73.

［13］ 李红光.包裹型控释肥的养分释放特征及其在主要农作物上的肥效研究［D］.山东泰安：山东农业大学，2006.

［14］ 姚立春，谭学留，姜 新.不同施氮量对食用甘薯生长及产量的影响［J］.安徽农业科学，2015，43（23）：33-35.

［15］ 史春余，张晓冬，张 超，等.甘薯对不同形态氮素的吸收与利用［J］.植物营养与肥料学报，2010，16（2）：389-394.

［16］ WALKER D W， POCHE K J， POCHE E M. Cultivar differences for nitrogen uptake and dry matter partitioning in hydroponically-grown sweet potato［J］. Communications in soil science and plant analysis，1989，20（5-6）：567-580.

［17］ 张向前，曹承富，乔玉强，等.不同土壤水分条件对小麦光合生理和产量的影响［J］.西北农业学报，2015，24（4）：44-50.

［18］ 武文明，陈洪俭，李金才，等.氮肥运筹对孕穗期受渍冬小麦旗叶叶绿素荧光与籽粒灌浆特性的影响［J］.作物学报，2012，    38（6）：1088-1096.

［19］ 郑顺林，杨世民，李世林，等.氮肥水平对马铃薯光合及叶绿素荧光特性的影响［J］.西南大学学报（自然科学版），2013，35 （1）：1-9.

［20］ 宁运旺，马洪波，张 辉，等.甘薯源库关系建立、发展和平衡对氮肥用量的响应［J］.作物学报，2015， 41（3）：432-439.

［21］ 黄智鸿，申 林，曹 洋，等.超高产玉米与普通玉米源库关系的比较研究［J］.吉林农业大学学报，2007， 29（6）：607-615.

［22］ 陈晓光，丁艳锋，唐忠厚，等.氮肥施用量对甘薯产量和品质性状的影响［J］.植物营养与肥料学报，2015， 21（4）： 979-986.

［23］ 吴海云，侯 松，刘 庆，等.施氮量和栽插密度对甘薯群体发育和产量形成的影响［J］.江苏师范大学学报（自然科学版），2019， 37（1）：35-39.

［24］ 董 月，王会方，汪吉东，等.氮肥运筹对甘薯干物质累积及氮素吸收的影响［J］.江苏师范大学学报（自然科学版），2017，35（2）：23-26.