氮水耦合对甘薯生长发育及产量的影响

　　摘要：采取二因素裂区设计，设置 3 个灌溉量(0、50、100 mm，记为 W0、W1、W2) 和 4 个施氮量(0、90、180、300 kg /hm2，记为 N0、N1、N2、N3)，研究不同氮水条件对甘薯叶面积指数、干质量、产量及水肥利用率的影响，以期为甘薯生产中水肥调控措施的选择提供理论依据。结果表明，各生育时期甘薯叶面积指数、地上部干质量、总干质量均随着灌溉量和施氮量的增加而增加。各生育时期甘薯块根干质量、单株结薯数和单个薯块平均质量、产量均随着灌溉量的增加而增加，随着施氮量的增加先增加后降低，以 W2N2 处理最优，其产量达 48 828.30 kg/hm2，显著高于其他氮水处理。甘薯水分利用效率随着灌溉量的增加后降低，随着施氮量的增加先增加后降低，以 N2 处理最高。氮肥农学利用率随着灌溉量的增加先增加后趋于平稳，W1 和 W2 处理均较高，两者差异不显著;随着施氮量的增加而降低。综合考虑，甘薯最佳氮水处理为施氮 180 kg/hm2，灌溉量 100 mm。

　　关键词：甘薯;氮水耦合;叶面积指数;干物质积累;产量

　　权宝全; 任杰成; 赵吉平; 郭鹏燕; 许瑛河南农业科学2021-12-11

　　甘薯是一种多用途的农作物，因其特有的经济价值和营养保健作用而日益受到重视。目前，我国甘薯种植面积和产量均居世界首位[1]。规范栽培管理、合理调控水肥是甘薯获得高产的重要途径。氮、水是作物获得高产的必备因素，通过氮水调节，能显著影响作物的产量[2-3]。张明生等[4]研究发现，水分胁迫程度越大，甘薯块根质量越低。肖利贞等[5]研究发现，干旱胁迫会使甘薯幼苗的成活率下降，且随胁迫持续时间增长下降程度越大，茎叶等地上部生长明显减慢。张静等[6]研究发现，干旱(水分)胁迫影响了甘薯块根中可溶性糖(蔗糖)/淀粉的平衡调节能力，使蔗糖转化为淀粉的生理过程受到抑制，显著降低块根淀粉累积量和产量。PARDALE 等[7] 研究发现，任何时期的干旱胁迫均能使甘薯根长、表面积和体积减少，而这些指标决定了甘薯对土壤中水分和养分的吸收，从而影响产量的形成。范建芝等[8]研究发现，随着氮肥施用量的增加，甘薯产量先增后减，在产量峰值时，氮肥利用率最高。高璐阳等[9]研究发现，适量增施氮肥可增加单株结薯数量、单株薯质量、商品薯率，提高肥料利用效率。目前，关于甘薯的研究主要集中在氮或水单一因素的影响方面，而氮水耦合对甘薯的影响研究较少，李长志等[10]采用盆栽试验研究发现旱后供水、供水+氮均对甘薯前期干旱胁迫具有显著的缓解效应;旱后供水、供水+氮处理可显著促进甘薯的营养生长与干物质积累，旱后供水+氮处理的效应高于旱后供水处理;旱后供水+氮处理可显著提高甘薯茎叶的含氮量，与正常供水处理相比，甘薯产量仅减产 2.7%，差异不显著，旱后供水+氮处理更有利于甘薯缓解干旱胁迫，但该试验中施氮量和供水没有设置梯度，且仅仅研究干旱后水肥对甘薯生长及产量的影响。目前，对于正常条件下，甘薯的最佳水肥组合研究尚未见报道。为此，研究不同施氮量与不同灌水量组合对甘薯生长发育、产量、氮肥农学利用率、水分利用率的影响，以期为甘薯生产中水肥调控措施的选择提供理论依据。

　　1 材料和方法 1.1 试验地概况和试验材料

　　试验在山西省汾阳市刘老大甘薯专业合作社试验田进行。试验地土壤为砂壤土，含有机质 13.7 g/kg、碱解氮 74.0 mg/kg、速效磷 31.7 mg/kg、速效钾 110.6 mg/kg，pH 值为 8.12。供试甘薯品种为汾甘薯3号，由山西农业大学经济作物研究所提供。

　　1.2 试验设计

　　试验采用灌溉量(W)和施氮量(N)双因素裂区设计，其中，灌溉量设3个水平，分别为基本灌溉量500 m3 /hm2(50 mm+0 mm，W0)、基本灌溉量+500 m3 /hm2(50 mm+50 mm，W1，较低)和基本灌溉量+1 000 m3 /hm2(50 mm+100 mm，W2，较高);施氮(N)量设4个水平，分别为不施氮肥(N0)、90 kg/hm2 (N1,低)、180 kg/hm2 (N2，中)和300 kg/hm2 (N3，高)，共12个处理。试验设3个区：灌溉区W0、W1和W2，各含4个施氮量处理，每个处理3次重复，每个小区铺设滴灌带，甘薯移栽当日灌溉达基本灌溉量水平。各处理在各区内随机排列。各区分别接水表进行灌溉计量。磷肥和钾肥用量分别为 P2O5 120 kg /hm2、K2O 90 kg /hm2，所有肥料全部作基肥施用。栽植行距80 cm、株距20 cm，密度为60 000株/hm2，小区面积为20 m2，单株栽苗，试验地周围设置保护行。2020年5月7日栽植，7月24日进行灌溉处理，9月30日收获。

　　1.3 测定项目及方法 1.3.1 叶面积指数

　　于栽植后30 d、60 d、90 d、120 d和145 d(收获期)，每个处理随机连续取5株，采用长宽系数法测定叶面积，叶面积(cm2)=长×宽，然后依据种植密度，计算叶面积指数，叶面积指数(LAI)=单株叶面积×0.6(经验系数)× 密度(株数/hm2)/10 000[11]。

　　1.3.2 干物质积累量

　　于栽植后 30 d、60 d、90 d、120 d 和 145 d(收获期)，在每个处理随机连续取 5 株，采集地上部茎叶与地下部薯块样品，在 60 ℃下烘干至恒质量，测定干质量。

　　1.3.3 产量及其构成因素

　　收获时，将测产区内的块根全部挖出，然后以小区为单位称块根鲜质量，调查单株结薯数、单个薯块平均质量和鲜薯产量(≥20 g 薯块计入产量)。

　　1.3.4 水、氮利用效率

　　水分利用率=产量/耗水量(不考虑自然降雨量);氮肥农学利用率=(施氮处理的产量-不施氮处理的产量)/施氮量。

　　1.4 数据分析

　　采用 Excel 2003 和 SPSS 17.0 进行数据处理和统计分析。

　　2 结果与分析 2.1 氮水耦合对甘薯叶面积指数的影响

　　由表 1 可以看出，在甘薯栽植后 60 d 内，灌溉量对甘薯叶面积指数无显著影响;在甘薯栽植后 90～145 d，灌溉量对甘薯叶面积指数的影响均达到极显著水平，各生育时期叶面积指数均随灌溉量的增加而增加，以 W2 处理最高，分别为 3.57、4.69 和 4.23。施氮量对甘薯叶面积指数的影响达到极显著水平，且随着施氮量的增加甘薯各生育时期的叶面积指数均增加，以 N3 处理最高，分别为 0.91、2.37、3.48、4.64、4.24。施氮量和灌溉量互作对甘薯叶面积指数的影响达到极显著水平。在甘薯栽植后 30 d 时，各灌溉量条件下，N2 和 N3 处理的叶面积指数均无显著差异，且显著高于 N0 和 N1 处理，以 W0N3、W1N3、W2N3 处理较高，三者间无显著差异;在甘薯栽植后 60 d 时，叶面积指数也以 W0N3、W1N3、W2N3 处理较高，三者间无显著差异;在甘薯栽植后 60～145 时，W2N3 处理的叶面积指数均最高，分别为 3.90、5.12、4.74，显著高于其他处理，W2N2 和 W1N3 处理次之，分别为 3.67、4.94、4.29 和 3.55、4.49、4.13。

　　2.2 氮水耦合对甘薯干物质积累量的影响 2.2.1 地上部干质量

　　从表 2 可以看出，在甘薯栽植后 60 d 内，灌溉量对甘薯地上部干质量无显著影响;在甘薯栽植后 90～145 d，灌溉量对甘薯地上部干质量的影响均达到极显著水平，各生育时期地上部干质量均随灌溉量的增加而增加，以 W2 处理最高。施氮量对甘薯各生育时期地上部干质量的影响均达到极显著水平，各时期地上部干质量总体上均随施氮量的增加而增加。在甘薯栽植后 60～145 d，灌溉量和施氮量互作对甘地上部干质量的影响达到显著或极显著水平，总体上各个生育时期 W2N3 处理地上部干质量均最高，分别为 195.30、267.10、266.54g，显著高于其他处理，W1N3、W2N2 处理次之。

　　2.2.2 块根干质量

　　由表 3 可以看出，在甘薯栽植后 60 d 内，灌溉量对甘薯块根干质量无显著影响;在甘薯栽植后 90～145 d，灌溉量对甘薯块干质量的影响均达到极显著水平，各生育时期块根干质量均随灌溉量的增加而增加，以 W2 处理最高。在甘薯栽植后 60～145 d，施氮量对甘薯块根干质量的影响均达到极显著水平。栽植后 60 d，块根干质量随施氮量的增加而增加;栽植后 90～145 d，块根干质量随施氮量的增加先增加后降低，以 N2 处理最高，显著高于其他处理。栽植后 60 d 内，灌溉量和施氮量互作对块根干质量的影响不显著;栽植后 90～145 d，灌溉量和施氮量互作对块根干质量的影响达到显著或极显著水平，均以 W2N2 处理最高，显著高于其他处理，分别为 80.38、143.46、240.47 g/株，W2N1 处理次之。

　　2.2.3 总干质量

　　由表 4 可见，在甘薯栽植后 30 d，灌溉量对甘薯总干质量无显著影响;栽植后 60～145 d，灌溉量对甘薯总干质量的影响达到显著或极显著水平，且甘薯总干质量随灌溉量的增加而增加，以 W2 处理最高。各生育时期，施氮量对甘薯总干质量的影响均达到极显著水平，且不同施氮量处理甘薯总干质量均随施氮量的增加而增加，以 N3 处理最高，成熟期(移栽后 145 d)时， N3 处理为 389.24 g/株，N2 处理次之，为 387.02 g/株，两者之间差异不显著，但均显著高于 N1 和 N0 处理。甘薯栽植后 90～145 d，灌溉量和施氮量互作对甘薯总干质量的影响均达到极显著水平，以 W2N3 处理甘薯总干质量最高，分别为 266.67、382.29、472.81 g/株，显著高于其他处理，W2N2 处理次之。

　　2.3 氮水耦合对甘薯产量及其构成因素的影响

　　由表 5 可以看出，灌溉量和施氮量对甘薯的单株结薯数、单个薯块平均质量和产量的影响均达到极显著水平，3 个指标均随灌溉量的增加而增加，随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，以 N2 处理最高。灌溉量和施氮量互作对甘薯单株结薯数和单个薯块平均质量的影响均达到极显著影响，但对甘薯产量的影响不显著。W2N3 处理单株结薯数最多，为 6.31 个，W2N2、 W1N1 处理次之，分别为 6.26、6.03 个，三者之间无显著差异;W2N2 处理单个薯块平均质量最大，为 130.34 g，其次为 W1N2、W2N1 处理，分别为 125.22、125.17 g，三者之间无显著差异;W2N2 处理产量最高，为 48 828.30 kg/hm2，显著高于其他处理，这主要是因为 W2N2 处理单株结薯数和单个薯块平均质量均较高。

　　2.4 氮水耦合对甘薯氮水、氮利用效率的影响

　　如表 6 所示，灌溉量对甘薯水分利用率和氮肥农学利用率的影响达到极显著水平，随灌溉量的增加水分利用率显著降低。W1 处理的氮肥农学利用率最大，为 35.04 kg/kg，W2 处理次之，为 34.60 kg/kg，且两者之间无显著差异，但均显著高于 W0 处理。施氮量对甘薯水分利用率和氮肥农学利用率的影响均达到极显著水平，随施氮量增加，水分利用率先增加后降低，以 N2 处理最高;氮肥农学利用率随施氮量增加逐渐降低，以 N1 处理最大，为 44.50 kg/kg，N2 处理次之，为 42.43 kg/kg，两者之间无显著差异，但均显著高于 N3 处理。灌溉量和施氮量互作对甘薯水分利用率和氮肥农学利用率的影响均不显著，以 W0N2 处理水分利用率最高，为 66.11 kg/m3 ;W1N2、W2N1、W2N2、W1N1 处理氮肥农学利用率无显著差异，但均显著高于其他处理。

　　3 结论与讨论

　　研究表明，适宜的施氮量和灌溉量可以协同提高作物产量[12-14]。灌溉定额的适度增加，可以促进土壤中氮素的流动及转换;适宜的氮肥施入土壤，能够补充水分亏缺对作物生长所产生的影响[15]。本研究结果表明，氮水耦合对甘薯的生长也具有显著的协同作用，适宜的灌溉量可以有效发挥氮肥的肥效，显著提高甘薯叶面积指数、干物质积累量和产量;而合理的氮肥用量可以提高甘薯水分利用率，从而提高甘薯产量。氮肥利用率与灌溉量密切相关[16]。本研究结果表明，在适宜的灌溉量下，氮肥能起到明显的增产效果，而过量的氮肥可能造成减产 ，低灌溉量的 W1N1、W1N2 和 W1N3 处理甘薯产量均显著高于 W1N0 处理，而 W1N3 处理产量显著低于 W1N2 处理，也低于 W1N1 处理;高灌溉量的 W2N1、W2N2 和 W2N3 处理甘薯产量表现为 W2N2>W2N1>W2N3,差异显著，且均高于 W2N0 处理，这与尚文彬[17]研究结果一致。

　　作物产量主要来源于叶片的光合作用[18-19]。光合势是衡量群体绿色光合面积与光能截获时间的指标，并与植株干质量密切相关[20]。研究表明，灌溉和氮肥都可改善作物叶片光合作用，提高产量[21-23]。本试研究发现，适宜的灌溉量和施氮量组合(W2N2 处理)显著提高甘薯的叶面积指数，增加了各生育时期干质量(尤其是后期块根干质量)，促使单株结薯数增多，单个薯块平均质量增大，达到增产的效果。W2N3 处理，虽然叶面积指数和地上部干质量都较高，但高水肥导致甘薯植株旺长，干物质向地上部分配较多，单株结薯数减少，单个薯块平均质量降低，从而产量下降。这与前人[24-26]研究结果一致，这可能就是导致灌溉量和施氮量互作对甘薯产量影响不显著的原因。