氮素對蘭州百合產量、養分累積和品質的影響

林玉紅，羅俊杰

（甘肅省農業科學院生物技術研究所，甘肅 蘭州730070）

蘭州百合（Liliumdavidiivar.unicolor salisb）是百合科（Liliaceae）百合屬（Lilium）川百合的變種，為多年生鱗莖草本植物。因其地下莖塊由數十瓣鱗片相累抱合，有“百片合成”之意而得名。是甘肅省的名優特產，在甘肅栽培已有400多年的歷史。它不僅是中國百合中的上品，而且是中國惟一的甜百合。其色澤潔白如玉，肉質肥厚。味極香甜，纖維很少，毫無苦味，聞名全國亦可稱世界第一。

氮是普通作物需求最大的元素之一，在農業生產發展過程中，氮肥可以明顯促進作物生長，增加作物產量，具有低投入、高產出的作用。氮肥的施用時期和數量對作物品質、產量及氮肥吸收利用率有顯著的影響［1－3］。近年來，人們為追求高產大量施用氮肥，導致氮肥利用率降低，既浪費資源又污染環境［4，5］。2003年Nature雜志發表了題為“Fertilized to death”的警告性文章［6］，文章指出如果不重視過量施肥帶來的環境威脅，將造成災難性的后果。目前世界上氮肥總量的60%用于糧食作物生產［7］，而谷物攜出的氮量僅為施氮量的33%（即，氮肥利用效率，NUE）［8］，其中發達國家NUE為42%，發展中國家為29%［9］。因此，如何進行科學的氮肥管理成為近年養分資源管理研究的熱點［10，11］。買自珍和黃玉庫［12］、劉建常和魏周興［13］及孫紅梅等［14］曾分別對蘭州百合的需肥規律、鱗莖增重規律以及蘭州百合發育過程中植株、鱗莖內氮磷鉀的吸收與分配規律進行了研究，鄭慧俊等［15］對花卉百合品種——東方百合鱗莖的山地膨大發育與養分積累開展研究，但有關氮素對蘭州百合的影響尚未見報道。為此，通過田間試驗研究不同施氮量條件下，蘭州百合產量、氮磷鉀養分吸收動態和百合品質變化，為該地區蘭州百合氮肥的合理施用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2007－2009年在甘肅省蘭州市西果園鄉堡子村山旱地進行，2007年4月16日種植。該村位于蘭州市南郊二陰山區，海拔≥2 100m。年平均氣溫5.3℃，生長期平均232d，≥10℃年平均積溫為1 870℃，無霜期平均123d，年平均降水量300mm，供試土壤基礎肥力分析：0～20cm土層養分含量，全氮0.11%，全磷0.083%，全鉀2.86%，水解氮79.1mg／kg，速效磷24.7mg／kg，速效鉀170.2mg／kg，有機質1.59%，pH 值8.08，全鹽0.055%。

1.2 試驗材料與方法

供試材料選自當地農戶自繁根系繁茂未腐爛，大小均一，獨頭的二級種球，作為種鱗莖（簡稱母籽），母籽平均重量13g。該試驗地塊前茬為小麥（Triticumaestivum）。2006年秋后深翻曬地，耙松平整。試驗在施用磷肥（P2O5）150kg／hm2和鉀肥（K2O）225kg／hm2的基礎上設4個施氮水平，即施 N肥0，75，150，225kg／hm2，分別用N0，N75，N150和N225表示。小區面積3.85m×5.1m＝19.64m2，開溝栽植，栽植行距35cm，株距14 cm，栽植深度20cm，種植密度為204 000株／hm2，走道寬40cm。隨機排列，3次重復。氮肥用尿素（N≥46%），磷肥用普通過磷酸鈣（P2O5≥12%），鉀肥用硫酸鉀（K2O≥33%）。百合種植當年（2007年4月16日）將所有肥料在種植前均勻撒于小區作為基肥一次性施入，百合生長3年內每年肥料施用量均按試驗設計進行，且施肥量相同。百合生長第2年（2008年4月13日）和第3年（2009年3月20日）早春土壤解凍后，追施肥料，每年1次。將所有追施肥料混合后，開溝深施于百合行間，覆土耙耱，其他田間管理同大田。蘭州百合3年生長期無灌溉，為典型雨養旱作。

1.3 測定項目與方法

蘭州百合從母籽栽植到長成商品歷時3年。生長1年的蘭州百合稱為一年生百合，生長2年的稱為二年生百合，生長3年的蘭州百合則稱為三年生百合或商品百合。本試驗測定時期為蘭州百合生長發育的第2年，即從一年生百合鱗莖萌發期始至二年生百合鱗莖萌發期止。分別于一年生百合鱗莖萌發期（2008年3月26日）、現蕾期（2008年5月28日）、摘花20d（2008年6月28日）和二年生百合鱗莖萌發期（2009年3月18日）取樣。每小區取樣株5株，水浸洗去鱗莖部泥土，分成地下鱗莖與地上莖葉兩部分分別混合，稱鮮重。然后將樣品在105℃下殺青30min，于80℃烘至恒重稱干重，以每小區株數折算干生物量。烘干樣經粉碎、過篩后，用硫酸－過氧化氫消煮法制備待測液，取待測液測定氮、磷、鉀含量。采用奈氏比色法測定全氮含量，釩鉬酸銨比色法測定全磷含量，火焰光度計法測定全鉀含量［16］。蘭州百合生長3年后，于2010年3月25日每小區挖取2m2百合鱗莖稱重測產，混合取樣，按上述方法測定氮、磷、鉀含量后，分析鱗莖相關品質。總糖采用酸水解法（GB／T 5009.9－2003），水溶性糖采用費林法（GB 6194－1986），粗纖維采用酸堿洗滌法（GB 5515－1985），淀粉采用酸水解法（GB／T 5009.9－2003）。

按以下公式計算N、P、K養分累積量［17］，圖表中數據均為3次重復平均值。

1.4 統計分析

試驗數據采用DPS軟件和Excel 2003進行分析和制圖。

2 結果與分析

2.1 施氮量對不同生長年限蘭州百合產量的影響

一年生蘭州百合不同施氮量條件下產量比母籽增產（2007.4.16栽植時百合母籽平均重量2 647.79 kg／hm2），年增幅為35.09%～82.88%，N0年增幅為44.72%。施氮量為75kg／hm2時，產量最高，比 N0增產30.1%（P＞0.05）。施氮條件下百合產量增幅與N0相比差異不顯著（P＞0.05）。二年生蘭州百合產量比一年生百合大幅度提高，年增幅為72.14%～151.54%，N0年增幅100.15%。施氮條件下百合產量均高于N0。當施氮量為150kg／hm2時產量最高，比N0增產18.8%，年增產幅度比N0提高顯著（增幅151.5%，P＜0.05）。三年生百合產量在二年生百合產量基礎上繼續增加，年增產幅度為82.07%～104.11%，不施氮（N0）年增幅82.97%。施氮條件下百合產量均高于N0產量，當施氮量為150kg／hm2時產量最高，比N0增產31.9%（P＞0.05）。施氮條件下百合產量增幅與N0相比差異不顯著（P＞0.05）（表1）。

2.2 施氮條件下，現蕾期蘭州百合地上莖葉與地下鱗莖干生物量和氮磷鉀養分累積量的變化動態

現蕾期施氮條件下蘭州百合地上莖葉干生物量和氮磷鉀累積量均高于地下鱗莖，說明蘭州百合從萌發到現蕾期，地上莖葉生長旺盛，地下鱗莖生長較為緩慢。地上莖葉干生物量和氮磷鉀累積量的平均值分別是地下鱗莖的1.2，2.6，1.4和2.6倍（圖1）。

地上莖葉干生物量和氮、鉀養分累積量隨著施氮量的增加而增加，當施氮量為150kg／hm2時累積量下降。而磷累積量隨著施氮量的增加而增加，其中地上莖葉干生物量和氮累積量高于N0。與N0相比，N150時地上莖葉干生物量增加顯著（增幅9.6%，P＜0.05）。地上莖葉氮累積量與N0相比增幅為12.2%～17.8%。當N75和N225時氮累積量增加顯著（增幅12.2%和14.6%，P＜0.05），而當N150時氮累積量極顯著增加（增幅17.8%，P＜0.01）。與N0相比，當N225時地上莖葉磷累積量顯著增加（增幅20.6%，P＞0.05）。施氮條件下地上莖葉鉀累積量差異明顯，但與N0相比差異不顯著（P＞0.05）。

地下鱗莖干生物量和鉀養分累積量隨著施氮量的增加而下降。氮累積量則隨著施氮量的增加而增加，當施氮量為225kg／hm2時下降。磷累積量隨著施氮量的增加表現為先升后降再升高的“U”型變化曲線。與N0相比，當N75時干生物量顯著下降（降幅為15.3%，P＜0.05）。與N0相比，當N75和N150時，氮累積量顯著增加（增幅為33.1%和33.2%，P＜0.01）。與 N0相比，當 N75時磷累積量顯著增加（增幅27.0%，P＜0.05）。地下鱗莖鉀累積量與N0相比，當N75時增加顯著（增幅19.7%，P＜0.05）。

2.3 施氮條件下，摘花20d蘭州百合地上莖葉和地下鱗莖干生物量和養分累積量的變化動態

摘花20d蘭州百合地下鱗莖干生物量和磷養分累積量高于地上莖葉，而氮、鉀養分累積量仍表現為地上莖葉高于地下鱗莖（圖2）。地下鱗莖干生物量和磷養分累積量平均值分別是地上莖葉的1.4和1.2倍，地上莖葉氮、鉀養分累積量平均值分別是地下鱗莖的1.2和1.3倍，由此說明，地上植株摘花后莖葉養分累積減緩，地下鱗莖開始快速生長膨大，氮磷鉀養分累積呈增加趨勢。

圖2 摘花20d蘭州百合地上莖葉、地下鱗莖干生物量和氮磷鉀養分累積量的變化動態Fig.2 Defloration 20d，dynamic changes of dry biomass and N，P，K accumulation in L.davidii on the ground，underground bulb under different nitrogen levels

地上莖葉干生物量和氮磷鉀養分累積量隨著施氮量的增加先升后降再升高，呈“U”型動態曲線。地上莖葉干生物量與N0相比提高了16.1%～26.2%，而氮磷鉀養分累積量與N0相比分別增減了－8.0%～33.8%，－3.7%～46.6% 和－17.3%～28.3%。與N0相比，N75時地上莖葉干生物量顯著提高（增幅16.1%，P＜0.05），N150和N225時干生物量增加顯著（增幅16.1%和26.2%，P＜0.05）。與N0相比，N225時地上莖葉氮累積量有極顯著的增加（增幅33.8%，P＜0.05）。

地下鱗莖干生物量和氮磷累積量隨著施氮量的增加而增加，而鉀累積量則隨著施氮量的增加先升后降再升高，呈“U”型變化曲線，鱗莖干生物量和養分累積量均高于N0。地下鱗莖氮累積量與N0相比，N75和N225時增加顯著（31.6%和68.7%，P＜0.05），N150時增加顯著（增幅56.5%，P＜0.05）。

2.4 施氮量對蘭州百合品質的影響

蘭州百合總糖、粗淀粉和水溶性糖含量總體均隨著施氮量的增加而下降（表2），粗纖維和粗蛋白含量隨著施氮量的增加呈先升后降再升高的變化趨勢，其中施氮條件下百合粗蛋白含量均高于N0，而水溶性糖含量均低于N0。總糖含量在N75和N150時，分別比N0提高3.3%（P＜0.05）和1.0%（P＞0.05），而當N225時，較N0下降1.9%（P＞0.05）。粗淀粉含量比 N0提高0.2%～5.1%，當 N75時，比 N0顯著提高（增幅5.1%，P＜0.05）。水溶性糖含量比N0下降0.6%～6.2%，當N225時，比N0下降顯著（降幅6.2%，P＜0.05）。粗蛋白含量比N0提高18.8%～37.9%，與N0相比，N75時粗蛋白含量顯著提高（增幅20.3%，P＜0.05），N225時提高顯著（增幅37.9%，P＜0.05）。施氮條件下粗纖維含量與N0相比增減幅差異不顯著（P＞0.05）。由此可以看出，氮肥施用量是影響蘭州百合品質指標的主要因素之一。

2.5 施氮量與蘭州百合品質相關性的分析

施氮量與蘭州百合總糖和粗淀粉含量呈負相關（P＞0.05），而與水溶性糖含量呈顯著的負相關（P＜0.05），總糖、粗淀粉和水溶性糖含量均隨著施氮量的增加而下降，其中水溶性糖含量下降顯著。粗纖維含量與施氮量呈正相關（P＞0.05），粗纖維含量隨著施氮量的增加而增加。粗蛋白含量與施氮量呈極顯著的正相關（P＜0.01），粗蛋白含量隨著施氮量的增加而極顯著增加。總糖含量與粗淀粉含量呈極顯著的正相關（相關系數為0.86＊＊），總糖含量隨著粗淀粉含量的變化而變化。水溶性糖含量與粗蛋白含量呈顯著的負相關（相關系數為 －0.56＊），水溶性糖含量隨著粗蛋白含量的增加而下降（表3）。

表2 不同施氮水平對蘭州百合品質的影響（2010）Table 2 Different nitrogen levels on quality of Lanzhou lily g／kg

表3 施氮量與蘭州百合品質的相關系數Table 3 Correlation coefficient on nitrogen application rate and the quality of Lanzhou lily

3 討論

3.1 不同生長年限蘭州百合年均增長量和年均增長幅度不同

劉建常和魏周興［13］研究認為，蘭州百合生長3年內以第2年生長量最大，其次為第3年，第1年最小。與上一年的重量相比，增重百分率也以第2年最高。本試驗條件下，蘭州百合年均增長量第3年最高（7 215.48±1 717.49）kg／hm2；第2年次之（4 227.27±1 232.34）kg／hm2；第1年最低（1 368.73±682.17）kg／hm2。而百合年均增長幅度以第2年最大（110.71±40.85）%，第3年次之（88.29±21.45）%，第1年最小（51.69±25.76）%。研究結果表明，蘭州百合在3年的生長發育過程中，百合鱗莖于第2年生長最快，生長量最大，第3年百合鱗莖生長量僅次于第2年，為此，蘭州百合3年生長過程中，不同生長年限所需要的氮肥施用量不同，適宜的氮肥施用量是蘭州百合增產的關鍵。

3.2 蘭州百合地上莖葉與地下鱗莖養分吸收量有差異

宋海星和李生秀［18］研究認為水、氮供應對玉米（Zeamays）植株養分吸收和干物質積累的促進作用，隨生育期而變化。生育前期，植株生長緩慢，對養分吸收的促進作用較大；生育中期，植物生長加快，表現出對養分的稀釋效應，因而對干物質積累的促進作用較大。江生泉等［19］對春季分施氮肥對新麥草（Psathyrostachysjuncea）種子產量及氮肥利用率的研究結果表明，相同施氮肥量水平下，分次施肥有利于促進新麥草植株生長與地上部分生物積累，與抽穗初期施肥相比，返青期施肥促進植株生長的效果更顯著。從成熟期地上部分生物量分配在生殖生長部分和營養生長部分的分析可見，分次施肥和不同時期施氮肥對生殖生長的促進作用更為顯著，而營養生長部分在施肥處理之間差異不顯著。孫紅梅等［14］研究表明，百合種植當年，鱗莖萌發階段，母鱗莖貯存的營養元素主要用于新生莖、葉的生長發育，幼苗期，氮、磷、鉀主要分配在母鱗莖、葉片和莖稈中。隨著光合器官逐漸成熟，葉片中的分配比率增大。現蕾期至開花期，是氮、磷、鉀分配中心由百合地上部分轉向鱗莖的轉折時期。在本試驗條件下，蘭州百合地上莖葉現蕾期生長旺盛，而地下鱗莖為百合植株生長提供養分則處于失重期。此期干生物量和養分累積量地上莖葉均高于地下鱗莖，莖葉氮磷鉀累積量是地下鱗莖的2.6，1.4和2.6倍。摘花20d地下鱗莖干生物量和磷累積量高于地上莖葉，而氮鉀累積量地上莖葉高于地下鱗莖。地下鱗莖干生物量和磷養分累積量平均值分別是地上莖葉的1.4和1.2倍，地上莖葉氮、鉀養分累積量平均值分別是地下鱗莖的1.2和1.3倍，由此可見，摘花有利于地下鱗莖快速生長膨大，摘花后鱗莖養分累積呈增加趨勢。與不施氮對照N0增幅（46%）相比，當N150時，地下鱗莖比地上莖葉氮累積量高，增幅為12.6%（P＜0.01），當N75和N225時，地上莖葉比地下鱗莖氮累積量增幅極顯著低于不施氮對照N0增幅（增幅19.1%和15.9%，P＜0.01）。與不施氮對照N0增幅（44.3%）相比，當N150時，地上莖葉比地下鱗莖鉀累積量增幅顯著低于不施氮對照N0增幅（－0.57%，P＜0.05）。

3.3 氮肥施用量是影響蘭州百合品質的主要因素之一

方子森等［20］研究認為，羌活（Notopterygiumfeanchetii）藥材產量和揮發油含量隨施氮量的增加而增加，而浸出物含量隨施氮量的增加呈先增后降的變化趨勢；產量隨施磷量增加而增加，浸出物含量隨施磷量呈先減后增的變化趨勢，而揮發油隨施磷量的增加呈先增后降的變化趨勢。黃勤樓等［21］研究表明，隨著施氮量的增加，黑麥草（Loliumperenne）的分蘗數、株高、產量、粗蛋白和氨基酸含量能顯著提高，黑麥草的硝態氮含量也隨之提高，但隨著施氮量的繼續增加，氮肥對黑麥草農藝性狀、產量和品質的作用增幅變小，氮素生產效率降低。當每次刈割后施純氮肥量超過100kg／hm2時，施氮肥能較好促進黑麥草粗蛋白含量提高，而不能有效促進氨基酸含量的提高，深施對黑麥草的分蘗數和株高產生影響，但促進黑麥草產量、粗蛋白含量和氨基酸含量的提高。楊治平等［22］研究顯示，施用磷肥的檸條（Caraganakorshinskii）干物質產量、氮磷鉀以及鈣鐵養分吸收量和粗蛋白產量明顯提高；施磷可使檸條葉的N、P、K含量增加以及莖的N、P含量增加，卻減少了檸條莖葉中鈣、鐵含量以及莖中K含量。不同施磷水平與干物質產量以及粗蛋白產量之間存在相關性，相關關系均達到顯著水平（P＜0.05）。李伶俐等［23］對棉花（Gossypiumspp.）的研究表明，施氮可以顯著提高纖維長度和纖維比強度，而不同施氮量處理間纖維長度和比強度差別不大。紀瑛等［24］對苦參（Sophoraflavescens）馴化栽培研究后認為葉綠素總含量在施純氮100mg／kg時最高，比對照增加33.8%；苦參總堿含量在施純氮100mg／kg時最高，比對照增加35.7%；單株苦參總堿產量在施純氮150mg／kg時最高，較對照增加90.5%。苦參葉片中葉綠素含量隨施氮量增加有利于苦參總堿含量提高。本研究發現，蘭州百合總糖、粗淀粉和水溶性糖含量總體均隨著施氮量的增加而下降，粗纖維和粗蛋白含量隨著施氮量的增加呈先升后降再升高的趨勢，其中施氮條件下百合粗蛋白含量均高于N0，而水溶性糖含量均低于N0（表4）。總糖、粗淀粉和水溶性糖含量當施氮量為75kg／hm2時最高，分別為（778.1±11.7）、（522.5±11.9）和（198.1±1.6）g／kg，與N0相比，當N75時總糖和粗淀粉含量顯著提高（增幅3.3%和5.1%，P＜0.05），當 N225時，水溶性糖含量下降極顯著（降幅6.2%，P＜0.01），當 N75時粗蛋白含量極顯著的提高（增幅20.3%，P＜0.01）。從本試驗結果看，施氮量為75kg／hm2時蘭州百合品質指標較好，因此，適宜的施氮量是提高蘭州百合品質指標的關鍵。

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