施氮量對鮮食型甘薯根系生長與干物質積累分配的影響

徐倩 段文學 張海燕 解備濤 汪寶卿 王慶美 張立明

摘要：

在盆栽條件下，以濟薯26和龍薯9號為供試品種，每個品種設置施氮量為0（N0）、100（N1）、200 （N2）mg/kg 3個處理，研究施氮量對鮮食型甘薯根系生長與干物質積累分配的影響。結果表明，栽后10、25 d和40 d，與N0和N2處理相比，N1處理有利于兩品種保持較高的根系長度、根系表面積、根系平均直徑和根系總體積；有利于提高兩品種栽后10 d直徑≤2 mm、栽后25 d直徑為>2～≤5 mm和栽后40 d直徑為>5～≤20 mm和>20 mm的根系體積，促進生長前期纖維根生長及根系增粗分化為塊根。隨施氮量增加，兩品種地上部鮮重顯著提高，地上部分配比例與地上部鮮重變化趨勢基本一致，N1處理有利于提高兩品種塊根干物質積累與分配比例，保持較高的塊根鮮重和干重。施氮量為100 mg/kg是本試驗條件下的適宜施氮量。

關鍵詞：甘薯；施氮；根系生長；干物質積累分配

中圖分類號：S531.01 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2018）08-0086-05

Effects of Nitrogen Application Rate on Root Growth and Dry Matter

Accumulation and Distribution of Fresh Edible Sweet Potato

Xu Qian1，Duan Wenxue2，Zhang Haiyan2，Xie Beitao2，

Wang Baoqing2，Wang Qingmei2，Zhang Liming3

（1.Agronomy College of Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， China；

2.Crop Research Institute， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China；

3.Shangdong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China）

Abstract To examine the effects of different nitrogen （N） application rates on root growth and dry matter accumulation and distribution in fresh edible sweet potato， three N levels including 0 （N0）， 100 mg/kg （N1） and 200 mg/kg （N2） were set in the pot experiments with Jishu 26 （J26） and Longshu 9 （L9） cultivars as materials. The results showed that the root length， surface area， average diameter and total volume of the two varieties in N1 were higher than those in N0 and N2 on the 10th， 25th and 40th days after planting. The volume of roots with the diameter ≤2 mm on the 10th day， >2～≤5 mm on the 25th day， and>5～≤20 mm and>20 mm on the 40th day could be increased by N1， thereby facilitating the fibrous root growth and inducing the thickening and differentiation of roots into tuberous roots in the early growth periods. As the N application rate increased， the aboveground fresh weight of the two varieties increased significantly， and the variation of the aboveground distribution proportion was similar to that of the aboveground fresh weight. The N1 treatment was benefit to increasing the accumulation and distribution proportion of root dry matter of the two varieties， and maintaining higher root fresh and dry weight. Under the conditions of this experiment， 100 mg/kg was the optimal N application rate.

Keywords Sweet potato； Nitrogen； Root growth； Dry matter accumulation and distribution

甘薯高產穩產、抗逆性強、適應性廣[1]，不僅是我國重要的糧食作物，也是重要的工業原料[2]、飼料[3]、能源及減災作物。甘薯具有良好的營養保健功能[4]。隨著人們生活水平的提高和營養保健意識的增強，近年來對鮮食型甘薯的市場需求不斷增加[5]。氮素是影響甘薯生長前期根系生長分化的重要因素[6]，可顯著影響甘薯干物質積累與分配，進而影響塊根產量[7，8]。生產中由于氮肥施用不合理，容易引起甘薯徒長，嚴重制約鮮食型甘薯產量，影響種植效益。前人關于氮素對鮮食型甘薯產量與品質的影響等方面做了一定研究，而關于施氮量對鮮食型甘薯前期根系生長、干物質積累分配與產量形成關系的研究報道較少。本試驗采用盆栽法，探討氮素對鮮食型甘薯根系生長與干物質積累分配的影響，以期為鮮食型甘薯合理的氮肥運籌提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2017年在山東省農業科學院作物研究所防雨棚內進行。選取鮮食型品種濟薯26（J26）和龍薯9號（L9）為供試品種。選用高40 cm、上口徑40 cm、內徑35 cm、可容納20 kg土壤的營養缽栽培，土壤取自0～20 cm耕層，肥力中等。每品種設置3個處理，分別為每盆施入純N 0、2.0、4.0 g，折合施N量為0、100、200 mg/kg。各處理的磷、鉀肥用量一致，每個營養缽用量為P2O5 1.5 g、K2O 3.0 g，均與氮肥用作底肥一次性施入。完全隨機排列，重復3次，共計300盆。

1.2 項目測定與方法

1.2.1 根系形態指標 于栽后10、25 d和40 d后取樣，采集完整植株根系進行形態測定。于清水中反復洗凈后，用根系掃描儀掃描完整根系形態，掃描獲得的根系圖像利用DT-SCAN軟件進行相關根系指標分析，包括根長、平均直徑、表面積、體積以及不同直徑根系的體積分布等。

1.2.2 干物質積累分配 于栽后90 d取樣，將植株整株根系挖出、沖根，沿莖基部剪斷，分別稱量地上部莖葉與地下部塊根鮮重，計算地上部莖葉與地下部塊根鮮重的比值；將每株地上部分為葉片、葉柄、莖三部分分別裝袋，將塊根切成薄片后裝袋。裝袋后的樣品放入烘箱殺青后，70℃烘干至恒重，稱量各器官干重，計算各器官干物質分配比例。

各器官干物質分配比例（%）=各器官干物質積累量/植株干物質積累量×100

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2007制表，SPSS軟件進行數據統計分析，用新復極差法進行顯著性差異檢驗。

2 結果與分析

2.1 施氮量對根系長度、平均直徑、表面積及體積的影響

由表1可見，栽后10 d，兩品種N1處理根系長度和表面積均顯著高于N0和N2處理，栽后25 d和40 d各處理根系長度和表面積的變化趨勢與栽后10 d基本一致。表明適量施氮的N1處理有利于纖維根的生長，促進營養元素吸收，進而有利于干物質的積累。在相同氮素水平下，龍薯9號的根系長度、表面積顯著高于濟薯26。

栽后10 d，濟薯26的N1處理根系平均直徑顯著高于N0和N2處理，龍薯9號N1和N0處理的根系平均直徑無顯著差異，N1處理顯著高于N2處理。兩品種N1處理根系總體積顯著高于N0和N2處理。栽后25 d和40 d，兩品種N1處理根系平均直徑和根系總體積均顯著高于N0和N2處理。表明適量施氮的N1處理有利于根系增粗而向塊根方向發育，有利于塊根膨大。在相同氮素條件下，龍薯9號的根系平均直徑和根系總體積均顯著高于濟薯26，說明龍薯9號根系增粗速度快，塊根膨大速度可能高于濟薯26。

2.2 施氮量對不同直徑根系體積的影響

由表2可見，栽后10 d，兩品種N1處理直徑≤2 mm的根系體積顯著高于N0和N2處理，濟薯26 N1和N0處理直徑為2～5 mm的根系體積無顯著差異，均顯著高于N2；龍薯9號N1和N2處理直徑為2～5 mm的根系體積無顯著差異，均顯著高于N0處理。表明適量施氮的N1處理有利于纖維根的生長和塊根早期分化。

栽后25 d，兩品種N1處理直徑≤2 mm和直徑為2～5 mm的根系體積均顯著高于N0和N2處理。龍薯9號N1處理直徑為5～20 mm的根系體積顯著高于N0和N2處理。表明適量施氮的N1處理有利于兩品種纖維根的生長及根系增粗，龍薯9號根系向塊根分化膨大早于濟薯26。

栽后40 d，濟薯26的N1和N2處理直徑≤2 mm的根系體積無顯著差異，均顯著高于N0處理，龍薯9號則為N1處理顯著高于N0和N2處理；兩品種N1處理直徑為2～5、5～20 mm和﹥20 mm的根系體積均顯著高于N0和N2處理。表明栽后40 d兩品種已經形成膨大的塊根，適量施氮的N1處理不僅有利于纖維根的生長，且能促進根系向塊根的分化和膨大。

2.3 施氮量對地上部干物質量、塊根干物質量及總干重的影響

由表3可見，兩品種N2處理的地上部干重顯著高于N0和N1處理。兩品種N1處理的塊根干重、總干重顯著高于N0和N2處理，N2處理的塊根干重顯著低于N0處理。表明過量施氮的N2處理促進兩品種地上部干物質積累，不利于塊根干物質積累；適量施氮的N1處理有利于保持較高的塊根干重與總干重。N0和N1條件下，龍薯9號的塊根干重與濟薯26無顯著差異；N2條件下，龍薯9號的塊根干重顯著高于濟薯26，即較高氮素條件下，龍薯9號比濟薯26更有利于塊根干物質的積累。

2.4 施氮量對不同器官干物質分配比例的影響

由表4可見，濟薯26干物質較多分配于葉片、莖和塊根，而龍薯9號較多分配于葉片和塊根。兩品種N2處理葉片、葉柄和莖的干物質分配比例均顯著高于N0和N1處理，塊根干物質分配比例均顯著低于N0和N1處理；兩品種N1處理塊根干物質分配比例與N0處理無顯著差異，均顯著高于N2處理。表明過量施氮的N2處理促進兩品種地上部干物質積累，而不利于干物質向塊根轉運；N1處理有利于保持較高的塊根干物質分配比例。相同氮素處理下，龍薯9號塊根干物質分配比例高于濟薯26，保持較高的干物質向塊根的轉運效率。

2.5 施氮量對地上部鮮重、塊根鮮重及T/R值的影響

由表5可見，濟薯26的N2處理地上部鮮重顯著高于N0和N1處理，龍薯9號N2處理地上部鮮重與N1處理無顯著差異，均顯著高于N0處理。兩品種N2處理的T/R值顯著高于N0和N1處理。兩品種N1處理的塊根鮮重顯著高于N0和N2處理。表明過量施氮的N2處理能夠保持兩品種較高的地上部鮮重和莖蔓比，但不利于保持較高的塊根鮮重，適量施氮的N1處理有利于增加塊根鮮重。相同氮素條件下，龍薯9號的塊根鮮重高于濟薯26。

3 討論與結論

3.1 施氮量對鮮食型甘薯生長前期根系生長的影響

作物根系具有吸收和運輸土壤中水分和養分的功能。對于大多數植物來說，生長前期均為根系構建的關鍵時期[9]。甘薯作為塊根作物，其根系構建的主要矛盾在于生長前期的根系分化[6]。氮素對甘薯生長前期的塊根分化具有重要影響。有研究表明，適量施氮有利于作物根系發育，缺氮或過量施氮對根系生長均有抑制作用[10-13]。林文等[14]發現，150 kg/hm2的施氮量會抑制水稻根系的伸長。NO-3濃度在0.1～10 mmol/L能促進根分支，增加根長，而氮素濃度過多則抑制根系變長變粗[15]。寧運旺等[9]研究表明，移栽30 d，與不施氮處理相比，施氮處理下甘薯生長前期的根長、根平均直徑、表面積和體積均顯著降低。高璐陽等[16]研究發現，施氮量為100 mg/kg時，甘薯根長、平均直徑、表面積和體積達到最大。本研究發現，施氮量為100 mg/kg有利于提高甘薯根系長度、平均直徑、表面積和總體積，不施氮或施氮量為200 mg/kg對根系伸長及增粗均起抑制作用，這與大多數前人的研究結果相同。本研究認為，施氮量為100 mg/kg有利于提高栽后10 d直徑≤2 mm、栽后25 d直徑為>5～≤20 mm、栽后40 d直徑為>5～≤20 mm和>20 mm的根系體積，即促進生長前期纖維根生長和根系向塊根的分化膨大。

3.2 施氮量對鮮食型甘薯干物質分配的影響

合理的肥料運籌能夠保證礦質養分的平衡、吸收，而氮素是甘薯生產中的關鍵限制因子之一[17]，其對于源庫關系的建立、平衡和發展等具有重要影響[18]。施氮促進甘薯地上部的生長與地下部的膨大，但施氮量過多時會導致地上部徒長、地下部塊根膨大受抑制[19]。孫澤強等[20]研究表明，土壤堿解氮含量為90.5 mg/kg時，濟薯21鮮薯產量和施氮量之間呈顯著負相關關系。高璐陽等[16]研究發現，在堿解氮為47.6 mg/kg的土壤中，隨施氮量增加，薯蔓鮮質量總體呈增加趨勢。寧運旺等[21]研究認為，施氮能夠顯著提高干物質向地上部的分配，卻不利于塊根的形成。Walker等[22]認為，甘薯在水培15 mmol/L氮溶液中更有利于提高地上部干物質比例。本研究表明，施氮量為100 mg/kg有利于兩品種保持較高的塊根干重與總干重，同時保持較高的塊根干物質分配比例及塊根重；施氮量為200 mg/kg則促進了兩品種地上部干物質積累，而不利于干物質向塊根的轉運，降低塊根重。

綜上所述，本試驗條件下，施氮量為100 mg/kg有利于鮮食型甘薯品種生長前期纖維根生長、根系增粗進而分化膨大為塊根，同時提高植株總干重和塊根干物質分配比例，進而獲得較高的塊根鮮重和干重，提高產量。

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