馬鈴薯不同品種氮素吸收轉運規律

袁昊田，蒙美蓮*，陳有君，譚偉林，王占忠

（1.內蒙古農業大學農學院，內蒙古 呼和浩特010019；2.內蒙古農業大學生物科學學院，內蒙古 呼和浩特010019；3.內蒙古馬鈴薯技術研究院，內蒙古 集寧012000）

中國是世界馬鈴薯生產第一大國，2012年種植面積占世界總種植面積的28%，總產量占世界的24%。但是，中國卻不是馬鈴薯生產第一強國，單產只有世界平均水平的83%[1]。提高中國馬鈴薯的單產水平仍然是今后馬鈴薯栽培的主要目標，最直接的途徑是從馬鈴薯的養分同化方面著手探索。考慮到兼顧馬鈴薯高產和生態環境穩定，就需要在一定水平的施肥量下，進一步明確主要營養素氮、磷、鉀的最佳配比和最適配施時期，做到精確施肥，盡可能的提升馬鈴薯的養分同化能力。段玉等[2]研究結果表明，在內蒙古自治區種植馬鈴薯品種‘紫花白’，出苗后60 d是馬鈴薯水肥需要關鍵期，此時期保證水肥供應是獲得高產的關鍵；馬鈴薯施用氮、磷、鉀肥分別增產26.3%、22.8%和20.1%，每kg N、P2O5、K2O增產馬鈴薯40.7、70.4、44.7 kg；施肥增產效果：氮肥＞磷肥＞鉀肥。盧建武[3]研究表明，在甘肅省定西市種植馬鈴薯品種‘新大坪’，到馬鈴薯成熟期時，有50%以上的氮素，70%以上的磷素，60%以上鉀貯藏在塊莖中。谷瀏漣[4]和劉向梅[5]研究表明，在東北地區種植‘克新13號’，通過改變氮、磷、鉀肥管理，適量追施氮肥并分期施用，增施鉀肥皆有利于馬鈴薯氮磷鉀元素的積累量和積累速率。盡管在中國黑龍江、甘肅、寧夏、青海、湖北、四川、廣東等幾個馬鈴薯主產區對于馬鈴薯養分吸收積累都有不同程度的相關研究，但是存在著較大的區域性差異，且多數試驗的供試馬鈴薯品種皆是當地育成品種，其試驗結論受特定的自然環境限制較大[3-12]。內蒙古自治區是中國馬鈴薯最大的主產區之一，但是關于淀粉型和菜用型馬鈴薯不同品種在武川縣（陰山北麓地帶）的養分積累分配規律的相關研究還很有限[13-18]。

基于此，試驗選擇了5個已經廣泛用于栽培生產的馬鈴薯品種，以內蒙古陰山北麓的馬鈴薯種植基地作為試驗區，在一定的種植方式和相同的土壤條件下，探究了馬鈴薯各個生育時期的養分吸收量、積累速率以及轉運量，試圖找出不同用途類型的馬鈴薯在全生育期的氮素養分吸收特點，得到相應的氮素吸收規律，為內蒙古自治區馬鈴薯栽培肥料供給提供技術參考。

1 材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2017年在內蒙古呼和浩特市武川縣大豆鋪村進行，試驗田的地理坐標為N 41°10'51''，E 111°35'54''，地處陰山北麓，海拔1 600 m左右；屬陰山山地向高原的過渡地帶，處于溫帶大陸性氣候區域內，地下水較為貧乏，年降水量為300～350 mm，年平均氣溫為2～4℃，≥10℃的積溫平均2 004℃，無霜期110 d左右（保證率：80%為90 d），年總輻射為570～620 KJ/cm2，作物生長期的光合總輻射160～250 KJ/cm2，年日照時數2 963～3 124 h，年日照百分率67%[19]。

土壤類型為栗鈣土[20]，在0～20 cm耕層土壤中，有機質16.01 g/kg，堿解氮60.21 mg/kg，速效磷16.25 mg/kg，速效鉀120.31 mg/kg，pH（水浸）為8.0。

1.2試驗材料

選用5個常規品種（原種）：‘克新1號’，高產型品種，生育期為100 d左右；‘大西洋’，加工型品種，生育期為115 d左右；‘夏坡蒂’，加工型品種，生育期100 d左右；‘費烏瑞它’，早熟品種，生育期為60～65 d；‘隴薯3號’，高淀粉品種，生育期為110 d左右。

1.3試驗方法

1.3.1 栽培管理方法

5個品種隨機區組設計，3次重復，小區面積48.75 m2（7.5 m×6.5 m）。于2017年5月12日進行播種，采用膜下滴灌寬窄行種植方式，寬行行距90 cm，窄行行距40 cm。密度依品種特性而定，‘克新1號’57 000株/hm2，‘費烏瑞它’60 000株/hm2，‘大西洋’67 500株/hm2，‘夏坡蒂’57 000株/hm2，‘隴薯3號’67 500株/hm2。采用機械施肥覆膜后人工打孔點種。播種時基施復合肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶10）1 350 kg/hm2，生育期間根據土壤墑情于6月24日、7月14日、8月2日、8月24日灌水4次，每次灌水300 m3/hm2，其余同大田管理。2017年9月25日收獲，每個小區選取2個植株齊整且無采樣的種植行為測產行，去除測產行兩端的4株馬鈴薯塊莖以排除小區邊際效應，依據各小區測產行剩余馬鈴薯株數、測產行的塊莖重量、各馬鈴薯品種的種植密度來計算產量。

1.3.2 采樣方法

植株樣品采集：在馬鈴薯生育期間，分別于出苗后18 d（7月8日）、30 d（7月20日）、47 d（8月6日）、60 d（8月19日）、75 d（9月3日）各取樣1次，在各個試驗小區中取3株具有代表性的植株，分器官稱量鮮重，并分別準確稱取各器官鮮樣100.0 g，在烘箱中于105℃殺青，再于70℃下烘干至恒重，記錄干重，依此折算干物質積累量。將烘干的植株樣品粉碎，過1 mm篩后封裝備用。

馬鈴薯收獲前，在所有試驗小區中進行測產考種。每個小區選取5個不同大小的薯塊，洗凈后從塊莖基部縱切，完全取到塊莖的所有部分，準確稱取100.0 g塊莖鮮樣，在烘箱中于105℃殺青0.5 h，再于70℃下烘干至恒重，記錄干重，依此折算干物質積累量。將烘干的植株樣品粉碎，過1 mm篩后封裝備用。

1.3.3 測定方法

植株干樣的消煮和全氮測定皆采用陳建國等[16]對馬鈴薯植株全氮測定的方法：H2SO4-H2O2消煮法，全氮測定采用半微量凱氏定氮法。

1.4數據分析

試驗數據采用Excel 2016、IBM-SPSS 23.0（采用鄧肯氏法進行處理平均值多重比較）和Origin Pro 8.0等分析繪圖軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1馬鈴薯不同品種產量

各品種馬鈴薯產量差異較大，單株結薯數以‘隴薯3號’和‘克新1號’為好，單株結薯數為5～6個；‘費烏瑞它’最低，單株結薯數小于4個。單薯重以‘費烏瑞它’最大，‘隴薯3號’最小，兩者之差為60 g；商品薯率同樣以‘費烏瑞它’最高，‘隴薯3號’最低，相差10個百分點。各品種產量由高到低的順序為‘大西洋’＞‘夏坡蒂’＞‘克新1號’＞‘費烏瑞它’＞‘隴薯3號’，且各品種間差異均為極顯著，極差值為4 992 kg/hm2（表1）。

2.2馬鈴薯各器官氮吸收分配率

葉片的氮素分配率苗期最高，之后隨著生育進程的推進，其氮素分配率變化呈現出單調遞減的趨勢。莖稈的氮素分配率變化在5個品種中皆表現出單峰曲線的趨勢，苗期階段莖稈中的氮素分配率較低，進入塊莖形成期（出苗后30 d）后才大量在莖稈中積累氮素，且‘大西洋’、‘費烏瑞它’、‘克新1號’皆以此時期氮素分配率最高。‘隴薯3號’從塊莖形成期開始以后，其莖稈的氮素分配率變化很小。‘夏坡蒂’莖稈的氮素分配率峰值出現在出苗后45 d。在塊莖氮素分配率方面，‘克新1號’、‘隴薯3號’和‘夏坡蒂’塊莖的氮素開始大量轉運積累是在出苗后75 d之后進行的，此前的氮素分配率較‘大西洋’和‘費烏瑞它’低；并且所有品種的塊莖直到成熟末期都在進行氮素積累（表2）。

表1馬鈴薯不同品種產量Table 1 Yields of different potato varieties

作為高淀粉型品種的‘隴薯3號’，其莖稈的氮素全生育期分配率變化較其他4個供試品種小，這也意味著其氮素養分中心轉移時間較晚（表2）。

此外，在不同品種馬鈴薯植株中，氮素在各器官的分配率均隨著生育進程的推進在不斷變化。出苗后30 d之前，塊莖尚未形成，此時氮素全部分配在葉片和莖稈中，其中葉片分配比例遠大于莖稈。出苗45～60 d，隨著塊莖的形成和生長，氮素在塊莖中的分配比例逐漸增大，而在莖葉中的分配比例逐漸下降。此期間氮素在各器官中的分配比例僅‘隴薯3號’表現為葉＞莖稈＞塊莖，‘克新1號’、‘費烏瑞它’、‘大西洋’、‘夏坡蒂’4個品種表現為葉＞塊莖＞莖稈。出苗75 d，馬鈴薯正處于淀粉積累期，以塊莖生長為主，氮素在各器官中的分配比例除‘隴薯3號’為葉＞莖稈＞塊莖外，其他4個品種均表現為塊莖＞葉＞莖稈。全生育期氮素在葉片中的分配呈現遞減趨勢，在莖稈中的分配呈現低-高-低的變化趨勢，在塊莖中的分配呈現遞增趨勢。葉、莖稈、塊莖中氮素分配率在全生育期中的變化區間分別為（29.9%，93.0%）、（6.6%，36.7%）和（0，59.9%）（表2）。

表2馬鈴薯不同品種生育期間氮素在各器官的分配率（%）Table 2 Distribution rates of nitrogen in various organs during growths of different potato varieties

2.3馬鈴薯不同品種各器官氮含量的變化

圖1a給出了馬鈴薯不同品種葉片中氮含量變化。‘費烏瑞它’和‘克新1號’的氮含量變化呈單調遞減的趨勢，在兩者的氮積累總量無明顯差異（表2）的基礎上，‘費烏瑞它’葉片氮含量下降的更快，說明其葉片的生長速度更為迅速，葉細胞吸水膨脹快速分裂，致使氮素的百分含量下降。而‘大西洋’、‘隴薯3號’和‘夏坡蒂’的氮素積累量的變化呈先降低，后小幅上升，再降低的趨勢；‘大西洋’和‘隴薯3號’在出苗后45 d葉片氮含量小幅增加，而‘夏坡蒂’則在出苗后60 d葉片氮含量有小幅增加。

如圖1b所示，馬鈴薯不同品種莖稈中氮含量變化差異也較大。‘大西洋’、‘隴薯3號’和‘夏坡蒂’的莖稈氮含量變化均呈先降后升再降的趨勢，且‘隴薯3號’和‘夏坡蒂’在出苗后45 d氮含量再次上升，‘大西洋’則在出苗后60 d氮含量再次上升。‘費烏瑞它’的莖稈氮含量變化則是單調遞減的，‘克新1號’的莖稈氮含量變化呈先增后減的單峰曲線，峰值在其出苗后30 d出現。

圖1c所示，5個供試品種塊莖氮含量均為單調遞增的變化趨勢。其中，‘克新1號’的塊莖氮含量變化分為3個階段，即出苗后60 d到出苗后75 d期間，氮含量基本穩定，而前后2個階段的氮含量則在遞增。‘夏坡蒂’的塊莖氮含量前期不斷上升，在其出苗后75 d氮含量逐漸保持穩定。‘大西洋’、‘費烏瑞它’和‘隴薯3號’的塊莖氮含量變化曲線皆為下凸的單調曲線，說明其氮含量的上升速率隨著生育進程的推進在不斷增大。

2.4馬鈴薯氮素階段吸收積累量變化

在馬鈴薯全生育期中，不同品種馬鈴薯對氮元素的吸收積累量存在明顯的差異（表3）。馬鈴薯全株的氮素階段吸收積累量的峰值出現在馬鈴薯出苗后60～75 d，且這個時期的氮積累量占全生育期積累總量的三分之一。

早熟品種‘費烏瑞它’在出苗后18 d的氮素積累量為18.50 kg/hm2，其氮積累速率是最大速率的9.87%，在生長初期便開始加快氮素的吸收積累。‘克新1號’在出苗后30 d的氮素積累量為74.09 kg/hm2，此時氮積累速率是最大速率的35.60%，同樣較早進入了快速積累氮素的階段。‘夏坡蒂’在出苗后47 d的氮積累速率已達最大速率的70.60%，而此時‘隴薯3號’的氮積累速率是最大速率的47.14%，然而‘夏坡蒂’和‘隴薯3號’的氮素積累量變化相近，其全生育期氮素積累總量無顯著性差異。‘大西洋’的最大氮素階段吸收積累量為305.2 kg/hm2，說明其具有較強的氮素積累能力。

表4所示，在得到5個品種的全株全生育期的氮積累總量后，對其進行差異性分析，在氮素的吸收積累方面，‘大西洋’和‘費烏瑞它’的積累量表現為顯著性差異。氮素吸收積累量的大小順序為‘大西洋’＞‘隴薯3號’＞‘克新1號’＞‘夏坡蒂’＞‘費烏瑞它’。作為早熟品種的‘費烏瑞它’表現出了和預期相符的最低氮積累量，為610.85 kg/hm2；而中晚熟品種‘大西洋’的氮積累總量相對較大，達到847.56 kg/hm2。

2.5馬鈴薯不同品種氮素積累速率

氮元素積累速率方面，如圖2所示，苗期中，‘克新1號’氮積累速率（葉片+莖稈+塊莖，下同）最高，達到4 872 g/（hm2·d）；‘大西洋’氮積累速率相對較低，為3 479 g/（hm2·d）。出苗后30～45 d，‘夏坡蒂’和‘大西洋’的氮積累速率較高，分別為3 654和3 464 g/（hm2·d）。出苗后45～60 d進入塊莖形成期，‘隴薯3號’的氮積累速率顯著高于同期的其他品種，達到7 533 g/（hm2·d）。出苗后60～75 d進入塊莖膨大期，各品種馬鈴薯的莖葉已基本停止氮素的積累，氮的積累主要集中于塊莖，‘大西洋’的氮積累速率最高，為10 341 g/（hm2·d）；‘隴薯3號’的氮積累速率最低，為1 677 g/（hm2·d），這也是‘隴薯3號’自身具有高淀粉含量的品種特性，碳水化合物的積累對氮素積累造成阻礙。出苗后75～90 d為淀粉積累期，早熟品種‘費烏瑞它’也進入了塊莖成熟期，馬鈴薯地上部分多數已經死亡，塊莖的氮積累速率也在下降甚至停滯，此時期‘克新1號’的氮積累速率最高，為3 315 g/（hm2·d）。

3 討論

本次試驗結果表明，馬鈴薯地上部對氮素的吸收積累量在其整個生育期間表現出不斷下降的趨勢，而且這樣的變化趨勢是單調的；此結果與前人的相關研究結果[5,21-23]相吻合。且馬鈴薯地上莖稈和葉片中的氮素含量在生育中期的下降速率較生育前期和后期要大，各品種氮素含量下降最快的時期都集中于塊莖膨大期。從馬鈴薯各器官氮素吸收分配率的結果（表2）可知，在出苗后60 d時，馬鈴薯植株中50%以上的氮元素仍然富集于葉片當中；隨后氮素開始從地上部大量轉移至地下塊莖中。上述進程處于馬鈴薯的塊莖膨大期和淀粉積累期。在實踐生產當中，應當在馬鈴薯出苗后45 d左右進行土壤肥力的補充，以滿足此時期馬鈴薯與日俱增的氮吸收積累需求量。

通過分析5個品種的氮素階段吸收量結果，‘克新1號’在塊莖形成期之后至成熟期前一直保持著較高的吸收積累量水平，但‘克新1號’全生育期內的氮素吸收積累總量卻是在5個供試品種里較低的一個品種。早熟品種‘費烏瑞它’的氮素需求在生長初期就快速增長。‘夏坡蒂’的氮素階段吸收積累量的峰值較其他品種的有所提前。因此，在大田栽培管理過程中，要特別注意上述品種的營養元素吸收轉運規律，制定相應的施肥總量以及肥料階段性配施比例，達到更為精確高效的施肥目標。通過本次多品種的試驗，可以看到‘大西洋’是氮吸收積累量較大的品種（積累總量見表4）。

在營養元素的器官分配百分率方面，葉、莖稈、塊莖呈現出明顯的規律；葉片以苗期的元素分配比例最大，莖稈以塊莖形成期的元素分配比例最大，而塊莖則在成熟期達到元素分配比例的峰值。除‘隴薯3號’外，其他4個供試品種的分配比變化皆為單調增減性的，而前者的元素分配比在整個生育期內變化幅度相對較小，這一特點在實際生產過程中要特別注意，調整針對性的肥料供給方案，結合各器官的養分需求比重，針對不同品種制定肥料分施比例。

?

表4馬鈴薯品種間氮積累總量差異性分析Table 4 Analysis on difference of total nitrogen accumulation in potato varieties

在營養元素積累速率的結果中，品種間差異性最為明顯。‘費烏瑞它’作為早熟品種，其各元素的積累速率峰值在整個試驗期間出現得較早，且積累時間較短，快速積累期基本處于出苗后60 d之內。而‘隴薯3號’和‘大西洋’是高淀粉型的中晚熟品種，其元素積累期較長，在出苗后90 d仍有一定的積累速率；并且‘隴薯3號’莖葉部的積累速率呈雙峰曲線變化，峰值分別在出苗后約15～30和45～60 d兩個時期內。在大田施肥管理上可以借鑒各個品種的快速積累期，在此時期之前適當增加分施肥料的比重，提高肥效。