不同馬鈴薯品種的氮效率差異研究

張婷婷，孟麗麗，陳有君，蒙美蓮*

（1.內蒙古農業大學農學院，內蒙古 呼和浩特 010018；2.內蒙古農業大學生命科學學院，內蒙古 呼和浩特 010018）

氮素作為作物生長發育所必需的元素，在提高糧食作物產量中有著重要作用。氮肥的使用為解決中國糧食供給做出了巨大的貢獻。但是，隨著氮肥施用量的增多，不但增加了生產成本，也使生態環境受到嚴重污染［1-2］。因此，為了降低生產成本，減少環境污染，選用氮高效的品種已成為當前研究的熱點之一，并且前人在水稻、小麥、玉米等作物上已經做了大量的研究［3-9］。馬鈴薯根系較淺，不易吸收根層以下的肥料，在灌溉條件下存在硝酸鹽淋失的風險，從而肥料利用率下降，過量的氮肥投入反而會造成減產［10-13］。因此，分析馬鈴薯氮效率的品種間差異，挖掘氮效率高的品種顯得尤為重要。研究得出馬鈴薯野生種與栽培種之間，早熟與晚熟之間氮效率不同［14-16］。因各地區環境及生長條件的不同，導致主栽品種也有差異，所以其適于當地的氮高效品種可能也有區別。程紅［17］在四川篩選出費烏瑞它、壩薯10號、高原7號、云薯301為氮高效型品種；矯嬌嬌等［18］發現在東北地區東農310和克新22號等品種對氮素的響應度高于東農311、克新19號和大西洋等品種；何丹丹等［19］在內蒙古的研究認為克新1號和青薯9號在0和270 kg/hm2施氮量下的產量高于其所研究的7個品種的均值。內蒙地區是中國馬鈴薯的重要產區之一，馬鈴薯種植品種眾多，有關馬鈴薯氮效率品種間差異性還缺乏系統研究。因此，系統研究馬鈴薯品種間氮效率差異及其相關特性，對篩選利用氮高效品種，建立更加有效的氮素高效篩選評價機制，以降低氮肥施用量，保護環境，提高生產效益具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2016～2018年在內蒙古武川縣大豆鋪村進行。該地區處于陰山北麓，海拔約1572 m，為中溫帶大陸季風氣候，年均氣溫2.6℃，≥0℃積溫2578.5℃，無霜期110 d左右；年均降水354.1 mm左右。供試土壤為栗鈣土，3年前茬分別為燕麥、燕麥和向日葵。0～20 cm土壤pH值分別為8.23、8.16和8.23，有機質含量分別為17.32、14.85和15.03 g/kg，堿解氮含量分別為40.66、40.38和42.39 mg/kg，有效磷含量分別為11.47、11.31和12.37 mg/kg，速效鉀含量分別為132.42、118.76和123.77 mg/kg。

1.2 試驗設計

2016年 在 施 氮150 kg/hm2（低 氮，LN）和300 kg/hm2（常規施氮，CN）下研究內蒙古地區栽培的27個馬鈴薯品種（表1）生長狀況及其氮效率差異。小區面積為18 m2，氮肥用尿素（N 46.4%）和磷酸二銨（N 18%），磷、鉀肥用磷酸二銨（P2O546%）和硫酸鉀（K2O 52%）。5月17日播種，在出苗后60 d取樣測定，9月19日收獲測產。本文中的常規施氮量是根據本研究室以前的研究結果，并結合當地農戶生產設置的［13］。

表1 供試馬鈴薯品種

2017與2018年在施氮量0 kg/hm2（ON）、150 kg/hm2（LN）、300 kg/hm2（CN）下研究了尤佳70和冀張薯12號的生長狀況及其氮效率差異。小區面積為30 m2，氮、磷、鉀肥分別用尿素、過磷酸鈣（P2O518%）、硫酸鉀。2017年5月11日播種，9月17日收獲測產；2018年5月6日播種，9月21日收獲測產。在馬鈴薯塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期分別取樣測定。

3年試驗均采用二因素裂區設計，主區為施氮量，副區為品種。種植密度6萬株/hm2。重復4次。總氮肥量的2/3播種時施入，其余1/3在起壟時追施。磷（P2O5）、鉀（K2O）肥均在播種時施入，均為225 kg/hm2，滴灌灌溉。

1.3 測定指標與方法

用直尺測量株高；方格法測定冠層覆蓋度［20］；采用SPAD-502型葉綠素測定儀測定葉片SPAD值。

每次取樣時選取生長一致且具有代表性的植株3株，將莖葉和根分開，烘干后測定莖葉干物質量與根干物質量。凱氏定氮法測定氮含量。

收獲前每小區選擇兩行進行測產考種，計算產量。

1.4 計算公式

莖葉氮累積量=莖葉干物質量×莖葉含氮量；根氮累積量=根干物質量×根含氮量；氮效率=產量/供氮量（相同地塊土壤中氮量一致，本文供氮量僅指施氮量）；氮素吸收效率=氮累積量/供氮量；氮素利用效率=產量/氮累積量；耐低氮脅迫指數=低氮產量/常規施氮產量［21］。

1.5 數據處理

采用Excel 2010、SPSS 20.0軟件進行數據處理、作圖和統計分析。方差分析采用Duncan新復極差和T檢驗法，相關分析用Pearson法進行。

2 結果與分析

2.1 不同馬鈴薯品種農藝性狀、產量和氮效率的差異

表2是2016年27個品種各項指標平均值和變異情況。可以看出，低氮處理氮效率、氮素吸收效率和氮素利用效率顯著或極顯著高于常規施氮量處理；其余性狀指標均表現為低氮處理顯著或極顯著小于常規施氮處理。減少施氮量干物質量下降了12.35%，氮累積量下降了21.77%，進一步導致產量下降了12.28%，但使氮效率增加了75.50%。品種間干物質量、氮累積量、SPAD值、株高、冠層覆蓋度、產量等均存在著極顯著差異，各指標都有較高的變異系數，除SPAD值外，其余指標均大于10%，且低氮處理大于常規施氮處理。低氮處理品種間的產量和氮效率變幅大于常規施氮處理，產量的變幅分別為28.36和21.05 t/hm2，氮效率的變幅分別為189.02和103.52 kg/kg。

表2 不同施氮條件下馬鈴薯農藝性狀、產量和氮效率的差異

2.2 不同馬鈴薯品種氮效率的劃分

各馬鈴薯品種在低氮和常規氮處理下塊莖產量存在差異，除冀張薯12號、克新19號和冀張薯14號在低氮下產量略大于常規氮處理外，其余各品種均表現為常規施氮處理下的產量高于低氮處理。以兩個施氮量下的產量平均值（低氮28.83 t/hm2、常規施氮32.86 t/hm2）和耐低氮脅迫指數平均值（0.88）為依據，將27個品種分為6類（圖1），分別為雙高效耐低氮型，即兩個施氮量下產量均大于平均值，耐低氮脅迫指數大于0.88（圖1，Ⅰ區），包括8個品種，分別是冀張薯12號、荷蘭14號、后旗紅、克新25號、克新19號、希森6號、興佳2號和青薯9號；雙高效不耐低氮型，即兩個施氮量下產量均大于平均值，耐低氮脅迫指數小于0.88（圖1，Ⅱ區），包括5個品種，分別是克新1號、坤9、康尼貝克、KF4和克新18號；雙低效不耐低氮型，即兩個施氮量下產量均小于平均值，耐低氮脅迫指數小于0.88（圖1，Ⅳ區），包括7個品種，分別是延薯4號、富金、尤佳70、大西洋、費烏瑞它、克新4號和紅美；雙低效耐低氮型，即兩個施氮量下產量均小于平均值，耐低氮脅迫指數大于0.88（圖1，Ⅴ區），包括4個品種；低氮高效型則為低氮量下的產量高于平均值，而在常規施氮量下的產量低于平均值（圖1，Ⅵ區），這類有2個品種；高氮高效型則為低氮量下的產量小于平均值，而在常規施氮量下的產量大于平均值（圖1，Ⅲ區），該類只有早大白一個品種。

2.3 雙高效耐低氮型和雙低效不耐低氮型的氮效率相關性狀差異比較

表3比較了兩個類型品種產量、氮效率、株高、冠層覆蓋度、SPAD值等性狀的差異。雙高效耐低氮型在兩個施氮量下的產量比雙低效不耐低氮型分別高68.38%和37.27%。與常規施氮處理相比，低氮處理下雙高效耐低氮型、雙低效不耐低氮型產量降幅分別為2.63%和20.64%。氮效率與產量表現一致。雙高效耐低氮型的氮素吸收效率、氮素利用效率、株高、冠層覆蓋度、SPAD值、莖葉干物質量、根干物質量、莖葉氮累積量、根氮累積量顯著高于雙低效不耐低氮型，低氮處理下前者較后者分別高52.38%、13.47%、51.27%、20.78%、13.15%、145.99%、95.24%、140.91%、80.29%，常規施氮下分別高22.22%、10.25%、27.34%、10.85%、11.60%、99.58%、65.45%、84.85%、52.21%。

表3 雙高效耐低氮型和雙低效不耐低氮型馬鈴薯氮效率、農藝性狀及氮累積量的比較

2.4 冀張薯12與尤佳70氮效率、干物質累積量、氮累積量的差異

選取冀張薯12和尤佳70為材料，在2017和2018年連續兩年研究了二者氮效率及相關指標的差異（表4、表5）。可以看出，冀張薯12號在低氮處理和常規施氮處理下氮效率顯著高于尤佳70，兩年平均高103.09%、86.14%；冀張薯12號的氮素吸收效率、氮素利用效率兩年平均值也顯著大于尤佳70，低氮處理下分別高47.03%、39.70%，常規氮處理下分別高21.05%、54.06%。

隨生育時期的推進，兩品種單株干物質量和氮累積量均逐漸增加（表5）。各施氮量下冀張薯12號的單株干物質量在各生育時期均顯著高于尤佳70。不施氮處理下冀張薯12號單株干物質量在塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期較尤佳70分別高16.37、24.87和49.89 g/株，低氮處理下分別高15.85、32.27和67.14 g/株，常規施氮處理下分別高15.67、21.50和37.07 g/株。冀張薯12號各施氮處理的單株氮累積量在各生育時期均顯著高于尤佳70。兩年平均氮累積量不施氮處理下在塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期分別高0.39、0.48和0.62 g/株、低氮處理下分別高0.43、0.89和1.28 g/株，常規施氮處理下分別高0.41、0.55和0.79 g/株。

表4 冀張薯12號和尤佳70馬鈴薯品種氮效率的比較 （kg/kg）

表5 冀張薯12號和尤佳70馬鈴薯品種干物質量和氮累積量比較 （g/株）

3 討論

前人研究發現，多種作物在其品種間存在氮效率差異，種植氮高效品種是生產中減少施氮量，控制氮素污染，提高氮肥利用效率，降低生產成本最為有效的途徑之一［3-9］。本研究中在兩個施氮量條件下27個馬鈴薯品種之間的氮效率存在差異。根據氮效率的定義，在供氮量相同情況下，產量可以表征各品種的氮效率，是馬鈴薯氮效率能力評價的主要指標；莖葉干物質量、根干物質量、莖葉氮累積量、根氮累積量的變異系數較大，且與產量呈顯著正相關關系，可作為馬鈴薯氮效率評價的重要指標；株高、冠層覆蓋度、葉片SPAD值雖然變異系數不高，但也與產量呈顯著正相關關系，可作為馬鈴薯氮效率評價的輔助指標。因為作物對不同氮肥的響應差異，導致不同施氮量下氮效率也不一致，所以根據不同施肥量下作物對氮肥的響應情況進行劃分則相對可靠［22］。本試驗根據兩個施氮量下的產量變化將27個馬鈴薯品種分為6類。青薯9號、克新1號的分類結果與何丹丹等［19］的研究結果一致，兩種施氮量下產量均較高，但是相較于常規施氮量，克新1號在降低施氮量后產量下降幅度較大，故將其分為雙高效不耐低氮型。費烏瑞它、興佳2號的研究結果與前人存在差異［17，19］，這是由于供氮量、供試品種種類不同導致劃分結果出現差異。可見，馬鈴薯品種氮效率的高低是相對的。

研究表明雙高效型產量與氮效率顯著高于雙低效型。2017與2018兩年的結果也證實了不論施氮量如何，冀張薯12號氮效率顯著大于尤佳70。冀張薯12號干物質積累量及氮積累量顯著大于尤佳70，且隨生育進程的推移兩品種之間干物質量和氮累積量的差異逐漸加大，在玉米的研究中也得到證實［23-24］。植株根系特性易受氮水平調節，根系大小與氮吸收量呈正相關［25］。本研究結果中減少施氮量根系生長受到抑制，但是不同類型品種受到的抑制程度不同。雙高效耐低氮型根干物質量下降了9.89%，明顯小于下降了23.64%的雙低效不耐低氮型。氮高效耐低氮品種在低氮條件下健壯的根系為高氮積累量提供了基礎。葉綠素含量與光合作用密切相關，與產量及氮效率呈顯著正相關［26］。Ospina等［27］研究發現綠葉覆蓋土壤百分比與塊莖產量之間存在高度相關性，雙高效耐低氮型品種在低氮條件下較高的葉綠素含量、較大的光合面積，有利于截獲、傳遞更多的光能，生產積累更多的光合產物，最終促進了塊莖產量形成，提高了氮效率。綜合分析發現，氮高效類型根系強壯，氮素積累量大，葉綠素含量高，冠層覆蓋度大，干物質積累量大，產量高。

4 結論

供試的27個馬鈴薯品種氮效率存在顯著差異。冀張薯12號、荷蘭14號、后旗紅、克新25號、克新19號、希森6號、興佳2號和青薯9號屬于雙高效耐低氮型，延薯4號、富金、尤佳70、大西洋、費烏瑞它、克新4號和紅美屬于雙低效不耐低氮型。在生產中選擇種植雙高效耐低氮型品種，既能保證產量，也有利于節省生產成本，還可減少對環境的污染。