施氮水平对不同马铃薯品种生长与产量的影响

摘    要：以中薯5号和中薯18号为材料，在南方冬闲稻田研究了不同品种对施氮水平的响应。结果表明，施氮量为0～150 kg·hm-2时，收获期中薯18号的株高随施氮水平提高呈增加趋势，而中薯5号的株高随施氮水平提高呈先增加后减少的趋势。2个品种块茎膨大期和收获期叶片SPAD值均随施氮水平提高呈增加趋势。中薯18号叶片净光合速率随施氮水平提高呈增加趋势，而中薯5号叶片净光合速率在施氮量为75 kg·hm-2时最高。2个品种叶柄硝酸还原酶活性在施氮量为75 kg·hm-2时最高。施氮水平为75 kg·hm-2时，中薯18号和中薯5号产量最高，分别为29 437.04 kg·hm-2和41 303.70 kg·hm-2。收获期马铃薯各器官氮含量、氮积累量均随施氮水平提高呈增加趋势，且相同施氮水平下中薯18号单株氮积累量高于中薯5号。2个品种氮素利用率、氮素农学利用率和氮素偏生产力均随施氮水平提高而减少，且相同施氮水平下中薯5号氮素利用效率显著高于中薯18号。在南方冬闲稻田春马铃薯生长季节，中薯5号产量和氮素利用效率更高。

关键词：马铃薯；品种；氮素利用效率；产量；生长

中图分类号：S532 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）02-084-07

Effects of nitrogen rates on the growth and yield of different potato varieties

CAI Linzhi1， GONG Danming1， DING Ren1， MA Yanyan1， XIONG Xingyao2， HU Xinxi1，3，4

（1.College of Horticulture， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， Hunan， China; 2.Agricultural Genomics Institute at Shenzhen， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Shenzhen 440307， Guangdong， China; 3.Key Laboratory of Vegetable Biology of Hunan Province， Changsha 410128， Hunan， China; 4.Hunan Provincial Engineering Research Center for Potatoes， Changsha 410128， Hunan， China）

Abstract：The response of different varieties to nitrogen application rates was studied in the winter fallow paddy field by using Zhongshu No. 5 and Zhongshu No. 18 as materials. The results showed that the plant height of Zhongshu No. 18 increased with N application during harvesting period from 0 to 150 kg·hm-2， while the plant height of Zhongshu No. 5 increased and then decreased with N application. The leaf SPAD values of both varieties increased with N application during tuber expansion and harvesting period. The net photosynthetic rate of Zhongshu No. 18 increased with the increase of nitrogen application rate， while that of Zhongshu No. 5 at 75 kg·hm-2 was the highest. The activity of nitrate reductase in the petioles of the two varieties were the highest when the nitrogen application rate was 75 kg·hm-2. The highest yields of 29 437.04 kg·hm-2 and 41 303.70 kg·hm-2 were achieved at 75 kg·hm-2 of N application rate for Zhongshu No. 18 and Zhongshu No. 5， respectively. Nitrogen content and N accumulation in all potato organs at harvest increased with N application level， and N accumulation per plant at the same N application level was higher in Zhongshu No. 18 than in Zhongshu No. 5.The nitrogen use efficiency， nitrogen agronomic use efficiency and nitrogen partial productivity of the two varieties decreased with the increase of nitrogen application rate， and the nitrogen use efficiency of Zhongshu No. 5 was significantly higher than that of Zhongshu No. 18. Compared with Zhongshu No. 18， Zhongshu No. 5 has higher yield and nitrogen use efficiency in the spring potato growing season in the winter fallow paddy field in the south.

Key words： Potato; Varieties; Nitrogen use efficiency; Yield; Growth

马铃薯（Solanum tuberosum L.）作为世界第四大主要粮食作物，适应性强，产量高[1]；其块茎不仅含有大量的淀粉，还富含抗氧化剂，如多酚、必需矿物质、氨基酸和维生素C、B6和B3[2]；2020年中国马铃薯播种面积占全球的22.57%，但单产仅为世界平均水平的85.20%[3]。因此，提高我国马铃薯单产显得极为重要。

决定作物产量的一个重要因素是土壤中氮源的有效性；氮作为蛋白质、DNA和RNA最重要的组成部分之一，对植物的生长和发育至关重要[2]。而硝酸盐是植物在土壤中吸收氮的主要形式，硝酸盐信号在萌发、根系生长、叶片扩张、衰老等重要发育过程中都起着重要作用[4]。前人的研究表明，氮肥投入量的增加是目前马铃薯增产的主要原因[5]，20世纪70—90年代，化肥的大量使用明显提高了马铃薯单产，而90年代之后，随着施肥量的增多，马铃薯的产量却并非一直增加，表现为氮素利用效率过低[6]。马铃薯硝酸还原酶（NRA）活性的高低，也直接影响氮素的利用效率，从而会影响马铃薯块茎的产量和品质[7]。一般情况下马铃薯的硝酸还原酶活性与施氮水平呈正相关，但不同植物品种的NRA不尽相同[8]。在小麦上的研究表明，NRA的变化可能反映了植株吸收还原氮素量的变化，氮素代谢旺盛的原因可能是NRA活跃且持久，还原了更多的硝酸盐[9]。Botha等[10]发现增施氮肥能提高马铃薯块茎的质量，从而提高单位面积产量，而过量施用氮肥不仅增加生产成本，还会降低氮肥利用率。氮肥利用率一般与施氮量呈负相关，虽然可以通过少施氮肥来提高氮肥的利用率，但是这样并不能获得最佳的经济利益[11]。因此，只能通过保持较高产量水平的合理施肥来提高氮肥利用率；在优化的管理措施下水稻的氮肥利用率可达到50%～80%[12]。增加氮肥利用效率不仅要选择合适的施氮水平，筛选氮素利用效率较高的品种也极为重要，不同小麦和水稻品种间氮素利用效率的差异分别高达71.4%和79.6%[8]。侯翔皓等[13]的研究表明通过合理施肥可以明显提高马铃薯的产量及氮肥利用率；也有研究者发现马铃薯晚熟品种比早熟品种往往有更高的氮素利用率和氮素生理效率[5]。笔者团队前期的研究表明，南方早春马铃薯和秋马铃薯生长在短日照条件下，相对北方马铃薯结薯提前，中、晚熟马铃薯生育期缩短，也能获得较高的产量[14]。在高氮和低氮水平下，初步研究了不同品种的氮素利用效率，中薯5号氮素利用效率高于中薯18号。前人针对施氮量对南方早春马铃薯的生长、生理等的影响已做了大量的研究，但有关施氮量对早春不同马铃薯品种生长的影响研究较少，笔者以中薯5号和中薯18号为材料，研究不同品种对氮素水平的响应，为湖南地区早春马铃薯氮肥管理提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料中薯5号和中薯18号由中国农业科学院蔬菜花卉研究所马铃薯创新团队提供。

1.2 试验设计

试验于2021年1—6月在湖南农业大学校内基地进行，土壤为黏质土，前茬作物为花生，供试土壤基本理化性质：pH值为5.45，水解性氮含量（w，后同）为157.00 mg·kg-1，有效磷含量为83.70 mg·kg-1，速效钾含量为94.00 mg·kg-1，全氮含量为1.84 g·kg-1，全磷含量为1.16 g·kg-1，全钾含量为18.70 g·kg-1，有机质含量为27.30 g·kg-1，总镉含量为0.55 mg·kg-1。设计3个施氮水平，分别为0、75、150 kg·hm-2（分别为0N、75N、150N处理），2个品种（图表中简称为Z18、Z5），共6个处理，设3次重复，总共18个小区，随机区组。小区面积20 m2，各处理P、K肥一致，施入的 N、P、K肥分别为尿素、钙镁磷肥（P2O5含量为150 kg·hm-2）和硫酸钾（K2O施用量为150 kg·hm-2），各处理肥料均做基肥一次性施入。播种时采用单垄双行种植，行距1 m，株距为25 cm，种植密度为75 000株·hm-2，播种后覆膜。马铃薯开始出苗后，人工破膜引苗。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生长与生理指标指标 基础生理指标测定和取样时间分别为出苗后25 d（苗期）、45 d（块茎形成期）、65 d（块茎膨大期）、85 d（收获期）。各时期每个小区随机选取10株，测定植株株高、茎粗、使用PJ-4N叶绿素测定仪测定每株第4片完全展开叶片顶小叶SPAD值；在苗期、块茎膨大期和收获期分别测定植株的干质量为生物量，植株分块茎和其他两部分分别于105 ℃杀青30 min后，65 ℃烘干至恒质量[15]。块茎膨大期植株叶柄硝酸还原酶活性使用苏州科铭生物技术有限公司试剂盒测定。使用LI-6400光合仪在块茎膨大期测定第4片完全展开叶片顶小叶净光合速率[15]。

1.3.2 产量及其构成因子 收获时每小区取10株，统计单株结薯数、单株产量、单薯质量[15]；以小区为单位测产，测产面积15 m2，并折合成每1 hm-2的产量，商品薯率为商品薯占小区产量的比率。

1.3.3 氮素含量测定 所有烘干植株样品经消煮后，采用凯氏定氮法[20]测定植株氮含量。

1.3.4 氮素利用效率的计算 氮素农学利用率（kg·kg-1）=（施氮区马铃薯产量-未施氮区马铃薯产量）/施氮区施氮量；氮素偏生产力（kg·kg-1）=施氮区马铃薯产量/该区施氮量；氮素利用效率（g·g-1）=单株产量/收获期单株氮积累量。

1.4 数据分析

运用Excel软件处理数据和绘图；采用SPSS26.0软件进行方差分析，采用Pearson进行相关性分析。