王顺妮 董文 陈鑫昊 高倩 胡新喜 熊兴耀

摘    要：为研究施氮水平对湖南地区秋马铃薯生长、产量及品质的影响，以‘费乌瑞它为材料，设置4个施氮水平（0，75，150，225 kg·hm-2）。研究结果表明，施氮量对马铃薯出苗率无明显影响;随施氮量增加，马铃薯株高、SPAD值、净光合速率总体先增加后趋于平稳;随施氮量的增加，马铃薯产量呈先增后减趋势，以施氮量150 kg·hm-2达到最高，较不施氮处理提高60.17%;马铃薯的氮素农学利用率和氮素偏生产力呈下降趋势。随施氮量增加，马铃薯块茎中总糖及淀粉含量呈下降趋势，马铃薯可溶性糖含量呈上升趋势。相关性分析表明，产量与单株块茎质量呈极显著正相关。适当增施氮肥有利于秋马铃薯生长、产量及品质的提高，湖南地区‘费乌瑞它秋种推荐施氮量为150 kg·hm-2。

关键词：马铃薯;氮素;生长;产量;品质

中图分类号：S532 文献标识码：A 文章編号：1673-2871（2020）10-033-06

Abstract： The potato variety ‘Favorita was used as the material and four nitrogen levels （0， 75， 150， 225 kg·hm-2） were set to study the effects of nitrogen application rate on the growth， yield and quality of autumn potato in Hunan province. The results showed that the plant height， SPAD value， and net photosynthetic rate were generally increased firstly and then stabilized with the increasing of the nitrogen application. Potato yield increased first and then decreased with the increase of nitrogen application. The yield reached the maximum when nitrogen was applied at 150 kg·hm-2， which was 60.17% higher than that of without nitrogen application. The nitrogen agronomic utilization rate and nitrogen partial productivity of potato showed a decreasing trend. With the increase of nitrogen application， the total sugar and starch contents of potato tuber showed a decreasing trend， while the soluble sugar content of potato tuber showed an increasing trend. Correlation analysis showed that there was a significant positive correlation between yield and tuber weight per plant. Proper application of nitrogen fertilizer was beneficial to the growth， yield and quality of autumn potato. The recommended nitrogen application rate for  ‘Feurietain Hunan province is 150 kg·hm-2 in autumn.

Key words： Potato; Nitrogen; Growth; Yield; Quality

马铃薯（Solanum tuberosum L.）属于茄科属一年生草本块茎作物[1]，是世界四大粮食作物之一[2]。马铃薯作为粮食、经济和饲料兼用作物[3]，在我国粮食体系中占据着重要位置，是我国农村经济发展的一个重大支柱[4]。

湖南省种植的马铃薯以冬作为主，发展秋马铃薯种植可实现马铃薯错季上市，相互补充。而且湖南地区6—7月，水涝灾害严重，灾后若遭遇旱季或西南山区遭遇干旱，秋马铃薯亦是解决粮食短缺和救灾补损的重要作物之一[5]。可见，种植秋马铃薯是马铃薯产业发展的重要部分。

氮素是马铃薯生长发育必需的营养元素之一，马铃薯整个生育期对氮的需求量大，在自然土壤中，必须补施氮肥才能满足其正常生长需求[6]。Rens等[7]研究表明，氮肥的施肥时间、用量及肥料利用率是提高马铃薯产量及增加经济效益的关键因素。于静[8]研究表明，过量施氮会造成肥料利用率下降，氮肥施用量较高的华南区域氮素偏生产力相对较低，严重影响到马铃薯产量与品质。近年来，国家提出了马铃薯主粮化发展战略，加快了我国马铃薯产业发展，但在实际生产种植过程中，为追求高产，往往过量施用氮肥，造成了一系列水资源和土壤环境污染等问题，使得氮积累导致的负面生态效应大于增产效应[9-10]。前人对湖南地区秋马铃薯需肥特性的研究甚少，无针对该地区秋马铃薯施肥的指导意见，生产上多参考冬马铃薯的施肥水平，往往施肥过多。因此研究不同施氮量对湖南地区秋马铃薯生长、产量及品质的影响，对解决湖南地区秋马铃薯合理施用氮肥，实现秋马铃薯高产高效生产具有重要指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试验设计

以湖南省主栽的马铃薯品种‘费乌瑞它为试验材料，由湖南省马铃薯工程技术研究中心提供。

试验在湖南农业大学耘园试验基地（28°07′58″N，113°17′32″E，海拔57 m）进行。试验土壤为黏壤土。试验采用单因素随机处理，设4个施氮水平，分别为N0（0 kg·hm-2）、N1（75 kg·hm-2）、N2（150 kg·hm-2）和N3（225 kg·hm-2），磷肥及钾肥按照当地常规用量施用，分别为P2O5（150 kg·hm-2）及K2O（150 kg·hm-2），所有肥料做基肥一次施入。试验设3次重复，共12个小区，小区面积15 m2，宽窄行种植，宽行60 cm，窄行40 cm，株距25 cm，每个小区分为两列，每列对称播种60个大小质量均匀的种薯，每个小区共播种120个种薯。于2015年8月26日播种，2015年12月25日收获。

1.2 测定项目与方法

出苗率：于马铃薯现蕾期调查小区内出苗植株占播种穴数的百分数。

株高：于马铃薯现蕾后15 d左右，每个小区随机选取10株，用直尺测量株高。

叶绿素相对含量及光合作用：于马铃薯现蕾后15 d左右，晴天10：30—11：00，每个小区选取10株长势一致的植株，选取每株上第4片完全展开的顶小叶，利用PJ-4N叶绿素测定仪测定其叶绿素相对含量（SPAD值）;利用美国LI-6400便携式光合仪测定其净光合速率。

产量：马铃薯收获时，按小区收获、称重，计算出理论产量，并折合成每hm2产量;每个处理随机取10株，将块茎按大小分级后称质量，单薯质量≥50 g为商品薯，否则为非商品薯，计算商品薯率;测单株块茎数、单株块茎质量及单薯质量。相关计算公式：理论产量=实际收获小区产量/出苗率;商品薯率/%=商品薯质量/总质量×100。

品质：收薯后每个小区随机选取1 kg大小一致的马铃薯块茎作为样品，采用蒽酮法测定块茎中总糖含量、可溶性糖含量[11];酸水解法测定块茎淀粉含量[12]。

氮素利用效率：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）/该施氮区的施氮量;氮素偏生产力/（kg·kg-1）=施氮区马铃薯产量/该区施氮量。

1.3 数据分析

利用Excel 2010软件处理数据和绘图;用SPSS 25.0软件进行统计分析，用单因素ANOVA检验进行方差分析与显著性分析，用Person相关进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同施氮水平对马铃薯生长的影响

2.1.1 不同施氮水平对马铃薯出苗率的影响 由图1可知，不同施氮水平下，马铃薯出苗率随着施氮量的增加无明显变化，根据相关性分析可知，施氮量与马铃薯出苗率呈负相关（R2=-0.026）。处理N0、N1、N2、N3下马铃薯出苗率的平均值为51.94%、47.78%、48.89%、51.11%，各处理之间无显著性差异。

2.1.2 不同施氮水平对马铃薯株高的影响 由图2可知，氮素直接影响马铃薯植株的生长。不同施氮水平下，马铃薯株高随着施氮量的增加而增加，根据相关性分析可知，施氮量与马铃薯株高呈极显著正相关（R2=0.911**）。处理N0、N1、N2、N3株高分别为29.87、35.13、42.87、43.40 cm，处理N1、N2、N3株高相比不施氮N0处理，分别增加了17.63%、43.53%、45.31%。从处理N0至N2，随施氮量提高，株高的增幅较快，当施氮量超过处理N2水平时，株高增长趋势减慢。处理N0株高显著低于N1、N2、N3，处理N1株高显著低于N2、N3，处理N2和N3之间无显著性差异。

2.1.3 不同施氮水平对马铃薯叶片SPAD值的影响 由图3可知，不同施氮水平下，随着施氮量的增加，马铃薯叶片SPAD值呈增加趋势，根据相关性分析可知，施氮量与马铃薯叶片SPAD值呈显著正相关（R2=0.629*）。处理N0、N1、N2、N3叶片SPAD值的平均值为36.20、38.70、40.69、40.11，处理N1、N2、N3叶片SPAD值相比N0处理，分别增加了6.91%、12.39%、10.79%。处理N1、N2、N3之间叶片SPAD值无显著性差异，处理N2显著高于N0处理。

2.1.4 不同施氮水平对马铃薯净光合速率的影响 由图4可知，不同施氮水平下，随着施氮量的增加，马铃薯净光合速率整体呈先增加后降低的趋势。根据相关性分析可知，施氮量与马铃薯净光合速率呈正相关（R2=0.022）。处理N0、N1、N2、N3净光合速率的平均值为13.59、14.69、15.02、13.37 μmol·m-2·s-1。各施氮处理间马铃薯净光合速率无显著性差异。

2.2 不同施氮水平对马铃薯产量及其构成因子的影响

2.2.1 不同施氮水平对马铃薯产量的影响 由图5可知，施氮能直接影响马铃薯产量，马铃薯产量随施氮量的增加呈先增后降的趋势。根据相关性分析可知，施氮量与马铃薯产量呈正相关（R2=0.270）。N1、N2和N3施氮处理分别比N0不施氮处理产量提高了44.31%、60.17%和16.07%。处理N1、N2显著高于处理N0，处理N2显著高于处理N3。其中处理N2的马铃薯产量最高，达到21 784.29 kg·hm-2。马铃薯产量与施氮量的回归方程为y = -0.534 4 x2 + 131.85 x +133 87，依据回归曲线可知，适量施用氮肥能增加马铃薯产量，过量施氮会造成减产，马铃薯最佳施氮量为123.36 kg·hm-2，产量为21 519.68 kg，与处理N2数据较吻合。

2.2.2 不同施氮水平对马铃薯产量构成因子的影响 由表1可知，马铃薯商品薯率随施氮量的增加呈上升趋势，施氮处理N1、N2和N3分别比不施氮处理N0增加了6.72%、11.77%和19.87%，处理N3显著高于N0、N1。马铃薯单株块茎质量和单薯质量随施氮量的增加呈现先上升后下降趋势，N1、N2和N3施氮处理的单株块茎质量分别比N0不施氮处理单株块茎质量提高了38.75%、54.01%、37.42%，处理N1、N2和N3显著高于N0。N1、N2和N3施氮处理的单薯质量分别比N0不施氮处理单株块茎质量提高了36.66%、59.08%、44.61%。根据相关性分析可知，施氮量与商品薯率呈极显著正相关，与单株块茎质量呈显著正相关、与单薯质量呈正相关，与单株块茎数呈負相关。

2.3 马铃薯生长与产量及其构成因子相关性分析

如表2所示，单株块茎质量与产量呈极显著正相关;单株块茎质量与株高、商品薯率、单薯质量呈显著正相关;株高与叶片SPAD值、商品薯率、单薯质量呈显著正相关;叶片SPAD值与商品薯率呈显著正相关;单株块茎数与单薯质量呈显著负相关;单株块茎数与株高、叶片SPAD值、商品薯率呈负相关。其余各指标之间呈正相关。

2.4 不同施氮水平下马铃薯氮素利用效率

由图6可知，不同施氮水平下，随着施氮量的增加，马铃薯氮素农学利用率呈下降趋势，处理N1、N2、N3氮素农学利用率的平均值为80.35、54.56、9.72 kg·kg-1。处理N1、N2显著高于N3处理;由图7可知，不同施氮水平下，随着施氮量的增加，马铃薯氮素偏生产力呈下降趋势;处理N1、N2、N3氮素偏生产力的平均值为261.69、145.23、70.16 kg·kg-1。处理N1、N2、N3之间差异极显著。

2.5 不同施氮水平对马铃薯品质的影响

2.5.1 不同施氮水平对马铃薯块茎总糖含量的影响 由图8可知，不同施氮水平下，随着施氮量的增加，马铃薯块茎总糖含量呈下降趋势，根据相关性分析可知，施氮量与马铃薯块茎总糖含量呈极显著负相关（R2=-0.879 **）。处理N0、N1、N2、N3块茎总糖含量的平均值为167.67、143.58、137.29、122.36 mg·g-1，处理N1、N2、N3块茎总糖含量相比N0处理，分别降低了14.36%、18.12%、27.02%。处理N1、N2、N3显著性低于N0处理，N3显著性低于N1处理。

2.5.2 不同施氮水平对马铃薯块茎淀粉含量的影响 如图9所示，不同施氮水平下，随着施氮量的增加，马铃薯块茎淀粉含量呈下降趋势。根据相关性分析可知，施氮量与马铃薯块茎淀粉含量呈极显著负相关（R2=-0.838 **）。处理N0、N1、N2、N3块茎淀粉含量的平均值为75.06、67.82、64.02、56.18 mg·g-1，处理N1、N2、N3块茎淀粉含量相比N0处理，分别降低了9.65%、14.71%、25.15%。处理N3显著性低于不施氮N0处理。

2.5.3 不同施氮水平对马铃薯块茎可溶性糖含量的影响 如图10所示，不同施氮水平下，随着施氮量的增加，马铃薯块茎可溶性糖含量呈上升趋势。根据相关性分析可知，施氮量与马铃薯块茎可溶性糖含量呈极显著正相关（R2=0.797**）。处理N0、N1、N2、N3块茎淀粉含量的平均值为10.59、13.89、15.54、17.77 mg·g-1，处理N1、N2、N3块茎淀粉含量相比不施氮N0处理，分别增加了31.18%、46.77%、67.83%。处理N2、N3显著高于不施氮N0处理。

3 讨论与结论

氮素是马铃薯生长发育不可或缺的营养因子，是植物体内重要的有机化合物、维生素等的重要组成成分，在马铃薯生长、产量及品质形成方面起着关键作用[13]。出苗率是影响马铃薯产量形成的主要性状之一。本研究结果表明，施氮量对马铃薯出苗率影响不明显，这与陆昆典等[14]的研究结果一致。马铃薯株高是反映马铃薯生长的重要指标[15]。本研究结果表明，马铃薯株高随着施氮量的增加而增加，说明增施氮肥能够促进马铃薯的生长，这与李剑等[16]在马铃薯上的研究结果一致。前人研究表明，叶片SPAD值与叶绿素含量呈高度正相关[17-18]。本研究中，在施氮量小于150 kg·hm-2（N3）时马铃薯叶片SPAD值随施氮量的增加而升高，大于150 kg·hm-2（N3）时随施氮量的增加略微下降，说明增施氮肥可提高马铃薯叶片SPAD值， 进一步说明氮素可有效促进植物叶绿素合成与活性，这与马宗斌、苏云松等的研究一致[19，20]。

黄继川等[21]研究表明，马铃薯块茎产量与其构成因子随施氮量的增加呈先增加后下降的趋势。张炜等[22]对襄阳地区马铃薯需氮特性的研究表明，当施氮量为180 kg·hm-2，马铃薯产量最高，达到24 030.70 kg·hm-2。董文[23]对湖南地区冬马铃薯的需肥特性研究表明，马铃薯产量随施氮量的增加呈上升趋势，当施氮量为225 kg·hm-2 左右时，产量可达28 707.25 kg·hm-2。本研究中，马铃薯产量随施氮量的增加而增加，当施氮量为150 kg·hm-2，马铃薯产量最高，达到21 784.31 kg·hm-2，但继续施氮，马铃薯产量明显下降，说明适量施氮有利于提高马铃薯产量。本试验结果与前人研究结果不完全一致，这可能是与以下几个因素有关：一是湖南地区秋马铃薯种薯来源为冬马铃薯留种，种薯质量差;二是秋季前期气温高，播种后烂薯较严重，出苗率低;三是，秋马铃薯前期生长速度快，植株徒长;四是秋季后期低温弱光，生育期较短，从齐苗到收获不到60 d等。因此，秋马铃薯的产量相比冬马铃薯较低。氮素农学利用率及氮素偏生产力是衡量氮素对于产量形成有效性的重要指标。岳超等[24]研究表明，马铃薯的氮素农学效率和氮素偏生产力均随施氮量的增加而呈降低趋势，其经济效益也随之下降。修凤英等[25]研究表明，随施氮量的增加，氮素农学利用率及氮肥效益都呈先增加后减少的趋势，当施氮量为135 kg·hm-2时，氮肥效益达最大值。本研究中，马铃薯的氮素农学利用率和氮素偏生产力随着施氮量的增加均呈现不同程度的降低，其中氮素偏生产力下降最为明显。生产上应减少施氮量，即可实现经济效益与环境保护的统一。

马铃薯块茎品质与施氮量也有密切关系。董茜等[26]研究表明，少量施氮可提高马铃薯总淀粉含量，但过多施氮会降低淀粉含量，可溶性糖含量则随施氮量的提高而增加。陈百翠[27]对不同马铃薯品种的研究表明，施用氮肥对‘东农311淀粉含量的影响不显著，但‘东农308和‘东农310随施氮量的增加，淀粉含量呈下降趋势;3个品种可溶性糖随施氮量增加均呈先增后减的趋势。本研究结果表明，马铃薯块茎中总糖及淀粉含量随着施氮量的增加呈下降趋势;可溶性糖含量随施氮量的增加呈增加趋势。可见，马铃薯块茎的品质受多种因素影响，如品种遗传特性、栽培气候条件、肥力供给狀况等。

综上所述，氮肥对马铃薯生长发育具有正效应作用，能显著增加马铃薯产量和经济效益。本研究条件下，当施氮量为150 kg·hm-2 时，足以满足在湖南地区秋季种植‘费乌瑞它的氮肥需求量，可实现高产优质栽培。若继续增大施氮量，会增加无效的经济投入，造成经济效益下降，甚至环境污染等问题。

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