氮素对兰州百合产量、养分累积和品质的影响

2011-06-08林玉红罗俊杰

草业学报 2011年5期

林玉红，罗俊杰

（甘肃省农业科学院生物技术研究所，甘肃兰州730070）

兰州百合（Liliumdavidiivar.unicolor salisb）是百合科（Liliaceae）百合属（Lilium）川百合的变种，为多年生鳞茎草本植物。因其地下茎块由数十瓣鳞片相累抱合，有“百片合成”之意而得名。是甘肃省的名优特产，在甘肃栽培已有400多年的历史。它不仅是中国百合中的上品，而且是中国惟一的甜百合。其色泽洁白如玉，肉质肥厚。味极香甜，纤维很少，毫无苦味，闻名全国亦可称世界第一。

氮是普通作物需求最大的元素之一，在农业生产发展过程中，氮肥可以明显促进作物生长，增加作物产量，具有低投入、高产出的作用。氮肥的施用时期和数量对作物品质、产量及氮肥吸收利用率有显著的影响［1－3］。近年来，人们为追求高产大量施用氮肥，导致氮肥利用率降低，既浪费资源又污染环境［4，5］。2003年Nature杂志发表了题为“Fertilized to death”的警告性文章［6］，文章指出如果不重视过量施肥带来的环境威胁，将造成灾难性的后果。目前世界上氮肥总量的60%用于粮食作物生产［7］，而谷物携出的氮量仅为施氮量的33%（即，氮肥利用效率，NUE）［8］，其中发达国家NUE为42%，发展中国家为29%［9］。因此，如何进行科学的氮肥管理成为近年养分资源管理研究的热点［10，11］。买自珍和黄玉库［12］、刘建常和魏周兴［13］及孙红梅等［14］曾分别对兰州百合的需肥规律、鳞茎增重规律以及兰州百合发育过程中植株、鳞茎内氮磷钾的吸收与分配规律进行了研究，郑慧俊等［15］对花卉百合品种——东方百合鳞茎的山地膨大发育与养分积累开展研究，但有关氮素对兰州百合的影响尚未见报道。为此，通过田间试验研究不同施氮量条件下，兰州百合产量、氮磷钾养分吸收动态和百合品质变化，为该地区兰州百合氮肥的合理施用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2007－2009年在甘肃省兰州市西果园乡堡子村山旱地进行，2007年4月16日种植。该村位于兰州市南郊二阴山区，海拔≥2 100m。年平均气温5.3℃，生长期平均232d，≥10℃年平均积温为1 870℃，无霜期平均123d，年平均降水量300mm，供试土壤基础肥力分析：0～20cm土层养分含量，全氮0.11%，全磷0.083%，全钾2.86%，水解氮79.1mg／kg，速效磷24.7mg／kg，速效钾170.2mg／kg，有机质1.59%，pH 值8.08，全盐0.055%。

1.2 试验材料与方法

供试材料选自当地农户自繁根系繁茂未腐烂，大小均一，独头的二级种球，作为种鳞茎（简称母籽），母籽平均重量13g。该试验地块前茬为小麦（Triticumaestivum）。2006年秋后深翻晒地，耙松平整。试验在施用磷肥（P2O5）150kg／hm2和钾肥（K2O）225kg／hm2的基础上设4个施氮水平，即施 N肥0，75，150，225kg／hm2，分别用N0，N75，N150和N225表示。小区面积3.85m×5.1m＝19.64m2，开沟栽植，栽植行距35cm，株距14 cm，栽植深度20cm，种植密度为204 000株／hm2，走道宽40cm。随机排列，3次重复。氮肥用尿素（N≥46%），磷肥用普通过磷酸钙（P2O5≥12%），钾肥用硫酸钾（K2O≥33%）。百合种植当年（2007年4月16日）将所有肥料在种植前均匀撒于小区作为基肥一次性施入，百合生长3年内每年肥料施用量均按试验设计进行，且施肥量相同。百合生长第2年（2008年4月13日）和第3年（2009年3月20日）早春土壤解冻后，追施肥料，每年1次。将所有追施肥料混合后，开沟深施于百合行间，覆土耙耱，其他田间管理同大田。兰州百合3年生长期无灌溉，为典型雨养旱作。

1.3 测定项目与方法

兰州百合从母籽栽植到长成商品历时3年。生长1年的兰州百合称为一年生百合，生长2年的称为二年生百合，生长3年的兰州百合则称为三年生百合或商品百合。本试验测定时期为兰州百合生长发育的第2年，即从一年生百合鳞茎萌发期始至二年生百合鳞茎萌发期止。分别于一年生百合鳞茎萌发期（2008年3月26日）、现蕾期（2008年5月28日）、摘花20d（2008年6月28日）和二年生百合鳞茎萌发期（2009年3月18日）取样。每小区取样株5株，水浸洗去鳞茎部泥土，分成地下鳞茎与地上茎叶两部分分别混合，称鲜重。然后将样品在105℃下杀青30min，于80℃烘至恒重称干重，以每小区株数折算干生物量。烘干样经粉碎、过筛后，用硫酸－过氧化氢消煮法制备待测液，取待测液测定氮、磷、钾含量。采用奈氏比色法测定全氮含量，钒钼酸铵比色法测定全磷含量，火焰光度计法测定全钾含量［16］。兰州百合生长3年后，于2010年3月25日每小区挖取2m2百合鳞茎称重测产，混合取样，按上述方法测定氮、磷、钾含量后，分析鳞茎相关品质。总糖采用酸水解法（GB／T 5009.9－2003），水溶性糖采用费林法（GB 6194－1986），粗纤维采用酸碱洗涤法（GB 5515－1985），淀粉采用酸水解法（GB／T 5009.9－2003）。

按以下公式计算N、P、K养分累积量［17］，图表中数据均为3次重复平均值。

1.4 统计分析

试验数据采用DPS软件和Excel 2003进行分析和制图。

2 结果与分析

2.1 施氮量对不同生长年限兰州百合产量的影响

一年生兰州百合不同施氮量条件下产量比母籽增产（2007.4.16栽植时百合母籽平均重量2 647.79 kg／hm2），年增幅为35.09%～82.88%，N0年增幅为44.72%。施氮量为75kg／hm2时，产量最高，比 N0增产30.1%（P＞0.05）。施氮条件下百合产量增幅与N0相比差异不显著（P＞0.05）。二年生兰州百合产量比一年生百合大幅度提高，年增幅为72.14%～151.54%，N0年增幅100.15%。施氮条件下百合产量均高于N0。当施氮量为150kg／hm2时产量最高，比N0增产18.8%，年增产幅度比N0提高显著（增幅151.5%，P＜0.05）。三年生百合产量在二年生百合产量基础上继续增加，年增产幅度为82.07%～104.11%，不施氮（N0）年增幅82.97%。施氮条件下百合产量均高于N0产量，当施氮量为150kg／hm2时产量最高，比N0增产31.9%（P＞0.05）。施氮条件下百合产量增幅与N0相比差异不显著（P＞0.05）（表1）。

2.2 施氮条件下，现蕾期兰州百合地上茎叶与地下鳞茎干生物量和氮磷钾养分累积量的变化动态

现蕾期施氮条件下兰州百合地上茎叶干生物量和氮磷钾累积量均高于地下鳞茎，说明兰州百合从萌发到现蕾期，地上茎叶生长旺盛，地下鳞茎生长较为缓慢。地上茎叶干生物量和氮磷钾累积量的平均值分别是地下鳞茎的1.2，2.6，1.4和2.6倍（图1）。

地上茎叶干生物量和氮、钾养分累积量随着施氮量的增加而增加，当施氮量为150kg／hm2时累积量下降。而磷累积量随着施氮量的增加而增加，其中地上茎叶干生物量和氮累积量高于N0。与N0相比，N150时地上茎叶干生物量增加显著（增幅9.6%，P＜0.05）。地上茎叶氮累积量与N0相比增幅为12.2%～17.8%。当N75和N225时氮累积量增加显著（增幅12.2%和14.6%，P＜0.05），而当N150时氮累积量极显著增加（增幅17.8%，P＜0.01）。与N0相比，当N225时地上茎叶磷累积量显著增加（增幅20.6%，P＞0.05）。施氮条件下地上茎叶钾累积量差异明显，但与N0相比差异不显著（P＞0.05）。

地下鳞茎干生物量和钾养分累积量随着施氮量的增加而下降。氮累积量则随着施氮量的增加而增加，当施氮量为225kg／hm2时下降。磷累积量随着施氮量的增加表现为先升后降再升高的“U”型变化曲线。与N0相比，当N75时干生物量显著下降（降幅为15.3%，P＜0.05）。与N0相比，当N75和N150时，氮累积量显著增加（增幅为33.1%和33.2%，P＜0.01）。与 N0相比，当 N75时磷累积量显著增加（增幅27.0%，P＜0.05）。地下鳞茎钾累积量与N0相比，当N75时增加显著（增幅19.7%，P＜0.05）。

2.3 施氮条件下，摘花20d兰州百合地上茎叶和地下鳞茎干生物量和养分累积量的变化动态

摘花20d兰州百合地下鳞茎干生物量和磷养分累积量高于地上茎叶，而氮、钾养分累积量仍表现为地上茎叶高于地下鳞茎（图2）。地下鳞茎干生物量和磷养分累积量平均值分别是地上茎叶的1.4和1.2倍，地上茎叶氮、钾养分累积量平均值分别是地下鳞茎的1.2和1.3倍，由此说明，地上植株摘花后茎叶养分累积减缓，地下鳞茎开始快速生长膨大，氮磷钾养分累积呈增加趋势。

图2 摘花20d兰州百合地上茎叶、地下鳞茎干生物量和氮磷钾养分累积量的变化动态Fig.2 Defloration 20d，dynamic changes of dry biomass and N，P，K accumulation in L.davidii on the ground，underground bulb under different nitrogen levels

地上茎叶干生物量和氮磷钾养分累积量随着施氮量的增加先升后降再升高，呈“U”型动态曲线。地上茎叶干生物量与N0相比提高了16.1%～26.2%，而氮磷钾养分累积量与N0相比分别增减了－8.0%～33.8%，－3.7%～46.6% 和－17.3%～28.3%。与N0相比，N75时地上茎叶干生物量显著提高（增幅16.1%，P＜0.05），N150和N225时干生物量增加显著（增幅16.1%和26.2%，P＜0.05）。与N0相比，N225时地上茎叶氮累积量有极显著的增加（增幅33.8%，P＜0.05）。

地下鳞茎干生物量和氮磷累积量随着施氮量的增加而增加，而钾累积量则随着施氮量的增加先升后降再升高，呈“U”型变化曲线，鳞茎干生物量和养分累积量均高于N0。地下鳞茎氮累积量与N0相比，N75和N225时增加显著（31.6%和68.7%，P＜0.05），N150时增加显著（增幅56.5%，P＜0.05）。

2.4 施氮量对兰州百合品质的影响

兰州百合总糖、粗淀粉和水溶性糖含量总体均随着施氮量的增加而下降（表2），粗纤维和粗蛋白含量随着施氮量的增加呈先升后降再升高的变化趋势，其中施氮条件下百合粗蛋白含量均高于N0，而水溶性糖含量均低于N0。总糖含量在N75和N150时，分别比N0提高3.3%（P＜0.05）和1.0%（P＞0.05），而当N225时，较N0下降1.9%（P＞0.05）。粗淀粉含量比 N0提高0.2%～5.1%，当 N75时，比 N0显著提高（增幅5.1%，P＜0.05）。水溶性糖含量比N0下降0.6%～6.2%，当N225时，比N0下降显著（降幅6.2%，P＜0.05）。粗蛋白含量比N0提高18.8%～37.9%，与N0相比，N75时粗蛋白含量显著提高（增幅20.3%，P＜0.05），N225时提高显著（增幅37.9%，P＜0.05）。施氮条件下粗纤维含量与N0相比增减幅差异不显著（P＞0.05）。由此可以看出，氮肥施用量是影响兰州百合品质指标的主要因素之一。

2.5 施氮量与兰州百合品质相关性的分析

施氮量与兰州百合总糖和粗淀粉含量呈负相关（P＞0.05），而与水溶性糖含量呈显著的负相关（P＜0.05），总糖、粗淀粉和水溶性糖含量均随着施氮量的增加而下降，其中水溶性糖含量下降显著。粗纤维含量与施氮量呈正相关（P＞0.05），粗纤维含量随着施氮量的增加而增加。粗蛋白含量与施氮量呈极显著的正相关（P＜0.01），粗蛋白含量随着施氮量的增加而极显著增加。总糖含量与粗淀粉含量呈极显著的正相关（相关系数为0.86＊＊），总糖含量随着粗淀粉含量的变化而变化。水溶性糖含量与粗蛋白含量呈显著的负相关（相关系数为－0.56＊），水溶性糖含量随着粗蛋白含量的增加而下降（表3）。

表2 不同施氮水平对兰州百合品质的影响（2010）Table 2 Different nitrogen levels on quality of Lanzhou lily g／kg

表3 施氮量与兰州百合品质的相关系数Table 3 Correlation coefficient on nitrogen application rate and the quality of Lanzhou lily

3 讨论

3.1 不同生长年限兰州百合年均增长量和年均增长幅度不同

刘建常和魏周兴［13］研究认为，兰州百合生长3年内以第2年生长量最大，其次为第3年，第1年最小。与上一年的重量相比，增重百分率也以第2年最高。本试验条件下，兰州百合年均增长量第3年最高（7 215.48±1 717.49）kg／hm2；第2年次之（4 227.27±1 232.34）kg／hm2；第1年最低（1 368.73±682.17）kg／hm2。而百合年均增长幅度以第2年最大（110.71±40.85）%，第3年次之（88.29±21.45）%，第1年最小（51.69±25.76）%。研究结果表明，兰州百合在3年的生长发育过程中，百合鳞茎于第2年生长最快，生长量最大，第3年百合鳞茎生长量仅次于第2年，为此，兰州百合3年生长过程中，不同生长年限所需要的氮肥施用量不同，适宜的氮肥施用量是兰州百合增产的关键。

3.2 兰州百合地上茎叶与地下鳞茎养分吸收量有差异

宋海星和李生秀［18］研究认为水、氮供应对玉米（Zeamays）植株养分吸收和干物质积累的促进作用，随生育期而变化。生育前期，植株生长缓慢，对养分吸收的促进作用较大；生育中期，植物生长加快，表现出对养分的稀释效应，因而对干物质积累的促进作用较大。江生泉等［19］对春季分施氮肥对新麦草（Psathyrostachysjuncea）种子产量及氮肥利用率的研究结果表明，相同施氮肥量水平下，分次施肥有利于促进新麦草植株生长与地上部分生物积累，与抽穗初期施肥相比，返青期施肥促进植株生长的效果更显著。从成熟期地上部分生物量分配在生殖生长部分和营养生长部分的分析可见，分次施肥和不同时期施氮肥对生殖生长的促进作用更为显著，而营养生长部分在施肥处理之间差异不显著。孙红梅等［14］研究表明，百合种植当年，鳞茎萌发阶段，母鳞茎贮存的营养元素主要用于新生茎、叶的生长发育，幼苗期，氮、磷、钾主要分配在母鳞茎、叶片和茎秆中。随着光合器官逐渐成熟，叶片中的分配比率增大。现蕾期至开花期，是氮、磷、钾分配中心由百合地上部分转向鳞茎的转折时期。在本试验条件下，兰州百合地上茎叶现蕾期生长旺盛，而地下鳞茎为百合植株生长提供养分则处于失重期。此期干生物量和养分累积量地上茎叶均高于地下鳞茎，茎叶氮磷钾累积量是地下鳞茎的2.6，1.4和2.6倍。摘花20d地下鳞茎干生物量和磷累积量高于地上茎叶，而氮钾累积量地上茎叶高于地下鳞茎。地下鳞茎干生物量和磷养分累积量平均值分别是地上茎叶的1.4和1.2倍，地上茎叶氮、钾养分累积量平均值分别是地下鳞茎的1.2和1.3倍，由此可见，摘花有利于地下鳞茎快速生长膨大，摘花后鳞茎养分累积呈增加趋势。与不施氮对照N0增幅（46%）相比，当N150时，地下鳞茎比地上茎叶氮累积量高，增幅为12.6%（P＜0.01），当N75和N225时，地上茎叶比地下鳞茎氮累积量增幅极显著低于不施氮对照N0增幅（增幅19.1%和15.9%，P＜0.01）。与不施氮对照N0增幅（44.3%）相比，当N150时，地上茎叶比地下鳞茎钾累积量增幅显著低于不施氮对照N0增幅（－0.57%，P＜0.05）。

3.3 氮肥施用量是影响兰州百合品质的主要因素之一

方子森等［20］研究认为，羌活（Notopterygiumfeanchetii）药材产量和挥发油含量随施氮量的增加而增加，而浸出物含量随施氮量的增加呈先增后降的变化趋势；产量随施磷量增加而增加，浸出物含量随施磷量呈先减后增的变化趋势，而挥发油随施磷量的增加呈先增后降的变化趋势。黄勤楼等［21］研究表明，随着施氮量的增加，黑麦草（Loliumperenne）的分蘖数、株高、产量、粗蛋白和氨基酸含量能显著提高，黑麦草的硝态氮含量也随之提高，但随着施氮量的继续增加，氮肥对黑麦草农艺性状、产量和品质的作用增幅变小，氮素生产效率降低。当每次刈割后施纯氮肥量超过100kg／hm2时，施氮肥能较好促进黑麦草粗蛋白含量提高，而不能有效促进氨基酸含量的提高，深施对黑麦草的分蘖数和株高产生影响，但促进黑麦草产量、粗蛋白含量和氨基酸含量的提高。杨治平等［22］研究显示，施用磷肥的柠条（Caraganakorshinskii）干物质产量、氮磷钾以及钙铁养分吸收量和粗蛋白产量明显提高；施磷可使柠条叶的N、P、K含量增加以及茎的N、P含量增加，却减少了柠条茎叶中钙、铁含量以及茎中K含量。不同施磷水平与干物质产量以及粗蛋白产量之间存在相关性，相关关系均达到显著水平（P＜0.05）。李伶俐等［23］对棉花（Gossypiumspp.）的研究表明，施氮可以显著提高纤维长度和纤维比强度，而不同施氮量处理间纤维长度和比强度差别不大。纪瑛等［24］对苦参（Sophoraflavescens）驯化栽培研究后认为叶绿素总含量在施纯氮100mg／kg时最高，比对照增加33.8%；苦参总碱含量在施纯氮100mg／kg时最高，比对照增加35.7%；单株苦参总碱产量在施纯氮150mg／kg时最高，较对照增加90.5%。苦参叶片中叶绿素含量随施氮量增加有利于苦参总碱含量提高。本研究发现，兰州百合总糖、粗淀粉和水溶性糖含量总体均随着施氮量的增加而下降，粗纤维和粗蛋白含量随着施氮量的增加呈先升后降再升高的趋势，其中施氮条件下百合粗蛋白含量均高于N0，而水溶性糖含量均低于N0（表4）。总糖、粗淀粉和水溶性糖含量当施氮量为75kg／hm2时最高，分别为（778.1±11.7）、（522.5±11.9）和（198.1±1.6）g／kg，与N0相比，当N75时总糖和粗淀粉含量显著提高（增幅3.3%和5.1%，P＜0.05），当 N225时，水溶性糖含量下降极显著（降幅6.2%，P＜0.01），当 N75时粗蛋白含量极显著的提高（增幅20.3%，P＜0.01）。从本试验结果看，施氮量为75kg／hm2时兰州百合品质指标较好，因此，适宜的施氮量是提高兰州百合品质指标的关键。

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