魏 猛，张爱君，诸葛玉平，李洪民，唐忠厚，陈晓光

(1.江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/江苏徐州甘薯研究中心，江苏徐州 221131；2.山东农业大学 资源与环境学院，山东泰安 271018)

长期施肥下甘薯产量稳定性及品质特性研究

魏 猛1,2，张爱君1，诸葛玉平2，李洪民1，唐忠厚1，陈晓光1

(1.江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/江苏徐州甘薯研究中心，江苏徐州 221131；2.山东农业大学 资源与环境学院，山东泰安 271018)

以1980年建立的长期定位试验为基础，研究2002-2015年不同施肥方式对甘薯干物质积累、产量及品质特性的影响，探讨甘薯产量稳定性及品质特性对长期不同施肥方式的响应规律，为指导本区域合理施肥管理及改善农田生态系统提供依据。试验设置不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)、有机无机配施(MNPK)4个处理。结果表明：与CK处理相比，施肥处理(NPK、M、MNPK)显著提高甘薯地上部分和块根干物质积累量、产量及可持续性指数，而施肥处理降低块根产量的变异系数，这说明施肥有利于改善本区域甘薯块根产量稳定性及可持续性，其中以NPK和MNPK处理效果显著。与CK处理相比，MNPK处理显著降低块根干率和糊化特性的回复值和糊化温度，显著提高块根的蛋白质及糊化特性的最高粘度值和崩解值。与NPK处理和M处理相比，MNPK处理糊化特性的最高粘度值和崩解值均有显著提高，回复值和糊化温度有显著降低。有机无机配施是甘薯高产稳产及品质提高的有效栽培措施。

长期施肥；甘薯；产量稳定性；品质特性

施肥是现代农业生产中作物养分的主要来源，直接参与或调节作物营养代谢与循环，与作物产量和品质有密切的关系。作物产量的稳定性是反映农田生态系统质量高低的重要标准之一[1]，但其往往受作物遗传潜力、气候、土壤、栽培措施等影响而表现不同。因此，利用长期定位试验，研究不同施肥方式下作物产量稳定性的优劣，对保障农业可持续发展具有重要意义[2]。

甘薯是世界种植的主要块根作物之一，广泛应用于食品工业、轻化工业及饲料工业[3]。因此，研究采用何种施肥方式来提高和稳定甘薯产量及品质具有十分重要的意义。关于甘薯的施肥水平，研究者已进行大量研究，赵瑞英等[4]、黄梅卿等[5]和张爱君等[6]分别研究不同肥料配比对甘薯产量和品质的影响，陈晓光等[7]研究氮肥用量在60 kg/hm2时甘薯产量及其品质性状综合评价最高，分期施钾能够提高淀粉积累效率，显著提高甘薯产量[8]。这些研究结果都是短期试验，而通过长期定位施肥对甘薯干物质积累、产量稳定性以及品质特性的影响研究报道较少。本研究以江苏徐州甘薯研究中心35 a长期定位试验田为平台，研究黄潮土条件下长期不同施肥方式对甘薯干物质积累、产量及其品质特性的影响，旨在为黄潮土区建立合理的甘薯施肥方式提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

长期定位试验设在江苏徐州甘薯研究中心(34°16′ N， 117°17′ E)。该区属暖温带半湿润气候区，年平均气温14 ℃，≥10 ℃的积温5 240 ℃，全年无霜期约210 d，年降雨量860 mm(主要集中在7、8月份)，年蒸发量1 870 mm，年日照时数2 317 h。试验土壤为砂壤质潮土，试验从1980年秋播开始，试验前试验地进行匀地处理，保证试验地的肥力尽可能一致，土壤基本养分状况为有机质质量分数10.8 g/kg，全氮0.66 g/kg，全磷0.74 g/kg，有效磷12.0 mg/kg，速效钾63.0 mg/kg，缓效钾738.5 mg/kg ，pH 8.01。

1.2 试验设计

试验设4个处理(表1)，每处理重复4次，每小区面积为33.3 m2。有机肥每年施用量1981-1984年施马粪75 t/hm2；1985年以后改为施猪粪37.5 t/hm2。试验所用氮肥为尿素，磷肥为磷酸二铵，钾肥为硫酸钾，有机肥全量养分平均(1980-2015年)质量分数为N 6.31 g/kg、P2O55.14 g/kg、K2O 7.39 g/kg。种植方式在1981-2001年为小麦-玉米1年2熟轮作制，2002年后改为小麦-甘薯1年2熟轮作制，施肥用量小麦和玉米、甘薯2季用量一致。种植品种小麦、玉米为当年的主栽品种，每季作物收获后将地上部秸秆移除，实施根茬还田，小麦、玉米季氮肥的基、追肥比例为50%，基肥方式为施后翻地，追肥方式为表施。甘薯以‘徐薯18’作为主栽品种，甘薯季氮肥与磷、钾肥及有机肥作为基肥一次性施用翻地。作物其他管理措施与大田一致。

2015年甘薯在6月中旬起垄栽插，密度为4.95万株/hm2，10月中旬收获。在移栽后分时期测定干物质积累量。试验产量为2002-2015年数据。2002和2015年甘薯种植前土壤基本养分状况见表2。

表1 不同处理的肥料用量(1985-2015)Table 1 Fertilizer application rate in different treatments

表2 甘薯栽植前土壤基本养分状况(2002、2015年)Table 2 Soil fertility status before transplanting in 2002 and 2015

1.3 测定项目及方法

土壤基本养分测定：有机质采用重铬酸钾容量法，全氮采用凯氏法，碱解氮采用扩散法，全磷采用硫酸-高氯酸消煮法，有效磷采用Olsen法，速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度计法，缓效钾采用硝酸浸提-火焰光度计法；pH采用2.5∶1(水土体积与质量比)pH计法[9]。

干物质积累及产量测定：分别在移栽后60、90、120 d取样，在每个处理的取样区内随机选择取样点，每个取样点选取生长正常一致的 5 株甘薯，并挖出块根，将植株分为块根和地上部分，在 105 ℃下杀青30 min，60 ℃下烘干各时期样品至恒量，测定干物质质量。收获时将测产区内的块根全部挖出，以小区为单位称块根鲜质量，记录并计算鲜薯产量。

品质特性测定：随机取健壮、无病虫害的薯块样品进行品质测定。品质性状采用近红外光谱数学模型分析法测定[10-11]，干率采用常规烘干法。淀粉糊化特性测定[12]采用 Tech-master(PERTEN Newport Scientific)型粘度速测仪(RVA)进行测定，用TCW配套软件进行分析。样品用量3.00 g，25.0 mL水溶解。所有样品均重复测定3次。在搅拌过程中罐内温度变化如下：50 ℃下保持1 min，以11.25 ℃/min的速度上升到95 ℃(4 min)；95 ℃下保持4.5 min；以11.25 ℃/min下降到50 ℃(4 min)；50 ℃下保持3.5 min。搅拌器在起始10 s内转动速度为960 r/min，之后保持在160 r/min。甘薯 RVA 谱特性用最高粘度 (Peak viscosity,PKV)、最低粘度(Hot viscosity,HPV)、最终粘度(Cool viscosity,CPV)、崩解值 (Breakdown value,BDV)、回复值(Setback value,SBV)、糊化温度(Pasting temperature,PT)等特征值来表示，其中粘滞性值单位为cP。

1.4 数据分析

采用SAS 8.0对试验数据进行方差分析，用α=0.05的LSD值(LSD0.05)为标准进行均值参数的差异显著性检验。采用Excel 2007对图表进行绘制。

2 结果与分析

2.1 长期施肥对甘薯产量稳定性的影响

2.1.1 对产量的影响 由表3可以看出，长期施肥对甘薯产量影响年份间基本一致，NPK、M和MNPK处理的14 a甘薯产量平均值较CK处理分别提高87.15%、47.81%、92.54%，差异均达显著水平，说明不同施肥对甘薯产量均有显著影响。施肥处理间相比较，NPK、MNPK处理甘薯产量平均值均高于M处理，分别较M处理提高26.61%、30.26%，且与M处理差异均达显著水平，这说明氮磷钾化肥配施的效果优于有机肥处理，化肥与有机无机配施效果更佳。而NPK与MNPK处理间差异不显著。

表3 长期定位施肥下甘薯块根产量Table 3 Sweetpotato yield under long-term fertilization kg/hm2

注：不同小写字母表示差异达0.05显著水平，下同。

Note：Values followed by different lowercase letters are significantly different at 0.05 probability level,the same as below.

2.1.2 对产量稳定性及可持续性的影响 长期定位观测的作物产量数据其CV值越小，表示处理产量稳定性越高，从图1可以看出，CK处理变异系数最大(0.32)，M处理次之(0.19)，NPK、MNPK变异系数最小(二者均为0.15)。SYI是测定系统是否能持续的一个可靠参数，SYI值越大表示系统的可持续性越好。根据其值高低分为3个等级(图1)：第1等级为NPK、MNPK处理(SYI>0.65)；第2等级包括M处理(0.50

2.2 长期施肥对甘薯干物质积累的影响

由表4可以看出， CK处理的地上部分和块根干物质积累量均低于施肥处理，且在移栽后的60、90、120 d的差异均达显著水平。在收获期(120 d)，与CK相比， NPK、M和MNPK地上部分干物质量分别提高10.3、6.8、17.7倍；块根干物质量分别提高6.7、6.1和7.0倍；且差异性均达显著水平，其中以MNPK处理提高幅度最为显著。

2.3 长期施肥对甘薯营养品质及淀粉糊化特征的影响

2.3.1 对营养品质的影响 营养品质是甘薯块根品质的核心内容，与蒸煮食味密切相关。在甘薯收获期对块根营养特性含量的测定结果(表5)表明，与CK处理相比，MNPK处理干率和蔗糖显著降低，降低幅度分别为13.77%和21.98%，而MNPK处理的蛋白质质量分数显著提高，提高幅度为53.98%；与NPK和M处理相比，MNPK处理也显著提高蛋白质质量分数，而淀粉率、葡萄糖质量分数显著降低。

2.3.2 对淀粉糊化特性的影响 淀粉糊化特性(RVA)是评价甘薯块根淀粉物理特征的重要参数[12]。由表6可以看出，RVA谱的各项特征值在施肥处理间存在不同程度的差异。与CK处理相比，MNPK处理的PKV和BDV显著提高，分别提高15.14%、4.60%，而SBV和PT显著降低，分别降低7.32%、10.82%，HPV和CPV未有明显规律。与NPK和M处理相比，得到相似规律性，MNPK处理的PKV和BDV均显著提高，SBV、CPV和PT显著降低。

图1 长期施肥对甘薯产量变异系数与可持续性产量指数的影响Fig.1 Effects of long-term fertilization on the coefficient of variation and sustainable yield index of sweetpotato

处理Treatment地上部分Aboveground60d90d120d块根Storageroot60d90d120dCK6．03±1．56c8．23±1．88c9．29±3．16d0．38±0．15b14．17±2．16c18．16±±4．06cNPK35．19±4．23b69．79±8．40b105．13±17．25b5．55±1．47a89．81±10．08a139．81±9．07abM36．13±6．55b70．43±10．53b72．37±9．40c5．50±2．23a69．88±9．45b129．69±10．85bMNPK65．74±9．86a139．79±16．35a173．74±25．06a4．69±1．93a95．06±11．07a144．94±11．75a

表5 长期定位施肥下甘薯块根的营养品质特性(2015年)Table 5 Nutritional quality indexes in storage root of sweetpotato under long-term fertilization

表6 长期定位施肥下甘薯淀粉糊化特性(2015年)Table 6 RVA profile characteristic values of the storage roots under long-term fertilization

3 讨 论

3.1 不同施肥对甘薯产量的影响

国内外有关长期施肥对产量影响已进行大量研究，Rothamsted试验站的Broadbalk小麦连作试验和日本Konosu水稻试验等均表明[14]，在等养分投入条件下，有机肥料和无机肥料增产效果十分接近，而马俊永等[15]和Dawe等[16]通过长期肥料试验证实，在有效成分含量相同的情况下，化肥肥效等于或高于有机肥。本研究结果表明：MNPK处理有利于甘薯地上部生长，MNPK、NPK处理有利于块根干物质的积累。综合2002-2015年产量分析，MNPK处理平均产量最高， NPK处理次之，但二者差异未达显著水平，这说明甘薯在化肥投入量满足其生长需求后，增施有机肥甘薯产量未显著提高，这是由于单施化肥处理的氮磷钾养分含量已经满足甘薯生长养分的需要。这与Ladha等[17]和Girma等[18]在长期定位试验研究发现推荐量的化肥施用与有机无机肥配施之间对水稻和小麦产量的影响无显著差异的结果相一致。

3.2 不同施肥对甘薯产量稳定性及可持续性的影响

作物产量稳定性是判断农田生态系统高低的重要标准。李秀英等[19]研究褐潮土长期不同施肥旱地作物的可持续指数认为，单施化肥及NPK配施有机肥可使作物持续高产，农业生产系统可持续性加强；而不均匀施肥致使农业生态系统养分不均衡，可持续性差。杨生茂等[20]研究表明，均衡施化肥和化肥与有机肥配合施用均使产量稳产性显著提高，有机无机肥配施提高幅度更大。本试验综合比较3种不同施肥方式下甘薯产量的稳定性和生产可持续性，CK处理的甘薯产量CV最大，SYI最小，这说明不施肥条件下甘薯的抗逆性较差，产量容易造成大幅波动，而NPK、M、MNPK处理则可有效降低CV、提高SYI值，进而降低环境、生物与人为因素等对产量的影响。NPK处理的甘薯产量稳定性和产量可持续性明显优于M处理，这与全面提供作物所需养分有利于提高作物对不同气候年景的适应性有关[21-22]，而本试验中所施有机肥中氮磷钾含量年际间有差异，而且与氮磷钾化肥配施处理相比，氮磷钾养分含量又较低。

3.3 不同施肥对甘薯营养品质及淀粉RVA谱特征值的影响

甘薯品质特性主要受遗传因素的控制，同时受环境因素和栽培措施的影响也很大[23-25]。Bird等[26]认为，氮、磷、钾以合适的比例配施，会提高玉米的粗蛋白含量和氨基酸含量。Auti[27]认为当氮、磷、钾配施比达2∶1∶1时，对小麦蛋白质含量的提高作用效果最佳。本研究表明， 与CK 处理相比，MNPK处理显著降低块根干率，这是由于施肥造成甘薯干物质积累过快造成的。与CK、NPK及M处理相比，MNPK处理显著提高了块根的蛋白质质量分数。

甘薯淀粉的糊化特性直接影响其产品的质量[28]。有研究认为，决定甘薯淀粉糊化特性的关键因素是基因型，而非施肥措施[29]；孙健等[30]研究表明，干物率和淀粉含量对糊化温度有显著影响；Noda等[31]研究2种不同施肥水平对甘薯淀粉特性的影响，发现作用很小；也有研究认为RVA谱特征与食味品质的主要指标有显著相关性，崩解值、回复值对于评价品质优劣有较强的准确性，提高最高粘度值及崩解值有利于改善品质[32]。本研究结果表明，与CK、NPK及M处理相比，MNPK处理显著提高块根淀粉的最高粘度值和崩解值，显著降低其回复值和糊化温度。这说明有机无机配施最为有利于改善甘薯品质培肥方式，建议研究区域甘薯施肥以有机无机配施的施肥方式为主。

4 结 论

施肥处理显著提高甘薯地上部分和块根干物质积累量、产量及可持续性指数，而降低块根产量的变异系数。氮磷钾化肥配施和有机无机配施培肥模式更为有利于提高本区域甘薯块根产量稳定性及可持续性。

有机无机配施处理显著降低块根干率及糊化特性的回复值和糊化温度，显著提高块根的蛋白质和糊化特性的最高粘度值和崩解值。与单施化肥和单施有机肥处理相比，有机无机配施处理糊化特性的最高粘度值和崩解值均有显著提高，而淀粉率、葡萄糖、回复值及糊化温度有显著降低。有机无机配施处理是最为有利于改善甘薯品质特性的施肥方式。

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(责任编辑：史亚歌 Responsible editor:SHI Yage)

Study of Different Fertilization Practices on Sweetpotato Yield Stability and Quality Characteristics

WEI Meng1,2,ZHANG Aijun1,ZHUGE Yuping2,LI Hongmin1,TANG Zhonghou1and CHEN Xiaoguang1

(1.Xuzhou Institute of Agricultural Sciences of the Xuhuai District of Jiangsu Province / Xuzhou Sweetpotato Research Center of Jiangsu Province,Xuzhou Jiangsu 221131,China; 2.College of Resources and Environment,Shandong Agricultural University,Tai’an Shandong 271018,China)

Effects on dry matter accumulation,yield and quality characteristics were investigated from 2002 to 2015 according to long-term fertilization experiment initiated at 1980. This study will provide the basis guideline for the rational fertilization management and farmland ecosystem quality improvement. Four treatments were designed: no fertilizer (CK),combination of N,P,and K fertilizer (NPK),organic manure (M),combination of N,P,K and organic manure (MNPK). The results show that dry mass accumulation,average yield and sustainable yield index were increased,while the variation coefficient of tuber was decreased in NPK,M,and MNPK treatments when compared with CK treatment. These results indicated that NPK and MNPK treatments could improve the sweetpotato yield stability and sustainability obviously. Dry matter ratio,setback value(SBV),pasting temperature(PT) were decreased remarkably,and protein mass fraction,breakdown value(BDV) were increased significantly in MNPK treatment when compared to CK. Compared with the NPK and M treatment,peak viscosity (PKV) and breakdown value (BDV) were increased ,while setback value (SBV) and pasting temperature (PT) were decreased significantly in MNPK treatments. The results implied that the MNPK treatment was most beneficial fertilization method for the high-yield stability and quality improvement in sweetpotato.

Long-term fertilization; Sweetpotato; Yield stability; Quality characteristics

WEI Meng,male,Ph.D candidate.Research area: soil nutrient management research. E-mail:weimeng1024@163.com

日期：2017-03-30

2016-02-23

2016-05-09

公益性行业(农业)科研专项经费项目(201203030)；国家甘薯产业技术体系(CARS-11-B-13)。

魏 猛，男，在读博士，主要从事土壤养分管理研究。E-mail：weimeng1024@163.com

S531.01

A

1004-1389(2017)04-0588-08

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20170330.1509.028.html

Received 2016-02-23 Returned 2016-05-09

Foundation item Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest of China (No.201203030); China Agriculture Research System of Sweetpotato (No.CARS-11-B-13).