张 政，张福顺，於丽华，王曼宇，孙佳平

(1.农业农村部甜菜品质监督检验测试中心，哈尔滨 150080； 2.黑龙江省普高等学校甜菜遗传育种重点试验室/黑龙江大学，哈尔滨 150080)

0 引 言

世界糖料作物主要包括甘蔗与甜菜两种作物，其中甜菜约占全球食糖原料总量的30%左右。我国是少数甜菜糖与甘蔗糖同时生产的国家之一。近年来，我国的甜菜种植面积一直都处于逐年降低的情况，居世界的第三位，总产量达到第六位[1]。然而，现如今我国的甜菜都存在总产量在逐年降低、含糖率呈下降趋势的问题。其中氮素供应的不合理也是主要的原因之一。氮肥利用效率低，施用量大，环境污染严重。因此，提高作物氮素利用效率，具有重要的现实意义。

甜菜是我国重要糖料作物之一, 主要在东北、西北及华北地区大面积种植[2]。甜菜根叶繁茂，单位面积生物产量高，耗肥量大，吸肥能力强，需肥时间长，因此施肥是甜菜高产高糖的必备条件[3]。

甜菜的生长发育、形态建成以及产量和品质的形成等受氮素(N)的影响较大[9]。氮肥是决定甜菜产量高低和品质优劣的重要因素，也是农业生产中用量最大的化学肥料[10]。农业生产者为取得较高的经济效益，往往会盲目地增加氮肥施用量，这不仅制约了甜菜品质与产量的进一步提升，还会对生态环境造成威胁[11]。由于肥料对甜菜的外观有显著的影响，最明显的是过量施用氮肥能够使甜菜叶冠颜色鲜艳和甜菜活力增强，因此在生产中导致氮的普遍过度使用。在许多情况下，这种过度使用会降低甜菜中糖的百分比和糖的可提取性。

近年来甜菜中氮肥的使用较为混乱，氮肥利用率降低，不仅浪费人力物力，还对甜菜制糖造成很大影响。虽然氮是甜菜生长的必须营养元素，与甜菜的生长有着密切的关系，但是氮肥的过量使用也会造成甜菜营养生长过剩，块根含糖下降，甜菜制糖工艺灰分增加。所以如何使用氮肥，使用多少氮肥一直是甜菜研究的重点关注对象。开展本项目研究旨在针对氮素的使用量对甜菜的各种营养指标、生理生化及品质指标的影响，目的是确定出经济合理的氮肥使用量，将会对甜菜生产具有重要的理论指导意义。

甜菜中氮素研究很多，如氮对甜菜产量及含糖的影响，对甜菜糖合成与代谢酶变化的影响等，这些研究基本上都是建立在田间氮肥试验基础上。本试验通过营养液中调控氮的水平来验证氮素缺乏与盈亏对甜菜生长的影响，通过测定甜菜不同部位干鲜重变化确定最佳的氮素水平，为指导甜菜生产奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 试验方法

甜菜种子用70%的酒精消毒1 min后，在蛭石中播种，放入培育室中培养。培育室光照强度为200 μmol/(m2·s)，每日连续光照13 h，昼夜温度分别为27℃和20℃，相对湿度为70%-80%。出苗5天后开始移栽，将每槽8穴，每穴2株，移植到盛有半倍浓度的霍兰营养液的30 cm×15 cm×18 cm塑料容器中，正常霍兰营养液培养7天后，进行氮素处理，4次重复，每7天更换一次营养液。培养20天后，叶和根分别收获，蒸馏水清洗，表面水分去掉后测定鲜重。经自然干燥一段时间后，65℃低温烘干后测干重，粉碎后保存在密封的塑料袋中。

1.3 测定项目及方法

鲜重：取样后，分成根系、叶柄、叶片，用电子天平测量；干重：鲜重测完后，将植株放入烘箱内105℃杀青半小时后，80℃烘干，用天平分别测量各部位干重；甜菜叶片叶绿素含量：丙酮提取后用分光光度计比色。

1.4 数据处理及统计方法

采用Microsoft Excel 2007进行数据统计计算，并绘图及相关分析。

2 结果与分析

2.1 根系鲜干重与氮变化关系

由图1、2可以看出，随着营养液中氮的浓度增加，甜菜根的鲜重与干重也随之增加，在氮处理浓度达到6 mmol/L时，根鲜重和干重分别达到最高点，随后开始下降从而说明氮素的使用量不是越多越好，相反，在到达一个最高浓度点后，氮素的增加对甜菜的生长产生一定的抑制作用。

图1 根系鲜重与氮浓度变化关系

图2 根系干重与氮浓度变化关系

2.2 叶鲜干重与氮变化关系

由图3、4可以看出，随着营养液中氮的浓度变化，甜菜叶鲜重也随之增加，但与根系变化不同的是，氮素浓度在达到12.00 mmol/L时到达最高点，之后开始下降。说明叶片较根系来说对氮素的需求较大，在氮素的浓度达到12.00 mmol/L前，甜菜的叶片都能到较大程度的生长。

图3 叶鲜重与氮浓度变化关系

图4 叶干重与氮浓度变化关系

2.3 叶柄干鲜重与氮变化关系

由图5、6可知，随着营养液中氮的浓度变化，甜菜叶柄的鲜干重也随之增加，在氮处理浓度达到6 mmol/L时达到最大值，之后开始下降，由此可以看出甜菜叶柄对氮素的最大需求量与根系相似，两者都低于叶片对氮素的最大需求量。

图5 叶柄鲜重与氮浓度变化关系

图6 茎干重与氮浓度变化关系

2.4 叶绿素与氮素变化关系

由图7可知，随着营养液中氮的浓度变化，甜菜的叶绿素含量也随之提高，在氮处理浓度达到6 mmol/L时叶绿素含量达到最高点，之后开始明显下降。氮素是叶绿素的一个组成成分，植物在缺氮素条件下，叶绿素含量降低，植株出现失绿现象。叶绿素是高等植物和其它所有能进行光合作用的生物体含有的一类绿色色素。是光合作用必不可缺的色素。但是随着氮素浓度的增加，在到达一个最高浓度点后，叶绿素不再增加，反而下降，使甜菜光合作用能力下降，甜菜的营养生长也受到限制。

图7 叶绿素与氮浓度变化关系

3 讨 论

植物吸收硝态氮和铵态氮的途径主要来自根系吸收,且氮素对根系形态、生长及其在介质中分布的影响是所有矿质营养中最大的[12]。铵态氮使根系明显变短、加粗,促进侧根的形成；硝态氮使根系变长,侧根增多[13]。研究表明氮素对块根中氮糖代谢产物的影响有可能通过其对氮糖代谢酶活性的影响得以表现[14]；倪梅娟[15]研究表明,在正常水分条件下,水稻根的长度、直径、体积、表面积及根尖数随着硝态氮供应量的增大而受到促进,硝态氮对水稻根系生长的影响比铵态氮更显著。不同形态氮素替代部分硝态氮对水培小白菜的生长和品质也有一定的影响[16]。本试验结果表明:在一定施氮量的水平下,甜菜根系的总根长、根表面积、根体积和根直径随着营养液中硝铵态氮配比的降低呈先增后减的趋势。

氮素在植物体内发挥很重要的作用,与植物的光合作用和呼吸作用等息息相关,影响植物生长形态的建成及生物产量的合成。铵硝态氮比对菠菜生长、安全和营养品质也有一定的影响[17]。汪建飞等[18]研究表明,随着营养液中硝态氮比例的增大,菠菜地上部分的鲜重和干重均逐渐增加。杨成君等[19]研究表明,不同氮素形态及其配比对生菜叶片数、株高、最大叶面积的影响显著，硝铵态氮配比为70∶30时,植株长势最佳。而卢凤刚等[20]研究表明,随着营养液中硝铵态氮配比的增大,两个韭菜品种的产量呈先增后减的趋势。

综上所述，蔬菜对硝态氮和铵态氮的吸收量与氮素形态、植株本身、营养特点及种植环境有关，直接影响到蔬菜的生长和品质。本试验结果表明:营养液中的硝酸钙含量在6 mmol/L时,甜菜的营养生长表现最好，即在6 mmol/L浓度下的硝酸钙适用于甜菜的营养液栽培。

致谢：

感谢“国家科技技术基础平台-国家地球系统科学数据共享平台-东北黑土科学数据中心(http://northeast.geodata.cn)”提供数据支撑。