徐林峰，戴宇祥，周紅亮，張麗娟，費(fèi)聰，蘇繼霞，李宗飛，樊華

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子832000）

0 引言

甜菜是我國主要糖料作物之一和重要能源作物[1]，在我國東北、華北和西北農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和工業(yè)中占有重要的支柱性地位。新疆是我國的甜菜主產(chǎn)區(qū)，甜菜種植面積占全國甜菜種植面積的41%左右，總產(chǎn)量與產(chǎn)糖量長期占據(jù)全國第一。近些年在新疆滴灌甜菜種植過程中不斷涌現(xiàn)出高產(chǎn)高糖區(qū)，2008年新疆滴灌甜菜創(chuàng)下全國的高產(chǎn)紀(jì)錄（87 t/hm2）[2]。然而，現(xiàn)階段關(guān)于滴灌甜菜種植高產(chǎn)高糖的氮素管理方案結(jié)論各異。施氮量為180 kg/hm2甜菜塊根產(chǎn)量達(dá)到最大，施氮量為120 kg/hm2產(chǎn)糖量表現(xiàn)最優(yōu)，而后隨施氮量增加而逐漸下降[3]。蔡柏巖等研究認(rèn)為，當(dāng)施氮量為120 kg/hm2時(shí)，根冠比最為合理[4]。北疆甜菜產(chǎn)區(qū)氮肥基施1/2，7月中旬追施1/2有利于提高甜菜產(chǎn)量、品質(zhì)[5]。內(nèi)蒙古冷涼干旱區(qū)膜下滴灌甜菜的最佳施氮量為100 kg/hm2，其中氮肥以基肥的形式一次性施入[6]。也有研究表明，4∶4∶2的氮素追施比例有利于干旱區(qū)露播滴灌甜菜獲得高產(chǎn)高糖[7]。甜菜的收獲器官主要是塊根，光合作用所固定轉(zhuǎn)化的有機(jī)質(zhì)占到了甜菜塊根產(chǎn)量的90%～95%[8]，氮是植物細(xì)胞蛋白質(zhì)的主要成分，也是核酸、葉綠素、維生素、酶和輔酶系統(tǒng)、激素以及許多重要代謝有機(jī)化合物的組成部分。氮能夠促進(jìn)新梢生長，增大葉面積，增加葉片厚度，增加葉片內(nèi)的葉綠素含量，提高光合效能，而葉片的生長情況在很大程度上影響了糖分在塊根中的形成和積累。因此，合理的氮肥運(yùn)籌方式是甜菜種植過程中高產(chǎn)高糖的關(guān)鍵，同時(shí)還可減少氮肥的浪費(fèi)和氮肥對環(huán)境的污染、降低肥料成本、從而獲得較高經(jīng)濟(jì)效益[9-12]。目前，有關(guān)甜菜氮素方面的研究表明，氮肥施入土壤必須全部在甜菜生育中期之前完成，否則會(huì)影響塊根品質(zhì)[13-14]。然而也有研究認(rèn)為，在甜菜生育后期少量施加氮肥可以起到延緩葉片和根系衰老的作用，同時(shí)促進(jìn)甜菜塊根產(chǎn)量和含糖率的提高[15-16]。目前有關(guān)氮素影響甜菜產(chǎn)量品質(zhì)的研究主要集中在施氮量和基追比方面[9]，研究結(jié)果也不盡一致，關(guān)于氮素運(yùn)籌尤其是甜菜中后期施氮比例對葉片生長與產(chǎn)量品質(zhì)關(guān)系的研究相對較少。本研究以甜菜葉片和塊根生長速率為切入點(diǎn)，分析氮素運(yùn)籌模式下滴灌甜菜生長及其與產(chǎn)量、品質(zhì)間的關(guān)系，為干旱區(qū)滴灌甜菜提質(zhì)增效氮素管理提供支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與方法

供試材料為Beta356，試驗(yàn)于2015年在新疆石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站（45°19′N，86°03′E）進(jìn)行。以不施氮處理（N1）為對照，設(shè)置3種氮肥運(yùn)籌模式，即在甜菜葉叢快速增長期、塊根膨大期、糖分積累期氮肥施用比例分別為60∶30∶10、50∶30∶20、40∶40∶20（用N2、N3、N4表示）。肥料施用量為N 585 kg/hm2、P2O5280 kg/hm2、K2O 190 kg/hm2，其中氮肥總量的10%于播種前基施，其余按照試驗(yàn)設(shè)置追施，磷鉀肥作基肥一次施用。4月25日播種，行株距配置方式為50 cm×14 cm（即行距為50 cm，株距為14 cm），滴灌帶配置模式為“1管2”（即1條毛管控制2行甜菜）。各處理灌水量均為7 500 m3/hm2。

1.2 指標(biāo)測定方法與統(tǒng)計(jì)分析

從塊根膨大期（8月3日）開始自內(nèi)而外選取甜菜第五片真葉（新葉）和第十五片真葉（老葉）每隔3天測定葉長和葉寬，其中葉長是從葉片底端葉柄處至葉片頂點(diǎn)的距離，葉寬是指垂直于葉長的最大距離。同時(shí)破壞性取樣，測定甜菜根長、根寬和維管束環(huán)數(shù)。在甜菜3個(gè)生育時(shí)期用Li-3100葉面積儀測定所有葉片面積，計(jì)算葉面積指數(shù)。

收獲期對各處理未取樣的小區(qū)進(jìn)行實(shí)收，3次重復(fù)，拔出根后削除地上部分及青頭，及時(shí)稱量塊根鮮重，并分別選取10株測定各處理塊根錘度值，計(jì)算甜菜含糖率和根產(chǎn)量。塊根含糖率用手持式折光儀（成都泰華光學(xué)有限公司）分別測定根頸以及根體（上、中、下）部位錘度值，取平均值之后乘以0.83得到塊根含糖率。

從塊根膨大期（8月3日）開始每隔10天測定維管束環(huán)數(shù)，測定時(shí)注意從根體下的三分之一處進(jìn)行橫切，用肉眼計(jì)數(shù)其橫斷面的維管束環(huán)數(shù)。

采用Excel2010、SPSSstatistics 17.0和SigmaPlot12.5對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮素運(yùn)籌對滴灌甜菜不同葉齡葉面積的影響

滴灌甜菜不同葉齡葉面積表現(xiàn)為老葉＞新葉，不同氮素處理?xiàng)l件下新老葉面積均表現(xiàn)為N3＞N4＞N2＞N1（圖1），表明塊根膨大期葉片生長以老葉為主，氮素運(yùn)籌不改變老葉的主體地位，但是對葉片生長速率有一定的調(diào)控作用。

圖1 塊根膨大期老葉（A圖）新葉（B圖）葉面積變化Fig.1 Effect of nitrogen application on old(A)and new(B)leaf area of drip irrigation sugar beet during root development stage

塊根膨大期滴灌甜菜葉片的日增長量表現(xiàn)為老葉＞新葉，甜菜葉片日增長比值在不同氮素處理下表現(xiàn)各異，其中新葉N1、N2和N4表現(xiàn)為快-慢-快的趨勢，新葉N3表現(xiàn)為慢-快-慢的趨勢；老葉N1表現(xiàn)為慢-快-快的趨勢，老葉N2表現(xiàn)為快-慢-快的趨勢，老葉N3和N4表現(xiàn)為快-慢-慢的趨勢（表1）。其中N1處理葉片日增長量顯著低于其他處理，N3處理老葉的日增長比值變化較為平穩(wěn)。

表 1 氮素運(yùn)籌對塊根膨大期甜菜葉面積的影響Table 1 Effect of nitrogen application on leaf area during root development stage of drip irrigation sugar beet

2.2 氮素運(yùn)籌對滴灌甜菜塊根生長的影響

塊根膨大期滴灌甜菜根長增長量和增長比值均為前期＞后期，隨著生育時(shí)期推進(jìn)N1和N3處理根長增長量表現(xiàn)為不斷降低的趨勢，N2和N4處理根長增長量表現(xiàn)為先增后降的趨勢。根寬增長量和增長比值均為后期＞前期，除N2外，其它處理均表現(xiàn)為根寬增長量隨生育時(shí)期推進(jìn)不斷增加的趨勢。塊根中維管束環(huán)數(shù)增長量和增長比值N1和N3處理表現(xiàn)為不斷增加的趨勢，N2和N4處理表現(xiàn)為先增后降的趨勢（表2）。

表2 氮素運(yùn)籌對塊根膨大期甜菜塊根生長的影響Table2 Effect of nitrogen application on root growth during root development stageof drip irrigation sugar beet

2.3 氮素運(yùn)籌對滴灌甜菜葉面積指數(shù)的影響

由圖2可知，從葉叢快速增長期到糖分積累期，N2、N3和N4葉面積指數(shù)（LAI）呈現(xiàn)增加的趨勢，N1處理表現(xiàn)為先增加后降低。氮素運(yùn)籌下各處理LAI在糖分積累期差異顯著，其中N2、N3、N4處理的LAI分別比N1處理增加了163.9%、194.8%和137.2%。

2.4 塊根產(chǎn)量、含糖率與塊根膨大期葉片生長指標(biāo)的相關(guān)性

甜菜塊根產(chǎn)量與塊根膨大期葉面積顯著正相關(guān)，與老葉面積日增長量顯著正相關(guān)。甜菜塊根含糖率與塊根膨大期新葉面積顯著負(fù)相關(guān)，與老葉面積和老葉面積日增長量顯著正相關(guān)（表3）。

圖2 氮素運(yùn)籌對甜菜葉面積指數(shù)（LAI）的影響Fig.2 Effect of nitrogen application on LAI of drip irrigation sugar beet

表3 塊根產(chǎn)量、含糖率與塊根膨大期葉片生長指標(biāo)的相關(guān)分析Table3 Correlation analysisbetween yield and sugar content with leaf growth index during root development stage

表4 塊根產(chǎn)量、含糖率與塊根膨大期塊根生長指標(biāo)的相關(guān)分析Table 4 Correlation analysis between yield and sugar content with root growth index duringroot development stage

2.5 塊根產(chǎn)量、含糖率與塊根膨大期塊根生長指標(biāo)的相關(guān)性

甜菜塊根產(chǎn)量與塊根膨大中期根長、根寬和塊根維管束環(huán)數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)，甜菜塊根含糖率與塊根膨大后期根長、根寬和塊根維管束環(huán)數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)（表4）。

3 討論

甜菜的施肥量較大，且需肥時(shí)期也相對較長。氮素是甜菜生長必需營養(yǎng)元素中起到最大貢獻(xiàn)作用的元素。在甜菜第一年進(jìn)行的營養(yǎng)生長中期，也就是甜菜的塊根膨大期，甜菜生長中心逐漸由葉叢生長期的地上葉叢向地下部分轉(zhuǎn)移，塊根膨大期甜菜生長中心不能向地下部分轉(zhuǎn)移表現(xiàn)為貪青，轉(zhuǎn)移過早表現(xiàn)為早衰，兩者均影響甜菜塊根的生長，而甜菜的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量來自于塊根以及塊根的含糖率。合理的氮素運(yùn)籌既可以達(dá)到調(diào)控甜菜生長中心順利轉(zhuǎn)移的目的，而且地上葉片又不會(huì)早衰[16-17]。本研究表明，塊根膨大期甜菜葉面積與塊根產(chǎn)量成正比，但是這一結(jié)論的前提是老葉的生長速率應(yīng)該大于新葉的生長速率，如果此時(shí)新葉生長速率過快，反而會(huì)降低塊根含糖。

在一定范圍內(nèi)植物實(shí)際光合作用量與其干物質(zhì)量隨葉面積的增加而增加，但當(dāng)葉面積指數(shù)超過一定值時(shí)，由于甜菜葉叢繁茂，葉片之間相互遮掩，導(dǎo)致實(shí)際有效葉面積并非與葉面積指數(shù)成正比，隨著葉面積指數(shù)的增加，植物的呼吸作用隨之增加，實(shí)際光合作用量和干物質(zhì)量會(huì)下降[18]。因而，葉面積指數(shù)并非越大越好。3種氮素運(yùn)籌模式下，甜菜葉面積指數(shù)在塊根膨大期均顯著升高，對于保證一定的塊根產(chǎn)量意義重大。目前我國的甜菜收購機(jī)制正在由單純的追求產(chǎn)量轉(zhuǎn)變?yōu)樘鸩耸召弮r(jià)主要取決于含糖率，隨著制糖企業(yè)收購甜菜“以質(zhì)論價(jià)”收購機(jī)制的改變，提高甜菜的塊根品質(zhì)成為了當(dāng)前我國甜菜生產(chǎn)發(fā)展過程中的首要問題[19-20]，從塊根膨大期葉面積入手，快速、準(zhǔn)確地預(yù)測塊根重量和含糖率，將有利于指導(dǎo)滴灌甜菜氮素管理與高效種植。

4 結(jié)論

與對照相比，施氮可以減緩甜菜葉片的衰老速率。滴灌甜菜塊根膨大期葉片生長以老葉生長為主，氮素運(yùn)籌不改變老葉的主體地位，但是對葉片生長速率和塊根含糖率有一定的調(diào)控作用。塊根膨大期老葉面積和葉面積日增長量與甜菜塊根產(chǎn)量和含糖率顯著正相關(guān)，新葉面積與甜菜塊根產(chǎn)量顯著正相關(guān)，與塊根含糖率顯著負(fù)相關(guān)。氮素運(yùn)籌對塊根生長無顯著影響，根長、根寬和塊根維管束環(huán)數(shù)在塊根膨大中期與塊根產(chǎn)量顯著正相關(guān)，在塊根膨大后期與塊根含糖率顯著正相關(guān)。因此，可將塊根膨大期老葉面積作為衡量甜菜產(chǎn)糖量的指標(biāo)，同時(shí)新葉葉面積大小作為衡量塊根品質(zhì)的指標(biāo)。