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【目的】在北疆独有的气候条件下,开展不同施氮量和基追比条件下滴灌甜菜地上和地下部分干物质积累、叶片光合生理特性、碳氮代谢产物及其关键酶活性的研究,目的在于明确氮肥调控下滴灌甜菜地上地下部分的生长规律、叶片光系统响应以及糖氮代谢特征,揭示氮肥调控下滴灌甜菜产量和品质协同提高的机理,旨在为北疆高产优质滴灌甜菜氮素管理提供理论依据。
【方法】试验以Beta356和KWS9147为供试材料,于2017和2018年设置施氮量和基追比双因素多水平控制试验,4个施氮量分别为0,75,150,225kg?hm-2(记为N0、N1、N2、N3),4个基追比分别为10∶0,7∶3,5∶5,3∶7(记为R1、R2、R3、R4),追肥在滴灌甜菜叶丛快速增长期时一次性追施。在全生育期进行干物质积累和叶面积指数的测定,在叶丛快速增长期、块根膨大期以及糖分积累期对滴灌甜菜叶片的光响应特征,叶绿素荧光参数,以及碳氮代谢相关产物和关键酶活力进行测定分析。
【结果】(1)滴灌甜菜全生育期地上部分和地下部分的干物质积累动态符合“S”型变化规律。随着施氮量的增加地上部分的干物质表现为N3>N2>N1>N0,增加追肥量可以提高生育后期地上部分干物质量,具体表现为R4>R3>R2>R1。随施氮量增加地下部分干物质表现为N2>N3>N1>N0,在N2、N3施氮量下追肥可以提高地下部分干物质积累,其中N2处理有利于生长中心顺利转移。两年两个品种的产糖量均是N2R4处理显著高于其他处理(1.47%-91.23%),且块根中的有害物质在施氮处理中较低。(2)在全生育期叶片光合色素含量在N2R4处理下处于较高水平,随着施氮量的增加N2施氮量下光合色素含量较高,增加追肥可以提高生育后期叶片中的光合色素含量,随着生育进程的推进叶绿素含量下降,类胡萝卜素含量升高。直角双曲线修正模型能够较好的拟合氮肥调控下滴灌甜菜叶片光饱和下随着光强增加和CO2饱和下随着CO2浓度增加净光合速率下降的趋势。随着施氮量的增加叶片的最大净光合速率Amax在N2施氮量下达到最大值,在N2和N3施氮量下随着苗后追肥量的增加Amax表现为R4>R3>R2>R1。光合作用中的限速酶RuBP羧化酶活性随着施氮量的增加表现为N2>N3>N1>N0,在N2和N3施氮量下随着苗后追肥的增加在R4追肥模式下其酶活性较高。叶片的Amax和RuBP羧化酶活性与叶片的含氮量呈极显著的正相关关系。(3)氮肥调控下叶片的最大潜在光化学效率Fv/Fm和光下实际光化学效率YⅡ在叶丛快速增长期和块根膨大期处理间均无显著差异,在糖分积累期随着施氮量的增加在N2处理下二者较高,追肥量的增加会提高叶片的Fv/Fm和YⅡ。快速光响应曲线特征参数结果显示随着施氮量的增加N2R4处理全生育期最大电子传递速率ETRmax显著高于其他处理,随着施氮量的增加表现为N2>N3>N1>N0,随着追肥的增加在块根膨大期和糖分积累期ETRmax表现为R4>R3>R2>R1。弱光下电子传递效率在块根膨大期和糖分积累期与叶片中的氮含量呈极显著正相关。(4)硝酸还原酶NR和亚硝酸还原酶NiR存在偶联调节,NR在叶丛快速增长期活力最大,NiR在块根膨大期活力最高。随着施氮量的增加,硝酸还原酶NR和亚硝酸还原酶NiR活力表现为N2>N3>N1>N0,在N2和N3施氮量下随着追肥量的增加其活力增加,N2R4处理下前期NR和NiR的活力显著高于其他处理,提高了植株对氮的吸收利用效率,有利于提高植株氮在叶片中的分配。氮肥调控下滴灌甜菜叶片和块根中的蔗糖磷酸合成酶SPS、蔗糖合成酶合成方向SS+和蔗糖合成酶分解方向SS-随着施氮量的增加在N2施肥水平下活力最高,随着苗后追肥量的增加表现为R4>R3>R2>R1。叶片和块根中的SPS、SS+和SS-与块根中可溶性糖和蔗糖含量呈现极显著的正相关。块根中的蔗糖含量全生育期在N2R4处理下显著高于其他处理。
【结论】滴灌甜菜块根干重在150kg?hm-2施氮量下达到最高,该施肥水平下3∶7氮肥运筹模式有利于提高生育后期叶片的光合能力,提高块根中的NR和NiR活力,促进氮肥利用效率提高,增加叶片和块根中的SPS、SS+活力,促进光合产物生成蔗糖并向块根转移和贮存,最终提高块根含糖率,因此,N2R4处理甜菜块根产量和含糖量最高。过少的氮不利于块根增长,过多的氮会提高后期地上部分的同化产物消耗,降低块根中的含糖率。
【方法】试验以Beta356和KWS9147为供试材料,于2017和2018年设置施氮量和基追比双因素多水平控制试验,4个施氮量分别为0,75,150,225kg?hm-2(记为N0、N1、N2、N3),4个基追比分别为10∶0,7∶3,5∶5,3∶7(记为R1、R2、R3、R4),追肥在滴灌甜菜叶丛快速增长期时一次性追施。在全生育期进行干物质积累和叶面积指数的测定,在叶丛快速增长期、块根膨大期以及糖分积累期对滴灌甜菜叶片的光响应特征,叶绿素荧光参数,以及碳氮代谢相关产物和关键酶活力进行测定分析。
【结果】(1)滴灌甜菜全生育期地上部分和地下部分的干物质积累动态符合“S”型变化规律。随着施氮量的增加地上部分的干物质表现为N3>N2>N1>N0,增加追肥量可以提高生育后期地上部分干物质量,具体表现为R4>R3>R2>R1。随施氮量增加地下部分干物质表现为N2>N3>N1>N0,在N2、N3施氮量下追肥可以提高地下部分干物质积累,其中N2处理有利于生长中心顺利转移。两年两个品种的产糖量均是N2R4处理显著高于其他处理(1.47%-91.23%),且块根中的有害物质在施氮处理中较低。(2)在全生育期叶片光合色素含量在N2R4处理下处于较高水平,随着施氮量的增加N2施氮量下光合色素含量较高,增加追肥可以提高生育后期叶片中的光合色素含量,随着生育进程的推进叶绿素含量下降,类胡萝卜素含量升高。直角双曲线修正模型能够较好的拟合氮肥调控下滴灌甜菜叶片光饱和下随着光强增加和CO2饱和下随着CO2浓度增加净光合速率下降的趋势。随着施氮量的增加叶片的最大净光合速率Amax在N2施氮量下达到最大值,在N2和N3施氮量下随着苗后追肥量的增加Amax表现为R4>R3>R2>R1。光合作用中的限速酶RuBP羧化酶活性随着施氮量的增加表现为N2>N3>N1>N0,在N2和N3施氮量下随着苗后追肥的增加在R4追肥模式下其酶活性较高。叶片的Amax和RuBP羧化酶活性与叶片的含氮量呈极显著的正相关关系。(3)氮肥调控下叶片的最大潜在光化学效率Fv/Fm和光下实际光化学效率YⅡ在叶丛快速增长期和块根膨大期处理间均无显著差异,在糖分积累期随着施氮量的增加在N2处理下二者较高,追肥量的增加会提高叶片的Fv/Fm和YⅡ。快速光响应曲线特征参数结果显示随着施氮量的增加N2R4处理全生育期最大电子传递速率ETRmax显著高于其他处理,随着施氮量的增加表现为N2>N3>N1>N0,随着追肥的增加在块根膨大期和糖分积累期ETRmax表现为R4>R3>R2>R1。弱光下电子传递效率在块根膨大期和糖分积累期与叶片中的氮含量呈极显著正相关。(4)硝酸还原酶NR和亚硝酸还原酶NiR存在偶联调节,NR在叶丛快速增长期活力最大,NiR在块根膨大期活力最高。随着施氮量的增加,硝酸还原酶NR和亚硝酸还原酶NiR活力表现为N2>N3>N1>N0,在N2和N3施氮量下随着追肥量的增加其活力增加,N2R4处理下前期NR和NiR的活力显著高于其他处理,提高了植株对氮的吸收利用效率,有利于提高植株氮在叶片中的分配。氮肥调控下滴灌甜菜叶片和块根中的蔗糖磷酸合成酶SPS、蔗糖合成酶合成方向SS+和蔗糖合成酶分解方向SS-随着施氮量的增加在N2施肥水平下活力最高,随着苗后追肥量的增加表现为R4>R3>R2>R1。叶片和块根中的SPS、SS+和SS-与块根中可溶性糖和蔗糖含量呈现极显著的正相关。块根中的蔗糖含量全生育期在N2R4处理下显著高于其他处理。
【结论】滴灌甜菜块根干重在150kg?hm-2施氮量下达到最高,该施肥水平下3∶7氮肥运筹模式有利于提高生育后期叶片的光合能力,提高块根中的NR和NiR活力,促进氮肥利用效率提高,增加叶片和块根中的SPS、SS+活力,促进光合产物生成蔗糖并向块根转移和贮存,最终提高块根含糖率,因此,N2R4处理甜菜块根产量和含糖量最高。过少的氮不利于块根增长,过多的氮会提高后期地上部分的同化产物消耗,降低块根中的含糖率。