热带甘薯基于叶绿素仪（chlorophyll meter）与氮充足指数（NSI）<90%的施氮管理：启动氮和追肥时机对生长、氮吸收及贮藏根产量的影响

《Crop, Forage & Turfgrass Management》：Conventional and chlorophyll meter–based nitrogen fertilization management for sweetpotato in the tropics

　　

甘薯 [Ipomoea batatas (L.) Lam.] 在早期生长阶段表现出较低的氮（N）吸收，提示种植时施N可能不必要。便携式叶绿素仪（chlorophyll meter）可作为更精确确定追施N时间与用量的有用工具，从而使施肥与作物需求相匹配。本研究评估了基于叶绿素的N管理，采用氮充足指数（nitrogen sufficiency index, NSI）阈值90%以及每单位NSI <90%施用1.0 kg N，是否能够在种植时施N的同时改善植株生长、N吸收和贮藏根产量。在巴西三个地点（Braúna、S?o Manuel和Regente Feijó）开展了田间试验，采用随机完全区组设计（randomized complete block design），4次重复。实验室培养试验评估了各区域150天内原生土壤N的有效性。处理包括对照（不施N）、常规施肥（50 kg ha^?1 N）、参考施肥（150 kg ha^?1 N）以及基于叶绿素仪的N施肥，其中种植时施用0或15 kg ha^?1 N，并对NSI <90%的每0.1单位追施1.0 kg ha^?1 N。结果表明，使用叶绿素仪和NSI阈值<90%测定的甘薯N供应受原生土壤N影响。在原生土壤N有效性较低的情景中，不施启动N要么使侧追N施用提前2周，要么使总N率增加57%；而在初始NO₃^–有效性较高的情景中，与常规管理相比，使用叶绿素仪节省了>70%的N。这些结果表明，在限制性或易发生N损失的环境中，建议保持启动N施用或使用更严格的NSI阈值，以确保贮藏根产量和肥料节省。

研究背景与目的：巴西是美洲第二大甘薯生产国，甘薯在巴西各州均有种植，多数地区可全年生产。为获得较高贮藏根产量，充足植物营养是必要管理措施。氮（N）是甘薯第二吸收量大的养分，是氨基酸、酶、蛋白质和叶绿素的组分。N管理不当会降低贮藏根产量：过量施N会促进营养生长而牺牲商品贮藏根形成；缺N会降低叶面积、营养生长和光合作用，导致贮藏根产量低。随着农业技术发展，评估植物营养状态需快速准确，便携式叶绿素仪（chlorophyll meter）简单、无损并可实时提供土壤植物分析发展（soil plant analysis development, SPAD）值。SPAD指数与叶片N浓度相关，可用于计算氮充足指数（nitrogen sufficiency index, NSI），指导多种作物N管理。已有研究中，NSI <90%被认为适用于玉米（Zea mays L.）和普通菜豆（Phaseolus vulgaris L.），而NSI <95%不足以在马铃薯（Solanum tuberosum L.）中及时检测后期缺N。甘薯中NSI <90%近期被确定为合适N管理标准。尽管NSI可指示理想施N时间，但不能指示合适施N量；有研究提示每0.1 NSI单位<90%施用1.0–1.5 kg ha^?1 N可能足以最大化普通菜豆产量。巴西甘薯主要种植在低有机质（organic matter, OM）砂土中，N淋溶损失可能较高，因此需要改进N管理策略。甘薯周期初期N吸收低，种植时高N率可能不必要。因此，研究人员旨在评估基于叶绿素仪监测追施N，使用NSI阈值<90%并每0.1 NSI单位低于该阈值施用1.0 kg ha^?1 N，是否能省略种植时N肥，同时改善植株生长、N吸收和贮藏根产量。

关键技术方法：研究人员在巴西Braúna、S?o Manuel和Regente Feijó三个地点，以甘薯品种Canadense为材料，采用随机完全区组设计（randomized complete block design），4次重复。土壤为砂土，前作分别为甘蔗、玉米和牧草。实验室培养试验将各地点土壤在25±3°C、80%湿度下培养150天，评估原生土壤N有效性。处理包括对照（不施N）、常规施肥（50 kg ha^?1 N）、参考施肥（150 kg ha^?1 N）以及基于叶绿素仪的N管理：种植时0或15 kg ha^?1 N，并每0.1单位NSI <90%追施1.0 kg ha^?1 N。从15至85 DAP每周用SPAD-502叶绿素仪测定，收获时测地上部与贮藏根生物量、N吸收和移除、产量。

研究结果：
3.1 土壤植物分析发展指数、NSI与甘薯叶片N浓度：在Braúna，对照的SPAD指数和叶片N浓度在多数评价中低于参考处理；在S?o Manuel，这些差异从35 DAP起出现；在Regente Feijó，SPAD指数和叶片N浓度在处理间变化很小。NSI方面，Braúna对照在28–56和70 DAP时<90%；–p/NSI处理仅28 DAP时<90%；+p/NSI处理在42–56 DAP时<90%。S?o Manuel对照在49–84 DAP时<90%；–p/NSI处理在35、49和56 DAP时<90%；+p/NSI处理仅在49和56 DAP时<90%。Regente Feijó所有处理NSI均>90%。相关性上，Braúna的SPAD指数在15、22和64 DAP与叶片N浓度不相关；S?o Manuel仅在29和36 DAP不相关；Regente Feijó仅在78 DAP正相关。这表明叶绿素仪测定的N供应受原生土壤N影响，且高NO₃^–有效性可能导致SPAD与总N不相关。

3.2 植物营养状况、植株生长、N吸收与移除：在64 DAP，Braúna叶片N浓度在参考和+p/NSI处理中高于常规和对照；S?o Manuel中–p/NSI处理高于常规和对照；Regente Feijó中参考处理高于常规、对照和+p/NSI。其他元素浓度在各地点有差异。地上部生物量方面，Braúna和S?o Manuel中–p/NSI、+p/NSI和参考处理高于对照，常规处理低于参考；Regente Feijó中参考处理最高。贮藏根生物量在Braúna和Regente Feijó不受处理影响；在S?o Manuel，参考处理高于常规和对照。整株生物量在Braúna以参考和–p/NSI最高；在S?o Manuel参考高于常规和对照，与NSI处理无差异。N吸收在Braúna以参考和–p/NSI相似且高于其他；在S?o Manuel参考和–p/NSI最高，但仅参考高于常规和+p/NSI；在Regente Feijó参考和常规最高。N移除仅在Braúna的–p/NSI与+p/NSI间有差异，S?o Manuel参考移除更多。结果说明N肥主要影响地上部生长，贮藏根生物量在多数地点未受显著影响。

3.3 产量组分与贮藏根产量：总贮藏根数在Braúna以参考高于对照和–p/NSI；Regente Feijó仅参考与常规有差异。商品贮藏根数在Braúna以+p/NSI最高、常规最低；S?o Manuel以参考最高、对照最低。平均贮藏根重在Braúna以对照高于参考、常规和+p/NSI。总贮藏根产量在Braúna以–p/NSI高于+p/NSI；S?o Manuel以参考更高。商品贮藏根产量在S?o Manuel以参考最高、对照最低；Regente Feijó以参考高于对照和–p/NSI。相对商品贮藏根产量在Braúna和Regente Feijó分别增加10%和23%，符合线性—平台方程；S?o Manuel在最高N率下线性增加135%。结果表明产量响应具有地点差异，S?o Manuel对N肥响应最大。

讨论部分总结：先前研究显示NSI <90%比<95%更适合甘薯N管理。S?o Manuel土壤培养未显示OM对NO₃^–增加的明确贡献，基于叶绿素仪且无基肥的N管理高估了甘薯N需求。便携式叶绿素仪广泛使用，甘薯叶片N状态通常与SPAD指数相关，但Regente Feijó例外，因其土壤NO₃^–有效性较高，硝酸盐在细胞液泡积累，而SPAD仅检测叶绿素中的N，化学分析则量化所有形式N。尽管甘薯早期N吸收低，在Braúna和S?o Manuel无基肥的叶绿素仪管理使追肥需求提前2周；Regente Feijó则无需追肥，可能因较低降雨减少NO₃^–淋溶并保持较高土壤N有效性，叶片N浓度自21 DAP起高于充足范围。Braúna和S?o Manuel用叶绿素仪测得的N率比常规高1.6–2.8倍，但未增加N吸收或移除，说明节N仅在Regente Feijó得到确认。NSI <90%并不适用于所有环境；强降雨会降低土壤有效N和叶片液泡游离N，而叶绿素结构N更稳定，SPAD会高估植株N状态并延迟缺N诊断，因此早期采用更严格NSI阈值95%或98%可提高监测准确性。所有处理叶片N浓度均超过临界值33 g kg^?1，表明OM矿化贡献了甘薯N营养，尤其Braúna和Regente Feijó；仅S?o Manuel对照出现叶片N缺乏。其他元素多数在适宜范围，叶片K低于临界因采样早于最后一次K施用，S?o Manuel和Regente Feijó的B低于适宜范围，Fe高于适宜范围，但无可见缺素或毒害症状。N肥主要影响地上部，参考处理地上部生物量更大，贮藏根生物量在两个地点相似；高N率可能促进地上部而牺牲贮藏根。叶绿素仪管理N率较高但生物量与常规相似，说明OM显著贡献N供应。根数与单根重存在权衡。省略启动N降低早期土壤N有效性，使Braúna追肥提前2周、S?o Manuel总N率增加57%。因此，在类似本研究的低初始N有效性或高N损失环境中，保持启动N或采用更严格NSI阈值可能是实现节N所必需的。

研究结论（翻译）：甘薯对N肥的响应在S?o Manuel地区较大，在Braúna和Regente Feijó较低。使用叶绿素仪且NSI阈值<90%的甘薯N肥管理受原生土壤N有效性影响。在原生土壤N有效性潜力低的情景中，不施启动N要么使侧追N施用提前2周，要么使总N率比常规管理增加57%。相反，在初始NO₃-N有效性潜力较高的土壤中，采用NSI阈值<90%的叶绿素仪N管理可实现>70%的N节省。因此，在限制性或易发生N损失的环境中，建议保持启动N施用或使用更严格的NSI阈值（95%或98%），以确保贮藏根产量和肥料节省。