張西露,劉明月,伍壯生,黃 科
(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院,湖南 長沙 410128;2.湖南省蔬菜研究所,湖南 長沙 410125;3.海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所,海南 ???571100)
馬鈴薯(Solanum tuberosum L.)又名土豆、山藥蛋、洋芋、番芋、荷蘭薯、爪哇薯等,是繼玉米、水稻、小麥之后的第四大糧食作物[1-3]。不僅用于鮮食,還可以加工成一系列的加工品,如薯?xiàng)l、薯片、淀粉(變性淀粉、預(yù)糊化淀粉),釀造酒精,制作動物飼料等。2002年我國馬鈴薯種植面積達(dá)到了490多萬hm2,占全球播種總面積的25%,占亞洲的60%以上,成為世界上馬鈴薯栽培面積最大的國家[4]。但我國馬鈴薯的單產(chǎn)及其品質(zhì)遠(yuǎn)不及歐美發(fā)達(dá)國家的水平,主要由于生產(chǎn)上對馬鈴薯養(yǎng)分需求規(guī)律了解甚少,長期偏施或重施氮肥,少施或不施磷鉀肥,導(dǎo)致土壤肥力下降,結(jié)構(gòu)破壞,生產(chǎn)成本不斷增加,嚴(yán)重制約了我國馬鈴薯的可持續(xù)發(fā)展。本文就馬鈴薯不同生育期對氮、磷、鉀三要素的吸收分配規(guī)律及合理施肥等研究方面所取得的進(jìn)展作簡要綜述。
氮是蛋白質(zhì)、核酸、磷脂的主要成分,而這三者又是原生質(zhì)、細(xì)胞核和生物膜的重要組成部分,它們在生命活動中占有特殊作用[5]。氮素營養(yǎng)充足時(shí),能促使馬鈴薯莖葉生長,同化面積大,延長葉片功能期,光合作用旺盛,凈光合生產(chǎn)率提高,利于養(yǎng)分的積累,以提高塊莖的干物質(zhì)含量、蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)量。馬鈴薯缺氮時(shí),表現(xiàn)為基部葉片變黃,并逐漸向上部葉擴(kuò)展,每個(gè)葉片先沿著葉緣褪綠變黃,并逐漸向中心葉擴(kuò)展,植株表現(xiàn)莖桿細(xì)弱矮小,葉片表現(xiàn)小而色淡且略呈直立狀[6]。Osaki等[7]研究表明:NO3-N可以刺激馬鈴薯匍匐莖分枝,促進(jìn)主莖生長,NH4+-N可以促進(jìn)塊莖膨大。田間施氮的處理比不施氮的葉面積指數(shù)大。高炳德[8]對晉薯2號的氮肥試驗(yàn)表明,增施氮肥后,與對照相比,平均每公頃莖葉干重增長量達(dá)1200 kg,增加60%,平均葉面積指數(shù)和最大葉面積指數(shù)分別為0.83和1.94,淀粉積累期的光合勢增加1倍多。另外,王季春[9]的研究也表明,馬鈴薯在高氮水平下具有較高的葉面積和凈光合同化率;而在低氮水平下葉面積和凈光合同化率都較低。只有氮素和光合作用之間的關(guān)系協(xié)調(diào)才能提高產(chǎn)量。
磷是核酸、核蛋白和磷脂的主要成分,它與蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞分裂、細(xì)胞生長有密切關(guān)系,此外,它還參與碳水化合物的代謝與運(yùn)輸,對馬鈴薯塊莖的生長有利。磷被作物吸收后,可擴(kuò)大“源”的供應(yīng)能力和同化物的轉(zhuǎn)運(yùn)效率,磷肥充足時(shí),促進(jìn)根系發(fā)育,增強(qiáng)植株的抗旱、抗寒能力和適應(yīng)性,提高氮肥的利用率,幼苗發(fā)育健壯,有利于植株體內(nèi)的各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和代謝,促進(jìn)植株早熟,增加塊莖干物質(zhì)和淀粉累積,提高薯塊的品質(zhì)和耐貯性。馬鈴薯缺磷時(shí),表現(xiàn)為植株生長緩慢,株高矮小或細(xì)弱僵立,缺乏彈性,分枝減少,葉片卷曲呈杯狀,葉片與葉柄均向上直立;嚴(yán)重缺磷時(shí),植株基部小葉的葉尖先褪綠變褐,并逐漸向全葉擴(kuò)展,最后整片葉片枯萎脫落[10]。缺磷還會使馬鈴薯的根系和匍匐莖的數(shù)量減少,根系長度變短。
鉀素與氮磷不同,它不參加植株體內(nèi)有機(jī)物質(zhì)的組成,主要集中分布在生長活躍的部分,如生長點(diǎn)、幼葉、形成層等部位,被吸收后起調(diào)節(jié)生理功能的作用,促進(jìn)光合作用和提高二氧化碳的同化率,促進(jìn)光合產(chǎn)物的運(yùn)轉(zhuǎn)和體內(nèi)蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素的合成與積累。馬鈴薯是一種喜鉀植物,在整個(gè)生育期中對鉀的需求都很大。馬鈴薯鉀肥充足時(shí),能使植株生長健壯,莖稈堅(jiān)實(shí),葉片增厚,延遲葉片衰老,增強(qiáng)抗寒和抗病性;缺鉀時(shí),病癥自下而上發(fā)展,下部葉片首先出現(xiàn)病癥,植株生長變慢,節(jié)間變短,呈叢生狀葉片的葉尖和葉緣變褐變枯焦,葉面上常出現(xiàn)褐色壞死斑點(diǎn)或斑塊,小葉葉尖萎縮,葉片向下卷曲,葉脈下陷;缺鉀嚴(yán)重時(shí)植株呈“頂枯”[11]。
馬鈴薯是一種喜肥作物,它的產(chǎn)量的形成是通過吸收礦物質(zhì)、水分和二氧化碳的營養(yǎng)過程,促進(jìn)植株生長發(fā)育和其他一切生命活動而實(shí)現(xiàn)的。雖然馬鈴薯塊莖中礦質(zhì)含量不高,但在馬鈴薯生長發(fā)育過程礦質(zhì)元素通過參與并促進(jìn)同化物的合成、轉(zhuǎn)運(yùn)和分配,對馬鈴薯生長發(fā)育及產(chǎn)量的形成有重要作用[12]。合理的增施肥料是提高產(chǎn)量的有效措施之一,其中氮、磷、鉀三要素對馬鈴薯的植株生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的形成有著直接的影響,且氮、磷、鉀的需求量,除由土壤提供外,大部分需靠基肥和追肥補(bǔ)給。
提高單產(chǎn)、增強(qiáng)抗病性、增加耐貯性是提高馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益,降低生產(chǎn)成本的有效途徑。馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)除與品種、種薯質(zhì)量、土壤性質(zhì)、田間管理和環(huán)境條件等因素有關(guān)外[13-18],還與田間施肥量關(guān)系極大。馬鈴薯各生育時(shí)期,因生長發(fā)育階段不同,所需養(yǎng)分也不同。出苗到塊莖生長初期吸收養(yǎng)分較少,對氮、磷、鉀的吸收約占生育總量的25%,到生育中期,特別是塊莖迅速膨大期是需肥高峰期,約占全生育期吸收量的50%左右,在淀粉積累期也即生育后期,養(yǎng)分的吸收量又占全生育期的25%左右,馬鈴薯現(xiàn)蕾開花期為吸肥高峰期[19]。有研究表明,馬鈴薯各生長時(shí)期對氮、磷、鉀的分配量不同,幼苗期很少,分別占全生育期總量的19%、17.5%、17%,幾乎全部分配到莖葉中;發(fā)棵期分配量驟增,分別占總量的56%、48.5%和49%,主要分配向莖葉,占67%,其次是塊莖,占33%;結(jié)薯期分配量分別占重量的25%、34%和34%,以塊莖為主,占72%,而莖葉只占28%。馬鈴薯對鈣、鎂、硫的吸收動態(tài)、分配狀況與氮、磷、鉀的趨勢基本相同,不同的是分配方向主要是莖、葉、根,而塊莖的分配比例較少。每生產(chǎn)1 t塊莖,吸收的氧化鈣和氧化鎂分別為6.8 kg和3.2 kg。馬鈴薯對微量元素的吸收很少,每生產(chǎn)20 t塊莖,吸收的銅44 g、錳42 g、鉬0.74 g、鋅99 g[20]。在塊莖增長期,馬鈴薯新鮮葉子中各種微量元素的含量是:鐵70~150 mg·kg-1,硼 30~40 mg·kg-1,鋅 20~40 mg·kg-1,錳 30~50mg·kg-1[10]。
據(jù)高炳德[21]田間試驗(yàn)報(bào)道,同薯8號每生產(chǎn)1 t鮮薯吸收氮、磷、鉀分別為4.38±0.36、0.79±0.04、6.55±1.70 kg,氮磷鉀的吸收量隨著植株生長而變化,幼苗期吸收速率較慢,發(fā)棵期速率驟增,進(jìn)入結(jié)薯期又緩慢下來。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)表明,667 m2產(chǎn)塊莖1500 kg時(shí),需要從土壤中吸收氮8.3 kg、磷3.3 kg、鉀15.3 kg、每增產(chǎn)塊莖500 kg,需要增施氮2.75 kg、磷 0.5 kg、鉀5.1 kg,氮、磷、鉀三者的比例約為2∶1∶4[22]。由此可見,馬鈴薯是高產(chǎn)喜肥作物,對肥料的反應(yīng)非常敏感,從肥料三要素的需求量來看,需鉀最多,氮次之,磷最少。從整個(gè)生長過程來看,生育前期需肥較多,中后期相對較少。
因此,生產(chǎn)上應(yīng)根據(jù)馬鈴薯的生長規(guī)律,采取前促、中控、后保的施肥原則。前期應(yīng)盡可能的使馬鈴薯早生快發(fā),多分枝,形成一定的豐產(chǎn)苗架,施肥上以氮磷肥為主。中期控制莖葉生長,促使其轉(zhuǎn)入地下塊莖形成與膨大,后期不能使葉色過早落黃,以保持葉片光合作用效率,多制造養(yǎng)分供地下塊莖膨大。馬鈴薯施肥水平應(yīng)根據(jù)土壤的保肥、供肥能力,以及產(chǎn)量指標(biāo)來確定。在了解馬鈴薯根系營養(yǎng)生理機(jī)理的基礎(chǔ)上,根據(jù)整個(gè)生育期對養(yǎng)分的吸收特點(diǎn),要求的產(chǎn)量水平及不同的氣候條件等因素,合理施用肥料及適時(shí)增施葉面肥料,充分協(xié)調(diào)其地上部與地下部之間的關(guān)系,這是馬鈴薯實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的重要措施[22]。因此,為獲取馬鈴薯的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì),應(yīng)該根據(jù)各地的實(shí)際情況,做到科學(xué)、合理地施肥。
馬鈴薯塊莖內(nèi)貯藏物質(zhì)雖以淀粉為主,但氮、磷、鉀素在馬鈴薯生長發(fā)育過程中,分別起著極其重要的作用。氮素對馬鈴薯營養(yǎng)器官的形成和生長有良好的促進(jìn)作用,在生長早期能促進(jìn)根系發(fā)育和莖葉迅速生長,能增強(qiáng)抗逆性。生長后期,氮素對提高光合勢及光合強(qiáng)度,以及延緩葉片衰老效果明顯。磷素是細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核的重要組成元素之一,同時(shí)又是光合作用、呼吸作用、物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)等一系列重要生理代謝過程的參與者。器官中含磷量的變化,標(biāo)志著植株代謝功能的強(qiáng)弱,最終影響到產(chǎn)量和品質(zhì)。鉀素能提高葉片的光合效率和促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)。據(jù)報(bào)道,鉀在薯塊和其它作物塊根中有利于淀粉和糖的積累,特別是莖部包括葉片含鉀量高,有利于葉片中有機(jī)物質(zhì)迅速轉(zhuǎn)移到塊莖中去。葉片是光合作用最活躍的器官,因此葉部氮、磷、鉀含量濃度,是判斷植株生長好壞和物質(zhì)積累的重要標(biāo)志。
氮素在馬鈴薯植株體內(nèi)的含量是隨著生長發(fā)育的進(jìn)程及器官的不同而變化。一些研究用15N標(biāo)記發(fā)現(xiàn),前期的氮主要存在于莖、葉、根中,但是隨著馬鈴薯塊莖的形成,80%的15N進(jìn)入塊莖中,說明氮素在營養(yǎng)生長期間主要供植株生長[23-24]。氮通過兩個(gè)方面影響馬鈴薯的產(chǎn)量,一方面它影響馬鈴薯的主莖和分枝上葉片的葉面積,使同化面積增大,另一方面氮素可延長葉片的功能期,但是下部的莖葉相互遮蔭卻提前凋落[25]。施氮量高的植株在生育后期,仍保持綠色,延遲結(jié)薯,進(jìn)而影響了同化產(chǎn)物向塊莖中的積累,降低了產(chǎn)量[26-27]。
氮素對馬鈴薯塊莖形成的數(shù)量和大小都有明顯的影響。氮肥對塊莖數(shù)的影響因土壤供氮水平的不同而有所差異,當(dāng)土壤全氮含量大于0.1%,堿解氮含量大于0.01%時(shí),增施氮肥會顯著地降低馬鈴薯的產(chǎn)量,塊莖的數(shù)量也顯著減少,每株平均減少2個(gè)左右。而在全氮含量小于0.1%,堿解氮含量小于0.01%的一般田塊,增加氮肥可顯著增產(chǎn),薯塊數(shù)也有所增加[28]。
磷素的存在能使植株體內(nèi)氮素的濃度下降,但對氮的吸收量有促進(jìn)作用,亦可提高氮的運(yùn)轉(zhuǎn)率,從而提高馬鈴薯的光合生產(chǎn)率和生物產(chǎn)量,提高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量系數(shù)。磷素對生物產(chǎn)量的作用因土壤而異,高肥力田無顯著影響,一般田有極顯著的增產(chǎn)作用。相反,氮素又會使植株體內(nèi)的磷素濃度降低,莖葉內(nèi)下降更為明顯;施氮量在適宜的范圍可促進(jìn)對磷的吸收,超過適量,則吸磷量也下降。一般情況下,每生產(chǎn)1000 kg塊莖需要從土壤中吸收P2O51.66~1.85 kg。若土壤中的磷素不足,將影響到馬鈴薯植株根系生長和生長點(diǎn)的生長,減少馬鈴薯的產(chǎn)量,降低品質(zhì),延遲成熟;若磷肥過量,同樣降低產(chǎn)量和品質(zhì),并且還會影響馬鈴薯植株對鋅和其他微量元素的吸收[29-30]。
馬鈴薯是喜鉀的作物。我國現(xiàn)有的耕地中,大約有1/4~1/3土壤存在缺鉀或嚴(yán)重缺鉀問題,尤其是長江以南的廣大地區(qū),缺鉀的現(xiàn)象較為普遍。且隨著氮肥用量的增加,鉀素的淋洗損失量更大[31-32]。孔令郁等[33]試驗(yàn)表明,肥料充足,氮磷鉀養(yǎng)分配比合理時(shí),不僅植株可以達(dá)到最大生物產(chǎn)量,塊莖產(chǎn)量也相應(yīng)達(dá)到最高,同時(shí)可以提高馬鈴薯的品質(zhì)。徐德欽[34]和胡助力等[35]認(rèn)為,增施鉀肥量低時(shí),隨著鉀肥量的提高增產(chǎn)提質(zhì)效果逐漸提高,當(dāng)增施鉀肥到一定水平時(shí),繼續(xù)提高鉀肥量增產(chǎn)提質(zhì)效果下降。
“有收無收在于水,收多收少在于肥”[36]。說明施肥是提高產(chǎn)量的主要措施之一,合理施肥,是取得高產(chǎn)的關(guān)鍵。同時(shí),施肥也可以改進(jìn)馬鈴薯的品質(zhì)。馮瑞琴等[37]認(rèn)為每公頃施用450 kg的純氮肥和225~300 kg純鉀肥,馬鈴薯的增產(chǎn)效果最好,且可提高薯塊的品質(zhì)。李華等[38]就鉀、鋅、錳配合施用進(jìn)行了研究,指出,鉀、鋅、錳肥的合理施用可顯著增加塊莖中的淀粉、粗蛋白質(zhì)含量,降低塊莖中的NO3-N含量。鄭若良報(bào)道[39],當(dāng)N∶K2O比增加時(shí),馬鈴薯生長發(fā)育進(jìn)程延長,健康態(tài)勢降低,塊莖中蛋白質(zhì)含量升高;而當(dāng)N∶K2O比降低時(shí),塊莖的干物質(zhì)、淀粉、還原糖、總糖和Vc含量趨于增加。胡助力等[35]也報(bào)道,增施磷鉀肥可提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量、淀粉含量、大中薯率、塊莖干物質(zhì)含量。Somani等[40]研究表明,適量氮磷鉀的配比,可以減輕病害,降低病情指數(shù)。Ciecko等[41]通過試驗(yàn)表明,增加氮磷的量,可提高薯塊的產(chǎn)量,但是若磷過量,則會減少塊莖中淀粉的含量。同樣,每公頃氮肥若超過120 kg時(shí),也會降低淀粉的含量。
胡靄堂[42]的試驗(yàn)表明,增施鉀肥可使馬鈴薯塊莖中淀粉含量由53%提高到66%。麻漢林等[43]研究表明,增施磷鉀肥可提高馬鈴薯塊莖的產(chǎn)量、淀粉含量以及大中薯率,但是增施鉀肥到一定量時(shí),進(jìn)一步提高鉀肥的量對提高產(chǎn)量的效果不明顯。徐德欽[34]和胡助力等[35]也認(rèn)為,增施鉀肥量低時(shí),隨著鉀肥量的提高增產(chǎn)提質(zhì)效果逐漸提高,當(dāng)增施鉀肥到一定水平時(shí),繼續(xù)提高鉀肥量增產(chǎn)提質(zhì)效果下降。孫繼英等[44]研究了不同施肥量對高淀粉馬鈴薯品種產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,結(jié)果顯示:馬鈴薯產(chǎn)量和商品率隨施肥量的增加而增加,當(dāng)施肥量達(dá)到某一定點(diǎn)時(shí)二者達(dá)到最大值,之后呈下降趨勢;而淀粉含量隨施肥量的增加而下降。鄭元紅等[45]報(bào)道,在氮、磷營養(yǎng)充足的前提下,脫毒馬鈴薯產(chǎn)量隨著有機(jī)肥和化肥補(bǔ)鉀量的增加而增加,但增加到一定程度后產(chǎn)量又下降。張朝春等[46]試驗(yàn)結(jié)果顯示:每公頃氮、鉀施肥量分別從N 300 kg、P2O5345 kg、K2O 375 kg降低到180 kg、180 kg、225 kg,對植株干物質(zhì)累積量沒有顯著影響,3個(gè)基地都呈相同的趨勢;3個(gè)生產(chǎn)基地不同處理的塊莖產(chǎn)量也沒有顯著性差異。于天富[47]報(bào)道,鉀肥的施用量一定要根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥乐锈浰氐臓顩r而定,鉀肥施用量超過某個(gè)界限后,增產(chǎn)幅度量呈下降的趨勢。
目前,國內(nèi)外研究者在如何提高馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)方面做了大量的研究工作,如采用不同的栽培技術(shù)、施肥方法、生長調(diào)節(jié)劑以及調(diào)控環(huán)境等措施,對馬鈴薯生育過程植株的氮、磷、鉀含量進(jìn)行研究,以尋找不同品種淀粉含量積累與礦物質(zhì)元素之間的相關(guān)規(guī)律,以便為高淀粉育種和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培方案的制定提供科學(xué)依據(jù)。通過采用不同的施肥配方,分析馬鈴薯不同生育階段,不同器官吸收養(yǎng)分的特征,從而尋求馬鈴薯生產(chǎn)中最優(yōu)的氮、磷、鉀施肥組合,這對于如何科學(xué)施肥,降低生產(chǎn)成本,提高肥料利用率,提高馬鈴薯的產(chǎn)量與品質(zhì),獲取較高的經(jīng)濟(jì)效益和集約化生產(chǎn)等具有重要的理論指導(dǎo)意義和生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值。
近幾年來,有關(guān)于氮、磷、鉀素的吸收分配規(guī)律的報(bào)道已很多,但關(guān)于馬鈴薯吸收規(guī)律的研究報(bào)道還較少,因此,深入系統(tǒng)的研究馬鈴薯氮、磷、鉀與硫素的吸收規(guī)律對豐富馬鈴薯栽培生理理論和指導(dǎo)生產(chǎn)中合理配方施肥具有重要的理論和實(shí)踐意義。特別通過對氮、磷、鉀吸收量和分配規(guī)律的分析,以及氮、磷、鉀元素在馬鈴薯不同部位中的分布與動態(tài)變化分析的結(jié)果,并結(jié)合種植密度、土壤肥力狀況等,盡量做到對馬鈴薯生長過程肥料施用的定量化,標(biāo)準(zhǔn)化,保證馬鈴薯不同生長部位對營養(yǎng)元素的需求,達(dá)到“按需施肥,配方施肥”的目的。
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