趙風芹,劉 慶,杜志勇,史衍璽
(青島農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院,山東 青島 266109)
鉀素對甘薯生長和產(chǎn)量形成具有極其重要的作用。鉀可促進甘薯對養(yǎng)分的吸收利用,促進碳水化合物向塊根輸送,促使塊根膨大[1],顯著增加甘薯的產(chǎn)量和質(zhì)量[2-4],提高甘薯鉀利用率。甘薯缺鉀導(dǎo)致莖蔓變短并生長緩慢[5],產(chǎn)量降低,合理施用鉀肥對提高甘薯產(chǎn)量和養(yǎng)分利用率具有重要意義。
甘薯屬于喜鉀作物,從全生育期來看,甘薯對鉀肥需求最多,其次為氮肥,磷肥最少。鉀素是甘薯生產(chǎn)的關(guān)鍵限制因子之一,適當?shù)拟浄蔬\籌機制不僅是保證鉀素供應(yīng)充足、提高甘薯鉀素利用率和促進甘薯產(chǎn)量形成的關(guān)鍵因素,還可顯著提高植株體內(nèi)氮、磷、鉀的累積量[6]。土壤普遍缺乏有效鉀素營養(yǎng)已成為甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)進一步提高的重要影響因子。
紫甘薯(Ipomoeabatatas(L.)Poir.)屬于旋花科(Convolvulaceae)番薯屬。紫甘薯具有良好的保健功能,其市場需求日益增加。由于紫甘薯多種植在貧瘠缺鉀土壤中,且在我國甘薯實際生產(chǎn)中,不重視施鉀與盲目施鉀現(xiàn)象大量存在,導(dǎo)致產(chǎn)量和肥料利用率不高[7]。關(guān)于甘薯鉀肥的研究已有報道[8-10],但有關(guān)鉀肥用量對紫甘薯產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的影響鮮見報道。
本研究采用田間試驗的方法,探究了不同施鉀量對紫甘薯產(chǎn)量與養(yǎng)分利用的影響,旨在為鉀肥的合理施用提供理論依據(jù)。
試驗地點設(shè)在山東省萊陽市高格莊鎮(zhèn)。土壤類型為棕壤,質(zhì)地為砂土,土壤養(yǎng)分含量較低,2016,2017年土壤理化性狀分別為:有機質(zhì)含量為9.53,9.78 g/kg;堿解氮含量為60.26,60.58 mg/kg;速效磷10.86,10.89 mg/kg;速效鉀50.50,52.28 mg/kg;pH值5.73,5.72。紫甘薯品種為寧紫2號。
采用田間試驗的方法,2016,2017年大田試驗方案相同。試驗共設(shè)5個處理,鉀肥用量分別為0(CK),60,120,180,240 kg/hm2(分別用K0、K1、K2、K3、K4表示),小區(qū)面積為37.8 m2,株距0.25 m,壟距0.70 m,每小區(qū)6壟,長度9 m,每個處理重復(fù)3次,隨機區(qū)組排列。供試肥料為硫酸鉀(K2O含量50%),采用基施方法,均勻撒施于試驗小區(qū)后起壟。以氮、磷肥作為底肥,其施用量均為75 kg/hm2,供試肥料為尿素(N含量46%)、磷酸二銨(P2O5含量45%、N含量18%)。2016年試驗5月17日栽插,10月20日收獲;2017年試驗5月15日栽插,10月22日收獲。
于栽插后55,80,105,130,155 d采集樣品,采樣時各處理小區(qū)采12株,3個重復(fù),稱量甘薯地上部薯蔓鮮質(zhì)量、地下部薯塊鮮質(zhì)量,并記錄。各時期采樣后,地上部莖葉切碎混合均勻后,稱取鮮樣200 g左右,放入牛皮袋中,在鼓風干燥箱內(nèi)105 ℃殺青30 min后,于80 ℃下烘至恒重,稱取干質(zhì)量計算干物質(zhì)累積量。將塊根切成粒狀均勻混合后取150 g樣,采取相同方法烘干測定其干物質(zhì)量。用多功能粉碎機磨碎,過篩后置于自封袋中備用。
植株的氮、磷、鉀采用H2SO4-H2O2消煮,凱氏定氮法測氮、釩鉬黃比色法測磷、火焰光度法測鉀。收獲時每個處理隨機選取150株考種,記錄單株結(jié)薯數(shù)和薯塊鮮質(zhì)量,每小區(qū)薯塊稱取總質(zhì)量進行計產(chǎn)。
鉀收獲指數(shù)=塊根吸鉀量/植株總吸鉀量;鉀肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=塊根產(chǎn)量/施鉀量;鉀肥表觀利用率=(施肥區(qū)鉀吸收量-不施肥區(qū)鉀吸收量)/施鉀量×100%;鉀肥農(nóng)學利用率(kg/kg)=(處理區(qū)產(chǎn)量-對照區(qū)產(chǎn)量)/施鉀量。
用SPSS(18.0)(SPSS Institute,Inc.,Cary,NC,USA)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,用LSD法進行多重比較;用Excel進行圖表的繪制。
2.1.1 鉀肥用量對產(chǎn)量形成的影響 如圖1所示,2016,2017年2年田間試驗研究表明,塊根膨大過程中干物質(zhì)量隨生育期的延長呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢,且在整個生育期,2017年塊根干物質(zhì)積累量大于2016年。與K0處理相比,不同施鉀量均可提高各生長期地下部干物質(zhì)量,以K3處理增幅最大。其中,在栽植105~130 d時,與K0處理相比,2016,2017年,K3處理的地下部干物質(zhì)量增加的比例分別為51.69%,28.58%。由此可見,適量施用鉀肥能提高紫甘薯塊根干物質(zhì)量。
圖1 不同施鉀量對紫甘薯塊根 膨大過程中干物質(zhì)累積的影響Fig.1 Effects of potassium fertilizer dosage on underground dry matter accumulation of purple sweet potato during the expanding of storage root
2.1.2 鉀肥用量對T/R值的影響 T/R值是地上部與地下部生物量的比值,能直觀反映塊根類作物地上、地下部生長協(xié)調(diào)關(guān)系。如表1所示,整個生長期,紫甘薯的T/R值不斷降低,在收獲期降到最小值。其中,與不施鉀肥相比,K3處理顯著提高了紫甘薯生長前期(栽植后55 d)的T/R值,而降低了紫甘薯膨大期(栽植后105 d)的T/R值。在栽植后155 d時,與K0處理相比,K3處理T/R值增加50.00%,且差異顯著。由此可見,施鉀有利于紫甘薯生長前期地上部光合產(chǎn)物的累積,并且提高了紫甘薯生長后期干物質(zhì)向地下部的分配。
如表2所示,2016,2017年2年大田試驗均表明,與K0處理相比,施用鉀肥可顯著提高紫甘薯單株結(jié)薯數(shù)、單塊薯質(zhì)量和產(chǎn)量(P<0.05)。紫甘薯單塊薯質(zhì)量和產(chǎn)量隨施鉀量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的單峰趨勢,施肥量從0 kg/hm2(K0處理)增加到180 kg/hm2(K3處理)時,紫甘薯產(chǎn)量逐漸增加;當施肥量增加到240 kg/hm2(K4處理)時,單塊薯質(zhì)量和產(chǎn)量反而下降。與不施鉀處理相比,2016,2017年分別增產(chǎn)20.78%,26.19%,差異顯著(P<0.05)。2017年,K3處理的單株結(jié)薯數(shù)、單塊薯質(zhì)量及鮮薯產(chǎn)量分別比K0處理增加5.10%,39.20%,26.19%,分別比其他施肥處理增加5.54%~15.93%,6.63%~20.42%,1.38%~15.16%,且差異顯著??梢?,紫甘薯鉀肥施用符合報酬遞減規(guī)律,在一定范圍內(nèi)紫甘薯產(chǎn)量隨鉀肥用量的增加而增加,過量反而有所下降,在試驗田塊的最佳施用量為180 kg/hm2。
表1 不同施鉀量對紫甘薯T/R值的影響Tab.1 Effects of potassium fertilizer dosage on T/R of purple sweet potato
注:數(shù)據(jù)格式為平均值±標準差,不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。表2-4同。
Note:Different small letters meant significant difference among treatments at 0.05 level. The same as Tab.2-4.
表2 不同施鉀量對紫甘薯產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響Tab.2 Effects of potassium fertilizer dosage on yield of purple sweet potato
如圖2所示,收獲期紫甘薯整株和塊根中氮素、磷素積累量表現(xiàn)出相似的規(guī)律,均表現(xiàn)為:隨施鉀量的增加呈先增后減的單峰變化曲線,塊根中累積量占整株比例較大。不同鉀肥施用量均顯著提高了紫甘薯整株和塊根累積量(P<0.05),且以K3處理增幅最大。與不施鉀(K0)處理相比,K3處理塊根和整株氮累積量分別增加75.38%,65.75%,磷素累積量分別增加45.24%,60.28%,且差異顯著??梢?,施鉀有利于紫甘薯對氮素與磷素的吸收積累,且塊根累積量大于地上部。
不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。 Different small letters meant significant difference among treatments at 0.05 level.
2.4.1 鉀肥用量對鉀素積累動態(tài)的影響 由表3可知,整個生長期,紫甘薯地上部鉀素累積量呈現(xiàn)先升高后降低的單峰變化趨勢。不同施鉀量均可顯著提高紫甘薯地上部鉀素累積量,且在施鉀量為180 kg/hm2(K3處理)時鉀素累積量最大。在栽植后55,105,155 d時,K3處理薯塊中鉀素累積量比K0處理分別增加了98.60%,115.60%,218.99%,比其他處理分別增加了82.21%~94.40%,36.01%~107.47%,41.22%~120.49%,且差異顯著。
隨生長期延長,除K4處理外,塊根中鉀素累積量呈現(xiàn)一直升高的趨勢,并在155 d達到最大值。與K0處理相比,K2、K3、K4處理均可顯著提高地下部鉀素累積量,且施鉀量為180 kg/hm2(K3處理)時增幅最大。在收獲期(栽植后155 d)時,K3處理薯塊中氮素累積量比K0增加101.52%,比其他處理增加47.10%~89.23%,且差異顯著。由此可見,適量的施鉀量有利于紫甘薯地上部和地下部的鉀素累積,過量施鉀不能使紫甘薯鉀素累積量持續(xù)增加,在本試驗條件下,最適施鉀量為180 kg/hm2。
表3 不同施鉀量對紫甘薯鉀素累積量的影響Tab.3 Effects of potassium fertilizer dosage on K accumulation dynamic of purple sweet potato d
2.4.2 鉀肥用量對鉀素利用效率的影響 鉀利用效率、鉀肥吸收效率、鉀肥農(nóng)學利用率等是反映鉀肥生物有效性的重要參數(shù),可反映鉀素的吸收與積累效率。如表4所示,與K1處理相比,不同鉀肥施用量均顯著提高了鉀肥表觀利用率和農(nóng)學利用率,且以K3處理增幅最大,分別提高了47.82百分點,158.11%,差異顯著。而隨施鉀量的增加,鉀肥偏生產(chǎn)力和收獲指數(shù)呈降低趨勢。綜合各種指標,本試驗條件下,施鉀量為180 kg/hm2(K3處理)時更利于紫甘薯對鉀肥的利用,過量施用鉀肥利用率反而降低。
表4 不同施鉀量對紫甘薯鉀素利用效率的影響Tab.4 Effects of potassium fertilizer dosage on K use efficiency of purple sweet potato
甘薯源庫關(guān)系協(xié)調(diào)是甘薯高產(chǎn)生理的前提,鉀素對甘薯“建源”和“擴庫”有直接的影響。適量供鉀可促進干物質(zhì)向塊根的運轉(zhuǎn)和分配,較多的干物質(zhì)在塊根中的積累為塊根膨大奠定物質(zhì)基礎(chǔ)[11]。
本研究結(jié)果表明,與不施鉀處理相比,不同施鉀處理均可提高紫甘薯地上部和地下部干物質(zhì),促進光合產(chǎn)物向地下部運輸,提高地下部分配比率,從而提高紫甘薯產(chǎn)量。
甘薯通過吸收和利用養(yǎng)分,為穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[15]。適量施鉀可顯著提高植株體內(nèi)氮素與磷素的累積量[16]。適量的施鉀量可以維持較高的光合特性并加速光合產(chǎn)物的生成,氮素同化物隨光合產(chǎn)物運輸向塊根轉(zhuǎn)移,還可以促進氮素的同化,從而提高了塊根中氮素的累積[17-19]。蔡藝藝等[20]研究表明,提高鉀肥的施用量,可促進甘薯塊根和莖葉對氮素﹑鉀素的積累,存在正相關(guān)關(guān)系。田江梅[21]通過大田試驗研究表明,甘薯塊根中氮磷鉀累積量隨施鉀量的增加而增加。本試驗研究表明,紫甘薯收獲期(栽植后155 d),不同施鉀量均可提高寧紫2號氮素與磷的累積量,且以施鉀量為180 kg/hm2(K3處理)時,累積量達到最大值。這可能是由于鉀素活化土壤中的氮磷,促進紫甘薯對土壤中氮磷的吸收。
甘薯屬于喜鉀作物,在整個生育期對鉀的需求比其他元素都高。鉀肥的施用可顯著提高植株的鉀素積累量[22]。寧運旺等[9]研究發(fā)現(xiàn),隨著施鉀水平的提高,紫色甘薯(寧紫1號)、食用甘薯(蘇薯14)、兼用甘薯(蘇渝303)、淀粉甘薯(蘇薯11)4個甘薯品種的鉀素的積累量均隨之增加。本研究發(fā)現(xiàn),在各生育期,施鉀量為180 kg/hm2(K3處理)時,寧紫2號地上部鉀的累積量達到最大值。
鉀素是甘薯生產(chǎn)的關(guān)鍵限制因子之一,適當?shù)拟浄蔬\籌機制可提高甘薯鉀素鈣利用率[23-24]。胡承孝等[25]研究表明,在缺鉀條件下鉀素利用效率較高。本試驗地土壤中鉀素含量偏低,施鉀有利于紫甘薯對鉀素的吸收利用,提高寧紫2號的鉀肥表觀利用率與農(nóng)學利用率。但是研究發(fā)現(xiàn),在低施鉀量時,鉀收獲指數(shù)和偏生產(chǎn)力大于高施鉀量,這是由本試驗田鉀素含量較低造成的。王凌云等[26]研究表明,隨施肥量的增加,鉀肥表觀利用率與農(nóng)學利用率表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢,說明施鉀雖然能提高甘薯對鉀的吸收利用效率,但并非施鉀越多,利用效率越大;本研究中隨施鉀量的增加,鉀肥表觀利用率與農(nóng)學利用率均呈現(xiàn)先增后減的單峰趨勢,在施肥量為180 kg/hm2(K3處理)時,鉀肥農(nóng)學利用率達到最大值。過量施鉀則導(dǎo)致鉀肥吸收利用率降低,造成鉀肥浪費和環(huán)境污染,綜合鉀收獲指數(shù)、鉀肥偏生產(chǎn)力、鉀肥表觀利用率與農(nóng)學利用率,本試驗條件下最佳施鉀量為180 kg/hm2。
隨施鉀量的增加,紫甘薯塊根干物質(zhì)積累量呈現(xiàn)不斷增加的趨勢,以K3處理增幅最大。施鉀提高塊根干物質(zhì)分配比率,增加單株結(jié)薯數(shù)和單塊薯質(zhì)量,從而提高紫甘薯產(chǎn)量;與不施鉀處理相比,K3處理增產(chǎn)效果最佳,2016,2017年分別增產(chǎn)20.78%,26.19%,且差異顯著。
與K0處理相比,施鉀可促進紫甘薯對氮素和磷素的吸收,顯著提高紫甘薯整株氮磷累積量,以K3處理增幅最大;塊根和整株氮累積量分別增加75.38%,65.75%,磷累積量分別增加45.24%,60.28%,差異顯著。
整個生育期,施鉀可促進鉀素積累,提高鉀素表觀利用率與農(nóng)學利用率,以K3處理增幅最大,與K0處理相比,表觀利用率和農(nóng)學利用率分別增加了47.82百分點,158.11%;在本試驗條件下,最適施鉀量為180 kg/hm2。