鉀肥用量對(duì)瘠薄地甘薯產(chǎn)量和鉀肥利用率的影響

張海燕 董順旭 解備濤 汪寶卿 張立明 段文學(xué),*

(1山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮海薯類科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，山東 濟(jì)南 250100；2山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100)

甘薯[Ipomoeabatats(L.) Lam]是我國重要的糧食、飼料、工業(yè)原料及新型能源作物，營養(yǎng)豐富、養(yǎng)分平衡。近年來，隨著居民消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變，甘薯消費(fèi)量逐年增加，生產(chǎn)投入隨之加大，化肥投入是其中最重要的環(huán)節(jié)，但過多施肥造成了資源浪費(fèi)、環(huán)境污染和種植效益的下降。作為典型的喜鉀作物，增施鉀肥是提高甘薯塊根產(chǎn)量的重要措施之一。鉀可促進(jìn)光合產(chǎn)物向塊根的運(yùn)輸，提高干物質(zhì)在塊根中的分配比例[1-2]，對(duì)淀粉型甘薯生育后期淀粉積累、塊根膨大及產(chǎn)量形成尤為重要[3]。

前人已針對(duì)鉀肥的施用方式[3-4]、施用時(shí)期[5-9]和施用量[10-13]等進(jìn)行了大量研究，認(rèn)為基施或封壟期追施鉀肥均可顯著提高甘薯塊根干物質(zhì)量和淀粉產(chǎn)量[8]，基施鉀肥可提高甘薯莖部運(yùn)輸?shù)臐B透動(dòng)力，促進(jìn)莖基部光合產(chǎn)物的卸載，進(jìn)而促進(jìn)塊根的膨大[5-7]，而采用鉀肥分期施用可在提高甘薯產(chǎn)量的同時(shí)，顯著提高鉀肥利用率[3-4]。前人研究認(rèn)為鉀素的吸收和利用受品種和土壤肥力條件限制，適宜的氮鉀比例是獲得甘薯高產(chǎn)的重要條件[14-17]，因此，依據(jù)土壤氮素水平確定鉀肥用量是提高甘薯地上部鉀轉(zhuǎn)運(yùn)率和鉀肥表觀利用率的一種有效手段[18]。在高肥力地塊，應(yīng)在控制氮肥施用的同時(shí)適量施用鉀肥以獲得高產(chǎn)[11]；而在低肥力的土壤條件下，采用分期施鉀可顯著提高甘薯產(chǎn)量和鉀肥利用率[3]，過量施鉀會(huì)造成甘薯鉀素奢侈吸收和鉀肥利用率的下降[13]。目前甘薯生產(chǎn)中普遍存在鉀肥利用率偏低的問題，造成了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染，難以發(fā)揮鉀肥對(duì)甘薯的增產(chǎn)增效作用，因此本研究設(shè)置不同施鉀量試驗(yàn)探索瘠薄地條件下甘薯的最佳施鉀量，研究不同鉀肥用量對(duì)甘薯產(chǎn)量和鉀肥利用率的影響，為瘠薄地甘薯生產(chǎn)科學(xué)合理施用鉀肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況

供試品種為山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所育成的淀粉型甘薯品種濟(jì)薯25(國品鑒甘薯2016002)。供試肥料：氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀。試驗(yàn)于2017—2018年在鄒平縣青陽鎮(zhèn)試驗(yàn)田內(nèi)進(jìn)行，供試地塊為瘠薄地，土壤質(zhì)地為砂壤土，0～20 cm土層土壤全氮0.66 g·kg-1、堿解氮33.12 mg·kg-1、速效磷16.21 mg·kg-1、速效鉀67.84 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)7.95 g·kg-1、 pH值7.31。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：CK(不施鉀肥)、K1(K2O，150 kg·hm-2)、 K2(K2O，300 kg·hm-2)。氮肥(N)用量為75 kg·hm-2，磷肥(P2O5)用量為75 kg·hm-2，均作基肥施用。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，行長10 m，壟距80 cm，株距25 cm，10行區(qū)，小區(qū)面積80 m2，栽插密度為50 003 株·hm-2。分別于2017年5月10日栽插，10月10日收獲，2018年5月12日栽插，10月12日收獲，生育期均為152 d。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 鮮薯產(chǎn)量、薯塊干物率及薯干產(chǎn)量 收獲時(shí)，每小區(qū)取中間三行進(jìn)行測產(chǎn)，根據(jù)測產(chǎn)面積計(jì)算鮮薯產(chǎn)量，每處理選5塊代表性薯塊，切片后烘干，稱重，計(jì)算薯塊干物率。根據(jù)鮮薯產(chǎn)量和干物率計(jì)算薯干產(chǎn)量。

1.3.2 生物量 分別于栽后14、21、28、35、42、49、56、90、130和150 d進(jìn)行田間取樣，每小區(qū)選取10個(gè)點(diǎn)，每次每個(gè)點(diǎn)取樣1株，將植株分為葉片、葉柄、莖、纖維根和塊根，分別稱取鮮重，烘干后稱取干重。

塊根膨大速率=(本次取樣時(shí)平均單株塊根鮮重-上次取樣時(shí)平均單株塊根鮮重)/兩次取樣所間隔的天數(shù)

(1)

T/R值(top/root)=地上部鮮重/塊根鮮重

(2)。

1.3.3 全鉀含量 將1.3.2的烘干后樣品粉碎，用于全鉀含量的測定。稱取0.2 g試樣，置于300 mL消煮管中。樣品濕潤后加入5 mL濃硫酸，搖勻放置過夜。250℃消煮，待H2SO4分解冒出大量白煙后再升高溫度至400℃，溶液呈均勻的棕黑色，稍冷后加10滴H2O2，搖勻，再加熱至微沸，消煮約5 min，稍冷后，重復(fù)加5～10滴H2O2，再消煮。如此重復(fù)3～5次，H2O2量逐次減少，消煮至溶液呈無色后，再加熱5～10 min。將消煮管取下，冷卻，將消煮液洗入50 mL容量瓶中，用蒸餾水定容，搖勻，過濾后采用火焰光度計(jì)法[19]測定，每份樣品重復(fù)測定3次，取平均值。

1.3.4 鉀肥利用率 整株鉀素吸收利用率=(施鉀區(qū)整株總吸鉀量-不施鉀區(qū)整株總吸鉀量)/施鉀量×100%

(3)

塊根鉀肥吸收利用率=(施鉀區(qū)塊根中的總鉀量-不施鉀區(qū)塊根中的總鉀量)/施鉀量×100%

(4)

鉀肥農(nóng)學(xué)利用率(kg·kg-1)=(施鉀區(qū)塊根干產(chǎn)-對(duì)照區(qū)塊根干產(chǎn))/施鉀量

(5)

鉀肥偏生產(chǎn)力(kg·kg-1)=塊根干產(chǎn)/鉀肥用量

(6)

鉀素產(chǎn)塊根效率(kg·kg-1)=塊根干重/整株鉀素積累量

(7)

鉀素產(chǎn)干物質(zhì)效率(kg·kg-1)=生物產(chǎn)量干重/整株鉀素積累量

(8)

鉀素收獲指數(shù)=塊根鉀素積累量/整株鉀素積累量×100%

(9)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及制圖，用DPS v8.01版數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)(LSD法)。兩年試驗(yàn)結(jié)果趨勢基本一致，方差分析結(jié)果表明，各指標(biāo)與年份間的互作不顯著(P>0.05)，因此，采用兩年的平均值進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉀肥用量對(duì)瘠薄地甘薯產(chǎn)量的影響

由表1可知，與CK相比，K1和K2均顯著提高了鮮薯和薯干產(chǎn)量，K1增產(chǎn)幅度較大，鮮薯和薯干產(chǎn)量分別較CK增加22.84%和32.13%，K2的鮮薯和薯干產(chǎn)量分別較CK增加11.39%和20.30%。施鉀處理的薯塊干物率均顯著高于CK，且K1與K2的薯塊干物率差異不顯著。

2.2 鉀肥用量對(duì)瘠薄地甘薯干物質(zhì)積累的影響

2.2.1 塊根膨大速率 由圖1可知，栽后56 d開始，塊根膨大速率持續(xù)升高，施鉀處理的塊根膨大速率均顯著高于CK。不同鉀肥用量比較，K1的塊根膨大速率均顯著高于K2。說明施鉀可促進(jìn)甘薯塊根膨大，K1塊根膨大速率最高，這也是其塊根產(chǎn)量顯著高于CK和K2的主要原因。

表1 鉀肥施用量對(duì)瘠薄地甘薯產(chǎn)量的影響Table 1 Effects of potassium application rate on yield of sweetpotato in barren land

2.2.2 T/R值 T/R值是反映甘薯地上部生長和塊根膨大之間關(guān)系的主要指標(biāo)。由圖2可知，栽后56 d開始，隨著塊根的膨大，T/R值逐漸降低，至栽后150 d降至最低。K1和K2的T/R值均顯著低于CK，K1顯著低于K2。說明施鉀可促進(jìn)同化物向塊根的運(yùn)輸，提高光合產(chǎn)物在塊根中的分配比例，有利于甘薯塊根產(chǎn)量的形成。

2.2.3 干物質(zhì)積累 由表2可知，施鉀處理的葉片、葉柄、莖和纖維根干重以及總生物量整體顯著高于CK。栽后14～35 d，K1和K2的葉片、葉柄、莖和纖維根干重及總生物量差異不顯著；栽后42～150 d，K1的葉片、葉柄和莖干重以及總生物量均顯著高于K2；栽后56～150 d，K1的纖維根干重顯著高于K2；栽后90～150 d，施鉀處理的塊根產(chǎn)量均顯著高于CK，且K1顯著高于K2。說明施鉀可顯著提高甘薯地上部干重和塊根產(chǎn)量，且K1優(yōu)于K2。

表2 鉀肥用量對(duì)甘薯干物質(zhì)積累的影響Table 2 Effects of potassium application rate on dry matter accumulation of sweetpotato in barren land /(g·plant-1)

2.3 鉀肥用量對(duì)鉀素吸收和利用的影響

2.3.1 不同器官鉀素積累 由甘薯不同器官和整株的鉀素積累量可知，葉片、葉柄和莖的鉀素積累量總體高于纖維根和塊根，施鉀處理的葉片、葉柄、莖、纖維根、塊根以及整株的鉀素積累量在全生育期均顯著高于CK(表3)。從各生育時(shí)期K1和K2的鉀素積累量比較可知，栽后21～150 d，K2的整株鉀素積累量均顯著高于K1；栽后56～150 d， K2的塊根鉀素積累量總體顯著高于K1；栽后42～150 d，K2的葉片和葉柄鉀素積累量顯著高于K1。綜上可知，施鉀可顯著提高各器官的鉀素積累量，且鉀肥用量越多，甘薯各器官的鉀素積累量越高，整株鉀素積累量越高。

圖1 鉀肥用量對(duì)瘠薄地甘薯塊根膨大速率的影響Fig.1 Effects of potassium application rate on thickening rate of root tuber of sweetpotato in barren land

圖2 鉀肥用量對(duì)瘠薄地甘薯T/R值的影響Fig.2 Effects of potassium application rate on T/R value of sweetpotato in barren land

2.3.2 整株鉀素吸收和利用 由表4可知，隨著甘薯的生長發(fā)育，K1和K2的整株鉀素吸收利用率均呈逐漸升高的趨勢，隨著生育進(jìn)程升高幅度增大，且在各生育期均表現(xiàn)為K1顯著高于K2。本試驗(yàn)地塊屬于瘠薄地，土壤全氮0.66 g·kg-1，堿解氮33.12 mg·kg-1，土壤含氮水平相對(duì)較低，過多的鉀肥用量反而不利于鉀素的吸收和利用，表現(xiàn)為鉀肥用量過高，整株鉀肥的吸收利用率反而降低。

2.3.3 塊根鉀素吸收和利用 由表5可知，隨著甘薯的塊根膨大，塊根鉀素吸收利用率逐漸升高。栽后90～150 d，K1的塊根鉀素吸收利用率均顯著高于K2。由表6可知，收獲期甘薯塊根的鉀肥吸收利用率、鉀肥農(nóng)學(xué)利用率和鉀肥偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)為K1顯著高于K2。說明在瘠薄地條件下，鉀肥用量過多不利于塊根對(duì)鉀肥的吸收和利用。

表5 鉀肥用量對(duì)不同生育期塊根鉀素吸收利用率的影響Table 5 Effects of potassium application rate on absorption and utilization efficiency of potassium of tuber root in different stage /%

表6 鉀肥用量對(duì)收獲期甘薯塊根鉀肥吸收利用的影響Table 6 Effects of potassium application rate on absorption and utilization of potassium of tuber root in harvest stage

2.3.4 鉀素生產(chǎn)效率 由表7可知，收獲期K1的鉀素積累總量和塊根鉀素積累量均顯著低于K2，但鉀素產(chǎn)塊根效率和鉀素產(chǎn)干物質(zhì)效率均顯著高于K2。表明，過高的施鉀量雖然可增加甘薯整株和塊根的鉀素積累量，但鉀素產(chǎn)塊根效率和鉀素產(chǎn)干物質(zhì)效率均顯著下降。說明在低肥力土壤條件下，過高鉀肥不利于甘薯對(duì)鉀肥的吸收利用，反而導(dǎo)致鉀肥吸收利用效率下降，造成資源的浪費(fèi)。

表7 鉀肥用量對(duì)收獲期甘薯鉀素生產(chǎn)效率的影響Table 7 Effects of potassium application rate on production efficiency of potassium in harvest stage

3 討論

3.1 鉀肥用量對(duì)甘薯產(chǎn)量和發(fā)育動(dòng)態(tài)的影響

作為喜鉀作物，適量供鉀可提高碳水化合物在甘薯葉片中的裝載效率和在塊根中的卸載效率，促進(jìn)塊根膨大和干物質(zhì)積累，進(jìn)而增加產(chǎn)量[16, 20-22]。但由于不同作物品種生長和代謝所需的鉀濃度存在較大差異，且其對(duì)土壤中鉀營養(yǎng)利用能力也不同[14, 23-24]，因此地力條件、基因型、鉀肥施用方式和施用量均影響甘薯的增產(chǎn)效果。與前人研究結(jié)果相似[15, 21]，本研究中，施鉀顯著提高了薯塊干物率、鮮薯產(chǎn)量和薯干產(chǎn)量，但鮮薯產(chǎn)量和薯干產(chǎn)量均隨著施鉀量的增加而降低，這與齊鶴鵬等[10]的研究結(jié)果相反，其原因是該試驗(yàn)土壤的堿解氮含量為110.5 mg·kg-1，為高氮的土壤條件，而本試驗(yàn)土壤的堿解氮含量僅為33.12 mg·kg-1， 為瘠薄地土壤條件。因此，本研究認(rèn)為鉀素雖然可以促進(jìn)干物質(zhì)的積累與分配，提高塊根膨大速率，降低T/R值，提高塊根產(chǎn)量，但應(yīng)依據(jù)土壤氮素水平確定合理的鉀肥施用量，在土壤低氮條件下，過多的鉀肥限制了塊根的膨大和干物質(zhì)的積累，進(jìn)而限制了塊根產(chǎn)量的提高。

3.2 鉀肥用量對(duì)甘薯鉀元素吸收利用的影響

施鉀可顯著提高甘薯產(chǎn)量，但鉀肥用量需要根據(jù)土壤肥力條件和品種特性來確定。前人研究認(rèn)為甘薯對(duì)鉀元素的吸收利用除受基因型影響外[25]，還受土壤條件和氮肥用量的限制[13, 17-18]。趙慶鑫等[18]研究表明，氮肥用量影響甘薯對(duì)鉀元素的吸收和利用，不施氮肥時(shí)，甘薯對(duì)鉀元素的吸收最少，但利用效率最高；過量施氮時(shí)，雖然甘薯對(duì)鉀元素的吸收積累增加，但鉀肥表觀利用率、地上部鉀轉(zhuǎn)運(yùn)率、鉀在塊根中的分配率以及塊根產(chǎn)量均降低。本研究中，施鉀顯著提高了甘薯各器官的鉀素積累量，且總體表現(xiàn)為鉀肥用量越多，各器官的鉀素積累量越高，而在同等鉀肥用量條件下，甘薯葉片、葉柄和莖的鉀素積累量均高于纖維根和塊根，這與前人研究結(jié)果相同[10，26-27]。但本研究中鉀肥用量越多，整株鉀肥的吸收利用率和塊根的鉀肥吸收利用率越低，說明過多施鉀不利于甘薯各器官對(duì)鉀素的吸收以及利用，造成了鉀素奢侈吸收和鉀肥利用率的下降，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。因此，鉀肥的合理投入是獲得高產(chǎn)的重要前提。

3.3 甘薯產(chǎn)量形成與鉀元素吸收利用的關(guān)系

甘薯塊根對(duì)氮素和鉀素的吸收利用是相互促進(jìn)的[28]，適量施用鉀肥可提高甘薯的塊根產(chǎn)量，同時(shí)顯著提高鉀素表觀利用率和農(nóng)學(xué)利用率[11-12, 29]，甘薯葉片中保持適宜的氮鉀含量比例是獲得甘薯高產(chǎn)的必要條件[15, 30]，葉片氮鉀比例過低，施鉀越多越不利于甘薯產(chǎn)量的提高[16]，因此，在高肥力地塊，應(yīng)在不施或者少施氮肥條件下，配合施用鉀肥以獲得高產(chǎn)[17]。本研究中，隨施鉀量的增加，甘薯各器官鉀素積累量均呈增加趨勢，且隨著生育進(jìn)程其增幅增大，地上部鉀素積累量高于地下部，這與前人研究結(jié)果一致[10]。但在本試驗(yàn)條件下，鉀肥用量越多，塊根膨大速率越低，T/R 值越高，各器官的干物質(zhì)含量越低，塊根鮮薯產(chǎn)量和薯干產(chǎn)量也越低，整株鉀素利用效率和塊根鉀素利用效率越低，原因在于本研究是在低氮土壤條件下進(jìn)行，氮水平嚴(yán)重不足造成過多的鉀肥用量限制了鉀素的吸收和利用，表現(xiàn)為鉀肥用量越多，鉀肥利用率越低，鉀素產(chǎn)塊根效率、產(chǎn)干物質(zhì)效率、鉀肥吸收利用率、鉀肥農(nóng)學(xué)利用率和鉀肥偏生產(chǎn)力越低。因此，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)品種特性和土壤肥力條件，進(jìn)行合理配方施肥，協(xié)同提高產(chǎn)量和肥料利用效率，提高種植效益。

4 結(jié)論

施鉀可顯著提高瘠薄地甘薯的塊根產(chǎn)量和生物量，但需根據(jù)土壤肥力條件進(jìn)行合理配方施肥。在本試驗(yàn)中的瘠薄地條件下，三個(gè)處理中最佳鉀肥用量為150·kg hm-2。過多施鉀不利于甘薯對(duì)鉀肥的吸收和利用，會(huì)降低鉀素產(chǎn)塊根效率和產(chǎn)干物質(zhì)效率，降低鉀肥吸收利用率、鉀肥農(nóng)學(xué)利用率和鉀肥偏生產(chǎn)力，造成資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。