甘薯鉀肥分期施用研究進(jìn)展

王金強(qiáng)，趙風(fēng)芹，李 歡，劉 慶

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東青島266109）

甘薯鉀肥分期施用研究進(jìn)展

王金強(qiáng)，趙風(fēng)芹，李 歡*，劉 慶

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東青島266109）

針對(duì)甘薯鉀肥“一炮轟”耕作模式所帶來的鉀肥利用率低及甘薯生長后期脫鉀肥的問題，綜述了鉀肥分期施用對(duì)甘薯的生長調(diào)控機(jī)制，探討了鉀肥分期施用在甘薯光合特性和淀粉代謝酶等方面的調(diào)控作用，鉀肥分期施用中鉀肥的利用效率等，旨在為甘薯產(chǎn)量和資源利用效率的提高提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)。

甘薯；鉀肥；分期施肥

甘薯是繼水稻、小麥和玉米后第四大糧食作物和重要的工業(yè)原料作物［1］。我國是甘薯種植大國，年均總產(chǎn)量和年均種植面積都居世界首位［2］，甘薯的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)對(duì)于維持農(nóng)業(yè)和相關(guān)工業(yè)的發(fā)展意義重大［3］。甘薯屬于典型的喜鉀作物，鉀素作為調(diào)控甘薯生長的關(guān)鍵因素，在植物體生長代謝過程中發(fā)揮著不可替代的作用，對(duì)甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要影響［4］。但在我國許多地區(qū)的甘薯實(shí)際生產(chǎn)中，合理施用鉀肥的問題并未得到充分重視，導(dǎo)致產(chǎn)量和肥料利用率不高［5］。在甘薯種植過程中為了省時(shí)省力并獲得可觀的產(chǎn)量，施肥方式多為“一炮轟”的模式［6］，這勢(shì)必會(huì)造成肥料利用率和經(jīng)濟(jì)效益的降低［7］。在鉀肥資源短缺的形勢(shì)下，對(duì)于鉀的研究和鉀肥的高效利用應(yīng)加以重視［8，9］，以充分發(fā)揮甘薯的產(chǎn)量潛力和提高產(chǎn)品品質(zhì)［10］。為實(shí)現(xiàn)提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，節(jié)省肥料投入的目標(biāo)，改變傳統(tǒng)施肥模式，采用分期施肥的方式成為一種有益途徑［11］。本文就國內(nèi)外甘薯鉀肥分期施用相關(guān)研究進(jìn)行回顧，以實(shí)現(xiàn)甘薯的高產(chǎn)高效為重點(diǎn)，圍繞鉀肥分期施用的理論和應(yīng)用展開論述。

1 鉀肥分期施用對(duì)甘薯生長和產(chǎn)量的影響

甘薯是典型的喜鉀作物，在氮、磷、鉀三大營養(yǎng)元素中，甘薯吸收鉀最多，氮次之，磷最少。鉀在甘薯苗期和莖葉生長中期吸收較少，在塊根膨大期吸收較多，至薯塊迅速膨大期，鉀吸收量仍保持在較高水平［12］。而實(shí)際生產(chǎn)中，甘薯的施肥多采用氮磷鉀肥作為基肥一次性施入的模式，這勢(shì)必造成大量養(yǎng)分元素的施用和甘薯生長需肥不一致，影響了甘薯產(chǎn)量，并造成肥料損失和環(huán)境污染問題［13］。而鉀肥分期施用是一種很好的解決途徑。

鉀肥分期施用是小麥、玉米、水稻和大豆等作物提高產(chǎn)量、改良品質(zhì)的重要栽培技術(shù)措施之一。鉀肥分期施用的研究在馬鈴薯上多有報(bào)道。李燕山等［14］研究表明，馬鈴薯進(jìn)行鉀肥分期施用能明顯提高薯塊產(chǎn)量，解決馬鈴薯晚熟品種后期脫肥問題；在苗期或苗期和蕾期分次進(jìn)行鉀肥的追施都有利于提高產(chǎn)量和商品率。劉向梅［15］研究發(fā)現(xiàn)，在等量鉀肥水平下，若留1／3鉀肥在塊莖形成末期施用，對(duì)于甘薯干物質(zhì)和鉀的積累分配以及甘薯產(chǎn)量和商品薯率有顯著影響。Robbins等［16］最早發(fā)現(xiàn)鉀肥在甘薯中的顯著增產(chǎn)作用，分期施用鉀肥能明顯促進(jìn)薯塊膨大，從而提高薯塊的重量。一方面，分期施用鉀肥可提高甘薯的干物質(zhì)在塊根中的分配比例，有效抑制地上部的莖葉徒長，提高甘薯塊根產(chǎn)量［17］。柳洪鵑等［18］研究表明，封壟期追施鉀肥可顯著降低生長中后期T／R值（冠根比：地上部與地下部的比值），促進(jìn)塊根膨大前期干物質(zhì)積累；甘薯生長高峰期追施鉀肥則可提高塊根膨大后期干物質(zhì)向塊根分配的比例。封壟期追施鉀肥效果更好，可顯著提高塊根產(chǎn)量和干重，提高塊根膨大速率［19］。姚海蘭等［20］也初步證實(shí)封壟期追施鉀肥可以提高單薯質(zhì)量和大薯比例，從而顯著提高塊根產(chǎn)量，增產(chǎn)率在10%以上。另一方面，有研究表明不同的施鉀時(shí)期對(duì)甘薯產(chǎn)量有較大的影響，認(rèn)為鉀肥1／2基施+1／2封壟期追施的模式提高了甘薯生長后期的生物量，最終顯著提高了甘薯產(chǎn)量［21］。在此基礎(chǔ)上，為明確最佳的分期施鉀時(shí)期，汪順義等［22］進(jìn)一步探討不同時(shí)期供鉀對(duì)甘薯產(chǎn)量形成及鉀肥利用的影響，確定了施鉀時(shí)期在移栽后75～100 d為宜。因此，合理確定甘薯鉀肥養(yǎng)分供應(yīng)量及不同生育時(shí)期的養(yǎng)分供應(yīng)比例，可以通過協(xié)調(diào)營養(yǎng)器官和收獲器官的生長及干物質(zhì)分配，促進(jìn)莖葉中的干物質(zhì)向塊莖中轉(zhuǎn)運(yùn)，增加塊莖中干物質(zhì)的積累量及分配比例，最終實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。

2 鉀肥分期施用對(duì)甘薯品質(zhì)的影響

鉀肥分期施用不但影響甘薯的生長和產(chǎn)量，對(duì)甘薯品質(zhì)也有重要影響。后猛等［23］研究表明，封壟期或塊根膨大期前追施鉀肥都可以有效改善甘薯品質(zhì)性狀?；┾浄曙@著降低生長前期功能葉碳水化合物含量和蔗糖／淀粉比值，提高生長中后期功能葉中蔗糖和蔗糖／淀粉比值。田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與全部基施相比，分期施鉀提高了塊根中淀粉積累速率（生育期平均增幅為6.7%），顯著增加了塊根產(chǎn)量。與不施鉀處理相比，分期施鉀處理均提高了葉片中蔗糖的合成能力和蔗糖在塊根中轉(zhuǎn)化為淀粉的能力［24］。封壟期或塊根膨大期前追施鉀肥，顯著降低甘薯莖基部蔗糖、可溶性糖和淀粉的含量，同時(shí)提高甘薯塊根粗纖維的含量［17］。王小晶等研究表明，分期施鉀提高甘薯塊根產(chǎn)量及維生素C的含量［25］。合理控制鉀肥的施用量和施用時(shí)期，可以最大化發(fā)揮鉀肥的增產(chǎn)效果，同時(shí)可以調(diào)控薯塊中糖和淀粉的含量，進(jìn)而滿足加工或鮮食的需求。

3 鉀肥分期施用對(duì)甘薯光合特性和淀粉代謝酶的影響

鉀肥分期施用提高產(chǎn)量和品質(zhì)的生理原因可歸結(jié)為促進(jìn)了生長過程中光合特性及代謝酶活性。分期施用鉀肥增產(chǎn)的根本原因是其促進(jìn)了蔗糖在源端的裝載和塊根中淀粉合成酶的活性，較好地協(xié)調(diào)了甘薯淀粉合成的源庫關(guān)系。鉀能激活植物體內(nèi)許多生理代謝相關(guān)酶的功能活性［20，26，27］，其中包括許多參與植物碳代謝的酶，例如蔗糖合成酶、磷酸果糖激酶和淀粉合成酶等均需要鉀離子的激活作用［21］。鉀肥分期施用能提高SS（蔗糖合成酶）的活性，從而促進(jìn)淀粉的合成；同時(shí)，能顯著提高甘薯生長后期塊根中的可溶性轉(zhuǎn)化酶活性，可以提高塊根中不溶性酸性轉(zhuǎn)化酶活性，從而促進(jìn)蔗糖向塊根轉(zhuǎn)運(yùn)。施鉀肥能促進(jìn)甘薯的糖代謝［28］。與一次性基施相比，分期施鉀能夠提高葉片中SPS（蔗糖磷酸合成酶）活性，增加蔗糖合成能力，同時(shí)提高了塊根中ADPGase活性和淀粉積累速率，促進(jìn)了塊根中淀粉的合成積累。分期施鉀能夠改善甘薯葉片的光合特性，提高塊根淀粉合成過程中相關(guān)酶的活性，提高淀粉積累速率，從而增加產(chǎn)量，并能增加塊根膨大期甘薯對(duì)鉀素的吸收，兼顧甘薯全生育期對(duì)鉀素的需求，提高鉀素利用率［29］。不同時(shí)期施鉀均可提高塊根中SS、ADPGPPase和UDPGPPase的活性，提高淀粉合成前體物質(zhì)的供應(yīng)能力［30］?；┾浄手饕饔脮r(shí)期為塊根膨大的前、中期，其提高了大型淀粉粒的體積百分比，而追施鉀肥的主要作用時(shí)期為塊根膨大的中、后期，則提高中、小型淀粉粒的體積百分比［31］。如表1所示，鉀肥的分期施用在甘薯栽培研究中已成為一種大趨勢(shì)，鉀肥分期施用模式在理論上具有改善甘薯葉片的光合特性，提高塊根淀粉合成過程中相關(guān)酶的活性，提高淀粉積累速率，進(jìn)而提高甘薯的產(chǎn)量和品質(zhì)，節(jié)省肥料的投入量，提高肥料的利用率和植株的鉀效率等一系列優(yōu)點(diǎn)。

表1 國內(nèi)外甘薯鉀肥分期施用研究進(jìn)展

4 鉀肥分期施用對(duì)鉀肥利用效率的影響

鉀肥分期施用不僅能夠提高甘薯的產(chǎn)量和品質(zhì)，而且是保證鉀素供應(yīng)充足、提高甘薯鉀素利用率和促進(jìn)甘薯產(chǎn)量形成的關(guān)鍵因素。甘薯對(duì)鉀素吸收的高峰期出現(xiàn)在生長中期，基施的鉀肥容易因雨水淋洗和被土壤顆粒固定等原因從而導(dǎo)致后期的土壤供鉀不足，致使鉀素利用效率降低［32］。采用鉀肥分期施用能顯著提高植株的鉀積累量、鉀素吸收效率和生產(chǎn)效率等［33］，故使甘薯生長后期保持較高鉀素含量從而能獲得較高的產(chǎn)量［34］。鉀肥利用效率、鉀肥偏生產(chǎn)力和鉀肥農(nóng)學(xué)利用率等指標(biāo)都是反映鉀肥有效性和土壤有效性的重要指標(biāo)。任國博［28］研究發(fā)現(xiàn)，鉀肥分期施用有利于提高甘薯鉀肥農(nóng)學(xué)利用率和鉀肥偏生產(chǎn)力，使鉀肥的回報(bào)率得到提高。汪順義等研究表明，分期施鉀提高甘薯生長后期鉀素的含量，最終顯著提高了鉀素利用效率［21］；與全部基施相比，封壟期或薯塊膨大前期追施，鉀肥生產(chǎn)效率提高11.3%～19.0%，鉀效率提高4.2%～9.6%，鉀肥表觀利用率提高6.2%～9.1%，鉀肥農(nóng)學(xué)利用率、鉀肥偏生產(chǎn)力和鉀利用效率等指標(biāo)均有所提高［22］。如圖1所示，鉀肥的分期施用可以滿足甘薯各生育期對(duì)鉀素的需求，可以提高甘薯的單株結(jié)薯數(shù)，改善代謝酶的活性促進(jìn)光合產(chǎn)物在塊根中的積累，從而提高甘薯的產(chǎn)量和品質(zhì)。同時(shí)，也提高了肥料的利用率等，為甘薯產(chǎn)量和資源利用效率的提高提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)，符合“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求。

圖1 鉀肥分期施用對(duì)甘薯生長的調(diào)控機(jī)理

5 滴灌條件下的鉀肥分期施用

大量研究表明，甘薯的吸鉀高峰處于生長中后期，而苗期吸收量相對(duì)較少［35～37］，基施的鉀肥容易隨雨水流失或被土壤固持，到了甘薯生長后期根系附近鉀素濃度相對(duì)較低，無法滿足后期對(duì)鉀素的需求［38］。而甘薯的生長特性與小麥、玉米和棉花等作物大不相同。隨著甘薯封壟期的到來，田間傳統(tǒng)鉀素后移模式因費(fèi)力、撒施不均勻、鉀肥利用率低和擾動(dòng)甘薯作物生長等因素難以實(shí)施，加之施入的肥料距離根際部分微域土區(qū)較遠(yuǎn)的鉀素受到較為緩慢的擴(kuò)散速度影響進(jìn)而不能及時(shí)地遷移到甘薯根部周圍，在根際周圍容易出現(xiàn)鉀素虧缺區(qū)，嚴(yán)重制約甘薯的鉀肥利用效率和產(chǎn)量的提高，因此，鉀肥分期施用存在著技術(shù)上的難題。隨著水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用［39］，通過滴灌設(shè)備將鉀肥隨水施入，因省時(shí)省力、撒施均勻、提高鉀肥的利用率、不擾動(dòng)甘薯的生長和靈活多變的優(yōu)點(diǎn)，使甘薯封壟后鉀素后移問題迎刃而解。而且后移的鉀素能夠直接到達(dá)甘薯根部并供給營養(yǎng)，提高了鉀肥的利用率［22］。

6 展望

目前，關(guān)于鉀肥分期施用方面的研究較多，包括鉀肥分期施用對(duì)植株不同器官的鉀素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、鉀素吸收積累及分配、甘薯不同生長發(fā)育階段的鉀素吸收與積累特性、對(duì)甘薯鉀素吸收利用的影響等，均為甘薯生產(chǎn)合理施用鉀肥提供了科學(xué)依據(jù)。國內(nèi)外研究者針對(duì)主要糧食作物有關(guān)鉀營養(yǎng)性狀的生理生化機(jī)制和重要鉀相關(guān)基因的功能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，

并開展了相關(guān)的鉀高效品質(zhì)育種工作，但甘薯鉀素營養(yǎng)性狀的激素水平、石蠟組織切片和遺傳改良等方面開展的工作相對(duì)較少。因此植物內(nèi)源激素與石蠟組織切片相結(jié)合，探究甘薯塊根內(nèi)激素含量與薯塊膨大之間的關(guān)系，觀察淀粉粒等在塊根部位的合成與分布情況；研究甘薯對(duì)鉀素利用效率的基因型差異和甘薯鉀素營養(yǎng)性狀的功能基因，以篩選并培育耐低鉀和高效鉀型的甘薯新品種，特別是針對(duì)不同種植生態(tài)環(huán)境區(qū)、不同產(chǎn)品加工需要開發(fā)優(yōu)質(zhì)的專用型甘薯品種，這些方面將會(huì)成為今后的研究熱點(diǎn)。

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Research Progress of Potassium Fertilizer Split Application on Sweet Potato

WANG Jinqiang，ZHAO Fengqin，LIHuan*，LIU Qing
（College of Resources and Environmental Science，Qingdao Agricultural University，Qingdao，Shandong 266109，China）

Potassium has important effect on yield and quality of sweet potato.One-time application of K fertilizer led to low utilization of potassium fertilizer and potassium insufficient during the late growth stage.The regulation mechanism of potassium fertilizer split application on growth sweet potato was discussed，including the regulate effects on photosynthetic characteristics and starchmetabolic enzymes of sweet potato，the potassium fertilizer utilization efficiency，in order to provide theoretical and practical guidance for improving the yield and potassium utilization efficiency of sweet potato.

sweet potato；potassium fertilizer；split application

S531.062

A

1001-5280（2017）04-0448-05

：10.16848／j.cnki.issn.1001-5280.2017.04.24

2017- 02- 28

王金強(qiáng)（1992-），男，碩士研究生，Email：wangjin.qiang123＠163.com。*通信作者：李歡，副教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事甘薯栽培與生理研究，Email：lihuancomcomcom＠163.com。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金（CARS-11-B-14）；國家青年科學(xué)基金項(xiàng)目（31301854）；青島市青年專項(xiàng)基金（14-2 -4-117-jch）。