氮磷鉀肥對木薯‘桂熱4號’生物量動態(tài)的影響

鄭華 文峰 羅燕春 李軍 韋云東 盤歡

摘 要 為了了解氮磷鉀肥對木薯品種‘桂熱4號生物量動態(tài)的影響，為其生產(chǎn)管理和推廣奠定基礎(chǔ)，開展了本試驗。試驗分5個處理：CK（不施肥）、NK、NP、PK、NPK。每月采集木薯全株樣品，分為葉片、葉柄、莖稈、種莖、塊根、細根等6個部分，測定生物量（干重），并收集用于測定凋落物干重，收獲測產(chǎn)。結(jié)果表明：木薯‘桂熱4號葉片干物質(zhì)呈頂峰型拋物線生長曲線，在8月下旬后，以快速-緩慢交替模式凋落。木薯莖稈、塊根、地上部和地下部呈S型增長。根冠比前期出現(xiàn)單峰型波折，169 d后逐漸提高。塊根干物質(zhì)率表現(xiàn)出升高-降低-穩(wěn)定-升高-穩(wěn)定的模式。鮮薯產(chǎn)量與132 d之后的莖稈生物量和132～194 d的葉片生物量極顯著相關(guān)。施氮處理增加了鼎盛期的葉片、莖稈生物量，還能促進169 d之后的塊根生長，施氮處理的鮮薯產(chǎn)量和淀粉產(chǎn)量比不施氮處理高。

關(guān)鍵詞 木薯 ；桂熱4號 ；Logistic曲線 ；限制因素 ；氮肥肥效

中圖分類號 S533、S143.1 文獻標識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2018.04.003

Abstract A field fertilizer experiment was carried out to analyze the dynamic effect of N，P and K fertilizers on biomass accumulation of the cassava variety GR4. Five treatments， i.e. NK， NP， PK， NPK and CK （without fertilizer） were arranged in the experiment. Whole cassava plants treated were collected every month， and then divided into 6 portions， i.e.， leaf blade， leaf petiole， seed stem， stalk， tuberous roots and thin fibrous roots. The biomass of each portion and litters collected were measured in dry weight. Yield of tuberous roots were determined after harvest. The results showed the cassava leaves had a parabolic growth curve in dry matter content with a peak， and dropped in an alternative pattern of fast and slow after late August. The cassava stalk， tuberous roots， and aboveground and underground parts of the plant showed a sigmoid pattern of growth. The curve of root shoot ratio showed a unimodal pattern at the early stage， and then rose gradually after 169d. The dry matter content of the tuberous roots showed a high-low-stable-high-stable pattern. The fresh root yield at harvest had a highly significant correlation with the stalk weight after 169d and the leaf weight from 132d to 169d. The N treatments increased the leaf and stalk biomass at the peak stage and promoted the root growth after 169 d. The N treatments produced significantly higher root yield and starch yield than the treatment without N. The whole plant of the cassava variety GR4 produced biomass in a sigmoid curve， and the dry matter content of the tuberous roots showed a pattern of two platforms. N fertilizer enhanced the growth of leaves and stalks of the cassava variety GR4 as well as the root and starch yield.

Keywords cassava ； GR4 ； logistic curve ； limiting factor ； efficiency of nitrogen fertilizer

木薯（Manihot esculenta）是世界三大薯類作物之一，有著“地下糧倉”、“淀粉之王”的美譽，其用途廣泛，是食品、飼料、醫(yī)藥、化工、生物燃料等行業(yè)的重要原料。我國的木薯種植主要分布在廣西、廣東、海南、福建、云南等熱帶、亞熱帶省（區(qū)）。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAOSTAT，http：//faostat3.fao.org/download/Q/QC/E）統(tǒng)計，2013和2014年我國木薯種植面積分別為28.57萬和28.77萬hm2，產(chǎn)量分別為460.0萬和468.0萬t。其中，廣西的木薯種植面積約占全國的60%～70%。

目前，木薯栽培在生產(chǎn)上還比較粗放，需要在施肥和栽培措施上做進一步研究，尤其是在木薯營養(yǎng)特征和施肥規(guī)律方面。已有學者對多個木薯品種進行了研究，如漆智平等[1]研究了木薯品種‘SC8013和‘SC205的營養(yǎng)特性及平衡施肥，張永發(fā)等[2]研究了‘華南8號的營養(yǎng)規(guī)律及肥料利用率，高志紅等[3]研究了木薯（‘南美119）不同施肥水平下木薯氮磷鉀養(yǎng)分積累、分配和產(chǎn)量的差異，黃巧義等[4]研究了傳統(tǒng)品種‘華南205及新育品種‘華南5號木薯生物量與產(chǎn)量累積規(guī)律。

隨著木薯新品種的不斷推出，針對木薯品種的細化研究，也成了推廣新品種必要的配套研究。木薯‘桂熱4號是廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所通過品種審定的新品種，其特點是莖稈直立，一般種植條件下極少分枝，適宜密植和間套種，也適宜機械化種植（李軍等[5]）。本研究通過田間試驗，動態(tài)觀測木薯‘桂熱4號木薯各部位的生物量，以期了解其生長規(guī)律，為該品種推廣提供基礎(chǔ)知識。

1 材料與方法

1.1 材料

參試木薯品種為‘桂熱4號，為廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所（以下簡稱熱作所）育種，于2011年通過品種審定。其品種親本單株編號為SM1600，來源于國際熱帶農(nóng)業(yè)中心木薯種質(zhì)PAR164自然雜交后代。

1.2 方法

1.2.1 試驗地與處理

采用田間試驗，試驗于2013年種植季在熱作所木薯基地內(nèi)開展（N22°54′02.58″，E108°20′05.43″）。試驗地土壤為紅壤，pH 5.0，有機質(zhì)18.5 g/kg，全氮1.86 g/kg，速效氮54.00 mg/kg，有效磷15.0 mg/kg，速效鉀144.0 mg/kg。土壤質(zhì)地為粘壤土（美國制），其中粘粒（<0.002 mm）36.17%，粉（砂）粒（0.05～0.002 mm）36.59%，砂粒（2～0.05 mm）27.23%。

試驗設(shè)5個處理（表1）。隨機區(qū)組排列。株行距80 cm×80 cm，小區(qū)為8 m×8 m，面積64 m2。試驗用的氮、磷、鉀肥分別為尿素（46% N），鈣鎂磷肥（15% P2O5），氯化鉀（60% K2O）。

1.2.2 田間管理

試驗于2013年3月6日種植。施肥均為3次，第1次為基肥，施用磷肥；第2次施肥于植后40 d，施用N和K的50%；第3次施肥于植后3個月，施用N和K的50%。

木薯種收過程中的其它管理包括間苗、人工除草等，未噴施農(nóng)藥。

1.2.3 采樣與分析

分別于4月15日（40 d）、5月16日（71 d）、6月18日（104 d）、7月16日（132 d）、8月22日（169 d）、9月16日（194 d）、10月15日（223 d）、11月15日（254 d）、12月15日（284 d），在每個小區(qū)采集3株木薯，快速帶回室內(nèi)（15 min以內(nèi)），并快速（15 min以內(nèi)）細分為葉片、葉柄、莖稈、種莖、塊根、細根6個部分，分別測定鮮重。105℃殺青后85℃烘干至恒重，稱重得到干重。地上部為葉片、葉柄、莖稈的總和，地下部為種莖、細根、塊根的總和，根冠比為地下部與地上部干重的比值。

于8月15日在每個小區(qū)選擇3株木薯下鋪置尼龍網(wǎng)袋，分別于8月30日（177 d）、9月13日（191 d）、9月28日（206 d）、10月14日（222 d）、11月14日（253 d）、11月28日（267 d）收集落在網(wǎng)袋上的凋落物。烘干稱重記為該時段的凋落物量。

于12月24日選取中間株收獲測產(chǎn)，并用雷蒙稱測定鮮薯淀粉含量。

數(shù)據(jù)整理與作圖在Microsoft Excel 2010中 展開。方差分析在SPSS13.0軟件中進行，多重比較均用SPSS程序中的新復級差法（Duncan），相關(guān)分析采用Pearson相關(guān)。曲線擬合在OriginPro 8軟件中進行，包括一元二次方程和Logistic方程曲線。

Logistic方程為：Y=A2+（1）

其中，Y為因變量，x為時間，A1和A2分別為曲線的最小值和最大值，X0為曲線的中間點（曲線斜率為1時的x值），p為冪。在本研究的曲線擬合中，木薯地上部的A1人為設(shè)置為0，地下部分的A1設(shè)置為40 d時的種莖重量（認為是種植時的種莖重）。

2 結(jié)果與分析

2.1 木薯生物量、凋落物量、干物質(zhì)積累速率

木薯葉片和葉柄的干重隨著木薯生長均呈拋物線分布（圖1），可以用拋物線極顯著擬合（表2）。

從生長初期到71 d生長緩慢，104 d處于快速生長期，到132 d（7月16日）到達頂峰；8月中下旬開始落葉，葉片和葉柄的干重均顯著下降。

各處理的葉片和葉柄干重僅在132和169 d有顯著差異。132 d各處理的表現(xiàn)為NPK和NK處理大于（p<0.05）PK和CK，且NP大于CK。169 d的葉片干重為NPK、NP、NK大于PK和CK。132 d的葉柄各處理干重為NPK、NP、NK大于PK和CK，而169 d則為NK和NPK大于PK和CK。綜合葉片和葉柄干重，施氮處理增加了鼎盛期的葉干重。

凋落物干重隨時間的分布呈波浪狀變化（圖2）。各處理在8月30日凋落物干重較高，9月13日下降，9月28日又提高，10月14日采樣期又有所下降，11月28日最低。可見葉片的凋落并非線性，而是以快速-緩慢凋落的形式交替進行。經(jīng)田間觀察，綜合葉片和凋落物的表現(xiàn)，可以確定葉片受到紅蜘蛛的影響提早凋落。

各處理的莖稈干重均呈S型增長（圖1），并可用Logistic曲線極顯著（p<0.01）擬合（表2）。到71 d依然生長緩慢，104～169 d均處于快速生長期，直到194 d以后才基本保持平穩(wěn)。在132 d以后各處理莖稈干重間均有顯著差異。基本上以NPK為最高值，NK、NP處理與NPK處理差異不顯著；PK和CK處理處于最低值，且二者在169和284 d還顯著低于NP和NK。說明氮肥在132 d之后對木薯莖稈干重有促進作用。

塊根干重也可用Logistic曲線極顯著擬合（表2）。104 d之前塊根還處在形成期，其生物量積累緩慢，132、169、192 d均處于膨大期，生物量迅速積累。223 d之后基本保持平穩(wěn)，還略有提高。

塊根干重從132 d開始各處理間出現(xiàn)顯著差異。132 d塊根干重為CK顯著低于NPK和NK；169 d為NPK、NK、NP顯著高于CK；194 d為NPK最高，顯著高于PK和CK，而NK則顯著高于PK；254 d為NP顯著高于PK和CK；284 d為NK顯著高于PK和CK，且NP和NPK顯著高于CK。說明氮磷鉀全量施肥和施氮鉀在132 d就能促進塊根生長，而施氮肥在169 d之后能顯著促進塊根生長。

種莖干重也能用Logistic曲線擬合，但其R2值低于莖稈（表2）。種莖的生長是由于塊根基部在種莖連接處的膨大造成的。細根的干重可用Logistic曲線擬合（表2），但由于其散點波動略大（圖1），R2值也低于其它部位。

地上部干重也符合Logistic曲線（圖1）。在71 d之后開始快速生長，但受到落葉的影響，其在223 d有下降，254 d之后保持平穩(wěn)。

從NPK處理來看，地上部干物質(zhì)積累速率從0～132 d都是逐漸提升，之后逐漸降低，到194 d之后甚至負增長。CK處理該值的最大值出現(xiàn)時間為71～104 d，之后就顯著降低，說明不施肥處理的地上部生長速率僅在71～104 d爆發(fā)，之后緩慢增長，到194 d之后因為落葉過多導致負增長。用NPK與PK相比，可知氮肥對地上部干物質(zhì)積累速率的效果為使該指標的數(shù)值大大提高，且這種提高持續(xù)的時間也相應延長，說明氮肥促進了地上部分生物量增長的強度和延續(xù)時間。而不施磷肥或鉀肥均表現(xiàn)為104～132 d該指標較低，但132～169 d則高于NPK，說明缺磷或缺鉀會促使地上部緩慢生長，但延續(xù)時間更長。

地下部干重基本呈S型曲線變化，在104 d之后快速增長，但在254 d之后，基本保持平穩(wěn)或繼續(xù)增長。從NPK處理來看，地下部干物質(zhì)積累速率也從0 d開始逐漸提高，至104～132 d到達頂峰，高達（2.90±1.28）g/d，之后緩慢下降（表3）。各處理間差異較大，NPK的最大值出現(xiàn)在104～132 d，CK的最大值最小，出現(xiàn)在169～194 d，說明不施肥推遲了塊根的快速膨大期。施氮肥則增強了104～132 d、169～194 d的地下部干物質(zhì)積累。

全株總干重表現(xiàn)出了S型增長趨勢（圖3），132 d及之后各處理也有顯著差異（254 d除外），基本表現(xiàn)為施氮肥處理高于不施氮處理。說明施氮對木薯生物量的促進作用。

2.2 根冠比與塊根干物質(zhì)率

根冠比是作物生物量分配的重要表征。在40 d時地下部相對地上部生長緩慢，根冠比僅為0.192（圖2），地下部干重僅為種莖的約1/5。到71 d忽然升高，說明地下部相對快速生長，除了PK處理根冠比僅為1.74外，其它4個處理的根冠比范圍為2.61～2.87。到104 d根冠比下降到接近1，該數(shù)值也是除了苗期，在木薯生育期中最低的；到132 d又快速上升，說明塊根膨大期，生物量分配到地下部的比例增加。169 d比132 d基本持平或略有下降；之后受到落葉和塊根生長的綜合影響而逐漸上升。

各處理之間的塊根干物質(zhì)率僅在104 和132 d有顯著差異（表4）。104 d為NPK處理顯著高于NK處理，說明缺磷影響塊根膨大初期的塊根干物質(zhì)率；而132 d為NPK最高，顯著高于NP和CK處理；PK次之，但其顯著高于CK處理。說明施肥能提高132 d塊根干物質(zhì)率，而缺鉀影響此時的干物質(zhì)率。

隨著塊根形成、生長、成熟，各處理的塊根干物質(zhì)率均表現(xiàn)出了相應的變化，但各處理有差異。CK處理的塊根干物質(zhì)率表現(xiàn)出逐漸上升的趨勢，從104 到132 d基本無顯著變化，169和194 d顯著高于132 d，223 d之后顯著提高并保持平穩(wěn)（表4）。NK處理從104 到132 d顯著升高，之后到169 d顯著下降，194 d保持平穩(wěn)，到223 d后顯著增高，之后保持平穩(wěn)。PK處理表現(xiàn)為104 d最低，到132 d之后顯著提高，169和194 d顯著降低，223 d以后顯著提高到與132 d基本持平并保持穩(wěn)定。NPK處理則從104到132 d顯著提高，之后到169 d顯著降低，223 d后顯著提高且保持平穩(wěn)，之后一直保持穩(wěn)定。

整體上，施肥處理在塊根形成期（104 d）干物質(zhì)率較少，而塊根快速生長期（132 d）顯著增加，但不施肥會延緩這個過程。169和194 d 2個時期為塊根膨大期，干物質(zhì)率較穩(wěn)定。223 d后干物質(zhì)率會提高到下一個穩(wěn)定期，其原因是塊根進入成熟期，淀粉緩慢積累。但各處理間的塊根干物質(zhì)率隨時間進展有差異。

2.3 木薯各部位與收獲期塊根的相關(guān)系數(shù)

本研究中，284 d的塊根鮮重與132、169、194 d的葉片干重的相關(guān)性均達到了極顯著水平（p<0.01），R2分別為0.848**（p<0.01，下同；圖表略）、0.742**、0.677**，與相應采樣時間葉柄的相關(guān)系數(shù)分別為0.825**、0.731**、0.690**，但與其它采樣時間的葉片或葉柄鮮重相關(guān)性不顯著。說明木薯葉片鼎盛期與收獲期塊根鮮重有顯著的正相關(guān)，而且隨著時間推移，相關(guān)性逐漸降低。

284 d的塊根鮮重與104、132、169、194、223、254、284 d的莖稈鮮重的相關(guān)系數(shù)分別為0.525*（p<0.05）、0.546*、0.766**、0.825**、0.823**、0.751**、0.819**，說明莖稈的鮮重對收獲期木薯產(chǎn)量有一定的指示作用，尤其是在194 d以后。而在104 和132 d二者雖然也有顯著的相關(guān)性，但其相關(guān)系數(shù)還較小，還可以通過改善田間管理來達到高產(chǎn)的目的。

2.4 鮮薯產(chǎn)量與淀粉含量

鮮薯產(chǎn)量和淀粉產(chǎn)量均為NPK、NK、NP顯著高于CK和PK（表5），施氮處理顯著高于不施氮處理，說明氮是第一限制因素。而不施氮的情況下只施磷鉀肥（PK），導致鮮薯產(chǎn)量和淀粉產(chǎn)量比CK略微下降。

3 討論

3.1 生物量

木薯‘桂熱4號葉片干物質(zhì)呈頂峰型拋物線生長曲線，在7～8月達到最大，之后受到紅蜘蛛的影響以快速-緩慢交替逐漸凋落。木薯莖稈、塊根呈S型增長。根冠比前期出現(xiàn)單峰型波折，169 d后逐漸提高。地上部和地下部干物質(zhì)積累速率也先增加后降低。

受到紅蜘蛛的影響，葉片在8月下旬開始凋落，比正常的10月份提前。葉片的凋落物積累模式是以快速-緩慢的形式交替進行，雖然這并非正常的葉片生長規(guī)律，但對木薯病蟲害的研究有一定的啟示。

經(jīng)過調(diào)查，本研究年為該試驗基地紅蜘蛛大量爆發(fā)的第一年，所以并未對紅蜘蛛進行任何處理。之后的種植過程中才開始采取噴施農(nóng)藥等防控措施。在田間生產(chǎn)中遇到木薯提早落葉，建議噴施葉面氮肥，促進葉片生長，保證木薯葉片中后期的長勢對塊根淀粉積累有促進作用。

凋落物分解快，其落地后進入土壤的比例受到土壤、溫度、濕度、水流等多因素的影響。木薯凋落物是自然保持木薯地土壤肥力的重要部分，還需要對其進行深入研究。

木薯根冠比到了后期逐漸增加，這與黃巧義等[4]的研究結(jié)果類似，其研究表明到8月中下旬塊根快速生長，物質(zhì)累積重心由地上部逐漸轉(zhuǎn)移到地下部。

細根干重隨著采樣時間上下波動可能是由于采樣不完全造成的。由于細根的完全采集工作量巨大，本研究采樣時并沒有對細根進行完全的挖掘和采集，僅在采集塊根時稍微擴大挖掘范圍，且盡量收集了可見的細根。但細根的生物量占全株的比例較小，不影響本研究得到的主要結(jié)論。

254 d各處理間的全株生物量無顯著差異，可能是由于采樣時株間差異較大，數(shù)據(jù)變異系數(shù)高，導致方差分析時無法得出顯著差異。

3.2 塊根干物質(zhì)率

塊根干物質(zhì)率隨著塊根生長過程會有相應的變化，表現(xiàn)出了快速升高（塊根形成期）-降低（塊根快速膨大器）-穩(wěn)定（塊根膨大期）-升高（塊根成熟期）-穩(wěn)定的雙平臺模式。磷和鉀分別對塊根形成期（104 d）和塊根膨大期（132 d）的塊根干物質(zhì)率有促進作用。

3.3 鮮薯產(chǎn)量與淀粉產(chǎn)量

施氮處理不僅促進了鼎盛期（132 d）的葉片、莖稈生長，還能促進169 d之后的塊根生長，對鮮薯產(chǎn)量和淀粉產(chǎn)量也有顯著的促進作用，說明氮是廣西典型紅壤地區(qū)限制木薯產(chǎn)量的第一因素。

很多研究表明，氮是限制木薯產(chǎn)量的第一因素[6-10]，本研究結(jié)果與大部分的研究結(jié)果一致，說明紅壤磚紅壤地區(qū)種植木薯首先需要補充氮肥。

3.4 施肥時間

根據(jù)NPK處理的結(jié)果，104～132 d是木薯地上部和地下部干物質(zhì)積累速率最大的時期，考慮到肥效釋放的時間（約15 d），因此建議第二次施肥時間約為90～104 d，因此本研究中所用的施肥時間是合理的。

另外，本研究中施肥對木薯生長前期的生物量影響并不顯著，暗示一種施肥策略：可以在104 d之前只施1次肥；但由于缺乏對木薯細根的全面采樣和木薯養(yǎng)分含量的測定，并不能對此下定論，需要做進一步的研究。

致 謝 廣西熱作所工人韋文英、曾新華、陳慶芳、李可建、廖業(yè)清等，在該試驗木薯種植、管理和采樣中付出了辛勤勞動，特此謝意！

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