施鉀量對紫甘薯產(chǎn)量及養(yǎng)分利用的影響

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)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

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。

1.2 試驗設(shè)計

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。

1.3 樣品采集與處理

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。

1.4 測定項目及方法

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。

1.5 數(shù)據(jù)分析

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 結(jié)果與分析

2.1 鉀肥用量對產(chǎn)量形成動態(tài)的影響

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。

2.2 鉀肥用量對產(chǎn)量及構(gòu)成因子的影響

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

2.3 鉀肥用量對收獲期氮素和磷素積累的影響

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 鉀肥用量對鉀素積累動態(tài)及利用率的影響

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

3 討論與結(jié)論

3.1 鉀肥用量對紫甘薯干物質(zhì)與產(chǎn)量的影響

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。

3.2 鉀肥用量對紫甘薯氮磷積累的影響

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。

3.3 鉀肥用量對紫甘薯鉀素積累與利用的影響

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。