滴灌施肥條件下甘薯鉀肥分期施用的研究

汪順義,劉 慶,史衍璽,李 歡

(青島農業大學 資源與環境學院,山東 青島 266109)

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滴灌施肥條件下甘薯鉀肥分期施用的研究

汪順義,劉 慶,史衍璽,李 歡

(青島農業大學 資源與環境學院,山東 青島 266109)

為確定甘薯生產中鉀肥最佳分期施用時期,采用田間試驗方法,利用水肥一體化技術,研究了不同分期施鉀方式及時期對甘薯產量形成、鉀素吸收利用和收獲后土壤養分變化的影響。2013-2014年設CK、K1(鉀肥基施)、K2(1/2鉀肥基施+1/2鉀肥追施)和K3(鉀肥0基施+鉀肥全部后期施用) 3種不同施鉀方式;在K2和K3這2種施鉀方式基礎上按移栽后75,100,120 d分期施鉀的時期各劃分3個處理,試驗共8個處理,結果表明,從不同施鉀方式和時期來看,與鉀肥基施相比,75,100 d分期施鉀(1/2基施+1/2追施)能增加甘薯100～160 d干質量、氮鉀積累量和鉀肥利用效率,2013年產量增加13.8%,13.5%,2014年產量增加19.1%,18.6%。甘薯施鉀方式采用1/2基施+1/2封壟期追施的方式,施鉀時期在移栽后75 d或100 d甘薯對鉀肥的吸收量最高。與鉀肥全部基施相比,鉀肥1/2基施+75 d 1/2追施和1/2基施+100 d 1/2追施處理鉀肥生產效率2013年分別提高11.3%,11.5%,2014年分別提高18.6%,19.0%;2013年鉀效率分別提高了6.2,6.3個百分點,2014年提高9.4,9.6個百分點;2013年鉀肥表觀利用率分別提高8.2,6.2個百分點,2014年分別提高9.1,7.7個百分點。滴灌施肥條件下甘薯施鉀方式應采用1/2基施+1/2封壟期追施的方式,且施鉀時期在移栽后75～100 d為宜。

甘薯;施鉀時期;鉀肥利用

我國是甘薯種植大國,年均總產量和年均種植面積都居世界首位,甘薯的穩產和高產對于維持農業和相關工業的發展意義重大[1]。甘薯屬于典型的喜鉀作物,鉀肥作為調控甘薯生長的關鍵因素發揮著不可替代作用,對甘薯的塊根膨大和產量形成具有重要影響[2]。為省時省力并獲得可觀的產量,甘薯的鉀肥施用方式多為“一炮轟”的模式[3]。大量研究表明，甘薯的吸鉀高峰處于生長中后期,而苗期吸收量相對較少[4-6],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較低,無法滿足后期對鉀素的需求[7]。加之距離根系較遠的鉀素受擴散速度慢的影響不能及時遷移到根系附近,在根系周圍出現鉀素虧缺區,嚴重制約甘薯的鉀肥利用效率和產量的提高[8]。鑒于此,前人對甘薯鉀肥的分期施用進行探索并取得了一定的節肥增減效果[9-10],但是這些研究均在傳統的人工追施基礎上進行。甘薯的生長特性與小麥、玉米、棉花等作物不同,薯蔓并長期之后甘薯葉片逐漸增多,莖葉開始覆蓋地面并封壟。由于肥厚的葉片遮擋,分期施入的鉀肥往往難以直接到達甘薯根部被最大效率吸收,傳統的后期施鉀費時費力且容易擾動甘薯的正常生長,導致施肥效果不佳[11]。

針對“一炮轟”的施肥方式所帶來的鉀肥利用率低以及甘薯后期脫肥的問題,筆者采用水肥一體化技術進行了鉀肥分期施用的初步探討,研究發現鉀肥分期施用能顯著提高鉀肥利用率及甘薯產量[12]。在此基礎上,為明確最佳的分期施鉀時期,本試驗根據甘薯的需鉀特點,進一步探討不同時期供鉀對甘薯產量形成及鉀肥利用的影響,為實現甘薯的高產高效栽培和農業可持續發展提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗選用北方主栽淀粉型甘薯品種商薯19號,于2013年5月17日和2014年5月10日在青島農業大學膠州現代科技示范園布置田間試驗。試驗地屬于暖溫帶季風氣候,降水集中,雨熱同季,年平均氣溫11～14 ℃。膠州實驗基地土壤類型為砂姜黑土,2013年基礎肥力為:堿解氮40.7 mg/kg;速效磷17.2 mg/kg;速效鉀40.8 mg/kg;緩效鉀49.6 mg/kg;有機質10.7 g/kg。2014年基礎肥力為:堿解氮44.4 mg/kg;速效磷18.2 mg/kg;速效鉀49.3 mg/kg;緩效鉀53.6 mg/kg;有機質11.4 g/kg。

1.2 試驗設計

試驗設K1(135 kg/hm2鉀肥全部基施)、K2(67.5 kg/hm2鉀肥基施+67.5 kg/hm2鉀肥追施)和K3(135 kg/hm2鉀肥全部后期施用)3種施鉀方式;在K2和K3 這2種施鉀方式基礎上各劃分為移栽后75,100,120 d 3個分期施鉀時期,再加上CK處理(不施鉀肥),試驗共8個處理。采用起壟凈作栽培方式,栽種密度為50 000株/hm2。薯苗按單壟雙行錯位扦插,株距0.36 m、壟距1.1 m,小區面積52.8 m2(8.0 m×6.6 m),每個處理3次重復。試驗小區壟上鋪設滴灌帶,基施鉀肥在移栽后7 d以滴灌形式施入,追施鉀肥在試驗處理劃定天數以滴灌形式施入。

1.3 測定項目與方法

于移栽后50,100,120,140,160 d采樣,每小區采樣20株,記錄地上部莖葉鮮質量、地下部塊根鮮質量,種植160 d后收獲并記產。地上部莖葉切碎混合均勻后,稱取鮮樣200 g左右,于80 ℃下烘至恒重。將塊根切成粒狀均勻混合后取樣150 g,采取相同方法烘干測定其干物質重。植株的氮鉀采用常規分析方法。收獲后每試驗小區以5點法采集0～20,20～40 cm土壤樣品,風干后用1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法測土壤速效鉀。

1.4 計算公式

鉀利用效率(kg/kg)=收獲部分產量/植株總吸鉀量;鉀收獲指數=收獲部分吸鉀量/植株總吸鉀量;鉀肥偏生產力(kg/kg)=塊根產量/施鉀量;鉀效率(kg/kg)=薯塊產量/(施肥量+土壤供鉀量);鉀肥表觀利用率= (施肥區鉀吸收量-不施肥區鉀吸收量)/施鉀量×100%;鉀肥農學利用率=(處理區產量-對照區產量)/(鉀肥用量×養分含量)×100%。

1.5 數據分析

用SPSS 18.0(SPSS Institute,Inc.,Cary,NC,USA)進行數據統計分析,方差分析比較處理間的效應差異,LSD法比較平均數間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 甘薯干質量積累及產量形成

干質量動態變化是反映甘薯生長狀況重要指標和影響甘薯產量的關鍵因素。2013與2014年試驗結果表明,與CK相比,施鉀均能提高甘薯地上和地下部干質量。不同施鉀方式相比較,甘薯生長前期K1處理甘薯地上和地下部干質量顯著高于K2和K3處理,但160 d(收獲期)K2處理地上和地下部干質量增加并高于K1處理;鉀肥1/2基施+1/2追施處理地上和地下部干質量高于鉀肥全部后期追施處理。K2處理3個不同施鉀時期相比,移栽后75 d追施鉀肥處理地下部干質量高于其余兩處理,移栽后160 d,鉀肥1/2基施+1/2 75 d追施地下部干質量和鉀肥1/2基施+1/2 100 d追施鉀肥地下部干質量差異不顯著(表1)。

2013與2014年試驗結果均表明,不同施鉀方式與CK相比均能顯著提高甘薯收獲期產量。不同施鉀處理方式間相比,K2(鉀肥1/2基施+1/2追施)處理產量高于K1(鉀肥基施)和K3(鉀肥全部后期追施)處理。與鉀肥基施相比,鉀肥1/2基施+75 d 1/2追施和鉀肥1/2基施+100 d 1/2追施2013年產量分別提高13.8%和13.5%,2014年分別提高19.1%和18.6%。75,100 d這2個追鉀時期產量差異不顯著,但120 d追鉀產量則顯著降低(P<0.05)。K3(鉀肥全部后期追施) 施鉀方式下,隨著追鉀時期的后移,產量逐漸下降,表現為75 d>100 d>120 d(表1)。

表1 施鉀時期對甘薯干質量與產量的影響

注: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.

2.2 不同施鉀方式對甘薯各生長時期氮鉀比例的影響

氮素是調控地上部“源”器官干質量的關鍵因素,而鉀素在甘薯膨大過程中起到“促流”和“擴庫”的作用。適量的鉀素供應能夠促進光合產物向塊根的轉移,進而調控甘薯T/R(地上部與地下部干質量之比)值,在甘薯膨大后期氮鉀比例值保持在1∶2為宜。由表2可以看出,3種施鉀方式均能提高甘薯整個生長時期內氮和鉀積累量,不同施鉀方式間相比較,K1(鉀肥基施)能提高甘薯0～50 d氮和鉀積累量(P<0.05)。K2(1/2基施+1/2追施)能顯著提高100～160 d鉀素積累量,K2(1/2基施+1/2追施)施鉀方式下,移栽后75,100 d施鉀可將甘薯氮鉀比值控制在1∶2左右。

2.3 施鉀時期對鉀肥利用效率的影響

鉀積累量、鉀利用效率、鉀效率和鉀肥農學利用率是反映鉀肥生物有效性和土壤有效性的重要指標。與鉀肥全部基施相比,鉀肥1/2基施+75 d 1/2追施和1/2基施+100 d 1/2追施處理鉀肥生產效率2013年分別提高11.3%,11.5%,2014年分別提高18.6%,19.0%;2013年鉀效率分別提高了6.2,6.3個百分點,2014年提高9.4,9.6個百分點,增幅10%左右;2013年鉀肥表觀利用率分別提高8.2,6.2個百分點,2014年分別提高9.1,7.7個百分點。同一施鉀方式條件下,隨移栽天數的推移,鉀肥表觀利用率呈降低趨勢(表3)。

表2 施鉀時期對甘薯不同生長時期氮鉀比例的影響

表3 不同施鉀時期對鉀素利用效率的影響

注:KUE.鉀利用效率;KHI.鉀收獲指數;KPE.鉀肥生產效率;KE.鉀效率;KAE.鉀肥農學利用率;KAUE.鉀肥表觀利用率。表5同。

Note:KUE.Potassium use efficiency;KHI.Potassium harvest index;KPE.Potassium production efficiency;KE.Potassium efficiency;KAE.Potash agriculture efficiency;KAUE.Potash apparent utilization.The same as Tab.5.

2.4 施鉀時期對甘薯收獲后土壤養分的影響

由表4可以看出,不同施鉀方式影響收獲后土壤鉀素殘留量。其中,K2處理75,100 d 這2個施鉀時期0～20 cm和20～40 cm土壤鉀素殘留量最小。這說明甘薯施鉀方式采用1/2基施+1/2封壟期追施的方式,施鉀時期在移栽后75 d或100 d甘薯對鉀肥的吸收量最高。在K2(1/2基施+1/2追施)和K3(鉀肥全部追施)2種施鉀方式下,隨著施鉀時期的推移,0～20 cm和20～40 cm土壤速效鉀含量呈上升趨勢,這說明施鉀時期越往后,甘薯對土壤鉀素的當季利用率越低。

表4 收獲后不同土層土壤速效鉀養分含量

2.5 鉀營養與產量相關性分析

由表5所示,甘薯產量與鉀肥農學利用率、鉀肥表觀利用率和鉀積累量呈顯著正相關(P<0.05),甘薯產量與鉀肥生產效率和鉀效率呈極顯著正相關(P<0.01),甘薯產量與收獲后土壤鉀殘留量呈極顯著負相關關系(r=-0.88,P<0.01)。土壤鉀殘留量與鉀肥生產效率、鉀效率、鉀肥農學利用率和鉀肥表觀利用率呈極顯著的負相關關系。

表5 收獲期鉀營養與產量性狀的相關關系

注:*.P<0.05;**.P<0.01。SKA.土壤鉀殘留量。

Note:*.Significant at the 5% level;**.Significant at the 1% level.SKA.Soil potassium accumulation.

3 討論與結論

甘薯產量的形成可以認為是光合產物的積累與分配的過程,在薯塊膨大期干質量的積累對甘薯產量影響顯著[13-14],且干質量是表征甘薯產量形成的關鍵指標[15-16]。本試驗表明,鉀肥基施提高了甘薯前期地上部和地下部干質量,起到了建源和提早擴庫的目的,而鉀肥1/2基施+1/2追施處理甘薯生長中后期維持較高的干質量,從而促進產量的形成,這與姚海蘭等[9]研究類似。就不同施鉀時期來說,鉀肥1/2基施+75 d 1/2追施和鉀肥1/2基施+100 d 1/2追施兩處理間產量差異較小,而K3處理隨施鉀時期的推移,產量卻顯著降低。這主要因為在甘薯生長的中后期,干物質逐漸向地下部轉移,分期施用的鉀肥能夠促進更多的光合產物向地下部運輸,有利于甘薯產量的形成[17];如果鉀肥全部后期追施,則會出現甘薯生長前期供鉀不足,從而導致產量顯著下降[18-19]。

甘薯源庫關系協調是甘薯高產生理的前提,氮素與鉀素對甘薯“建源”和“擴庫”有直接的影響[20]。氮鉀吸收比反映源、庫比例,是庫、源協調程度的量化指標,并與流密切相關。前人研究認為,在適宜葉面積指數范圍內,氮鉀比低則單位葉片所承載的庫容足,庫容足對光合產物的拉動作用能促進光合生產和同化物運輸[21-22],因此,維持一定氮鉀比是高產的前提[23]。于振文等[24]研究發現鉀素分期施用顯著提高了植株的氮、鉀積累量、吸收效率和生產效率。且還有研究認為植株的氮鉀吸收比例能影響甘薯根冠比,調控干質量的分配[25-26],從而影響甘薯的生長。本試驗中,鉀肥分期施用處理下氮鉀積累量均得到提高,可以認為鉀肥分期施用改變了甘薯生長中、后期氮鉀吸收比例,有效的調控了根冠比,進而促進了光合產物的合理分配,因此促進了產量的形成。

寧運旺等[27]研究發現,甘薯鉀素吸收的高峰期在生長中期,基施的鉀肥因雨水淋洗或土壤固定等原因會導致土壤后期供鉀不足,致使鉀素利用效率降低,從而限制了產量的增加。王汝娟等[15]則認為在甘薯生長后期保持較高鉀素含量能獲得較高產量。本試驗中,鉀素積累量與產量呈顯著正相關關系(P<0.05)。鉀肥1/2基施+1/2追施既能滿足甘薯苗期的鉀素需求,追施的鉀素同時又提供了甘薯封壟后所需的速效養分,使施入的鉀肥得以充分利用,從而提高了鉀肥的利用率。從不同施鉀時期來看,鉀肥1/2基施+75 d 1/2追施和鉀肥1/2基施+100 d 1/2追施兩處理間鉀肥利用率差異不大,而鉀肥1/2基施+120 d 1/2追施鉀肥利用率相對較低。而鉀肥全部追施處理隨著施鉀時期的推移,鉀肥被甘薯利用的時間隨之減少,進而降低了鉀肥當季的利用率。但從甘薯收獲后土壤鉀素殘留值來看,鉀肥完全追施處理0～20 cm,20～40 cm土壤速效鉀含量豐富,為輪作栽培體系中下一季作物提供了充足的養分。

分期施鉀(1/2基施+1/2封壟期追施)提高了甘薯生長后期的干質量、鉀素積累量和鉀氮比。與鉀肥全部基施相比,75,100 d分期施鉀(1/2基施+1/2封壟期追施)增產率2013年分別為13.8%,13.5%,2014年分別為19.1%,18.6%,120 d分期施鉀(1/2基施+1/2封壟期追施)增產率相對較小。與鉀肥全部基施相比,鉀肥1/2基施+75 d 1/2追施和1/2基施+100 d 1/2追施處理鉀鉀肥生產效率2013年分別提高11.3%,11.5%,2014年分別提高18.6%,19.0%;2013年鉀效率分別提高了6.2,6.3個百分點,2014年提高9.4,9.6個百分點;2013年鉀肥表觀利用率分別提高8.2,6.2個百分點,2014年分別提高9.1,7.7個百分點。滴灌施肥條件下甘薯施鉀方式應采用1/2基施+1/2封壟期追施的方式,施鉀時期在移栽后75～100 d為宜。

[1] 馬代夫,李 強,曹清河,等.中國甘薯產業及產業技術的發展與展望[J].江蘇農業學報,2012,28(5):969-973.

[2] Ashley M K,Grant M,Grabov A.Plant responses to Potassium deficiencies:a role for Potassium transport proteins[J].Journal of Experimental Botany,2006,57(2):425-436.

[3] 王 鋒,王汝娟,陳曉光,等.不同類型鉀肥對甘薯鉀素積累和利用率的影響[J].山東農業科學,2009(10):77-80.

[4] 呂長文,趙 勇,唐道彬,等.不同類型甘薯品種氮、鉀積累分配及其與產量性狀的關系[J].植物營養與肥料學報,2012,02(2):475-482.

[5] 寧運旺,曹炳閣,朱綠丹,等.施鉀水平對甘薯干物質積累與分配和鉀效率的影響[J].江蘇農業學報,2012,28(2):320-325.

[6] 任國博,史春余,姚海蘭,等.施鉀時期對甘薯產量及鉀肥利用率的影響[J].中國土壤與肥料,2015(5):33-36.

[7] 梁成華,魏麗萍,羅 磊.土壤固鉀與釋鉀機制研究進展[J].地球科學進展,2002,17(5):679-684.

[8] 史春余,王振林,趙秉強,等.鉀營養對甘薯某些生理特性和產量形成的影響[J].植物營養與肥料學報,2002,8(1):81-85.

[9] 姚海蘭,張立明,史春余,等.施鉀時期對甘薯植株性狀及產量的影響[J].西北農業學報,2010,19(4):82-85.

[10] 王小晶,蔡國學,王 洋,等.氮磷鉀分期施用對甘薯產量和品質的影響[J].中國農學通報,2011,27(7):188-192.

[11] 譚金芳.作物施肥原理與技術[M].北京:中國農業大學出版社,2003.

[12] 汪順義,李 歡,史衍璽.不同施鉀方式對甘薯鉀素吸收及產量的影響[J].植物營養與肥料學報,2016,22(2):557-564.

[13] 李 明,楊克軍,劉 鋼,等.寒地高產玉米源庫性狀及與產量的關系[J].玉米科學,2006,14(1):99-103,106.

[14] 王小春,楊文鈺,鄧小燕,等.玉米/大豆和玉米/甘薯模式下玉米干物質積累與分配差異及氮肥的調控效應[J].植物營養與肥料學報,2015,21(1):46-57.

[15] 王汝娟,王振林,梁太波,等.腐植酸鉀對食用甘薯品種鉀吸收、利用和塊根產量的影響[J].植物營養與肥料學報,2008,14(3):520-526.

[16] 倪大鵬,劉 強,陰衛軍,等.施鉀時期和施鉀量對玉米產量形成的影響[J].山東農業科學,2007(4):82-83,97.

[17] 孫永健,馬 均,孫園園,等.水氮管理模式對雜交秈稻岡優527群體質量和產量的影響[J].中國農業科學,2014,47(10):2047-2061.

[18] 王翠翠,陳愛武,雷海霞,等.油菜苗期性狀與其稻茬免耕直播產量損失的關系[J].作物學報,2011,37(3):545-551.

[19] 寧運旺,馬洪波,張 輝,等.氮、磷、鉀對甘薯生長前期根系形態和植株內源激素含量的影響[J].江蘇農業學報,2013,29(6):1326-1332.

[20] 寧運旺,曹炳閣,馬洪波,等.氮肥用量對濱海灘涂區甘薯干物質積累、氮素效率和鉀鈉吸收的影響[J].中國生態農業學報,2012,20(8):982-987.

[21] Judel G K,Mengel K.Effect of shading on nonstructural carbohydrates and their turnover in culms and leaves during the grain filling period of spring wheat[J].Crop Science,1982,22(5):958-962.

[22] 朱振家,姜成英,史艷虎,等.庫源比改變對油橄欖產量及源葉光合作用的調節[J].中國農業科學,2015(3):546-555.

[23] 郭九信,馮緒猛,胡香玉,等.氮肥用量及鉀肥施用對稻麥周年產量及效益的影響[J].作物學報,2013,39(12):2262-2271.

[24] 于振文,梁曉芳,李延奇,等.施鉀量和施鉀時期對小麥氮素和鉀素吸收利用的影響[J].應用生態學報,2007,18(1):69-74.

[25] 賈趙東,馬佩勇,邊小峰,等.氮鉀配施和栽插密度對甘薯干物質積累及產量形成的影響[J].華北農學報,2012,27(S1):320-327.

[26] 張海燕,董順旭,董曉霞,等.氮磷鉀不同配比對甘薯產量和品質的影響[J].山東農業科學,2013,45(3):76-79.

[27] 寧運旺,張永春,朱綠丹,等.甘薯的氮磷鉀養分吸收及分配特性[J].江蘇農業學報,2011,27(1):71-74.

The Research of Potassium Application on Sweet Potato in Integration of Water and Fertilizer Conditions

WANG Shunyi,LIU Qing,SHI Yanxi,LI Huan

(College of Resources and Environmental Science,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,China)

In order to clarify potash best installment application period of sweet potato.To study the effect of yield formation,potassium uptake and the influence of soil nutrient change after harvest on different installments K and period of sweet potato.And eight treatments were carried out:CK(No potassium fertilizer),K1(Whole potassium basal applied),K2(Half potassium fertilizer as basal and half as top dressing at 75,100,120 d after transplant)and K3(Whole potassium fertilizer top dressed at 75,100,120 d after transplant) at the year of 2013-2014.The results showed that compared with CK,different ways of K application could significantly improve the biomass,nitrogen and potassium accumulation in and yield of sweet potato.From the point of different K ways and period,compared with the basal application of potash,75 d or 100 d stage K (1/2+1/2 Top dressing) could significantly increase sweet potato 100-160 d biomass,N and K accumulation,N and K use efficiency,2013 yield increased by 13.8%,13.5%,2014 yield increased by 19.1%,18.6%.2013 potassium production efficiency increased by 11.3%,11.5%,2014 potassium production efficiency increased by 18.6%,19.0% respectively;2013 potassium efficiency increased by 6.2,6.3 percentage points,2014 potassium efficiency increased by 9.4,9.6 percentage points;2013 potassium apparent use efficiency increased by 8.2,6.2 percentage points,2014 potassium apparent use efficiency increased by 9.1,7.7 percentage points;under the way of conditions of sweet potato,K basal application should use half potassium fertilizer as basal and half as top dressing,and K application period of 75-100 d after transplanting is advisable.

Sweet potato;Postponing potassium fertilizer;Potassium absorption

2016-06-13

青島市青年專項基金項目(14-2-4-117-jch);現代農業產業技術體系建設專項資金項目(CARS-11-B-14)

汪順義(1992-),男,山東濟寧人,在讀碩士,主要從事植物營養研究。

李 歡(1983-),男,山東青島人,副教授,博士,主要從事植物營養研究。

S158;S531

A

1000-7091(2016)05-0210-06

10.7668/hbnxb.2016.05.032