寧夏雨養(yǎng)區(qū)施鉀對(duì)馬鈴薯氮磷鉀養(yǎng)分積累及產(chǎn)量的影響

白志強(qiáng)　何文壽　梁熠

摘要：通過田間小區(qū)試驗(yàn)和采用單因素（鉀肥）隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的方法，研究了鉀肥對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)及氮磷鉀養(yǎng)分積累和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，在整個(gè)生育期馬鈴薯干物質(zhì)的累積量表現(xiàn)為慢—快—慢的變化規(guī)律，呈近似“S”形趨勢(shì)，經(jīng)回歸分析和曲線擬合，符合Logistic生長(zhǎng)函數(shù)。其干物質(zhì)累積量為169.72 g/株，鮮薯產(chǎn)量達(dá)到26.86 t/hm2；施鉀量在4～16 kg/667 m2之間時(shí)，均可促進(jìn)馬鈴薯氮磷鉀養(yǎng)分的吸收。形成塊莖所需氮（N）為4.07～7.77 kg/t，磷（P2O5）為0.84～2.09 kg/t，鉀（K2O）為7.54～11.99 kg/t，三要素（N ∶[KG-*3]P2O5 ∶[KG-*3]K2O）平均比例為1 ∶[KG-*3]0.23 ∶[KG-*3]1.58。當(dāng)施K量增至6.21 kg/667 m2時(shí)，馬鈴薯產(chǎn)量最大，為1 344.15 kg/667 m2，之后隨著施鉀量的增大產(chǎn)量緩慢下降。經(jīng)濟(jì)最佳施鉀量為3.23 kg/667 m2時(shí)，產(chǎn)量為1 332.49 kg/667 m2。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯；鉀肥；氮磷鉀養(yǎng)分；吸收；累積；生育期

中圖分類號(hào)： S532.06文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）14-0074-05

馬鈴薯是糧、菜、飼兼用作物，含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、糖類和各種維生素等[1-3]，其制品是世界公認(rèn)的營(yíng)養(yǎng)豐富、美味可口的食品，素有“地下蘋果”“第二面包”之稱。2015年我國(guó)啟動(dòng)了馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，提出把馬鈴薯加工成饅頭、面條、米粉等主食，馬鈴薯將成為稻米、小麥、玉米外又一主糧，預(yù)計(jì)在2020年50%以上的馬鈴薯將作為主糧消費(fèi)。馬鈴薯是寧夏特色優(yōu)勢(shì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)之一，作為農(nóng)業(yè)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，對(duì)促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)起著十分重要的作用[4]。關(guān)于寧夏馬鈴薯施肥、產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收等方面的研究已經(jīng)有很多報(bào)道[5-10]，但近年來隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，馬鈴薯單產(chǎn)有了很大提高，農(nóng)民卻出現(xiàn)了增產(chǎn)不增收的現(xiàn)象，這是由于盲目施肥現(xiàn)象十分嚴(yán)重[11-12]所導(dǎo)致的，不僅造成了肥料養(yǎng)分的浪費(fèi)，增大農(nóng)民的生產(chǎn)成本，而且會(huì)帶來巨大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。氮、磷、鉀肥在馬鈴薯生產(chǎn)上的施用對(duì)解決馬鈴薯的單產(chǎn)不高、總產(chǎn)不穩(wěn)有重要作[CM（25]用[13-15]，但是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中只習(xí)慣于施用氮磷[LL]肥，而忽略鉀肥的重要性，導(dǎo)致土壤氮磷鉀養(yǎng)分不均衡，阻礙馬鈴薯產(chǎn)量的提高和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。本試驗(yàn)以青薯9號(hào)為研究對(duì)象，在統(tǒng)一施氮、磷肥量的基礎(chǔ)上，設(shè)置不同的鉀肥用量，旨在探明馬鈴薯的最佳鉀肥用量及高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的施肥技術(shù)，為大面積推廣最優(yōu)施肥技術(shù)、提高馬鈴薯產(chǎn)量提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)基地概況

試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)在寧夏雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)固原市西吉縣新營(yíng)鄉(xiāng)青土溝村，海拔高度2 036 m，地理坐標(biāo)36°06′11″ N、105°31′49″ E，年降水量377 mm，馬鈴薯生育期間（5月13日—10月11日）降水量234 mm，無霜期136 d，年均氣溫5.4 ℃，≥10 ℃ 的有效積溫2 107 ℃·d。該地區(qū)為典型雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，無灌溉條件。前茬作物為大豆，試驗(yàn)地農(nóng)田土壤為侵蝕黑壚土，其土壤理化性質(zhì)見表1。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用單因素（K）隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，把試驗(yàn)設(shè)計(jì)為6個(gè)處理，4次重復(fù)，即分別施鉀0、60、120、180、240 kg/hm2，試驗(yàn)處理為N0P0K0（CK）、N2P2K0、N2P2K1、N2P2K2、N2P2K3、N2P2K4，氮肥、磷肥施用量分別為N 225 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2。小區(qū)面積48 m2（8 m×6 m），氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）的推薦用量分別為225、90、120 kg/hm2。全部磷鉀肥、70%氮肥基施，30%氮肥作追肥，于現(xiàn)蕾期追施尿素，為預(yù)防早衰，蕾期和花期各噴灑尿素和磷酸二氫鉀溶液（濃度為0.2%）1次。苗期3～4葉第1次中耕，6～8葉2次中耕，結(jié)合中耕培土。試驗(yàn)于2015年5月4日播種、10月11日收獲，種植密度為50 010 株/hm2，等行距平種，行距50 cm、株距 40 cm，每個(gè)小區(qū)12行，每行20株，小區(qū)共240株，種植深度10～15 cm，用種量1 800 kg/hm2。

1.4樣品采集與測(cè)定

樣品采集日期見表2。

植株干物質(zhì)測(cè)定方法：采用烘干法測(cè)定。

植株N、P、K含量的測(cè)定[16-19]：樣品統(tǒng)一采用H2SO4-H2O2消煮，半微量凱氏定氮法測(cè)定全氮含量，釩鉬黃比色法測(cè)定全磷含量，火焰光度計(jì)法測(cè)定全鉀含量，以烘干質(zhì)量為基礎(chǔ)計(jì)算氮磷鉀養(yǎng)分含量。

植株養(yǎng)分N、P、K吸收量=各器官干物質(zhì)質(zhì)量×相應(yīng)氮（N）、磷（P）、鉀（K）含量（%）；

各器官N養(yǎng)分積累量（g/株）=各器官干物質(zhì)質(zhì)量（g/株）×各器官養(yǎng)分百分含量/100；

各器官P2O5養(yǎng)分積累量（g/株）=各器官干物質(zhì)質(zhì)量（g/株）×各器官養(yǎng)分百分含量×2.291 4/100；

各器官K2O養(yǎng)分積累量（g/株）=各器官干物質(zhì)質(zhì)量（g/株）×各器官養(yǎng)分百分含量×1.204 6/100；

整株馬鈴薯養(yǎng)分積累量（g/株）=根系養(yǎng)分積累量（g/株）+莖稈養(yǎng)分積累量（g/株）+葉片養(yǎng)分積累量（g/株）+塊莖養(yǎng)分積累量（g/株）。

2結(jié)果與分析

2.1馬鈴薯不同生育期干物質(zhì)累積量的變化特征

由圖1可知，馬鈴薯干物質(zhì)累積量在出苗后18～34 d增長(zhǎng)速度較慢，干物質(zhì)增加主要是葉片和莖稈；而出苗后34～88 d干物質(zhì)累積增長(zhǎng)速度較快，主要是由于這一時(shí)期是營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)并進(jìn)階段，生長(zhǎng)發(fā)育達(dá)到了全盛時(shí)期，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)逐漸向生殖生長(zhǎng)過渡轉(zhuǎn)移；到出苗88 d以后，葉片和莖稈逐漸枯萎，光合作用下降，這一階段主要以淀粉積累為中心，干物質(zhì)累積速度緩慢。在整個(gè)生育期馬鈴薯干物質(zhì)積累表現(xiàn)為慢—快—慢的規(guī)律，呈“S”形變化趨勢(shì)。從圖1中也可以看出，N2P2K2較其他處理的干物質(zhì)累積高，在出苗后88 d時(shí)，N2P2K2比N0P0K0（即CK）高83.70%，N2P2K1比N0P0K0（即CK）高74.21%，說明隨著鉀肥的增加，馬鈴薯干物質(zhì)的累積量也呈增加趨勢(shì)，但鉀肥增加到一定程度干物質(zhì)開始下降，這是由于鉀素過多會(huì)引起塊莖含水量增加，從而導(dǎo)致干物質(zhì)減少，加工品質(zhì)變差。綜合而言，N2P2K2處理對(duì)提高馬鈴薯干物質(zhì)效果較好。

從整個(gè)生育期來看（圖1），馬鈴薯干物質(zhì)累積量隨生育進(jìn)程呈近似“S”形變化，經(jīng)回歸分析和曲線擬合選優(yōu)，完全符合Logistic生長(zhǎng)函數(shù)y=178.032/（1+64.389e-0.069 4x），其干物質(zhì)實(shí)測(cè)值與由Logistic方程得出的模擬值之間呈極顯著正相關(guān)（r=0.998 2*[KG-*3]*），其干物質(zhì)累積量為169.72 g/株，鮮薯產(chǎn)量達(dá)到26.86 t/hm2。

從不同生育期來看，在幼苗期，干物質(zhì)累積量較少，約占總累積量的3%；塊莖形成期，干物質(zhì)累積量約占總累積量的29%；塊莖膨大期，干物質(zhì)累積量約占總累積量的64%，是干物質(zhì)累積最多的時(shí)期；淀粉累積期，干物質(zhì)累積量約占總累積量的5%。可見，干物質(zhì)累積量最大的時(shí)期在塊莖膨大期，其次是塊莖形成期，干物質(zhì)在各個(gè)時(shí)期累積量依次為塊莖膨大期﹥塊莖形成期﹥淀粉累積期﹥幼苗期。

2.2鉀肥用量對(duì)馬鈴薯各器官N、P、K養(yǎng)分累積量的影響

2.2.1對(duì)各器官N養(yǎng)分累積量的影響

如圖2所示，在馬鈴薯前期，氮素的吸收以葉片為主。從苗期到塊莖膨大期，葉片對(duì)氮素的吸收一直處于較高水平，塊莖膨大期時(shí)達(dá)到峰值（除CK外）；塊莖膨大期以后氮素的累積則明顯下降，其主要原因是隨著塊莖的不斷膨大，葉片中的氮素開始不斷向塊莖中轉(zhuǎn)移，說明植株已經(jīng)慢慢從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)過渡；在淀粉積累期時(shí)，塊莖中氮的積累量達(dá)到最大值，根系中氮的積累量則處于較低水平。在苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期，馬鈴薯各器官的氮素累積量大致表現(xiàn)為葉片>根系>莖稈、葉片>塊莖>莖稈>根系、葉片>塊莖>莖稈>根系、塊莖>葉片>莖稈>根系。

不同的鉀素處理對(duì)馬鈴薯不同器官的氮素積累起著決定性的作用（圖2）。苗期，葉片中氮的積累量以N2P2K2處理為最高，莖稈和根系氮的積累均是N2P2K3處理最高，N0P0K0處理最低，由此可得，在苗期施鉀肥對(duì)氮素的吸收具有很大的促進(jìn)作用，馬鈴薯各器官中氮的累積量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；在塊莖形成期，植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并進(jìn)，塊莖中的氮積累量以N2P2K2處理為最高，比對(duì)照（N0P0K0處理）高出2.18倍；塊莖膨大期時(shí)，葉片、根系中氮的累積量均是N2P2K1處理最高，而莖稈和塊莖中氮的累積量則是N2P2K2處理為最高，說明在不同的生育期內(nèi)，馬鈴薯的不同器官對(duì)氮素的吸收也各不相同；在淀粉積累期，葉片、莖稈、根系、塊莖均是N2P2K2處理最高，說明鉀肥用量過大或過小都會(huì)引起植株對(duì)其他養(yǎng)分吸收的不平衡，不利于植株對(duì)氮素的吸收和同化，故施鉀量應(yīng)該控制在N2P2K1處理和N2P2K2處理之間。

2.2.2對(duì)各器官磷養(yǎng)分累積量的影響

如圖3所示，馬鈴薯對(duì)磷的積累，前期都是以葉片為中心。苗期到塊莖膨大期，葉片對(duì)磷的吸收一直處于較高水平，塊莖膨大期時(shí)達(dá)到峰值（除CK和N2P2K3處理外）；塊莖膨大期以后，由于塊莖的不斷膨大，葉片、根系、莖稈中磷的累積量有所下降，開始向塊莖中不斷轉(zhuǎn)移；在淀粉積累期時(shí)，塊莖中的磷累積量達(dá)到最高值，根系中磷的累積量則處于較低水平。在苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期，各處理馬鈴薯各器官磷的累積量大致表現(xiàn)為葉片>根系>莖稈，葉片>塊莖>莖稈>根系，葉片>塊莖>根系>莖稈，塊莖>葉片>莖稈>根系。

不同的鉀素處理對(duì)馬鈴薯不同器官磷的累積也有著不同的影響（圖3）。苗期，各器官中N2P2K2處理的磷累積量為最高，N0P0K0處理最低，由此可得，苗期隨著鉀肥施用量的不同，馬鈴薯不同的器官對(duì)磷的吸收量也有所不同；塊莖膨大期時(shí)，馬鈴薯的葉片、根系、莖稈和塊莖中磷累積量則是N2P2K1處理最高，說明這一時(shí)期過量的鉀肥會(huì)抑制磷的積累；在塊莖形成期和淀粉積累期，馬鈴薯各個(gè)器官磷的積累量均是N2P2K2處理最高，充分說明適量的氮鉀配比，對(duì)馬鈴薯葉片、根系、莖稈和塊莖中磷的積累均產(chǎn)生積極的影響，而施用過量的鉀肥，植株則對(duì)磷的吸收表現(xiàn)不明顯。

2.2.3對(duì)各器官鉀養(yǎng)分累積量的影響

如圖4所示，馬鈴薯對(duì)鉀的吸收，前期和N、P的累積相似，以葉片為主。出苗期到塊莖形成期，葉片中鉀的累積量一直很高；在塊莖形成期以后直至淀粉積累期，由于塊莖的生長(zhǎng)需要，葉片、根系、莖稈中的鉀累積量呈下降趨勢(shì)，開始向塊莖中不斷轉(zhuǎn)移；在淀粉積累期時(shí)，塊莖中的鉀累積量達(dá)到最高值，根系中鉀的累積量則處于較低水平。在苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期，馬鈴薯各器官鉀的累積量大致表現(xiàn)為葉片>根系>莖稈，葉片>塊莖>莖稈>根系，塊莖>葉片>莖稈>根系，塊莖>莖稈>葉片>根系。

不同的鉀素處理對(duì)馬鈴薯鉀的累積量影響也不同（圖4）。苗期，葉片和莖稈中鉀的累積量均是N2P2K2處理最高，比對(duì)照（N0P0K0處理）高出1.47倍、1.38倍；塊莖形成期時(shí)，馬鈴薯不同器官的鉀累積量均為N2P2K2處理最高，說明施鉀肥可以促進(jìn)馬鈴薯各器官對(duì)鉀的吸收，但施用過量的鉀肥會(huì)引起養(yǎng)分失衡，不利于植株對(duì)養(yǎng)分的吸收，從而造成投資成本過高和資源的浪費(fèi)；在塊莖膨大期、淀粉積累期，塊莖中的鉀累積量均是N2P2K3處理最高，分別比對(duì)照（N0P0K0處理）高出70.06%、55.96%，說明這2個(gè)時(shí)期塊莖對(duì)鉀素的養(yǎng)分需求量較大。由此可見，鉀肥的用量要控制在一定的范圍內(nèi)，過高或過低均影響植株對(duì)鉀素的吸收。

2.2.4生產(chǎn)1 000 kg馬鈴薯塊莖所需氮磷鉀養(yǎng)分量及其比例

N2P2K3>N2P2K4>N2P2K0>N0P0K0；所需K在626～9.95 kg/t 之間，需K2O在7.54～11.99 kg/t之間，各處理高低順序均表現(xiàn)為N2P2K3>N2P2K2>N2P2K4>N2P2K1>N2P2K0>N0P0K0。每生產(chǎn)1 000 kg馬鈴薯塊莖所需三要素N、P、K平均為6.52、0.64、8.44 kg，平均比例為 1 ∶[KG-*3]0.10 ∶[KG-*3]1.31，所需N、P2O5、K2O平均為6.52、1.47、10.17 kg，平均比例為1 ∶[KG-*3]0.23 ∶[KG-*3]1.58。

2.3不同鉀肥用量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

試驗(yàn)結(jié)果（表4）表明，隨著施鉀量的不同，馬鈴薯產(chǎn)量也均有所不同。通過實(shí)際測(cè)產(chǎn)和方差分析可知，各個(gè)施肥處理產(chǎn)量均比對(duì)照（N0P0K0處理）高，并且不同的施肥處理與N0P0K0處理相比均達(dá)到了顯著水平，其中N2P2K2、N2P2K1、N2P2K0、N2P2K3比N0P0K0的產(chǎn)量分別提高了18.75%、1552%、13.97%、13.84%，處理N2P2K0、N2P2K1與N2P2K3相比無顯著性差異，而處理N2P2K4與其他施鉀處理相比差異顯著，說明了隨著鉀肥施用量的增加，產(chǎn)量也有所提升，但鉀肥施用到一定程度，產(chǎn)量則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。經(jīng)回歸統(tǒng)計(jì)分析（圖5），產(chǎn)量與施肥量之間存在顯著的回歸關(guān)系，用一元二次肥料效應(yīng)模型擬合不同鉀素水平與產(chǎn)量之間的關(guān)系，可得馬鈴薯產(chǎn)量（y）與施鉀量（x）回歸方程y=-1.314x2+16316x+1 293.5，r2=0.936 2。當(dāng)施K量增至 6.21 kg/667 m2 時(shí)，馬鈴薯產(chǎn)量最大，為1 344.15 kg/667 m2，之后隨著施鉀量的增大產(chǎn)量緩慢下降。經(jīng)濟(jì)最佳施鉀量為3.23 kg/667 m2時(shí)，產(chǎn)量為1 332.49 kg/667 m2。

3結(jié)論與討論

馬鈴薯干物質(zhì)積累是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，干物質(zhì)在各器官的合理分配是產(chǎn)量形成的關(guān)鍵[20-21]。本研究結(jié)果表明，鉀肥使用得當(dāng)則有利于馬鈴薯干物質(zhì)積累量的增加，對(duì)馬鈴薯養(yǎng)分積累和產(chǎn)量提高均有重要意義。從整個(gè)生育期來看，馬鈴薯干物質(zhì)累積量隨生育進(jìn)程呈近似S型變化，經(jīng)回歸分析和曲線擬合選優(yōu)，完全符合Logistic生長(zhǎng)函數(shù)。這一研究結(jié)果與何文壽等的研究結(jié)果[22-24]相似。干物質(zhì)累積量最大的時(shí)期在塊莖膨大期，其次是塊莖形成期，干物質(zhì)在各個(gè)時(shí)期累積量依次為塊莖膨大期﹥塊莖形成期﹥淀粉累積期﹥幼苗期。

從研究中可以看出，不同的鉀肥用量，對(duì)馬鈴薯各器官氮磷鉀累積的影響也不盡相同。鉀肥控制在一定范圍內(nèi)，對(duì)馬鈴薯葉片、根系、莖稈和塊莖對(duì)氮磷鉀養(yǎng)分的吸收均產(chǎn)生積極的影響。鉀肥用量過高，則會(huì)引起養(yǎng)分失衡，影響植株對(duì)其他養(yǎng)分的吸收。

馬鈴薯是高產(chǎn)喜鉀作物[25]，在施肥時(shí)應(yīng)采取前促、中控、后保的原則。馬鈴薯增產(chǎn)效果與施鉀量呈拋物線的關(guān)系，這與邊際報(bào)酬遞減規(guī)律相符合。已有研究結(jié)果表明，鉀的合理施用有利于馬鈴薯產(chǎn)量的提高，對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量具有重要的影響[26]。鉀肥施用量過高過低都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量下降，這與殷文等的研究結(jié)果[27-29]相一致。從試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)施K量增至6.21 kg/667 m2時(shí)，馬鈴薯產(chǎn)量最大，為1 344.15 kg/667 m2，之后隨著施鉀量的增大產(chǎn)量緩慢下降。經(jīng)濟(jì)最佳施鉀量為3.23 kg/667 m2時(shí)，產(chǎn)量為 1 332.49 kg/667 m2，N2P2K0處理的肥料經(jīng)濟(jì)效益最高，產(chǎn)投比隨著鉀素增加而降低，故本地區(qū)K2O用量在6～8 kg/667 m2 最為適宜。

鉀肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響出現(xiàn)不同的研究結(jié)果，這可能與試驗(yàn)品種、土壤肥力、氣候條件等方面的因素有關(guān)，而關(guān)于鉀素對(duì)馬鈴薯各個(gè)器官中養(yǎng)分的運(yùn)轉(zhuǎn)、分配及發(fā)育的生理機(jī)制還有待于作進(jìn)一步深入研究。

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