滴灌條件下高產(chǎn)馬鈴薯植株—土壤系統(tǒng)鉀素平衡的研究

賈立國(guó)，康文欽，蘇亞拉其其格，樊明壽*

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院農(nóng)牧業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019）

鉀素是馬鈴薯重要的必需元素之一，關(guān)于鉀素的吸收、運(yùn)輸、分配等營(yíng)養(yǎng)規(guī)律方面已有大量研究[1,2]。施用鉀肥能增加馬鈴薯產(chǎn)量也已被許多研究和生產(chǎn)實(shí)踐所證實(shí)[3,4]。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，馬鈴薯種植模式和種植制度發(fā)生了巨大的變化，滴灌條件下高產(chǎn)馬鈴薯（＞45 t/hm2）已經(jīng)可以在生產(chǎn)上大面積實(shí)現(xiàn)，但是專(zhuān)門(mén)針對(duì)高產(chǎn)條件下馬鈴薯鉀素營(yíng)養(yǎng)規(guī)律的研究甚少[5]。

另外，近十幾年來(lái)農(nóng)業(yè)上化肥的大量施用，在增加產(chǎn)量的同時(shí)也造成了農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降和環(huán)境惡化。合理的化肥投入是目前農(nóng)業(yè)科學(xué)的研究熱點(diǎn)，對(duì)此國(guó)家提出了“減肥減藥”的戰(zhàn)略部署。一些研究表明，馬鈴薯生產(chǎn)上普遍存在鉀肥供應(yīng)不足的現(xiàn)象，而局部地區(qū)鉀肥供應(yīng)過(guò)量的問(wèn)題有逐漸加重的趨勢(shì)[6,7]。如何合理的施用鉀肥是馬鈴薯生產(chǎn)上重要的科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題。內(nèi)蒙古馬鈴薯高產(chǎn)高效創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)前期的研究表明，馬鈴薯具有奢侈吸鉀的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)[8]。關(guān)于氮素營(yíng)養(yǎng)診斷施肥技術(shù)已有深入研究，但是對(duì)鉀素推薦施肥的技術(shù)指標(biāo)及方法的研究還較少[9]。鑒于此，從馬鈴薯植株—土壤系統(tǒng)鉀素平衡的角度出發(fā)，探索能夠表征高產(chǎn)馬鈴薯鉀素施用的技術(shù)指標(biāo)，以期為高產(chǎn)馬鈴薯鉀肥合理施用就顯得尤為必要。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2012年在內(nèi)蒙古烏蘭察布市察右中旗（N 41°30'，E 112°64'，海拔1 780 m）進(jìn)行，該區(qū)屬于典型的半干旱農(nóng)業(yè)區(qū)，年均無(wú)霜期約100 d。2012年馬鈴薯生育期總降水量為232.3 mm，月平均氣溫16.6℃。供試土壤為栗鈣土，土質(zhì)為沙壤，pH 8.1，試驗(yàn)地耕層（0～20 cm）土壤有機(jī)質(zhì)13.1 g/kg，全氮1.4 g/kg，速效磷10.4 mg/kg，速效鉀108.1 mg/kg，容重1.3g/cm3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試馬鈴薯品種為‘克新1號(hào)’脫毒原種，試驗(yàn)采用滴灌栽培模式，種植密度均為61 500株/hm2，5月15日播種，9月13日收獲。肥料用量為N211kg/hm2（氮源為尿素，含N 46%），P2O5193 kg/hm2（磷源為過(guò)磷酸鈣，含P2O516%），其中氮肥全部追施（隨滴灌分5次等量進(jìn)行追施，從出苗后15 d開(kāi)始第1次追施，以后每隔10 d追施1次），磷肥20%作為底肥一次施入，80%追肥的方式進(jìn)行施用，具體方法及追施時(shí)間同氮肥。

試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)鉀肥用量梯度，不施鉀（K0）處理作為對(duì)照，各處理具體見(jiàn)表1，鉀肥（硫酸鉀，含K2O50%）全部采用追肥的方式進(jìn)行施用，具體方法及追施時(shí)間同氮肥。小區(qū)面積72 m2（6 m×12 m），小區(qū)間設(shè)2m隔離行，各處理隨機(jī)排列，3次重復(fù)。

表1 鉀肥試驗(yàn)處理Table 1 Treatment of potassium fertilizer application rate in potato

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤采樣及理化指標(biāo)測(cè)定：播種前隨機(jī)選5點(diǎn)取土樣，采集0～20 cm土層樣品混合，用于土壤基本理化性狀的測(cè)定，其中土壤速效鉀采用1 mol/L NH4OAc浸提—火焰光度計(jì)法進(jìn)行測(cè)定[10]。分別于馬鈴薯出苗后15，30，62，77和90 d取無(wú)肥區(qū)0～20cm土壤進(jìn)行鉀素測(cè)定，測(cè)定方法同上。

鉀素平衡系數(shù)=鉀肥（K2O）年投入量/作物年帶走鉀素量（K2O）

生物量：分別于馬鈴薯出苗后15，30，62，77和90 d，在各處理的每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取3株，分成根、莖、葉、塊莖4部分，置于烘箱中105℃殺青30min，然后于80℃下烘干至恒重后稱(chēng)重。

植株鉀濃度測(cè)定：H2SO4-H2O2消煮，火焰光度計(jì)法測(cè)定。

測(cè)產(chǎn)：收獲時(shí)，每小區(qū)隨機(jī)抽取2m2進(jìn)行塊莖產(chǎn)量測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，LSD法用于平均數(shù)間多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同供鉀水平下馬鈴薯產(chǎn)量

圖1 不同施鉀量下馬鈴薯產(chǎn)量Figure 1 Potatotuberyieldunderdifferentpotassiumrates

一定范圍的施鉀量可顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量，該試驗(yàn)條件下增產(chǎn)幅度為19.9%～43.8%；在K2（49.9t/hm2）、K3（48.2 t/hm2）施鉀水平下產(chǎn)量最高，均超過(guò)了45 t/hm2的高產(chǎn)水平，繼續(xù)增加鉀肥施用量（K4處理）產(chǎn)量不會(huì)進(jìn)一步增加，甚至有所下降（圖1）。鉀供應(yīng)不足（K0，K1）或過(guò)量（K4，K5）的4個(gè)處理馬鈴薯塊莖產(chǎn)量均低于45t/hm2。

2.2 不同供鉀水平下馬鈴薯各器官鉀素濃度

收獲時(shí)各器官中鉀素濃度表現(xiàn)為莖中最高，塊莖次之，根中最低。各器官中鉀素濃度均隨著外源供鉀量的增加呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，莖中的增加幅度最為明顯（表2）。

表2 馬鈴薯收獲時(shí)不同器官的鉀素濃度（g/kg DW）Table 2 Potassium concentration in different organs of potato at harvest

2.3 不同供鉀水平下馬鈴薯整株鉀素積累量

隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，馬鈴薯整株（包括葉片、莖、根、匍匐莖和塊莖）鉀素積累量逐漸增加，收獲時(shí)（出苗后90 d）略有下降。隨著施鉀量的增加，馬鈴薯整株鉀素積累量均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，塊莖形成期（出苗后30 d）到塊莖膨大期（出苗后62 d）的增幅最大，淀粉積累期（出苗后77 d）鉀素積累量達(dá)到最大（表3）。在本試驗(yàn)供鉀水平范圍內(nèi)，產(chǎn)量最高的處理（K2和K3）鉀素積累量并不是最多。

2.4 不同供鉀水平下馬鈴薯塊莖鉀素分配

馬鈴薯塊莖的鉀素分配比例呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，成熟收獲時(shí)（出苗后90d），高產(chǎn)馬鈴薯（K2和K3處理）鉀素在塊莖中的分配比例處于居中水平，高于對(duì)照而低于高鉀處理（圖2）。

2.5 不同供鉀水平下塊莖需鉀量

鮮塊莖（1 000 kg）鉀素需鉀量因供鉀水平不同而有明顯差異。隨著供鉀量的增加，鮮塊莖（1000kg）需鉀量呈現(xiàn)先降低后增加的變化規(guī)律。高產(chǎn)馬鈴薯（K2和K3處理）生產(chǎn)鮮塊莖（1 000 kg）需鉀量最少（圖3）。

表3 不同處理下馬鈴薯整株鉀素積累量（g/plant）Table 3 Potassium accumulations of potato plant after emergence under different treatments

圖2 不同處理下馬鈴薯塊莖鉀素分配比例（%）Figure 2 Potassium distribution in tuber of potato under different treatments

圖3 不同鉀肥處理下塊莖需鉀量（kgK2O/1000kgFW）Figure 3 PotassiumrequirementsunderdifferentKtreatments

2.6 土壤速效鉀含量的動(dòng)態(tài)變化

從圖4可以看出，無(wú)鉀區(qū)0～20 cm土壤速效鉀含量隨著馬鈴薯生育期的推進(jìn)逐漸降低，馬鈴薯塊莖膨大期至淀粉積累期（出苗后62～77 d）供試土壤速效鉀供應(yīng)量下降明顯，下降幅度達(dá)31.8mg/kg。

2.7 不同供鉀水平下馬鈴薯田鉀素平衡

圖4 無(wú)鉀區(qū)0～20 cm土壤速效鉀含量的動(dòng)態(tài)變化Figure 4 Changes in available potassium content in 0-20 cm soil of plot without potassium fertilizer application

表4 不同鉀肥施用量下馬鈴薯田鉀素平衡Table 4 Potassium balance in potato field under different K applications

對(duì)不同施鉀水平下馬鈴薯植株—土壤系統(tǒng)鉀素表觀盈虧進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果表明馬鈴薯鉀素總吸收量隨著鉀肥施用量增加而增加，即施鉀量越高，作物從土壤中帶走的鉀越多。鉀表觀盈虧量表現(xiàn)為嚴(yán)重虧缺（K0和K1處理）和嚴(yán)重盈余（K4和K5處理）時(shí)產(chǎn)量均會(huì)顯著降低。從鉀素平衡系數(shù)來(lái)看，數(shù)值接近1的處理（K2和K3處理）產(chǎn)量最高（表4）。

3 討 論

課題組前期的研究明確了滴灌條件下高產(chǎn)馬鈴薯（＞45 t/hm2）的群體特征，包括產(chǎn)量形成、物質(zhì)積累和磷素營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)，但是鉀素營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)還不清楚，更缺少表征高產(chǎn)馬鈴薯鉀素營(yíng)養(yǎng)技術(shù)指標(biāo)的研究[11]。長(zhǎng)期以來(lái)，人們普遍認(rèn)為陰山丘陵馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)土壤不缺鉀，水分是馬鈴薯產(chǎn)量提升的主要限制因子[12]。本研究的結(jié)果表明，即便在水分充分供應(yīng)的條件下，不施鉀肥或者施用量不足均不會(huì)獲得高產(chǎn)（圖1），不施鉀的馬鈴薯田速效鉀素水平隨生育期推進(jìn)顯著降低，不足以支撐下一季作物對(duì)鉀素的基本需求（圖4）。但是，鉀肥過(guò)量施用也會(huì)導(dǎo)致減產(chǎn)，而植株鉀素的積累量卻會(huì)隨著施鉀水平的增加而持續(xù)增加（表2），也就是說(shuō)超過(guò)一定施鉀量后，多吸收的鉀素并沒(méi)有對(duì)產(chǎn)量做貢獻(xiàn)，進(jìn)一步證實(shí)了馬鈴薯存在奢侈吸收的結(jié)論[8]。隨著外源鉀素水平的提高，收獲時(shí)分配到塊莖中的比例也越高（圖2），致使在高鉀供應(yīng)條件下生產(chǎn)塊莖（1000kg）需鉀量較高（圖3）。

基于馬鈴薯鉀素營(yíng)養(yǎng)需求的特點(diǎn)，從植株—土壤系統(tǒng)的角度評(píng)估了馬鈴薯鉀素營(yíng)養(yǎng)平衡，提出了表征高產(chǎn)馬鈴薯鉀素施用的技術(shù)指標(biāo)。研究結(jié)果表明，鉀表觀盈虧量和鉀素平衡系數(shù)均可以作為用于鉀素推薦施肥很好的參數(shù)。植株鉀素總吸鉀量越接近總施鉀量，產(chǎn)量效應(yīng)越好，此時(shí)鉀表觀盈余量的值越趨近于0，鉀素平衡系數(shù)越接近于1。而且，在施鉀量接近鉀素吸鉀量時(shí)，生產(chǎn)塊莖（1 000 kg）吸鉀量最少，意味著鉀肥生產(chǎn)效率也最高。因此，可以把鉀表觀盈虧量和鉀素平衡系數(shù)作為馬鈴薯優(yōu)化施鉀的參考指標(biāo)，為馬鈴薯鉀素高效利用提供技術(shù)支撐。

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