不同供鉀水平對菊芋產量和物質分配規律的影響

楊 寧，高 凱，趙力興，林志玲

（1.內蒙古民族大學 農學院，內蒙古 通遼 028043；2.內蒙古自治區興安盟農牧科學研究所，內蒙古烏蘭浩特 137400）

菊芋（Helianthus tuberosusL.）又名洋羌，是一種多年性宿根草本植物.菊芋在食品、畜牧、生態保護等領域應用廣泛，其塊莖具有非常高的營養價值，抗癌功效極其顯著.菊芋塊莖中的菊粉含量占干物質的比重很大［1］，可分解為單個果糖，經過發酵后可產生乙醇，此過程的轉化率也非常高［2-4］.所以，在菊粉產業規模化發展中，菊芋塊莖作為重要原料，其生物量一直以來都備受關注，如何提高其產量也一直都是重點研究內容.李輝等［5］研究發現，去花可增加菊芋塊莖的數量與體積，其干重亦高于未做處理的菊芋；田梅［6］研究發現，嫁接可提高菊芋塊莖產量，幅度可達十個百分點；另有研究表明，霜后收獲也可提高菊芋塊莖產量［7］；以上措施均達到了提高菊芋塊莖產量的效果.鉀作為礦質元素，在作物生長發育過程中的作用至關重要［8-10］，其不但直接影響作物產量，還可增強作物的抗逆性［11］.近年來，不少學者就鉀肥對作物各器官生物量的影響展開了大量研究.李亞楠等［12］研究發現，適當增施鉀肥可以增加甘薯的單株分支數以及單株重，隨著施鉀量的增加，單株分支數和單株重呈現先增加后降低的趨勢；施鉀對于提高馬鈴薯的塊莖生物量效果顯著［13］，在生育期，增施鉀肥可使塊根的干物質積累量增加；郭志平等［14］研究發現，適當增加鉀肥可提高馬鈴薯的根系活力，進而增加塊莖商品率.另有研究表明，相比氯化鉀，硫酸鉀具有更好的增產效果［15-16］.

在實際生產中，由于種植者不斷減少有機肥的施入量，導致土壤中有效鉀含量逐漸減少，這限制了作物產量水平的進一步提高［17］.而有關菊芋最佳鉀肥施用量的研究也相對較少.本研究在菊芋的現蕾期對其進行不同梯度的增施鉀肥處理，探討不同鉀肥施用量對菊芋產量和物質分配規律的影響，為菊芋的高產栽培提供理論依據.

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點為內蒙古民族大學農牧業科技示范園區，位于內蒙古自治區通遼市科爾沁區豐田鎮（43°38′N，122°03′E），海拔180 m，年平均氣溫6.5℃，極端低溫為-31℃，無霜期145 d，年平均降水量390 mm，主要降雨時期在7月和8月.土壤為風砂土，有機質含量4.86 g·kg-1，速效鉀94.65 mg·kg-1，速效磷10.46 mg·kg-1，堿解氮11.15 mg·kg-1，pH 8.2.試驗地具備噴灌條件.

1.2 試驗材料

2019年5月6日種植，品種為白皮菊芋（Helianthus tuberosus‘White skin’）.種植密度為0.8 m×0.8 m，播種深度為15 cm.選取重30～40 g、無傷、無病的塊莖作為種子.施肥量為純氮35 kg·hm-2，P2O530 kg·hm-2，K2O 34 kg·hm-2，以底肥形式施入.出苗后定株.播種前灌1次水，生長期干旱時澆水，人工除草2次，隨時撥除雜草.收獲時間為2019年10月12日.

1.3 試驗設計

在菊芋現蕾期對其進行不同鉀肥（以氯化鉀形式施入）處理，共5個梯度，分別為CK（0 kg·hm-2）、K1（37.5 kg·hm-2）、K2（75 kg·hm-2）、K3（112.5 kg·hm-2）、K4（150 kg·hm-2），每個處理3個重復，處理時間為2019年8月25日.

1.4 測定指標及方法

地上生物量測定：每小區齊地面刈割，在室內分離莖葉，105℃條件下烘干48 h，最后測定干重.

地下生物量測定：取樣面積為0.4×0.4 m2，深度為0.3 m，取樣時盡量將每株的塊莖和根系全部取出，以保證根系和塊莖生物量測定準確.回到室內洗凈泥土，105℃條件下烘干48 h，最后測定干重.

1.5 數據處理

地上生物量=莖稈重+葉片重+花重+側枝重；

地下生物量=主根重+側根重+根莖重+塊莖重；

總生物量=地上生物量+地下生物量；

根冠比=地下生物量/地上生物量；

莖葉比=（莖稈重+側枝重）/葉片重；

葉貢獻率=葉片生物量/總生物量×100%；

花貢獻率=花生物量/總生物量×100%；

根系貢獻率=根生物量/總生物量×100%；

莖貢獻率=莖生物量/總生物量×100%；

塊莖貢獻率=塊莖生物量/總生物量×100%；

利用Excel進行數據計算和繪圖，利用SPSS進行方差分析.

2 結果與分析

2.1 不同鉀肥處理對菊芋總生物量的影響

由圖1可知，K4處理地上生物量、地下生物量和總生物量最高；地上生物量順序為：K4＞K2＞K1＞CK＞K3，其中，K3顯著低于K1、K2和K4（P＜0.05），CK、K1、K2和K4之間差異不顯著；地下生物量順序為：K4＞K3＞K1＞CK＞K2，其中，K4顯著高于其他處理（P＜0.05），CK、K1、K2和K3之間差異不顯著；總生物量順序為：K4＞K2＞K1＞CK＞K3，其中，K4顯著高于其他處理（P＜0.05），CK、K1、K2和K3之間差異不顯著.

圖1 不同鉀肥處理對菊芋生物量的影響Fig.1 Effects of different potassium fertilizer treatments on the biomass of Jerusalem artichoke

2.2 不同鉀肥處理對菊芋各器官生物量的影響

由表1可知，K1、K2和K3條件下葉片生物量與CK之間無顯著差異，最大值為K4處理，且K4顯著高于CK（P＜0.05）；K3條件下花生物量與CK之間無顯著差異，最大值為K4處理，且K4、K1和K2顯著高于CK（P＜0.05）；隨著施鉀量的增加，根系生物量呈現逐漸增加的趨勢，最大值為K4處理，且各處理之間差異不顯著；K1、K2、K3和K4條件下莖生物量均與CK無顯著差異，最大值為K4處理；K2條件下塊莖生物量顯著低于其他處理（P＜0.05），K1、K3與CK之間無顯著差異，最大值為K4處理，且K4顯著高于其他處理（P＜0.05）.

表1 不同鉀肥處理對菊芋各器官生物量的影響Tab.1 Effects of different potassium fertilizer treatments on biomass of Jerusalem artichoke organs g·plant-1

2.3 不同鉀肥處理對菊芋根冠比和莖葉比的影響

由圖2可知，根冠比隨著施鉀量的增加大體呈現先降低后升高的趨勢，最大值為K3處理，順序為：K3＞K4＞CK=K1＞K2，其中，K3和K4顯著高于CK、K1和K2（P＜0.05），K3和K4之間差異不顯著，CK、K1和K2之間差異不顯著；莖葉比隨著施鉀量的增加呈現逐漸降低的趨勢，最大值為CK處理，順序為：CK＞K2＞K1＞K3＞K4，但各處理之間差異不顯著.

圖2 不同鉀肥處理對菊芋根冠比和莖葉比的影響Fig.2 Effects of different potassium fertilizer treatments on root shoot ratio and stem leaf ratio of Jerusalem artichoke

2.4 不同鉀肥處理對菊芋各器官貢獻率的影響

由表2可知，隨著施鉀量的增加，葉片貢獻率呈現先升高后降低的趨勢，且各處理之間并無顯著差異；K2、K3和K4條件下花貢獻率與CK之間差異不顯著，最大值為K1處理，且K1顯著高于CK（P＜0.05）；隨著施鉀量的增加，根系貢獻率呈現先升高后降低的趨勢，最大值為K3處理，各處理之間并無顯著差異；K1、K2、K3、K4條件下莖貢獻率與CK之間均無顯著差異，最大值為K2處理；K1條件下的塊莖貢獻率與CK之間無顯著差異，K2顯著低于其他處理（P＜0.05），最大值為K4處理，且K4和K3顯著高于CK（P＜0.05）.

表2 不同鉀肥處理對菊芋各器官貢獻率的影響Tab.2 Effects of different potassium fertilizer treatments on the contribution rate of Jerusalem artichoke organs %

3 討論與結論

在塊根塊莖類植物上，有關施用鉀肥的研究相對不多，其中主要以馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）為主，有研究表明，在鉀素匱乏的地區，適當增施鉀肥可以使馬鈴薯的生理生化過程得到改善，提高光合速率，調節酶活性以及生長代謝，還能增加土壤養分，促進土壤形成團粒結構，進而提高產量［18］.在本研究中，增施鉀肥顯著提高了菊芋塊莖產量，且塊莖產量隨著施鉀量的增加呈現逐漸增加的趨勢，這與李厚華等［19］對馬鈴薯增施鉀肥的研究結果一致.但與施春婷等［20］的研究結果不完全一致，這可能是由于地理氣候因素和施肥量等不同所導致.隨著施鉀量的增加，菊芋的葉片生物量也逐漸增加.光合作用的主要器官是葉片，其生物量的增加必然使光合作用增強，進而提高產量.所以，產量提高的主要原因也可能是增施鉀肥提高了葉片生物量.

鉀作為肥料三元素之一，其對植物物質分配規律的影響非常顯著.孫小花等［21］設置不同水平探討鉀對胡麻（Sesamum indicum）花后干物質轉運的影響，結果表明，鉀肥使胡麻的物質分配規律發生了顯著變化.本研究也得出相同結論，鉀肥對菊芋的物質分配規律產生了一定影響.在不同供鉀水平下，菊芋的莖稈和塊莖貢獻率均表現出一定差異，而葉片、花、根系貢獻率之間無顯著差異.其中，干物質主要積累在莖部與葉部，這也與孫小花等［21］的研究結果一致.此外，除塊莖貢獻率呈現上升趨勢外，葉片貢獻率、花貢獻率、根系貢獻率以及莖稈貢獻率均隨著施鉀量的增加呈現先增加后降低的趨勢.這也證明鉀素的添加對植株的影響存在閾值［22］，此閾值可能與植株自身器官數量變化有關，還可能與土壤性質密切相關，試驗區土質為沙土，其保水保肥能力相對較差，在短時間內過度施入鉀肥，植株可能無法完全吸收，一部分隨灌溉淋溶損失；還可能是因為土壤中鉀素過多，對根系產生脅迫，使植株的正常吸收和轉運功能受到影響.

本研究結果顯示，增施鉀肥對于提高菊芋生物量的效果十分顯著，地上生物量、地下生物量和總生物量的最大值均為最大施肥量處理（150 kg·hm-2）；隨著鉀肥施用量的增加，根冠比逐漸升高，莖葉比逐漸降低；除塊莖貢獻率呈現上升趨勢外，葉片貢獻率、花貢獻率、根系貢獻率以及莖稈貢獻率均隨著施鉀量的增加呈現先增加后降低的趨勢.