有機肥用量和種植密度對泰興香荷芋農藝性狀、產量結構的影響

王 安，常慶濤，吳 薇

（江蘇省農業科學院泰州農科所，江蘇 泰州 225300）

芋，別名芋艿、芋頭、毛芋等，學名為Colocasia esculenta（L.）Shott.，是天南星科（Araceae）芋屬（colocasia Schoot）多年生草本植物，常作一年生栽培［1］。我國芋栽培歷史悠久，種質資源豐富，種植范圍遍布華南、華中、華東、華北、西南等地區，以珠江流域和臺灣地區栽培最多，其次為長江及淮河流域［2］。芋可食部分為地下部球莖，球莖中富含淀粉和多種營養元素，風味獨特，口感俱佳，是深受廣大消費者喜愛的營養保健型食物之一［3］。江蘇省芋種植區域主要集中于泰州、南通、常州等沿江地區，常年種植面積1.33 萬hm2。近年來，該地區芋農在追求高產時存在無機肥施用過量問題，導致土壤養分利用率低、芋食味品質下降、面源污染加劇等系列問題，嚴重制約當地芋頭生產及產業可持續發展［4］。

隨著農業供給側結構性改革和綠色發展理念的不斷深入，降低芋田無機肥施用量勢在必行。研究表明，有機肥替代無機肥是實現農業綠色發展的有效途徑之一，通過增施有機肥能顯著提高土壤養分利用率和改善作物品質［5］。種植密度是實現芋高產的重要栽培因素［6］，適宜的種植密度能夠為群體提供足夠生物量，促進個體與整體協調生長，進而實現芋高產。焦慶清等［7］研究認為，泰興香荷芋適宜的種植密度為63000 株/hm2。肥料和種植密度在協調作物生育期內植株生育特性、產量形成方面具有互作效應，肥料供應充足，種植密度合理，能顯著促進葉片進行光合作用，對促進植株干物質積累、產量形成具有重要作用［8］。芋頭具有生育期長、需肥量大、耐肥力強等生長特性，但其肉質根系對土壤穿透力較弱。生產上基肥以有機肥為主，每公頃用量為30～45 t，在滿足芋頭肥料需求的同時創造疏松適宜的土壤環境，促進其根系的延伸及后期地下球莖的膨大［9］。劉燕敏等［10］田間試驗結果表明，增施有機肥能顯著提高泰興香荷芋子孫芋商品性，提高種植效益。但關于有機肥用量與種植密度對芋頭植株生長及產量的研究還未見報道。為此，本試驗以沿江地區種植面積較大的泰興香荷芋為試驗材料，分析有機肥用量和種植密度對芋頭主要農藝性狀、產量結構的影響，以期為該地區芋頭高產優質生產提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗基本情況

泰興香荷芋由泰興市農業科學院提供，屬多子芋類型。試驗于2019 年分別在江蘇省農業科學院泰州農科所、泰興市農業科學院試驗基地進行。兩地均位于江蘇省里下河地區，屬北亞熱帶濕潤氣候區，年平均降水量1049 mm，年平均溫度14.7℃，年日照時長2240 h，無霜期約為220 d。前者試驗地土壤質地為黏性，前茬作物為花生，土壤耕作層（0～20 cm）主要養分含量為：有機質14.54 g/kg，全 氮1.62 mg/kg，堿解氮84.35 mg/kg，速效 鉀（K）134.57 mg/kg、有效磷（P）14.32 mg/kg，pH 為7.7。后者土壤質地為砂壤土，前茬作物為水稻，土壤耕作層（0～20 cm）主要養分含量為：有機質12.11 g/kg，全氮0.97 mg/kg，堿解氮79.65 mg/kg，速效鉀（K2O）152.35 mg/kg、有效磷（P2O5）12.16 mg/kg，pH 為7.4。

1.2 試驗設計

試驗采用兩因素隨機區組設計，設有機肥用量15（F15）、30（F30）、45（F45）t/hm2和種植密 度3.75 萬（M3.75）、5.25 萬（M5.25）、6.75 萬株/hm2（M6.75），3 次重復，共27 個小區。小區長6 m，寬3.3 m，面積19.8 m2，每小區3 壟，每壟種植2 行，行距40 cm，四周設1 m 寬保護行。有機肥由泰州市高港區潤馨肥料有限公司提供，主要養分含量為：有機質≥12%；全氮3%；全磷1.2%；全鉀1.28%。有機肥按基肥∶膨大肥為1∶1 施用。于3月中旬起壟劃小區，按設計用量施有機肥。P2O5（過磷酸鈣）、K2O（硫酸鉀）用量分別為300、450 kg/hm2，其中磷肥全部作基肥施用，鉀肥按基肥∶膨大肥為1∶1 施用。兩地均于3 月21 日播種，播后覆膜，6 月下旬施膨大肥，10 月下旬對小區進行測產收獲。除有機肥用量和種植密度外，其他栽培措施均按泰興香荷芋高產優質栽培技術進行。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 農藝性狀測定

于6、12 葉期取長勢較為一致的3 株植株，測定株高、葉面積指數、莖和葉的干物質積累量。其中，葉面積指數采用打孔法測定，選擇芋葉片主脈1/2 處為中心打孔（10 cm×10 cm），測定單位面積重量折算葉面積指數，干物質重按器官（地下、莖、葉）分離，在105℃下殺青40 min，75℃烘干至恒重后稱莖、葉干物質積累量。

1.3.2 產量結構測定

成熟期對各小區子孫芋理論產量、實際產量及商品性進行測定。理論產量測定方法為選取一壟連續10 株，分別記錄單株子孫芋數量、產量和商品率，理論產量為平均單株產量×種植密度，商品率為單個重量≥15 g 子孫芋產量占單株產量的比例。商品芋產量為單個重量≥15 g 子孫芋產量總和。實際產量按小區實收產量折算而成。

1.4 數據分析

由于兩地試驗數據結論較為相似，故僅以江蘇省農業科學院泰州農科所試驗基地數據進行統計分析。采用SPSS 16.0 分析數據，GraphPad Prism 5 繪制、編輯圖表。

2 結果與分析

2.1 肥料和種植密度對植株株高的影響

圖1 和方差分析結果表明，6 葉期不同種植密度處理間株高差異未達顯著水平（P＞0.05），表明種植密度對6 葉期株高影響不顯著，F15、F30、F45處理平均株高分別為22.43、23.57、25.32 cm，差異達顯著水平，表明多施有機肥能促進苗期植株生長。隨著生育期推進，12 葉期芋頭株高隨種植密度增加呈顯著下降趨勢，種植密度為M6.75時的平均株高為61.7 cm，較M5.25、M3.75分別降低 7.39%、15.68%，表明較高的種植密度不利于生育后期保持較高的株高。不同種植密度下，植株株高隨有機肥用量增加而顯著增加。從種植密度與有機肥用量組合來看，12 葉期F45M3.75處理株高最大，平均為74.39 cm，顯著高于F45M5.25（68.98 cm）、F45M6.75（65.34 cm）等其他處理，表明低密高肥處理的株高能維持在較高的水平。

2.2 肥料和種植密度對葉面積指數的影響

泰興香荷芋的葉面積指數表現為6 葉期低于12 葉期。由圖2 和方差分析可知，6 葉期各處理葉面積指數表現為低種植密度（M3.75）和高種植密度（M6.75）時隨有機肥用量增加而增加，M5.25條件下葉面積指數隨有機肥用量增加呈先降低后增加趨勢，即F30M5.25葉面積最低，為0.27，較F15M5.25、F45M5.25分別降低14.81%、25.93%，差異達到顯著水平。12 葉期不同種植密度下以M3.75葉面積指數最低，F15、F30和F45葉面積指數分別為0.76、0.79和0.75，均顯著低于M5.25和M6.75條件下各肥料處理，表明增加種植密度有利于獲得較高的葉面積指數，M5.25和M6.75各肥料處理葉面積指數均以F15最低，分別為0.99 和0.75，以F45最高，分別為0.84和0.87，與F15相比，均達到顯著差異。

2.3 肥料和種植密度對地上干物質積累量的影響

表1 表明，隨著芋頭生育期推進，單株莖、葉干物質積累量不斷增加。F45M3.75處理單株莖、葉干物質積累量在6、12 葉期均為最高，分別為5.03、3.14 g/株和21.03、5.98 g/株，表明高肥低密有利于植株干物質轉化與積累。施肥量、種植密度及其互作對莖、葉干物質積累量均有顯著影響。6 葉期單株莖、葉干物質積累量隨施肥量增加均呈增加趨勢，F45M5.25、F30M5.25處理莖、葉干物質積累量較F15M5.25平均增加21.68%、44.02%和4.61%、31.58%，而單株莖、葉干物質積累量隨種植密度增加呈降低趨勢，F15M3.75、F15M5.25處理的莖、葉干物質積累量比F15M6.75平均增加16.04%、25.37% 和7.58%、3.98%。12 葉期各處理莖、葉干物質積累量差異性與6 葉期較為相似，該葉期單株莖、葉干物質積累量隨施肥量增加呈增加趨勢，隨種植密度增加呈降低趨勢。F15M6.75處理莖、葉干物質積累量分別為16.91、4.63 g/株，均低于中、高肥（F30和F45）水平下中、低密（M5.25和M3.75）各處理。其中干物質積累量達到顯著水平。

表1 不同肥料和種植密度處理下植株干物質積累量 （g/株）

2.4 肥料和種植密度對子孫芋產量結構的影響

由表2 可知，除了單株子孫芋數外，肥料、種植密度及其互作均顯著影響子孫芋產量結構。不同肥料水平下單株子孫芋重、商品率、理論產量、實際產量和商品芋產量均表現為隨肥料量增加而增加，不同種植密度水平下單株子孫芋重、商品率表現為隨種植密度增加而下降。其中，M3.75種植密度下的平均單株子孫芋重、商品率最高，平均分別為381.07 g/株和86.11%，M6.75種植密度下則最低，平均分別為343.96 g/株和65.45%。子孫芋理論和實際產量隨種植密度增加而增加，在M6.75種植密度條件下達到最高，平均分別為23217、21537 kg/hm2。商品芋產量隨種植密度增加呈先增加后下降趨勢，在M5.25種植密度水平下最高，平均為14628 kg/hm2。F45M3.75處理單株子孫芋重、商品率均為最高，分別為398.52 g、88.72%，F15M6.75處理最低，分別為324.51 g、64.25%。F45M6.75處理理論和實際產量均為最高，平均分別為24625、22949 kg/hm2，F15M3.75處理最低，平均分別為13703、12955 kg/hm2，商品芋產量則以F45M5.25處理最高，為15727 kg/hm2，以F15M3.75處理最低，為10927 kg/hm2。

表2 不同肥料和種植密度處理下子孫芋產量結構

對各處理單株子孫芋重（X1）、種植密度（X2）和子孫芋實際產量（Y）進行了相關分析（表3），結果表明，X1、X2與Y 相關系數分別為0.97、0.53，前者達到極顯著正相關（P＜0.01），后者達到顯著正相關（P＜0.05）。對影響子孫芋實際產量相關的單株子孫芋重、種植密度作回歸、通徑分析，其回歸模型方程為Y=-19341.03+53.15X1+0.34X2，進一步表明單株子孫芋重、種植密度對實際產量均具有顯著正效應。X1、X2對Y的直接通徑系數分別為0.21、0.33，表明種植密度對子孫芋實際產量直接效應最大，而單株子孫芋重對實際產量直接效應較小。因此，在種植過程中應充分考慮種植密度對產量的積極影響，并協調形成適宜的單株子孫芋重。

表3 單株子孫芋重、種植密度對產量（Y）的相關與通徑分析

3 討論

3.1 施肥量和種植密度對作物生長發育的影響

施肥量和種植密度是優化作物群體結構、增加產量的重要栽培措施之一，適宜的施肥量和種植密度是調節群體與個體生長發育的重要保障，對作物生長發育、產量形成等具有決定性作用［8，11-12］。株高、葉面積指數和干物質積累量是衡量作物生長發育的重要農藝性狀。施肥量和種植密度對作物農藝性狀的影響與作物類型、肥料種類、施肥方式等因素密切相關，一直以來是作物栽培領域研究的重點，前人為此做了大量研究工作。馬建輝等［13］研究認為，適量增施肥料和增加種植密度能顯著提高小麥葉面積指數、葉片葉綠素含量、群體干物質積累量等，創造有利于促進灌漿期群體光合作用和后期干物質積累的有利條件，同時，不同基因型小麥品種對肥料和種植密度的響應存在顯著差異性。曹勝彪等［14］發現，增施氮肥用量可促進高種植密度條件下夏玉米的單株干物質積累量、氮素利用和轉運效率以及千粒重和穗粒數，進一步影響最終產量形成。徐新朋等［15］對雙季稻施肥量和種植密度的調查結果表明，增施氮量和種植密度能顯著增加水稻有效分蘗總數，氮肥和種植密度對株高、有效穗粒數、穗長等均有顯著或極顯著作用。除地上部糧食作物外，肥料和種植密度對地下類塊莖作物生長亦有顯著影響。于顯楓等［11］研究表明，有機肥替代氮肥能提高馬鈴薯塊莖膨大期葉面積指數和SPAD 值，促進塊莖膨大和同化物質積累。而種植密度對植株SPAD 值影響不顯著，這與本文研究結果較為相似。吳海云等［16］在施氮量和栽插種植密度對甘薯群體發育和產量形成的影響表明，施氮可顯著提高甘薯前期最大蔓長及各時期葉面積指數，促進群體干物質積累與轉運，而栽插密度對最大蔓長、分枝數的影響均未達顯著水平，且二者互作效應不顯著。本研究表明，與M3.75相比，M5.25、M6.75種植密度處理降低了芋頭植株6 葉期莖、葉干物質積累量和12 葉期株高、莖、葉干物質積累量，表明芋頭密植栽培會加劇群體間相互競爭，導致養分消耗增多，抑制群體正常生長，這與馬建輝等［13］、王爽等［17］、曹冰等［18］的研究結果較為一致。從結果來看，當有機肥用量為45 t/hm2時，對促進芋頭植株株高、葉面積指數及干物質積累有較好的效果，這可能是由于施用有機肥能有效改善土壤理化性質，促進芋頭根系的延伸及對養分的吸收、轉化等，從而促進植株生長。諸多研究結果亦證實了有機肥對作物生長具有顯著的正效應［19-21］。因此，通過種植密度和肥料用量調控芋頭群體結構與植株生長狀況，發揮作物群體和個體互補作用，對芋頭種植具有重要生產意義。

3.2 施肥量和種植密度對作物產量的影響

作物產量除了受自身遺傳特性、土壤質地、地理環境影響外，還受到種植密度、施肥量等栽培措施的影響［13］。芋頭為地下球莖類作物，其球莖產量形成與地上部干物質積累量密切相關，適宜的干物質積累總量是取得高產的基礎，而干物質積累總量則受群體結構與單株生產力的影響，適宜的種植密度、施肥量則是協調群體結構和單株生產力的主要栽培措施。本試驗研究表明，有機肥用量與種植密度對芋頭產量構成具有顯著互作效應，高肥低密處理有利于單株子孫芋重、商品芋產量的提高，高肥高密處理則有利于理論產量和實際產量的提高，以F45M6.75處理下子孫芋理論產量和實際產量最高，但其商品芋產量卻低于F45M5.25處理為例，表明種植密度過大會加劇群體植株個體間對養分、水分、光合作用等的相互競爭，造成子孫芋商品性的下降，這與王友生等［22］在馬鈴薯上的研究結論較為相似，但其得出肥料對單株結薯數有顯著影響這一結論與本文不一致，可能原因是由泰興香荷芋自身遺傳特性決定，與外界栽培環境無關。

前人研究表明，作物產量表現在一定范圍內均依賴于施肥量和種植密度的增加［23-25］。但當施肥量和種植密度超過臨界值后，其產量則會出現一定程度的下降，即施肥量和種植密度對作物產量的影響呈單峰曲線關系，過高的施肥量或種植密度會打破作物個體生長與群體生長的協調性，最終影響作物獲得高產［26］。賴永紅［27］研究了不同肥料配施、種植密度等對福建龍巖紅芽芋產量相關性狀的影響，發現當有機肥用量達到15 t/hm2或種植密度超過4.46 萬株/hm2后，再增加施肥量或提高種植密度并不利于紅芽芋獲得高產。但本文研究表明，子孫芋實際產量隨有機肥用量和種植密度的增加而增加，并未出現下降趨勢，當有機肥用量為45 t/hm2，種植密度為6.75 萬株/hm2時均能取得最高產，與之結論不同的可能原因與栽培方式、生態氣候、地理環境有關，也可能和兩份芋頭品種的最大需肥量不同有關，目前，關于香荷芋種植最大需肥量的研究還未有報道，對此還需進一步探討研究。從子孫芋商品率看，過高的種植密度會加劇植株間對光、肥、水的競爭，導致植株地上、地下各器官養分吸收、轉運受到抑制，使得大、中型子孫芋產量降低，從而降低商品率，這與王暉等［28］、李效文等［29］在甘薯、馬鈴薯上的研究結果相似。因此，綜合子孫芋產量和商品性表現，建議本地區香荷芋生產上有機肥用量、種植密度分別維持在45 t/hm2、5.25 萬株/hm2左右為宜。另外，本文對子孫芋實際產量構成因素進行的通徑分析顯示，種植密度對實際產量貢獻最大，其次為單株子孫芋重，表明只有通過協同種植密度和單株子孫芋重，才能最大程度地發揮芋頭增產作用。

4 結論

有機肥用量和種植密度顯著影響芋頭植株株高、葉面積指數和莖、葉干物質積累量。隨著種植密度的增加，從6 葉期到12 葉期，芋頭的株高、莖和葉干物質積累量均逐漸降低，葉面積指數則逐漸增加。隨肥料用量的增加，上述指標均呈增加趨勢，在肥料用量為45 t/hm2時芋頭生長狀態達到最佳水平。子孫芋理論產量、實際產量均隨有機肥用量和種植密度的增加而增加，商品芋產量隨施肥量增加而增加，隨種植密度增加先增加后下降。各處理理論產量、實際產量在F45M6.75處理時最高，分別為24625、22949 kg/hm2，而商品芋產量以F45M5.25處理最高，平均為15727 kg/hm2。此外，通徑分析表明種植密度對芋頭子孫芋產量有決定性作用。在香荷芋種植過程中，一定程度上增加有機肥用量和種植密度，可以協調個體和群體均衡生長，實現當地香荷芋高產高效。因此，建議泰州地區香荷芋適宜有機肥用量為45 t/hm2，種植密度為5.25萬株/hm2。