鉀肥在旱地馬鈴薯栽培技術(shù)中的應用研究*

劉玉榮，賈雙勤，強生軍，段文霞

(1. 白銀市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，甘肅白銀，730900； 2. 白銀區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，甘肅白銀，730900)

0 引言

馬鈴薯作為我國主要的經(jīng)濟作物，具有營養(yǎng)價值高、耐旱高產(chǎn)、種植成本低、田間操作簡單等突出優(yōu)勢，既可作為替代性糧食又可作為食用蔬菜，對于農(nóng)民增收、推動脫貧攻堅具有重要現(xiàn)實意義[1-3]。白銀市位于甘肅省中部、黃河上游，地處黃土高原與騰格里沙漠過渡地帶，海拔介于1 275～3 321 m之間，年降水量不足500 mm，是典型的溫帶大陸性氣候。域內(nèi)晝夜溫差大、主產(chǎn)區(qū)黃土層深厚、土壤疏松、整體氣溫較低，有利于病蟲害防治、果實成型和淀粉積累，發(fā)展馬鈴薯種植產(chǎn)業(yè)具有得天獨厚的區(qū)位優(yōu)勢，尤其在水利條件較好的沿黃灌區(qū)，馬鈴薯種植及配套產(chǎn)業(yè)已成為當?shù)亟?jīng)濟支柱[4-6]。

近年來，由于栽培管理技術(shù)的相對落后，白銀市諸多馬鈴薯產(chǎn)區(qū)存在不同程度的產(chǎn)量下降、品質(zhì)退化等不良現(xiàn)象，遇秋季連陰多雨的年份，馬鈴薯晚疫病呈重發(fā)態(tài)勢，減產(chǎn)超過50%以上者較為常見，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了嚴重威脅。究其原因，在干旱氣候條件下，馬鈴薯栽培與種植過程中的鉀肥施用策略存在缺陷，使得馬鈴薯長期掠奪式利用土壤中的鉀元素，最終導致了馬鈴薯掠奪式利用—土壤嚴重缺鉀—產(chǎn)量、品質(zhì)下降的惡性循環(huán)。

國內(nèi)研究人員針對馬鈴薯栽培技術(shù)開展了許多有益的研究。李曉倩[7]研究了云南省楚雄州冬春早熟馬鈴薯高產(chǎn)栽培技術(shù)；戚六花等[8]根據(jù)云南省陸良縣氣候特征，立足大田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐，歸納了馬鈴薯雙膜覆蓋栽培技術(shù)特點與優(yōu)勢；王江[9]分析了種植不當、管理粗放等不利因素對馬鈴薯產(chǎn)量的影響；李宏博等[10]立足土地資源的充分利用，闡述了選地、施肥、田間管理、病蟲害防治等馬鈴薯種植管理技術(shù)；梁平[11]總結(jié)了馬鈴薯栽培與病蟲害防治措施。調(diào)研顯示有關(guān)馬鈴薯栽培技術(shù)的研究多集中于病蟲害防治、土地有效利用等方面，而關(guān)于鉀肥對馬鈴薯栽培、生長過程的影響研究較為缺乏。本文立足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐，結(jié)合筆者多年的農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣經(jīng)驗，研究了干旱氣候條件下馬鈴薯栽培技術(shù)中鉀肥的科學應用并提出了指導性鉀肥施用方案，供相關(guān)試驗與農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣參考。

1 馬鈴薯對鉀元素的掠奪式吸收及缺鉀形態(tài)表現(xiàn)

根據(jù)文獻[3]可知，馬鈴薯屬于草本淺根類植物，莖包括地上莖和地下莖兩部分，地下呈塊莖狀。馬鈴薯的繁殖方式分為有性繁殖與無性繁殖兩大類，有性繁殖利用種子生長成植株，無性繁殖則分為扦插地上莖與地下塊莖繁殖。此外，隨著農(nóng)業(yè)科技的長足進步，利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育無病毒植株也得到了廣泛應用。

馬鈴薯生長過程中，通過根系吸收土壤中的水、礦質(zhì)元素等營養(yǎng)物質(zhì)。由生物學基本原理，植物根系采用滲透作用的方式吸收水，而對于礦質(zhì)元素的吸收機理則為主動運輸，被選擇吸收的礦質(zhì)元素以離子形式從密度低的土壤中進入密度高的植物根系細胞中，且兩側(cè)濃度梯度越大，運輸速度越快。鉀元素是植物生命活動所必需的大量元素，可有效緩解氮、磷過量導致的枝葉徒長與莖、根系的不協(xié)調(diào)發(fā)育，對于植物正常生長具有重要作用。馬鈴薯作為典型的高耗鉀植物，對鉀元素的需求更為旺盛，研究數(shù)據(jù)表明每生產(chǎn)1 000 kg 鮮薯需吸收氮元素(N)4.4～5.5 kg、磷元素(P)1.8～2.2 kg、鉀元素(K)7.9～10.2 kg。氮、磷、鉀之比大致為1∶0.4∶2[12]，其中鉀元素需求量是氮元素的兩倍、磷元素的四倍。在灌溉條件較差或無灌溉條件的干旱地區(qū)，天然降水是農(nóng)作物灌溉的主要形式，土壤含水量較少，導致馬鈴薯根系兩側(cè)存在較大的滲透壓與鉀元素逆濃度梯度，由于馬鈴薯的高耗鉀特性，促使土壤中的鉀元素被馬鈴薯根系大量吸收，若鉀肥施用不當兼之降水偏少，上述鉀元素吸收過程更為加劇，最終導致土壤嚴重缺鉀、馬鈴薯生長障礙的嚴重后果。

馬鈴薯對于土壤鉀元素含量十分敏感，在土壤缺鉀時，可直接通過馬鈴薯的形態(tài)表現(xiàn)進行觀察與判斷。馬鈴薯主要吸收吸附于土壤膠體表面的代換性鉀和土壤溶液中的鉀離子，其可被重復利用，鉀元素(離子)被老葉利用之后，向生命力更為旺盛的芽、新葉、根尖組織等處轉(zhuǎn)移，因此缺鉀時，首先在較老的葉片上表現(xiàn)出來，如老葉葉脈中間褪綠，伴隨出現(xiàn)褐斑，葉片向上卷曲，葉尖葉緣焦枯。馬鈴薯缺鉀時，部分光合作用所必需的色素、酶無法有效合成，導致光合作用大幅減弱，表現(xiàn)為植株生長緩慢，葉片小，呈暗綠色；光合作用的削弱，使得馬鈴薯細胞內(nèi)的能量供給不足，不利于淀粉、蛋白質(zhì)等游記大分子的合成和輸送，最終導致產(chǎn)量、品質(zhì)的嚴重下降。此外，缺鉀還會導致馬鈴薯根系發(fā)育不良，吸收水分、營養(yǎng)物質(zhì)的性能也隨之降低，造成抗病、抗旱、耐鹽堿性降低。

2 鉀肥對馬鈴薯塊莖生長特性影響的試驗研究

2.1 試驗田概況

試驗于2018—2021年在白銀市平川區(qū)黃嶠鎮(zhèn)焦口村進行，當?shù)仄骄０渭s2 100 m，位于祁連山東延余脈，氣候干燥，冬季寒冷且長，風沙霜凍危害頻繁；年平均氣溫8.2 ℃，冬夏溫差較大；年降水量不足200 mm，年蒸發(fā)量約1 700 mm，全年日照時數(shù)2 691 h，無霜期年均143 d，總體屬溫涼干旱區(qū)[13]。試驗田隨機選擇山地旱作農(nóng)田0.13 hm2(簡稱山旱地)，地塊平整，地力均勻，無人工灌溉條件，全部依靠自然降水灌溉，試驗間歇期間，人工翻耕耙耱2次。試驗田依次編號為1、2號地塊(各0.065 hm2)，其中1號試驗田所種植供試馬鈴薯均露天生長，不鋪設地膜，簡稱為露地；2號試驗田所種植供試馬鈴薯均鋪設地膜覆蓋，簡稱為地膜。

2.2 試驗材料

供試地膜選用幅寬1 200 mm、厚度0.012 mm的耐老化、可降解農(nóng)用地面覆蓋黑色薄膜。馬鈴薯選擇當?shù)刂髟云贩N青薯9號，該品種宜種植于海拔2 600 m以下區(qū)域，具有耐旱、耐寒、抗病性強、商品薯率高等優(yōu)勢，目前已在白銀市大規(guī)模推廣種植；試驗之前，薯種置于10 ℃～14 ℃室內(nèi)恒溫環(huán)境下催芽10 d左右，以剛露芽為宜[14]。

出于試驗成本、環(huán)境保護考慮，所施鉀肥選用農(nóng)家肥。農(nóng)家肥中鉀和鈣的含量豐富，一般將其視為鉀肥，且鉀元素多以碳酸鉀、硫酸鉀、氯化鉀等可溶性無機鹽形式存在，是利用率較高的速效性鉀肥。我國北方農(nóng)家肥主要包括草木灰、炕土、羊糞、雞糞、豬糞等，不僅包含有馬鈴薯生長所必需的各類礦質(zhì)元素(如鉀、鈣、鎂、磷)，還包含各種微量元素，有利于促進馬鈴薯的正常生長，其中豬糞養(yǎng)分含量豐富，含氧化鉀0.14%，在各類農(nóng)家肥中鉀含量最高，質(zhì)地較細密，易分解，肥效快，利于形成腐殖質(zhì)，肥性柔和，是優(yōu)良、易得的農(nóng)家肥。平川區(qū)黃嶠鎮(zhèn)焦口村商品豬養(yǎng)殖規(guī)模較為可觀，試驗選用當?shù)厮a(chǎn)豬糞作為供試鉀肥。

2.3 試驗方法

試驗針對山旱地在地膜、露地兩種不同栽培方式下分別設置兩種施鉀水平，其一為正常施鉀，即施加農(nóng)家肥(豬糞)22 500～30 000 kg/hm2，折合速效鉀31.5～42 kg/hm2；其二為少施或不施鉀，即施加農(nóng)家肥少于3 000 kg/hm2。

1、2號試驗田內(nèi)起梯形壟(近等腰梯形)，壟底寬90 cm，壟面寬60 cm，壟高20 cm，壟間距50 cm。地膜試驗田內(nèi)沿壟鋪設黑色薄膜，薄膜兩側(cè)深入壟側(cè)土層中10 cm，夯實固定，中部薄膜緊貼壟頂面及側(cè)面土層；露地試驗田除不鋪設薄膜外，其余試驗條件均與地膜試驗田相同。

種植時，用播種槍穴播，壟面播兩行，在距兩邊壟沿10 cm處播種，中間行距40 cm，株距40 cm，播種深度10 cm，種植密度62 520株/hm2。地膜覆蓋試驗田如圖1所示。

圖1 試驗實景

2.4 數(shù)據(jù)測定與記載

收獲期在兩類試驗田中隨機抽取100株統(tǒng)計單株塊莖數(shù)量，并用游標卡尺測量塊莖直徑最大部位代表其最大直徑，根據(jù)最大直徑相對大小可將馬鈴薯塊莖劃分為特大型塊莖(最大直徑大于12 cm)、中型塊莖(最大直徑介于8～12 cm)、小型塊莖(最大直徑介于5～8 cm)與特小型塊莖(最大直徑5 cm以下)；兩種施鉀水平下隨機抽取30顆塊莖調(diào)查并統(tǒng)計形狀、芽眼數(shù)、芽眼深淺度、表皮平整度和品相；晚疫病流行期間，實時調(diào)查并統(tǒng)計病株形成位置、時間與數(shù)量；兩類試驗田中各自收獲的馬鈴薯塊莖總質(zhì)量代表當?shù)伛R鈴薯平均產(chǎn)量。

3 結(jié)果與討論

3.1 鉀肥對馬鈴薯塊莖生長特性的影響

3.1.1 鉀肥對馬鈴薯塊莖個數(shù)的影響

試驗結(jié)果顯示，同一品種馬鈴薯在山旱地同等地力條件下，不同栽培方式與施鉀水平對于馬鈴薯塊莖數(shù)量具有重要影響，馬鈴薯單株塊莖數(shù)量對比如表1所示。其中中型塊莖占總產(chǎn)量的65%～70%，由于大小適中，宜于食用、深加工，可作為商品塊莖；大型塊莖占總產(chǎn)量的8%～10%，小型及特小型塊莖占總產(chǎn)量的15%～30%，此類塊莖基本無商品性，尤其是特小型塊莖，多用來加工淀粉和做養(yǎng)殖飼料[15]。

表1 馬鈴薯單株塊莖數(shù)量對比

正常施鉀條件下，不同的栽培方式對馬鈴薯塊莖總量影響較為顯著，相較于露地栽培，地膜栽培方式形成特大型、中型塊莖數(shù)量明顯增多，特小型塊莖數(shù)量不足前者的50%；而在少施或不施鉀條件下，地膜栽培方式形成中型塊莖數(shù)量是露地栽培的近一倍，特小型塊莖數(shù)量亦明顯減少，說明地膜栽培方式對旱地馬鈴薯種植的較優(yōu)栽培方式。在相同栽培方式下，正常施鉀所形成的塊莖總數(shù)量及特大型、中型塊莖數(shù)量均遠多于少施或不施鉀時。總體而言，鉀肥的合理、科學施加以及地膜栽培方式對于馬鈴薯中型塊莖的形成具有積極作用。

3.1.2 鉀肥對馬鈴薯塊莖外觀的影響

馬鈴薯塊莖外觀、品相對比試驗結(jié)果如表2所示。相較于露地栽培，地膜栽培方式形成的塊莖形狀圓滿，芽眼淺，色澤亮麗；在相同栽培方式下，正常施鉀所形成的塊莖形狀圓滿，整齊一致，芽眼淺，表皮光滑，色澤亮麗，更能表現(xiàn)出品種的優(yōu)良特性，而少施或不施鉀所形成的塊莖形狀參差不齊，表皮凹凸不平，芽眼深，影響食用，品相也較差。不同栽培方式與施鉀水平下馬鈴薯塊莖外觀如圖2所示。

表2 馬鈴薯塊莖外觀、品相對比

(a) 露地(正常施鉀)

3.1.3 鉀肥對馬鈴薯晚疫病抗性的影響

馬鈴薯晚疫病由致病疫霉所引起，可導致馬鈴薯莖葉死亡和塊莖腐爛，是嚴重威脅馬鈴薯生產(chǎn)種植的毀滅性病害，在適宜病害流行的條件下，植株提前枯死，可造成20%～40%的產(chǎn)量損失，嚴重者可導致絕收。生產(chǎn)實踐中，通過合理配施氮、磷肥，增施鉀肥，可有效增強馬鈴薯抗病性[16-19]。馬鈴薯晚疫病抗病性對比試驗結(jié)果如表3所示。

表3 馬鈴薯晚疫病抗病性對比

晚疫病流行時，正常施鉀的地塊比不施鉀肥的地塊中心病株形成時間晚4～7 d、傳播速度慢3～4 d，給藥劑預防爭取了寶貴時間，造成的危害較輕；而不施鉀肥的地塊中心病株一旦形成，便很快蔓延，8～12 d時約70%的植株莖、葉被致病疫霉侵染，后經(jīng)2～3 d達高峰期，危害程度重，可見增施鉀肥可提高馬鈴薯植株抗病性，可有效減輕病害發(fā)生，能挽回一定的產(chǎn)量和經(jīng)濟損失。

3.2 馬鈴薯優(yōu)化栽培方式

由于土地有限，以及受種植習慣、飲食口味和市場需求等因素影響，連茬和近茬種植仍是馬鈴薯的主要栽培方式，而在實踐中存在連茬大幅減產(chǎn)、品質(zhì)嚴重退化的現(xiàn)象。根據(jù)文獻[20-21]，白銀市土壤含鉀量較為豐富(全鉀1.67%，其中可被植物直接吸收利用的速效鉀含量為180 mg/kg)，但種植首茬馬鈴薯后，若不額外補充，土壤速效鉀會迅速降低到50～100 mg/kg，下降幅度超過40%。據(jù)歷年試驗數(shù)據(jù)，不同茬次馬鈴薯測產(chǎn)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 馬鈴薯不同茬次平均產(chǎn)量

山旱地(露地)連茬栽培較近茬栽培馬鈴薯產(chǎn)量下降近41%，較次近茬栽培下降54%，較遠茬栽培下降56%；山旱地(地膜)連茬栽培較近茬栽培減產(chǎn)44%，較次近茬栽培減產(chǎn)57%，較遠茬栽培減產(chǎn)58%。總體而言，傳統(tǒng)的連茬栽培方式不利于提高馬鈴薯產(chǎn)量。茬次對馬鈴薯產(chǎn)量的影響規(guī)律如圖3所示。

圖3 白銀市馬鈴薯不同茬次平均產(chǎn)量變化趨勢

不同栽培方式下，馬鈴薯不同茬次平均產(chǎn)量具有相同的變化趨勢，而當輪作間隔超過三年時，對于馬鈴薯產(chǎn)量的提高已十分有限。

連茬栽培不僅帶來土壤礦質(zhì)元素失調(diào)，且馬鈴薯掠奪性吸收鉀元素使得植物根際生態(tài)條件更為惡化，不利于間作、套種的其他作物生長，造成土地整體利用率的降低。在保證馬鈴薯高產(chǎn)、高品質(zhì)的同時，需兼顧土地利用率與經(jīng)濟效益。結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗，本文優(yōu)化了馬鈴薯栽培方式，馬鈴薯種植面積應不超過耕地總面積的三分之一，采取三類作物三年一個輪次的輪作栽培方式，在旱作區(qū)采用小麥—豆類—馬鈴薯或玉米—胡麻—馬鈴薯的三年輪作茬次為宜，應避免茄科類連茬，并適時施加合理數(shù)量的優(yōu)質(zhì)鉀肥，實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的目標。

3.3 馬鈴薯施肥推薦方案

基于馬鈴薯高耗鉀特性及鉀肥對馬鈴薯塊莖生長特性的影響，以充分滿足馬鈴薯生長過程中各階段對營養(yǎng)物質(zhì)的需求為原則，遵循“基肥為主，追肥為輔”的模式，制定了馬鈴薯施肥推薦方案，用于指導相關(guān)試驗或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

3.3.1 基肥

馬鈴薯生長期較長(約4～5個月)，基肥對于提高馬鈴薯產(chǎn)量至關(guān)重要，重施含鉀量較多的農(nóng)家肥作為基肥。基肥的施加量根據(jù)耕地實際情況、有效鉀豐缺程度進行科學評估，兼顧合理施肥與經(jīng)濟效益。本方案以農(nóng)家肥(充分腐熟的豬糞)為例，結(jié)合不同栽培方式，推薦對于多年未種植高耗鉀作物(馬鈴薯、胡麻、甜菜、葵花等)的耕地，可少施或不施；對于近茬種植高耗鉀作物的耕地(輪作間隔2～3年)栽培馬鈴薯時應多施農(nóng)家肥，施加豬糞22 500～30 000 kg/hm2；而連茬栽培方式下，應重施農(nóng)家肥，施加豬糞30 000～37 500 kg/hm2，充分補充土壤鉀元素含量。基肥在起壟前配合深翻耙耱一次性施入。

3.3.2 苗肥

馬鈴薯出苗時間較短，在齊苗前應施加1～2次苗肥，以促進幼苗根、葉生長，推薦施加農(nóng)家肥草木灰、磷酸二銨各750 kg/hm2。苗肥施加時，盡可能避免損傷幼苗，距離根系10 cm處深施。

3.3.3 花肥

現(xiàn)蕾開花期，馬鈴薯莖葉迅速生長，地上植株基本形成，地下塊莖開始形成，隨后進入膨大期，這一時期是吸收各類營養(yǎng)物質(zhì)的高峰期，在團棵至開花前追施鉀肥效果最好。應追施農(nóng)家肥，兼顧補充磷肥，推薦施加腐熟豬糞3 000 kg/hm2，配合磷酸鉀、磷酸二銨等600～750 kg/hm2，追肥后培土，促進營養(yǎng)物質(zhì)的有效吸收。

若現(xiàn)蕾開花期若不具備土壤追肥條件，也可選擇根外追肥，多次葉面噴施，濃度為1%的水溶性復合硝酸鉀(鉀寶)溶液，鉀寶具有鉀元素含量高、有害殘留物少的優(yōu)點，是目前工業(yè)鉀肥中質(zhì)量最優(yōu)的品種。

此外需要強調(diào)的是，在砂性土壤中，施加追肥應采取“少量多次”的方式，避免鉀元素流失。

3.3.4 塊莖膨大期追肥

8月下旬至9月中旬，馬鈴薯塊莖進入快速膨大期，地上植株和地下塊莖同時生長，需要消耗大量養(yǎng)分，根據(jù)植株生長情況適量補給，選用轉(zhuǎn)化快、易吸收的速效性復合肥為宜，推薦施加磷酸鉀、磷酸二銨450～600 kg/hm2。若植株生長旺盛，可以不補。

3.3.5 施肥配合

馬鈴薯栽培中各類礦質(zhì)元素消耗量存在較大差異，其中鉀元素需求量最大、氮元素次之、磷元素最少。磷元素在土壤中與水、氧作用，形成大量不溶性無機鹽，導致磷肥的利用率最低(20%～30%)，需合理安排各類肥料的使用量，施肥的數(shù)量順序應為鉀肥最多、磷肥次之、氮肥最少[22]。鉀肥以上述推薦施加量為標準，磷肥主要以磷酸二銨、過磷酸鈣、磷酸鈣為主，施加量600～750 kg/hm2。

4 結(jié)論

1) 分析與歸納了馬鈴薯在干旱地區(qū)對鉀元素掠奪性吸收的生物學機理與其缺鉀形態(tài)表現(xiàn)。

2) 鉀肥的科學、合理施加對于提高馬鈴薯中型塊莖產(chǎn)量、改善塊莖形狀、晚疫病抗性等具有積極作用。

3) 栽培方式對于馬鈴薯產(chǎn)量具有重要影響，傳統(tǒng)的連茬栽培方式不利于提高馬鈴薯產(chǎn)量，而輪作間隔超過三年時，馬鈴薯產(chǎn)量的提高已十分有限。基于白銀市山旱地不同茬次馬鈴薯測產(chǎn)數(shù)據(jù)，優(yōu)化了旱作區(qū)馬鈴薯茬次安排，推薦采用小麥—豆類—馬鈴薯或玉米—胡麻—馬鈴薯的三年輪作方案，且應避免茄科類連茬。

4) 以農(nóng)家肥為主體，制定了馬鈴薯施肥推薦方案，包括基肥、苗肥、花肥、花后追肥各個階段的施加量控制、施加時機選擇以及各類肥料配合關(guān)系，本著因地制宜的方針，結(jié)合近年來當?shù)仞B(yǎng)豬業(yè)的興起，優(yōu)質(zhì)豬糞有一定儲量，本文推薦基肥首選豬糞，施加量22 500～30 000 kg/hm2；苗肥以草木灰、磷酸二銨各750 kg/hm2；花肥推薦施加腐熟豬糞3 000 kg/hm2；塊莖膨大期追肥推薦施加磷酸鉀、磷酸二銨450～600 kg/hm2。