施钾量对云南春作马铃薯生长发育及钾素吸收利用的影响

李宁 刘骏 杨志清 李鸣凤 张炜

摘要：为明确云南春作马铃薯的适宜钾肥用量，为云南春作马铃薯钾肥合理施用提供理论依据，以云南主栽马铃薯品种青薯9号为试验材料，设置0、120、240、360 kg/hm²等4个钾肥处理，研究不同钾肥用量对云南春作马铃薯生长发育及钾素吸收利用的影响。结果表明，与不施钾肥相比，施用钾肥能够显著增加马铃薯产量，马铃薯平均增产 14 270 kg/hm²，平均增产率为43.1%，其中360 kg/hm²处理下的产量最高，但与240 kg/hm²处理相比没有显著差异；同时，施用钾肥能够显著提高大薯率，与不施钾肥相比，大薯率平均提高36.19%，中薯率、小薯率分别降低29.16%、45.17%。施用钾肥能促进马铃薯植株生长，整个生育期株高、茎粗分别平均提高13.06%、17.78%；施用钾肥能显著增加马铃薯整个生育期各器官的干重、钾含量及钾积累量，整个生育期马铃薯全株干重、钾素积累量平均分别增加32.80%、81.55%；施用钾肥促进了马铃薯干物质、钾素向块茎转运，在240 kg/hm²用量下，马铃薯块茎干物质、钾素分配比最大，分别为70.68%、64.92%。然而，随着钾肥施用量的增加，钾肥利用率降低。综合考虑钾肥利用效率，云南春作马铃薯钾肥用量以240 kg/hm²为宜。

关键词：春作马铃薯；生长发育；钾素吸收利用；云南；施钾量

中图分类号：S532.06  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）06-0105-06

收稿日期：2023-08-20

基金项目：云南省基础研究计划（编号：202101AU070098）；云南农业大学科研启动基金（编号：KY2022-01）。

作者简介：李宁（1997—），男，山东潍坊人，硕士研究生，主要从事马铃薯施肥与品质研究，E-mail：157279793@qq.com；共同第一作者：刘骏（2000—），男，湖北宜昌人，硕士研究生，主要从事作物生理生态研究，E-mail：1500578619@qq.com。

通信作者：张炜，博士，讲师，主要从事作物养分管理研究。E-mail：ynauzw@126.com。

马铃薯是茄科一年生草本块茎作物^[1]，具有适应性广、抗逆性强、丰产性好、淀粉产量大等特点，是中国主要的蔬菜和粮食兼用作物^[2]。马铃薯作为云南省重要的农作物，播种面积为4.74×10⁵hm²，种植面积仅次于玉米、水稻^[3-4]。云南省地形多为山地、丘陵，约占全省面积的94%^[5]。云南省独特的地形和气候条件，使其在全国范围内具有周年生产的优势^[6]。云南省是马铃薯生产大省，按生产季节分为云南大春、小春、秋作及冬作马铃薯；云南春作马铃薯产量占全年马铃薯产量的60%以上，是全年马铃薯播种的主要模式^[7]。马铃薯产量和品质主要受品种特性、外部环境等因素的影响，其中肥料是影响最大的因素之一^[8]。因此，合理施肥是提高马铃薯产量的重要途径^[9]。

钾是植物生命活动必需的大量元素之一，对植物的生长发育有着不可替代的作用，植物体内酶活化、渗透调节、蛋白质合成及同化产物转运等过程中都有钾的参与^[10-11]。马铃薯对土壤中的钾元素十分敏感，是典型的喜钾植物^[12]。前人研究发现，合理的钾肥施用量能提高马铃薯植株干物质积累速率，延长最大速率出现的时间，增加干物质积累量^[13-14]。康小华等研究发现，不同施钾水平对马铃薯薯块大小也有影响，增施钾肥可以提高大薯占比，降低中小薯占比，从而提高马铃薯产量^[15]。吉玮蓉等测定了试验75、90 d时马铃薯的干物质积累量，表明适宜的钾肥用量对马铃薯干物质积累有显著影响^[16]。在作物生产过程中，提高钾肥利用率可以降低成本投入，增加经济效益^[17]。有研究表明，在马铃薯生产过程中，钾的吸收利用率呈先升高后下降的趋势，过高的钾肥施用量会导致产量、钾肥利用率降低^[18-19]。因此，適宜的钾肥施用量是保障马铃薯高产高效的重要基础。

刘润梅等对云南省11个州（市）共212个马铃薯种植农户进行的问卷调查发现，马铃薯钾肥主要依赖有机肥的投入，超过65%的农户钾肥施用量低于90 kg/hm^2[20]。有研究发现，云南省马铃薯种植区土壤存在普遍性缺钾现象^[21]。因此，明确云南春作马铃薯钾肥适宜用量，对指导云南省春作马铃薯钾肥施用及提高马铃薯产量有重要的实践意义。本研究通过探讨不同钾肥施用量对云南春作马铃薯生长发育的影响，确定钾肥的最佳施用量，从而为云南春作马铃薯钾肥的合理施用提供依据。

1  材料与方法

1.1  试验区概况

试验地点位于云南省昆明市云南农业大学后山试验基地（25°8′13″ N，102°45′4″ E）。土壤类型为红壤，基本理化性质如下：pH值6.51，全氮含量1.54 g/kg，碱解氮含量81.6 mg/kg，速效磷含量 21.2 mg/kg，速效钾含量41.49 mg/kg。

1.2  试验设计

以云南主栽马铃薯品种青薯9号为材料，设4个钾肥（K₂O）梯度，分别为0、120、240、360 kg/hm²，各处理磷肥、氮肥的用量均相同，分别为磷肥（P₂O₅）120 kg/hm²、氮肥225 kg/hm²，其中氮肥70%作为基肥，30%于苗期追肥；钾肥50%作为基肥，50%于苗期追肥，磷肥全部基施。3种肥料类型为尿素（含46%N）、过磷酸钙（含12%P₂O₅）、硫酸钾（含50%K₂O）。每个处理设3次重复，随机区组排列，小区面积为20 m²，种植密度为6万株/hm²，马铃薯于2022年4月11日播种，5月5日左右出苗，各处理间其他田间措施相同。

1.3  样品采集

本试验分别于块茎形成期、块茎膨大期和块茎成熟期进行取样。在试验地种植区的各个小区内选择5株代表性植株，洗净后将其分为根、茎、叶及块茎。称取块茎重，用游标卡尺、米尺测定茎粗、株高。将记录好数据的各处理植物样品于70 ℃烘箱中烘至恒重，通过称取植株样品干重测定马铃薯地上部、块茎干物质重，并计算块茎含水率。将烘干的植物样品粉碎后保存，用于后续测定。

1.4  测试项目与方法

在马铃薯成熟期采集连续10株马铃薯块茎进行产量测定。参照NY/T 1303—2007《农作物种质资源鉴定技术规程马铃薯》，按大（＞150 g）、中（50～150 g）、小（＜50 g）将马铃薯块茎分为3级^[22]，并计算大薯率、中薯率、小薯率。植株各部位钾含量的测定采用鲍士旦的方法^[23]，用H₂SO₄-H₂O₂消煮后，再用火焰光度计测定钾含量。

1.5  数据处理

钾肥利用率的计算公式如下：

钾素积累量=各器官钾含量×各器官生物量/1 000；

钾肥农学利用率（KAUE）=（施钾区产量-对照区产量）/钾肥用量；

钾肥偏生产力（KPFP）=施钾区产量/钾肥用量；

鉀肥利用率（KUE）=（施钾区植株钾素累积量-对照区植株钾素累积量）/钾肥用量；

1 000 kg块茎需钾量=单位面积植株钾素（K₂O）吸收量×1 000/单位面积产量。

用SPSS软件进行数据统计分析，用LSD法检验处理间在0.05水平的差异显著性，用Excel进行图表制作。

2  结果与分析

2.1  钾肥对马铃薯产量、大中小薯率的影响

由表1可知，施用钾肥提高了马铃薯产量，与不施钾肥相比，施用钾肥显著增产8 644～18 048 kg/hm²，增产率为26.1%～54.5%。360 kg/hm²施钾量的产量最高，为51 144 kg/hm²，但与240 kg/hm²处理之间差异不显著。施用钾肥可以提高大薯率，降低马铃薯的小薯率。与不施用钾肥相比，大薯率平均提高36.19%，中薯率、小薯率分别降低29.16%、45.22%。

2.2  钾肥对云南春作马铃薯株高、茎粗的影响

由表2可知，随生育进程的推进，植株株高及茎粗呈现逐渐增加的趋势，钾肥的施用显著增加了整个生育期马铃薯株高及茎粗。施钾处理与不施钾处理相比，3个生育时期株高分别提高19.77%、11.60%、7.81%，茎粗分别提高13.68%、21.02%、18.65%。由此看出，钾肥施用显著促进了马铃薯植株的生长。

2.3  钾肥对云南春作马铃薯干重和分配比的影响

由表3可知，施钾增加了马铃薯各器官干重。与不施钾肥处理相比，施钾处理马铃薯根、茎、叶、块茎及全株干重在整个生育期分别平均提高19.23%、31.96%、16.28%、42.26%、32.08%。块茎及全株干重在成熟期达到最大值。随着生育期的推进，马铃薯根、茎、叶的干物质分配比呈下降趋势，而块茎的干物质分配比呈上升趋势（图1）。与不施钾相比，成熟期施钾处理块茎的干物质分配比增加2.90～3.95百分点，240 kg/hm²钾肥处理的块茎干物质分配比最高，为70.68%。由此可以看出，钾肥促进了马铃薯植株各器官干物质的积累，并且促进了干物质向块茎分配。

2.4  钾肥对云南春作马铃薯各器官钾含量的影响

由表4可知，随着生育期的推进，马铃薯根、茎、叶、块茎中的钾含量均逐渐下降，而施用钾肥显著增加了3个生育期马铃薯各器官中的钾含量。与不施钾处理相比，施钾处理马铃薯块茎中的钾含量在3个时期分别增加18.46%～44.68％、12.13%～31.64%、17.74%～37.74%；根中的钾含量分别增加43.13%～77.52%、49.92%～102.67%、16.47%～45.35%；茎中的钾含量分别增加43.05%～90.15%、13.86%～39.74%、11.32%～26.34%；叶中的钾含量分别增加50.67%～97.55%、24.38%～54.43%、8.23%～30.88%。由此可见，钾肥施用是保障马铃薯各器官钾素营养的重要措施。

2.5  钾肥对云南春作马铃薯各器官钾积累量及钾素分配的影响

由表5可知，施用钾肥明显增加了马铃薯植株各器官的钾积累量。与不施钾肥处理相比，施钾处理马铃薯根、茎、叶、块茎及全株钾积累量在整个生育期分别平均提高了86.80%、83.24%、68.72%、81.67%、81.55%。随着生育期的推进，马铃薯根、茎、叶的钾素分配比呈下降趋势，而块茎的钾素分配比呈上升趋势（图2）。与不施钾相比，成熟期施钾处理下块茎中的钾素分配比增加了4.66～5.49百分点，240 kg/hm²处理的块茎钾素分配比最大，为64.92%。由此可见，钾肥施用促进了马铃薯植株各器官钾素积累，并且促进了钾素向块茎分配。

2.6  钾肥对云南春作马铃薯钾肥利用效率的影响

由表6可知，随着钾肥施用量的增加，马铃薯钾肥农学效率、钾肥偏生产力及钾肥利用率均降低，钾肥农学效率、钾肥利用率在各处理间差异不显著，钾肥偏生产力在各处理间差异显著。此外，随着钾肥施用量的增加，1 000 kg块茎需钾量逐渐增加，相比不施钾处理提高了11.1%～23.5%。由此可见，钾肥施用量过高会显著降低钾肥利用效率。

3  讨论

马铃薯属喜钾作物，在整个生育期对钾的需求都高于其他元素^[24]。因此，在马铃薯生长发育过程中，必须有充足的钾素供应。当钾肥充足时，可以促进植株生长健壮，增强植株的抗性，从而提高马铃薯产量^[25]。大中薯率是影响马铃薯产量的重要因素，增施钾肥可以提高马铃薯大中薯率^[26]。赵永萍等的研究结果表明，不施钾或者低施钾量会造成小薯数量增加，从而降低马铃薯产量；适量增施钾肥可改善其结薯量、薯块重、大薯率等性状，从而大幅度提高马铃薯的产量^[27]。龚成文等研究发现，施钾可有效促进马铃薯植株生长，增加块茎数、大中薯鲜重、大中薯率，提高块茎干重^[28]。本研究发现，在施用钾肥的条件下，马铃薯产量平均增加 14 270 kg/hm²，平均增产率为43.1%，相比不施钾处理，大薯率平均提升36.19%，小薯率降低45.17%。在马铃薯生长发育过程中，如果茎粗偏小，则容易造成倒伏，从而造成产量下降，茎越粗则表明疏导组织越发达，对蔗糖的转运速度就越快。有研究发现，施用钾肥能够提高马铃薯费乌瑞它的茎粗^[29-30]。在本研究中，相比不施钾肥处理，120～360 kg/hm²钾肥处理下马铃薯的株高、茎粗分别提高13.06%、17.78%，由此表明钾肥可以通过促进植株生长来提高马铃薯产量，并提高大薯率。马铃薯干物质积累量及其在各器官中的分配是马铃薯产量形成的物质基础。马铃薯干物质积累量及分配是否合理，除了与其品种本身的遗传特性有关外，还与其生长的环境条件有关，其中包括肥料的施用^[29，31]。张吉立等研究发现，钾肥施用量的增加有利于植物干物质积累量的增加^[32]。在本研究中，施用钾肥提高了马铃薯干重及其分配比。块茎干重、块茎干物质分配比增加可能是由于钾肥施用量的增加促进了干物质向块茎部位运输，提高了块茎干重及其在全植株中干物质的占比^[14]。

钾肥的施用可以提高马铃薯各器官的钾素积累^[33-34]。前人研究表明，420 kg/hm²鉀肥施用量较不施用钾肥的处理块茎钾积累量增加105.51%，且块茎钾积累量明显大于茎、叶、根，施钾后，随着生育进程的推进，植株中的钾更容易从茎、叶转移到块茎中积累起来^[35]。赵雪君等发现，在不同施钾量处理下，各品种马铃薯的钾素积累量均高于对照^[36]。何佳芳等发现，随着钾肥施用量增加到一定程度以后，马铃薯块茎的钾含量、钾积累量增加速度减慢，超过一定程度以后，马铃薯对钾肥属于奢侈吸收^[37]。本研究发现，钾肥施用增加了马铃薯各器官钾含量及钾积累量，随着生育进程的推进，根、茎、叶部位的钾积累量逐渐降低，块茎钾积累量逐渐增加，植株中的钾积累量随着生育期的推进更多地转移到块茎中。梁锦秀等发现，马铃薯钾肥利用效率和偏生产力均随着施肥量增加而降低^[38]。本研究发现，在360 kg/hm²时块茎产量最高，钾肥利用率最低，所以应保证产量的同时兼顾马铃薯的钾肥利用率，从而避免造成钾肥的浪费。

4  结论

综上所述，钾肥施用通过促进植株生长提高了马铃薯各器官中干物质积累量，增加块茎产量，并促进干物质向块茎分配。同时，钾肥施用增加马铃薯各器官钾含量及钾累积量，促进钾素向块茎分配。综合考虑马铃薯产量与钾肥利用率等因素，建议云南春作马铃薯钾肥用量以240 kg/hm²为宜。

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