钾肥用量对甜荞麦产量和钾素利用效率的影响

侯迷红，范 富，宋桂云，苏雅乐，纪凤辉

(1内蒙古民族大学农学院，内蒙古通辽028043;2通辽市土壤肥料工作站，内蒙古通辽028000)

荞麦(Fagopyrum esculentum Moench)属于蓼科(Polygonaceae)，荞麦属 (Fagopyrum Gaerth)植物［1］，别名乌麦、花麦或三角麦，有苦荞 ［F．tararium(L．)Gaertn］、 甜 荞 (F． esculentum Moench)、金荞麦［F．cymosum(Trey．)Meisn］、齿翅野荞(F．gracilipesvar odontopterum)4种，荞麦在全球分布很广，但主要集中在北半球，中国是主要的荞麦生产国之一，我国常见的栽培种有苦荞(鞑靼荞麦)和甜荞(普通荞麦)2种，北部为甜荞主产区，西南部为苦荞主产区。荞麦富含蛋白质、脂肪以及芦丁、槲皮素、荞醇等黄酮类物质，具有较高的营养及药用价值［2］，在食品、饮料、药品、化妆品以及黄酮类产品方面的开发应用受到人们的青睐。近年来，关于荞麦形态分类、种质资源与遗传育种、生物技术、食品加工、产品贸易、营养与保健等方面的研究逐渐增多［3］。随着人们饮食结构的改变和生活水平的提高，国内外对荞麦的需求日益增长［4］。内蒙古是甜荞麦的主产区之一［5］，通辽市库伦旗的荞麦种植面积在全区位居首位，每年种植达2.67万hm2左右，正常年荞麦产量4000万kg，约占全国总产量的三分之一［6］。荞麦作为库伦旗具有明显地区优势的经济作物，为农业增产、增收、农村经济发展做出了较大贡献。

荞麦是需钾较多的作物之一［7］，实际生产中，因缺乏科学合理的施肥技术指导，通辽市库伦旗荞麦生产中钾肥施用不足或盲目施用现象普遍存在。由于作物对钾素的吸收利用除了受环境因子、品种间基因差异影响外，还受钾肥用量的影响。目前关于钾肥施用量对作物产量和钾素利用效率影响的研究多数是针对玉米、水稻和小麦等［8－12］主要作物进行的，而有关不同钾肥用量对库伦旗大粒荞产量、钾素吸收利用效率特征影响方面的研究尚未有系统的报道。为此，本文通过在通辽市库伦旗设置甜荞麦田间钾肥肥效试验，进一步分析了钾肥用量对荞麦产量、钾素吸收利用效率等的影响，以期为通辽市库伦旗甜荞麦的合理高效施钾提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间试验于2009和2010年连续两年在通辽市库伦旗扣河子镇进行。试验地位于北纬42°40'，东经121°20'，海拔460 m，年平均降水量450 mm，无霜期156 d，年有效积温3200℃，雨热同季，降水主要集中在7～9月份，属温带半干旱大陆性季风气候区。试验地土壤为栗褐土，是通辽市库伦旗典型的地带性土壤类型，0—20 cm耕层土壤含有机质8.9 g/kg、碱解氮72.5 mg/kg、速效磷3.8 mg/kg、速效钾62.4 mg/kg、pH 8.1。供试甜荞麦品种为当地推广应用的大粒荞品种。2009年7月12日播种，9月11日收获，期间降水19次，总降水量310 mm，2010年7月9日播种，9月8日收获，期间降水22次，总降水量340 mm。

1.2 试验设计

试验设4个钾肥水平处理，分别为 K2O 0、22.5、45、67.5 kg/hm2，以 K0、K22.5、K45、K67.5表示。每个处理重复3次，试验小区面积20 m2(宽2 m，长10 m)，田间随机区组排列。氮、磷肥用量各处理一致，均为 N 60 kg/hm2、P2O545 kg/hm2，磷、钾肥全部做基肥，氮肥总量的20%做基肥，其余在甜荞麦现蕾期一次性追施。氮肥为尿素(含 N 46%)，磷肥为重过磷酸钙(含P2O546%)、钾肥为硫酸钾(含K2O 50%)。甜荞麦条播，平均行距40 cm，株距6 cm;小区设1 m保护行。生育期内按当地生产习惯进行管理，及时防治病、虫、草害。

1.3 测定项目与方法

在甜荞麦播种前，采用5点梅花式取耕层土壤(0—20 cm)样品，自然风干后，过1 mm筛，测定土壤pH值、碱解氮、速效磷、速效钾含量，过0.15 mm筛，测定土壤有机质含量。土壤pH值采用电位法测定(水土比5∶1)，土壤有机质采用重铬酸钾容量法，碱解氮采用碱解扩散法，速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—钼锑抗比色法，速效钾采用1 mol/L中性NH4OAc浸提—火焰光度法测定［13］。

甜荞麦成熟收获前各小区选取长势一致的代表性植株30株，人工脱粒后分籽粒和茎秆两部分制样，置于烘箱中经105℃杀青0.5 h后80℃烘干，粉碎，采用H2SO4－H2O2消煮，火焰光度计测定植株籽粒和茎秆钾含量［13］。收获时按小区单打单收，统计籽粒和茎秆产量。

有关参数的计算方法如下［14－15］:

植株钾素累积量(TKA，kg/hm2)=植株干重×植株钾含量

钾素生理效率(KPE，kg/kg)=生物量/植株钾素累积量

钾素利用效率(KUE，kg/kg)=籽粒产量/植株钾素累积量

钾肥农学利用率(AEK，kg/kg)=(施钾区籽粒产量－无钾区籽粒产量)/施钾量

钾肥生理利用率(KPUE，kg/kg)=(施钾区籽粒产量－无钾区籽粒产量)/(施钾区植株总吸钾量－无钾区植株总吸钾量)

钾肥效率(KFE，kg/kg)=籽粒产量/施钾量

钾肥利用率(KFUE，%)=(施钾区植株总吸钾量－无钾区植株总吸钾量)/施钾量×100

试验数据采用Microsoft Excel 2007和DPS7.05进行处理和方差分析，LSD法进行处理间多重比较。

2 结果与分析

2.1 钾肥用量对甜荞麦产量的影响

从表1可以看出，施用钾肥能显著提高甜荞麦籽粒产量和茎秆产量，但籽粒产量却表现为随施钾量的增加呈先增后降的趋势。本试验中两年的结果表明，K45处理的籽粒产量最高，2009和2010年分别比K0处理高 53.3%和 53.4%，比 K22.5处理高10.6%和9.8%;而过量施钾产量并未随之提高，反而有所下降，K67.5处理2009年和2010年籽粒产量较最高产量(K45处理)分别下降了7.7%和7.1%;K45处理与其他各处理间的差异均达显著水平，各施钾处理的籽粒产量均显著高于不施钾处理(K0)。

两年的结果还显示，施钾可促进茎秆产量的显著增加，随施钾量的增加茎秆产量呈逐渐上升趋势，施钾后茎秆产量2009年和2010年分别比不施钾提高了31.7% ～41.4%和35.6% ～41.8%，且差异显著。K45和K67.5处理间秸秆产量没有显著差异，但与K22.5处理间差异均达显著水平。甜荞麦收获指数的高低表明甜荞麦籽粒产量在生物学总产量中所占比例的大小。本试验结果表明，甜荞麦收获指数明显受钾肥施用量的影响，其顺序为K45＞K22.5＞K67.5=K0，K45处理收获指数最大，说明施钾45 kg/hm2可以充分发挥甜荞麦的产量潜力。

表1 钾肥用量对甜荞麦产量的影响Table 1 Effect of K application rates on buckwheat yield

线性加平台模式、二次型加平台模式、二次多项式模式、指数曲线模式、平方根模式通常用于拟合作物产量和施肥量的关系［16］。本研究选择拟合度最高的二次多项式模式，将两年的甜荞麦产量和钾肥用量进行拟合，得到一元二次肥料效应方程Y1=－0.262X12+24.229X1+1053.65(2009年)和Y2=－0.274X22+25.367X2+1095.75(2010年)(见图1)，两年的甜荞麦产量和施肥量之间的相关系数均达到0.999(见表2)，说明产量和施钾量之间关系高度相关。对肥料效应方程进行F检验(见表3)，其F值均大于F0.05，表明甜荞麦产量和施钾量之间的函数模型与实际情况拟合较好。利用肥料效应方程进行计算，求得2009年和2010年最高产量的施钾量分别为46.2 kg/hm2和46.3 kg/hm2，最高产量分别为1614 kg/hm2和1682 kg/hm2。

图1 产量与施钾量间的模型拟合Fig．1 The models describing relationships between K2O rates and grain yield of buckwheat

表2 回归统计Table 2 Regression statistics

表3 肥料效应方程显著性检验Table 3 The fertilizer effect equation significance test

2.2 钾肥用量对甜荞麦含钾量的影响

从表4可以看出，施钾能显著增加甜荞麦籽粒的含钾量，随施钾量的增加，籽粒含钾量呈先增后降的趋势，两年结果的趋势一致。2009和2010年K45处理的籽粒含钾量均最高，分别比K0处理显著增加了4.8%和5.1%。继续增加钾肥用量，甜荞麦籽粒含钾量反而有所下降，K67.5处理比K45处理籽粒含钾量分别下降1.2%和0.8%，但两处理间差异没有达到显著水平。

施钾能显著增加甜荞麦茎秆中的含钾量，随钾肥用量增加其含钾量显著提高。两年结果显示，甜荞麦茎秆中的含钾量各施钾处理分别比不施钾肥提高了8.3% ～19.8%(2009)和7.9% ～19.4%(2010)。甜荞麦茎秆含钾量，除K45与K67.5处理间差异不显著外，其它各处理间差异均达显著水平。从试验整体结果来看，甜荞麦籽粒含钾量相对稳定，受钾肥用量影响相对较小，茎秆含钾量受钾肥用量影响较大，可见增施钾肥主要促进了甜荞麦茎秆含钾量的提高。

表4 钾肥用量对甜荞麦钾素含量的影响(%)Table 4 Effect of K application rates on potassium contents of buckwheat

2.3 钾肥用量对甜荞麦钾素累积量的影响

从表5可以看出，2009和2010年甜荞麦籽粒钾素累积量均随钾肥用量的增加呈先增后降的趋势。3个施钾处理中，甜荞麦籽粒钾素累积量均以K45处理最高，分别比K0高出60.7%和61.2%，过量施钾籽粒钾素累积量并未随之提高，反而有所下降，2009年和2010年籽粒钾素累积量K67.5处理较K45分别下降了8.8%和7.9%。甜荞麦茎秆钾素累积量和地上部植株钾素总累积量均随施钾量的增加逐渐上升，在 K67.5处理时达最高，且均显著高于K22.5和K45处理。两年的试验结果表明，钾素在甜荞麦各部位的分配比例明显受钾肥用量的影响，钾肥用量越高，钾素在籽粒中的分配比例相对越小，与K0处理相比，2009年 K22.5、K45和 K67.5处理的籽粒钾素分配比例分别下降了0.07、0.21、1.78个百分点，2010年分别下降了0.25、0.26、1.62个百分点。在茎秆中的分配比例相对较大，但各处理间差异不显著。

表5 钾肥用量对甜荞麦钾素累积量的影响Table 5 Effect of K application rates on potassium accumulation of buckwheat

2.4 钾肥用量对甜荞麦钾素养分利用效率的影响

钾素利用效率可用钾素生理效率(反映作物吸收钾量对生物量的贡献)和钾素利用效率(反映作物吸收钾量对籽粒产量的贡献)表征。从施钾对甜荞麦钾素利用效率的分析结果可以看出(表6)，不同钾肥用量下甜荞麦钾素利用效率存在明显差异，从整体来看甜荞麦钾素生理效率和钾素利用效率均随钾肥用量的增加而下降。在本试验条件下，两年的试验结果表明，甜荞麦钾素生理效率除K45和K67.5处理间差异不显著外，其他各处理间差异均达显著水平。钾素利用效率K67.5处理与各处理间差异均达显著水平，其他各处理间差异均未达显著水平，说明适量施钾有助于植株对钾素的吸收。

施钾量显著影响甜荞麦钾肥利用率。从分析结果可以看出，不同钾肥用量下甜荞麦钾肥利用效率存在明显差异。整体来看甜荞麦钾肥农学利用率、生理利用率、钾肥效率和钾肥利用率均随钾肥用量的增加显著下降，说明要提高甜荞麦钾肥利用率必须适当减少钾肥施用量。

3 讨论

1)施钾肥对作物产量的影响前人已经进行了较多研究［17－20］，其结果表明，钾肥对作物高产有重要作用，但钾肥用量需在适宜范围之内才能充分发挥作物的最大生产潜力。本研究结果显示，从增产方面考虑，甜荞麦适宜钾肥用量为45 kg/hm2左右，这与前人研究的钾肥用量对玉米、小麦、水稻和油菜等作物产量的影响结果相似，但甜荞麦钾肥适宜用量较少，这可能是由于不同种类的作物其营养遗传因素不同所致。

表6 钾肥用量对甜荞麦钾素养分利用效率的影响Table 6 Effect of K application rates on potassium nutrient use efficiency of buckwheat

2)李银水等［20］研究认为，油菜籽粒含钾量相对稳定，受钾肥用量影响相对较小，角壳和茎秆含钾量受钾肥用量的影响较大，增施钾肥主要促进了油菜角壳和茎秆钾含量的提高。本试验结果表明，甜荞麦籽粒含钾量随钾肥用量的增加而提高的幅度相对较小，甜荞麦茎秆含钾量随钾肥用量增加而明显提高，与李银水等对油菜籽的研究结果相似。

杨波等［19］对水稻的研究结果表明，随着施钾量的增加，水稻钾素积累总量增加，钾素收获指数下降。在本研究中，甜荞麦植株钾素总累积量随施钾量增加而增加，但是籽粒中分配比例却随之下降，与杨波等的研究结果一致。表明甜荞麦过多增施钾肥只能增加作物体内的养分含量，没有表现出对经济产量的贡献。因此，钾肥施用时应综合考虑甜荞麦钾素在籽粒和秸秆中的分配比例和产量的平衡关系，以期获得最大经济效益。目前我国钾肥资源比较短缺，大量施用化学钾肥既浪费钾矿资源又要花费大量资金，而甜荞麦秸秆中残留大量钾，所以建议甜荞麦收获后秸秆还田，既可以培肥地力又可补充土壤钾素，提高土壤钾素的供应能力。

3)我国钾肥资源状况和钾肥产业发展决定了我国钾肥供应问题需要从合理施用钾肥及循环利用的途径去解决，而调控钾肥需求则需要依靠科学的钾肥施用技术。对作物钾素利用效率的不同指标反映钾素对作物生物量、籽粒产量的贡献。汪自强等［21］研究发现，春大豆的钾利用效率施钾处理极显著低于不施钾处理。本研究结果显示，甜荞麦钾生理效率和钾素利用效率均随施钾量的增加而减小，表明施钾使甜荞麦植株营养体钾利用效率降低，缺钾时钾素利用效率相对较高，与汪自强等的研究结果趋势一致。

在本研究中，随着钾肥用量的增加，甜荞麦钾肥农学利用率、钾肥生理利用率、钾肥效率和钾肥利用率均下降，与王宜伦等［17］研究的夏玉米钾肥效率和钾肥当季回收率均随施钾量的增加而减少的结果相一致，说明减少钾肥施用量是提高钾肥利用率的有效途径之一。甜荞麦品种大粒荞在施钾为K2O 22.5 kg/hm2条件下，钾肥利用率较高，但作物产量低，达不到高产的要求。由于钾素效率的高低，除施肥和环境因素外，作物品种可能是一重要的决定因子，因此要兼顾产量和利用效率时必须寻求钾高效的荞麦品种。本研究仅仅从施钾量的角度研究了对甜荞麦产量和钾素利用效率的影响，对于不同品种钾肥用量和利用效率等方面还有待进一步研究。

4 结论

在本试验条件下，施钾能提高甜荞麦籽粒产量、促进甜荞麦对钾素的吸收和累积，施钾45 kg K2O/hm2时，甜荞麦籽粒产量、籽粒含钾量和籽粒钾素累积量均达到最高。通过二次曲线模拟，在施钾量为K2O 46.2 kg/hm2(2009年)和46.3 kg/hm2(2010年)时达到最高产量。钾素生理效率、钾素利用效率、钾肥农学利用率、钾肥生理利用率、钾肥效率和钾肥利用率均随钾肥用量的增加而下降，施钾量为K2O 22.5 kg/hm2时，甜荞麦钾肥利用效率最高。因此在内蒙古通辽市库伦旗区域，要同时兼顾甜荞麦的高产和钾高效，其适宜施钾量应为22.5 ～45 kg/hm2。

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