肥料对甘薯营养品质影响的研究进展

张辉+张永春

摘要：甘薯是我国重要的旱粮作物，其块根、茎尖和叶柄均具有极高的营养价值。

本文对甘薯营养品质进行了概括，对氮肥、磷肥、钾肥、平衡施肥、有机肥以及微量元素与高效新型肥料对甘薯营养品质的调控研究进行了回顾，旨在为肥料施用对甘薯营养品质的影响研究提供基础资料。

关键词：肥料；甘薯；营养品质；研究进展

中图分类号： S531.06文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）17-0001-05

甘薯作为粮食、能源作物备受人们关注，其产量和品质日益受到重视。大量研究表明，不同的养分管理措施对甘薯的品质有显著影响。唐忠厚等研究表明，缺氮处理严重制约甘薯块根中蛋白质的合成[1]；史春余等研究认为，钾肥能够显著提高甘薯淀粉含量[2]；杨卓亚等提出，氮磷钾合理配比能够显著提高甘薯粗蛋白、淀粉、可溶性糖的含量[3]。目前，关于甘薯研究的综述性报道主要集中于育种、病虫害、栽培等方面，关于肥料在甘薯生长调控中的作用，尤其是对甘薯品质影响研究方面的综述鲜见报道。因此，本文首先阐述了甘薯营养品质的概况，接着回顾了氮肥、磷肥、钾肥、平衡施肥、有机肥以及微量元素与高效新型肥料对甘薯营养品质的调控，并总结了长期定位施肥对甘薯主要品质的影响，旨在为肥料施用对甘薯营养品质的影响研究提供基础资料。

1甘薯营养品质概况

甘薯营养丰富，富含淀粉、糖类、蛋白质、维生素、纤维素以及各种氨基酸，是非常好的营养食品。由表1可见，甘薯淀粉含量高，富含蛋白质、脂肪、粗纤维、无机矿物质（钙、磷、铁）、维生素等营养物质[4-8]。

甘薯的顶叶中也含丰富的蛋白质、胡萝卜素、维生素B1、维生素C和铁、铝等，可作蔬菜用。从近期研究来看，叶菜型甘薯一般以生长点以下长12 cm左右的鲜嫩茎叶作蔬菜用。国内外研究表明，甘薯嫩茎叶和薯块一样含有丰富的维生素C、膳食纤维、粗蛋白、多种矿物质以及一些特殊的营养物质。选用叶菜型甘薯茎尖和14种常见叶菜类蔬菜为材料，对比分析其氨基酸含量及组成，结果表明：甘薯茎尖含有18种氨基酸，种类齐全，氨基酸总量、人体必需氨基酸含量和儿童必需氨基酸含量均居第1位。甘薯茎尖的必需氨基酸含量占氨基酸总含量的比例（E/T）为39.50%，必需氨基酸含量和非必需氨基酸含量比值（E/N）为0.65，符合理想蛋白质的要求。茎尖中各种人体必需氨基酸含量占氨基酸总量的比例[缬氨酸（Val）、异亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、苯丙氨酸+酪氨酸（Phe+Tyr）、赖氨酸（Lys）、苏氨酸（Thr）]与1973年联合国粮食与农业组织/世界卫生组织（FAO/WHO）修订的人体必需氨基酸含量模式谱基本一致，仅甲硫氨酸+半胱氨酸（Met+Cys）中度缺乏。甘薯茎尖中鲜味类、芳香族、甜味类氨基酸含量居第1位。

2肥料对甘薯营养品质的影响

2.1甘薯营养品质的氮肥调控研究

氮肥对甘薯影响最直接地体现于块根产量[12]，增施氮肥能够提高叶片叶绿素含量、光合速率，有利于碳氮代谢，但会减少干物质在块根中的分配率，降低块根淀粉积累速率，显著降低单薯质量、淀粉产量和鲜薯产量。

Osaki等研究指出，缺氮处理的甘薯与对照（氮磷钾配施）相比，总干物质量、块根干质量降低[13]。谢一芝等通过对国内由南至北6个不同地区的6个不同甘薯品种的淀粉、蛋白质和氨基酸含量进行分析，结果表明，施氮处理的淀粉率略高于对照处理，但是处理间差异不显著，而甘薯的氨基酸、蛋白质含量均随着施氮量的增加而显著提高，其原因在于，土壤中含氮量高，硝酸还原酶活性增强，从而有利于蛋白质的合成[14]。陈晓光等在大田条件下，以北京553为试验材料，设置施低氮（150 kg/hm2氮）、高氮（240 kg/hm2 氮）2个处理，每个处理下设置3个多效唑喷施浓度，研究不同施氮水平下喷施多效唑对食用甘薯光合特性、块根淀粉积累的影响。结果表明，在高氮条件下喷施多效唑对甘薯块根淀粉积累和产量的提高具有明显的调节作用[15]。

氮肥施用显著影响甘薯的生理特征。邱永祥等研究5～40 mmol/L 4个氮浓度对叶菜型甘薯鲜嫩茎叶的硝酸盐含量、硝酸还原酶（NR）活性、可溶性蛋白及总糖含量的影响，结果表明：随着氮含量的增加，植株体内硝酸盐含量呈线性增加，高氮含量下硝酸盐积累随處理时间延长而持续增加，但在较低含量下硝酸盐积累在施氮后6～8 d达到极值后有所下降；NR活性随氮含量增加显著提高；

关，氮含量高不利于总糖积累；氮含量提高对植株可溶性蛋白含量的影响不明显[16]。吴春红等采用田间试验方法也发现了同样的规律[17]。任丽花等采用盆栽试验方法，研究菜用甘薯对不同氮素用量的响应[18-19]，结果表明：氮肥施用不足以及施用过量均会导致福薯18叶片游离脯氨酸含量增加，可溶性蛋白质含量下降，质膜选择透性增大，叶绿体膨胀变形，双层膜模糊，基粒类囊体排列不规则，细胞受到伤害；而在氮素水平适量的情况下，福薯18叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性随着施氮量的增加而增强[15-16]。

对于不同的氮肥类型，甘薯的响应也不同。史春余等在大田生产条件下，探讨了不同氮素形态对甘薯氮素吸收、利用及其氮素生产效率的影响，结果表明，铵态氮和硝态氮处理比酰胺态氮的甘薯吸收根（纤维根）活力和氮素积累起始势较高，氮素积累量、肥料氮素利用率及其生产效率与块根产量均较高；再者，与硝态氮处理相比，铵态氮处理的氮素积累量较低，肥料氮素在块根中的分配比例较高，块根产量、氮素生产效率和肥料氮素生产效率均有所提高[20]。因此，为了达到高产高效，甘薯应使用铵态氮肥更合适。为确定苏北滩涂区甘薯适宜施氮量，宁运旺等比较了6个施氮水平下甘薯的成活率（SR）、商品率（CR）、蔓薯比（V/T）、干物质积累（DMA）、氮素累积值（NAV）、氮利用效率（NUE）、氮收获指数（NHI）及钾钠吸收的差异，通过结果分析可知，苏北滩涂区甘薯适宜施氮量为 60 kg/hm2[21]。endprint

2.2甘薯营养品质的磷肥调控研究

磷作为植物生长发育必需的大量营养元素之一，缺磷会导致气孔导度降低，光合速率下降，碳氮代谢失常，糖类积累量以及蛋白质合成受抑，从而可见磷对作物的生长发育和品质性状都有重要作用。磷是植物体内许多重要有机化合物的组分，同时又以多种方式参与植物体内各种代谢过程，作为一种结构和调控元素在植物的生长发育过程中具有至关重要的作用。甘薯多栽培在贫磷的沙性土上，施磷显得尤为重要。而磷是不可再生矿产资源，我国农田缺磷现象较为普遍。甘薯对磷的需要量比氮和钾少，导致关于磷素和甘薯营养品质的相关研究报道比氮和钾的要少，但磷的供给状况对甘薯的正常生长和品质特性有重要的影响[22]。

笔者已有研究表明，连续3年不同磷用量对甘薯干率无显著影响，增施磷肥可使紫薯的花青素含量明显降低160%，而增磷处理对苏薯16的胡萝卜素含量均无显著影响（P<0.05）（未发表）。Osaki等研究指出，缺磷处理甘薯总干物质量与对照处理无显著差异，但是块根干质量显著降低，可见缺磷处理促进了茎叶中的蛋白质、纤维素生成，而限制了块根中的淀粉合成。缺钾处理下对氮的吸收没有影响，却限制了对磷的吸收[13]。Zhao等将甘薯的淀粉以直径20 μm为标准进行筛分后，发现淀粉颗粒外围磷素含量高于核心区[23]。唐忠厚等通过长期定位试验发现，施磷有利于甘薯蛋白质的积累，蛋白质含量达37.89%，但甘薯块根含糖量（可溶性糖与还原糖）出现不同程度下降趋势，其原因可能是磷与氮、钾肥的互作效应，增强了呼吸作用与碳氮代谢，促进甘薯块根膨大，光合产物转化呈现“稀释效应”的缘故[24]。张爱君等发现，长期不施磷肥可使薯块的可溶性糖、还原糖含量显著提高，认为其原因是植物从1-磷酸葡萄糖形成淀粉的主要途径中，缺磷影响了磷酸化酶的活性，导致淀粉合成受阻。总体来看，磷肥在茎叶生长中期吸收较少，而在块根膨大时期吸收较多，施磷肥能明显促进根系生长[25]。

2.3甘薯营养品质的钾肥调控研究

从全生育期来看，甘薯对钾肥需求最多，氮肥次之，磷肥最少。总体上N、P2O5、K2O比例大约为1 ∶0.5 ∶1.5。钾肥的合理施用是甘薯高产优质的重要前提，钾肥的施用时间、方法和用量均对甘薯的产量和品质产生影响。笔者已有研究表明，连续3年缺钾处理宁紫2号的干率显著提高（P<005），不同钾肥品种处理对苏薯16的甘薯干率、花青素和胡萝卜素含量均无明显影响（未发表）。尹子娟等选用4个甘薯品种为试验对象，对其生长动态以及品质指标进行分析，结果表明，过高钾肥施用量会降低增产效果，且施钾可以改善甘薯品质[26]。张爱君等通过徐州甘薯研究中心肥料长期定位试验，研究长期不施钾肥对甘薯产量的影响，结果表明，长期不施钾肥，薯块膨大期迟后、日增质量减少，导致鲜薯产量下降；与施钾处理相比，不施钾可提高薯块干物质含量，而单位面积干物质产量明显下降；长期不施钾肥条件下，不同甘薯品种的产量反应存在显著差异，由此筛选出高耐低钾品种徐薯18、钾高效型品种徐薯25-2和钾敏感型品种苏薯7，可为品种选育和生产应用提供材料[27]。钾肥施用对不同甘薯类型影响不同，宁运旺等在大田生产条件下，以4个甘薯品质（紫色甘薯、食用甘薯、兼用甘薯、淀粉甘薯）为试验材料，测定3个不同的施钾水平下，甘薯干物质积累、蔓薯比以及甘薯植株钾的累积量、利用效率、收获指数，结果表明，在土壤供钾水平较高的地区适宜推广种植淀粉型甘薯，而在土壤供钾水平较低的地区适宜推广种植紫色甘薯和食用型甘薯[28]。柳洪鹃等对钾肥的施用时期和方法对不同甘薯品种光合生理特性、干物质积累分配和块根产量的影响进行了研究，结果表明，施用钾肥可以增加生物产量，提高干物质在块根中的分配率；基施或封垄期追钾肥的处理，干物质生产能力强，干物质在块根中的分配率高，增产效果好，大薯块比例高，不过不同甘薯品种对此反应不一致[29]。George等研究表明，甘薯的干物质含量、类胡萝卜素含量、糖分含量等品质特征受钾肥施用的影响程度因基因型而异[30]。

McDonald等认为，缺钾使干物质向根分配减少，钾水平提高可促进同化物向甘薯块茎运输，而向枝叶的运输受限制[31]。钾的作用首先在于维持膜势差，这可能对于薄壁细胞间同化物横向运输特别重要。George等对84种不同基因型的甘薯品种在不同钾肥处理下的研究表明，随着施钾量的增加，甘薯胡萝卜素含量以及花青素含量均增加，而蛋白质含量则随着施钾量的增加而降低，且各种基因型之间的变化程度不同[30]。作为淀粉类作物，甘薯的品质在很大程度上取决于淀粉的含量及其特性。甘薯是典型的喜钾作物，对钾的需求量大，钾肥能改善薯块鲜产、淀粉率、烘干率、含糖量、胡蘿卜素和花青素含量。

2.4平衡施肥对甘薯营养品质的影响

平衡施肥研究一般是通过对土壤养分元素的调查和供养能力的分析，以及甘薯对不同养分元素需求的研究，确定不同养分元素对甘薯生长的影响，进而制定养分的配比和施肥方案，以养分平衡增效来调控甘薯的生长和品质。

首先，施肥应该根据不同种植地区的具体气候条件、土壤环境条件来决定。郭清霞等研究表明，潮褐土中甘薯栽培的最佳氮磷钾配比为1 ∶1 ∶2.5[32]。适宜的氮磷钾配比平衡施用既能促进甘薯地上部分生长，有利于光合作用，同时还能促进碳水化合物由叶片向块根的运输，提高块根干质量与单株干质量的比率，促进块根迅速膨大，增加块根产量，而氮肥比例过高往往导致地上部茎叶徒长，降低块根产量和品质。马洪波等研究表明，在缺素情况下，苏薯14和徐薯28的氮、磷、钾元素均由地上部向地下部转移[33]。其次，了解甘薯不同生育期对甘薯的需肥规律是提高甘薯产量的关键。甘薯对肥料的需求因生育期不同而异，甘薯苗期吸收养分少，从分枝结薯期到茎叶旺盛期吸收养分速度加快，且吸收量增加，而后逐渐减少，至薯块迅速膨大期，氮、磷吸收量下降，而钾肥吸收量仍保持在较高水平。氮肥以茎叶生长期吸收较多，块根膨大期吸收较少；磷肥在茎叶生长中期吸收较少，而在块根膨大时期吸收较多，施磷肥能明显促进根系生长；钾肥在茎叶生长中期吸收较少，而在块根膨大期吸收较多。因此，甘薯生长中应施足基肥，早追肥和增施磷、钾肥。张海燕等在田间小区进行试验，研究了化肥氮磷钾不同配比对甘薯（济薯21）产量、品质形成的影响，结果表明，氮磷钾不同配比均可促进前中期可溶性糖的积累，不同肥料组合施用对甘薯前中期以及后期的块根中淀粉积累影响效果不同[34]。endprint

2.5有机肥料对甘薯营养品质的调控作用

一般来说，施用有机肥料能够提高甘薯品质，如Laribi等发现，施用有机肥能提高甘薯块根粗蛋白、中性洗涤纤维含量[35]。但是由于有机肥在短时间内难以快速提供大量营养元素，因此研究有机无机肥料对甘薯生长的协同调控作用具有重要意义。王汝娟等通过田间小区试验发现，与施用化肥相比，有机无机肥配合施用不仅能增加结薯数和薯块质量，显著提高块根产量，还能提高块根淀粉、可溶性糖含量，降低块根硝酸盐含量[36]。可见针对不同质量的土壤，通过田间试验来制定适宜甘薯生长的有机无机肥料配合方案，对于提高肥料利用效率和甘薯的产量和品质均有重要的理论及实践意义。

不同种类的有机肥料对甘薯的生长和品质也有不同的影响。谢静静等通过田间小区试验表明，不同肥料处理对于提高甘薯叶片营养品质有显著差异：1.250 kg/m2牛粪+1.250 kg/m2 羊粪对提高甘薯叶片维生素C含量效果最显著；1.250 kg/m2鸡粪+1.250 kg/m2羊粪对提高甘薯叶片可溶性蛋白质、纤维素含量及过氧化物酶活性效果最显著；1250 kg/m2牛粪+1.250 kg/m2对提高甘薯叶片可溶性总糖含量效果最显著[37]。

2.6微量元素及高效新型肥料对甘薯营养品质的调控

微量元素肥料，通常简称微肥，甘薯对微量元素的需要量虽然很少，但是，它们同常量元素一样，对作物是同等重要的，不可互相代替。微肥往往要在氮、磷、钾肥的基础上才能发挥其肥效。而高效新型肥料能够针对作物生长的环境条件和作物的生理特征，目的在于协调养分释放和作物吸收之间的关系，提高土壤肥力、作物产量和肥料利用效率，降低养分损失。

目前已有不少关于微量元素及新型肥料在甘薯上的施用研究，如唐静等通过田间试验发现，增施各种微肥均能显著提高甘薯产量；增施镁、硼均能提高甘薯维生素C含量，微肥均可使甘薯可溶性糖含量提高；增施锰均使甘薯藤氮含量提高最大，而使甘薯藤磷含量降低[38]。姚欣等研究表明，适宜的施硼量能够促进光合产物向块根转运，提高甘薯品种的薯块产量和薯块中的可溶性蛋白含量；施硼对甘薯的影响存在品种差异，过量施硼会降低甘薯产量，叶片产生硼毒害症状[39]。李吉进等在干旱地区研究了保水缓释肥料对甘薯产量的影响，认为这种肥料有显著的增产效果，并能提高甘薯品质，不仅甘薯表面光滑明亮、颜色一致，而且粗淀粉、可溶总糖、还原性维生素C、粗纤维含量以及含水量都要高于未施保水缓释肥料的对照处理[40]。王锋等施用腐殖酸钾肥发现，钾肥农学利用率和钾肥吸收利用率提高，但是钾素产干物质效率和钾素产块根效率有所降低[41]。丁原书采用一种细菌肥料硅酸盐菌剂对甘薯栽培中的不同施用方式及施用量进行了比较试验[42]。王汝娟等研究甘薯施用有机-无机缓释肥的生物学效应[36]。这些研究均表明不同的新型肥料对甘薯的生长及产量具有良好的调控效应，但关于高效新型肥料的作用机制及甘薯的生理响应机制并不是很明确，这些肥料在生产实践中还是处于起步阶段，并未得到广泛应用，其机制及实际应用还需进一步研究和推广。

由此可见，关于甘薯生长需肥规律的肥料施用主要存在2个方面的问题：一方面是大量养分元素的施用和甘薯生长需肥不一致，影响了甘薯产量，并造成了肥料损失和环境污染问题；另一方面是甘薯生长需肥规律的调控研究主要集中于大量养分元素肥料，但是关于如何通过微量元素的调节和施用达到进一步的增产效果方面的报道还没有引起广泛关注。因此，大量营养元素和微量元素之间的平衡施用对甘薯品质的影响及机制研究将是甘薯平衡施肥研究的热点。

3小结及展望

在不同施肥条件下，不同品种甘薯块根、茎叶的营养品质和分子水平上的各种响应及代谢调控机制等在理论上还不是很清楚，需要进一步研究。已有的关于甘薯施肥等调控方法的研究主要集中于生理机制方面[43-45]，还没有得到田间的大范围推广；微量元素和高效新型肥料对甘薯营养品质的调控应结合土壤环境效应进行深入探讨研究。

甘薯作为耐旱耐贫瘠作物，常种植于一些肥力低下的土壤中。基于“不与粮争地”的原则，在一些暂时难以克服地力障碍（如干旱、盐碱）的地区种植甘薯具有很大潜力，其相应的养分高效管理技术和品质之间的相互关系也應该列入研究范畴。针对实际情况，综合各种土壤、肥料、品种和栽培模式等因素在提高甘薯营养品质方面还有很大潜力可挖。尤其是各种新的施肥方式和新型肥料在甘薯品质提升中显示了其强大的优势，但是在实际应用之前需要大量的田间试验作基础。土壤是甘薯生长的重要基础，而施肥既是土壤养分的主要来源，又是调控甘薯营养品质的关键措施。由于甘薯生长过程的环境、地上部与地下部养分协调及其生理响应的复杂性，笔者应该根据甘薯种植区域的实际情况、不同的栽培目标，选择1种或综合几种合适的养分调控措施，从而达到防止土壤退化，促进地力培育，且实现甘薯高产优质、肥料高效及对环境友好的目的，为土壤的可持续利用和农业的可持续发展作贡献。

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