钾肥用量对瘠薄地甘薯产量和钾肥利用率的影响

张海燕 董顺旭 解备涛 汪宝卿 张立明 段文学,*

(1山东省农业科学院作物研究所/农业农村部黄淮海薯类科学观测实验站，山东 济南 250100；2山东省农业科学院，山东 济南 250100)

甘薯[Ipomoeabatats(L.) Lam]是我国重要的粮食、饲料、工业原料及新型能源作物，营养丰富、养分平衡。近年来，随着居民消费观念的转变，甘薯消费量逐年增加，生产投入随之加大，化肥投入是其中最重要的环节，但过多施肥造成了资源浪费、环境污染和种植效益的下降。作为典型的喜钾作物，增施钾肥是提高甘薯块根产量的重要措施之一。钾可促进光合产物向块根的运输，提高干物质在块根中的分配比例[1-2]，对淀粉型甘薯生育后期淀粉积累、块根膨大及产量形成尤为重要[3]。

前人已针对钾肥的施用方式[3-4]、施用时期[5-9]和施用量[10-13]等进行了大量研究，认为基施或封垄期追施钾肥均可显著提高甘薯块根干物质量和淀粉产量[8]，基施钾肥可提高甘薯茎部运输的渗透动力，促进茎基部光合产物的卸载，进而促进块根的膨大[5-7]，而采用钾肥分期施用可在提高甘薯产量的同时，显著提高钾肥利用率[3-4]。前人研究认为钾素的吸收和利用受品种和土壤肥力条件限制，适宜的氮钾比例是获得甘薯高产的重要条件[14-17]，因此，依据土壤氮素水平确定钾肥用量是提高甘薯地上部钾转运率和钾肥表观利用率的一种有效手段[18]。在高肥力地块，应在控制氮肥施用的同时适量施用钾肥以获得高产[11]；而在低肥力的土壤条件下，采用分期施钾可显著提高甘薯产量和钾肥利用率[3]，过量施钾会造成甘薯钾素奢侈吸收和钾肥利用率的下降[13]。目前甘薯生产中普遍存在钾肥利用率偏低的问题，造成了资源的浪费和环境的污染，难以发挥钾肥对甘薯的增产增效作用，因此本研究设置不同施钾量试验探索瘠薄地条件下甘薯的最佳施钾量，研究不同钾肥用量对甘薯产量和钾肥利用率的影响，为瘠薄地甘薯生产科学合理施用钾肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

供试品种为山东省农业科学院作物研究所育成的淀粉型甘薯品种济薯25(国品鉴甘薯2016002)。供试肥料：氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾。试验于2017—2018年在邹平县青阳镇试验田内进行，供试地块为瘠薄地，土壤质地为砂壤土，0～20 cm土层土壤全氮0.66 g·kg-1、碱解氮33.12 mg·kg-1、速效磷16.21 mg·kg-1、速效钾67.84 mg·kg-1、有机质7.95 g·kg-1、 pH值7.31。

1.2 试验设计

试验设3个处理：CK(不施钾肥)、K1(K2O，150 kg·hm-2)、 K2(K2O，300 kg·hm-2)。氮肥(N)用量为75 kg·hm-2，磷肥(P2O5)用量为75 kg·hm-2，均作基肥施用。随机区组设计，重复3次，行长10 m，垄距80 cm，株距25 cm，10行区，小区面积80 m2，栽插密度为50 003 株·hm-2。分别于2017年5月10日栽插，10月10日收获，2018年5月12日栽插，10月12日收获，生育期均为152 d。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 鲜薯产量、薯块干物率及薯干产量 收获时，每小区取中间三行进行测产，根据测产面积计算鲜薯产量，每处理选5块代表性薯块，切片后烘干，称重，计算薯块干物率。根据鲜薯产量和干物率计算薯干产量。

1.3.2 生物量 分别于栽后14、21、28、35、42、49、56、90、130和150 d进行田间取样，每小区选取10个点，每次每个点取样1株，将植株分为叶片、叶柄、茎、纤维根和块根，分别称取鲜重，烘干后称取干重。

块根膨大速率=(本次取样时平均单株块根鲜重-上次取样时平均单株块根鲜重)/两次取样所间隔的天数

(1)

T/R值(top/root)=地上部鲜重/块根鲜重

(2)。

1.3.3 全钾含量 将1.3.2的烘干后样品粉碎，用于全钾含量的测定。称取0.2 g试样，置于300 mL消煮管中。样品湿润后加入5 mL浓硫酸，摇匀放置过夜。250℃消煮，待H2SO4分解冒出大量白烟后再升高温度至400℃，溶液呈均匀的棕黑色，稍冷后加10滴H2O2，摇匀，再加热至微沸，消煮约5 min，稍冷后，重复加5～10滴H2O2，再消煮。如此重复3～5次，H2O2量逐次减少，消煮至溶液呈无色后，再加热5～10 min。将消煮管取下，冷却，将消煮液洗入50 mL容量瓶中，用蒸馏水定容，摇匀，过滤后采用火焰光度计法[19]测定，每份样品重复测定3次，取平均值。

1.3.4 钾肥利用率 整株钾素吸收利用率=(施钾区整株总吸钾量-不施钾区整株总吸钾量)/施钾量×100%

(3)

块根钾肥吸收利用率=(施钾区块根中的总钾量-不施钾区块根中的总钾量)/施钾量×100%

(4)

钾肥农学利用率(kg·kg-1)=(施钾区块根干产-对照区块根干产)/施钾量

(5)

钾肥偏生产力(kg·kg-1)=块根干产/钾肥用量

(6)

钾素产块根效率(kg·kg-1)=块根干重/整株钾素积累量

(7)

钾素产干物质效率(kg·kg-1)=生物产量干重/整株钾素积累量

(8)

钾素收获指数=块根钾素积累量/整株钾素积累量×100%

(9)。

1.4 数据处理与分析

用Microsoft Excel 2010进行数据处理及制图，用DPS v8.01版数据处理系统进行方差分析和差异显著性检验(LSD法)。两年试验结果趋势基本一致，方差分析结果表明，各指标与年份间的互作不显著(P>0.05)，因此，采用两年的平均值进行分析。

2 结果与分析

2.1 钾肥用量对瘠薄地甘薯产量的影响

由表1可知，与CK相比，K1和K2均显著提高了鲜薯和薯干产量，K1增产幅度较大，鲜薯和薯干产量分别较CK增加22.84%和32.13%，K2的鲜薯和薯干产量分别较CK增加11.39%和20.30%。施钾处理的薯块干物率均显著高于CK，且K1与K2的薯块干物率差异不显著。

2.2 钾肥用量对瘠薄地甘薯干物质积累的影响

2.2.1 块根膨大速率 由图1可知，栽后56 d开始，块根膨大速率持续升高，施钾处理的块根膨大速率均显著高于CK。不同钾肥用量比较，K1的块根膨大速率均显著高于K2。说明施钾可促进甘薯块根膨大，K1块根膨大速率最高，这也是其块根产量显著高于CK和K2的主要原因。

表1 钾肥施用量对瘠薄地甘薯产量的影响Table 1 Effects of potassium application rate on yield of sweetpotato in barren land

2.2.2 T/R值 T/R值是反映甘薯地上部生长和块根膨大之间关系的主要指标。由图2可知，栽后56 d开始，随着块根的膨大，T/R值逐渐降低，至栽后150 d降至最低。K1和K2的T/R值均显著低于CK，K1显著低于K2。说明施钾可促进同化物向块根的运输，提高光合产物在块根中的分配比例，有利于甘薯块根产量的形成。

2.2.3 干物质积累 由表2可知，施钾处理的叶片、叶柄、茎和纤维根干重以及总生物量整体显著高于CK。栽后14～35 d，K1和K2的叶片、叶柄、茎和纤维根干重及总生物量差异不显著；栽后42～150 d，K1的叶片、叶柄和茎干重以及总生物量均显著高于K2；栽后56～150 d，K1的纤维根干重显著高于K2；栽后90～150 d，施钾处理的块根产量均显著高于CK，且K1显著高于K2。说明施钾可显著提高甘薯地上部干重和块根产量，且K1优于K2。

表2 钾肥用量对甘薯干物质积累的影响Table 2 Effects of potassium application rate on dry matter accumulation of sweetpotato in barren land /(g·plant-1)

2.3 钾肥用量对钾素吸收和利用的影响

2.3.1 不同器官钾素积累 由甘薯不同器官和整株的钾素积累量可知，叶片、叶柄和茎的钾素积累量总体高于纤维根和块根，施钾处理的叶片、叶柄、茎、纤维根、块根以及整株的钾素积累量在全生育期均显著高于CK(表3)。从各生育时期K1和K2的钾素积累量比较可知，栽后21～150 d，K2的整株钾素积累量均显著高于K1；栽后56～150 d， K2的块根钾素积累量总体显著高于K1；栽后42～150 d，K2的叶片和叶柄钾素积累量显著高于K1。综上可知，施钾可显著提高各器官的钾素积累量，且钾肥用量越多，甘薯各器官的钾素积累量越高，整株钾素积累量越高。

图1 钾肥用量对瘠薄地甘薯块根膨大速率的影响Fig.1 Effects of potassium application rate on thickening rate of root tuber of sweetpotato in barren land

图2 钾肥用量对瘠薄地甘薯T/R值的影响Fig.2 Effects of potassium application rate on T/R value of sweetpotato in barren land

2.3.2 整株钾素吸收和利用 由表4可知，随着甘薯的生长发育，K1和K2的整株钾素吸收利用率均呈逐渐升高的趋势，随着生育进程升高幅度增大，且在各生育期均表现为K1显著高于K2。本试验地块属于瘠薄地，土壤全氮0.66 g·kg-1，碱解氮33.12 mg·kg-1，土壤含氮水平相对较低，过多的钾肥用量反而不利于钾素的吸收和利用，表现为钾肥用量过高，整株钾肥的吸收利用率反而降低。

2.3.3 块根钾素吸收和利用 由表5可知，随着甘薯的块根膨大，块根钾素吸收利用率逐渐升高。栽后90～150 d，K1的块根钾素吸收利用率均显著高于K2。由表6可知，收获期甘薯块根的钾肥吸收利用率、钾肥农学利用率和钾肥偏生产力均表现为K1显著高于K2。说明在瘠薄地条件下，钾肥用量过多不利于块根对钾肥的吸收和利用。

表5 钾肥用量对不同生育期块根钾素吸收利用率的影响Table 5 Effects of potassium application rate on absorption and utilization efficiency of potassium of tuber root in different stage /%

表6 钾肥用量对收获期甘薯块根钾肥吸收利用的影响Table 6 Effects of potassium application rate on absorption and utilization of potassium of tuber root in harvest stage

2.3.4 钾素生产效率 由表7可知，收获期K1的钾素积累总量和块根钾素积累量均显著低于K2，但钾素产块根效率和钾素产干物质效率均显著高于K2。表明，过高的施钾量虽然可增加甘薯整株和块根的钾素积累量，但钾素产块根效率和钾素产干物质效率均显著下降。说明在低肥力土壤条件下，过高钾肥不利于甘薯对钾肥的吸收利用，反而导致钾肥吸收利用效率下降，造成资源的浪费。

表7 钾肥用量对收获期甘薯钾素生产效率的影响Table 7 Effects of potassium application rate on production efficiency of potassium in harvest stage

3 讨论

3.1 钾肥用量对甘薯产量和发育动态的影响

作为喜钾作物，适量供钾可提高碳水化合物在甘薯叶片中的装载效率和在块根中的卸载效率，促进块根膨大和干物质积累，进而增加产量[16, 20-22]。但由于不同作物品种生长和代谢所需的钾浓度存在较大差异，且其对土壤中钾营养利用能力也不同[14, 23-24]，因此地力条件、基因型、钾肥施用方式和施用量均影响甘薯的增产效果。与前人研究结果相似[15, 21]，本研究中，施钾显著提高了薯块干物率、鲜薯产量和薯干产量，但鲜薯产量和薯干产量均随着施钾量的增加而降低，这与齐鹤鹏等[10]的研究结果相反，其原因是该试验土壤的碱解氮含量为110.5 mg·kg-1，为高氮的土壤条件，而本试验土壤的碱解氮含量仅为33.12 mg·kg-1， 为瘠薄地土壤条件。因此，本研究认为钾素虽然可以促进干物质的积累与分配，提高块根膨大速率，降低T/R值，提高块根产量，但应依据土壤氮素水平确定合理的钾肥施用量，在土壤低氮条件下，过多的钾肥限制了块根的膨大和干物质的积累，进而限制了块根产量的提高。

3.2 钾肥用量对甘薯钾元素吸收利用的影响

施钾可显著提高甘薯产量，但钾肥用量需要根据土壤肥力条件和品种特性来确定。前人研究认为甘薯对钾元素的吸收利用除受基因型影响外[25]，还受土壤条件和氮肥用量的限制[13, 17-18]。赵庆鑫等[18]研究表明，氮肥用量影响甘薯对钾元素的吸收和利用，不施氮肥时，甘薯对钾元素的吸收最少，但利用效率最高；过量施氮时，虽然甘薯对钾元素的吸收积累增加，但钾肥表观利用率、地上部钾转运率、钾在块根中的分配率以及块根产量均降低。本研究中，施钾显著提高了甘薯各器官的钾素积累量，且总体表现为钾肥用量越多，各器官的钾素积累量越高，而在同等钾肥用量条件下，甘薯叶片、叶柄和茎的钾素积累量均高于纤维根和块根，这与前人研究结果相同[10，26-27]。但本研究中钾肥用量越多，整株钾肥的吸收利用率和块根的钾肥吸收利用率越低，说明过多施钾不利于甘薯各器官对钾素的吸收以及利用，造成了钾素奢侈吸收和钾肥利用率的下降，导致资源的浪费。因此，钾肥的合理投入是获得高产的重要前提。

3.3 甘薯产量形成与钾元素吸收利用的关系

甘薯块根对氮素和钾素的吸收利用是相互促进的[28]，适量施用钾肥可提高甘薯的块根产量，同时显著提高钾素表观利用率和农学利用率[11-12, 29]，甘薯叶片中保持适宜的氮钾含量比例是获得甘薯高产的必要条件[15, 30]，叶片氮钾比例过低，施钾越多越不利于甘薯产量的提高[16]，因此，在高肥力地块，应在不施或者少施氮肥条件下，配合施用钾肥以获得高产[17]。本研究中，随施钾量的增加，甘薯各器官钾素积累量均呈增加趋势，且随着生育进程其增幅增大，地上部钾素积累量高于地下部，这与前人研究结果一致[10]。但在本试验条件下，钾肥用量越多，块根膨大速率越低，T/R 值越高，各器官的干物质含量越低，块根鲜薯产量和薯干产量也越低，整株钾素利用效率和块根钾素利用效率越低，原因在于本研究是在低氮土壤条件下进行，氮水平严重不足造成过多的钾肥用量限制了钾素的吸收和利用，表现为钾肥用量越多，钾肥利用率越低，钾素产块根效率、产干物质效率、钾肥吸收利用率、钾肥农学利用率和钾肥偏生产力越低。因此，生产中应根据品种特性和土壤肥力条件，进行合理配方施肥，协同提高产量和肥料利用效率，提高种植效益。

4 结论

施钾可显著提高瘠薄地甘薯的块根产量和生物量，但需根据土壤肥力条件进行合理配方施肥。在本试验中的瘠薄地条件下，三个处理中最佳钾肥用量为150·kg hm-2。过多施钾不利于甘薯对钾肥的吸收和利用，会降低钾素产块根效率和产干物质效率，降低钾肥吸收利用率、钾肥农学利用率和钾肥偏生产力，造成资源的浪费和环境的污染。