施钾量对宁夏旱区马铃薯干物质积累及养分利用特性的影响

韩羽 杨亚亚 吴娜 刘吉利 满本菊 杨永森

摘要：采用随机区组设计，以马铃薯青薯9号为试验材料，设置7个钾肥处理（0、30、60、90、120、150、180 kg/hm2），测定分析不同施钾量对马铃薯干物质、养分含量、氮磷钾素积累、钾素利用率的影响。结果表明，施钾可以提高马铃薯的干物质量，施钾量为90 kg/hm2时，马铃薯地上部干物质量、总产量达到最高，分别比不施钾处理高11.38%、10.80%。施钾使马铃薯地上部养分含量和养分累积量显著提高，对马铃薯块茎养分含量和养分累积量有着积极作用。合适的施钾量有效提高了农学利用效率、钾肥吸收利用率、钾肥生理利用率，促进马铃薯对钾肥的吸收和利用。在宁夏干旱地区，90 kg/hm2的施钾量可以促进植株对氮、磷、钾的吸收与积累，从而提高马铃薯干物质积累及产量。

关键词：施钾量；马铃薯；干物质；氮磷钾

中图分类号：S532.06  文献标志码：A  文章编号：1002-1302（2023）09-0119-06

基金项目：国家自然科学基金（编号：31660376）；宁夏自然科学基金（编号：2019AAC03063、2021AAC03094）。

作者简介：韩 羽（1996—），男，河北廊坊人，硕士研究生，研究方向为作物高产优质栽培。E-mail：961462625@qq.com。

通信作者：吴 娜，博士，教授，主要从事作物高产优质高效栽培研究。E-mail：

马铃薯是我国重要的粮食作物，具有高产、适应性强等优点，在宁夏旱区得到广泛的种植［1］。但宁夏旱区土壤养分贫瘠，限制了马铃薯的产量和品质，而施肥可以提供马铃薯所需的营养元素，促进马铃薯生长，继而达到更高的产量。钾肥施用量过多或过少均会产生不利的影响；过度施肥还会导致土壤养分失衡，造成环境污染。合理施钾量不仅可以节约成本，而且还可以提高马铃薯的抗逆性，减少病害的发生，对马铃薯品质的提高有促进作用［2-3］。王丽丽研究发现施钾可以促进马铃薯全株以及各器官的干物质积累，促进马铃薯的生长与发育［4］。姜丽丽等研究发现，适量施钾可以提高马铃薯有效产量和品质，提高马铃薯的经济效益［5］。张吉立等研究发现，合理的施钾量可以促进马铃薯对氮素和磷素的吸收与利用［6］。刘文璐研究发现，施钾可以提高马铃薯各部分钾素的积累，促进钾素在马铃薯各器官的转移与运输［7］。赵欢等的研究表明，提高施钾量可以提升马铃薯钾素积累速率，可以促进钾素积累增加［8］。马铃薯的最适施钾量因品种以及栽培环境的差异而不同［9-10］。前人对宁夏旱区马铃薯施肥的研究主要集中在氮肥的施用，而施钾量对宁夏旱区马铃薯各方面的影响研究较少。本研究分析了施钾量对宁夏旱区马铃薯干物质以及养分利用的影响，继而确定钾肥的最佳用量，期待能够为宁夏旱区马铃薯的实际种植与管理提供一定的依据。

1 材料与方法

1.1 试验地

试验地位于宁夏海原县树台乡大嘴村（36°06′～37°04′N，105°09′～106°10′E），地处海原县西南部。该区域总体属于干旱半干旱带，土壤以侵蚀黑垆土为主。全年无霜期达到了149～171 d，年均气温 7 ℃，年均降水量429 mm。土壤pH值8.13，土壤含有机质13.69 g/kg、全氮0.66 g/kg、全磷0.7 g/kg、碱解氮40.13 mg/kg、速效磷35.47 mg/kg、速效钾 173.8 mg/kg。

1.2 试验设计

试验材料为马铃薯品种青薯9号，采用单因素随机区组试验设计。试验设置了7个钾肥施用量处理CK、K1、K2、K3、K4、K5、K6，对应施钾量分别是0、30、60、90、120、150、180 kg/hm2，重復4次。小区长10 m、宽4 m。于4月30日播种，10 月3 日收获。单垄双行全覆膜种植，50 000株/hm2，垄距40 cm、垄宽60 cm，株距40 cm、行距50 cm。

氮肥、钾肥、磷肥分别采用尿素（含N 46%）、硫酸钾（含K2O 50%）、过磷酸钙（含P2O5≥12%），其中基肥主要为氮肥（150 kg/hm2）、磷肥（90 kg/hm2），二者均以相同量施用于各个小区。

1.3 测定项目与分析方法

1.3.1 植株干物质测定 在马铃薯出苗后25、45、65、85、105、125 d，从各小区随机选取有代表性的马铃薯植株，地上部和块茎剪成小段，立即分别称取鲜质量；烘干法测定马铃薯地上部和块茎干物质量。

1.3.2 植株养分的测定 在马铃薯成熟期采集植株样品，将马铃薯各部分样品烘干粉碎并过筛，测定马铃薯全氮、全磷、全钾含量的方法分别为凯氏蒸馏定氮法、钒钼黄比色法、火焰光度计法，并计算养分累积量。

1.3.3 土壤理化性质测定 在马铃薯播种前，取 0～20 cm土样进行风干与过筛，分析其主要的理化性质。采用火焰光度计、钼锑抗比色法、碱解蒸馏法依次测定速效钾、速效磷、碱解氮含量；通过重铬酸钾容重法来分析土壤中的有机质含量；通过凯氏定氮法来分析全氮含量；此外，采用酸度计来分析土壤样品的酸碱度［11］。

1.3.4 块茎总产量测定 成熟期对马铃薯进行实收测产，每小区选取2个垄测定实际产量（换算为kg/hm2）。

1.4 计算方法

钾肥的偏生产力（kg/kg）=马铃薯的块茎产量/在施钾区中的钾肥具体用量；

钾素收获指数=块茎钾素吸收量/（地上部钾素吸收量+块茎钾素吸收量）；

生理利用率＝（在施钾区中的生物量-CK处理的生物量）/（在施钾区中的钾素吸收量-CK处理中的钾素吸收量）；

吸收利用率=（在施钾区中的钾素吸收量-CK处理的钾素吸收量）/总施钾量×100%；

钾肥农学效率（kg/kg）=（在施钾区中的马铃薯块茎产量-CK处理马铃薯植株的块茎产量）/总施钾量。

1.5 数据分析

数据分析采用Excel 2007进行分析整理，采用SPSS 17.0以及Origin 2018进行作图和方程拟合。

2 结果与分析

2.1 不同施钾量对马铃薯干物质积累量的影响

由图1可知，在整个生育期，地上部干物质量总体呈先增加后减少的趋势。同一时期内，随着施钾量的增加，地上部干物质量呈先增加后降低的趋势。在出苗25、45、65、85、105、125 d，相较于CK，K3处理分别提高了11.38%、11.49%、24.28%、10.54%、11.52%、10.22%，差异显著（P<0.05）。由此可知，合适的施钾量促进了马铃薯地上部的生长，过高的施钾量会显著降低地上部干物质积累量。

由图2可知，随着时间的延长，相同施钾量下的块茎干物质量呈逐渐上升的趋势。在出苗65 d时，K4处理块茎干物质量最高，但与其他处理相比差异并不显著。在出苗85、105 d时，相较于CK，K3处理块茎干物质量分别显著高了7.11%、8.35%。在出苗125 d时，相较于CK，K4处理块茎干物质量提高了5.50%，但与其他处理差异并不显著。由此可知，适量的施钾量可以加快马铃薯块茎干物质的积累，但是对马铃薯最终块茎干物质积累的影响并不显著。

2.2 不同施钾量对马铃薯干物质积累特征参数的影响

根据不同的施钾处理，基于Logistic方程进行模拟，对总干物质量积累的过程进行分析，决定系数处于0.992 1～0.998 1之间 由此可以得到物质累积特征参数。随着施钾量的增加，生长速率参数c呈先增后减的变化特征。K3处理的生长速率参数最高，CK处理最低。在施钾量提高的同时，a、b、mmax、Gmax的变化趋势一致，均先增后减，在CK处理时值最低，在 K3处理时值达到最大，其中K3处理下Gmax比CK、K1、K2、K4、K5、K6处理分别高了8.40%、4.63%、5.86%、1.88%、1.88%、2.65%。进一步分析得出，在施钾量增加时，马铃薯活跃积累天数P与达到最大积累速率的天数tmax的变化趋势是一致的，均为先减后增，P和t均是以K3处理最低，CK处理最高，其中K3处理比CK、K1、K2、K4、K5、K6处理分别加快了6、5、3、2、3、4 d（表1）。综上分析可知，不同施钾量会导致马铃薯干物质积累速率出现一定的变化，当施钾量为 90 kg/hm2时，有利于旱区马铃薯干物质的积累。

2.3 不同施钾量对马铃薯产量的影响

由图3可知，施用钾肥可以提高马铃薯产量，分别比不施钾处理（CK）增加2.13%～10.80%，尤其是K3、K4处理产量显著高于CK。随着施钾量的增加，马铃薯产量呈现先增后降的趋势 以K3处理的产量最高。当施钾量超过90 kg/hm2时，钾肥的增产效应逐渐降低，表明适量施用钾肥能够提高马铃薯块茎产量。

2.4 不同施钾量对成熟期马铃薯养分含量的影响

由表2可知，随着施钾量的增加，马铃薯成熟期地上部养分含量和块茎养分含量呈相同的变化趋势，均为先增后减。地上部CK氮含量显著低于K3、K4处理，分别低了5.96%、4.36%。地上部磷含量0.72%～0.82%，各处理间差异不显著。施钾显著提高地上部钾含量，CK处理的钾含量显著低于其他处理，低了3.96%～6.62%。块茎氮、磷、钾养分含量均以K3处理最高，分别是CK处理的1.42倍、1.12倍、1.08倍，但是各处理间差异不显著。由此可知，施钾可以提高马铃薯成熟期地上部氮含量和钾含量，合适的施钾量对马铃薯地上部磷含量和块茎的氮磷钾含量的提高有促进作用。

2.5 不同施钾量对马铃薯成熟期养分累积的影响

由表3可知，在施鉀量提高的过程中，马铃薯成熟期地上部、块茎养分累积量的变化趋势是一致的，均为先增后减。相对于CK，K3处理地上部氮素累积量大幅度提升，增幅达到了30.49%，K3处理与其他处理间差异不显著。各处理块茎氮素累积量分别是K3处理的68.48%～89.55%。地上部最低磷素累积量CK相对于其他处理明显更低，低了3.57%～24.43%，地上部最高磷素累积量K3处理显著高于CK，与其他处理相比，差异并不显著。K3处理是所有处理中块茎磷素积累量最高的，各处理间差异不显著。K3处理是地上部钾素累积量最高的处理，比CK显著高了17.49%。CK是地下部钾素累积量最低的处理，各处理间差异不显著。综上所述，施钾可以提高马铃薯成熟期地上部养分累积量，对马铃薯块茎养分的累积有着促进作用。

2.6 不同施钾量对马铃薯钾素吸收利用率的影响

由表4可知，马铃薯的钾素收获指数是指根据钾素累积量来反映块茎以及营养器官之间的分配比例。随着施钾量的增加，各处理钾素收获指数先降低后升高，但各处理差异不显著。在施钾量增加的过程中，钾肥农学利用率呈先增后减的特征，K3处理的农学利用率最高。随着施钾量的增加，钾肥吸收利用率表现为先减后增的特征，K3处理钾肥吸收利用率最高，比K1、K2、K4、K5、K6处理分别提高了4.49%、30.62%、45.62%、160.24%、254.48%。在施钾量增加时，偏生产力逐步降低，各处理之间差异显著，K1处理是K6处理的5.99倍。综合来看，K3处理的钾肥吸收利用效率优于其他处理。

3 讨论

钾是马铃薯生长发育所需要的大量元素之一，对同化产物的转移和干物质的积累有着重要作用。基于Logistic方程来拟合马铃薯总干物质积累，发现施钾可以提高马铃薯干物质的最高积累速率，加快马铃薯干物质的积累；但是过量施钾会降低干物质积累量，最终会影响马铃薯产量。此结果与赵风芹等的研究结果［12-13］一致，即施钾可以调控植株不同生育时期干物质的积累与运输，调节源库之间的关系，最终影响马铃薯块茎的产量。本研究结果表明，施钾量对马铃薯地上部和块茎的影响表现有所不同，适量施钾可以促进马铃薯地上部干物质的积累，促进光合产物从地上部到块茎的转移与运输，加速马铃薯块茎的干物质积累，这与董文等的研究结果［14］一致。

马铃薯块茎产量与施钾量总体表现为正相关的关系，但是不同种植地区会因为环境以及栽培措施的差异造成马铃薯的高产施钾量不同。张吉立等研究了黑龙江地区马铃薯种植施钾的水平，结果表明，在施钾量为112.5 kg/hm2时，干物质积累量较大，养分吸收较高，有利于马铃薯的种植［6］。本试验中，施钾量在0～180 kg/hm2时，马铃薯总产量呈先增后降的趋势，即适当提高施钾量有利于马铃薯产量的提高，过量施钾量会降低旱区马铃薯的增产效应。当施钾量为90 kg/hm2 时，马铃薯的产量提高效果最为明显。

作物养分累积量是由干物质积累与养分含量构成的。适量的施钾量可以提高植株的根系活力，促进抗逆能力提高，有利于光合作用顺利进行，从而形成氨基酸等氮同化物，转运到块茎，最终促进氮素的累积［8，15-18］。刘向梅研究表明，适宜的肥料配比可促进氮磷钾向块茎的积累与分配的提高，对提高养分的转运速率有着积极作用［19］。氮磷钾元素累积量受干物质积累与植株养分含量的共同影响。施钾促进了马铃薯地上部氮钾含量的提高，这可能是因为适量施钾可以提高土壤速效钾的含量，促进植株对土壤中钾的吸收与利用，进而提高马铃薯体内的含钾量［20］。施钾使得马铃薯叶绿素含量增加，促进了光合作用，同时增加了氮的代谢速率，促进了马铃薯地上部含氮量的提高［21-22］。马铃薯地上部磷累积量主要受地上部干物质的提高而有所变化，这是由于氮钾之间存在着一定的互作效应，而磷钾之间存在着拮抗作用，这与吉玮蓉的研究［23］一致。过量施钾会影响地上部养分的吸收与积累，这是由于钾素的过多吸收阻碍了马铃薯对其他元素的吸收与利用，影响植物体内养分需求平衡，最终降低了馬铃薯的产量［24-25］。合理的施钾量可以促进马铃薯块茎养分积累，对马铃薯干物质积累以及产量的提高有着促进作用，这与杨自超的研究结果［26］一致。

作物对肥料的利用效率关系着生产中的经济效益，提高钾肥利用效率，有助于钾肥的合理施用和作物产量的提高［27-28］。刘文璐研究发现，马铃薯钾肥吸收利用率、农学利用率、生理利用效率均随着施钾量的增加而降低，施钾越多，钾的利用效率越低［7］。本试验结果表明，随着施钾量的增加，马铃薯钾肥吸收利用率、农学利用率均呈先升高后降低趋势，在施钾量为90 kg/hm2时达到最大值，这与刘文璐的研究结果［7］有一定差异。这可能是因为本试验地区土壤基础钾含量较高，从而对钾肥吸收利用效率带来一定的影响［8］。随着钾肥施用量的增加，马铃薯偏生产力呈逐渐降低的趋势，这与王丽丽的研究结果一致［4］。农学利用效率4.30～40.97 kg/kg，低于地区平均农学利用效率（53.40 kg/kg），说明本试验地钾含量相对较高，对植株钾的吸收与产量的提高有着一定影响［29］。K1、K2、K3处理偏生产力分别为1 162.42、597.88、420.35 kg/kg，高于地区平均偏生产力，说明K1、K2、K3具有较好的肥料利用效率。

4 结论

合理的施钾量可促进马铃薯干物质积累和产量的提高。在一定范围内，随着施钾量的增加，马铃薯氮、磷、钾素累积量都有增加，适量的施钾量可以提高钾素吸收利用效率，对旱区马铃薯的生长起着促进作用。综合考虑产量和养分吸收利用效率，建议宁夏旱区马铃薯的最佳施钾量为90 kg/hm2。

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