氮磷钾配比对木薯养分吸收动态及产量影响

黄巧义， 唐拴虎， 陈建生, 张发宝, 解开治, 黄 旭, 蒋瑞萍, 李 苹

(广东省农业科学院农业资源与环境研究所， 农业部南方植物营养与肥料重点实验室，广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室，广东广州 510640)

木薯(ManihotesculentaCrantz)是热带、 亚热带地区继水稻、 甘蔗、 玉米之后第四大碳水化合物食品作物，也是该地区关乎食品安全的关键作物[1]，且以优质、 价廉等优势成为生物燃料的原料新宠[1-3]。木薯栽培是我国南方山区低收入农民重要的经济来源，但平均单产仅为15 t/hm2，远低于木薯产量上限(80 t/hm2)，增产空间巨大[4-5]。地力贫瘠、 肥料投入低是限制我国木薯产量提升的重要因子[6-8]，Howeler[9-10]早在80年代开始探讨木薯营养与产量的关系，并指出由于木薯适应性广、 抗逆性强、 养分最低阈值较小，易使农户产生错觉，忽视施肥和管理，从而引发土壤肥力及木薯产量严重下降等问题[11-13]。Molina[14]等通过研究不同施肥情况下种茎对产量的影响，指出苗期根系和叶片的形成所需养分主要来源于种茎。Howeler[15]通过总结亚洲各国及哥伦比亚不施氮、 磷、 钾情况下的产量情况，分析土壤养分与木薯产量的相关关系，表明土壤养分显著影响木薯产量。Cruz等[16-18]研究了不同供氮水平对木薯生长的影响，发现氮素营养影响木薯植株茎叶生长、 光合能力，以及光合产物在植株体内的分配。氮素显著影响木薯生长，当氮素供应不足时木薯植株生长缓慢、 黄化、 产量低，增施氮肥可实现增产，但一定程度上降低了植株收获指数及木薯品质[10,17-19]。一般认为，木薯耐低磷能力较强[10,20]，以致不同研究者得出的磷肥施用效应差异性较大，但当土壤磷含量低于一定阈值时将影响木薯产量[6-7,21]。钾能增强木薯植株光合作用、 促进光合产物向地下部分运输[10]、 影响木薯产量及品质[10,22]，多数研究表明缺钾是长期种植木薯田块的重要限制因子，随着种植年限的增加而不断加重[10,21]。John[23]等通过对肥料利用进行系统管理，实现了木薯产量最大化。长期肥料试验结果表明，适当施用氮、 磷、 钾肥料，既可克服长期连作的营养障碍，亦可实现木薯的增产与稳产[12,24]。黄巧义等[25]认为， 氮、 磷、 钾养分影响木薯的物质形成累积，且不同品种对养分的效应不同。唐拴虎等[26]通过“3414”施肥试验，认为木薯以氮素投入最重要，并推荐了氮、 磷、 钾肥用量。蒋瑞萍等[27]认为，在同等养分用量条件下，木薯配方肥二次施用为宜。综上所述，氮、 磷、 钾养分状况对木薯产量的影响显著，但有关木薯养分阶段性累积特征及其对生物量和产量形成影响的相关研究仍较少，本研究以我国主栽木薯品种“华南205”为材料，通过比较不同施肥处理的植株生物量、 氮、 磷、 钾养分累积量变化趋势，探讨氮、 磷、 钾养分对植株生物量的影响，以期为木薯的高效施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验位于广东省云浮市郁南县都城镇(111°30′E， 23°10′N)，为亚热带气候区，是木薯种植区域典型的坡岗地，赤红壤，土壤质地为壤土，pH 4.44，有机质含量 14.30 g/kg、 碱解氮68.50 mg/kg、 有效磷 16.23 mg/kg、 速效钾51.66 mg/kg。

1.2 供试材料与试验设计

木薯品种为“华南205”。试验设CK、 NP、 NK、 PK、 NPK 5个施肥处理，具体肥料用量见表1。试验小区长8.8 m、 宽3.6 m，面积为31.7 m2，每个处理重复3次，随机区组排列。氮肥用尿素(含N 46%)，磷肥用过磷酸钙(含P2O512%)，钾肥用氯化钾(含K2O 60%)。

木薯于2009年3月20日种植，采用起垄种植，垄面宽1.8 m(包沟)，每小区2垄。选取具有健康芽眼、 长约15 cm的木薯种茎置种植穴中，芽眼朝上，盖土。行距90 cm，株距80 cm，种植密度为13 000 plant/hm2。2009年3月28日出苗，11月17日收获。

表1 木薯田间试验各处理氮、 磷、 钾施用量(kg /hm2)

施肥措施为磷肥一次性基施，氮肥和钾肥分苗肥、 块根形成肥及块根膨大肥3次施用，分配比例为20%、 50%和30%，肥料施用于距木薯种茎根系生长端25 cm的扇形扩大区域。其他按常规管理。

1.3 采样与分析

土壤基础样品于前茬作物收获后、 新茬作物种植前采集。以整个试验田块为采样单元，棋盘采样法分15个点次采集0—20 cm土层土壤混合为一个样品，风干、 过筛后测定养分含量。试验期间，于苗期、 块根形成期、 块根生长早期、 块根快速膨大期和成熟期结束界点(6月18日、 7月8日、 8月20日、 9月22日、 11月17日)分别采集各个小区有代表性的植株样品，装进样品网袋，清洗干净后放入烘箱烘干测定干物量，并用植物粉碎机打碎，过筛后测定养分含量。

土壤pH(2.5 ∶1)用酸度计电位法；有机质用重铬酸钾容量法；速效氮用碱解扩散法；有效磷用Olsen 法；速效钾用醋酸铵浸提—火焰光度法测定[28]。

植物样品的全氮用H2SO4-混合加速剂—蒸馏法；全磷用H2SO4-H2O2消煮—钼锑抗比色法；全钾用H2SO4-H2O2消煮—火焰光度法测定[28]。

用Excel和SPSS18.0进行数据处理和统计分析。主成分分析(Principal Components Analysis)通过在R中导入FactoMineR程序包[29-30]，将各处理中相互关联的多个变量合成少数独立而又能反映总体信息的指标，并应用置换检验(Permutation test)比较不同处理间生物质量综合特征的差异；多元数据分析结果利用二维空间载荷图和得分图直观而形象地进行描述。

2 结果与分析

2.1 生物量变化

从图1可以看出，木薯华南205的生物累积动态呈“S”型曲线， 苗期增长缓慢，块根形成后，物质累积量快速提高，且与块根生长节律统一，在块根快速膨大期达到累积高峰，当进入成熟期，块根膨大趋缓，生物量增长也逐渐减缓。各生育期生物量的累积速率平均为4.3、 65.43、 66.38、 128.68、 56.91 kg/(hm2·d)，可见，块根快速膨大期的累积速率远远高于其他时期。

图1 木薯生物量累积动态Fig.1 Dry matter accumulation amount of cassava

不同氮、 磷、 钾肥料配比显著影响生物累积量，其中NPK处理的生物量最大。与NPK处理相比，苗期、 块根形成期、 块根生长早期、 块根快速膨大期和成熟期PK处理累积的生物量分别降低了50.20%、 41.57%、 68.98%、 52.95%、 13.80%，表明氮肥对苗期、 块根生长早期、 块根快速膨大期的生物量形成影响显著；NK处理分别降低了56.85%、 18.98%、 23.96%、 10.19%、 1.71%，表明磷肥对苗期的生物量形成影响较大；NP处理分别降低了34.70%、 -5.2%、 71.2%、 33.70%、 20.30%，表明钾肥对块根生长早期的生物量形成影响非常大。以NPK处理的总生物量为100%，CK、 PK、 NK、 NP处理分别减少了68.70%、 47.67%、 14.85%、 35.76%。总体上，氮肥对生物量的形成及累积影响最大，并对苗期、 块根生长早期、 块根快速膨大期的影响更大；其次是钾肥， 其对块根生长早期的影响较大；磷肥的影响最小，但对苗期的影响较氮、 钾肥大。

2.2 养分含量变化

不同氮、 磷、 钾肥料配比对木薯的氮、 磷、 钾养分含量影响显著。NPK处理的木薯氮、 磷、 钾养分含量总体上均较高。与NPK处理相比较，CK处理各生育期的氮、 磷、 钾含量均显著降低。不施氮处理(PK)各生育期的氮含量较NPK降低了23.07%、 41.35%、 33.73%、 28.89%、 37.74%，表明施氮肥可显著提高整个生育期氮含量水平。不施磷处理(NK)各生育期的磷含量较NPK分别降低了35.58%、 7.69%、 -6.25%、 20.00%、 11.54%，表明施磷肥对苗期、 块根快速膨大期的磷含量影响较大。不施钾处理(NP)各生育期的钾含量较NPK分别降低了30.12%、 51.39%、 60.67%、 59.68%、 50.00%，表明施钾肥可显著提高整个生育期的钾含量，块根生长阶段的效果更明显，且其增幅大于氮、 磷肥。

表2 木薯养分含量变化情况(%)

2.3 养分含量的主成分分析

各时期木薯养分含量的综合评价通过主成分分析进行，得到两大主成分(PC1、 PC2)(图2左图)，其中PC1贡献率为43.36%，PC2为38.33%，合计达到81.69%。第一主成分与块根形成期(TRF)的氮含量及苗期(SS)的钾含量显著相关(P<0.05)；第二主成分主要与成熟期(MS)、 块根形成期(TRF)、 块根生长早期(TRG)的磷含量密切相关。表明苗期、 块根形成期的氮、 钾养分含量及块根生长阶段的磷养分含量对木薯整个生长季节的营养状况的影响很大。

不同施肥处理的养分状况差别较大(图2右图)。与NPK处理相比，PK处理向第一主成分方向上各时期氮、 钾含量降低，第二主成分上部分时期磷含量(MS、 TRG除外)降低方向偏移，其中各时期氮含量降低偏移的幅度最大；NK处理均向第二主成分方向上各时期磷含量降低的方向偏移，氮、 钾含量偏移幅度不大；NP处理向第一主成分方向上各时期钾含量降低，第二主成分方向上大部分时期(SS除外)磷含量提高的方向偏移，而氮含量偏移较小；CK处理沿着第一主成分、 第二主成分方向上各时期养分含量降低方向偏移。表明，不施氮显著降低了木薯整体养分含量水平，尤以氮含量影响更大；不施磷主要影响木薯磷含量水平；不施钾显著降低了钾含量，但同时提高了磷含量。

2.4 养分累积动态

从图3可以看出，氮、 磷、 钾养分的吸收累积量随着木薯生长不断提高，但趋势各异。氮累积量苗期较少，进入块根形成期后，氮累积量近似直线攀升，成熟期却略显下降。磷累积量在块根形成期、 块根膨大期两个阶段快速增长，块根生长早期也有显著提高，苗期、 成熟期较少。钾累积量苗期较少，进入块根形成期后近似直线快速增长，一直维持到成熟收获。表明氮累积高峰期为块根形成期、 块根生长早期， 块根快速膨大期，磷累积高峰期为块根形成期、 块根快速膨大期，钾累积高峰期为块根生长早期、 块根快速膨大期、 成熟期。收获时，钾累积总量最大，其次是氮，磷最少。

图2 木薯各时期养分含量的主成分分析Fig.2 Principal components analysis of the nutrient contents of cassava at different growth stages

不同施肥处理可影响木薯的养分吸收累积。与NPK处理相比，不施氮处理(PK)在苗期、 块根形成期、 块根生长早期及块根快速膨大期的氮、 磷、 钾养分累积量显著降低；不施磷处理(NK)在苗期、 块根形成期及块根快速膨大期的氮、 磷累积量显著降低，同时，苗期及成熟期的钾累积量也显著降低；不施钾处理(NP)整个生育期的钾累积量显著降低，且对块根生长早期、 块根快速膨大期的影响最大，同时块根生长期、 块根快速膨大期的氮累积量，和块根生长早期及成熟期的磷累积量也显著降低。

图3 木薯各时期养分吸收累积动态图Fig.3 Dynamics of the nutrient accumulation amounts of cassava at different growth stages

2.5 养分累积量的主成分分析

木薯各时期养分累积量的总体状况通过主成分分析得到两大主成分(PC1、 PC2)(图4左图)，其中PC1贡献率为63.80%，PC 2贡献率为16.92%，合计贡献率达80.72%。第一主成分与块根快速膨大期(TRB)的氮累积量极显著相关(P<0.01)，同时与苗期(SS)、 块根快速膨大期(TRB)、 块根生长早期(TRG)的钾累积量，苗期(SS)、 块根生长早期(TRG)、 块根形成期(TRF)的氮累积量，以及块根快速膨大期(TRB)的磷累积量显著相关(P<0.05)。表明，块根快速膨大期的氮、 磷、 钾累积量对整个生育期养分累积影响显著，同时，苗期及块根生长早期的氮、 钾累积量对养分累积总量影响也较大。第二主成分与成熟期的氮累积量极显著相关(P<0.01)，表明该时期的氮累积量对养分累积总量影响也较大。

不同施肥处理养分累积状况具有显著差异(P<0.05)(图4右图)。与NPK相比，PK、 NK、 NP处理均向第一主成分减少，第二主成分增加的方向偏移，PK处理第一主成分减少方向偏移幅度最大，而NP处理在第二主成分增加方向的偏移幅度更大；CK处理则向第一主成分、 第二主成分减少的方向偏移。表明不施氮、 不施磷、 不施钾均显著影响养分整体累积量，不施氮影响最大，其次是不施钾，不施磷的影响最小。

2.6 产量及品质

表3显示，各处理间的产量大小顺序为NPK>NK>NP>PK>CK，且相互间差异均达到显著水平。PK和CK两个处理的木薯淀粉含量高于NK、 NP、 NPK处理。表明，施氮、 磷、 钾肥可显著提高木薯产量，氮肥增产效果最显著，但降低了淀粉含量，钾肥增产效果次之，且有利于块根淀粉的累积。

3 讨论

3.1 木薯营养状况变化

图4 木薯各时期养分累积量的主成分分析Fig.4 Principal component analysis of nutrients accumulation in cassava at different growth stages

表3 不同施肥处理对木薯产量及品质的影响

3.2 木薯养分吸收累积特性

据估算，当木薯产量水平约为15 t /hm2时，将从土壤中携出约氮(N)80 kg/hm2、 磷(P)9 kg/hm2、 钾(K)50 kg/hm2[10]。在本研究中，木薯平均产量为25 t/hm2时，所消耗的养分为： N 126 kg/hm2、 P 14 kg/hm2、 K 113 kg/hm2，其中钾的生理利用率较高。氮、 磷、 钾总累积量与产量的相关系数分别为0.962**、 0.979**、 0.903*(图3，表3)，因此，保证足够的养分吸收累积量是木薯增产的重要前提。

本研究结果表明，氮、 磷、 钾累积量均在块根形成后开始大幅度提高(图3)，该结果与前人研究结果相一致[8-9,35]，表明该时期为养分供应临界时期。Howeler[9]曾总结氮累积为“S”型模式，即前期缓慢—中期快速—后期减缓，磷和钾在出苗后前两个月吸收缓慢，之后保持较稳定的累积速率，而本研究则得出磷的累积速率在块根生长阶段波动性较大。张耀华等[36]认为早期氮、 磷需求量较大，生长后期钾需求占主要部分。本研究发现，氮累积高峰期为块根形成期、 块根生长早期、 块根快速膨大期，磷为块根形成期、 块根快速膨大期，钾为块根生长早期、 块根快速膨大期、 成熟期。块根快速膨大期的氮、 磷、 钾累积量对整个生育期养分累积影响显著，同时苗期及块根生长早期的氮、 钾累积量对养分累积总量影响也较大。

3.3 施肥效应

研究表明，施肥可改善木薯的营养状况、 促进木薯生长、 增加块根产量[8,35]。其中，增施氮肥可促进木薯茎叶生长、 增强光合能力[16-19]。高志红等[8]认为，氮素是影响产量的第一限制因素。木薯根系吸磷能力强，具耐低磷特性[1]，很多研究均表明磷肥效应较小[6-8,21]。木薯为喜钾作物，块根形成及膨大过程中需要大量的钾素营养[10,37]，同时，块根大量累积淀粉也需钾素调节[22]。本研究表明，氮肥可提高苗期、 块根形成期、 块根生长早期、 块根快速膨大期的养分含量，对产量的影响也是最大的。磷肥可提高苗期、 块根形成期及块根快速膨大期的营养水平，且具有增产效应。钾肥显著提高木薯整个生育期的钾素吸收累积量，对产量及品质改善均有一定效果。

氮肥显著促进前期茎叶生长，为后期块根累积提供物质基础，但后期高氮含量对块根积累淀粉不利，因此应加强木薯生长前期的氮素调控，当块根快速生长时不宜大量施用氮肥。磷肥有利于木薯苗期、 块根生长阶段的生长，此时期应注重适当补充磷肥，由于磷在土壤中的移动性较小，可作基肥施用。钾肥的增产效果仅次于氮肥，对后期植株生长影响较大，且有利于提高淀粉含量，因此应在保证前期植株正常生长的情况下，注重后期钾肥的供应。

4 结论

1)木薯氮、 磷、 钾养分含量随着生物量的累积呈不断下降趋势，而养分总累积量却不断提高，三种养分离子在植物体内的累积模式各不同，但均在块根快速膨大期达到累积高峰。木薯氮、 磷的累积量主要源于中后期块根生长阶段的吸收，块根生长阶段对钾整体的累积量贡献最大，其次苗期的吸收量对养分吸收累积影响也较大。

2)块根形成期氮含量、 苗期及块根形成期的磷含量、 苗期及块根快速膨大期的钾含量可以综合评价木薯的营养水平。

3)不同氮、 磷、 钾肥料配比显著影响木薯的营养状况、 物质累积及产量形成，其中氮的影响最大，其次是钾，磷的影响最小。

4)苗期、 块根形成期、 块根生长早期为氮、 磷肥的最佳施用时期，块根形成期、 块根生长早期及块根快速膨大期为钾肥的补充阶段。

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