干旱胁迫下钾肥对甘薯产量形成及钾素分配利用的影响

孙 哲，史春余，刘中良，焦 娟，田昌庚，柳洪鹃

(1.山东农业大学 农学院，作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018;2.泰安市农业科学研究院，山东泰安 271000)

干旱胁迫下钾肥对甘薯产量形成及钾素分配利用的影响

孙 哲1,2，史春余1，刘中良2，焦 娟2，田昌庚2，柳洪鹃1

(1.山东农业大学 农学院，作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018;2.泰安市农业科学研究院，山东泰安 271000)

旨在研究干旱胁迫下钾肥对甘薯不同时期生长发育、产量和钾素分配利用的影响，以食用型甘薯品种‘泰中6号’为材料，以硫酸钾(K2SO4)为供试肥料，水分处理设正常灌水(W1)和干旱处理(W0)，分别为土壤最大持水量的60%～70%和30%～40%；钾肥(K2O)施用量分别为0 g/m2(K0)、12 g/m2(K1)、24 g/m2(K2)和36 g/m2(K3) 4个水平，测定茎叶生长指标、光合势、块根膨大速率、干物质质量分数、产量和钾素质量分数等。结果表明，施钾可以促进甘薯茎叶生长和产量提高，随着施钾量的增加，正常灌水下，甘薯茎叶生长指标、结薯数和产量在K2和K3处理均高于K1；而干旱胁迫下K2和K1处理均高于K3。正常灌水下甘薯光合势和块根膨大速率随施钾量的增加而增大，最大为K3处理，干旱胁迫下最大为K2处理。干旱胁迫下甘薯植株地上部器官中钾质量分数均高于正常灌水，块根中相反，且甘薯钾肥利用率显著低于正常灌水。干旱胁迫下施钾有利于甘薯茎叶生长，增强单株光合势，同时，植株茎叶钾素质量分数增大，渗透调节能力增强，从而提高甘薯的抗旱性；施钾增大干物质向块根的分配，提高块根产量，而且干旱胁迫下甘薯的适宜施钾量低于正常灌水。

甘薯；干旱胁迫；钾肥；产量形成；钾肥利用率

甘薯是中国重要的粮食、饲料兼用作物，其耐旱性较强，适应性广，常被作为抗旱减灾作物。在中国北方地区，甘薯主要种植在山区和丘岭薄地，生长过程中经常遭遇干旱胁迫，干旱已成为制约甘薯产量进一步提高的重要因素。

干旱胁迫使甘薯茎叶和块根生长受抑，产量显著降低[1]。许育彬等[2-3]研究表明，通过合理施用氮磷肥可以增强甘薯抗旱能力，促进干旱胁迫下茎叶生长，改善光合条件，提高结薯率，从而提高产量。钾作为作物生长发育所必需的营养元素之一，与作物的抗旱性关系更为密切，干旱条件下钾作为最主要的渗透物质，能调节气孔运动，维持和调节干旱条件下许多生理生化过程与代谢平衡的关系，从而增强作物的抗旱性。研究发现，施钾能够促进旱地春玉米大喇叭口期后的叶片生长，显著提高春玉米整个生育期的叶绿素质量分数[4]；干旱胁迫下，适量施钾可以通过提高K+质量分数增强烟草叶片的保水能力，从而增强烟草叶肉细胞光合活性，获得较高的生物量[5]。甘薯作为喜钾作物，干旱胁迫下钾营养在甘薯上的应用研究鲜有报道，仅限于干旱胁迫下钾对甘薯幼苗光合特性及根系活力的影响方面[6]。因此，本文通过研究干旱胁迫和正常灌水下不同施钾量对不同生长时期甘薯茎叶生长和收获期块根产量、钾肥分配利用的影响，以期为甘薯的抗旱高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用甘薯品种‘泰中6号’作为供试材料，所用肥料为尿素[w(N)=46%]、过磷酸钙[w(P2O5)= 15%]和硫酸钾[w(K2O)=50%]。

1.2 试验设计

试验于2014年6月-10月在山东农业大学农学试验站进行，土壤质地为棕壤土，土壤有机质1.8 g/kg，碱解氮75.2 mg/kg，速效磷19.83 mg/kg，速效钾87.62 mg/kg。

水分设正常灌水(W1)和干旱处理(W0)，分别为土壤最大持水量的60%～70%和30%～40%，采用中子仪测定土壤含水量；钾肥设K0、K1、K2、K3 4个水平，K2O用量分别为0、 12、24和 36 g/m2。小区面积为12.8 m2，3次重复。种植密度为5万株/hm2，株距25 cm，行距 80 cm。各小区在起垄前施 P2O5(9 g/m2)、N(18 g/m2)，肥料全部基施。

1.3 调查项目

甘薯栽植后10 d内为缓苗期，甘薯生长40 d开始观察和记录，此后每隔20 d测定代表性植株3株，测定块根产量，计算块根膨大速率；室内调查蔓长、基部茎粗、单株分枝数，打孔法测定叶面积，计算叶面积系数和光合势。

收获期将测产区内的块根全部挖出，统计每个小区的块根数量，然后以小区为单位称块根质量，计算平均单株结薯数和块根质量。将植株按块根、茎、叶和叶柄4部分分样，对4部分分别称鲜质量(洗净、晾干)，然后将茎切段、块根切片连同叶和柄一起，并分别在60 ℃下烘干称质量，测定块根干质量和地上部干质量。

采用 FP640型火焰光度计测各器官全钾质量分数。钾肥吸收利用率 (%) =(施钾区钾素积累量—对照钾素积累量)/施钾量×100。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2003作图，DPS v 7.05 软件进行数据处理，LSD法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下钾肥对甘薯茎叶生长的影响

由图1可以看出，干旱胁迫严重影响甘薯的生长发育，蔓长、单株分枝数、基部茎粗、叶面积系数均显著低于正常灌水，而施钾可以显著促进甘薯茎叶生长。干旱胁迫下，甘薯蔓长、单株分枝数、基部茎粗、叶面积系数最大出现在K2和 K1处理，K2与K1处理差异较小，均高于K3处理；而正常灌水条件下，甘薯蔓长、单株分枝数、基部茎粗、叶面积系数随施钾量的增加而不断增大，钾肥用量为K2和K3时最大，K2与K3处理差异较小，均高于K1处理。

图1 不同时期甘薯茎叶的生长Fig.1 Stem and leaf growth during different stages of sweet potato

2.2 干旱胁迫下钾肥对甘薯光合势的影响

光合势是指叶面积与光合时间的乘积，在一定范围内光合势与产量呈正相关。如图2所示，各处理单株光合势峰值均出现在栽秧后60～80 d，干旱胁迫下单株光合势显著低于正常灌水，施钾能显著提高单株光合势。干旱胁迫下，单株光合势最大出现在K2处理；而正常灌水条件下，随施钾量的增加而不断增大，钾肥用量为K3时最大。

图2 甘薯叶片的光合势Fig.2 Leaf photosynthetic potential of sweet potato

2.3 干旱胁迫下钾肥对甘薯产量及其构成因素的影响

由表1可知，干旱胁迫下甘薯块根产量、结薯数和单薯质量均显著低于正常灌水处理，施钾可以提高甘薯块根产量及其构成因素。干旱胁迫下，甘薯单株产量表现为K2>K1>K3>K0，其中K2和K1处理差异较小；正常灌水下，甘薯单株产量表现为K2>K3>K1>K0，其中K2和K3处理差异较小，二者均显著高于K1。施钾可以提高单株结薯数和单薯质量，正常灌水条件下单薯质量随施钾量的增加而增大，干旱胁迫下K3处理显著降低，低于K2和K1处理；单株结薯数变化规律与产量相似。说明干旱胁迫下甘薯的适宜施钾量低于正常灌水。2.4 干旱胁迫下钾肥对甘薯块根膨大速率的影响块根膨大速率在一定程度上能够反映碳水化合物在块根中的积累情况，较高的积累速率是获得较高块根产量的重要条件。如图3所示，各处理块根膨大速率均呈现“升高-降低”的趋势，各处理块根膨大速率峰值出现在栽秧后 60～80 d。干旱胁迫下块根膨大速率显著低于正常灌水，施钾在一定范围内能显著提高块根膨大速率。干旱胁迫下，块根膨大速率最大出现在K2处理；而正常灌水条件下，块根膨大速率随施钾量的增加而不断增大， K3处理最大。

表1 甘薯的产量及其构成因素Table 1 Potassium on yield and its components of sweet potato

注:同列数据后不同字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

Note:Different letters in the same column mean significant difference atP<0.05.The same as the below.

2.5 干旱胁迫下钾肥对甘薯收获期干物质分配的影响

由表2可知，干旱胁迫下甘薯收获期单株干质量、块根干质量均显著高于正常灌水处理，施钾可以提高甘薯收获期单株干质量、块根干质量和块根干物质分配率。干旱胁迫下，单株干质量、地上干质量、薯块干质量和块根干物质分配率均为K2处理最大，K3处理显著降低；正常灌水条件下，单株干质量、地上干质量、薯块干质量和块根干物质分配率均随施钾量的增加而增大，K3处理最大。其规律与产量相类似。增施钾肥可以增加干物质向块根中的分配比例，干旱胁迫下钾肥更有利于干物质向块根的分配，提高块根产量。

图3 甘薯块根膨大速率Fig.3 Increasing velocity sweet potato storage root

表2 甘薯收获期干物质的分配率Table 2 Matter distribution rate of sweet potato

2.6 干旱胁迫下不同处理钾素的分配与吸收

2.6.1 甘薯对钾素的分配 干旱胁迫下甘薯植株叶片、叶柄和茎蔓中钾质量分数均高于正常灌水(图4)，块根中则相反；各处理甘薯不同部位钾质量分数均随钾肥用量的增加而增大。与正常供水处理相比，相同钾质量分数下，干旱胁迫甘薯叶片中钾质量分数增加0.04%～0.76%，叶柄中钾质量分数增加0.08%～0.57%，茎中钾质量分数增加0.08%～0.57%，而块根中钾质量分数降低值为0.22%～0.79%。钾素在各器官中的分配规律为叶柄>茎>叶片>块根。说明干旱胁迫下钾倾向于向甘薯地上部分配，钾肥不仅发挥其营养作用，而且具有渗透调节功能，有利于增强甘薯的抗旱性。

2.6.2 钾肥的利用率 由图5可以看出，干旱胁迫下甘薯钾肥利用率显著低于正常灌水，随着施钾量的增加，钾肥利用率随之降低。正常灌水条件下各钾肥处理比干旱胁迫下相同钾肥处理分别提高11.36%、11.50%和10.53%。虽然干旱胁迫下甘薯植株钾质量分数高于正常灌水，但由于干旱胁迫下甘薯植株生物量和干质量远低于正常灌水，干旱胁迫下甘薯的钾肥利用率还是低于正常灌水。

3 讨 论

已有研究表明，正常灌水条件下，增施钾肥能够提高干物质在块根中的分配率，提高碳水同化物在块根中的分配比例，促进块根迅速膨大，增加干物质生产量和块根产量[7-9]。干旱胁迫下，钾不仅具有维持生长发育的营养功能，而且能够提高植物的抗旱能力。张立新等[10]研究表明，干旱条件下施钾可以显著提高冬小麦的干物质量和籽粒产量。李明德等[11]、洪世奇等[12]也发现，旱作农田施用钾肥能促进玉米生长，减轻水分胁迫对玉米生长的抑制作用，改善玉米氮钾营养状况。本研究发现，正常灌水和干旱胁迫下施钾均有利于甘薯茎叶生长，提高收获期干物质产量、块根产量以及干物质在块根中分配率。然而，前人研究[7,10]发现正常灌水条件下作物对施钾量有一定的适应范围，本研究结果进一步表明，干旱胁迫下施钾量在一定范围内能够明显促进甘薯的生长和产量的提高，但随着施钾量的增加，过量的钾肥对甘薯的伤害效应明显，产量显著降低，而且干旱胁迫下甘薯的适宜施钾量低于正常灌水。首先，干旱胁迫下甘薯块根产量、块根膨大速率、干物质产量均在K2处理最大，其中K2和K1处理差异较小，均高于K3处理；正常灌水下，甘薯块根产量、干物质产量表现为K2和K3最大，二者均显著高于K1处理。其次，K2和K1处理甘薯蔓长、单株分枝数、基部茎粗、叶面积系数均高于K3处理；而正常灌水条件下，甘薯蔓长、单株分枝数、基部茎粗、叶面积系数随施钾量的增加而不断增大，K2和K3均高于K1处理。分析2种水分条件下钾肥效应产生差异的原因，一方面是因为正常灌水条件下，甘薯茎叶生长旺盛，块根产量高，钾营养需求量大；另一方面，由于干旱胁迫下土壤含水量低，钾元素移动受阻，集中于甘薯根系周围造成土壤盐害。

图4 甘薯不同器官钾素的质量分数Fig.4 Potassium mass fraction of different sweet potato organs

图5 甘薯钾肥吸收利用率Fig.5 Potassium utilization efficiency of sweet potato

近年来，随着甘薯产业的快速发展，氮、磷肥投入日益增加，而由于钾素资源缺乏，钾肥投入不足，种植甘薯的缺钾土壤范围在逐渐扩大，如何提高钾肥的利用效率成为亟待解决的问题。甘薯是典型的喜钾作物，钾肥对提高作物抗旱性具有显著效果，甘薯作为中国北方地区重要的旱作作物，在其生产中应重视施用钾肥[13-14]。本研究结果表明，干旱胁迫下施钾能促进甘薯地上部钾的分配量增加，而块根钾元素质量分数降低。这种现象不仅表明钾对植株的营养功能，促进甘薯的生长发育，而且在干旱胁迫下钾作为重要的渗透调节物质存在于叶片、叶柄和茎中，利于调节气孔运动，增强地上部植株保水能力，提高甘薯的抗旱性，而块根中钾质量分数少则促进根系对钾的吸收。干旱胁迫下钾肥利用率低于正常灌水，其原因在于干旱胁迫下土壤水分含量低，不利于钾的移动和吸收。

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(责任编辑：顾玉兰 Responsible editor:GU Yulan)

Effect of Potassium Fertilizer Rate on Formation of Storage Root Yield and Potassium Distribution of Sweet Potato under Drought Stress

SUN Zhe1,2,SHI Chunyu1,LIU Zhongliang2,JIAO Juan2,TIAN Changgeng2and LIU Hongjuan1

(1.Agronomy College，Shandong Agricultural University，Tai’ an Shandong 271018,China;2.Tai’ an Academy of Agricultural Sciences Tai’ an Shandong 271000,China)

The experiment was conducted to investigate the effects of different potassium rate on growth and development,storage root yield and potassium distribution under drought stress,which will provide theoretical basis for drought resistance and high yield cultivation of sweet potato.Sweet potato cultivar ‘Taizhong No.6’ was used as tested variety,and the water treatments included normal water supply (W1,soil with water content of 60%-70%) and drought stress (W0,soil with water content of 30%-40%).The K fertilizer treatments included K0(K2O,0 g/m2),K1(K2O,12 g/m2),K2(K2O,24 g/m2) and K3(K2O,36 g/m2),growth and development,leaf photosynthetic potential,storage root increasing velocity,dry matter content,yield and potassium mass fraction were determined.The result showed that application of potassium improved the stem and leaf growth and storage root yield,and there were significant differences in the effect of potassium application under both conditions.Under normal-watered condition,the stem and leaf growth index,tuber number and storage root yield of K2 and K3 were both higher than that of K1; but under drought stress,K2 and K1 were both higher than K3.Under normal-watered condition,photosynthetic potential of leaf and bulking rate of storage root increased with the increase of potassium application,,and the best treatment was K3,while the best one was K2 under drought stress.The potassium mass fraction of overground organs under drought stress was higher than that of normal-watered condition,but the storage root was opposite.The potassium utilization efficiency of the sweet potato under drought stress was lower than that of normal-watered condition.The application of potassium under drought stress was benefit to growth of the stem and leaf,and improvement of leaf photosynthetic potential.Meanwhile,the potassium mass fraction of the stem and leaf were increased,and osmotic adjustment ability was improved,both of them improved the drought resistance of the sweet potato.The application of potassium under drought stress increased dry matter distribution rate of storage root,which improved root yield.And the optimum potassium rate under drought stress was lower than that under well-watered condition.

Sweet potato; Drought stress; Potassium rate; Yield formation; Potassium utilization efficiency

SUN Zhe,male,doctorial student.Research area:high-yield cultivation physiology of sweet potato.E-mail:sunxz_8311@163.com.

SHI Chunyu,male,Ph.D,professor.Research area:crop yield physiology and nutrition quality control.E-mail:scyu@sdau.edu.cn

日期：2017-03-03

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.s.20170303.0822.014.html

2016-04-08

2016-05-15

国家自然科学基金(31371577)；山东省自然科学基金青年基金(ZR2014CQ040) ；泰安市科技发展计划(201440774-11B)；泰安市农业良种工程(2015LZ06)。

孙 哲，男，博士研究生，从事甘薯高产栽培生理研究。E-mail：sunxz_8311@163.com

史春余，男，博士，教授，主要从事作物产量品质生理与营养调控研究。E-mail：scyu@sdau.edu.cn

S531

A

1004-1389(2017)03-0390-07

Received 2016-04-08 Returned 2016-05-15

Foundation item Natural Science Foundation of China (No.31371577); Natural Science Foundation of Youth Fund of Shandong Province (No.ZR2014CQ040); Science and Technology Development Plan of Tai’an (No.201440774-11B);Agricultural Seed Project of Tai’an (No.2015LZ06).