宁夏雨养区施钾对马铃薯氮磷钾养分积累及产量的影响

白志强　何文寿　梁熠

摘要：通过田间小区试验和采用单因素（钾肥）随机区组设计的方法，研究了钾肥对马铃薯干物质及氮磷钾养分积累和产量的影响。结果表明，在整个生育期马铃薯干物质的累积量表现为慢—快—慢的变化规律，呈近似“S”形趋势，经回归分析和曲线拟合，符合Logistic生长函数。其干物质累积量为169.72 g/株，鲜薯产量达到26.86 t/hm2；施钾量在4～16 kg/667 m2之间时，均可促进马铃薯氮磷钾养分的吸收。形成块茎所需氮（N）为4.07～7.77 kg/t，磷（P2O5）为0.84～2.09 kg/t，钾（K2O）为7.54～11.99 kg/t，三要素（N ∶[KG-*3]P2O5 ∶[KG-*3]K2O）平均比例为1 ∶[KG-*3]0.23 ∶[KG-*3]1.58。当施K量增至6.21 kg/667 m2时，马铃薯产量最大，为1 344.15 kg/667 m2，之后随着施钾量的增大产量缓慢下降。经济最佳施钾量为3.23 kg/667 m2时，产量为1 332.49 kg/667 m2。

关键词：马铃薯；钾肥；氮磷钾养分；吸收；累积；生育期

中图分类号： S532.06文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）14-0074-05

马铃薯是粮、菜、饲兼用作物，含有丰富的蛋白质、脂肪、糖类和各种维生素等[1-3]，其制品是世界公认的营养丰富、美味可口的食品，素有“地下苹果”“第二面包”之称。2015年我国启动了马铃薯主粮化战略，提出把马铃薯加工成馒头、面条、米粉等主食，马铃薯将成为稻米、小麦、玉米外又一主粮，预计在2020年50%以上的马铃薯将作为主粮消费。马铃薯是宁夏特色优势农业产业之一，作为农业发展的支柱产业，对促进地方经济起着十分重要的作用[4]。关于宁夏马铃薯施肥、产量、养分吸收等方面的研究已经有很多报道[5-10]，但近年来随着社会经济的发展，马铃薯单产有了很大提高，农民却出现了增产不增收的现象，这是由于盲目施肥现象十分严重[11-12]所导致的，不仅造成了肥料养分的浪费，增大农民的生产成本，而且会带来巨大的环境风险。氮、磷、钾肥在马铃薯生产上的施用对解决马铃薯的单产不高、总产不稳有重要作[CM（25]用[13-15]，但是当地农民在农业生产中只习惯于施用氮磷[LL]肥，而忽略钾肥的重要性，导致土壤氮磷钾养分不均衡，阻碍马铃薯产量的提高和当地经济的发展。本试验以青薯9号为研究对象，在统一施氮、磷肥量的基础上，设置不同的钾肥用量，旨在探明马铃薯的最佳钾肥用量及高产优质高效的施肥技术，为大面积推广最优施肥技术、提高马铃薯产量提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验基地概况

试验点设在宁夏雨养农业区固原市西吉县新营乡青土沟村，海拔高度2 036 m，地理坐标36°06′11″ N、105°31′49″ E，年降水量377 mm，马铃薯生育期间（5月13日—10月11日）降水量234 mm，无霜期136 d，年均气温5.4 ℃，≥10 ℃ 的有效积温2 107 ℃·d。该地区为典型雨养农业区，无灌溉条件。前茬作物为大豆，试验地农田土壤为侵蚀黑垆土，其土壤理化性质见表1。

1.3试验设计

本试验采用单因素（K）随机区组设计，把试验设计为6个处理，4次重复，即分别施钾0、60、120、180、240 kg/hm2，试验处理为N0P0K0（CK）、N2P2K0、N2P2K1、N2P2K2、N2P2K3、N2P2K4，氮肥、磷肥施用量分别为N 225 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2。小区面积48 m2（8 m×6 m），氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）的推荐用量分别为225、90、120 kg/hm2。全部磷钾肥、70%氮肥基施，30%氮肥作追肥，于现蕾期追施尿素，为预防早衰，蕾期和花期各喷洒尿素和磷酸二氢钾溶液（浓度为0.2%）1次。苗期3～4叶第1次中耕，6～8叶2次中耕，结合中耕培土。试验于2015年5月4日播种、10月11日收获，种植密度为50 010 株/hm2，等行距平种，行距50 cm、株距 40 cm，每个小区12行，每行20株，小区共240株，种植深度10～15 cm，用种量1 800 kg/hm2。

1.4样品采集与测定

样品采集日期见表2。

植株干物质测定方法：采用烘干法测定。

植株N、P、K含量的测定[16-19]：样品统一采用H2SO4-H2O2消煮，半微量凯氏定氮法测定全氮含量，钒钼黄比色法测定全磷含量，火焰光度计法测定全钾含量，以烘干质量为基础计算氮磷钾养分含量。

植株养分N、P、K吸收量=各器官干物质质量×相应氮（N）、磷（P）、钾（K）含量（%）；

各器官N养分积累量（g/株）=各器官干物质质量（g/株）×各器官养分百分含量/100；

各器官P2O5养分积累量（g/株）=各器官干物质质量（g/株）×各器官养分百分含量×2.291 4/100；

各器官K2O养分积累量（g/株）=各器官干物质质量（g/株）×各器官养分百分含量×1.204 6/100；

整株马铃薯养分积累量（g/株）=根系养分积累量（g/株）+茎秆养分积累量（g/株）+叶片养分积累量（g/株）+块茎养分积累量（g/株）。

2结果与分析

2.1马铃薯不同生育期干物质累积量的变化特征

由图1可知，马铃薯干物质累积量在出苗后18～34 d增长速度较慢，干物质增加主要是叶片和茎秆；而出苗后34～88 d干物质累积增长速度较快，主要是由于这一时期是营养生长和生殖生长并进阶段，生长发育达到了全盛时期，营养生长逐渐向生殖生长过渡转移；到出苗88 d以后，叶片和茎秆逐渐枯萎，光合作用下降，这一阶段主要以淀粉积累为中心，干物质累积速度缓慢。在整个生育期马铃薯干物质积累表现为慢—快—慢的规律，呈“S”形变化趋势。从图1中也可以看出，N2P2K2較其他处理的干物质累积高，在出苗后88 d时，N2P2K2比N0P0K0（即CK）高83.70%，N2P2K1比N0P0K0（即CK）高74.21%，说明随着钾肥的增加，马铃薯干物质的累积量也呈增加趋势，但钾肥增加到一定程度干物质开始下降，这是由于钾素过多会引起块茎含水量增加，从而导致干物质减少，加工品质变差。综合而言，N2P2K2处理对提高马铃薯干物质效果较好。

从整个生育期来看（图1），马铃薯干物质累积量随生育进程呈近似“S”形变化，经回归分析和曲线拟合选优，完全符合Logistic生长函数y=178.032/（1+64.389e-0.069 4x），其干物质实测值与由Logistic方程得出的模拟值之间呈极显著正相关（r=0.998 2*[KG-*3]*），其干物质累积量为169.72 g/株，鲜薯产量达到26.86 t/hm2。

从不同生育期来看，在幼苗期，干物质累积量较少，约占总累积量的3%；块茎形成期，干物质累积量约占总累积量的29%；块茎膨大期，干物质累积量约占总累积量的64%，是干物质累积最多的时期；淀粉累积期，干物质累积量约占总累积量的5%。可见，干物质累积量最大的时期在块茎膨大期，其次是块茎形成期，干物质在各个时期累积量依次为块茎膨大期﹥块茎形成期﹥淀粉累积期﹥幼苗期。

2.2钾肥用量对马铃薯各器官N、P、K养分累积量的影响

2.2.1对各器官N养分累积量的影响

如图2所示，在马铃薯前期，氮素的吸收以叶片为主。从苗期到块茎膨大期，叶片对氮素的吸收一直处于较高水平，块茎膨大期时达到峰值（除CK外）；块茎膨大期以后氮素的累积则明显下降，其主要原因是随着块茎的不断膨大，叶片中的氮素开始不断向块茎中转移，说明植株已经慢慢从营养生长向生殖生长过渡；在淀粉积累期时，块茎中氮的积累量达到最大值，根系中氮的积累量则处于较低水平。在苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期，马铃薯各器官的氮素累积量大致表现为叶片>根系>茎秆、叶片>块茎>茎秆>根系、叶片>块茎>茎秆>根系、块茎>叶片>茎秆>根系。

不同的钾素处理对马铃薯不同器官的氮素积累起着决定性的作用（图2）。苗期，叶片中氮的积累量以N2P2K2处理为最高，茎秆和根系氮的积累均是N2P2K3处理最高，N0P0K0处理最低，由此可得，在苗期施钾肥对氮素的吸收具有很大的促进作用，马铃薯各器官中氮的累积量均呈现上升趋势；在块茎形成期，植株营养生长与生殖生长并进，块茎中的氮积累量以N2P2K2处理为最高，比对照（N0P0K0处理）高出2.18倍；块茎膨大期时，叶片、根系中氮的累积量均是N2P2K1处理最高，而茎秆和块茎中氮的累积量则是N2P2K2处理为最高，说明在不同的生育期内，马铃薯的不同器官对氮素的吸收也各不相同；在淀粉积累期，叶片、茎秆、根系、块茎均是N2P2K2处理最高，说明钾肥用量过大或过小都会引起植株对其他养分吸收的不平衡，不利于植株对氮素的吸收和同化，故施钾量应该控制在N2P2K1处理和N2P2K2处理之间。

2.2.2对各器官磷养分累积量的影响

如图3所示，马铃薯对磷的积累，前期都是以叶片为中心。苗期到块茎膨大期，叶片对磷的吸收一直处于较高水平，块茎膨大期时达到峰值（除CK和N2P2K3处理外）；块茎膨大期以后，由于块茎的不断膨大，叶片、根系、茎秆中磷的累积量有所下降，开始向块茎中不断转移；在淀粉积累期时，块茎中的磷累积量达到最高值，根系中磷的累积量则处于较低水平。在苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期，各处理马铃薯各器官磷的累积量大致表现为叶片>根系>茎秆，叶片>块茎>茎秆>根系，叶片>块茎>根系>茎秆，块茎>叶片>茎秆>根系。

不同的钾素处理对马铃薯不同器官磷的累积也有着不同的影响（图3）。苗期，各器官中N2P2K2处理的磷累积量为最高，N0P0K0处理最低，由此可得，苗期随着钾肥施用量的不同，马铃薯不同的器官对磷的吸收量也有所不同；块茎膨大期时，马铃薯的叶片、根系、茎秆和块茎中磷累积量则是N2P2K1处理最高，说明这一时期过量的钾肥会抑制磷的积累；在块茎形成期和淀粉积累期，马铃薯各个器官磷的积累量均是N2P2K2处理最高，充分说明适量的氮钾配比，对马铃薯叶片、根系、茎秆和块茎中磷的积累均产生积极的影响，而施用过量的钾肥，植株则对磷的吸收表现不明显。

2.2.3对各器官钾养分累积量的影响

如图4所示，马铃薯对钾的吸收，前期和N、P的累积相似，以叶片为主。出苗期到块茎形成期，叶片中钾的累积量一直很高；在块茎形成期以后直至淀粉积累期，由于块茎的生长需要，叶片、根系、茎秆中的钾累积量呈下降趋势，开始向块茎中不断转移；在淀粉积累期时，块茎中的钾累积量达到最高值，根系中钾的累积量则处于较低水平。在苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期，马铃薯各器官钾的累积量大致表现为叶片>根系>茎秆，叶片>块茎>茎秆>根系，块茎>叶片>茎秆>根系，块茎>茎秆>叶片>根系。

不同的钾素处理对马铃薯钾的累积量影响也不同（图4）。苗期，叶片和茎秆中钾的累积量均是N2P2K2处理最高，比对照（N0P0K0处理）高出1.47倍、1.38倍；块茎形成期时，马铃薯不同器官的钾累积量均为N2P2K2处理最高，说明施钾肥可以促进马铃薯各器官对钾的吸收，但施用过量的钾肥会引起养分失衡，不利于植株对养分的吸收，从而造成投资成本过高和资源的浪费；在块茎膨大期、淀粉积累期，块茎中的钾累积量均是N2P2K3处理最高，分别比对照（N0P0K0处理）高出70.06%、55.96%，说明这2个时期块茎对钾素的养分需求量较大。由此可见，钾肥的用量要控制在一定的范围内，过高或过低均影响植株对钾素的吸收。

2.2.4生产1 000 kg马铃薯块茎所需氮磷钾养分量及其比例

N2P2K3>N2P2K4>N2P2K0>N0P0K0；所需K在626～9.95 kg/t 之间，需K2O在7.54～11.99 kg/t之间，各处理高低顺序均表现为N2P2K3>N2P2K2>N2P2K4>N2P2K1>N2P2K0>N0P0K0。每生產1 000 kg马铃薯块茎所需三要素N、P、K平均为6.52、0.64、8.44 kg，平均比例为 1 ∶[KG-*3]0.10 ∶[KG-*3]1.31，所需N、P2O5、K2O平均为6.52、1.47、10.17 kg，平均比例为1 ∶[KG-*3]0.23 ∶[KG-*3]1.58。

2.3不同钾肥用量对马铃薯产量及经济效益的影响

试验结果（表4）表明，随着施钾量的不同，马铃薯产量也均有所不同。通过实际测产和方差分析可知，各个施肥处理产量均比对照（N0P0K0处理）高，并且不同的施肥处理与N0P0K0处理相比均达到了显著水平，其中N2P2K2、N2P2K1、N2P2K0、N2P2K3比N0P0K0的产量分别提高了18.75%、1552%、13.97%、13.84%，处理N2P2K0、N2P2K1与N2P2K3相比无显著性差異，而处理N2P2K4与其他施钾处理相比差异显著，说明了随着钾肥施用量的增加，产量也有所提升，但钾肥施用到一定程度，产量则呈现下降趋势。经回归统计分析（图5），产量与施肥量之间存在显著的回归关系，用一元二次肥料效应模型拟合不同钾素水平与产量之间的关系，可得马铃薯产量（y）与施钾量（x）回归方程y=-1.314x2+16316x+1 293.5，r2=0.936 2。当施K量增至 6.21 kg/667 m2 时，马铃薯产量最大，为1 344.15 kg/667 m2，之后随着施钾量的增大产量缓慢下降。经济最佳施钾量为3.23 kg/667 m2时，产量为1 332.49 kg/667 m2。

3结论与讨论

马铃薯干物质积累是产量形成的基础，干物质在各器官的合理分配是产量形成的关键[20-21]。本研究结果表明，钾肥使用得当则有利于马铃薯干物质积累量的增加，对马铃薯养分积累和产量提高均有重要意义。从整个生育期来看，马铃薯干物质累积量随生育进程呈近似S型变化，经回归分析和曲线拟合选优，完全符合Logistic生长函数。这一研究结果与何文寿等的研究结果[22-24]相似。干物质累积量最大的时期在块茎膨大期，其次是块茎形成期，干物质在各个时期累积量依次为块茎膨大期﹥块茎形成期﹥淀粉累积期﹥幼苗期。

从研究中可以看出，不同的钾肥用量，对马铃薯各器官氮磷钾累积的影响也不尽相同。钾肥控制在一定范围内，对马铃薯叶片、根系、茎秆和块茎对氮磷钾养分的吸收均产生积极的影响。钾肥用量过高，则会引起养分失衡，影响植株对其他养分的吸收。

马铃薯是高产喜钾作物[25]，在施肥时应采取前促、中控、后保的原则。马铃薯增产效果与施钾量呈抛物线的关系，这与边际报酬递减规律相符合。已有研究结果表明，钾的合理施用有利于马铃薯产量的提高，对马铃薯产量具有重要的影响[26]。钾肥施用量过高过低都会导致产量下降，这与殷文等的研究结果[27-29]相一致。从试验结果可知，当施K量增至6.21 kg/667 m2时，马铃薯产量最大，为1 344.15 kg/667 m2，之后随着施钾量的增大产量缓慢下降。经济最佳施钾量为3.23 kg/667 m2时，产量为 1 332.49 kg/667 m2，N2P2K0处理的肥料经济效益最高，产投比随着钾素增加而降低，故本地区K2O用量在6～8 kg/667 m2 最为适宜。

钾肥对马铃薯产量的影响出现不同的研究结果，这可能与试验品种、土壤肥力、气候条件等方面的因素有关，而关于钾素对马铃薯各个器官中养分的运转、分配及发育的生理机制还有待于作进一步深入研究。

参考文献：

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