氮磷钾肥对木薯‘桂热4号’生物量动态的影响

郑华 文峰 罗燕春 李军 韦云东 盘欢

摘 要 为了了解氮磷钾肥对木薯品种‘桂热4号生物量动态的影响，为其生产管理和推广奠定基础，开展了本试验。试验分5个处理：CK（不施肥）、NK、NP、PK、NPK。每月采集木薯全株样品，分为叶片、叶柄、茎秆、种茎、块根、细根等6个部分，测定生物量（干重），并收集用于测定凋落物干重，收获测产。结果表明：木薯‘桂热4号叶片干物质呈顶峰型抛物线生长曲线，在8月下旬后，以快速-缓慢交替模式凋落。木薯茎秆、块根、地上部和地下部呈S型增长。根冠比前期出现单峰型波折，169 d后逐渐提高。块根干物质率表现出升高-降低-稳定-升高-稳定的模式。鲜薯产量与132 d之后的茎秆生物量和132～194 d的叶片生物量极显著相关。施氮处理增加了鼎盛期的叶片、茎秆生物量，还能促进169 d之后的块根生长，施氮处理的鲜薯产量和淀粉产量比不施氮处理高。

关键词 木薯 ；桂热4号 ；Logistic曲线 ；限制因素 ；氮肥肥效

中图分类号 S533、S143.1 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2018.04.003

Abstract A field fertilizer experiment was carried out to analyze the dynamic effect of N，P and K fertilizers on biomass accumulation of the cassava variety GR4. Five treatments， i.e. NK， NP， PK， NPK and CK （without fertilizer） were arranged in the experiment. Whole cassava plants treated were collected every month， and then divided into 6 portions， i.e.， leaf blade， leaf petiole， seed stem， stalk， tuberous roots and thin fibrous roots. The biomass of each portion and litters collected were measured in dry weight. Yield of tuberous roots were determined after harvest. The results showed the cassava leaves had a parabolic growth curve in dry matter content with a peak， and dropped in an alternative pattern of fast and slow after late August. The cassava stalk， tuberous roots， and aboveground and underground parts of the plant showed a sigmoid pattern of growth. The curve of root shoot ratio showed a unimodal pattern at the early stage， and then rose gradually after 169d. The dry matter content of the tuberous roots showed a high-low-stable-high-stable pattern. The fresh root yield at harvest had a highly significant correlation with the stalk weight after 169d and the leaf weight from 132d to 169d. The N treatments increased the leaf and stalk biomass at the peak stage and promoted the root growth after 169 d. The N treatments produced significantly higher root yield and starch yield than the treatment without N. The whole plant of the cassava variety GR4 produced biomass in a sigmoid curve， and the dry matter content of the tuberous roots showed a pattern of two platforms. N fertilizer enhanced the growth of leaves and stalks of the cassava variety GR4 as well as the root and starch yield.

Keywords cassava ； GR4 ； logistic curve ； limiting factor ； efficiency of nitrogen fertilizer

木薯（Manihot esculenta）是世界三大薯類作物之一，有着“地下粮仓”、“淀粉之王”的美誉，其用途广泛，是食品、饲料、医药、化工、生物燃料等行业的重要原料。我国的木薯种植主要分布在广西、广东、海南、福建、云南等热带、亚热带省（区）。根据联合国粮农组织（FAOSTAT，http：//faostat3.fao.org/download/Q/QC/E）统计，2013和2014年我国木薯种植面积分别为28.57万和28.77万hm2，产量分别为460.0万和468.0万t。其中，广西的木薯种植面积约占全国的60%～70%。

目前，木薯栽培在生产上还比较粗放，需要在施肥和栽培措施上做进一步研究，尤其是在木薯营养特征和施肥规律方面。已有学者对多个木薯品种进行了研究，如漆智平等[1]研究了木薯品种‘SC8013和‘SC205的营养特性及平衡施肥，张永发等[2]研究了‘华南8号的营养规律及肥料利用率，高志红等[3]研究了木薯（‘南美119）不同施肥水平下木薯氮磷钾养分积累、分配和产量的差异，黄巧义等[4]研究了传统品种‘华南205及新育品种‘华南5号木薯生物量与产量累积规律。

随着木薯新品种的不断推出，针对木薯品种的细化研究，也成了推广新品种必要的配套研究。木薯‘桂热4号是广西壮族自治区亚热带作物研究所通过品种审定的新品种，其特点是茎秆直立，一般种植条件下极少分枝，适宜密植和间套种，也适宜机械化种植（李军等[5]）。本研究通过田间试验，动态观测木薯‘桂热4号木薯各部位的生物量，以期了解其生长规律，为该品种推广提供基础知识。

1 材料与方法

1.1 材料

参试木薯品种为‘桂热4号，为广西壮族自治区亚热带作物研究所（以下简称热作所）育种，于2011年通过品种审定。其品种亲本单株编号为SM1600，来源于国际热带农业中心木薯种质PAR164自然杂交后代。

1.2 方法

1.2.1 试验地与处理

采用田间试验，试验于2013年种植季在热作所木薯基地内开展（N22°54′02.58″，E108°20′05.43″）。试验地土壤为红壤，pH 5.0，有机质18.5 g/kg，全氮1.86 g/kg，速效氮54.00 mg/kg，有效磷15.0 mg/kg，速效钾144.0 mg/kg。土壤质地为粘壤土（美国制），其中粘粒（<0.002 mm）36.17%，粉（砂）粒（0.05～0.002 mm）36.59%，砂粒（2～0.05 mm）27.23%。

试验设5个处理（表1）。随机区组排列。株行距80 cm×80 cm，小区为8 m×8 m，面积64 m2。试验用的氮、磷、钾肥分别为尿素（46% N），钙镁磷肥（15% P2O5），氯化钾（60% K2O）。

1.2.2 田间管理

试验于2013年3月6日种植。施肥均為3次，第1次为基肥，施用磷肥；第2次施肥于植后40 d，施用N和K的50%；第3次施肥于植后3个月，施用N和K的50%。

木薯种收过程中的其它管理包括间苗、人工除草等，未喷施农药。

1.2.3 采样与分析

分别于4月15日（40 d）、5月16日（71 d）、6月18日（104 d）、7月16日（132 d）、8月22日（169 d）、9月16日（194 d）、10月15日（223 d）、11月15日（254 d）、12月15日（284 d），在每个小区采集3株木薯，快速带回室内（15 min以内），并快速（15 min以内）细分为叶片、叶柄、茎秆、种茎、块根、细根6个部分，分别测定鲜重。105℃杀青后85℃烘干至恒重，称重得到干重。地上部为叶片、叶柄、茎秆的总和，地下部为种茎、细根、块根的总和，根冠比为地下部与地上部干重的比值。

于8月15日在每个小区选择3株木薯下铺置尼龙网袋，分别于8月30日（177 d）、9月13日（191 d）、9月28日（206 d）、10月14日（222 d）、11月14日（253 d）、11月28日（267 d）收集落在网袋上的凋落物。烘干称重记为该时段的凋落物量。

于12月24日选取中间株收获测产，并用雷蒙称测定鲜薯淀粉含量。

数据整理与作图在Microsoft Excel 2010中 展开。方差分析在SPSS13.0软件中进行，多重比较均用SPSS程序中的新复级差法（Duncan），相关分析采用Pearson相关。曲线拟合在OriginPro 8软件中进行，包括一元二次方程和Logistic方程曲线。

Logistic方程为：Y=A2+（1）

其中，Y为因变量，x为时间，A1和A2分别为曲线的最小值和最大值，X0为曲线的中间点（曲线斜率为1时的x值），p为幂。在本研究的曲线拟合中，木薯地上部的A1人为设置为0，地下部分的A1设置为40 d时的种茎重量（认为是种植时的种茎重）。

2 结果与分析

2.1 木薯生物量、凋落物量、干物质积累速率

木薯叶片和叶柄的干重随着木薯生长均呈抛物线分布（图1），可以用抛物线极显著拟合（表2）。

从生长初期到71 d生长缓慢，104 d处于快速生长期，到132 d（7月16日）到达顶峰；8月中下旬开始落叶，叶片和叶柄的干重均显著下降。

各处理的叶片和叶柄干重仅在132和169 d有显著差异。132 d各处理的表现为NPK和NK处理大于（p<0.05）PK和CK，且NP大于CK。169 d的叶片干重为NPK、NP、NK大于PK和CK。132 d的叶柄各处理干重为NPK、NP、NK大于PK和CK，而169 d则为NK和NPK大于PK和CK。综合叶片和叶柄干重，施氮处理增加了鼎盛期的叶干重。

凋落物干重随时间的分布呈波浪状变化（图2）。各处理在8月30日凋落物干重较高，9月13日下降，9月28日又提高，10月14日采样期又有所下降，11月28日最低。可见叶片的凋落并非线性，而是以快速-缓慢凋落的形式交替进行。经田间观察，综合叶片和凋落物的表现，可以确定叶片受到红蜘蛛的影响提早凋落。

各处理的茎秆干重均呈S型增长（图1），并可用Logistic曲线极显著（p<0.01）拟合（表2）。到71 d依然生长缓慢，104～169 d均处于快速生长期，直到194 d以后才基本保持平稳。在132 d以后各处理茎秆干重间均有显著差异。基本上以NPK为最高值，NK、NP处理与NPK处理差异不显著；PK和CK处理处于最低值，且二者在169和284 d还显著低于NP和NK。说明氮肥在132 d之后对木薯茎秆干重有促进作用。

块根干重也可用Logistic曲线极显著拟合（表2）。104 d之前块根还处在形成期，其生物量积累缓慢，132、169、192 d均处于膨大期，生物量迅速积累。223 d之后基本保持平稳，还略有提高。

块根干重从132 d开始各处理间出现显著差异。132 d块根干重为CK显著低于NPK和NK；169 d为NPK、NK、NP显著高于CK；194 d为NPK最高，显著高于PK和CK，而NK则显著高于PK；254 d为NP显著高于PK和CK；284 d为NK显著高于PK和CK，且NP和NPK显著高于CK。说明氮磷钾全量施肥和施氮钾在132 d就能促进块根生长，而施氮肥在169 d之后能显著促进块根生长。

种茎干重也能用Logistic曲线拟合，但其R2值低于茎秆（表2）。种茎的生长是由于块根基部在种茎连接处的膨大造成的。细根的干重可用Logistic曲线拟合（表2），但由于其散点波动略大（图1），R2值也低于其它部位。

地上部干重也符合Logistic曲线（图1）。在71 d之后开始快速生长，但受到落叶的影响，其在223 d有下降，254 d之后保持平稳。

从NPK处理来看，地上部干物质积累速率从0～132 d都是逐渐提升，之后逐渐降低，到194 d之后甚至负增长。CK处理该值的最大值出现时间为71～104 d，之后就显著降低，说明不施肥处理的地上部生长速率仅在71～104 d爆发，之后缓慢增长，到194 d之后因为落叶过多导致负增长。用NPK与PK相比，可知氮肥对地上部干物质积累速率的效果为使该指标的数值大大提高，且这种提高持续的时间也相应延长，说明氮肥促进了地上部分生物量增长的强度和延续时间。而不施磷肥或钾肥均表现为104～132 d该指标较低，但132～169 d则高于NPK，说明缺磷或缺钾会促使地上部缓慢生长，但延续时间更长。

地下部干重基本呈S型曲线变化，在104 d之后快速增长，但在254 d之后，基本保持平稳或继续增长。从NPK处理来看，地下部干物质积累速率也从0 d开始逐渐提高，至104～132 d到达顶峰，高达（2.90±1.28）g/d，之后缓慢下降（表3）。各处理间差异较大，NPK的最大值出现在104～132 d，CK的最大值最小，出现在169～194 d，说明不施肥推迟了块根的快速膨大期。施氮肥则增强了104～132 d、169～194 d的地下部干物质积累。

全株总干重表现出了S型增长趋势（图3），132 d及之后各处理也有显著差异（254 d除外），基本表现为施氮肥处理高于不施氮处理。说明施氮对木薯生物量的促进作用。

2.2 根冠比与块根干物质率

根冠比是作物生物量分配的重要表征。在40 d时地下部相对地上部生长缓慢，根冠比仅为0.192（图2），地下部干重仅为种茎的约1/5。到71 d忽然升高，说明地下部相对快速生长，除了PK处理根冠比仅为1.74外，其它4个处理的根冠比范围为2.61～2.87。到104 d根冠比下降到接近1，该数值也是除了苗期，在木薯生育期中最低的；到132 d又快速上升，说明块根膨大期，生物量分配到地下部的比例增加。169 d比132 d基本持平或略有下降；之后受到落葉和块根生长的综合影响而逐渐上升。

各处理之间的块根干物质率仅在104 和132 d有显著差异（表4）。104 d为NPK处理显著高于NK处理，说明缺磷影响块根膨大初期的块根干物质率；而132 d为NPK最高，显著高于NP和CK处理；PK次之，但其显著高于CK处理。说明施肥能提高132 d块根干物质率，而缺钾影响此时的干物质率。

随着块根形成、生长、成熟，各处理的块根干物质率均表现出了相应的变化，但各处理有差异。CK处理的块根干物质率表现出逐渐上升的趋势，从104 到132 d基本无显著变化，169和194 d显著高于132 d，223 d之后显著提高并保持平稳（表4）。NK处理从104 到132 d显著升高，之后到169 d显著下降，194 d保持平稳，到223 d后显著增高，之后保持平稳。PK处理表现为104 d最低，到132 d之后显著提高，169和194 d显著降低，223 d以后显著提高到与132 d基本持平并保持稳定。NPK处理则从104到132 d显著提高，之后到169 d显著降低，223 d后显著提高且保持平稳，之后一直保持稳定。

整体上，施肥处理在块根形成期（104 d）干物质率较少，而块根快速生长期（132 d）显著增加，但不施肥会延缓这个过程。169和194 d 2个时期为块根膨大期，干物质率较稳定。223 d后干物质率会提高到下一个稳定期，其原因是块根进入成熟期，淀粉缓慢积累。但各处理间的块根干物质率随时间进展有差异。

2.3 木薯各部位与收获期块根的相关系数

本研究中，284 d的块根鲜重与132、169、194 d的叶片干重的相关性均达到了极显著水平（p<0.01），R2分别为0.848**（p<0.01，下同；图表略）、0.742**、0.677**，与相应采样时间叶柄的相关系数分别为0.825**、0.731**、0.690**，但与其它采样时间的叶片或叶柄鲜重相关性不显著。说明木薯叶片鼎盛期与收获期块根鲜重有显著的正相关，而且随着时间推移，相关性逐渐降低。

284 d的块根鲜重与104、132、169、194、223、254、284 d的茎秆鲜重的相关系数分别为0.525*（p<0.05）、0.546*、0.766**、0.825**、0.823**、0.751**、0.819**，说明茎秆的鲜重对收获期木薯产量有一定的指示作用，尤其是在194 d以后。而在104 和132 d二者虽然也有显著的相关性，但其相关系数还较小，还可以通过改善田间管理来达到高产的目的。

2.4 鲜薯产量与淀粉含量

鲜薯产量和淀粉产量均为NPK、NK、NP显著高于CK和PK（表5），施氮处理显著高于不施氮处理，说明氮是第一限制因素。而不施氮的情况下只施磷钾肥（PK），导致鲜薯产量和淀粉产量比CK略微下降。

3 讨论

3.1 生物量

木薯‘桂热4号叶片干物质呈顶峰型抛物线生长曲线，在7～8月达到最大，之后受到红蜘蛛的影响以快速-缓慢交替逐渐凋落。木薯茎秆、块根呈S型增长。根冠比前期出现单峰型波折，169 d后逐渐提高。地上部和地下部干物质积累速率也先增加后降低。

受到红蜘蛛的影响，叶片在8月下旬开始凋落，比正常的10月份提前。叶片的凋落物积累模式是以快速-缓慢的形式交替进行，虽然这并非正常的叶片生长规律，但对木薯病虫害的研究有一定的启示。

经过调查，本研究年为该试验基地红蜘蛛大量爆发的第一年，所以并未对红蜘蛛进行任何处理。之后的种植过程中才开始采取喷施农药等防控措施。在田间生产中遇到木薯提早落叶，建议喷施叶面氮肥，促进叶片生长，保证木薯叶片中后期的长势对块根淀粉积累有促进作用。

凋落物分解快，其落地后进入土壤的比例受到土壤、温度、湿度、水流等多因素的影响。木薯凋落物是自然保持木薯地土壤肥力的重要部分，还需要对其进行深入研究。

木薯根冠比到了后期逐渐增加，这与黄巧义等[4]的研究结果类似，其研究表明到8月中下旬块根快速生长，物质累积重心由地上部逐渐转移到地下部。

细根干重随着采样时间上下波动可能是由于采样不完全造成的。由于细根的完全采集工作量巨大，本研究采样时并没有对细根进行完全的挖掘和采集，仅在采集块根时稍微扩大挖掘范围，且尽量收集了可见的细根。但细根的生物量占全株的比例较小，不影响本研究得到的主要结论。

254 d各处理间的全株生物量无显著差异，可能是由于采样时株间差异较大，数据变异系数高，导致方差分析时无法得出显著差异。

3.2 块根干物质率

块根干物质率随着块根生长过程会有相应的变化，表现出了快速升高（块根形成期）-降低（块根快速膨大器）-稳定（块根膨大期）-升高（块根成熟期）-稳定的双平台模式。磷和钾分别对块根形成期（104 d）和块根膨大期（132 d）的块根干物质率有促进作用。

3.3 鲜薯产量与淀粉产量

施氮处理不仅促进了鼎盛期（132 d）的叶片、茎秆生长，还能促进169 d之后的块根生长，对鲜薯产量和淀粉产量也有显著的促进作用，说明氮是广西典型红壤地区限制木薯产量的第一因素。

很多研究表明，氮是限制木薯产量的第一因素[6-10]，本研究结果与大部分的研究结果一致，说明红壤砖红壤地区种植木薯首先需要补充氮肥。

3.4 施肥時间

根据NPK处理的结果，104～132 d是木薯地上部和地下部干物质积累速率最大的时期，考虑到肥效释放的时间（约15 d），因此建议第二次施肥时间约为90～104 d，因此本研究中所用的施肥时间是合理的。

另外，本研究中施肥对木薯生长前期的生物量影响并不显著，暗示一种施肥策略：可以在104 d之前只施1次肥；但由于缺乏对木薯细根的全面采样和木薯养分含量的测定，并不能对此下定论，需要做进一步的研究。

致 谢 广西热作所工人韦文英、曾新华、陈庆芳、李可建、廖业清等，在该试验木薯种植、管理和采样中付出了辛勤劳动，特此谢意！

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