有机钾与化学钾肥配施对黔中马铃薯产量、品质及钾素平衡的影响

胡 岗，赵 欢，秦 松，肖厚军

（贵州省农业科学院土壤肥料/农业资源与环境研究所，贵州 贵阳 550006）

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是继水稻、玉米、小麦后的第4大粮食经济作物。目前全省马铃薯冬种面积达0.74万hm2［1］，是贵州省的特色冬季农作物之一。马铃薯属于典型喜钾作物，每季收获后马铃薯块茎、茎叶从土壤中带走大量钾素，导致农田钾素输出与投入不平衡加剧，且黔中地区水热资源丰富，土壤钾素淋溶严重，容易出现钾素亏缺。施用钾肥或秸秆还田能改善马铃薯生长发育状况，有利于提高干物质累积量，增加马铃薯对氮、磷及微量元素的吸收，进而提高马铃薯养分利用率［2］。因此，优化钾肥与秸秆配施，对维持马铃薯高产、优质与土壤钾素平衡具有重要作用。

近年来，作物秸秆是我国大量而普遍存在的有机物料，其具有增加作物产量、提高土壤有机碳含量、促进养分循环利用等作用，也是一种重要的有机钾肥资源。其中，钾素约占作物秸秆干物质量的1.5%［3］。钾在农作物产量形成、保障作物高产、稳产和提升农产品品质等多方面起着极其重要和不可替代的作用，同时能促进叶片中碳水化合物向马铃薯块茎中转运，提高叶片光合作用效率，延长叶片光合作用时间，对产量和品质具有明显的提升作用［4-5］。解文艳等［6］研究表明以秸秆过腹还田最有利于钾素的收支平衡，减轻作物对土壤钾素的消耗，维持土壤钾素肥力的稳定。傅伟等［7］通过长期定位施肥试验结果表明，60%秸秆钾替代量更有利于维持钾素表观平衡，而30%的秸秆钾还田量则更有利于土壤缓效钾的积累。张磊等［8］通过秸秆还田条件下钾肥减量施用对水稻、油菜、小麦的产量结果表明，秸秆还田条件下在减少18.3%～66.7%钾肥用量能够保证作物产量。以往研究侧重于氮磷钾配施、种植方式、钾肥类型及用量等提高作物产量、品质及肥料利用率等方面［9-12］，然而在氮、磷充分满足条件下，秸秆钾或化学钾肥配施替代能否改善马铃薯产量、品质、养分吸收及土壤钾素平衡等却鲜见报道［13-14］。本研究以秸秆钾或替代化学钾肥对马铃薯产量、品质和钾素平衡的影响，探讨秸秆钾部分替代化肥钾的效果，以期为黔中地区马铃薯科学施钾制定提供依据，为钾肥高效利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于贵阳市花溪区湖潮乡，东经106°31′3″，北纬 26°26′4″，距贵阳市 20 km。平均海拔1 185 m，地貌特征系典型的高原丘陵地带，属亚热带湿润温和气候区，具有明显高原性和季风性气候特点，四季分明，年平均气温14.5℃，年降水量1 186 mm，年无霜期265 d。供试土壤：黄壤，土壤肥力中等，耕作层pH值4.25，有机质40.93 g/kg，全氮1.96 g/kg，全磷1.29 g/kg，全钾12.38 g/kg，碱解氮135.7 mg/kg，有效磷56.3 mg/kg，速效钾101.8 mg/kg，缓效钾187.8 mg/kg。

1.2 试验设计

供试品种：马铃薯宣薯2号（贵州省马铃薯研究所提供），薯块含水量69.4%。试验共设计6个处理，3次重复，随机区组排列，见表1。

表1 各小区处理氮、磷、钾施肥量 （kg/hm2）

小区长8.0 m，宽3.0 m，面积为24 m2。栽培密度6.75万窝/hm2，每小区栽3垄，每垄2行，每行27窝。试验用肥料种类：氮肥用尿素（N 46.5%）；磷肥用普通过磷酸钙（P2O512.4%）；钾肥用氯化钾（K2O 60%）；玉米干秸秆含水量5.2%，含K2O 18.8 g/kg。试验在2012～2015年实施，于3月3～6日期间整地，3月10～16日小区开沟、施基肥（30%氮肥和全部磷钾肥）、播种，4月8～20日出苗，4月17日～5月6日追肥（70%氮肥）。7月2～10日取植株样，7月23日～8月10日收获，收获取5株进行经济性状考察。

1.3 测定项目与方法

在每年马铃薯成熟期采集马铃薯植株样本，每个小区采取有代表性的马铃薯5株，分为茎叶和块茎两部分，于105℃杀青30 min，80℃烘箱中烘干至恒重，计算其地上部干物重。样本粉碎过0.25 mm筛，采用浓H2SO4+H2O2消煮，用全自动凯氏定氮仪测定氮含量；用火焰光度计测定钾含量，用钼锑抗比色法测定磷含量；采用碘比色法测定淀粉含量；采用砷钼酸比色法测定还原糖含量；采用凯氏定氮法测定蛋白质含量；参照李合生等［15］方法测定马铃薯淀粉、硝酸盐、还原糖和Vc含量。

主要计算公式［16］：

试验数据采用Excel 2010整理；用Originpro 2017制图；不同处理之间各指标的差异分析由SPSS 19.0软件的One-WayANOVA（单因素方差分析）和Duncans test完成。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田与化学钾肥对马铃薯的产量效应

由图1可以看出，施钾与秸秆还田对马铃薯产量的影响在2012～2015年间虽然增产幅度不同，但趋势相同，各处理马铃薯平均产量表现为 NPKS＞NPK1＞NPK＞S＞NP。其中 NPK1、NPK 处理马铃薯产量较NP年平均增产分别为5 510.8、3 580.7 kg/hm2；在等量低钾素（75 kg/hm2）NPK与S处理条件下，NPK处理4年马铃薯平均产量高于S处理，但它们之间差异不显著，单施化学钾肥比秸秆还田对马铃薯的增产率高出1.2～1.8倍，说明秸秆还田对马铃薯的增产效果不如单施化学钾肥，可能原因秸秆腐解速率较慢，养分释放速率跟不上马铃薯生长需求，导致马铃薯产量偏低；等量高钾素（225 kg/hm2）处理中，秸秆钾与化学钾肥配施较单施化学钾马铃薯产量高，仅2015年马铃薯产量差异显著，说明秸秆配施化学钾随着年限的增加可显著提高马铃薯的产量；NPKS处理的马铃薯产量比NP平均增产5 406.3 kg/hm2，增产率比NPK、S处理分别提高1.3、1.4倍。由此可见，在施氮、磷肥的基础上秸秆还田并结合施钾的交互增产作用高于单纯秸秆还田或施化学钾肥。从马铃薯产量变异系数来看，NPKS、NPK1、NPK、S处理的变异系数分别为20.9%、22.9%、26.2%、27.7%，且较NP分别降低了7.9%、5.9%、2.6%、1.1%，说明秸秆钾肥与化学钾配施和施用化学钾肥均可提高马铃薯产量的稳定性。在施氮、磷的基础上，单纯秸秆钾对马铃薯产量的稳定性不如单施钾肥，可能是秸秆钾释放与化学钾被植物吸收的时效性并不一致，但秸秆还田结合施钾马铃薯产量的稳定性最好。

图1 秸秆还田与化学钾肥处理马铃薯（2012～2015年）产量的变化

2.2 秸秆还田与化学钾肥配施对马铃薯养分吸收量的影响

由图2可知，施钾肥和秸秆还田可以提高马铃薯块茎和茎叶的氮、磷、钾吸收总量。与NP处理相比，NPK、S、NPKS、NPK1处理的氮、磷、钾吸收量均有不同程度的提高，并达到显著水平，提高幅度分别为3.6%～23.9%、0.6%～17.2%、24.9%～143.1%。NPK1处理的氮、磷、钾吸收量均高于其它处理，其中钾的吸收量达到显著水平。块茎氮、磷、钾吸收量分别提高了5.1%～31.8%、6.2%～42.1%、6.0%～349.3%，茎叶氮、磷、钾吸收量分别提高了1.7%～15.7%、2.6%～13.9%、28.1%～43.5%。说明相对于秸秆钾，化肥钾更易被作物吸收与利用，从而更好地促进马铃薯对氮、磷养分的吸收；在等量低钾素（75 kg/hm2）条件下，NPK处理氮、磷、钾的吸收量均高于S处理，但差异不显著；而等量高钾素（225 kg/hm2）处理中，仅对马铃薯钾素吸收量达到差异显著，且氮、磷、钾吸收量化学钾肥处理均高于化肥钾与秸秆还田配施处理；与NPK、S相比，NPKS处理的氮、磷、钾养分吸收量均有所提高，块茎氮、磷、钾吸收量分别提高了8.1%～8.7%、16.2%～62.5%、84.8%～222.0%，茎叶氮、磷、钾吸收量分别提高了1.7%～5.2%、0.6%～4.5%、0.2%～0.5%。由此可见，秸秆还田结合施化学钾的交互作用对马铃薯的养分吸收量的提高幅度高于单纯秸秆还田或施化学钾肥处理。

2.3 秸秆还田与化学钾肥配施对马铃薯品质的影响

图2 成熟期不同处理马铃薯养分吸收量

图3 不同施肥处理对马铃薯品质的影响

由图3可知，秸秆钾与化学钾肥配施对马铃薯品质有较显著影响。马铃薯块茎中淀粉、Vc含量均随着钾肥增加而增加，与处理NP相比含量分别提高5.4%～11.6%、3.8%～17.2%，说明增施钾肥有利于淀粉、Vc的合成；还原糖、硝酸盐含量随着钾肥含量的增加而下降，与处理NP相比降幅度分别为24.3%～26.2%、53.7%～65.5%，说明在高钾状态加速还原糖转化为淀粉、也降低硝酸盐的合成；在等量低钾素（75 kg/hm2）处理中，淀粉、硝酸盐含量差异不显著，而还原糖、Vc含量差异显著；而等量高钾素（225 kg/hm2）处理条件下硝酸盐、还原糖含量差异未达到显著性，淀粉、Vc含量差异显著。说明施化学钾肥对马铃薯Vc、淀粉含量都有较明显提高，原因是化学钾肥供给作物较及时，钾促进马铃薯叶片中光合作用和同化产物的运输，促进Vc、淀粉的合成；秸秆钾处理马铃薯还原糖含量、硝酸盐含量略高于化学钾肥，原因可能是秸秆钾供给作物需要秸秆组织吸水释放过程，钾的供给不能及时满足光合产物的运输和淀粉合成的要求，以及秸秆钾素释放缓慢，不会导致马铃薯对钾素的快速大量吸收，从而减少硝酸盐的累积量，同时体内的硝酸盐被不断同化，从而降低了累积量。

2.4 秸秆还田与化学钾肥对土壤钾肥素表观平衡的影响

从土壤钾素表观盈亏平衡来看（表2），不施钾肥处理4年土壤钾素盈亏最大，平均为-77.04 kg/hm2；单施化学钾肥（NPK、NPK1）处理的土壤钾素平均表观盈亏量分别为-43.33、76.9 kg/hm2，说明在高钾肥状况下，能满足马铃薯生长所需要的钾素，且存在一定盈余状态，有可能引起周边环境污染，可适当减少钾肥施用量。单施秸秆钾（S）处理的表观盈亏量为-40.16 kg/hm2，说明在等量钾素条件下，秸秆钾更易补充土壤钾素，但化学钾肥及秸秆钾表观利用率比秸秆钾高。NPKS处理的土壤钾素表观盈亏量为60.55 kg/hm2，处于盈余状态。在不施钾及低、高钾肥状况下，土壤钾素都处于亏缺状态，差异不显著。表观平衡系数反映出矿质元素输入与输出的相对平衡关系，从表2中可看出，不同处理表现为 NPK1＞NPKS＞S＞NPK＞NP，且在高钾肥处理条件下平衡系数大于1，且高施化学钾肥处理平衡系数达1.51，说明秸秆还田可有效满足作物钾素供给，缓解农田钾素缺亏。

表2 秸秆钾与化学钾肥对钾素表观平衡的影响

由图4可知，钾肥投入量与土壤钾素盈亏量、马铃薯块茎钾素含量进行曲线拟合得，土壤钾盈亏量（Y）与钾肥投入量显著相关（y=0.658 8x-85.091，R2=0.879 3**，n=4）。由该回归方程进一步推算可知，当土壤钾素含量为129.2 kg/hm2时，土壤钾素呈现平衡状态（y=0）。收获期块茎钾含量与钾肥投入量显著正相关，表明随着钾肥投入量的增加，植株单位钾吸收累积量也逐渐增加。由此可见，单施化学钾肥或秸秆还田均难以维持土壤钾素的平衡，长期下去不仅会导致土壤钾素不断耗竭，使土壤供钾能力下降，而且还会使作物因土壤缺钾降低抗旱、抗病、抗寒和抗倒伏能力，进而造成马铃薯产量和品质的降低。而秸秆还田结合施钾肥可以使土壤中的钾素得到补充，使土壤钾保持动态平衡，从而可促进马铃薯的生长发育，获得高产。

图4 土壤钾素盈亏量与块茎钾含量对钾肥投入量的响应

3 讨论

秸秆还田与化肥配施可以增加作物产量。诸多研究结果已证明，如姜超强等［17］结果表明，烟杆还田在中钾和低钾田块能提高水稻产量和维持土壤钾素平衡。刘荣乐等［18］通过5年定位钾肥试验研究表明，秸秆还田配施钾肥处理对华北和东北地区小麦、玉米产量均有显著的增产效果。孙丽敏等［14］长期定位试验结果表明，在潮土区施氮、磷肥的基础上，小麦/玉米轮作条件下秸秆还田结合钾肥配施对提高作物产量、稳定生产力效果最好。本研究显示，在施充足氮、磷条件下，收获期马铃薯产量随着施钾量增加而增加，施用钾肥和秸秆还田均能显著提高马铃薯产量，这与谭德水等［19］在华北平原连续13年施用钾肥和秸秆还田对作物产量的研究结果趋势基本一致，可能是因为秸秆还田增加土壤有机养分的矿化，释放钾素被水溶解形成水溶性钾和交换性钾，增加土壤速效氮、磷、钾养分才能有利于作物吸收，改善了土壤生态环境。同时本研究也得出单施化学钾肥对马铃薯的增产效果要好于单施秸秆钾肥，可能是受土壤类型、水分、温度、pH值、土壤微生物等多种因素的影响，秸秆腐解过程较缓慢。同时马铃薯需肥期秸秆还田不能完全腐解，秸秆中释放的钾素不能满足马铃薯正常生长发育对钾的需求，导致秸秆钾素对马铃薯的增产作用低于化学钾肥。可以看出，秸秆还田结合钾肥施用的交互增产作用高于秸秆还田或单施钾肥，年际间的稳定性最好。由此可见，仅靠秸秆中的钾代替化肥钾提高马铃薯产量并不可行，秸秆还田结合施钾肥是提高马铃薯产量的重要措施。

养分吸收量是马铃薯产量形成的基础，它的高低直接影响马铃薯产量和肥料利用效率［20］。谢佳贵等［21］研究结果显示：施钾肥和秸秆还田可以提高玉米秸秆和籽粒养分的吸收总量，且秸秆还田与钾肥配施处理对促进玉米养分吸收与积累的效果最佳。本研究结果显示，在充足氮、磷肥的基础上，化学钾肥和秸秆钾均可以提高马铃薯块茎和茎叶养分的吸收总量，但无论高、低钾素条件下，化学钾肥养分吸收量高于秸秆钾，但两者之间差异都不显著，这与产量基本一致。化学钾肥对马铃薯养分吸收量的提高幅度最大，表明钾肥施用量会影响马铃薯对氮、磷的吸收，这与在水稻、玉米上的研究结果相似［22-23］。因此，秸秆还田结合施钾肥对促进马铃薯氮、磷、钾等养分吸收与累积效果好，这与刘荣乐等［18］对我国北方土壤-作物系统内钾素循环特征及秸秆还田与施钾肥研究结果一致，对作物钾吸收量有提高作用。

钾素对马铃薯品质具有重要的影响［2，24］，研究结果颇多，秦鱼生等［24］、王涛等［25］对不同钾肥及用量对马铃薯品质影响研究表明，高钾水平下淀粉和Vc含量更高，还原糖含量更低，同时表明钾素的施用显著增加2个马铃薯品种的淀粉含量，降低硝酸盐含量。张吉立等［26］通过研究钾肥对马铃薯养分吸收和品质的影响表明，随着施钾量的增加还原糖含量呈现增加趋势，Vc含量呈现降低趋势。本研究结果表明，随着施钾量的增加，淀粉、Vc含量呈增加的趋势，还原糖、硝酸盐含量呈降低的趋势。且在等量低钾素（75 kg/hm2）条件下，淀粉、还原糖含量差异不显著；而高钾素（225 kg/hm2）条件下淀粉、还原糖、Vc含量均达到差异显著，表明施钾能提高马铃薯品质，这与秦鱼生等［24］、王涛等［25］研究结果一致。

土壤养分平衡是判断土壤养分高低的主要依据，地上部分的作物产量及携带钾量与土壤钾素的平衡存在密切关系。李玉影等［27］通过多点田间玉米平衡施肥试验研究表明，氮、磷、钾的平均平衡系数分别为0.92、1.06和0.42，其中，氮、磷养分收支状况较为平衡，钾素处于严重亏缺状态。谭德水等［28］探究施钾肥对玉米和耕层土壤钾素系统特征的影响结果表明，各定位点仅施氮、磷肥处理使土壤钾素表观亏缺，分别达135.8、89.7、71.7 kg/hm2。在本试验条件下，低钾肥条件下，无论施化学钾肥或秸秆钾土壤钾素都存在亏缺状态，且亏缺量分别为-43.33、-40.16 kg/hm2，在短期内不能维持土壤钾的平衡，土壤钾素长期处于亏缺状况，会加剧土壤钾的耗竭风险。通过秸秆钾结合化学钾肥处理的钾盈亏量为146.9 kg/hm2，平衡系数为0.61，导致土壤钾素有盈余，但较仅施等量钾肥的NPK1处理低。由此可见，秸秆还田结合施钾肥是解决土壤钾素亏缺的有效措施。

4 结论

在氮、磷肥充足的条件下，单施化学钾肥与秸秆钾肥及秸秆钾与化学钾配施，不同年际间马铃薯均有明显的增产效应，尤其是秸秆钾与化学钾肥配施的增产效果最好，年度间的产量变异系数小，淀粉、Vc含量明显增加，还原糖、硝酸盐含量降低，土壤钾素有盈余。因此，秸秆还田结合施钾肥是提高马铃薯产量、改善品质、解决土壤钾素亏缺的有效措施。