水肥一体化条件下马铃薯钾肥的合理施用

华玉晨，范书华，董清山，解国庆，王 艳，赵云彤，张丽微

（黑龙江省农业科学院牡丹江分院，黑龙江 牡丹江 157000）

马铃薯（Solanum tuberosum L.）属茄科茄属作物，原产于南美洲安第斯山区[1]，是世界上仅次于水稻、小麦和玉米的第四大粮食作物。中国有400 多年的马铃薯种植历史，目前是世界上最大的马铃薯生产国[2]。中国政府决定在2015 年将马铃薯作为主食，推广马铃薯作为主食可以显著提高维生素C、钾、蛋白质和膳食纤维摄入量，改善中国居民的营养结构[3]。与玉米、水稻和小麦淀粉相比，马铃薯块茎中的淀粉具有糊化温度较低，透明度和粘度较高的特点[4]，因此，马铃薯淀粉在食品工业中是一种优良的原料或食品添加剂。

黑龙江省是中国马铃薯主要生产区之一，马铃薯年种植面积约20 万hm2[5]。在作物的生长发育过程中，人为可控制的最大影响因素是水分与养分[6]。传统的栽培种植模式过于粗放，大部分农户由于灌溉与肥料施用不合理[7]，造成了水资源的巨大浪费[8]，破坏土壤结构，导致土壤酸化板结，甚至造成环境污染[9]，严重制约了马铃薯产业的可持续发展。水肥一体化是利用管道灌溉系统，将肥料溶解在水中，同时进行灌溉与施肥，以小流量、均匀准确地补充给作物根系的土壤，使其附近的土壤经常保持满足农作物对水分和养分的需求，实现水肥同步管理和高效利用的节水农业技术[10]。目前，大垄膜下滴灌水肥一体化栽培模式作为新技术得到广泛的推广并且被农民所认可，此种技术具有节水、节肥、高产、高效等优势特点[11]，该技术可实现马铃薯所需水分与养分时间和空间上的耦合。

合理的滴灌施肥方式可以提高作物的产量和品质。钾素主要储存于植物体细胞液中，在植物体的生长发育过程中起关键性作用，进而影响着植物的生理生化及物质生产过程[12]。钾元素是直接影响马铃薯块茎产量和品质的主要因素之一，是马铃薯必需的营养元素。因此，本试验研究了在水肥一体化条件下，不同钾肥的施入对马铃薯产量的影响，为科学的钾肥供给提供理论基础与试验依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验田位于黑龙江省牡丹江市温春镇黑龙江省农业科学院牡丹江分院试验地（N 44.60°，E 129.58°），该地区属于中纬度温带大陆性季风气候，海拔250.6 m，年平均气温5.0℃，年平均降雨量500～600 mm，主要集中在6～8 月，以旱田耕作作为主要栽培方式，年平均日照总时长2 295.1 h，无霜期141 d，年平均蒸发总量1 262.3 mm，年平均相对湿度66%，平均活动积温2 300～2 500℃，属于第二、第三积温带。土壤类型为草甸土，质地为壤质黏土，田间持水量为25.5%，饱和土壤含水量平均为37.2%，容重1.36 g/cm3，前茬作物为大豆，试验田土壤理化性质见表1。秋季深翻，水源为江水，电力驱动。

表1 供试土壤的理化性质Table 1 Physical and chemical properties of tested soil

1.2 试验材料

马铃薯选择当地主栽品种‘尤金’[13]，种薯级别为原种。氮肥选用尿素（N 46%），磷肥选用重过磷酸钙（P2O545%），钾肥选用氯化钾（K2O 60%）。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计

试验于2021 年4～9 月进行，应用膜下滴灌水肥一体化栽培方式，垄距0.8 m，株距0.25 m，滴头间距0.2 m，流速1～2 L/h。钾肥施入量设5 个处理（表2）。每个小区9 行，行长5 m，小区面积36 m2，随机区组排列，3 次重复。化学肥料分为种肥和追肥2 种方式施入，追肥方式为滴灌追肥。氮肥20%作基肥，80%作追肥；磷肥70%作基肥，30%作追肥；钾肥50%作基肥，50%作追肥。分5 次滴灌。6 月8 日进行第1 次追肥，氮肥施用20%，磷肥施用10%，钾肥施用5%；6 月18 日进行第2 次追肥，氮肥施用20%，磷肥施用5%，钾肥施用5%；6 月28 日进行第3 次追肥，氮肥施用20%，磷肥施用5%，钾肥施用10%；7月8 日进行第4 次追肥，氮肥施用10%，磷肥施用5%，钾肥施用15%；7 月18 日进行第5 次追肥，氮肥施用10%，磷肥施用5%，钾肥施用15%。2021 年 4 月 25 日 播 种 ，2021 年 9 月 15 日收获。

表2 不同处理肥料用量Table 2 Fertilization rates of different treatments

1.3.2 调查项目及方法

收获时，各处理按照小区实收面积（36 m2）测定商品薯重（按照薯块分级标准，单个薯块≥75 g为商品薯）、小薯重、单株结薯数、单株结薯重，每小区采取全区测产获得产量，同时计算商品薯率及钾肥利用率。

商品薯率（%）=（小区商品薯块重量/小区总计薯块重量）× 100

块茎钾肥利用率（%）=（施钾处理养分含量×单位面积块茎重量- 不施钾处理养分含量× 单位面积块茎重量）/单位面积施钾量× 100

运用比重法对马铃薯块茎中干物质与淀粉含量进行测定。

1.4 试验期间气象数据

试验期间具体气象数据见表3。

表3 2021年牡丹江市气象数据Table 3 Meteorological data of Mudanjiang City in 2021

1.5 数据分析

试验数据采用Excel 2010 进行数据初步整理，SPSS 12.0 对试验数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理下马铃薯商品薯重、小薯重及商品薯率

薯形、商品薯率和颜色是商品薯确保高收益的3 个因素。薯形和颜色都是依靠马铃薯的品种来决定的，而商品薯率则可通过田间管理来提高。对不同试验处理全区测定商品薯重、小薯重及商品薯率。商品薯重最高的为K2 处理，其商品薯重为 195.33 kg/36m2，且 K2 与 K0、K4 处理下的商品薯重存在显著差异。小薯重最高为K4处理，其小薯重为21.77 kg/36m2，但5 个处理小薯重没有显著差异。同时，K2 处理下的商品薯率最高为90.98%，K0 处理下的商品薯率最低，且5个处理下商品薯率没有显著差异（表4）。

表4 不同钾肥施用量对马铃薯商品性状的影响Table 4 Effects of different potassium fertilizer application rates on marketable characters of potato

2.2 不同处理下马铃薯单株结薯数与结薯重

随钾肥用量的增加，马铃薯单株结薯数、单株结薯重均呈现先升高再下降的趋势。其中K2处理钾肥用量为180 kg/hm2时，单株结薯数与单株结薯重达到了最大值，分别为11 个和1.57 kg，K2 处理下的单株结薯数与K0 处理下的单株结薯数存在显著差异，K2、K3 处理下的单株结薯重与K0 处理下的单株结薯重存在显著差异（表5）。说明在水肥一体化的条件下，钾肥的用量对马铃薯的单株结薯数与单株结薯重有显著影响。

表5 不同钾肥施用量下马铃薯单株结薯数及单株结薯重Table 5 Tuber number per plant and tuber weight per plant under different potassium fertilizer application rates

2.3 不同处理下马铃薯干物质与淀粉含量

随钾肥用量的增加，马铃薯干物质含量与淀粉含量均呈现先升高再下降的趋势。在其K2 处理钾肥用量为180 kg/hm2时，马铃薯干物质含量与淀粉含量达到了最大值，分别为15.30%与9.49%（表6）。

表6 不同钾肥施用量下马铃薯干物质含量及淀粉含量Table 6 Dry matter and starch content of potato under different potassium fertilizer application rates

2.4 不同处理下马铃薯产量

随着施钾量的提高，马铃薯产量呈现先增加再降低的趋势，K2处理的产量达到最高为59 620 kg/hm2，较K0 处理增产23.11%，K2、K3 处理与K0、K4处理存在显著差异，K1 处理与K0 处理存在显著差异（表7）。说明在水肥一体化的条件下，钾肥用量对马铃薯产量有显著的影响。

表7 不同钾肥施用量下马铃薯产量Table 7 Yields of potatoes under different potassium fertilizer application rates

构建一元二次施肥模型，在氮、磷二水平基础上分析不同钾肥施用水平的效应，以计算最佳（经济）施钾量和最大施钾量。经拟合计算分析，并作散点图1，得到马铃薯产量（y）与施钾量（x）的回归方程：y = -0.284 9x2+ 114.13x + 48 328（R2= 0.998 7）。

图1 马铃薯钾肥用量与产量的相关性Figure 1 Correlation between potassium fertilizer application rate and potato yield

此为一元二次方程，a = -0.284 9，抛物线开口向下，故方程有极大值，用极值求解方法计算得理论钾肥最高施肥量为200.30 kg/hm2，理论最高产为59 758 kg/hm2。K0 处理下马铃薯块茎钾积累总量为594.223 kg/hm2。K1 处理下马铃薯块茎钾积累总量为614.412 kg/hm2，钾肥利用率为22.43%。K2 处理下马铃薯块茎钾积累总量为678.606 kg/hm2，钾肥利用率为46.88%。K3 处理下马铃薯块茎钾积累总量为668.796 kg/hm2，钾肥利用率为41.43%。K4 处理下马铃薯块茎钾积累 总 量 为 636.250 kg/hm2， 钾 肥 利 用 率 为17.51%。本研究发现，K2 处理下的马铃薯块茎中钾积累最多，利用率最高。

3 讨 论

马铃薯生长发育需求较多的钾元素被划为典型的喜钾作物[14]。对于马铃薯钾素的营养规律，目前认为，马铃薯对钾素（K2O）的吸收速率呈双峰曲线变化，峰值分别出现在块茎增长初期和淀粉积累期，且以淀粉积累期的吸收速率为最高，这与块茎的生育代谢规律基本一致[15]。传统观念认为，马铃薯是“喜钾忌氯”作物，即施用硫酸钾比氯化钾更有利于马铃薯生长[16]。但有研究表明，马铃薯的生长发育对氯元素的含量并没显著差异，可以用氯化钾替代硫酸钾施肥，而不会降低块茎产量或块茎品质。本试验是在氯化钾处理下，测定不同形态指标。

目前，在水肥一体化条件下，过于注重研究技术规范和应用要点，对马铃薯肥料的施用研究尚且较少，只有部分研究表明，水肥一体化生产中增加生物有机肥与微量元素肥料的施入可提高马铃薯产量和品质[17]。本研究提供了马铃薯在水肥一体化生产中钾肥合理应用的理论依据。

研究结果表明，随着钾肥施入量的不断增加，商品薯重、单株结薯数、单株薯重，呈现先增加后降低的趋势，这与前人所得结论是一致的[18]，但小薯重与商品薯率随着钾肥的施入并没有显著差异。本研究发现，在水肥一体化的条件下，当钾肥施用量为180 kg/hm2时，产量为59 620 kg/hm2，块茎钾肥利用率为46.88%。用极值求解方法计算得钾肥最高施肥量为200.30 kg/hm2，理论最高产为59 758 kg/hm2。但从全国来看，由于各地方适宜品种类型、区域气候条件、土壤理化性质等因素存在极大的差异，所得出的适宜钾肥施入量也有着极大的不同。在山东地区的最佳钾肥施用量为198.9 kg/hm2[19]，在内蒙古地区的最佳钾肥施用量为150 kg/hm2[20]，在湖北地区最佳钾肥施用量为270 kg/hm2[21]。所以本研究发现，在钾肥施用上东北地区的施入并没有低于其他地区的钾肥施入。这与徐亚新等[22]发现的钾肥用量平均值以东南地区最高，其次为西南、华北，然后为长江中下游、东北，西北最低有所不同。本研究发现，随着钾肥施入量的不断增加产量与淀粉含量，呈现先增加后降低的趋势，在马铃薯产量最高时淀粉含量最高，这与前人所得结论是一致的[21,23]，但与尚文艳等[24]马铃薯淀粉含量随钾肥施用量的增加而增加的结果不一致。目前，针对水肥一体化的肥料的施入研究有限，前人研究发现，氮肥施用量为189.24 kg/hm2时，马铃薯产量达到最大值，这为马铃薯在水肥一体化膜下滴灌马铃薯适宜的氮肥用量提供了理论基础[5]，本研究的发现为马铃薯在水肥一体化膜下滴灌马铃薯适宜的钾肥用量提供了理论基础。

研究发现随着钾肥施入量的不断增加，商品薯重、单株结薯数、单株薯重，呈现先增加后降低的趋势，钾肥施用量在180 kg/hm2时，马铃薯的产量达到最高值为59 620 kg/hm2，增产23.11%。块茎钾肥利用率为46.88%。产量最高时，马铃薯的干物质含量与淀粉含量最高，运用一元二次方程模型推算出，钾肥最高施肥量为200.30 kg/hm2，理论最高产59 758 kg/hm2。本研究建立通用的施肥模型，制定合理的肥料调控方案，完善了技术服务体系。