钾肥追施时期后移对甜瓜钾吸收利用及产量的影响

2021-06-01康利允李晓慧高宁宁常高正李海伦王慧颖徐小利赵卫星

甘肃农业大学学报 2021年2期

康利允,李晓慧,高宁宁,梁慎,常高正,李海伦,王慧颖,徐小利,赵卫星

(河南省农业科学院园艺研究所，河南郑州 450002)

甜瓜是我国销量较高的水果之一，深受消费者的喜爱.河南省是我国甜瓜主要产区之一，根据国家统计局统计，2018年河南省甜瓜种植面积约4.649×104hm2，仅次于新疆，位居全国第二，年总产量达196.99万t，甜瓜生产在农业种植中对农民的经济收入具有重要作用.甜瓜需钾量较高且反应比较敏感[1]，是典型的喜钾作物.施用钾肥能提高甜瓜产量，而不合理施用钾肥是限制甜瓜产量提高的重要因素之一[2].当前作物栽培生产中存在钾肥过量、过早施入，易导致土壤对钾的固定，破坏土壤中的营养结构和平衡[3]，还会阻碍作物对钙、镁等阳离子的吸收[4]，降低肥料利用率，造成产量、品质下降[5]，土壤性状恶化及水体污染.提高作物产量和养分利用率，明确作物整个生育时期对钾素的吸收利用规律，抓住钾肥施用关键时期，是提高甜瓜产量和养分利用率的有效途径[6].因此，如何合理施用钾肥对甜瓜产量及钾利用效应具有重要意义.姚培清等研究认为，钾肥施用量以225 kg/hm2较为适宜，有利于促进对钾素的有效运输、积累和利用，增强其抗倒性，从而得到高产，节约钾肥资源[7]；钾肥与其它肥料如氮磷肥[8]，微量元素[9]等配合施用可显著提高作物钾含量，获得高产；黄兴成等[10]通过20 a的不同施肥管理发现，土壤综合肥力指数以氮磷钾肥和有机肥配合施用效果最好，且作物产量与土壤综合肥力指数呈极显著的正相关关系，相关系数达0.704.吴绍军等[11]研究结果显示，随着钾肥追施比例的增加，西瓜品质和产量增加，当追施比为1∶1时，上述指标达到最大，而后随追施比例的增加，上述指标反而呈下降的趋势.当前，优质高产甜瓜的生产主要集中在优良品种的选择及良好的栽培措施上，而科学合理施肥的研究报道较少，且大多集中在肥料一次性施用研究，有关钾肥追施时期研究较少.因此，本研究通过连栋棚加地膜覆盖栽培，探讨钾肥追施时期后移对甜瓜钾吸收利用及产量的影响，为当地设施甜瓜高产栽培合理施用钾肥提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地土壤基本理化性质为：pH 7.81，有机质17.8 g/kg，全氮1.05 g/kg，碱解氮120.1 g/kg，有效磷12.3 mg/kg，速效钾127.4 mg/kg.供试厚皮甜瓜品种为众云20，由河南省农业科学院园艺研究所选育，果实生育期38～42 d，平均单瓜质量约2.0 kg，果肉厚越3.6 cm，中心可溶性固形物含量达16.0%～20.0%，轻抗枯萎病和病毒病，耐贮运.

1.2 试验设计

试验于2019年3～7月在河南省农业科学院现代试验基地(原阳)连栋棚内进行.试验设6个处理(表1)，每个处理重复3次，随机区组排列.小区面积为4 m×7.7 m.定植行、株距为1.1 m×0.4 m，设于棚内中段，两头留有4 m长的缓冲带，以避免因棚口温度和湿度差异较大而引起的误差.

表1 试验处理

试验于2019年3月15日播种育苗，4月8日定植，7月2日收获，其他管理措施按常规.采用连栋棚加地膜覆盖栽培，每株在主蔓13～15节子蔓留瓜1个，主蔓25节打顶.有机肥(含N 0.8%、P2O50.4%、K2O 0.4%)、尿素(含N 46.4%)、过磷酸钙(含P2O516%)和硫酸钾(含K2O 51%)的施用量分别为30、400、650、600 kg/hm2.定植时将有机肥、过磷酸钙、40%的尿素和30%的硫酸钾肥基施，剩余的尿素于伸蔓期、膨果期分别追施30%，剩余的硫酸钾肥则分次追施.

1.3 样品采集与测定

分别于甜瓜定植后25 d(伸蔓期)、45 d(幼果“退毛”)、65 d(果实“定个”)和85 d(成熟期)取样.各小区分别选取有代表性植株5株，取样洗净后按茎、叶、果各器官分开，分别置于烘箱内105℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量，称质量，计算干物质积累量.将各器官干样分别粉碎过筛，用于测定植株钾含量.样品采用浓H2SO4-H2O2法消煮，火焰光度计法测定全钾[12].成熟期选取5株果实杀青前称其单瓜质量.成熟期每小区采集生长整齐一致的10株果实，称质量，计算产量.

1.4 数据处理与分析

钾积累量(kg/hm2) = 各器官的干物质积累量×钾含量(%)；

钾分配率(%)=各器官钾积累量/钾积累总量×100%；

钾积累速率[kg/(hm2·d)]= 钾积累量/定植后天数；

阶段钾积累速率[kg/(hm2·d)]= 阶段钾积累量/阶段时间；

钾肥利用效率= 果实产量(kg/hm2) /施钾量(kg/hm2).

钾素收获指数=果实钾素积累量(kg/hm2)/植株钾素积累量(kg/hm2)

钾肥回收率(‰)=(施钾处理果实钾的携出量-不施钾处理果实钾的携出量)/钾肥施用量×1 000

总成本(元/hm2)=肥料投入(元/hm2)+农药、人工等成本(元/hm2)

采用Excel 2003、SPSS 13.0、Sigmaplot 10.0数据分析软件对数据进行作图、方差分析，并采用Duncan新复极差法进行多重比较.

2 结果与分析

2.1 钾肥追施时期对甜瓜钾积累与分配的影响

2.1.1 钾积累速率由图1可知，定植后45～65 d(膨瓜期)之间是甜瓜对钾的积累高峰期.甜瓜定植后65 d，对钾的积累速率明显降低，但T1和T3处理甜瓜钾积累速率均较其他处理高，且定植后65 d时T1和T3处理间差异不显著，表明定植后54 d追施钾肥可使甜瓜在果实“定个”后仍具有较强的钾积累能力.进一步对甜瓜不同生育时期钾累积速率进行分析可知，定植后45 d左右是甜瓜对钾素主要积累时期(图2).定植后65 d至85 d期间，各处理钾积累速率均为负值，表明此阶段内甜瓜钾素的积累速率小于外排速率，钾积累量降低.与其它处理相比，T1处理在整个生育时期均保持较高的钾积累速率.总之，钾肥追施时期适当后移有利于促进甜瓜在坐果后对钾的吸收利用，提高钾积累速率，其中，以定植后54 d追钾40%处理在各个生长阶段均保持较高的钾积累速率.

小写字母表示同一采样期不同处理间差异显著(P<0.05).Different letters at the same sampling dateindicate difference (P<0.05).图1 不同钾肥调控下甜瓜钾积累速率Figure 1 Potassium accumulation rate of muskmelon under different potassium fertilizers

小写字母表示同一采样期不同处理间差异显著(P<0.05).Different letters at the same sampling dateindicate difference (P<0.05).图2 不同钾肥调控下甜瓜阶段钾积累速率Figure 2 Potassium accumulation rate in different stage of muskmelon under different potassium fertilizers

2.1.2 甜瓜不同器官钾的积累与分配由表2可知，不同钾肥调控对甜瓜定植后85 d不同器官钾的积累与分配存在明显差异.甜瓜植株中的钾主要分配于果，果的钾分配率高达44.28%～45.20%，其次是茎，叶最少.与CK相比，各施钾处理使甜瓜果实钾积累量显著增加；各追钾(T1、T2、T3和T4)处理的果实钾积累量为108.92～127.04 kg/hm2，较常规追钾(T0)处理显著增加了12.76～31.50%；不同追钾处理间亦存在明显差异，T1和T3处理果实钾积累量显著高于T2和T4处理，平均增加15.54%，但T1与T3、T2与T4处理间均无显著差异.

作物植株体内的钾素浓度的高低反映了其生长势的强弱，甜瓜茎的钾含量最高，其次为果，叶最低.与CK相比，不同施钾处理茎、叶、果的钾含量均显著增加；以果实钾含量为例，与T0处理相比， T1、T2、T3和T4处理果实钾含量平均增幅5.10%～10.86%，其中，T1和T3处理最高，较T2和T4处理平均显著增加6.63%，但T1和T3、T2和T4处理间差异均不显著.以上结果表明，钾肥追施时期适当后移可促进甜瓜对钾素的吸收，其中，定植后54 d追钾20%或40%可大幅度提高甜瓜植株钾积累量，尤其是果实钾含量，提高果实钾分配率.

表2 钾肥追施时期后移对甜瓜不同器官钾积累与分配的影响

2.2 钾肥追施时期对甜瓜钾肥利用率的影响

由表3可知，甜瓜钾肥利用效率和钾素收获指数范围分别为66.26～85.11 kg/kg和0.77～0.83，与T0处理相比，T1、T2、T3和T4处理钾肥利用效率和钾素收获指数平均增幅分别为4.35%～17.38%和4.18%～6.80%，其中T1和T3处理钾肥利用效率和钾素收获指数均最高，较T2和T4处理分别平均增加11.52%和1.90%，T1和T3、T2和T4二者间差异均不显著.由表3还可看出，钾肥回收率在30.68‰～81.41‰，与T0处理相比，各追钾处理甜瓜钾肥回收率增加了66.93%～165.31%，其中以T1和T3处理最高，较T2和T4处理平均显著增加54.15%，但T1和T3、T2和T4二者间差异均不显著.总的来说，钾肥追施时期适当后移可以显著提高甜瓜钾肥利用效率和钾素收获指数，增加钾肥回收率，尤以定植后54 d追钾20%或40%其钾肥利用效果最明显.

表3 钾肥追施时期后移对甜瓜钾肥利用效率的影响

2.3 钾肥追施时期对甜瓜产量、品质和经济效益的影响

由表4可知，不同钾肥调控对甜瓜糖度的影响差异显著.CK糖度最低，显著低于其它施钾处理；T1、T2、T3和T4处理的中心和边部可溶性固形物含量分别为18.47～19.93%和11.47～13.67%，较T0处理分别增加了5.52%～13.90%和6.83%～27.33%；不同追钾处理间亦存在明显差异， T1和T3处理中心和边部可溶性固形物含量均显著高于T2和T4处理，平均增加了6.44%和16.62%，但T1与T3、T2与T4处理间差异均未达显著水平，表明钾肥追施时期适当后移有利于提高甜瓜糖度，追钾时期过晚(定植后72 d)反而不利于糖分的积累.

不同钾肥调控下的甜瓜产量结果如表4所示， CK处理产量最低，只有其它施钾处理产量的83.92%.与T0处理相比， T1、T2、T3和T4处理增加了4.35%～17.38%，其中以T1和T3处理较高，较T2和T4处理平均显著增加11.52%，但T1和T3、T2和T4二者间差异均未达显著水平.

从表4还可知，不同钾肥调控下的肥料投入为22 203～24 003元/hm2，不同处理由于产量差异而导致产值差异，不同施钾处理的产值均高于CK处理，其中产值最高的是T1和T3处理，二者间无明显差异.同样净收益最高的处理也是T1和T3处理，相比T2和T4处理，甜瓜净收益平均增加了21 061元/hm2，增加幅度为20.09%.因此，在定植后54 d追施适量的钾肥对提高甜瓜净收益的效果最好.

表4 不同钾肥调控对产量和经济效益的影响

3 讨论

3.1 钾吸收积累分配特性

明确作物对钾素的吸收利用规律，抓住钾肥施用关键时期，对作物钾肥管理具有重要的指导意义[13].张翔等[14]研究发现，烤烟在生长后期可能仍具有一定的钾积累能力，生长后期追施钾肥可明显增加成熟期烟叶的含钾量，改善烟叶品质，提高钾肥利用率.前人研究认为，分次追施钾肥可显著提高作物植株钾积累量，提高产量、品质及钾肥利用率[15-16].本试验条件下，定植后25 d(伸蔓期前)内对钾的吸收速率很低，其高峰期约在甜瓜“定个”(定植后65 d)时，果实“定个”后钾积累速率呈下降趋势，定植后65～85 d期间，各处理钾积累速率均为负值，表明此阶段内甜瓜钾素的积累速率小于外排速率，钾积累量降低；与其它处理相比，定植后54 d追钾40%(T3)在整个生育时期均保持较高的钾积累速率.

有研究指出，作物养分积累量是衡量作物生长发育状况重要指标，代表了作物体内养分代谢强弱，保证养分以较高的比例转移到生殖器官中去是实现作物优质高产的前提[17]，因此，通过采取一定的措施提高果实钾积累量和分配率是提高作物产量和养分利用率的重要途径.我们以前的研究发现，甜瓜成熟期茎和叶钾素累积吸收量相对于坐果期均明显减少，而到成熟时，果实钾积累量占植株总积累量的40%～50%[1].李静等[18]研究表明，不同钾肥调控下甜瓜对钾素的积累和分配也存在一定差异，钾肥分两次施用处理，不仅能促进作物对钾的吸收，而且到成熟期时，植株吸收的钾能更多地分配在果实中.本试验结果表明，甜瓜植株中的钾主要分配于果，果的钾分配率高达44.28%～45.20%，其次是茎，叶最少；施钾处理使甜瓜果实钾积累量显著增加，与T0处理相比， T1、T2、T3和T4处理的果实钾积累量显著增加了12.76～31.50%，其中， T1和T3处理果实钾积累量显著高于T2和T4处理，平均增加15.54%，但T1与T3、T2与T4处理间均无显著差异.总之，随着追钾时期的适当后移，增加了甜瓜钾积累量，其中，定植后54 d追钾20%或40%可大幅度提高甜瓜植株钾积累量，尤其是果实钾含量，提高果实钾分配率.

3.2 养分效率和经济效益

钾肥利用效率是评价作物产量水平和栽培成效的重要指标.钾肥回收率在数据上能更加直观的体现出在当前土壤条件下不同钾肥调控下钾肥的效能高低.钾肥利用效率和钾肥回收率与产量、施肥量和土壤肥力水平关系密切，是衡量肥料利用率的常用指标[19]，若肥料利用率一直保持较高的水平则可显著降低肥料的直接损失[20]，因此，最大限度的提高钾素收获指数和钾肥回收率是实现肥料高效利用的重要组成部分[21].已有大量的研究指出，施用钾肥能促进作物生长，提高产量和品质[22]，且科学合理的施用钾肥有利于促进作物生长，提高养分利用率，有利于得到高产优质，进而获得较高的经济效益[23]，既不会因土壤养分消耗太多导致土壤贫瘠，从而维持地力，也不会因作物养分携出量较少而导致土壤养分积累过多[24].不同施钾方式会影响作物对钾素的吸收，尤其是作物钾积累高峰期，保证作物生长中、后期充足的钾素供应是获得作物高产和提高钾肥利用率的关键[25].汪顺义等[26]利用两年的试验结果发现，甘薯生长中后期(播种后75、100 d)追施一定量的钾肥可提高其钾积累量，追施时期(120 d)过晚钾肥利用率相对较低.本试验结果表明，在甜瓜的钾积累高峰初期追施一定量的钾肥不仅能保证甜瓜较高的产量，还能提高甜瓜的钾肥利用率.与常规追钾(T0)处理相比， T1、T2、T3和T4处理产量增加了4.35%～17.38%，其中，以T1和T3处理的产量较高，从而使得T1和T3处理钾肥利用效率和钾肥回收率亦较高，较T2和T4处理分别平均提高了11.52%和54.15%，钾肥追施时期过晚(T2和T4)钾肥利用效率和钾肥回收率有下降的趋势，造成浪费和环境污染，这可能是因为定植后72 d追施钾肥，此时已接近成熟期，植株体内抗氧化酶活性下降，各个器官已趋于衰老，对钾素的吸收利用能力减弱[27]，使钾肥利用率得不到很大的提高；而定植后54 d正是幼果“退毛”后9 d，处于果实膨大初期，此时植株内部新陈代谢作用比较旺盛，需要较多的营养物质供应，此时追施钾肥，能够提高作物光合作用，有利于作物对钾素的吸收利用，促进光合同化产物向果实转移[28].本试验结果还表明，T1和T3处理的产值和经济效益均最高，其产值和净收益分别高达203 509和204 256元/hm2、125 504和126 251元/hm2，较T2和T4处理净收益平均增加了21 061元/hm2，增加幅度为20.09%，表明追钾时期适时后移可提高甜瓜产量及经济效益，追施时期过晚(T2和T4)产量出现下降的现象，这与李书田[29]的研究结论相似，棉花蕾期或铃期追施钾肥有利于产量的提高，吐絮期追施钾肥产量呈降低的趋势.