氮、磷、钾肥施用方式和施用量对甘薯农艺性状和产量的影响

刘洋洋，宋佳乐，吉志新，张 锴，乔亚科，2，靳恒星，刘云峰，司增志

（1. 河北科技师范学院 农学与生物科技学院，河北 秦皇岛 066600；2. 河北省（秦皇岛）甘薯产业技术研究院，河北 秦皇岛 066400；3. 河北中薯农业科技集团股份有限公司，河北 秦皇岛 066400）

甘薯（Ipomoea batatas）是一种根茎类高产作物，耐旱、不耐涝，是河北省种植的重要农作物之一，在我国甘薯之乡卢龙县已有100 多年的栽培历史[1]。施用化肥可以有效提高农作物的产量和品质，但是盲目施用或者大量施用不仅不会达到预期的经济效益，而且还会造成养分盈余浪费、土壤板结、环境污染等问题[2-6]。氮素对甘薯不定根分化起关键作用，合理施用氮肥有利于甘薯根系生长，提高光合速率、养分积累和产量，但施用过量时会造成茎叶徒长、延迟结薯等问题[7-10]。磷是植物体内许多重要有机化合物的组分，虽然甘薯对磷肥的需求量较少，但合理施用磷肥有利于块根膨大和品质提高[11-12]。与磷肥需求相反，甘薯是喜钾作物，全生育期对钾肥都有一定的需求量，合适的施用方式和施用量可以提高甘薯的产量并改善其品质[13]。氮、磷、钾肥的合理搭配施用可以实现甘薯在化肥减量施用基础上仍能够保质保产的目标，已经成为近些年的研究热点。目前，关于氮、磷、钾肥在甘薯上的施用研究大多集中在氮、磷、钾肥施用量或氮、磷、钾配比对单一甘薯品种产量的影响方面[14-15]，同时研究施用方式和施用量对多个甘薯品种（系）农艺性状和产量影响的报道尚未见。为此，以冀东地区主栽的4个甘薯品种和3 个甘薯品系为试验材料，研究氮、磷、钾肥施用量和施用方式对甘薯品种（系）农艺性状和产量的影响，筛选出不同类型甘薯较适宜的氮、磷、钾肥施用方式和施用量，以期为甘薯的高产高效栽培提供技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验地概况和试验材料

试验于2021 年在河北省秦皇岛市卢龙县中薯集团生产基地（118°45′54″～119°08′06″E、39°43′00″～40°08′42″N）进行，该地属于温带大陆性季风气候，试验田土壤为砂壤土，肥力中等，光照、排水条件良好。

供试材料为甘薯品系冀科紫18（JK274）、冀科紫19（JK142）、冀科薯20（JK7）和冀东地区主栽甘薯品种济薯25、腾飞、徐紫薯8 号、普薯32。供试氮肥为尿素（唐山邦力晋银化工有限公司生产，N≥46%），磷肥为过磷酸钙（秦皇岛鹤凤化工有限公司生产，P2O5≥12%），钾肥为硫酸钾（国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司生产，优等品，K2O≥52%）。

1.2 试验设计

试验设氮、磷、钾肥3 种处理，钾肥处理为1—13试验小区，钾肥（K2O，下同）施用量分别为0（K0）、85.09（K85.09）、170.18（K170.18）、255.27（K255.27）、340.36（K340.36）kg/hm2，施用方式分别为一次性底施（K1）、1/2底施+1/2追施（K1/2+1/2）、1/3底施+2/3追施（K1/3+2/3），底施氮肥（N，下同）157.86 kg/hm2、磷肥（P2O5，下同）91.91 kg/hm2；磷肥处理为14—23 试验小区，磷肥施用量分别为0（P0）、39.27（P39.27）、78.55（P78.55）、117.82（P117.82）kg/hm2，施用方式分别为一次性底施（P1）、1/2底施+1/2追施（P1/2+1/2）、1/3底施+2/3追施（P1/3+2/3），底施氮肥157.86 kg/hm2、钾肥294.27 kg/hm2；氮肥处理为24—33 试验小区，氮肥施用量分别为0（N0）、75.27（N75.27）、150.55（N150.55）、225.82（N225.82）kg/hm2，施用方式分别为一次性底施（N1）、1/2底施+1/2追施（N1/2+1/2）、1/3 底施+2/3 追施（N1/3+2/3），底施磷肥91.91 kg/hm2、钾肥294.27 kg/hm2。小区采用随机区组排列，小区长为20 m，垄距为0.8 m，株距为0.2 m，小区面 积 为112 m2。2021 年5 月12 日 栽 植，密 度 为62 500株/hm2，小区外设有保护行。常规田间管理。

1.3 测定项目及方法

2021 年10 月中旬及下旬，每个小区每个品种选取5株甘薯调查单株最长蔓长、分枝数、地上部鲜质量、地下部鲜质量、结薯数和薯质量，并将单株薯质量折算成产量。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2010 和SPSS 24.0 软件进行处理及统计分析，差异显著性分析采用Duncan’s新复极差法。

2 结果与分析

2.1 氮、磷、钾肥施用方式和施用量对甘薯农艺性状的影响

2.1.1 氮肥 由表1 可知，氮肥的施用方式对JK274、腾飞单株最长蔓长和单株结薯数的影响均达到显著或极显著水平，对腾飞、普薯32 地下部鲜质量的影响均达到极显著水平。氮肥施用量对JK142 单株分枝数和单株最长蔓长，JK7 单株分枝数，徐紫薯8号、济薯25、普薯32单株最长蔓长的影响均达到极显著水平，对腾飞、普薯32 地下部鲜质量和单株结薯数，徐紫薯8号地下部鲜质量，JK7、济薯25单株结薯数的影响均达到显著或极显著水平。氮肥施用方式与施用量的交互作用对JK274和腾飞单株最长蔓长、地下部鲜质量、单株结薯数，JK142地下部鲜质量和单株结薯数，徐紫薯8 号地下部鲜质量，普薯32单株最长蔓长、地上部鲜质量、地下部鲜质量的影响均达到显著或极显著水平。

表1 氮肥施用方式和施用量对甘薯农艺性状的影响Tab.1 Effects of nitrogen fertilizer application method and application rate on agronomic traits of sweet potato

续表1 氮肥施用方式和施用量对甘薯农艺性状的影响Tab.1（Continued） Effects of nitrogen fertilizer application method and application rate on agronomic traits of sweet potato

续表1 氮肥施用方式和施用量对甘薯农艺性状的影响Tab.1（Continued） Effects of nitrogen fertilizer application method and application rate on agronomic traits of sweet potato

由表1 可知，氮肥施用方式为N1时，JK274、JK142、JK7、徐紫薯8 号地下部鲜质量最大，JK274、JK142、JK7、济薯25、普薯32 单株最长蔓长最长，JK7 单株结薯数最大；腾飞、济薯25、普薯32 地下部鲜质量，JK274、JK142、腾飞、普薯32 单株结薯数在N1/2+1/2处理下最大；徐紫薯8 号和腾飞单株分枝数、单株最长蔓长，JK274 和JK142 单株分枝数，徐紫薯8 号和济薯25 单株结薯数在N1/3+2/3处理下最大。说明不同氮肥施用方式对不同品种（系）甘薯植株生长的影响不同。不同品种（系）甘薯的农艺性状随氮肥施用量的增加呈现出不同的变化趋势。JK142单株分枝数，JK7单株最长蔓长、地下部鲜质量和单株结薯数，徐紫薯8号单株分枝数和单株最长蔓长，普薯32 单株分枝数、地下部鲜质量和单株结薯数，济薯25 单株分枝数和单株结薯数在N0处理下最大；JK274和JK7单株分枝数，JK142地下部鲜质量，徐紫薯8号地下部鲜质量和单株结薯数在N75.27处理下最大；JK247单株最长蔓长、JK142单株结薯数、腾飞地下部鲜质量、济薯25 地下部鲜质量在N150.55处理下最大；JK142、济薯25、普薯32 单株最长蔓长，腾飞单株分枝数、单株最长蔓长和单株结薯数，JK274 地下部鲜质量和单株结薯数在N255.82处理下最大。总体来看，对于地下部性状，JK142、徐紫薯8号以N75.27处理最大，腾飞以N150.55处理最大，JK7、济薯25和普薯32均以N0处理最大。

2.1.2 磷肥 由表2 可知，磷肥的施用方式对JK274、JK7 单株最长蔓长，JK142 单株最长蔓长和地上部鲜质量，普薯32 单株分枝数和单株最长蔓长，徐紫薯8 号单株分枝数的影响均达到显著或极显著水平；对JK142地下部鲜质量和单株结薯数、腾飞单株结薯数、普薯32地下部鲜质量的影响均达到显著或极显著水平。磷肥的施用量对JK7、普薯32、徐紫薯8号各农艺性状的影响均达到显著或极显著水平；对JK274 单株分枝数、单株最长蔓长、地上部鲜质量，JK142、腾飞单株最长蔓长，济薯25 单株最长蔓长、地上部鲜质量的影响均达到极显著水平；对JK142 地下部鲜质量和单株结薯数、济薯25 单株结薯数的影响均达到显著或极显著水平。磷肥施用方式与施用量的交互作用对JK274 单株分枝数，JK142单株最长蔓长和地下部鲜质量，JK7和徐紫薯8 号单株最长蔓长，济薯25 单株分枝数和单株最长蔓长，普薯32 单株最长蔓长、地上部鲜质量和地下部鲜质量的影响均达到显著或极显著水平。

表2 磷肥施用方式和施用量对甘薯农艺性状的影响Tab.2 Effects of phosphate fertilizer application method and application rate on agronomic traits of sweet potato

续表2 磷肥施用方式和施用量对甘薯农艺性状的影响Tab.2（Continued） Effects of phosphate fertilizer application method and application rate on agronomic traits of sweet potato

由表2 可知，对于磷肥的施用方式，JK274 和徐紫薯8 号单株最长蔓长、腾飞和普薯32 单株分枝数、JK7 和济薯25 单株分枝数和单株最长蔓长在P1处理下最大；JK142 单株最长蔓长和地上部鲜质量在P1/2+1/2处理下最大；JK274、徐紫薯8号单株分枝数和地上部鲜质量，JK142单株分枝数，腾飞单株最长蔓长和地上部鲜质量，济薯25 地上部鲜质量，普薯32 单株最长蔓长在P1/3+2/3处理下最大。徐紫薯8 号地下部鲜质量和JK7、济薯25 单株结薯数在P1处理下最大，JK142、JK7 地下部鲜质量和JK274、JK142、徐紫薯8号单株结薯数在P1/2+1/2处理下最大，JK274、腾飞、济薯25、普薯32 地下部鲜质量和腾飞、普薯32 单株结薯数在P1/3+2/3处理下最大。对于磷肥的施用量，普薯32各农艺性状，JK274和JK142单株最长蔓长，JK7 单株分枝数、单株最长蔓长、地上部鲜质量，腾飞各农艺性状（除单株最长蔓长外），济薯25单株最长蔓长和地上部鲜质量在P0处理下最大；JK274地下部鲜质量、JK7地下部鲜质量和单株结薯数、徐紫薯8 号和济薯25 单株结薯数在P39.27处理下最大；JK274 单株分枝数和地上部鲜质量，JK142 单株分枝数、地上部鲜质量、地下部鲜质量、单株结薯数，腾飞单株结薯数，济薯25 单株分枝数在P78.55处理下最大；徐紫薯8 号单株最长蔓长、地上部鲜质量、地下部鲜质量，腾飞单株最长蔓长，济薯25地下部鲜质量、单株结薯数在P117.82处理下最大。总体来看，对于地下部性状，JK274、JK7 以P39.27处理最大，JK142 和腾飞以P78.55处理最大，徐紫薯8 号和济薯25以P117.82处理最大。

2.1.3 钾肥 由表3 可知，钾肥的施用方式对JK142 单株分枝数、单株最长蔓长、地上部鲜质量，徐紫薯8 号单株分枝数，济薯25 单株结薯数的影响均达到显著或极显著水平。钾肥的施用量对JK142单株最长蔓长和地下部鲜质量，JK142单株分枝数、单株最长蔓长、地上部鲜质量，JK7地下部鲜质量和单株结薯数，徐紫薯8号各农艺性状，腾飞地上部鲜质量和地下部鲜质量，济薯25 各农艺性状（除地下部鲜质量外），普薯32 各农艺性状（除单株结薯数外），JK7地下部鲜质量和单株结薯数的影响均达到显著或极显著水平。钾肥施用方式与施用量的交互作用对JK274单株分枝数、地上部鲜质量，徐紫薯8号和腾飞单株分枝数、单株最长蔓长、地上部鲜质量，济薯25 地上部鲜质量，普薯32 单株最长蔓长、地上部鲜质量、地下部鲜质量的影响均达到显著或极显著水平。

表3 钾肥施用方式和施用量对甘薯农艺性状的影响Tab.3 Effects of potassium fertilizer application method and application rate on agronomic traits of sweet potato

续表3 钾肥施用方式和施用量对甘薯农艺性状的影响Tab.3（Continued） Effects of potassium fertilizer application method and application rate on agronomic traits of sweet potato

续表3 钾肥施用方式和施用量对甘薯农艺性状的影响Tab.3（Continued） Effects of potassium fertilizer application method and application rate on agronomic traits of sweet potato

由表3可知，对于钾肥的施用方式，JK274、徐紫薯8 号、普薯32 的单株最长蔓长、地上部鲜质量在K1/2+1/2处理下最大，而JK142、济薯25 在K1处理下最大；JK7、徐紫薯8 号、腾飞、济薯25 地下部鲜质量、单株结薯数这些与产量直接相关的农艺性状在K1/2+1/2处理下最大，而JK142、普薯32 在K1处理下最大。随着钾肥施用量的增加，7 个甘薯品种（系）的地上部农艺性状大致呈先升高后降低的趋势，JK274 和JK142 总体以K170.18处理最大，JK7 和腾飞总体以K255.27处理最大，普薯32 以K340.36处理最大。对于地下部鲜质量、单株结薯数这些与产量直接相关的农艺性状，JK274、腾飞、济薯25 总体在K170.18处理下最大，JK142、JK7 在K0处理下最大，徐紫薯8号、普薯32 在K255.27处理下较大。说明适量的钾肥能够促进甘薯分枝和块根膨大，提高块根产量，但钾肥施用量过高对甘薯植株地上部和地下部生长不利。

2.2 不同甘薯品种（系）的最佳氮、磷、钾肥施用量分析

不同氮、磷、钾肥施用量处理7个甘薯品种（系）的产量见表4。通过多元非线性回归分析，得到氮、磷、钾肥施用量与甘薯产量（Y）的三元二次肥料效应函数模型。

表4 不同施肥量处理7个甘薯品种（系）产量分析Tab.4 Yield analysis of seven sweet potato varieties（lines）with different fertilizer application rates

YJK274=-4 722 737.351+68 279.12N-15 699.207P+798.437K-0.62N2-2.275P2-0.657K2-315.961NP-133.714NK+223.578PK（R2=0.836）；

YJK142=6 530 715.094+44 188.006N-106 067.697P-34 666.963K-0.342N2-0.859P2+0.095K2-254.975NP-70.436NK+497.766PK（R2=0.308）；

YJK7=5 698 902.003+ 35 930.7N- 36 221.394P-46 421.112K+0.541N2-1.169P2-0.352K2-550.642NP+48.943NK+419.176PK（R2=0.452）；

Y徐紫=-6 882 259.283+55 438.773N-44 891.159P+31 235.87K-0.921N2+2.154P2-0.239K2+157.526NP-236.823NK+68.102PK（R2=0.721）；

Y腾飞=2 082 141.104+1 097.591N-96 849.826P+15 909.196K-1.391N2+2.76P2-0.773K2+459.459NP-145.92NK+81.609PK（R2=0.815）；

Y济薯=7 804 453.987+30 116.14N-216 181.669P-1 370.171K-0.572N2+2.186P2-0.172K2+505.924NP-259.975NK+462.556PK（R2=0.530）；

Y普薯=-5 337.398-37 302.117N-134 313.569P+62 271.391K-0.703N2+15.224P2-0.122K2+1253.625NP-264.397NK-222.48PK（R2=0.557）。

经过规划求解，JK274 最优施肥量组合为N 157.21 kg/hm2、P2O592.18 kg/hm2、K2O 294.27 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O 为1∶0.59∶1.87，产 量 为38.37 t/hm2。JK142 最优施肥量组合为N 156.88 kg/hm2、P2O591.73 kg/hm2、K2O 293.76 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O 为1∶0.58∶1.87，产量为39.94 t/hm2。JK7最优施肥量组合为N 158.27 kg/hm2、P2O591.77 kg/hm2、K2O 294.83 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O为1∶0.58∶1.86，产量为37.09 t/hm2。徐紫薯8 号最优施肥量组合为N 156.60 kg/hm2、P2O587.96 kg/hm2、K2O 291.38 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O为1∶0.56∶1.86，产量为35.15 t/hm2。腾飞最优施肥量 组 合 为N 157.39 kg/hm2、P2O592.06 kg/hm2、K2O 294.39 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O 为1∶0.58∶1.87，产量为52.26 t/hm2。济薯25 最优施肥量组合为N 157.78 kg/hm2、P2O591.86 kg/hm2、K2O 293.92 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O 为1∶0.58∶1.86，产量为49.57 t/hm2。普薯32 最优施肥量组合为N 157.48 kg/hm2、P2O592.42 kg/hm2、K2O 296.30 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O 为1∶0.58∶1.87，产量为76.09 t/hm2。

3 结论与讨论

茎蔓和块根的协调生长是甘薯取得高产的关键，而氮肥对茎蔓的生长和薯块的膨大以及两者的协调生长有较大的影响[16]。研究发现，适量施氮可促进甘薯地上部快速生长，提高单薯质量及薯块产量[17-18]，但施用过量氮肥时将导致甘薯产量降低[19]。不同甘薯品种的耐肥性存在差异，早、晚熟品种，淀粉、食用型品种对氮肥的需求量及需求方式不一样。本研究中，氮肥施用方式为N1时，JK274、JK142、JK7、徐紫薯8 号地下部鲜质量最大，JK274、JK142、JK7、济薯25、普薯32 单株最长蔓长最长，JK7 单株结薯数最大；腾飞、济薯25、普薯32 地下部鲜质量，JK274、JK142、腾飞、普薯32 单株结薯数在N1/2+1/2处理下最大；徐紫薯8 号和腾飞单株分枝数、单株最长蔓长，JK274 和JK142 单株分枝数，徐紫薯8 号和济薯25 单株结薯数在N1/3+2/3处理下最大。说明有利于甘薯增产的施氮方式表现为N1＞N1/2+1/2＞N1/3+2/3。在氮肥施用量研究中，总体上N75.27和N150.55处理的甘薯JK142、徐紫薯8 号、腾飞、济薯25 地下部鲜质量和单株结薯数均高于N0处理，这与杨育峰等[20]研究商薯19 号及郑红22 氮肥最佳施用量为75 kg/hm2的结果相差较小。而刘明等[16]研究发现，徐薯32和徐紫薯5号在N0处理下产量较高，施用氮肥150 kg/hm2和300 kg/hm2时的块根产量却较N0处理大幅降低，这可能与土壤肥力水平较高、氮肥施入过多、品种的耐氮肥性较差等因素有关[21]。

甘薯在茎叶生长阶段对磷的吸收较少，到薯块开始膨大阶段有所增加。本研究结果表明，总体上施磷可以不同程度地提高甘薯地下部鲜质量，说明磷肥能促进甘薯块根的膨大，合理施用磷肥可以提高单株薯质量，这与卢刚等[22]的研究结论一致。施磷能够提高甘薯产量，JK274、JK7磷肥最佳施用量为39.27 kg/hm2；JK142 磷肥最佳施用量为78.55 kg/hm2；徐紫薯8 号、济薯25 磷肥最佳施用量为117.82 kg/hm2，同郭达伟[23]、贾赵东等[24]的研究结果相近。可见不同甘薯品种（系）的磷肥最佳施用量不同，这与郭达伟[23]的研究结果有所差别，可能是因为两者研究的供试甘薯品种不同。

钾素对于块根类作物正常生长、提高产量起着至关重要的作用，尤其对甘薯后期薯块膨大及产量形成更重要，但过量施钾会抑制甘薯茎叶生长[25]。本研究中，JK274、徐紫薯8 号、普薯32 的单株最长蔓长、地上部鲜质量在K1/2+1/2处理下最大，仅JK142、济薯25在K1处理下最大；JK7、徐紫薯8号、腾飞、济薯25地下部鲜质量、单株结薯数这些与产量直接相关的农艺性状在K1/2+1/2处理下最大，仅JK142、普薯32在K1处理下最大。说明1/2基施+1/2追施钾肥可以满足甘薯生长前期及后期对钾素的需求，进而提高产量。有利于甘薯增产的钾肥施用方式表现为K1/2+1/2＞K1＞K1/3+2/3，这与汪顺义等[26]分期施钾（1/2 基施+1/2 封垄期追施）能显著增加甘薯产量的结果一致。

随着钾肥施用量的增加，7 个甘薯品种（系）的地上部农艺性状大致呈先升高后降低的趋势，JK274 和JK142 总体以K170.18处理最大，JK7 和腾飞总体以K255.27处理最大，普薯32 以K340.36处理最大。对于地下部鲜质量、单株结薯数这些与产量直接相关的农艺性状，JK274、腾飞、济薯25 总体在K170.18处理下最大，JK142、JK7 在K0处理下最大，徐紫薯8号、普薯32 在K255.27处理下较大。这与陈孝赏等[27]研究发现的紫甘薯钾肥最佳施用量为160.79 kg/hm2、黄艳霞等[28]研究发现的鲜薯产量最高的钾肥施用量为225 kg/hm2的结果相似，说明适量的钾肥能够促进甘薯分枝和蔓长生长，提高单株甘薯质量，但钾肥施用量过高对甘薯植株地上部生长及增产不利。

通过三元二次肥料函数模型求得7个甘薯品种（系）氮、磷、钾肥最佳施用量，在最佳施用量下，产量表现为普薯32＞腾飞＞济薯25＞JK142＞JK274＞JK7＞徐紫薯8号。综合考虑，在本试验条件下，氮肥较适宜的施用方式为一次性底施，适宜用量为75.27～157.37 kg/hm2；磷肥较适宜的施用方式为1/3底施+2/3 追施，适宜用量为39.27～117.82 kg/hm2；钾肥较适宜的施用方式为1/2 底施+1/2 追施，适宜用量为170.18～294.12 kg/hm2。在此施用范围内，需根据甘薯品种（系）精准施用氮、磷、钾肥，最终达到高产的目的。