甘薯对氮磷钾吸收及利用的研究进展
2023-03-21宾丽慧容敏坚曾宪湘
宾丽慧 容敏坚 曾宪湘
(玉林市农业科学院/广西农业科学院玉林分院,广西 玉林 537000)
甘薯含有多种营养成分,是世界卫生组织推荐的健康食品,种植较简单,种植效益突出,许多地方政府将甘薯种植列入产业扶贫项目,作为发展乡村特色产业,助力乡村振兴的优势作物。我国是世界最大的甘薯种植国,2020年我国甘薯种植面积、甘薯产量分别占全世界的56.05%、30%。近些年,为提高甘薯产量与品质,甘薯栽培肥料使用越来越受到重视。但在甘薯生产中广泛存在过量施肥、随意施肥的现象,导致肥料利用率过低、甘薯产量不高、品质不优、生产成本过高等问题。本文对国内外甘薯生长中的氮、磷、钾的生理作用,氮、磷、钾吸收利用规律,以及氮、磷、钾对甘薯生长光合特性、生长发育以及甘薯品质等的影响相关研究进展进行回顾,以期为甘薯对氮、磷、钾营养需求的深入研究和合理施用提供参考。
1 氮、磷、钾的生理作用
植物的生长离不开氮磷钾肥的使用,土壤中氮、磷、钾的含量远远不能满足植株整个生育期对肥料的需求,必须通过施肥补充。植物吸收氮肥,可以促进植株茎叶生长,提高植株光合作用,提高作物的产量;如果施氮不足,植株的叶片会变黄甚至干枯,植株分枝少,生长势减弱。磷参与植株光合作用产物的代谢与运输,施用磷肥可以促进植株根系生长,提高植株对干旱、寒冷等极端环境的适应性。植株吸收钾肥能使茎蔓增粗,为营养的输送提供更好的条件,减缓叶片衰老,增长生育期,加快块根细胞分裂速度,使块根迅速膨大,提高产量与品质;如果植株缺钾,叶片会发黄,或变成蓝绿色;根系会变少,呈现生长不良的病态,影响植株吸收养分,导致整棵植株比较脆弱。
2 氮、磷、钾的吸收利用规律
甘薯整个生长发育期对氮、磷、钾的吸收量为钾>氮>磷。王荫墀等研究指出,高产型需要吸收钾量较多,吸收氮、磷、钾量的比例为1∶0.27∶2.3,钾是氮的2倍多[1]。宁运旺等认为,甘薯生长发育过程中,氮、磷、钾吸收的比例大概为1.00∶0.69∶2.32[2];甘薯植株生长的前、中期主要吸收氮肥,前、中、后期缓慢吸收磷肥,其中,中、后期吸收较多,对钾肥的吸收主要是在中、后期,前期吸收钾肥较少。胡国燕等认为,氮的吸收主要集中在移栽后60d内,磷、钾的吸收主要集中在中、后期[3]。吴旭银等发现,甘薯在生长前期吸收的氮、磷、钾较少,中、后期较多,对磷、钾的吸收主要集中在生长的中、后期[4]。卢刚认为,在甘薯生长中前期,磷素积累量随生育期的进行而逐渐增大[5]。
了解甘薯的生长发育规律,掌握氮、磷、钾的吸收利用规律,合理施用氮、磷、钾肥,是甘薯实现高产、优质的重要环节。前期应以施氮、磷肥为主,促进植株多分枝以及根系发育,氮肥易挥发,宜施用长效氮肥或者后期随水追肥;磷肥移动较慢,且容易被土壤固定,宜靠近根系施用;中、后期重视钾肥施用,要控制茎叶生长,控制茎叶不要过早变黄衰老,生产上使用长效钾会更好。
3 氮、磷、钾施肥量对甘薯光合特性以及酶活性的影响
3.1 氮、磷、钾施肥量对光合特性的影响
作物要获得高产,必须要重视光合作用,其直接影响着植株的生长发育以及有机物的合成。肥料的使用对光合特性有着重要的影响,通过肥料的使用调节作物的生长,形成有利于作物生理代谢的田间小气候,相应地调节光合作用,影响有机物的形成进而影响着产量的高低。郑艳霞认为,在合理范围内,增加钾肥的供应,可以增加净同化率,降低光合势,增强干物质的积累,提高产量[6]。陈晓光等在研究氮肥特性时发现,氮肥的使用可以提高叶片的叶绿素含量,增强光合作用[7]。黄明丽等研究指出,氮、磷养分能提高叶片的净光合速率,促进光合作用产物的形成,最终促进产量的提高[8]。史春余等研究表明,钾的供应能够加快碳水化合物由叶片向块根的运输速率[9]。柳洪娟等认为,施钾肥促进光合作用产物供应到甘薯块根中,促进块根的膨大,形成高产[10]。
氮、磷、钾的合理配施可以补充植株生长所需要的营养,还影响着植株的光合特性,调节叶片光合速率,调节光合作用产物的运输。因此,在生产上要合理使用氮磷钾肥,前期注意使用氮、磷肥得到最好的植株生长势,提高叶片的叶绿素含量,提高净光合速率,制造更多的有机物;中、后期注重钾肥的使用,尽可能维持更久的光合作用能力,提高光合作用产物运输到块根,增加甘薯的产量和优化品质。
3.2 氮、磷、钾施肥量对相关酶活性的影响
植株进行光合作用产生光合作用产物,要经过蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)等酶的催化反应才能合成淀粉。酶活性的高低,影响着蔗糖与淀粉合成的快慢,进一步影响着甘薯产量与品质的提高。柳洪鹃等研究得出,适量供钾能提高叶片中SPS活性、提高块根中SS活性,提高蔗糖含量[11]。邹铁祥等认为,施用氮、钾肥能明显提高SS的活性,极显著提高了小麦籽粒淀粉及其组分产量[12]。王顺义等认为,施钾能够显著提高SS、SPS活性,加速糖分的合成和淀粉的转化,促进了薯块的膨大[13]。
光合作用产物合成的速率离不开体内相关酶活性的影响。在生产上,应该合理使用氮、钾肥,特别注重钾肥的施用时间和施用量,促进植株体内相关酶活性的提高,加快光合作用产物向产品器官的运转,促进甘薯块根膨大,提高甘薯品质与产量。
4 氮、磷、钾施肥量对甘薯生长发育及品质的影响
4.1 氮、磷、钾施肥量对甘薯生长发育及产量的影响
甘薯的根系形成、茎蔓生长以及块根的膨大离不开氮、磷、钾肥。江燕研究表明,适量施氮能够促进前期茎蔓的生长,适宜的氮、钾肥可增加前期单株叶片数以及生长后期单株分枝数[15]。孙泽强等研究表明,施氮肥可以促进甘薯茎叶的生长,让茎叶茂盛,为植株进行光合作用提供基础。贾赵东研究表明,适量施磷使植株根系更加发达,可以促进甘薯茎叶对氮、磷素吸收和块根对钾素的吸收利用,对于提高甘薯的经济产量具有显著的作用。甘薯整个生育期对钾元素的需求最大,属于典型的喜钾作物,施用钾肥可以促进光合作用产物向块根运输,提高甘薯块根的干物质含量,增加甘薯产量。刘倩研究表明,钾素能够影响作物产量和品质的形成,施钾可增加结薯数、提高甘薯的薯块单重,从而使得增产效果较明显[18]。王小晶等通过分期施用氮、钾肥得出,氮、钾肥的使用可以明显提高甘薯的产量,在薯块膨大期增施氮、钾肥,可以加快薯块膨大速度,使甘薯提高产量的效果最好[19]。
可见,施氮肥可以促进前期植株生长,增加茎蔓分枝数,使植株更大更壮,提高植株抗病、抗旱、抗寒能力;施磷肥能促进甘薯各器官生长发育,能使根系发达,增加块根的淀粉量,提高产量;钾肥能够提高甘薯产量和优化甘薯品质。因此,在甘薯栽培过程中,要注意氮磷钾施用与合理配比,使得肥料利用率达到最大化。前、中期注重氮、磷肥使用,使得植株根系发达,茎叶茂盛,中、后期特别是块根膨大期注重钾肥施用,可以追施磷酸二氢钾肥,促进块根膨大,使甘薯经济产量达到最优状态。
4.2 氮、磷、钾施肥量对甘薯品质的影响
钾通常被认为是影响作物品质的重要因子,影响着甘薯块根的淀粉积累。当植株吸收充足的钾肥,会使体内的淀粉合成酶得到活化,促进光合作用的产物转化成蔗糖﹑淀粉等有机物,当钾供应不足时,淀粉就会产生水解。张海燕等认为,氮磷钾合理使用,可以促进块根形成前、中期可溶性糖积聚,提高淀粉合成酶的活性,加快块根可溶性糖转变为淀粉[21],提高甘薯产量与品质。赵瑞英等研究得出,增施钾肥能提高产量和改善品质,能提高块根的蛋白质、可溶性糖、维生素C等含量[22]。王小晶等提出,合理施氮磷钾肥可以增加甘薯维生素C含量、可溶性糖含量、甘薯中粗蛋白含量[23]。
合理使用氮、磷、钾是提高产量的关键,也是影响甘薯品质的重要因素之一。生产上应该注重氮、磷、钾3种肥料的合理配合使用,特别是钾肥一定要充足提供,使得甘薯产量最大化的同时,提高甘薯品质,提高甘薯的营养价值,迎合消费者的需求,增加甘薯的市场竞争力。
5 结语与展望
甘薯在我国的种植历史悠久,多年来国内外学者、科技人员做了多方面、大量的试验研究,寻求提高甘薯产量和品质的方法;对于甘薯肥料的使用,关于甘薯氮磷钾营养方面的研究也不少,但是,甘薯对氮磷钾吸收规律,甘薯不同生长发育期对氮、磷、钾吸收的深入研究还比较欠缺。深入研究甘薯生长过程中氮、磷、钾吸收规律,氮、磷、钾对甘薯光合特性、生长发育、品质的影响,对丰富甘薯栽培生理理论和指导甘薯种植过程中合理施用氮、磷、钾肥具有举足轻重的理论和实践意义。今后应加强种植管理,前期以施氮、磷肥为主,促进植株多分枝,茎叶茂盛;中、后期重施钾肥,保证地下块根膨大。此外,应当加强研究甘薯种植过程中氮磷钾的合理使用与植株抗病、抗虫能力的关系,以及甘薯氮磷钾施用对甘薯贮藏品质的影响。同时,根据当地实际生产与消费情况,结合不同地区和品种差异研究出成本较低、实用性较强的氮、磷、钾合理配比的三元复合肥以及施肥技术。