氮钾互作对甘薯生长发育、干物质积累分配及产量形成的影响

陈路路 孙哲 田昌庚 刘尚刚 赵丰玲 郑建利

摘要：为明确氮钾互作对甘薯生长特性及产量形成的影响，以甘薯品种泰薯15为试验材料，采用双因素裂区设计，主区为钾肥处理，设2个水平：K0（不施钾肥）、K1（钾肥施用量为18 g/m2），副区为氮肥处理，设3个水平：N0（不施氮肥）、N1（氮肥施用量为9 g/m2）、N2（氮肥施用量为18 g/m2），研究氮肥、钾肥及其交互作用对甘薯干物质积累分配及产量形成的影响。结果表明，在K0条件下，随着施氮量的增加，地上部茎叶生长势增强，块根干物质积累量、产量降低；在K1条件下，随着施氮量的增加，地上部茎叶生长势增强，块根干物质积累、产量先升高后降低；在相同施氮水平下，施钾处理的单薯质量、商品薯率、块根干质量及产量明显提高，且施钾可降低过量施氮造成的茎叶旺长。双因素方差分析结果表明，氮钾肥对甘薯的单株块根干质量、单株叶片干质量、总干质量及单薯质量和薯干产量表现出极显著正交互作用，对鲜薯产量表现出显著正交互作用。在设置的研究条件下，适宜的氮、钾肥施用量分别为9、18 g/m2（K1N1处理），氮、钾肥对甘薯生长发育、干物质积累分配及产量形成的影响不是简单的加和作用，而是复杂的交互效应，因此在甘薯生产中要充分考虑氮钾互作效应，因地制宜，合理配施，为实现甘薯高产优质栽培奠定基础。

关键词：甘薯；氮肥；钾肥；氮钾互作；干物质积累；产量

中图分类号：S531.06  文献标志码：A  文章编号：1002-1302（2023）09-0068-07

基金项目：山东省薯类产业技术体系泰安综合试验站（编号：SDAIT-16-18）；山东省现代农业（甘薯）良种工程项目子课题（编号：2020LZGC004）；山东省科技型中小企业创新能力提升工程（编号：2021TSGC1220）；泰安市科技创新发展项目（政策引导类）（编号：2022NS108）。

作者简介：陈路路（1992—），女，山东泰安人，硕士研究生，农艺师，主要从事甘薯育种及高产栽培技术研究。E-mail：happychenlulu@126.com。

甘薯是我国重要的粮食作物之一，因富含淀粉、蛋白质、纤维素、可溶性糖、果胶及维生素等营养物质［1］，深受广大消费者青睐。氮素和钾素是作物生长发育过程中必不可少的矿质元素，甘薯茎叶生长发育与块根产量的形成与氮和钾密切相关［2-3］，但目前甘薯生产上存在施氮过量，氮钾不协调，肥料利用率低等问题［4］，研究甘薯氮钾互作效应对甘薯提质增产等具有重要的指导意义。

氮、钾主要通过协调甘薯“库源”关系而对甘薯产量形成及品质提高产生影响［5-6］。氮素影响甘薯“库源”关系的建立和发展［7］，在提高甘薯光合性能、加速光合产物转化及养分积累等方面起到重要作用［8-9］，但过量施氮会导致甘薯地上部茎叶徒长，从而不利于块根膨大［10-12］。钾素促进甘薯“库-源”器官间碳水化合物的转移和分配［6，13］，甘薯功能叶硝酸还原酶、蔗糖合成酶等活性随施钾量的增加而升高［14］，钾肥可以提高叶片的蔗糖合成能力，促进光合产物向地下部的转运，有利于块根中蔗糖向淀粉转化和茎基部光合产物的卸载，从而促进甘薯块根膨大，获得高产［12，15-16］。适宜的氮钾肥配施比例可显著提高甘薯器官中氮素、钾素的积累量，提高“源”器官中碳水化合物的积累量［17］，促进甘薯“库”器官中干物质的积累，从而有利于甘薯经济产量形成［18-20］，显著提高甘薯块根中蛋白质和多种可溶性糖含量，改善块根品质［21］。吕长文等认为，甘薯块根中氮、钾的吸收利用相辅相成［22］；赵庆鑫等研究认为，氮钾肥互作会影响甘薯地上部氮、钾的转运率和收获期块根中氮素、钾素的分配率［23］，但前人有关氮钾互作对甘薯全生育期生长发育特性及干物质积累分配影响的研究尚少。

本研究通过设置不同的氮钾配施比例，研究氮钾互作对甘薯全生育期生长发育规律、干物质在不同器官中的积累与分配及产量相关性状等的影响，以期获得适宜甘薯生长发育的氮钾配施方案，为甘薯生长发育过程中的養分管理提供理论基础和参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为泰安市农业科学院选育的淀粉型甘薯品种泰薯15。

1.2 试验设计

1.2.1 试验地基本概况 试验于2021年5—10月在泰安市农业科学院徂汶景区徂徕镇（地理位置为36°06′29″N，117°15′24″E）试验基地进行，供试土壤为沙壤土，0～20 cm土层的碱解氮含量为 80.9 mg/kg，速效磷含量为16.82 mg/kg，速效钾含量为113.14 mg/kg，有机质含量为1.58%。

1.2.2 试验处理 试验采用双因素裂区设计，主区为钾肥处理，设2个水平：K0（不施钾肥）、K1（钾肥施用量为18 g/m2），副区为氮肥处理，设3个水平：N0（不施氮肥）、N1（氮肥施用量为9 g/m2）、N2（氮肥施用量为18 g/m2），共计6个处理，磷肥施用量为9 g/m2。小区行长5 m，5行区，小区面积为 20 m2，行距、株距分别为80、25 cm，每个处理设3次重复，共计18个小区。供试肥料分别选用含有46% N的尿素、含有50% K2O的硫酸钾和含有16% P2O5的过磷酸钙，肥料基施。

1.2.3 取样方法 于甘薯栽苗后60 d开始进行第1次调查取样，随后分别在栽苗后80、100、120、150 d 进行取样调查，取样时每个处理选取3株长势相同的中间行植株。每次取样时先进行生物学特征特性的测定，随后将植株按叶、茎+叶柄、块根3个部分进行分样，烘干备用。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 农艺性状的测定方法 每次调查取样时分别选取3株长势正常且一致的植株，用皮卷尺测定蔓长，用游标卡尺测定基部茎粗，调查并记录分枝数，用电子天平称量单株叶片鲜质量、单株茎叶鲜质量、单株块根鲜质量及单薯质量等，随后计算冠根比（T/R）和块根膨大速率。用打孔称质量法测定单株叶面积。收获时现场统计测产区单株结薯数、大中薯数（质量＞250 g的为大薯，质量为100～250 g 的为中薯），计算商品薯率。相关计算公式如下：

T/R=单株茎叶鲜质量/单株块根鲜质量；

商品薯率=大中薯薯块数/总薯块数×100%；

块根膨大速率=前后2次取样平均单株块根鲜质量增加量/前后2次取样间隔天数。

1.3.2 干质量的测定方法 待测定甘薯植株按照叶片、茎+叶柄、块根3个部分分样，利用烘箱烘干法测定干质量。称量并记录叶片、茎+叶柄、块根总鲜质量。叶片，茎+叶柄干率测定选取代表样品约200 g，先120 ℃杀青30 min，随后于80 ℃烘至恒质量后记录干质量，计算叶片、茎+叶柄的干率。甘薯块根干率的测定选择3块典型薯块，将薯块切成均匀、完整的薄片，每次重复取200 g左右切好的甘薯薄片置于网兜中，单层均匀摆放，自然晾晒24 h后于80 ℃烘至恒质量，记录干质量，计算块根干率。试验重复3次，取平均值。根据不同样品总鲜质量和干率计算总干质量，干率=样品干质量/样品鲜质量×100%，总干质量=总鲜质量×干率。

1.3.3 产量性状的测定方法 收获时进行产量性状的测定，每个小区选取中间3行作为测产区，利用电子台秤称质量，记录测产区的薯块鲜质量，每个测产区面积为12 m2，然后计算单位面积鲜薯产量。设3次重复，取平均值。薯干产量=鲜薯产量×块根干率。

1.4 数据处理

用Excel 2010、SPSS 19.0软件对农艺性状及产量性状等的数据进行分析和作图。

2 结果与分析

2.1 氮、钾肥及其互作对甘薯生长发育的影响

2.1.1 不同发育时期甘薯茎叶生长的变化 如图1所示，甘薯蔓长、茎粗及分枝数在全生育期整体呈上升趋势，单株叶面积先升高后降低并在栽苗后100 d达到峰值。在K0水平下，施氮处理蔓长、单株叶面积明显增大，茎粗、分枝数降低，N2处理明显出现茎叶徒长。在K1水平下，栽苗后150 d，随着施氮量的增加，蔓长先减小后增大，茎粗、分枝数先增加后降低，叶面积略微增加，N2处理出现轻微的茎叶徒长。栽苗后150 d，6个处理中，K1N1处理的茎粗最大，分枝数最多，蔓长、叶面积适中；K1N2处理的蔓长和单株叶面积大于K1N1处理，但小于K0N2处理，茎粗、分枝数的表现则相反。上述结果表明，施用氮肥可以促进甘薯茎叶生长，但过量施氮会引起甘薯旺长，施用钾肥可以促进甘薯分枝的形成，并且施用钾肥可降低过度施用氮肥造成的植株地

上部徒长，氮钾互作可使甘薯地上部茎叶稳长稳发，从而促进甘薯地上部光合作用，为形成高产奠定基础。

2.1.2 不同发育时期甘薯薯块质量的变化 如图2所示，甘薯单株块根鲜质量及单薯质量在全生育期内持续升高。在K0水平下，随着施氮量的增加，单株甘薯块根鲜质量、单薯质量均降低。在K1水平下，随着施氮量的增加，单株甘薯块根鲜质量、单薯质量均表现先增加后降低的趋势。在相同施氮水平下，施钾处理的单株块根鲜质量、单薯质量均明显升高。栽苗后150 d，6个处理中，K1N1处理的甘薯单株块根鲜质量、单薯质量最高，而K1N2处理的甘薯单株块根鲜质量、单薯质量不但小于K1N1处理，也小于K1N0处理，K0N2处理的单株块根鲜质量、单薯质量最小。氮肥的施用量应根据地力条件而定，高肥力地块可减氮或不施氮，钾肥的施用提高了氮肥的利用效率，从而提高了薯质量，合理的氮钾互作可显著提高甘薯块根产量。

2.1.3 不同发育时期甘薯T/R的变化 如图3所示，甘薯T/R在全生育期呈持续下降的趋势。在K0水平下，T/R整体呈现随施氮量的提高而增大的趋势，K0N1、K0N2处理在收获期T/R分别达到1.12、1.33，存在明显的茎叶徒长。在K1水平下，栽苗后100～150 d T/R随着施氮量的提高先减小后增大。在相同施氮水平下，施钾处理在早期的T/R增大，但收获期的T/R下降。6个处理中，K1N1處理在收获期的T/R最小（0.49），K1N2处理在收获期的T/R大于K1N1、K1N0处理，但小于K0N2处理。氮钾互作可以调节甘薯地上部与地下部协调生长，促进光合产物向块根的转运与积累，从而为块根产量形成奠定基础。

2.1.4 不同发育时期甘薯块根的膨大速率 如图4所示，甘薯块根膨大速率最大值出现在栽苗后 100～120 d。栽苗后100～150 d，在K0水平下，N0处理的块根膨大速率明显大于N1、N2处理。在K1水平下，块根膨大速率表现为N1>N0>N2。栽苗后80～120 d，相同施氮水平下，甘薯块根膨大速率表现为K1处理大于K0处理。6个处理中，K1N1处理在栽苗后80～150 d甘薯块根膨大速率最大，栽苗后100～120 d，K1N2处理的甘薯块根膨大速率小于K1N1、K1N0处理，但大于K0N2处理。

2.2 氮、钾肥及其互作对甘薯干物质积累及分配的影响

2.2.1 氮、钾肥及其互作对甘薯块根干物质积累动态的影响 如图5-a所示，单株甘薯块根干物质积累量在全生育期持续升高。在K0水平下，栽苗后120～150 d，单株甘薯块根干物质积累量随着施氮量的提高而降低；在K1水平下，单株甘薯块根干物质积累量随着施氮量的提高先升高后降低；栽苗后100～150 d，在相同施氮水平下，单株甘薯块根干物质积累量表现为K1处理大于K0处理。6个处理中，K1N1处理在收获期的单株甘薯块根干物质积累量明显高于其他处理，其次是K1N0处理，再次是K0N0处理。如图5-b所示，在栽苗后100～120 d，甘薯块根干物质积累速率达到最大值，此时在K0水平下，施氮后，甘薯块根干物质积累速率明显降低，在K1水平下，甘薯块根干物质积累速率表现为N1>N0>N2。栽苗后100～150 d，6个处理中，K1N1处理的甘薯块根干物质积累速率最大，K1N2处理的甘薯块根干物质积累速率不仅小于K1N1处理，也小于K1N0、K0N0处理，但大于K0N2处理。过量施氮会降低甘薯块根中的干物质积累量，配施钾肥可提高甘薯块根中的干物质积累量，而适宜的氮钾配施有利于提高甘薯块根中的干物质积累量及积累速率，从而为甘薯高产奠定基础。

2.2.2 氮、钾肥及其互作对甘薯收获期干物质分配的影响 由表1可知，在K0水平下，单株甘薯块根干质量及总干质量随施氮量的提高而降低，单株甘薯叶片干质量随施氮量的升高而升高；在K1水平下，单株甘薯块根干质量随着施氮量的提高呈现先增加后降低的趋势，单株甘薯叶片干质量、单株甘薯茎柄干质量随着施氮量的增大而增大；在相同施氮水平下，单株甘薯块根干质量表现为K1处理大于K0处理。6个处理中，K1N1处理的总干质量、单株块根干质量显著高于其他处理，K1N2处理的单株块根干质量不仅小于K1N1处理，也小于K1N0、K0N0处理，但大于K0N2、K0N1处理。双因素方差分析结果表明，钾肥对甘薯收获期单株块根干质量、总干质量的影响极显著，对单株叶片干质量、单株茎柄干质量的影响显著；氮肥对单株块根干质量、单株叶片干质量及总干质量的影响极显著，对单株茎柄干质量的影响未达到显著水平；氮钾互作对单株块根干质量、单株叶片干质量及总干质量的影响极显著。因此可见，氮肥可以促进叶片生长，钾肥可以促进块根产量形成，氮钾互作有利于干物质向甘薯块根的转移和分配，从而实现甘薯高产。

2.3 氮、钾肥及其互作对甘薯产量及相关性状的影响

由表2可知，在K0水平下，单薯质量、商品薯率、鲜薯产量和薯干产量随着施氮量的增高而降低；在K1水平下，单薯质量、商品薯率、鲜薯产量和薯干产量随着施氮量的提高先增加后降低；在相同施氮水平下，施钾处理的商品薯率、单薯质量较不施钾处理显著升高，单株薯块数略有提高，鲜薯及薯干产量明显升高。K1N1处理的单薯质量、鲜薯和薯干产量均明显高于其他肥料处理，K1N2处理的鲜薯和薯干产量不仅低于K1N1处理，也低于K1N0、K0N0处理，但高于K0N2处理。双因素方差分析结果表明，钾肥和氮肥对单薯质量、鲜薯产量及薯干产量的影响极显著，钾肥还对商品薯率的影响显著，且钾肥对产量性状的影响大于氮肥；氮钾互作对单薯质量和薯干产量的影响极显著，对鲜薯产量的影响显著，但对其他性状的影响未达到显著水平。综上所述，氮钾配施可以显著提高单薯质量，从而提高鲜薯产量，但不同的地块应根据实际地力水平确定适宜的氮钾配比，从而获得最大生产力。

2.4 甘薯产量性状与地上部农艺性状的相关性分析

由表3中相关性分析结果可以看出，鲜薯产量与薯干产量、商品薯率呈极显著正相关；鲜薯产量、薯干产量均与分枝数呈极显著正相关，与茎粗呈显著正相关，与T/R呈极显著负相关；商品薯率、茎粗、分枝数均与T/R呈显著或极显著负相关；蔓长与单株叶面积呈显著正相关。由此可见，在甘薯生产过程中，适当提高分枝数、增大茎粗及降低蔓长和T/R有利于协调甘薯地上部茎叶与地下部块根的平衡生长，从而促进鲜薯产量、薯干产量形成，提高商品薯率，有利于实现甘薯高产和优质生产。

3 讨论与结论

3.1 氮肥、钾肥及其互作对甘薯茎叶生长的影响

氮钾是甘薯生产过程中的重要制约因素 适宜的氮钾肥运筹机制能保障甘薯茎叶稳发稳长，促进甘薯高产稳产。已有研究结果表明，单施氮肥能够显著提高氮素积累量，增大蔓长、叶片数和叶面积，从而获得较高的地上部生物量［24］，单施钾肥处理通过提高甘薯各器官中的钾含量，促进碳水化合物向块根中转移，从而提高甘薯的经济产量［25］。本研究结果与前人的研究结果一致，即在不施钾肥的条件下，施氮处理蔓长、叶面积明显增大，茎粗和分枝数降低，K0N2处理出现明显的茎叶徒长现象，K0N0处理的地上部与地下部生长相对协调；在施钾条件下，随着施氮量的提高，地上部生长势增强，K1N2处理的茎叶生长最旺，但明显弱于K0N2处理，K1N1处理的茎粗、分枝数最大，蔓长、叶面积适中。6个处理中，K1N1处理在收获期的T/R（0.49）最小，全生育期地上部与地下部生长协调，其次是K1N0处理，再次是K0N0处理。由此可见，过量施氮会导致甘薯茎叶旺长而不利于地下部膨大，但钾肥可降低过度施用氮肥造成的地上部徒长，氮肥、钾肥合理施用能够促使甘薯地上部稳发稳长，为块根产量的形成奠定基础。

3.2 氮肥、钾肥及其互作对甘薯产量形成的影响

氮钾在植物生理代谢过程中既相互促进又相互制约，合理的氮、钾供给能够为实现作物高产奠定基础［26］。已有的研究结果表明，氮钾配施对小麦［27］、玉米［28］、水稻［29］等多种作物产量的增加呈显著的正交互效应。有关甘薯的研究结果表明，氮钾配施通过优化甘薯苗期T/R、提高须根和块根分化比例，从而显著促进块根膨大［6］。本研究结果表明，在不施钾肥处理下，单薯质量、商品薯率、鲜薯产量和薯干产量随着施氮量的提高而降低，K0N0处理的产量最高。在施钾处理下，K1N1处理的单薯质量、鲜薯产量和薯干产量高于K1N2、K1N0处理。K1N2处理鲜薯和薯干产量不仅显著低于K1N1处理，也显著低于K1N0和K0N0处理，但高于K0N2处理。在相同施氮水平下，施钾能够提高单薯质量、商品薯率和产量。双因素方差分析结果表明，氮钾肥对甘薯单薯质量、单株块根干质量、单株叶片干质量、单株总干质量及薯干产量均存在极显著的互作效应，对鲜薯产量存在显著的互作效应。因此，合理的氮钾肥配施可以提高甘薯叶片的干物质积累量，从而提高“源”的供给能力，促使干物质更多地流向块根，提高块根中的干物质积累量，进而实现甘薯高产。在下一步的研究中应加强氮钾配施对甘薯光合作用影响的研究，從而更好地阐明“库源”关系对甘薯产量形成的影响。

3.3 土壤含氮水平对甘薯适宜氮钾配比的影响

甘薯块根中氮素和钾素的吸收利用相辅相成，不同地块土壤的含氮水平不同，对氮钾配施量的需求不同。林子龙等在中等肥力土壤条件下的研究表明，施氮量、施钾量分别为90、150 kg/hm2时，龙薯31能获得最高的鲜薯产量、薯干产量［30］。王萌等对鲜食型甘薯的研究表明，在高肥力土壤条件下，不施或减施氮肥并配施适量钾肥有利于提高甘薯产量和品质［21］。本研究是在0～20 cm土层碱解氮含量为80.9 mg/kg的地块开展的，土壤含氮水平较高，导致在不施钾肥条件下，K0N0处理的产量最高，K0N2处理因茎叶旺长导致产量最低。在施钾条件下，K1N1处理的地上部与地下部生长协调，鲜薯产量和薯干产量最高，其次是K1N0处理，K1N2处理的鲜薯产量和薯干产量最低。6个处理中K1N1处理的块根产量和商品性最好，其次是K1N0处理，再次是K0N0处理，即本试验条件中最优的氮钾配比是氮肥施用量为9 g/m2，钾肥施用量为18 g/m2。总之，在土壤含氮水平较高的条件下，单施氮肥会造成茎叶旺长而导致减产，但在施用钾肥的条件下，可适量提高氮肥施用量，从而更好地发挥氮钾肥的相互促进作用，协调地上部与地下部生长，促进块根产量形成。

综上所述，适量施氮能够促进甘薯地上部茎叶稳发稳长，而过量施氮会造成甘薯茎叶旺长，适量施钾可缓解过量适氮造成的茎叶徒长，促进块根膨大，有利于干物质向块根的分配和积累，氮钾肥对甘薯的单株块根干质量、单株叶片干质量、总干质量及单薯质量和薯干产量表现出极显著的正交互作用，对鲜薯产量表现出显著的正交互作用，钾肥的产量效应大于氮肥。在本研究条件下，甘薯品种泰薯15适宜的氮、钾肥施用量分别为9、18 g/m2。氮肥和钾肥对甘薯生长发育及产量性状形成的影响不是简单的加和作用，而是复杂的交互效应，因此在甘薯生产中要综合考虑氮、钾肥的交互作用对干物质积累分配及产量的影响，因地制宜，合理配施，在增加甘薯产量的同时，提高肥料利用率，为甘薯绿色高效种植奠定基础。

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