有机肥施用对粉葛干物质和养分积累与分配的影响

王斌强 ，黄尚书 ，林小兵 ，王馨悦 ，成艳红 ，黄欠如 ，叶常茂 ，李坤 ，何绍浪

（1.江西省红壤及种质资源研究所 ∕ 江西省红壤耕地保育重点实验室 ∕ 农业农村部江西耕地保育科学观测实验站, 江西南昌 330046； 2.赣州生态环境工程投资有限责任公司, 江西 赣州 341000； 3.九江市农业科学院, 江西 九江 332000）

0 引言

粉葛（Pueraria thomsoniiBenth.）为豆科多年生落叶藤本植物，是一种药食同源作物。我国有着悠久的葛栽培及利用历史，在《诗经》《农政全书》均有记载[1]。随着人们对健康生活的追求，鲜葛和葛粉等需求量越来越大，粉葛种植面积也随之增加[2]。据调查，江西省2019 年粉葛种植面积3 万亩左右[3]，但粉葛大面积种植历史很短，一般利用红壤旱地，存在着经验施肥、少施或过量施用肥料，不注重有机肥的施用，导致土壤板结、酸化加剧、土壤生物多样性降低等问题[4-5]。研究表明，有机无机肥配施有利于马铃薯、甘薯等块根、块茎作物高产稳产和养分的吸收，有利于提高肥料利用率，培肥土壤[6-11]。在等氮量施入条件下，有机无机肥配施对作物的增产效果更为显著，可增产4% ～ 20%，最高可达60%[12-13]。减施化肥并配施适量生物有机肥能够促进作物生长，提高根系活力，但过量减施不利于作物生长[14]。有机肥和化肥配施可显著提高甘薯叶片叶绿素含量和光合速率，但对产量的增产效应因品种和土质等不同而存在差异[15]。由于粉葛生育期长，生长量较大，生产上易施肥过量导致植株营养失调，故掌握植株不同生育期干物质积累量和养分吸收、分配规律，确定合理配施方案，充分发挥其互作效应是提高肥料利用率的关键因素[16-17]。但是，粉葛种植如何进行有机无机肥配置，最大限度的提高粉葛产量，改善土壤肥力是人们一直以来关注的问题，且当前在国内鲜见相关研究报道。本研究以“赣葛1 号”为试材，采用大田试验，设置3 种施肥处理，研究不同有机无机肥料配施对江西省水田粉葛干物质、养分积累与分配的影响，以期探索有机无机肥料配施应用技术效果，进而为粉葛合理施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2020 年在江西省宜春市樟树市洲上乡（115°26'34"4688 E，28°1'51"4344 N）进行。该区域为中亚热带，年均气温17.7 ℃，年降水量1 710.7 mm，≥10 ℃积温5 585.0 ℃，无霜期273 d 左右，水、温、光、热资源丰富，适宜大多数农作物生长。供试土壤为沙壤土，0 ～ 20 cm 土壤基本理化性质：pH 5.23、有机质含量为33.2 g·kg-1、碱解氮含量为171 mg·kg-1、有效磷含量为51.4 mg·kg-1、速效钾含量为125 mg·kg-1、全氮含量为1.91 g·kg-1、全磷含量为0.83 g·kg-1、全钾含量为19.8 g·kg-1。

1.2 试验设计

本试验设3 个基肥处理，单施化肥（CK）：K2SO4型三元复合肥（N、P2O5、K2O 各含15%，下同）1 500 kg·hm-2；单施有机肥（OM）：商品有机肥13 500 kg·hm-2（有机质≥70%，有效活菌5 亿·g-1，NPK 含量5%，下同）；有机无机配施（CM）：商品有机肥6 750 kg·hm-2＋三元复合肥750 kg·hm-2。采用大区设计，于2020 年3 月10 日覆膜移栽，面积为600 m2（20 m×30 m），种植垄距1.5 m，垄面宽0.4 m，每垄种1 行，株距0.40 m，栽插密度1.65 万株·hm-2，所有肥料于起垄前均匀撒施土表，然后翻混入0 ～ 20 cm 土层内。生物有机肥由江西琦根农业有限公司生产，复合肥为五禾生态肥业有限公司生产。

1.3 样品采集与分析

于5 月30 日（伸长期）、9 月3 日（膨大期）、12 月2 日（采收期）每小区分别取5 株样。将植株分为块根、葛头、主藤、侧枝、叶片5 个部位，分别进行测定。将块根和葛头切成片，主藤、侧枝、叶片分开包扎，于烘箱内105 ℃杀青20 min，80 ℃烘至恒重，冷却至室温后测干质量。将每个处理的块根、葛头、主藤、侧枝、叶片分别充分混合，用四分法缩分至200 g 左右，磨碎并过0.25 mm 筛。采用硫酸-过氧化氢消煮、全自动定氮仪测植物全氮，分光光度法测植物全磷，火焰原子吸收分光光度法测植物全钾。

采用Excel 2007 软件、DPS 7.05 软件进行统计分析，并运用Duncan 新复极差法对显著性差异（P＜ 0.05）进行检验，利用Origin 2021 软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对粉葛各生育期干物质积累的影响及分布特征

从表1 可以看出，与CK 相比，OM、CM 在伸长期、膨大期粉葛干物质总积累量差异显著，在采收期差异不显著，OM 分别降低11.3%、27.8%、12.8%，CM 分别降低了9.51%、22.6%、2.33%。与CK 相比，OM、CM 块根干物质积累量在伸长期、膨大期显著降低，分别降低了40.7%、30.5%和33.4%、22.1%（P＜ 0.05），但在采收期的块根干物质积累量OM 降低了5.18%、CM 提高了10.3%，差异均不显著。再从粉葛地上部干物质积累量来看，与CK 相比，OM 分枝、叶片干物质积累量在整个生育期均较低，分别降低了2.74% ～ 28.3%和6.28% ～ 32.6%；CM 分枝、叶片干物质积累量在整个生育期均降低，分别降低了21.9% ～ 29.2%和4.66% ～ 30.7%。

表1 不同施肥处理对粉葛各生育期干物质积累量的影响Table 1 Effects of different fertilizer treatments on dry matter accumulation at different growth stages of Pueraria thomsonii Benthkg·hm-2

2.2 不同施肥处理粉葛的各生育期干物质分配特征

由图1 可知，粉葛伸长期各处理干物质在不同器官中的分配比例表现出叶片（43.0% ～ 45.4%）＞ 分枝（9.43% ～ 13.3%）＞ 主藤（16.7% ～ 18.2%）＞ 葛头（15.0% ～ 18.0%）＞ 块根（8.13% ～ 12.2%），表明伸长期粉葛干物质积累主要集中在叶片。再从不同处理粉葛干物质在各器官分配比例来看，OM、CM 处理块根干物质分配比例较CK 分别显著降低33.5%、26.4%（P＜ 0.05）；在葛头、叶片干物质分配比例较CK 分别提高5.55% ～ 20.0%，但差异均不显著。

图1 不同施肥处理粉葛干物质分配特征Fig. 1 Dry matter distribution characteristics from different fertilizer treatments of Pueraria thomsonii Benth

从图1 还可看出，粉葛膨大期各处理干物质在不同器官中的分配比例表现出块根（33.1% ～ 34.5%）＞分枝（28.0% ～ 31.1%）＞ 叶片（21.8% ～ 22.3%）＞ 主藤（8.89% ～ 10.3%）＞ 葛头（3.90% ～ 4.94%）的趋势，表明膨大期粉葛干物质逐渐向块根转移。不同处理间干物质分配比例在各器官中的差异均不显著。

再从粉葛采收期干物质在各器官中的积累来看，各处理块根干物质分配比例高达55.1% ～ 62.0%，表明采收期粉葛干物质向块根集中积累。与CK 相比，OM、CM 块根分配比例显著升高，分别提高了8.53%和12.5%；葛头干物质分配比例为4.43% ～ 6.41%，OM 显著高于CK、CM（P＜ 0.05）；主藤分配比例为5.38% ～ 6.42%，各处理间差异不显著；分枝分配比例为16.7% ～ 20.7%，各处理间差异不显著；叶片分配比例为10.2% ～ 14.3%，CK 显著高于OM、CM。

2.3 不同施肥处理对粉葛N 积累量的影响

由表2 可知，不同施肥处理对粉葛各器官的N 积累趋势无影响，所有试验处理除CM 叶片外的N 积累量在粉葛伸长期、膨大期、采收期均呈上升趋势，且在采收时积累量达最大值。与CK 相比，OM 处理各时期的总N 积累量分别减少了4.12% ～ 31.1%；OM 在膨大期、采收期分枝、叶片的N 积累量显著降低，分别减少了32.4%、30.9%和28.6%、35.1%（P＜ 0.05）；但在采收期OM 显著提高了N 在块根中的积累，提高了27.5%（P＜ 0.05）。与CK 相比，CM 处理各时期的总N 积累量分别减少了5.76% ～ 24.2%；CM显著降低了伸长期、膨大期、采收期的分枝、叶片N 积累量，分别减少了26.0% ～ 36.2%和17.3% ～39.6%；CM 显著提高了采收期块根N 积累量，提高了25.3%（P＜ 0.05）。

表2 不同施肥处理对粉葛N 积累量的影响Table 2 Effects of different fertilizer treatments on N accumulation of Pueraria thomsonii Benthkg·hm-2

2.4 不同施肥处理对粉葛P 积累量的影响

由表3 可知，不同施肥处理对粉葛各器官的P 素积累趋势无影响，所有试验处理的块根、葛头P 素积累量在粉葛3 个时期内均呈现上升趋势，且在采收期积累量达到最大值；各试验处理主藤、分枝、叶片的P 积累趋势呈现先升高后降低趋势，在膨大期达到最大值。与CK 处理相比，含有机肥处理OM、CM的块根在伸长期、膨大期P 积累量显著降低，分别减少了40.6%、42.8%和29.6%、4.40%（P＜ 0.05）；在采收期分别增加了9.68%、17.5%，但差异不显著；OM、CM 显著降低了采收期的分枝、叶片P 积累量，分别减少了33.2%和32.9%（P＜ 0.05）。

表3 不同施肥处理对粉葛P 积累量的影响Table 3 Effects of different fertilizer treatments on P accumulation of Pueraria thomsonii Benthkg·hm-2

2.5 不同施肥处理对粉葛K 积累量的影响

由表4 可知，不同施肥处理对粉葛各器官的K 素积累趋势无影响，所有试验处理的块根、葛头K 积累量在粉葛3 个时期内均呈现上升趋势，且在采收期积累量达到最大值；各试验处理主藤、分枝、叶片的K 积累趋势呈现先升高后降低趋势，在膨大期达到最大值。地上部各器官K 素积累量分别减少了8.07% ～ 33.3%（采收期葛头除外，提高了4.03%）；与CK 处理相比，OM 处理的块根在伸长期、膨大期、采收期K 积累量显著降低，分别减少了40.9%、30.0%、4.08%（P＜ 0.05）；OM 在膨大期、采收期分枝、叶片的K 积累量显著降低，分别减少了17.7%、31.0%和28.8%、33.3%（P＜ 0.05）。CM 处理的块根在伸长期、膨大期K 素积累量显著降低，分别减少了33.1%、20.8%，而在采收期K 素积累量提高了10.5%，但差异不显著；CM 在伸长期、膨大期、采收期分枝、叶片的K 积累量显著降低，分别减少了29.2% ～31.9%和16.9% ～ 42.3%（P＜ 0.05）。

表4 不同施肥处理对粉葛K 素积累量的影响Table 4 Effects of different fertilizer treatments on K accumulation of Pueraria thomsonii Benthkg·hm-2

2.6 不同施肥处理对粉葛N、P、K 分配的影响

由图2 可知，粉葛前期以地上部生长为主，所吸收的N 主要分配于叶、主藤、葛头中，随着生育期的推进，粉葛的生长重心逐步由地上部营养生长向块根淀粉积累转移，N 在叶、主藤、葛头中的分配比例下降，块根中的N 分配比例则增加；但分枝中的N、P、K 分配量随着生育期的进程先增加后降低。与CK 相比，施用有机肥的处理在采收期均能显著提高块根中的N、P、K 的分配率，分别提高了32.7% ～32.8%、13.1% ～ 14.1%、10.9% ～ 17.6%（P＜ 0.05），均在CM 处理块根中分配最高。

图2 不同施肥处理对粉葛N、P、K 分配的影响Fig. 2 Effects of different fertilizer treatments on the distribution of N, P and K in Pueraria thomsonii Benth

3 讨论

3.1 不同施肥处理对粉葛各生育期干物质积累与分配的影响

干物质积累量是作物产量形成的物质基础，有机无机配施可显著提高马铃薯、甘薯干物质积累量[7,9,11,15]。而有机肥肥效具有长效性，施用有机肥可满足马铃薯[18]、甘薯[9,19]等块根、块茎作物生育后期生长所需养分，提高物质积累，有机物料添加能够合理调配各器官C/N，提高碳氮在地下块根部分的分配比例，促进块根产量的形成。本研究中施用有机肥处理均提高了粉葛膨大后期日积累速率，并提高块根干物质分配比例，从而获得更高的块根干重，是取得高产的物质前提[9,20-21]；有机无机配施CM 处理较CK、OM 处理提高了采收期块根干物质积累量以及分配比例，说明仅仅依靠有机肥提供的养分还是难以满足粉葛的生长需要，应更加注重有机无机配施的方式[11]。

3.2 不同施肥处理对粉葛各生育期养分积累与分配的影响

N、P、K 是作物生长不可或缺的三大营养元素，其在作物体内的吸收和分配利用是作物干物质、产量形成的基础[16]。本研究粉葛对N、P、K 的吸收积累的变化趋势与干物质积累基本一致，因此，N、P、K 合理配比施用有利于干物质的积累。但总体上粉葛对K 的积累量最大，N 次之，P 最少，这与马铃薯[22-23]、甘薯[24]、木薯[25]等块根类作物的研究结果一致。

施用有机肥相对于单施化肥CK 均能显著提高粉葛采收期块根、葛头N、P 的积累量及分配，显著降低N、P、K 在分枝、叶片中的积累与分配，但降低了N、P 的总累积量，促进了粉葛后期N、P、K 的积累，说明有机肥有利于氮素的持续供应，促进N 吸收及其在生殖器官中的分配，减少了氮进入环境的量[26]，这与甘薯[19]的相关结果相似；施用100%有机肥OM 处理块根中的K 素积累量虽然较CK 处理低，但仍然促进了K 向块根中的分配。粉葛是长生育期块根类作物，有机肥增加了土壤保肥性，提高了土壤养分持续供给能力，显著提高了氮、磷、钾的表观利用效率和经济利用率[26]，适宜的氮钾配比能显著提高采收期块根中氮钾元素的分配率，从而提高甘薯产量[27]，协调土壤速效和缓效养分供给、粉葛个体与群体之间的关系，构建良好的光合和群体支撑系统，干物质在粉葛根、藤和叶各部位分配合理，藤鞘干物质输出率高、藤干物质重量占总干物质重量的比例小，而叶和块根干物质比例大，为粉葛获得高产奠定了最佳的物质分配比例[9]。

4 结论

综上所述，粉葛不同施肥处理在干物质积累和养分吸收利用特征基本一致，粉葛各时期干物质和N、P、K 养分积累随生育期呈递增的趋势；有机无机配施CM 较单施化肥CK 在采收期能够提高粉葛块根的干物质、NPK 的积累与分配；单施有机肥OM 较单施化肥在采收期提高粉葛块根干物质、NP 的积累量与NPK 的分配，降低了块根干物质积累量。由此可见，粉葛生产中应注重有机肥与化肥的合理配施，提高肥料利用率，有利于提高土壤肥力，达到稳产的效果。