宁夏雨养区施钾对马铃薯氮磷钾养分积累及产量的影响

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  摘要:通过田间小区试验和采用单因素(钾肥)随机区组设计的方法,研究了钾肥对马铃薯干物质及氮磷钾养分积累和产量的影响。结果表明,在整个生育期马铃薯干物质的累积量表现为慢—快—慢的变化规律,呈近似“S”形趋势,经回归分析和曲线拟合,符合Logistic生长函数。其干物质累积量为169.72 g/株,鲜薯产量达到26.86 t/hm2;施钾量在4~16 kg/667 m2之间时,均可促进马铃薯氮磷钾养分的吸收。形成块茎所需氮(N)为4.07~7.77 kg/t,磷(P2O5)为0.84~2.09 kg/t,钾(K2O)为7.54~11.99 kg/t,三要素(N ∶[KG-*3]P2O5 ∶[KG-*3]K2O)平均比例为1 ∶[KG-*3]0.23 ∶[KG-*3]1.58。当施K量增至6.21 kg/667 m2时,马铃薯产量最大,为1 344.15 kg/667 m2,之后随着施钾量的增大产量缓慢下降。经济最佳施钾量为3.23 kg/667 m2时,产量为1 332.49 kg/667 m2。
  关键词:马铃薯;钾肥;氮磷钾养分;吸收;累积;生育期
  中图分类号: S532.06文献标志码: A
  文章编号:1002-1302(2017)14-0074-05
  马铃薯是粮、菜、饲兼用作物,含有丰富的蛋白质、脂肪、糖类和各种维生素等[1-3],其制品是世界公认的营养丰富、美味可口的食品,素有“地下苹果”“第二面包”之称。2015年我国启动了马铃薯主粮化战略,提出把马铃薯加工成馒头、面条、米粉等主食,马铃薯将成为稻米、小麦、玉米外又一主粮,预计在2020年50%以上的马铃薯将作为主粮消费。马铃薯是宁夏特色优势农业产业之一,作为农业发展的支柱产业,对促进地方经济起着十分重要的作用[4]。关于宁夏马铃薯施肥、产量、养分吸收等方面的研究已经有很多报道[5-10],但近年来随着社会经济的发展,马铃薯单产有了很大提高,农民却出现了增产不增收的现象,这是由于盲目施肥现象十分严重[11-12]所导致的,不仅造成了肥料养分的浪费,增大农民的生产成本,而且会带来巨大的环境风险。氮、磷、钾肥在马铃薯生产上的施用对解决马铃薯的单产不高、总产不稳有重要作[CM(25]用[13-15],但是当地农民在农业生产中只习惯于施用氮磷[LL]肥,而忽略钾肥的重要性,导致土壤氮磷钾养分不均衡,阻碍马铃薯产量的提高和当地经济的发展。本试验以青薯9号为研究对象,在统一施氮、磷肥量的基础上,设置不同的钾肥用量,旨在探明马铃薯的最佳钾肥用量及高产优质高效的施肥技术,为大面积推广最优施肥技术、提高马铃薯产量提供科学依据。
  1材料与方法
  1.1试验基地概况
  试验点设在宁夏雨养农业区固原市西吉县新营乡青土沟村,海拔高度2 036 m,地理坐标36°06′11″ N、105°31′49″ E,年降水量377 mm,马铃薯生育期间(5月13日—10月11日)降水量234 mm,无霜期136 d,年均气温5.4 ℃,≥10 ℃ 的有效积温2 107 ℃·d。该地区为典型雨养农业区,无灌溉条件。前茬作物为大豆,试验地农田土壤为侵蚀黑垆土,其土壤理化性质见表1。
  1.3试验设计
  本试验采用单因素(K)随机区组设计,把试验设计为6个处理,4次重复,即分别施钾0、60、120、180、240 kg/hm2,试验处理为N0P0K0(CK)、N2P2K0、N2P2K1、N2P2K2、N2P2K3、N2P2K4,氮肥、磷肥施用量分别为N 225 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2。小区面积48 m2(8 m×6 m),氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)的推荐用量分别为225、90、120 kg/hm2。全部磷钾肥、70%氮肥基施,30%氮肥作追肥,于现蕾期追施尿素,为预防早衰,蕾期和花期各喷洒尿素和磷酸二氢钾溶液(浓度为0.2%)1次。苗期3~4叶第1次中耕,6~8叶2次中耕,结合中耕培土。试验于2015年5月4日播种、10月11日收获,种植密度为50 010 株/hm2,等行距平种,行距50 cm、株距 40 cm,每个小区12行,每行20株,小区共240株,种植深度10~15 cm,用种量1 800 kg/hm2。
  1.4样品采集与测定
  样品采集日期见表2。
  植株干物质测定方法:采用烘干法测定。
  植株N、P、K含量的测定[16-19]:样品统一采用H2SO4-H2O2消煮,半微量凯氏定氮法测定全氮含量,钒钼黄比色法测定全磷含量,火焰光度计法测定全钾含量,以烘干质量为基础计算氮磷钾养分含量。
  植株养分N、P、K吸收量=各器官干物质质量×相应氮(N)、磷(P)、钾(K)含量(%);
  各器官N养分积累量(g/株)=各器官干物质质量(g/株)×各器官养分百分含量/100;
  各器官P2O5养分积累量(g/株)=各器官干物质质量(g/株)×各器官养分百分含量×2.291 4/100;
  各器官K2O养分积累量(g/株)=各器官干物质质量(g/株)×各器官养分百分含量×1.204 6/100;
  整株马铃薯养分积累量(g/株)=根系养分积累量(g/株) 茎秆养分积累量(g/株) 叶片养分积累量(g/株) 块茎养分积累量(g/株)。
  2结果与分析
  2.1马铃薯不同生育期干物质累积量的变化特征
  由图1可知,马铃薯干物质累积量在出苗后18~34 d增长速度较慢,干物质增加主要是叶片和茎秆;而出苗后34~88 d干物质累积增长速度较快,主要是由于这一时期是营养生长和生殖生长并进阶段,生长发育达到了全盛时期,营养生长逐渐向生殖生长过渡转移;到出苗88 d以后,叶片和茎秆逐渐枯萎,光合作用下降,这一阶段主要以淀粉积累为中心,干物质累积速度缓慢。在整个生育期马铃薯干物质积累表现为慢—快—慢的规律,呈“S”形变化趋势。从图1中也可以看出,N2P2K2較其他处理的干物质累积高,在出苗后88 d时,N2P2K2比N0P0K0(即CK)高83.70%,N2P2K1比N0P0K0(即CK)高74.21%,说明随着钾肥的增加,马铃薯干物质的累积量也呈增加趋势,但钾肥增加到一定程度干物质开始下降,这是由于钾素过多会引起块茎含水量增加,从而导致干物质减少,加工品质变差。综合而言,N2P2K2处理对提高马铃薯干物质效果较好。   从整个生育期来看(图1),马铃薯干物质累积量随生育进程呈近似“S”形变化,经回归分析和曲线拟合选优,完全符合Logistic生长函数y=178.032/(1 64.389e-0.069 4x),其干物质实测值与由Logistic方程得出的模拟值之间呈极显著正相关(r=0.998 2*[KG-*3]*),其干物质累积量为169.72 g/株,鲜薯产量达到26.86 t/hm2。
  从不同生育期来看,在幼苗期,干物质累积量较少,约占总累积量的3%;块茎形成期,干物质累积量约占总累积量的29%;块茎膨大期,干物质累积量约占总累积量的64%,是干物质累积最多的时期;淀粉累积期,干物质累积量约占总累积量的5%。可见,干物质累积量最大的时期在块茎膨大期,其次是块茎形成期,干物质在各个时期累积量依次为块茎膨大期﹥块茎形成期﹥淀粉累积期﹥幼苗期。
  2.2钾肥用量对马铃薯各器官N、P、K养分累积量的影响
  2.2.1对各器官N养分累积量的影响
  如图2所示,在马铃薯前期,氮素的吸收以叶片为主。从苗期到块茎膨大期,叶片对氮素的吸收一直处于较高水平,块茎膨大期时达到峰值(除CK外);块茎膨大期以后氮素的累积则明显下降,其主要原因是随着块茎的不断膨大,叶片中的氮素开始不断向块茎中转移,说明植株已经慢慢从营养生长向生殖生长过渡;在淀粉积累期时,块茎中氮的积累量达到最大值,根系中氮的积累量则处于较低水平。在苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期,马铃薯各器官的氮素累积量大致表现为叶片>根系>茎秆、叶片>块茎>茎秆>根系、叶片>块茎>茎秆>根系、块茎>叶片>茎秆>根系。
  不同的钾素处理对马铃薯不同器官的氮素积累起着决定性的作用(图2)。苗期,叶片中氮的积累量以N2P2K2处理为最高,茎秆和根系氮的积累均是N2P2K3处理最高,N0P0K0处理最低,由此可得,在苗期施钾肥对氮素的吸收具有很大的促进作用,马铃薯各器官中氮的累积量均呈现上升趋势;在块茎形成期,植株营养生长与生殖生长并进,块茎中的氮积累量以N2P2K2处理为最高,比对照(N0P0K0处理)高出2.18倍;块茎膨大期时,叶片、根系中氮的累积量均是N2P2K1处理最高,而茎秆和块茎中氮的累积量则是N2P2K2处理为最高,说明在不同的生育期内,马铃薯的不同器官对氮素的吸收也各不相同;在淀粉积累期,叶片、茎秆、根系、块茎均是N2P2K2处理最高,说明钾肥用量过大或过小都会引起植株对其他养分吸收的不平衡,不利于植株对氮素的吸收和同化,故施钾量应该控制在N2P2K1处理和N2P2K2处理之间。
  2.2.2对各器官磷养分累积量的影响
  如图3所示,马铃薯对磷的积累,前期都是以叶片为中心。苗期到块茎膨大期,叶片对磷的吸收一直处于较高水平,块茎膨大期时达到峰值(除CK和N2P2K3处理外);块茎膨大期以后,由于块茎的不断膨大,叶片、根系、茎秆中磷的累积量有所下降,开始向块茎中不断转移;在淀粉积累期时,块茎中的磷累积量达到最高值,根系中磷的累积量则处于较低水平。在苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期,各处理马铃薯各器官磷的累积量大致表现为叶片>根系>茎秆,叶片>块茎>茎秆>根系,叶片>块茎>根系>茎秆,块茎>叶片>茎秆>根系。
  不同的钾素处理对马铃薯不同器官磷的累积也有着不同的影响(图3)。苗期,各器官中N2P2K2处理的磷累积量为最高,N0P0K0处理最低,由此可得,苗期随着钾肥施用量的不同,马铃薯不同的器官对磷的吸收量也有所不同;块茎膨大期时,马铃薯的叶片、根系、茎秆和块茎中磷累积量则是N2P2K1处理最高,说明这一时期过量的钾肥会抑制磷的积累;在块茎形成期和淀粉积累期,马铃薯各个器官磷的积累量均是N2P2K2处理最高,充分说明适量的氮钾配比,对马铃薯叶片、根系、茎秆和块茎中磷的积累均产生积极的影响,而施用过量的钾肥,植株则对磷的吸收表现不明显。
  2.2.3对各器官钾养分累积量的影响
  如图4所示,马铃薯对钾的吸收,前期和N、P的累积相似,以叶片为主。出苗期到块茎形成期,叶片中钾的累积量一直很高;在块茎形成期以后直至淀粉积累期,由于块茎的生长需要,叶片、根系、茎秆中的钾累积量呈下降趋势,开始向块茎中不断转移;在淀粉积累期时,块茎中的钾累积量达到最高值,根系中钾的累积量则处于较低水平。在苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期,马铃薯各器官钾的累积量大致表现为叶片>根系>茎秆,叶片>块茎>茎秆>根系,块茎>叶片>茎秆>根系,块茎>茎秆>叶片>根系。
  不同的钾素处理对马铃薯钾的累积量影响也不同(图4)。苗期,叶片和茎秆中钾的累积量均是N2P2K2处理最高,比对照(N0P0K0处理)高出1.47倍、1.38倍;块茎形成期时,马铃薯不同器官的钾累积量均为N2P2K2处理最高,说明施钾肥可以促进马铃薯各器官对钾的吸收,但施用过量的钾肥会引起养分失衡,不利于植株对养分的吸收,从而造成投资成本过高和资源的浪费;在块茎膨大期、淀粉积累期,块茎中的钾累积量均是N2P2K3处理最高,分别比对照(N0P0K0处理)高出70.06%、55.96%,说明这2个时期块茎对钾素的养分需求量较大。由此可见,钾肥的用量要控制在一定的范围内,过高或过低均影响植株对钾素的吸收。
  2.2.4生产1 000 kg马铃薯块茎所需氮磷钾养分量及其比例
  N2P2K3>N2P2K4>N2P2K0>N0P0K0;所需K在626~9.95 kg/t 之间,需K2O在7.54~11.99 kg/t之间,各处理高低顺序均表现为N2P2K3>N2P2K2>N2P2K4>N2P2K1>N2P2K0>N0P0K0。每生產1 000 kg马铃薯块茎所需三要素N、P、K平均为6.52、0.64、8.44 kg,平均比例为 1 ∶[KG-*3]0.10 ∶[KG-*3]1.31,所需N、P2O5、K2O平均为6.52、1.47、10.17 kg,平均比例为1 ∶[KG-*3]0.23 ∶[KG-*3]1.58。
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