施钾对木薯产量养分含量及钾养分吸收肥利用效率的影响①.docx

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施钾对木薯产量养分含量及钾养分吸收肥利用效率的影响①

施钾对木薯产量养分含量及钾养分吸收肥利用效率的影响①

魏云霞1，李天1,2，黄洁1*，徐海强1，苏必孟1,2，闫庆祥1，宋恩亮1

（1中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业部木薯种质资源保护与利用重点实验室，海南儋州571737；2海南大学农学院，海南海口570228）

摘要：

为探索施钾对木薯生长发育、养分钾含量、钾积累量淀粉含量及钾肥利用效率的影响，采用田间试验，以我国主栽品种SC205为材料，设K2O用量0、120、240kg/hm2共3个水平，于不同生育期测定木薯叶片、茎秆、细根、块根的干物质量、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）和淀粉（St）含量，并在木薯收获期调查、测定农艺性状及块根鲜薯产量（FRY）。

结果表明：

1）与不施钾相比，施钾显著提高木薯株高、叶面积、叶面积指数、叶绿素含量及鲜薯产量，增幅分别为16.108%～19.02%、3.81%～8.41%、12.876%～18.216%、13.656%～17.32%、12.878%～29.439%、9.987%～25.657%，其中，K120处理产量最高，达27.107t/hm2；2）对施钾量、木薯组织、生育时期进行交互作用分析表明，施钾极显著提高木薯K含量，K240处理K含量显著高于K120，同时，施钾极显著降低Ca、Mg含量，但K120和K240处理间Ca、Mg含量差异不显著；施钾显著提高各组织钾含量及钾积累量，K120和K240处理间的钾积累量无显著差异；不同组织K、Ca、Mg含量表现为叶片>茎秆>细根>块根，St含量表现为块根>细根>茎秆>叶片；随生育期推进，钾素积累的主要组织由叶片向茎秆和块根转变；3）木薯钾肥效率、钾素生理效率、钾素利用效率、钾素收获指数均随施钾量增加而显著降低，100kg鲜薯需钾量随施钾量增加显著提高。

综合木薯产量、钾积累量、钾肥利用效率等指标综合分析及钾、钙、镁、淀粉含量的平衡，建议木薯施钾量为120kgK2O/hm2。

关键词木薯；钾肥；农艺性状；养分钾含量；钾积累量；钾肥利用效率

中图分类号S143.3；S533文献标志码A

木薯具有重要的食用、饲料、工业原料价值[1]，是世界热带农业的重点发展对象，又是承载我国“走出去”战略的重要作物之一[2]。

木薯喜钾，需要大量的钾以保证淀粉的形成和块根的建成[3]。

本课题组前期调研发现，木薯实际生产中农户施肥不合理，缺乏科学依据，钾肥施用不足及过量现象普遍共存，肥料利用率低[4]。

因此开展木薯施钾量研究对指导木薯合理施钾，实现高产高效种植具有重要意义。

养分含量水平可反映木薯营养状况，从而影响木薯生长发育及产量，对指导施肥具有重要价值[5]。

我国热区具有高温、多雨特点，土壤高度风化，土壤中钾素容易随土壤径流而损失，土壤钾素往往处于缺乏状态[6]。

多数研究已表明，缺钾是长期种植木薯田块的重要限制因子，随着种植年限的增加不断加重[7]。

因此，木薯种植过程中合理施用钾肥对保障木薯产量、改善木薯品质具有重要的意义[8]。

已有研究表明，华南四省木薯施用钾肥增产率可达21.9%，高于磷肥增产率，施钾增产效果明显[9]；而陆小静等[8]研究表明，氮、磷、钾对木薯产量的影响以钾肥最大，氮肥次之，磷肥最小。

另外，研究表明木薯需钾关键时期在块根形成期、块根生长早期及块根快速膨大期，对木薯产量和品质均有一定的效果[10]。

肥料利用效率则是衡量是否科学高效施肥的重要指标[6]，作物养分含量水平[7-8]及肥料利用效率[9-10]与施肥量有着密切的关系，提高作物肥料利用效率是节约资源的重要途径[11]。

已有研究结果表明，K+、Ca2+在作物吸收上表现为拮抗作用[12]，同时，高钾会显著抑制Mg的吸收[13]。

在油菜[14]、马铃薯[7]、草坪草[8]等作物上的研究表明，施钾对Ca、Mg含量有明显的抑制。

李银水等人[15]研究表明，油菜钾肥农学利用率、钾肥效率、钾肥利用率及生理利用率均随施钾量增加而下降。

不同施钾量对木薯养分含量水平和钾肥利用效率的研究鲜有报道，然而，有关木薯钾营养状况、不同组织钾吸收特点鲜有报道，本研究以全国主栽品种SC205为材料，探讨施钾量对木薯生长发育、不同组织的生物量、养分钾含量、淀粉含量及钾肥利用效率的影响，以期为木薯合理施钾提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

田间试验于2015年在海南省儋州市宝岛新村中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所（品资所）木薯试验基地进行。

试验田土壤为花岗岩发育的砖红壤，基本理化性质为：

pH5.88，有机质9.76g/kg、全氮0.59g/kg，碱解氮31.5mg/kg、速效磷37.5mg/kg、速效钾36.0mg/kg。

供试木薯品种为我国主栽品种SC205。

供试肥料为尿素[w（N）＝46.4%]、钙镁磷肥过磷酸钙[w（P2O5）＝16%]、氯化钾[w（K2O）＝60%]。

1.2试验设计

试验设3个施钾水平，K2O施用量分别为0、120、240kg/hm2，分别以K0、K120、K240表示。

各处理氮（N）、磷（P2O5）用量一致，均分别为120kg/hm2、60kg/hm2。

所有肥料均在木薯种植前一次性基施。

每个处理重复3次，小区面积9.6m×5.6m＝53.76m2，随机区组排列。

2015年3月27日选取具有健康芽眼、长约20cm的种茎平放种植，行向为南北走向，统一芽眼朝南，株行距均为80cm。

1.3测定项目与方法

基肥施用前，在试验田内5点取样法采集0-20cm耕层土壤，风干、磨细、过筛，供理化分析用。

土壤pH按水土比2.5∶1混匀后用pH计测定；有机质采用K2Cr2O7外加热法；全氮采用凯氏定氮法；全磷采用NaOH熔融－钼锑抗比色法，全钾采用NaOH熔融－火焰光度法；碱解氮采用碱解扩散法；速效磷采用NH4F浸提－钼锑抗比色法；速效钾采用NH4OAc浸提－火焰光度法[16][11]。

木薯植后100d、155d、210d、265d，各小区分别采集5株木薯，分为叶片、茎秆、细根（d<3cm）、块根（d≥3cm）四部分，称取鲜重后，分别切碎或切丝、混匀、烘干、称干重、粉碎、过筛，用于钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）及淀粉（St）含量的测定。

样品经HNO3-HClO4消煮后，原子吸收分光光度法测定K、Ca、Mg含量[11]；蒽酮比色法测定St含量[16-17]。

木薯植后265d，各小区调查、测定5株木薯株高、茎径、单株叶片数、单叶叶面积及叶片、茎秆、细根、块根的鲜重和含水量，。

其中，卷尺测量地面到顶端心叶的植株高度即为株高；游标卡尺测量距离地面5cm高处主茎的直径即为茎径；计数每株木薯完全展开的未枯黄叶片数即为单株叶片数；扫描法测定每株木薯顶部2片、中部2片、下部2片，共6片叶的叶面积，均值即为单叶叶面积。

；同时，各小区分别采集5株木薯的顶5叶和顶6叶，共10片叶相同部位叶片，乙醇提取法测定叶绿素和类胡萝卜素含量[以叶片鲜重（FreshWeight,FW）为基数][17][12]；实收10株木薯块根鲜重换算实收鲜薯产量。

1.4数据分析方法

钾肥利用效率有关参数计算公式如下[11,15,18][13-15]：

各组织钾积累量（Kuptakeamount,kg/hm2）=各组织干物质量×对应组织钾含量；

总钾积累量（TotalKuptakeamount,kg/hm2）=各组织钾积累量之和；

钾肥效率（Kfertilizerefficiency,KFE,kg/kg）=鲜薯产量/施钾量；

钾肥利用率（Kfertilizerutilizationefficiency,KFUE,%）=（施钾区植株钾素累积量－缺钾区植株钾素累积量）/施钾量×100；

钾素生理效率（Kphysiologyefficiency,KPE,kg/kg）=生物量/植株钾素累积量；

钾素利用效率（Kutilizationefficiency,KUE,kg/kg）=鲜薯产量/植株钾素累积量；

钾素收获指数（Kharvestindex,KHI,%）=块根钾素累积量/植株钾素累积量×100；

100kg鲜薯需钾量（Kabsorptionper100kgfreshstorageroot,KASR,kg/100kg）=单位面积植株钾素累积量/块根鲜薯产量×100。

试验数据采用Excel2013软件计算及绘图，SPSS20.0软件统计分析，LSD法检验p＜0.05水平上的差异显著性。

2结果与分析

2.1施钾对鲜薯产量和农艺性状的影响

与不施钾相比，施钾提高木薯株高、茎径、单叶鲜重、叶面积、叶面积指数、鲜薯产量，增幅分别为16.108%～19.02%、3.81%～8.41%、12.876%～18.216%、13.656%～17.32%、12.878%～29.439%、9.987%～25.657%，其中，株高、叶面积、叶面积指数和鲜薯产量的增幅均达显著水平。

K120、K240处理间，各农艺性状和鲜薯产量均无显著差异。

表1施钾对木薯鲜薯产量和农艺性状的影响

Table1EffectsoftheKapplicationonthefreshrootyieldandagronomic characterofcassava

处理

株高（cm）

茎径

（mm）

单株叶片数

单叶鲜重（g）

单叶叶面积（cm2）

叶面积指数

鲜薯产量

（t/hm2）

K0

232.93b

23.08a

69.7a

3.20a

161.219b

1.75b

21.56b

K120

277.23a

25.02a

69.1a

3.78a

183.05ab

2.01.97ab

27.107a

K240

270.40a

23.96a

77.0a

3.61a

189.12a

2.32.26a

23.769ab

注：

同列数据后不同小写字母表示差异达到5%的显著水平。

下同。

2.2施钾对木薯叶片叶绿素含量的影响

叶绿素各成分含量均随施钾量增加而显著提高。

除叶绿素a含量外，K240处理的叶绿素b、a+b及类胡萝卜素含量均显著高于K0和K120。

表2施钾对木薯叶片叶绿素含量的影响

Table2EffectsoftheKapplicationonthechlorophyllcontentofcassava

处理

叶绿素a

Ma（mg/g）

叶绿素b

Mb（mg/g）

叶绿素a+b

Ma+b（mg/g）

类胡萝卜素

Mx﹒c（mg/g）

K0

2.88b

0.79b

3.67b

0.64b

K120

2.90ab

0.81b

3.71b

0.67b

K240

3.13a

0.90a

4.02a

0.73a

2.3施钾对木薯干物质量的影响

木薯各组织干物质量随生育进程所表现出的趋势不尽相同（图1）。

叶片和细根干物质量随生育进程表现为先增加后下降的趋势，在植后210d达到最大；茎秆、块根和总干物质量均随生育进程表现为持续增加的趋势，在收获期达到最大。

整体上，各施钾处理下的各组织干物质量以K120处理较高，但不同组织的干物质量在各处理间差异未达到显著水平，而植后155d和265d，K120处理的木薯总干物质量显著高于K0和K210处理，150d时的增幅分别为13.2%和21.6%，265d时的增幅分别为35.2%和23.9%。

图1施钾对木薯各组织及总干物质量影响

Fig.1EffectsofKapplicationonthedrymatterofdifferentorgansandtotalplantsofcassava

注：

A、B、C、D、E分别表示叶片、茎秆、细根、块根、总的干物质量变化。

下同。

2.3施钾对木薯组织中养分含量的影响

2.3.1钾含量

2.4施钾对木薯钾含量的影响

木薯各组织钾含量随生育进程均呈现降低趋势（图2）。

与不施钾相比，施钾显著提高各生育时期的木薯叶片、茎秆、细根、块根钾含量，增幅分别为14.10%～149.767%、19.436%～140.11%、5.53%～70.756.68%、16.989%～96.61%，以叶片和茎秆的增幅较大（图1）。

交互作用分析表明，施钾量、组织、生育时期、施钾量×组织、施钾量×生育时期对木薯钾含量的影响均达极显著水平，而施钾量×组织×生育时期对木薯钾含量无显著影响；不同组织各处理间钾含量均表现为K240>K120>K0，各组织间钾含量表现为叶片>茎秆>细根>块根；各生育时期钾含量表现为110d>155d>210d>265d（表3）。

图21施钾对木薯组织中钾含量的影响

Fig.21EffectsofKapplicationontheKcontentofcassava

表3施钾量、组织、生育时期对木薯钾、钙、镁及淀粉含量的交互作用分析

Table3TheinteractiveanalysisbetweenK2Orate,tissue,growthstageontheK,Ca,Mgandstarchcontentofcassava

变异因子

F值

K

Ca

Mg

St

施钾量

86.12**

5.30**

10.99**

1.34

组织

56.22**

747.90**

266.70**

1685.90**

生育时期

135.54**

167.24**

251.50**

136.90**

施钾量×组织K2O

2.74**

2.14

2.51*

1.80

施钾量×时期K2O

3.16**

0.40

0.87

2.80*

施钾量×组织×时期K2O

0.55

1.06

0.82

0.73

注：

*表示在0.05水平上达到显著差异，**表示在0.01水平上达到显著差异。

2.3.2钙含量

……

2.3.3镁含量

……

2.4施钾对木薯组织中淀粉含量的影响

……

2.5施钾对木薯钾积累量的影响

木薯各组织钾积累量随生育进程所表现趋势有所不同（图3）。

叶片钾积累量随生育进程表现为先增加后降低的趋势，施钾处理在植后155d达到最大，而K0处理则在植后210d达到最大（图3A）；茎秆和总钾积累量随生育进程表现为先增加后降低的趋势，各处理均在植后210d达到最大（图3B,E）；细根钾积累量随生育进程呈下降趋势（图3C）；K120和K240处理的块根钾积累量随生育进程均持续增加，而K0处理的块根钾积累量随生育进程则表现为先增加后降低的趋势，在植后210d达到最大（图3D）。

各处理茎秆钾积累量、块根钾积累量、总钾积累量均在植后100d～210d快速升高。

施钾明显增加各组织及整株总钾积累量，与K0处理相比，生育期施钾处理叶片、茎秆、细根、块根和总钾积累量的增幅分别为18.0%～184.9%、44.1%～185.3%、42.3%～202.8%、24.1%～98.2%、38.5%～139.5%；对不同时期而言，与不施钾处理相比，施钾处理木薯各组织钾积累量的增幅在植后155d和265d，均大于植后100d和210d的增幅。

图3施钾对木薯各组织及总钾积累量的影响

Fig.3EffectsofKapplicationontheKaccumulationsofdifferentorgansandtotalplantsofcassava

2.65施钾对木薯钾肥利用效率的影响

不同施钾量下木薯各项钾肥利用效率差异明显（表3）。

与不施钾相比，施钾显著降低钾素生理效率、钾素利用效率、钾素收获指数；随施钾量增加，生产100kg鲜薯需钾量显著提高，K120、K240需钾量分别是K0处理的1.657倍、2.20倍；除100kg鲜薯需钾量外，各项钾肥利用效率指标均随施钾量增加而降低。

表34施钾对木薯钾肥利用效率的影响

Table34EffectsoftheKapplicationonthepotassiumuseefficiencyofcassava

处理

钾肥效率（kg/kg）

钾肥利用率（%）

钾素生理效率（kg/kg）

钾素利用效率（kg/kg）

钾素收获指数（%）

100kg鲜薯需钾量（kg）

K0

798.55a

363.988a

52.769a

0.27b

K120

225.659a

48.988a

564.67b

238.106b

45.545b

0.43ab

K240

98.769b

34.42a

395.768c

170.656c

43.436b

0.60a

3讨论

3.1施钾对木薯生长发育、养分钾含量及产量的影响

本研究中，施钾显著提高木薯鲜薯产量，K120处理鲜薯产量高于K240处理，不同施钾量间鲜薯产量无显著差异。

K240处理木薯鲜薯产量呈现下降趋势，可能与植株体内钾含量过高影响氮等营养元素吸收有关。

且鲜薯产量随施钾量增加先提高后降低的变化趋势与房伯平等[19]的研究结果一致。

本研究表明，与不施钾相比，施钾显著提高木薯各组织钾含量，且钾含量随施钾量增加而增加，但施钾降低叶片钙及各组织镁含量；刘冬碧[20]等指出施钾显著提高油菜钾含量，而降低其钙、镁含量；张丽[14]等指出施钾降低油菜叶片钙、镁含量及根部镁含量；本研究中施钾对木薯钾、钙、镁含量的影响与前人研究结果相似；钙、镁含量的降低可能与钾对钙、镁的拮抗作用有关，且钾对镁的拮抗既抑制根系对镁的吸收，又影响镁的运输[21]。

已有研究表明，缺钾会影响木薯钾素和磷素的积累[22]，而张耀华等[16]研究表明，过量施钾会造成木薯植株矮小、块根发育不良。

[23]，且Nguyen等[17]研究表明，过高的钾含量使得木薯生物量降低，抑制NH4+-N和Mg的吸收。

，甚至出现Mg缺乏症状[1,24]；实际生产中，在一些土壤及施肥条件均较好的木薯地中，偶有发现木薯叶片出现缺镁症状，这是否与过量施钾导致的营养元素不平衡有关，值得进一步研究。

本研究表明，与不施钾相比，施钾显著提高木薯各组织钾含量，且钾含量随施钾量增加而增加，刘冬碧等[18]指出施钾显著提高油菜钾含量。

钾可促进叶绿素的生成和转化[25][19]，本研究中，施钾显著提高叶绿素a、b、a+b及类胡萝卜素含量。

；镁是叶绿素的重要成分，是叶绿体结构所必需的元素[26]。

前人指出，增施钾肥促进马铃薯[27][20]、烟叶[28][21]等作物叶绿素含量的增加，且烤烟叶片叶绿素含量与其钾含量极显著正相关[28][21]。

本研究中，在施钾对木薯叶片促钾抑镁作用下，叶绿素含量随施钾量增加而增加，可能与施钾对叶片钾含量的促进效果强于对镁含量的抑制作用有关。

然而，并非钾含量越高，叶绿素含量越高；杨艳君[29]等[22]指出随施钾量增加，谷子叶绿素含量先升高后降低。

薛欣欣等[23]研究表明，在适量氮条件下，严重缺钾会显著增加水稻叶绿素含量。

本研究中，叶绿素含量随施钾量增加显著提高，而鲜薯产量并未持续增加，可能与高叶绿素含量并不是叶片高光合速率的必需条件有关[24]，Ort等[25-26]指出过高的叶绿素含量会加剧个体间的竞争，从而不利于群体光合。

此外，已有研究表明，木薯株高[30][27]、叶面积指数[31][28]与其钾营养水平正相关，结合本研究中施钾显著提高木薯各组织钾含量，可知，本研究关于施钾提高木薯株高、叶面积指数的结果是合理的。

本研究中，各施钾处理的淀粉含量表现为K120>K240>K0，说明不施钾或过量施钾均不利于木薯品质的改善。

本研究中，木薯各组织钾含量由高到低顺序均为叶片>茎秆>细根>块根；张永发等[29]指出木薯各组织钾含量大小顺序为叶、茎秆>细根>块根，本研究与以往研究基本一致。

整体上，块根作为贮藏组织，各生育时期内，块根钾含量随生育时期延长由低于向高于细根转化。

究其原因，可能与细根表皮多具有根毛，是木薯吸收水分和养料的重要器官，而块根是由细根经过次生增粗生长积累淀粉而形成的肉质贮藏根[30]，且钾在植物体内具有很强的流动性，随植物生长中心转移而转移[19]。

张志勇等[31]研究表明钾对棉花细根形态的影响明显大于中根、粗根；郝艳淑等[32]指出不同钾效率基因型棉花细根、粗根形态对钾的响应存在差异；可见，钾可以通过调控作物根系形态，从而影响作物生长发育，钾对木薯细根、块根的形态特征影响及其转变机制有待于进一步研究。

3.2施钾对木薯钾积累量及钾肥利用效率的影响

本研究表明，施钾显著提高木薯各组织及总钾积累量，K240处理较K120处理的钾积累量有所增加，但未达到差异显著水平，结合鲜薯产量结果可以看出，木薯对钾存在奢侈吸收的现象，但是并不明显。

另外，茎秆作为木薯积累钾的主要组织，生育期所占全株钾积累量的比例为32.8%～47.2%。

木薯钾素收获指数达43.436%～52.769%，与林洪鑫等[32][33]关于木薯钾素平均收获指数为43%～58%的结果较为一致。

可见，木薯块根的收获带走大量钾素，因此种植木薯应高度重视钾肥的补充。

对大多数作物而言，养分的吸收、利用、分配之间难以一致，吸收效率高不一定利用效率高，吸收与利用效率同时较高不一定收获指数高，这与土壤养分状况、施肥水平等均有关[33][34]。

本研究中，随施钾量增加，生产100kg鲜薯需钾量显著提高，而钾肥效率、钾肥利用率、钾素生理效率、钾素利用效率、钾素收获指数均降低；李银水[15][14]等研究表明，油菜钾肥农学利用率、钾肥效率、钾肥利用率及钾肥生理利用率均随施钾量增加而下降；黄继川[34][35]等指出，马铃薯钾肥利用率随施钾量增加先升高后降低。

结合木薯产量、钾养分含量、钾积累量淀粉含量及钾肥利用效率分析，依靠大量增施钾肥，难以同时实现木薯高产、优质与钾肥高效，只有根据土壤条件和品种特性，结合品种产量潜力，合理平衡施肥，实现养分供应与木薯群体需求一致，才能实现高产优质高效。

3.3木薯不同组织的养分含量比较

本研究中，木薯各组织钾、钙、镁的含量由高到低顺序均为叶片>茎秆、细根>块根，淀粉的含量顺序为块根>细根>茎秆>叶片；张永发[38]等指出木薯各组织钾、镁含量顺序为叶、茎秆>细根>块根；各组织钙含量为叶柄>叶片>细根>茎秆>块根；不同研究间的排序不完全一致，可能与木薯品种、生育期长短、收获季节和土壤养分状况等有关。

整体上，块根作为贮藏组织，各生育时期内，除淀粉含量均高于细根外，钙、镁含量均低于细根，而块根钾含量随生育时期延长由低于向高于细根转化。

究其原因，可能与细根表皮多具有根毛，是木薯吸收水分和养料的重要器官，而块根是由细根经过次生增粗生长积累淀粉而形成的肉质贮藏根[39]，且相对于钙和镁，钾在植物体内具有很强的流动性，随植物生长中心转移而转移的特性有关[25]。

张志勇等[40]研究表明钾对棉花细根形态的影响明显大于中根、粗根；郝艳淑等[41]指出不同钾效率基因型棉花细根、粗根形态对钾的响应存在差异；可见，钾可以通过调控作物根系形态，从而影响作物生长发育，钾对木薯细根、块根的形态特征影响及其转变机制有待于进一步研究。

3.34木薯适宜氮磷钾配比及钾肥运筹

黄巧