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 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、240 kg/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（
2、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，K 120 处理产量最高，达 27.107 t/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，K 240 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
3、 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，100 kg 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 120 kg K2O/hm2。关键词 木薯；钾肥；农艺性状；养分钾含量；钾积累
4、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
5、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基金项目：农业部现代木薯产业技术体系建设专项资金资助(CARS-12-hnhj)和中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所非营利性科研机构改革专项启动费资助项目(pzsfyl-201720) 资助。*通讯作者( )作者简介：魏云霞(1989-)，女，河南南阳人，硕士，研究实习员，主要研究方向为木薯栽培研究与推广。 E-mail：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
6、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 +、Ca 2+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 1
7、5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：pH 5.88，有机质 9.76 g/kg、全氮
8、 0.59 g/kg，碱解氮 31.5 mg/kg、速效磷 37.5 mg/kg、速效钾 36.0 mg/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，K 2O 施用量分别为 0、120、240 kg/hm2，分别以K0、K 120、K 240 表示。各处理氮 (N)、磷(P 2O5)用量一致，均分别为 120 kg/hm2、60 kg/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 9.6 m5.6 m53.76 m2，
9、随机区组排列。2015 年 3 月27 日选取具有健康芽眼、长约 20 cm 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 80 cm。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 0-20 cm 耕层土壤，风干、磨细、过筛，供理化分析用。土壤 pH 按水土比 2.51 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 1611。木薯植后 100 d、15
10、5 d、210 d、265 d，各小区分别采集 5 株木薯，分为叶片、茎秆、细根（d 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 110 d 155 d 210 d 265 d（表 3） 。图 21 施钾对木薯组织中钾含量的影响Fig. 21 Effects of K application on the K content of cassava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Table 3 The interactive analysis between K2O rate, tissue, growth stage
11、 on the K, Ca, Mg and starch content of cassavaF 值变异因子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
12、.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 155 d 达到最大，而 K0 处理则在植后 210 d 达到最大（图 3 A） ；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 210 d 达到最大（图 3 B, E） ；细根钾积累量随生育进程呈下降趋势（图 3 C） ；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
13、势，在植后 210 d 达到最大（图 3 D） 。各处理茎秆钾积累量、块根钾积累量、总钾积累量均在植后 100 d210 d 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 155 d 和265 d，均大于植后 100 d 和 210 d 的增幅。图 3 施钾对木薯各组织及总钾积累量的影响Fig. 3 Effects of
14、K application on the K accumulations of different organs and total plants of cassava2.65 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 100 kg 鲜薯需钾量显著提高，K 120、K 240 需钾量分别是 K0 处理的 1.657 倍、2.20 倍；除 100 kg 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Table 34 Eff
15、ects of the K application on the potassium use efficiency of cassava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（% ）100 kg 鲜薯需钾量（kg）K0 798.55a 363.988a 52.769a 0.27bK120 225.659a 48.988a 564.67b 238.106b 45.545b 0.43abK240 98.769b 34.42a 395.768c 170.656c 43.436b 0.60a3 讨论3.1 施钾对木薯生长发育、养分钾
16、含量及产量的影响本研究中，施钾显著提高木薯鲜薯产量，K 120 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。K 240 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
17、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、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 2519，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 2720、烟叶 2821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 2821。 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
19、，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 3027、叶面积指数 3128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
20、；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
21、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，K 240 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 3233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
22、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 3334。本研究中，随施钾量增加，生产100 kg 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 1514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 3435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
23、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
24、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义 35等 36研究表明，氮磷钾 10.41 配合施用，可显著提高木薯物质积累速率及产量。本试验条件下，N P2O5K 2O10.51（即 12
25、060120）可获得高的产量水平及肥料利用效率，这一比例也与 Carsky 等 37人 36关于木薯一般推荐施肥比例为NP 2O5K 2O=10.511.5 的结果较为一致。但黄洁等 3837 通过长期定位施肥试验研究结果，推荐木薯连作初期以 NP 2O5K 2O10.51 为佳，而连作后期则逐渐过渡为10.251 为佳。由此可知，木薯肥料配比应随连作年限延长适当提高氮钾配比，而木薯钾肥利用效率随连作年限的变化规律有待于深入研究。从本研究可以看出，木薯植后 100 d 内，叶片是钾素积累的主要组织，植后 100 d 后茎秆和块根成为木薯钾素积累的主要组织，且茎秆、块根及植株总的钾积累量均在植后
26、 100 d210 d 快速提升，建议在此时期到来之前及时追施钾肥，具体的钾肥追施量有待于进一步研究。4 结论与不施钾相比，施钾显著提高木薯株高、叶面积、叶面积指数、叶绿素含量、鲜薯产量、淀粉含量及各组织钾含量，而降低叶片钙及各组织镁含量，其中，叶绿素含量、和钾含量和钾积累量均随施钾量增加而增加。随施钾量增加，生产 100 kg 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、钾素收获指数均不断降低。综合木薯产量、钾肥利用效率等指标及钾、钙、镁、淀粉含量的平衡，建议木薯施钾量为120 kg K2O/hm2。参考文献：1 Spear S N, Asher C J, Edw
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