肥料對甘薯營養品質影響的研究進展

張輝+張永春

摘要：甘薯是我國重要的旱糧作物，其塊根、莖尖和葉柄均具有極高的營養價值。

本文對甘薯營養品質進行了概括，對氮肥、磷肥、鉀肥、平衡施肥、有機肥以及微量元素與高效新型肥料對甘薯營養品質的調控研究進行了回顧，旨在為肥料施用對甘薯營養品質的影響研究提供基礎資料。

關鍵詞：肥料；甘薯；營養品質；研究進展

中圖分類號： S531.06文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）17-0001-05

甘薯作為糧食、能源作物備受人們關注，其產量和品質日益受到重視。大量研究表明，不同的養分管理措施對甘薯的品質有顯著影響。唐忠厚等研究表明，缺氮處理嚴重制約甘薯塊根中蛋白質的合成[1]；史春余等研究認為，鉀肥能夠顯著提高甘薯淀粉含量[2]；楊卓亞等提出，氮磷鉀合理配比能夠顯著提高甘薯粗蛋白、淀粉、可溶性糖的含量[3]。目前，關于甘薯研究的綜述性報道主要集中于育種、病蟲害、栽培等方面，關于肥料在甘薯生長調控中的作用，尤其是對甘薯品質影響研究方面的綜述鮮見報道。因此，本文首先闡述了甘薯營養品質的概況，接著回顧了氮肥、磷肥、鉀肥、平衡施肥、有機肥以及微量元素與高效新型肥料對甘薯營養品質的調控，并總結了長期定位施肥對甘薯主要品質的影響，旨在為肥料施用對甘薯營養品質的影響研究提供基礎資料。

1甘薯營養品質概況

甘薯營養豐富，富含淀粉、糖類、蛋白質、維生素、纖維素以及各種氨基酸，是非常好的營養食品。由表1可見，甘薯淀粉含量高，富含蛋白質、脂肪、粗纖維、無機礦物質（鈣、磷、鐵）、維生素等營養物質[4-8]。

甘薯的頂葉中也含豐富的蛋白質、胡蘿卜素、維生素B1、維生素C和鐵、鋁等，可作蔬菜用。從近期研究來看，葉菜型甘薯一般以生長點以下長12 cm左右的鮮嫩莖葉作蔬菜用。國內外研究表明，甘薯嫩莖葉和薯塊一樣含有豐富的維生素C、膳食纖維、粗蛋白、多種礦物質以及一些特殊的營養物質。選用葉菜型甘薯莖尖和14種常見葉菜類蔬菜為材料，對比分析其氨基酸含量及組成，結果表明：甘薯莖尖含有18種氨基酸，種類齊全，氨基酸總量、人體必需氨基酸含量和兒童必需氨基酸含量均居第1位。甘薯莖尖的必需氨基酸含量占氨基酸總含量的比例（E/T）為39.50%，必需氨基酸含量和非必需氨基酸含量比值（E/N）為0.65，符合理想蛋白質的要求。莖尖中各種人體必需氨基酸含量占氨基酸總量的比例[纈氨酸（Val）、異亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、苯丙氨酸+酪氨酸（Phe+Tyr）、賴氨酸（Lys）、蘇氨酸（Thr）]與1973年聯合國糧食與農業組織/世界衛生組織（FAO/WHO）修訂的人體必需氨基酸含量模式譜基本一致，僅甲硫氨酸+半胱氨酸（Met+Cys）中度缺乏。甘薯莖尖中鮮味類、芳香族、甜味類氨基酸含量居第1位。

2肥料對甘薯營養品質的影響

2.1甘薯營養品質的氮肥調控研究

氮肥對甘薯影響最直接地體現于塊根產量[12]，增施氮肥能夠提高葉片葉綠素含量、光合速率，有利于碳氮代謝，但會減少干物質在塊根中的分配率，降低塊根淀粉積累速率，顯著降低單薯質量、淀粉產量和鮮薯產量。

Osaki等研究指出，缺氮處理的甘薯與對照（氮磷鉀配施）相比，總干物質量、塊根干質量降低[13]。謝一芝等通過對國內由南至北6個不同地區的6個不同甘薯品種的淀粉、蛋白質和氨基酸含量進行分析，結果表明，施氮處理的淀粉率略高于對照處理，但是處理間差異不顯著，而甘薯的氨基酸、蛋白質含量均隨著施氮量的增加而顯著提高，其原因在于，土壤中含氮量高，硝酸還原酶活性增強，從而有利于蛋白質的合成[14]。陳曉光等在大田條件下，以北京553為試驗材料，設置施低氮（150 kg/hm2氮）、高氮（240 kg/hm2 氮）2個處理，每個處理下設置3個多效唑噴施濃度，研究不同施氮水平下噴施多效唑對食用甘薯光合特性、塊根淀粉積累的影響。結果表明，在高氮條件下噴施多效唑對甘薯塊根淀粉積累和產量的提高具有明顯的調節作用[15]。

氮肥施用顯著影響甘薯的生理特征。邱永祥等研究5～40 mmol/L 4個氮濃度對葉菜型甘薯鮮嫩莖葉的硝酸鹽含量、硝酸還原酶（NR）活性、可溶性蛋白及總糖含量的影響，結果表明：隨著氮含量的增加，植株體內硝酸鹽含量呈線性增加，高氮含量下硝酸鹽積累隨處理時間延長而持續增加，但在較低含量下硝酸鹽積累在施氮后6～8 d達到極值后有所下降；NR活性隨氮含量增加顯著提高；

關，氮含量高不利于總糖積累；氮含量提高對植株可溶性蛋白含量的影響不明顯[16]。吳春紅等采用田間試驗方法也發現了同樣的規律[17]。任麗花等采用盆栽試驗方法，研究菜用甘薯對不同氮素用量的響應[18-19]，結果表明：氮肥施用不足以及施用過量均會導致福薯18葉片游離脯氨酸含量增加，可溶性蛋白質含量下降，質膜選擇透性增大，葉綠體膨脹變形，雙層膜模糊，基粒類囊體排列不規則，細胞受到傷害；而在氮素水平適量的情況下，福薯18葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性隨著施氮量的增加而增強[15-16]。

對于不同的氮肥類型，甘薯的響應也不同。史春余等在大田生產條件下，探討了不同氮素形態對甘薯氮素吸收、利用及其氮素生產效率的影響，結果表明，銨態氮和硝態氮處理比酰胺態氮的甘薯吸收根（纖維根）活力和氮素積累起始勢較高，氮素積累量、肥料氮素利用率及其生產效率與塊根產量均較高；再者，與硝態氮處理相比，銨態氮處理的氮素積累量較低，肥料氮素在塊根中的分配比例較高，塊根產量、氮素生產效率和肥料氮素生產效率均有所提高[20]。因此，為了達到高產高效，甘薯應使用銨態氮肥更合適。為確定蘇北灘涂區甘薯適宜施氮量，寧運旺等比較了6個施氮水平下甘薯的成活率（SR）、商品率（CR）、蔓薯比（V/T）、干物質積累（DMA）、氮素累積值（NAV）、氮利用效率（NUE）、氮收獲指數（NHI）及鉀鈉吸收的差異，通過結果分析可知，蘇北灘涂區甘薯適宜施氮量為 60 kg/hm2[21]。endprint

2.2甘薯營養品質的磷肥調控研究

磷作為植物生長發育必需的大量營養元素之一，缺磷會導致氣孔導度降低，光合速率下降，碳氮代謝失常，糖類積累量以及蛋白質合成受抑，從而可見磷對作物的生長發育和品質性狀都有重要作用。磷是植物體內許多重要有機化合物的組分，同時又以多種方式參與植物體內各種代謝過程，作為一種結構和調控元素在植物的生長發育過程中具有至關重要的作用。甘薯多栽培在貧磷的沙性土上，施磷顯得尤為重要。而磷是不可再生礦產資源，我國農田缺磷現象較為普遍。甘薯對磷的需要量比氮和鉀少，導致關于磷素和甘薯營養品質的相關研究報道比氮和鉀的要少，但磷的供給狀況對甘薯的正常生長和品質特性有重要的影響[22]。

筆者已有研究表明，連續3年不同磷用量對甘薯干率無顯著影響，增施磷肥可使紫薯的花青素含量明顯降低160%，而增磷處理對蘇薯16的胡蘿卜素含量均無顯著影響（P<0.05）（未發表）。Osaki等研究指出，缺磷處理甘薯總干物質量與對照處理無顯著差異，但是塊根干質量顯著降低，可見缺磷處理促進了莖葉中的蛋白質、纖維素生成，而限制了塊根中的淀粉合成。缺鉀處理下對氮的吸收沒有影響，卻限制了對磷的吸收[13]。Zhao等將甘薯的淀粉以直徑20 μm為標準進行篩分后，發現淀粉顆粒外圍磷素含量高于核心區[23]。唐忠厚等通過長期定位試驗發現，施磷有利于甘薯蛋白質的積累，蛋白質含量達37.89%，但甘薯塊根含糖量（可溶性糖與還原糖）出現不同程度下降趨勢，其原因可能是磷與氮、鉀肥的互作效應，增強了呼吸作用與碳氮代謝，促進甘薯塊根膨大，光合產物轉化呈現“稀釋效應”的緣故[24]。張愛君等發現，長期不施磷肥可使薯塊的可溶性糖、還原糖含量顯著提高，認為其原因是植物從1-磷酸葡萄糖形成淀粉的主要途徑中，缺磷影響了磷酸化酶的活性，導致淀粉合成受阻。總體來看，磷肥在莖葉生長中期吸收較少，而在塊根膨大時期吸收較多，施磷肥能明顯促進根系生長[25]。

2.3甘薯營養品質的鉀肥調控研究

從全生育期來看，甘薯對鉀肥需求最多，氮肥次之，磷肥最少。總體上N、P2O5、K2O比例大約為1 ∶0.5 ∶1.5。鉀肥的合理施用是甘薯高產優質的重要前提，鉀肥的施用時間、方法和用量均對甘薯的產量和品質產生影響。筆者已有研究表明，連續3年缺鉀處理寧紫2號的干率顯著提高（P<005），不同鉀肥品種處理對蘇薯16的甘薯干率、花青素和胡蘿卜素含量均無明顯影響（未發表）。尹子娟等選用4個甘薯品種為試驗對象，對其生長動態以及品質指標進行分析，結果表明，過高鉀肥施用量會降低增產效果，且施鉀可以改善甘薯品質[26]。張愛君等通過徐州甘薯研究中心肥料長期定位試驗，研究長期不施鉀肥對甘薯產量的影響，結果表明，長期不施鉀肥，薯塊膨大期遲后、日增質量減少，導致鮮薯產量下降；與施鉀處理相比，不施鉀可提高薯塊干物質含量，而單位面積干物質產量明顯下降；長期不施鉀肥條件下，不同甘薯品種的產量反應存在顯著差異，由此篩選出高耐低鉀品種徐薯18、鉀高效型品種徐薯25-2和鉀敏感型品種蘇薯7，可為品種選育和生產應用提供材料[27]。鉀肥施用對不同甘薯類型影響不同，寧運旺等在大田生產條件下，以4個甘薯品質（紫色甘薯、食用甘薯、兼用甘薯、淀粉甘薯）為試驗材料，測定3個不同的施鉀水平下，甘薯干物質積累、蔓薯比以及甘薯植株鉀的累積量、利用效率、收獲指數，結果表明，在土壤供鉀水平較高的地區適宜推廣種植淀粉型甘薯，而在土壤供鉀水平較低的地區適宜推廣種植紫色甘薯和食用型甘薯[28]。柳洪鵑等對鉀肥的施用時期和方法對不同甘薯品種光合生理特性、干物質積累分配和塊根產量的影響進行了研究，結果表明，施用鉀肥可以增加生物產量，提高干物質在塊根中的分配率；基施或封壟期追鉀肥的處理，干物質生產能力強，干物質在塊根中的分配率高，增產效果好，大薯塊比例高，不過不同甘薯品種對此反應不一致[29]。George等研究表明，甘薯的干物質含量、類胡蘿卜素含量、糖分含量等品質特征受鉀肥施用的影響程度因基因型而異[30]。

McDonald等認為，缺鉀使干物質向根分配減少，鉀水平提高可促進同化物向甘薯塊莖運輸，而向枝葉的運輸受限制[31]。鉀的作用首先在于維持膜勢差，這可能對于薄壁細胞間同化物橫向運輸特別重要。George等對84種不同基因型的甘薯品種在不同鉀肥處理下的研究表明，隨著施鉀量的增加，甘薯胡蘿卜素含量以及花青素含量均增加，而蛋白質含量則隨著施鉀量的增加而降低，且各種基因型之間的變化程度不同[30]。作為淀粉類作物，甘薯的品質在很大程度上取決于淀粉的含量及其特性。甘薯是典型的喜鉀作物，對鉀的需求量大，鉀肥能改善薯塊鮮產、淀粉率、烘干率、含糖量、胡蘿卜素和花青素含量。

2.4平衡施肥對甘薯營養品質的影響

平衡施肥研究一般是通過對土壤養分元素的調查和供養能力的分析，以及甘薯對不同養分元素需求的研究，確定不同養分元素對甘薯生長的影響，進而制定養分的配比和施肥方案，以養分平衡增效來調控甘薯的生長和品質。

首先，施肥應該根據不同種植地區的具體氣候條件、土壤環境條件來決定。郭清霞等研究表明，潮褐土中甘薯栽培的最佳氮磷鉀配比為1 ∶1 ∶2.5[32]。適宜的氮磷鉀配比平衡施用既能促進甘薯地上部分生長，有利于光合作用，同時還能促進碳水化合物由葉片向塊根的運輸，提高塊根干質量與單株干質量的比率，促進塊根迅速膨大，增加塊根產量，而氮肥比例過高往往導致地上部莖葉徒長，降低塊根產量和品質。馬洪波等研究表明，在缺素情況下，蘇薯14和徐薯28的氮、磷、鉀元素均由地上部向地下部轉移[33]。其次，了解甘薯不同生育期對甘薯的需肥規律是提高甘薯產量的關鍵。甘薯對肥料的需求因生育期不同而異，甘薯苗期吸收養分少，從分枝結薯期到莖葉旺盛期吸收養分速度加快，且吸收量增加，而后逐漸減少，至薯塊迅速膨大期，氮、磷吸收量下降，而鉀肥吸收量仍保持在較高水平。氮肥以莖葉生長期吸收較多，塊根膨大期吸收較少；磷肥在莖葉生長中期吸收較少，而在塊根膨大時期吸收較多，施磷肥能明顯促進根系生長；鉀肥在莖葉生長中期吸收較少，而在塊根膨大期吸收較多。因此，甘薯生長中應施足基肥，早追肥和增施磷、鉀肥。張海燕等在田間小區進行試驗，研究了化肥氮磷鉀不同配比對甘薯（濟薯21）產量、品質形成的影響，結果表明，氮磷鉀不同配比均可促進前中期可溶性糖的積累，不同肥料組合施用對甘薯前中期以及后期的塊根中淀粉積累影響效果不同[34]。endprint

2.5有機肥料對甘薯營養品質的調控作用

一般來說，施用有機肥料能夠提高甘薯品質，如Laribi等發現，施用有機肥能提高甘薯塊根粗蛋白、中性洗滌纖維含量[35]。但是由于有機肥在短時間內難以快速提供大量營養元素，因此研究有機無機肥料對甘薯生長的協同調控作用具有重要意義。王汝娟等通過田間小區試驗發現，與施用化肥相比，有機無機肥配合施用不僅能增加結薯數和薯塊質量，顯著提高塊根產量，還能提高塊根淀粉、可溶性糖含量，降低塊根硝酸鹽含量[36]。可見針對不同質量的土壤，通過田間試驗來制定適宜甘薯生長的有機無機肥料配合方案，對于提高肥料利用效率和甘薯的產量和品質均有重要的理論及實踐意義。

不同種類的有機肥料對甘薯的生長和品質也有不同的影響。謝靜靜等通過田間小區試驗表明，不同肥料處理對于提高甘薯葉片營養品質有顯著差異：1.250 kg/m2牛糞+1.250 kg/m2 羊糞對提高甘薯葉片維生素C含量效果最顯著；1.250 kg/m2雞糞+1.250 kg/m2羊糞對提高甘薯葉片可溶性蛋白質、纖維素含量及過氧化物酶活性效果最顯著；1250 kg/m2牛糞+1.250 kg/m2對提高甘薯葉片可溶性總糖含量效果最顯著[37]。

2.6微量元素及高效新型肥料對甘薯營養品質的調控

微量元素肥料，通常簡稱微肥，甘薯對微量元素的需要量雖然很少，但是，它們同常量元素一樣，對作物是同等重要的，不可互相代替。微肥往往要在氮、磷、鉀肥的基礎上才能發揮其肥效。而高效新型肥料能夠針對作物生長的環境條件和作物的生理特征，目的在于協調養分釋放和作物吸收之間的關系，提高土壤肥力、作物產量和肥料利用效率，降低養分損失。

目前已有不少關于微量元素及新型肥料在甘薯上的施用研究，如唐靜等通過田間試驗發現，增施各種微肥均能顯著提高甘薯產量；增施鎂、硼均能提高甘薯維生素C含量，微肥均可使甘薯可溶性糖含量提高；增施錳均使甘薯藤氮含量提高最大，而使甘薯藤磷含量降低[38]。姚欣等研究表明，適宜的施硼量能夠促進光合產物向塊根轉運，提高甘薯品種的薯塊產量和薯塊中的可溶性蛋白含量；施硼對甘薯的影響存在品種差異，過量施硼會降低甘薯產量，葉片產生硼毒害癥狀[39]。李吉進等在干旱地區研究了保水緩釋肥料對甘薯產量的影響，認為這種肥料有顯著的增產效果，并能提高甘薯品質，不僅甘薯表面光滑明亮、顏色一致，而且粗淀粉、可溶總糖、還原性維生素C、粗纖維含量以及含水量都要高于未施保水緩釋肥料的對照處理[40]。王鋒等施用腐殖酸鉀肥發現，鉀肥農學利用率和鉀肥吸收利用率提高，但是鉀素產干物質效率和鉀素產塊根效率有所降低[41]。丁原書采用一種細菌肥料硅酸鹽菌劑對甘薯栽培中的不同施用方式及施用量進行了比較試驗[42]。王汝娟等研究甘薯施用有機-無機緩釋肥的生物學效應[36]。這些研究均表明不同的新型肥料對甘薯的生長及產量具有良好的調控效應，但關于高效新型肥料的作用機制及甘薯的生理響應機制并不是很明確，這些肥料在生產實踐中還是處于起步階段，并未得到廣泛應用，其機制及實際應用還需進一步研究和推廣。

由此可見，關于甘薯生長需肥規律的肥料施用主要存在2個方面的問題：一方面是大量養分元素的施用和甘薯生長需肥不一致，影響了甘薯產量，并造成了肥料損失和環境污染問題；另一方面是甘薯生長需肥規律的調控研究主要集中于大量養分元素肥料，但是關于如何通過微量元素的調節和施用達到進一步的增產效果方面的報道還沒有引起廣泛關注。因此，大量營養元素和微量元素之間的平衡施用對甘薯品質的影響及機制研究將是甘薯平衡施肥研究的熱點。

3小結及展望

在不同施肥條件下，不同品種甘薯塊根、莖葉的營養品質和分子水平上的各種響應及代謝調控機制等在理論上還不是很清楚，需要進一步研究。已有的關于甘薯施肥等調控方法的研究主要集中于生理機制方面[43-45]，還沒有得到田間的大范圍推廣；微量元素和高效新型肥料對甘薯營養品質的調控應結合土壤環境效應進行深入探討研究。

甘薯作為耐旱耐貧瘠作物，常種植于一些肥力低下的土壤中。基于“不與糧爭地”的原則，在一些暫時難以克服地力障礙（如干旱、鹽堿）的地區種植甘薯具有很大潛力，其相應的養分高效管理技術和品質之間的相互關系也應該列入研究范疇。針對實際情況，綜合各種土壤、肥料、品種和栽培模式等因素在提高甘薯營養品質方面還有很大潛力可挖。尤其是各種新的施肥方式和新型肥料在甘薯品質提升中顯示了其強大的優勢，但是在實際應用之前需要大量的田間試驗作基礎。土壤是甘薯生長的重要基礎，而施肥既是土壤養分的主要來源，又是調控甘薯營養品質的關鍵措施。由于甘薯生長過程的環境、地上部與地下部養分協調及其生理響應的復雜性，筆者應該根據甘薯種植區域的實際情況、不同的栽培目標，選擇1種或綜合幾種合適的養分調控措施，從而達到防止土壤退化，促進地力培育，且實現甘薯高產優質、肥料高效及對環境友好的目的，為土壤的可持續利用和農業的可持續發展作貢獻。

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