滴灌條件下高產馬鈴薯植株—土壤系統(tǒng)鉀素平衡的研究

賈立國，康文欽，蘇亞拉其其格，樊明壽*

（1.內蒙古農業(yè)大學農學院，內蒙古 呼和浩特 010019；2.內蒙古農牧業(yè)科學院農牧業(yè)經濟與信息研究所，內蒙古 呼和浩特 010031；3.內蒙古農業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院，內蒙古 呼和浩特 010019）

鉀素是馬鈴薯重要的必需元素之一，關于鉀素的吸收、運輸、分配等營養(yǎng)規(guī)律方面已有大量研究[1,2]。施用鉀肥能增加馬鈴薯產量也已被許多研究和生產實踐所證實[3,4]。隨著農業(yè)生產的發(fā)展，馬鈴薯種植模式和種植制度發(fā)生了巨大的變化，滴灌條件下高產馬鈴薯（＞45 t/hm2）已經可以在生產上大面積實現(xiàn)，但是專門針對高產條件下馬鈴薯鉀素營養(yǎng)規(guī)律的研究甚少[5]。

另外，近十幾年來農業(yè)上化肥的大量施用，在增加產量的同時也造成了農產品品質下降和環(huán)境惡化。合理的化肥投入是目前農業(yè)科學的研究熱點，對此國家提出了“減肥減藥”的戰(zhàn)略部署。一些研究表明，馬鈴薯生產上普遍存在鉀肥供應不足的現(xiàn)象，而局部地區(qū)鉀肥供應過量的問題有逐漸加重的趨勢[6,7]。如何合理的施用鉀肥是馬鈴薯生產上重要的科學和技術問題。內蒙古馬鈴薯高產高效創(chuàng)新團隊前期的研究表明，馬鈴薯具有奢侈吸鉀的營養(yǎng)特點[8]。關于氮素營養(yǎng)診斷施肥技術已有深入研究，但是對鉀素推薦施肥的技術指標及方法的研究還較少[9]。鑒于此，從馬鈴薯植株—土壤系統(tǒng)鉀素平衡的角度出發(fā)，探索能夠表征高產馬鈴薯鉀素施用的技術指標，以期為高產馬鈴薯鉀肥合理施用就顯得尤為必要。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2012年在內蒙古烏蘭察布市察右中旗（N 41°30'，E 112°64'，海拔1 780 m）進行，該區(qū)屬于典型的半干旱農業(yè)區(qū)，年均無霜期約100 d。2012年馬鈴薯生育期總降水量為232.3 mm，月平均氣溫16.6℃。供試土壤為栗鈣土，土質為沙壤，pH 8.1，試驗地耕層（0～20 cm）土壤有機質13.1 g/kg，全氮1.4 g/kg，速效磷10.4 mg/kg，速效鉀108.1 mg/kg，容重1.3g/cm3。

1.2 試驗設計

供試馬鈴薯品種為‘克新1號’脫毒原種，試驗采用滴灌栽培模式，種植密度均為61 500株/hm2，5月15日播種，9月13日收獲。肥料用量為N211kg/hm2（氮源為尿素，含N 46%），P2O5193 kg/hm2（磷源為過磷酸鈣，含P2O516%），其中氮肥全部追施（隨滴灌分5次等量進行追施，從出苗后15 d開始第1次追施，以后每隔10 d追施1次），磷肥20%作為底肥一次施入，80%追肥的方式進行施用，具體方法及追施時間同氮肥。

試驗共設6個鉀肥用量梯度，不施鉀（K0）處理作為對照，各處理具體見表1，鉀肥（硫酸鉀，含K2O50%）全部采用追肥的方式進行施用，具體方法及追施時間同氮肥。小區(qū)面積72 m2（6 m×12 m），小區(qū)間設2m隔離行，各處理隨機排列，3次重復。

表1 鉀肥試驗處理Table 1 Treatment of potassium fertilizer application rate in potato

1.3 測定項目與方法

土壤采樣及理化指標測定：播種前隨機選5點取土樣，采集0～20 cm土層樣品混合，用于土壤基本理化性狀的測定，其中土壤速效鉀采用1 mol/L NH4OAc浸提—火焰光度計法進行測定[10]。分別于馬鈴薯出苗后15，30，62，77和90 d取無肥區(qū)0～20cm土壤進行鉀素測定，測定方法同上。

鉀素平衡系數(shù)=鉀肥（K2O）年投入量/作物年帶走鉀素量（K2O）

生物量：分別于馬鈴薯出苗后15，30，62，77和90 d，在各處理的每個小區(qū)隨機取3株，分成根、莖、葉、塊莖4部分，置于烘箱中105℃殺青30min，然后于80℃下烘干至恒重后稱重。

植株鉀濃度測定：H2SO4-H2O2消煮，火焰光度計法測定。

測產：收獲時，每小區(qū)隨機抽取2m2進行塊莖產量測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與方法

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計分析，LSD法用于平均數(shù)間多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同供鉀水平下馬鈴薯產量

圖1 不同施鉀量下馬鈴薯產量Figure 1 Potatotuberyieldunderdifferentpotassiumrates

一定范圍的施鉀量可顯著提高馬鈴薯產量，該試驗條件下增產幅度為19.9%～43.8%；在K2（49.9t/hm2）、K3（48.2 t/hm2）施鉀水平下產量最高，均超過了45 t/hm2的高產水平，繼續(xù)增加鉀肥施用量（K4處理）產量不會進一步增加，甚至有所下降（圖1）。鉀供應不足（K0，K1）或過量（K4，K5）的4個處理馬鈴薯塊莖產量均低于45t/hm2。

2.2 不同供鉀水平下馬鈴薯各器官鉀素濃度

收獲時各器官中鉀素濃度表現(xiàn)為莖中最高，塊莖次之，根中最低。各器官中鉀素濃度均隨著外源供鉀量的增加呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，莖中的增加幅度最為明顯（表2）。

表2 馬鈴薯收獲時不同器官的鉀素濃度（g/kg DW）Table 2 Potassium concentration in different organs of potato at harvest

2.3 不同供鉀水平下馬鈴薯整株鉀素積累量

隨著生育時期的推進，馬鈴薯整株（包括葉片、莖、根、匍匐莖和塊莖）鉀素積累量逐漸增加，收獲時（出苗后90 d）略有下降。隨著施鉀量的增加，馬鈴薯整株鉀素積累量均呈現(xiàn)增加趨勢，塊莖形成期（出苗后30 d）到塊莖膨大期（出苗后62 d）的增幅最大，淀粉積累期（出苗后77 d）鉀素積累量達到最大（表3）。在本試驗供鉀水平范圍內，產量最高的處理（K2和K3）鉀素積累量并不是最多。

2.4 不同供鉀水平下馬鈴薯塊莖鉀素分配

馬鈴薯塊莖的鉀素分配比例呈現(xiàn)增加的趨勢，成熟收獲時（出苗后90d），高產馬鈴薯（K2和K3處理）鉀素在塊莖中的分配比例處于居中水平，高于對照而低于高鉀處理（圖2）。

2.5 不同供鉀水平下塊莖需鉀量

鮮塊莖（1 000 kg）鉀素需鉀量因供鉀水平不同而有明顯差異。隨著供鉀量的增加，鮮塊莖（1000kg）需鉀量呈現(xiàn)先降低后增加的變化規(guī)律。高產馬鈴薯（K2和K3處理）生產鮮塊莖（1 000 kg）需鉀量最少（圖3）。

表3 不同處理下馬鈴薯整株鉀素積累量（g/plant）Table 3 Potassium accumulations of potato plant after emergence under different treatments

圖2 不同處理下馬鈴薯塊莖鉀素分配比例（%）Figure 2 Potassium distribution in tuber of potato under different treatments

圖3 不同鉀肥處理下塊莖需鉀量（kgK2O/1000kgFW）Figure 3 PotassiumrequirementsunderdifferentKtreatments

2.6 土壤速效鉀含量的動態(tài)變化

從圖4可以看出，無鉀區(qū)0～20 cm土壤速效鉀含量隨著馬鈴薯生育期的推進逐漸降低，馬鈴薯塊莖膨大期至淀粉積累期（出苗后62～77 d）供試土壤速效鉀供應量下降明顯，下降幅度達31.8mg/kg。

2.7 不同供鉀水平下馬鈴薯田鉀素平衡

圖4 無鉀區(qū)0～20 cm土壤速效鉀含量的動態(tài)變化Figure 4 Changes in available potassium content in 0-20 cm soil of plot without potassium fertilizer application

表4 不同鉀肥施用量下馬鈴薯田鉀素平衡Table 4 Potassium balance in potato field under different K applications

對不同施鉀水平下馬鈴薯植株—土壤系統(tǒng)鉀素表觀盈虧進行了評估，結果表明馬鈴薯鉀素總吸收量隨著鉀肥施用量增加而增加，即施鉀量越高，作物從土壤中帶走的鉀越多。鉀表觀盈虧量表現(xiàn)為嚴重虧缺（K0和K1處理）和嚴重盈余（K4和K5處理）時產量均會顯著降低。從鉀素平衡系數(shù)來看，數(shù)值接近1的處理（K2和K3處理）產量最高（表4）。

3 討 論

課題組前期的研究明確了滴灌條件下高產馬鈴薯（＞45 t/hm2）的群體特征，包括產量形成、物質積累和磷素營養(yǎng)特點，但是鉀素營養(yǎng)特點還不清楚，更缺少表征高產馬鈴薯鉀素營養(yǎng)技術指標的研究[11]。長期以來，人們普遍認為陰山丘陵馬鈴薯主產區(qū)土壤不缺鉀，水分是馬鈴薯產量提升的主要限制因子[12]。本研究的結果表明，即便在水分充分供應的條件下，不施鉀肥或者施用量不足均不會獲得高產（圖1），不施鉀的馬鈴薯田速效鉀素水平隨生育期推進顯著降低，不足以支撐下一季作物對鉀素的基本需求（圖4）。但是，鉀肥過量施用也會導致減產，而植株鉀素的積累量卻會隨著施鉀水平的增加而持續(xù)增加（表2），也就是說超過一定施鉀量后，多吸收的鉀素并沒有對產量做貢獻，進一步證實了馬鈴薯存在奢侈吸收的結論[8]。隨著外源鉀素水平的提高，收獲時分配到塊莖中的比例也越高（圖2），致使在高鉀供應條件下生產塊莖（1000kg）需鉀量較高（圖3）。

基于馬鈴薯鉀素營養(yǎng)需求的特點，從植株—土壤系統(tǒng)的角度評估了馬鈴薯鉀素營養(yǎng)平衡，提出了表征高產馬鈴薯鉀素施用的技術指標。研究結果表明，鉀表觀盈虧量和鉀素平衡系數(shù)均可以作為用于鉀素推薦施肥很好的參數(shù)。植株鉀素總吸鉀量越接近總施鉀量，產量效應越好，此時鉀表觀盈余量的值越趨近于0，鉀素平衡系數(shù)越接近于1。而且，在施鉀量接近鉀素吸鉀量時，生產塊莖（1 000 kg）吸鉀量最少，意味著鉀肥生產效率也最高。因此，可以把鉀表觀盈虧量和鉀素平衡系數(shù)作為馬鈴薯優(yōu)化施鉀的參考指標，為馬鈴薯鉀素高效利用提供技術支撐。

[1] 段玉,張君,李煥春,等.馬鈴薯氮磷鉀養(yǎng)分吸收規(guī)律及施肥肥效的研究[J].土壤,2014,46(2):212-217.

[2] 張西露,劉明月,伍壯生,等.馬鈴薯對氮、磷、鉀的吸收及分配規(guī)律研究進展[J].中國馬鈴薯,2010,24(4):237-241.

[3] Karam F,Rouphael Y,Lahoud R,et al.Influence of genotypes and potassium application rates on yield and potassium use efficiency of potato[J].Journal of Agronomy,2009,8(1):27-32.

[4] 盧建武,邱慧珍,張文明,等.半干旱雨養(yǎng)農業(yè)區(qū)馬鈴薯干物質和鉀素積累與分配特性[J].應用生態(tài)學報,2013,24(2):423-430.

[5] 董文,范祺祺,胡新喜,等.馬鈴薯養(yǎng)分需求及養(yǎng)分管理技術研究進展[J].中國蔬菜,2017,1(8):21-25.

[6] 張緒成,于顯楓,王紅麗,等.半干旱區(qū)減氮增鉀、有機肥替代對全膜覆蓋壟溝種植馬鈴薯水肥利用和生物量積累的調控[J].中國農業(yè)科學,2016,49(5):852-864.

[7] 康文欽,石曉華,敖孟奇,等.馬鈴薯的鉀素需求及營養(yǎng)診斷[J].中國土壤與肥料,2013(2):1-4.

[8] Kang W,Fan M,Ma Z,et al.Luxury absorption of potassium by potato plants[J].American Journal of Potato Research,2014,91(5):573-578.

[9] 樊明壽,聶向榮,李秀華,等.基于葉綠素儀診斷的馬鈴薯氮肥管理[J].中國馬鈴薯,2014,28(6):348-353.

[10] 鮑士旦.土壤農化分析[M].3版.北京:中國農業(yè)出版社,2000:302-316.

[11]邢海峰,秦永林,樊明壽.內蒙古陰山北麓高產馬鈴薯的群體特征[J].中國土壤與肥料,2016(6):116-120,151.

[12] 賈立國,石曉華,秦永林,等.內蒙古陰山北麓地區(qū)馬鈴薯產量潛力的估算[J].作物雜志,2015(1):109-113.