氮鉀互作對甘薯生長發育、干物質積累分配及產量形成的影響

陳路路 孫哲 田昌庚 劉尚剛 趙豐玲 鄭建利

摘要：為明確氮鉀互作對甘薯生長特性及產量形成的影響，以甘薯品種泰薯15為試驗材料，采用雙因素裂區設計，主區為鉀肥處理，設2個水平：K0（不施鉀肥）、K1（鉀肥施用量為18 g/m2），副區為氮肥處理，設3個水平：N0（不施氮肥）、N1（氮肥施用量為9 g/m2）、N2（氮肥施用量為18 g/m2），研究氮肥、鉀肥及其交互作用對甘薯干物質積累分配及產量形成的影響。結果表明，在K0條件下，隨著施氮量的增加，地上部莖葉生長勢增強，塊根干物質積累量、產量降低；在K1條件下，隨著施氮量的增加，地上部莖葉生長勢增強，塊根干物質積累、產量先升高后降低；在相同施氮水平下，施鉀處理的單薯質量、商品薯率、塊根干質量及產量明顯提高，且施鉀可降低過量施氮造成的莖葉旺長。雙因素方差分析結果表明，氮鉀肥對甘薯的單株塊根干質量、單株葉片干質量、總干質量及單薯質量和薯干產量表現出極顯著正交互作用，對鮮薯產量表現出顯著正交互作用。在設置的研究條件下，適宜的氮、鉀肥施用量分別為9、18 g/m2（K1N1處理），氮、鉀肥對甘薯生長發育、干物質積累分配及產量形成的影響不是簡單的加和作用，而是復雜的交互效應，因此在甘薯生產中要充分考慮氮鉀互作效應，因地制宜，合理配施，為實現甘薯高產優質栽培奠定基礎。

關鍵詞：甘薯；氮肥；鉀肥；氮鉀互作；干物質積累；產量

中圖分類號：S531.06??文獻標志碼：A??文章編號：1002-1302（2023）09-0068-07

基金項目：山東省薯類產業技術體系泰安綜合試驗站（編號：SDAIT-16-18）；山東省現代農業（甘薯）良種工程項目子課題（編號：2020LZGC004）；山東省科技型中小企業創新能力提升工程（編號：2021TSGC1220）；泰安市科技創新發展項目（政策引導類）（編號：2022NS108）。

作者簡介：陳路路（1992—），女，山東泰安人，碩士研究生，農藝師，主要從事甘薯育種及高產栽培技術研究。E-mail：happychenlulu@126.com。

甘薯是我國重要的糧食作物之一，因富含淀粉、蛋白質、纖維素、可溶性糖、果膠及維生素等營養物質［1］，深受廣大消費者青睞。氮素和鉀素是作物生長發育過程中必不可少的礦質元素，甘薯莖葉生長發育與塊根產量的形成與氮和鉀密切相關［2-3］，但目前甘薯生產上存在施氮過量，氮鉀不協調，肥料利用率低等問題［4］，研究甘薯氮鉀互作效應對甘薯提質增產等具有重要的指導意義。

氮、鉀主要通過協調甘薯“庫源”關系而對甘薯產量形成及品質提高產生影響［5-6］。氮素影響甘薯“庫源”關系的建立和發展［7］，在提高甘薯光合性能、加速光合產物轉化及養分積累等方面起到重要作用［8-9］，但過量施氮會導致甘薯地上部莖葉徒長，從而不利于塊根膨大［10-12］。鉀素促進甘薯“庫-源”器官間碳水化合物的轉移和分配［6，13］，甘薯功能葉硝酸還原酶、蔗糖合成酶等活性隨施鉀量的增加而升高［14］，鉀肥可以提高葉片的蔗糖合成能力，促進光合產物向地下部的轉運，有利于塊根中蔗糖向淀粉轉化和莖基部光合產物的卸載，從而促進甘薯塊根膨大，獲得高產［12，15-16］。適宜的氮鉀肥配施比例可顯著提高甘薯器官中氮素、鉀素的積累量，提高“源”器官中碳水化合物的積累量［17］，促進甘薯“庫”器官中干物質的積累，從而有利于甘薯經濟產量形成［18-20］，顯著提高甘薯塊根中蛋白質和多種可溶性糖含量，改善塊根品質［21］。呂長文等認為，甘薯塊根中氮、鉀的吸收利用相輔相成［22］；趙慶鑫等研究認為，氮鉀肥互作會影響甘薯地上部氮、鉀的轉運率和收獲期塊根中氮素、鉀素的分配率［23］，但前人有關氮鉀互作對甘薯全生育期生長發育特性及干物質積累分配影響的研究尚少。

本研究通過設置不同的氮鉀配施比例，研究氮鉀互作對甘薯全生育期生長發育規律、干物質在不同器官中的積累與分配及產量相關性狀等的影響，以期獲得適宜甘薯生長發育的氮鉀配施方案，為甘薯生長發育過程中的養分管理提供理論基礎和參考依據。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

供試材料為泰安市農業科學院選育的淀粉型甘薯品種泰薯15。

1.2?試驗設計

1.2.1?試驗地基本概況?試驗于2021年5—10月在泰安市農業科學院徂汶景區徂徠鎮（地理位置為36°06′29″N，117°15′24″E）試驗基地進行，供試土壤為沙壤土，0～20 cm土層的堿解氮含量為 80.9 mg/kg，速效磷含量為16.82 mg/kg，速效鉀含量為113.14 mg/kg，有機質含量為1.58%。

1.2.2?試驗處理?試驗采用雙因素裂區設計，主區為鉀肥處理，設2個水平：K0（不施鉀肥）、K1（鉀肥施用量為18 g/m2），副區為氮肥處理，設3個水平：N0（不施氮肥）、N1（氮肥施用量為9 g/m2）、N2（氮肥施用量為18 g/m2），共計6個處理，磷肥施用量為9 g/m2。小區行長5 m，5行區，小區面積為 20 m2，行距、株距分別為80、25 cm，每個處理設3次重復，共計18個小區。供試肥料分別選用含有46% N的尿素、含有50% K2O的硫酸鉀和含有16% P2O5的過磷酸鈣，肥料基施。

1.2.3?取樣方法?于甘薯栽苗后60 d開始進行第1次調查取樣，隨后分別在栽苗后80、100、120、150 d 進行取樣調查，取樣時每個處理選取3株長勢相同的中間行植株。每次取樣時先進行生物學特征特性的測定，隨后將植株按葉、莖+葉柄、塊根3個部分進行分樣，烘干備用。

1.3?測定項目與方法

1.3.1?農藝性狀的測定方法?每次調查取樣時分別選取3株長勢正常且一致的植株，用皮卷尺測定蔓長，用游標卡尺測定基部莖粗，調查并記錄分枝數，用電子天平稱量單株葉片鮮質量、單株莖葉鮮質量、單株塊根鮮質量及單薯質量等，隨后計算冠根比（T/R）和塊根膨大速率。用打孔稱質量法測定單株葉面積。收獲時現場統計測產區單株結薯數、大中薯數（質量＞250 g的為大薯，質量為100～250 g 的為中薯），計算商品薯率。相關計算公式如下：

T/R=單株莖葉鮮質量/單株塊根鮮質量；

商品薯率=大中薯薯塊數/總薯塊數×100%；

塊根膨大速率=前后2次取樣平均單株塊根鮮質量增加量/前后2次取樣間隔天數。

1.3.2?干質量的測定方法?待測定甘薯植株按照葉片、莖+葉柄、塊根3個部分分樣，利用烘箱烘干法測定干質量。稱量并記錄葉片、莖+葉柄、塊根總鮮質量。葉片，莖+葉柄干率測定選取代表樣品約200 g，先120 ℃殺青30 min，隨后于80 ℃烘至恒質量后記錄干質量，計算葉片、莖+葉柄的干率。甘薯塊根干率的測定選擇3塊典型薯塊，將薯塊切成均勻、完整的薄片，每次重復取200 g左右切好的甘薯薄片置于網兜中，單層均勻擺放，自然晾曬24 h后于80 ℃烘至恒質量，記錄干質量，計算塊根干率。試驗重復3次，取平均值。根據不同樣品總鮮質量和干率計算總干質量，干率=樣品干質量/樣品鮮質量×100%，總干質量=總鮮質量×干率。

1.3.3?產量性狀的測定方法?收獲時進行產量性狀的測定，每個小區選取中間3行作為測產區，利用電子臺秤稱質量，記錄測產區的薯塊鮮質量，每個測產區面積為12 m2，然后計算單位面積鮮薯產量。設3次重復，取平均值。薯干產量=鮮薯產量×塊根干率。

1.4?數據處理

用Excel 2010、SPSS 19.0軟件對農藝性狀及產量性狀等的數據進行分析和作圖。

2?結果與分析

2.1?氮、鉀肥及其互作對甘薯生長發育的影響

2.1.1?不同發育時期甘薯莖葉生長的變化?如圖1所示，甘薯蔓長、莖粗及分枝數在全生育期整體呈上升趨勢，單株葉面積先升高后降低并在栽苗后100 d達到峰值。在K0水平下，施氮處理蔓長、單株葉面積明顯增大，莖粗、分枝數降低，N2處理明顯出現莖葉徒長。在K1水平下，栽苗后150 d，隨著施氮量的增加，蔓長先減小后增大，莖粗、分枝數先增加后降低，葉面積略微增加，N2處理出現輕微的莖葉徒長。栽苗后150 d，6個處理中，K1N1處理的莖粗最大，分枝數最多，蔓長、葉面積適中；K1N2處理的蔓長和單株葉面積大于K1N1處理，但小于K0N2處理，莖粗、分枝數的表現則相反。上述結果表明，施用氮肥可以促進甘薯莖葉生長，但過量施氮會引起甘薯旺長，施用鉀肥可以促進甘薯分枝的形成，并且施用鉀肥可降低過度施用氮肥造成的植株地

上部徒長，氮鉀互作可使甘薯地上部莖葉穩長穩發，從而促進甘薯地上部光合作用，為形成高產奠定基礎。

2.1.2?不同發育時期甘薯薯塊質量的變化?如圖2所示，甘薯單株塊根鮮質量及單薯質量在全生育期內持續升高。在K0水平下，隨著施氮量的增加，單株甘薯塊根鮮質量、單薯質量均降低。在K1水平下，隨著施氮量的增加，單株甘薯塊根鮮質量、單薯質量均表現先增加后降低的趨勢。在相同施氮水平下，施鉀處理的單株塊根鮮質量、單薯質量均明顯升高。栽苗后150 d，6個處理中，K1N1處理的甘薯單株塊根鮮質量、單薯質量最高，而K1N2處理的甘薯單株塊根鮮質量、單薯質量不但小于K1N1處理，也小于K1N0處理，K0N2處理的單株塊根鮮質量、單薯質量最小。氮肥的施用量應根據地力條件而定，高肥力地塊可減氮或不施氮，鉀肥的施用提高了氮肥的利用效率，從而提高了薯質量，合理的氮鉀互作可顯著提高甘薯塊根產量。

2.1.3?不同發育時期甘薯T/R的變化?如圖3所示，甘薯T/R在全生育期呈持續下降的趨勢。在K0水平下，T/R整體呈現隨施氮量的提高而增大的趨勢，K0N1、K0N2處理在收獲期T/R分別達到1.12、1.33，存在明顯的莖葉徒長。在K1水平下，栽苗后100～150 d T/R隨著施氮量的提高先減小后增大。在相同施氮水平下，施鉀處理在早期的T/R增大，但收獲期的T/R下降。6個處理中，K1N1處理在收獲期的T/R最?。?.49），K1N2處理在收獲期的T/R大于K1N1、K1N0處理，但小于K0N2處理。氮鉀互作可以調節甘薯地上部與地下部協調生長，促進光合產物向塊根的轉運與積累，從而為塊根產量形成奠定基礎。

2.1.4?不同發育時期甘薯塊根的膨大速率?如圖4所示，甘薯塊根膨大速率最大值出現在栽苗后 100～120 d。栽苗后100～150 d，在K0水平下，N0處理的塊根膨大速率明顯大于N1、N2處理。在K1水平下，塊根膨大速率表現為N1>N0>N2。栽苗后80～120 d，相同施氮水平下，甘薯塊根膨大速率表現為K1處理大于K0處理。6個處理中，K1N1處理在栽苗后80～150 d甘薯塊根膨大速率最大，栽苗后100～120 d，K1N2處理的甘薯塊根膨大速率小于K1N1、K1N0處理，但大于K0N2處理。

2.2?氮、鉀肥及其互作對甘薯干物質積累及分配的影響

2.2.1 氮、鉀肥及其互作對甘薯塊根干物質積累動態的影響?如圖5-a所示，單株甘薯塊根干物質積累量在全生育期持續升高。在K0水平下，栽苗后120～150 d，單株甘薯塊根干物質積累量隨著施氮量的提高而降低；在K1水平下，單株甘薯塊根干物質積累量隨著施氮量的提高先升高后降低；栽苗后100～150 d，在相同施氮水平下，單株甘薯塊根干物質積累量表現為K1處理大于K0處理。6個處理中，K1N1處理在收獲期的單株甘薯塊根干物質積累量明顯高于其他處理，其次是K1N0處理，再次是K0N0處理。如圖5-b所示，在栽苗后100～120 d，甘薯塊根干物質積累速率達到最大值，此時在K0水平下，施氮后，甘薯塊根干物質積累速率明顯降低，在K1水平下，甘薯塊根干物質積累速率表現為N1>N0>N2。栽苗后100～150 d，6個處理中，K1N1處理的甘薯塊根干物質積累速率最大，K1N2處理的甘薯塊根干物質積累速率不僅小于K1N1處理，也小于K1N0、K0N0處理，但大于K0N2處理。過量施氮會降低甘薯塊根中的干物質積累量，配施鉀肥可提高甘薯塊根中的干物質積累量，而適宜的氮鉀配施有利于提高甘薯塊根中的干物質積累量及積累速率，從而為甘薯高產奠定基礎。

2.2.2?氮、鉀肥及其互作對甘薯收獲期干物質分配的影響?由表1可知，在K0水平下，單株甘薯塊根干質量及總干質量隨施氮量的提高而降低，單株甘薯葉片干質量隨施氮量的升高而升高；在K1水平下，單株甘薯塊根干質量隨著施氮量的提高呈現先增加后降低的趨勢，單株甘薯葉片干質量、單株甘薯莖柄干質量隨著施氮量的增大而增大；在相同施氮水平下，單株甘薯塊根干質量表現為K1處理大于K0處理。6個處理中，K1N1處理的總干質量、單株塊根干質量顯著高于其他處理，K1N2處理的單株塊根干質量不僅小于K1N1處理，也小于K1N0、K0N0處理，但大于K0N2、K0N1處理。雙因素方差分析結果表明，鉀肥對甘薯收獲期單株塊根干質量、總干質量的影響極顯著，對單株葉片干質量、單株莖柄干質量的影響顯著；氮肥對單株塊根干質量、單株葉片干質量及總干質量的影響極顯著，對單株莖柄干質量的影響未達到顯著水平；氮鉀互作對單株塊根干質量、單株葉片干質量及總干質量的影響極顯著。因此可見，氮肥可以促進葉片生長，鉀肥可以促進塊根產量形成，氮鉀互作有利于干物質向甘薯塊根的轉移和分配，從而實現甘薯高產。

2.3?氮、鉀肥及其互作對甘薯產量及相關性狀的影響

由表2可知，在K0水平下，單薯質量、商品薯率、鮮薯產量和薯干產量隨著施氮量的增高而降低；在K1水平下，單薯質量、商品薯率、鮮薯產量和薯干產量隨著施氮量的提高先增加后降低；在相同施氮水平下，施鉀處理的商品薯率、單薯質量較不施鉀處理顯著升高，單株薯塊數略有提高，鮮薯及薯干產量明顯升高。K1N1處理的單薯質量、鮮薯和薯干產量均明顯高于其他肥料處理，K1N2處理的鮮薯和薯干產量不僅低于K1N1處理，也低于K1N0、K0N0處理，但高于K0N2處理。雙因素方差分析結果表明，鉀肥和氮肥對單薯質量、鮮薯產量及薯干產量的影響極顯著，鉀肥還對商品薯率的影響顯著，且鉀肥對產量性狀的影響大于氮肥；氮鉀互作對單薯質量和薯干產量的影響極顯著，對鮮薯產量的影響顯著，但對其他性狀的影響未達到顯著水平。綜上所述，氮鉀配施可以顯著提高單薯質量，從而提高鮮薯產量，但不同的地塊應根據實際地力水平確定適宜的氮鉀配比，從而獲得最大生產力。

2.4?甘薯產量性狀與地上部農藝性狀的相關性分析

由表3中相關性分析結果可以看出，鮮薯產量與薯干產量、商品薯率呈極顯著正相關；鮮薯產量、薯干產量均與分枝數呈極顯著正相關，與莖粗呈顯著正相關，與T/R呈極顯著負相關；商品薯率、莖粗、分枝數均與T/R呈顯著或極顯著負相關；蔓長與單株葉面積呈顯著正相關。由此可見，在甘薯生產過程中，適當提高分枝數、增大莖粗及降低蔓長和T/R有利于協調甘薯地上部莖葉與地下部塊根的平衡生長，從而促進鮮薯產量、薯干產量形成，提高商品薯率，有利于實現甘薯高產和優質生產。

3?討論與結論

3.1?氮肥、鉀肥及其互作對甘薯莖葉生長的影響

氮鉀是甘薯生產過程中的重要制約因素 適宜的氮鉀肥運籌機制能保障甘薯莖葉穩發穩長，促進甘薯高產穩產。已有研究結果表明，單施氮肥能夠顯著提高氮素積累量，增大蔓長、葉片數和葉面積，從而獲得較高的地上部生物量［24］，單施鉀肥處理通過提高甘薯各器官中的鉀含量，促進碳水化合物向塊根中轉移，從而提高甘薯的經濟產量［25］。本研究結果與前人的研究結果一致，即在不施鉀肥的條件下，施氮處理蔓長、葉面積明顯增大，莖粗和分枝數降低，K0N2處理出現明顯的莖葉徒長現象，K0N0處理的地上部與地下部生長相對協調；在施鉀條件下，隨著施氮量的提高，地上部生長勢增強，K1N2處理的莖葉生長最旺，但明顯弱于K0N2處理，K1N1處理的莖粗、分枝數最大，蔓長、葉面積適中。6個處理中，K1N1處理在收獲期的T/R（0.49）最小，全生育期地上部與地下部生長協調，其次是K1N0處理，再次是K0N0處理。由此可見，過量施氮會導致甘薯莖葉旺長而不利于地下部膨大，但鉀肥可降低過度施用氮肥造成的地上部徒長，氮肥、鉀肥合理施用能夠促使甘薯地上部穩發穩長，為塊根產量的形成奠定基礎。

3.2?氮肥、鉀肥及其互作對甘薯產量形成的影響

氮鉀在植物生理代謝過程中既相互促進又相互制約，合理的氮、鉀供給能夠為實現作物高產奠定基礎［26］。已有的研究結果表明，氮鉀配施對小麥［27］、玉米［28］、水稻［29］等多種作物產量的增加呈顯著的正交互效應。有關甘薯的研究結果表明，氮鉀配施通過優化甘薯苗期T/R、提高須根和塊根分化比例，從而顯著促進塊根膨大［6］。本研究結果表明，在不施鉀肥處理下，單薯質量、商品薯率、鮮薯產量和薯干產量隨著施氮量的提高而降低，K0N0處理的產量最高。在施鉀處理下，K1N1處理的單薯質量、鮮薯產量和薯干產量高于K1N2、K1N0處理。K1N2處理鮮薯和薯干產量不僅顯著低于K1N1處理，也顯著低于K1N0和K0N0處理，但高于K0N2處理。在相同施氮水平下，施鉀能夠提高單薯質量、商品薯率和產量。雙因素方差分析結果表明，氮鉀肥對甘薯單薯質量、單株塊根干質量、單株葉片干質量、單株總干質量及薯干產量均存在極顯著的互作效應，對鮮薯產量存在顯著的互作效應。因此，合理的氮鉀肥配施可以提高甘薯葉片的干物質積累量，從而提高“源”的供給能力，促使干物質更多地流向塊根，提高塊根中的干物質積累量，進而實現甘薯高產。在下一步的研究中應加強氮鉀配施對甘薯光合作用影響的研究，從而更好地闡明“庫源”關系對甘薯產量形成的影響。

3.3?土壤含氮水平對甘薯適宜氮鉀配比的影響

甘薯塊根中氮素和鉀素的吸收利用相輔相成，不同地塊土壤的含氮水平不同，對氮鉀配施量的需求不同。林子龍等在中等肥力土壤條件下的研究表明，施氮量、施鉀量分別為90、150 kg/hm2時，龍薯31能獲得最高的鮮薯產量、薯干產量［30］。王萌等對鮮食型甘薯的研究表明，在高肥力土壤條件下，不施或減施氮肥并配施適量鉀肥有利于提高甘薯產量和品質［21］。本研究是在0～20 cm土層堿解氮含量為80.9 mg/kg的地塊開展的，土壤含氮水平較高，導致在不施鉀肥條件下，K0N0處理的產量最高，K0N2處理因莖葉旺長導致產量最低。在施鉀條件下，K1N1處理的地上部與地下部生長協調，鮮薯產量和薯干產量最高，其次是K1N0處理，K1N2處理的鮮薯產量和薯干產量最低。6個處理中K1N1處理的塊根產量和商品性最好，其次是K1N0處理，再次是K0N0處理，即本試驗條件中最優的氮鉀配比是氮肥施用量為9 g/m2，鉀肥施用量為18 g/m2。總之，在土壤含氮水平較高的條件下，單施氮肥會造成莖葉旺長而導致減產，但在施用鉀肥的條件下，可適量提高氮肥施用量，從而更好地發揮氮鉀肥的相互促進作用，協調地上部與地下部生長，促進塊根產量形成。

綜上所述，適量施氮能夠促進甘薯地上部莖葉穩發穩長，而過量施氮會造成甘薯莖葉旺長，適量施鉀可緩解過量適氮造成的莖葉徒長，促進塊根膨大，有利于干物質向塊根的分配和積累，氮鉀肥對甘薯的單株塊根干質量、單株葉片干質量、總干質量及單薯質量和薯干產量表現出極顯著的正交互作用，對鮮薯產量表現出顯著的正交互作用，鉀肥的產量效應大于氮肥。在本研究條件下，甘薯品種泰薯15適宜的氮、鉀肥施用量分別為9、18 g/m2。氮肥和鉀肥對甘薯生長發育及產量性狀形成的影響不是簡單的加和作用，而是復雜的交互效應，因此在甘薯生產中要綜合考慮氮、鉀肥的交互作用對干物質積累分配及產量的影響，因地制宜，合理配施，在增加甘薯產量的同時，提高肥料利用率，為甘薯綠色高效種植奠定基礎。

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