钾素对甘薯生长和产量形成具有极其重要的作用。钾可促进甘薯对养分的吸收利用，促进碳水化合物向块根输送，促使块根膨大[1]，显著增加甘薯的产量和质量[2-4]，提高甘薯钾利用率。甘薯缺钾导致茎蔓变短并生长缓慢[5]，产量降低，合理施用钾肥对提高甘薯产量和养分利用率具有重要意义。
甘薯属于喜钾作物，从全生育期来看，甘薯对钾肥需求最多，其次为氮肥，磷肥最少。钾素是甘薯生产的关键限制因子之一，适当的钾肥运筹机制不仅是保证钾素供应充足、提高甘薯钾素利用率和促进甘薯产量形成的关键因素，还可显著提高植株体内氮、磷、钾的累积量[6]。土壤普遍缺乏有效钾素营养已成为甘薯产量和品质进一步提高的重要影响因子。
紫甘薯(Ipomoea batatas(L.)Poir.)属于旋花科(Convolvulaceae)番薯属。紫甘薯具有良好的保健功能，其市场需求日益增加。由于紫甘薯多种植在贫瘠缺钾土壤中，且在我国甘薯实际生产中，不重视施钾与盲目施钾现象大量存在，导致产量和肥料利用率不高[7]。关于甘薯钾肥的研究已有报道[8-10]，但有关钾肥用量对紫甘薯产量及养分吸收的影响鲜见报道。
本研究采用田间试验的方法，探究了不同施钾量对紫甘薯产量与养分利用的影响，旨在为钾肥的合理施用提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 试验材料
试验地点设在山东省莱阳市高格庄镇。土壤类型为棕壤，质地为砂土，土壤养分含量较低，2016，2017年土壤理化性状分别为：有机质含量为9.53，9.78 g/kg；碱解氮含量为60.26，60.58 mg/kg；速效磷10.86，10.89 mg/kg；速效钾50.50，52.28 mg/kg；pH值5.73，5.72。紫甘薯品种为宁紫2号。
1.2 试验设计
采用田间试验的方法，2016，2017年大田试验方案相同。试验共设5个处理，钾肥用量分别为0(CK)，60，120，180，240 kg/hm2(分别用K0、K1、K2、K3、K4表示)，小区面积为37.8 m2，株距0.25 m，垄距0.70 m，每小区6垄，长度9 m，每个处理重复3次，随机区组排列。供试肥料为硫酸钾(K2O含量50%)，采用基施方法，均匀撒施于试验小区后起垄。以氮、磷肥作为底肥，其施用量均为75 kg/hm2，供试肥料为尿素(N含量46%)、磷酸二铵(P2O5含量45%、N含量18%)。2016年试验5月17日栽插，10月20日收获；2017年试验5月15日栽插，10月22日收获。
1.3 样品采集与处理
于栽插后55，80，105，130，155 d采集样品，采样时各处理小区采12株，3个重复，称量甘薯地上部薯蔓鲜质量、地下部薯块鲜质量，并记录。各时期采样后，地上部茎叶切碎混合均匀后，称取鲜样200 g左右，放入牛皮袋中，在鼓风干燥箱内105 ℃杀青30 min后，于80 ℃下烘至恒重，称取干质量计算干物质累积量。将块根切成粒状均匀混合后取150 g样，采取相同方法烘干测定其干物质量。用多功能粉碎机磨碎，过筛后置于自封袋中备用。
1.4 测定项目及方法
植株的氮、磷、钾采用H2SO4-H2O2消煮，凯氏定氮法测氮、钒钼黄比色法测磷、火焰光度法测钾。收获时每个处理随机选取150株考种，记录单株结薯数和薯块鲜质量，每小区薯块称取总质量进行计产。
钾收获指数=块根吸钾量/植株总吸钾量；钾肥偏生产力(kg/kg)=块根产量/施钾量；钾肥表观利用率=(施肥区钾吸收量-不施肥区钾吸收量)/施钾量×100%；钾肥农学利用率(kg/kg)=(处理区产量-对照区产量)/施钾量。
1.5 数据分析
用SPSS(18.0)(SPSS Institute，Inc.，Cary，NC，USA)进行数据统计分析，用LSD法进行多重比较；用Excel进行图表的绘制。
2 结果与分析
2.1 钾肥用量对产量形成动态的影响
2.1.1 钾肥用量对产量形成的影响 如图1所示，2016，2017年2年田间试验研究表明，块根膨大过程中干物质量随生育期的延长呈现持续增加的趋势，且在整个生育期，2017年块根干物质积累量大于2016年。与K0处理相比，不同施钾量均可提高各生长期地下部干物质量，以K3处理增幅最大。其中，在栽植105～130 d时，与K0处理相比，2016，2017年，K3处理的地下部干物质量增加的比例分别为51.69%，28.58%。由此可见，适量施用钾肥能提高紫甘薯块根干物质量。
图1 不同施钾量对紫甘薯块根 膨大过程中干物质累积的影响
Fig.1 Effects of potassium fertilizer dosage on underground dry matter accumulation of purple sweet potato during the expanding of storage root
2.1.2 钾肥用量对T/R值的影响 T/R值是地上部与地下部生物量的比值，能直观反映块根类作物地上、地下部生长协调关系。如表1所示，整个生长期，紫甘薯的T/R值不断降低，在收获期降到最小值。其中，与不施钾肥相比，K3处理显著提高了紫甘薯生长前期(栽植后55 d)的T/R值，而降低了紫甘薯膨大期(栽植后105 d)的T/R值。在栽植后155 d时，与K0处理相比，K3处理T/R值增加50.00%，且差异显著。由此可见，施钾有利于紫甘薯生长前期地上部光合产物的累积，并且提高了紫甘薯生长后期干物质向地下部的分配。
2.2 钾肥用量对产量及构成因子的影响
如表2所示，2016，2017年2年大田试验均表明，与K0处理相比，施用钾肥可显著提高紫甘薯单株结薯数、单块薯质量和产量(P<0.05)。紫甘薯单块薯质量和产量随施钾量的增加呈现先增加后减少的单峰趋势，施肥量从0 kg/hm2(K0处理)增加到180 kg/hm2(K3处理)时，紫甘薯产量逐渐增加；当施肥量增加到240 kg/hm2(K4处理)时，单块薯质量和产量反而下降。与不施钾处理相比，2016，2017年分别增产20.78%，26.19%，差异显著(P<0.05)。2017年，K3处理的单株结薯数、单块薯质量及鲜薯产量分别比K0处理增加5.10%，39.20%，26.19%，分别比其他施肥处理增加5.54%～15.93%，6.63%～20.42%，1.38%～15.16%，且差异显著。可见，紫甘薯钾肥施用符合报酬递减规律，在一定范围内紫甘薯产量随钾肥用量的增加而增加，过量反而有所下降，在试验田块的最佳施用量为180 kg/hm2。
表1 不同施钾量对紫甘薯T/R值的影响
Tab.1 Effects of potassium fertilizer dosage on T/R of purple sweet potato
处理Treatments栽植后天数/d Days after planting5580105130155 K02.08±0.09b1.20±0.01c1.27±0.02a0.47±0.01c0.32±0.02cK11.84±0.05c1.42±0.02a1.26±0.06a0.51±0.02b0.44±0.03bK21.71±0.01d1.13±0.01d1.25±0.01a0.56±0.01a0.44±0.02bK32.62±0.03a1.29±0.03b1.01±0.02c0.58±0.01a0.48±0.03aK41.68±0.07d1.41±0.05a1.16±0.03b0.41±0.02d0.35±0.01c
注：数据格式为平均值±标准差，不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。表2-4同。
Note：Different small letters meant significant difference among treatments at 0.05 level. The same as Tab.2-4.
表2 不同施钾量对紫甘薯产量及其构成的影响
Tab.2 Effects of potassium fertilizer dosage on yield of purple sweet potato
年份Years处理Treatments结薯数/(个/株)Storage root单块薯质量/(g/块)Single tuber weight产量/(t/hm2)Yield增产率/%Rate of growth2016K03.97±0.07e113.05±13.00e27.11±0.19eK14.10±0.15d143.68±6.21c28.09±0.21d3.55 K24.15±0.15c144.52±4.21b29.30±1.07c8.07 K34.24±0.25b152.88±2.31a32.75±2.04a20.78 K44.32±0.35a132.20±3.54d31.10±1.00b14.70 2017K04.71±0.06b126.88±6.98e29.90±2.36eK14.27±0.13d153.17±10.32c30.31±1.06d1.38 K24.65±0.03c165.64±12.56b33.95±5.60c13.56 K34.95±0.24a176.62±9.98a37.72±2.30a26.19 K44.69±0.13b146.67±16.20d34.43±1.56b15.16
2.3 钾肥用量对收获期氮素和磷素积累的影响
如图2所示，收获期紫甘薯整株和块根中氮素、磷素积累量表现出相似的规律，均表现为：随施钾量的增加呈先增后减的单峰变化曲线，块根中累积量占整株比例较大。不同钾肥施用量均显著提高了紫甘薯整株和块根累积量(P<0.05)，且以K3处理增幅最大。与不施钾(K0)处理相比，K3处理块根和整株氮累积量分别增加75.38%，65.75%，磷素累积量分别增加45.24%，60.28%，且差异显著。可见，施钾有利于紫甘薯对氮素与磷素的吸收积累，且块根累积量大于地上部。
不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。 Different small letters meant significant difference among treatments at 0.05 level.
图2 不同施钾量对收获期紫甘薯 氮素和磷素累积量的影响
Fig.2 Effects of potassium fertilizer dosage on nitrogen and phosphorus accumulation of purple sweet potato at harvest
2.4 钾肥用量对钾素积累动态及利用率的影响
2.4.1 钾肥用量对钾素积累动态的影响 由表3可知，整个生长期，紫甘薯地上部钾素累积量呈现先升高后降低的单峰变化趋势。不同施钾量均可显著提高紫甘薯地上部钾素累积量，且在施钾量为180 kg/hm2(K3处理)时钾素累积量最大。在栽植后55，105，155 d时，K3处理薯块中钾素累积量比K0处理分别增加了98.60%，115.60%，218.99%，比其他处理分别增加了82.21%～94.40%，36.01%～107.47%，41.22%～120.49%，且差异显著。
随生长期延长，除K4处理外，块根中钾素累积量呈现一直升高的趋势，并在155 d达到最大值。与K0处理相比，K2、K3、K4处理均可显著提高地下部钾素累积量，且施钾量为180 kg/hm2(K3处理)时增幅最大。在收获期(栽植后155 d)时，K3处理薯块中氮素累积量比K0增加101.52%，比其他处理增加47.10%～89.23%，且差异显著。由此可见，适量的施钾量有利于紫甘薯地上部和地下部的钾素累积，过量施钾不能使紫甘薯钾素累积量持续增加，在本试验条件下，最适施钾量为180 kg/hm2。
表3 不同施钾量对紫甘薯钾素累积量的影响
Tab.3 Effects of potassium fertilizer dosage on K accumulation dynamic of purple sweet potato d
部位Portion处理Treatments5580105130155地上部K036.96±2.03e70.71±5.16d108.75±10.32e53.06±1.32d38.90±2.31dShootsK137.77±4.12d102.21±7.89c113.01±12.36d85.23±2.31c56.28±2.58cK238.40±3.21c108.00±8.45c172.39±9.85b117.73±4.58b87.87±5.41bK373.42±4.12a155.21±5.12a234.46±4.58a139.46±2.35a119.60±2.31aK440.30±3.02b132.91±2.13b130.11±2.13c119.39±5.42b84.98±3.21b地下部K09.92±0.13c42.40±5.64c44.58±1.32d70.31±2.56d85.03±5.64dRootsK113.58±2.13a42.21±5.12c53.84±2.21c77.20±4.58c90.64±8.79cK213.18±2.56b47.95±1.14b58.04±5.60c79.66±8.54c112.89±5.62bK313.55±5.13a81.08±1.35a98.10±1.23a119.28±3.69a126.12±4.56aK413.51±2.45a47.30±9.85b65.30±2.36b116.85±8.47b116.51±9.87b
2.4.2 钾肥用量对钾素利用效率的影响 钾利用效率、钾肥吸收效率、钾肥农学利用率等是反映钾肥生物有效性的重要参数，可反映钾素的吸收与积累效率。如表4所示，与K1处理相比，不同钾肥施用量均显著提高了钾肥表观利用率和农学利用率，且以K3处理增幅最大，分别提高了47.82百分点，158.11%，差异显著。而随施钾量的增加，钾肥偏生产力和收获指数呈降低趋势。综合各种指标，本试验条件下，施钾量为180 kg/hm2(K3处理)时更利于紫甘薯对钾肥的利用，过量施用钾肥利用率反而降低。
表4 不同施钾量对紫甘薯钾素利用效率的影响
Tab.4 Effects of potassium fertilizer dosage on K use efficiency of purple sweet potato
处理Treatments钾肥表观利用率/%Potash fertilizerapparent use efficiency钾肥农学利用率/(kg/kg)Potash fertilizeragronomy efficiency钾肥偏生产力/(kg/kg)Potash fertilizerproduction efficiency钾收获指数Potash fertilizerharvest indexK00.70±0.01aK118.85±1.32d16.83±1.30d505.17±7.45a0.60±0.01bK258.97±2.31b33.75±0.69b282.92±10.20b0.56±0.02dK366.67±1.00a43.44±0.36a209.56±5.64c0.58±0.02cK429.79±2.04c18.88±2.10c143.46±3.60d0.58±0.02c
3 讨论与结论
3.1 钾肥用量对紫甘薯干物质与产量的影响
甘薯源库关系协调是甘薯高产生理的前提，钾素对甘薯“建源”和“扩库”有直接的影响。适量供钾可促进干物质向块根的运转和分配，较多的干物质在块根中的积累为块根膨大奠定物质基础[11]。
本研究结果表明，与不施钾处理相比，不同施钾处理均可提高紫甘薯地上部和地下部干物质，促进光合产物向地下部运输，提高地下部分配比率，从而提高紫甘薯产量。
大量研究表明，甘薯增施钾肥对增加结薯数、提早结薯、促进块根膨大都有明显的效果，从而提高甘薯产量[11-12]。本研究表明，随着供钾水平的提高，甘薯的单块薯质量增大，同时也显著增加鲜薯总产量；此外，施钾可加快块根的膨大速率，为高产奠定了基础。施钾可提高紫甘薯产量，但不是施钾越多越好[13]。本研究表明，随施钾量的增加，紫甘薯产量和单块薯质量呈现显著增加后减少的单峰变化曲线，表现出报酬递减现象，以施钾量为180 kg/hm2(K3处理)时增产效果最佳，过多的施钾量导致地上部光合产物不能及时的转移到地下部，钾肥利用率降低。可能原因是由于过量的钾供应导致紫甘薯对钾素的奢侈吸收，影响甘薯体内各种营养元素之间的平衡，抑制钾素对超氧化物歧化酶(SOD)等防御酶的活化，导致
等活性氧的积累，加强膜脂不饱和脂肪酸的过氧化分解，丙二醛(MDA)含量增多，使光合机构受损，导致紫甘薯产量降低[14]，具体原因还有待进一步探究。另外，2016年由于气候干旱，降雨量减少，紫甘薯生长过程中水分不充足，产量略低于2017年。
3.2 钾肥用量对紫甘薯氮磷积累的影响
甘薯通过吸收和利用养分，为稳产增产奠定基础[15]。适量施钾可显著提高植株体内氮素与磷素的累积量[16]。适量的施钾量可以维持较高的光合特性并加速光合产物的生成，氮素同化物随光合产物运输向块根转移，还可以促进氮素的同化，从而提高了块根中氮素的累积[17-19]。蔡艺艺等[20]研究表明，提高钾肥的施用量，可促进甘薯块根和茎叶对氮素﹑钾素的积累，存在正相关关系。田江梅[21]通过大田试验研究表明，甘薯块根中氮磷钾累积量随施钾量的增加而增加。本试验研究表明，紫甘薯收获期(栽植后155 d)，不同施钾量均可提高宁紫2号氮素与磷的累积量，且以施钾量为180 kg/hm2(K3处理)时，累积量达到最大值。这可能是由于钾素活化土壤中的氮磷，促进紫甘薯对土壤中氮磷的吸收。
3.3 钾肥用量对紫甘薯钾素积累与利用的影响
甘薯属于喜钾作物，在整个生育期对钾的需求比其他元素都高。钾肥的施用可显著提高植株的钾素积累量[22]。宁运旺等[9]研究发现，随着施钾水平的提高，紫色甘薯(宁紫1号)、食用甘薯(苏薯14)、兼用甘薯(苏渝303)、淀粉甘薯(苏薯11)4个甘薯品种的钾素的积累量均随之增加。本研究发现，在各生育期，施钾量为180 kg/hm2(K3处理)时，宁紫2号地上部钾的累积量达到最大值。
钾素是甘薯生产的关键限制因子之一，适当的钾肥运筹机制可提高甘薯钾素钙利用率[23-24]。胡承孝等[25]研究表明，在缺钾条件下钾素利用效率较高。本试验地土壤中钾素含量偏低，施钾有利于紫甘薯对钾素的吸收利用，提高宁紫2号的钾肥表观利用率与农学利用率。但是研究发现，在低施钾量时，钾收获指数和偏生产力大于高施钾量，这是由本试验田钾素含量较低造成的。王凌云等[26]研究表明，随施肥量的增加，钾肥表观利用率与农学利用率表现为先增加后减少的趋势，说明施钾虽然能提高甘薯对钾的吸收利用效率，但并非施钾越多，利用效率越大；本研究中随施钾量的增加，钾肥表观利用率与农学利用率均呈现先增后减的单峰趋势，在施肥量为180 kg/hm2(K3处理)时，钾肥农学利用率达到最大值。过量施钾则导致钾肥吸收利用率降低，造成钾肥浪费和环境污染，综合钾收获指数、钾肥偏生产力、钾肥表观利用率与农学利用率，本试验条件下最佳施钾量为180 kg/hm2。
随施钾量的增加，紫甘薯块根干物质积累量呈现不断增加的趋势，以K3处理增幅最大。施钾提高块根干物质分配比率，增加单株结薯数和单块薯质量，从而提高紫甘薯产量；与不施钾处理相比，K3处理增产效果最佳，2016，2017年分别增产20.78%，26.19%，且差异显著。
与K0处理相比，施钾可促进紫甘薯对氮素和磷素的吸收，显著提高紫甘薯整株氮磷累积量，以K3处理增幅最大；块根和整株氮累积量分别增加75.38%，65.75%，磷累积量分别增加45.24%，60.28%，差异显著。
整个生育期，施钾可促进钾素积累，提高钾素表观利用率与农学利用率，以K3处理增幅最大，与K0处理相比，表观利用率和农学利用率分别增加了47.82百分点，158.11%；在本试验条件下，最适施钾量为180 kg/hm2。
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