甘薯钾肥分期施用研究进展

王金强，赵风芹，李 欢，刘 庆

（青岛农业大学资源与环境学院，山东青岛266109）

甘薯钾肥分期施用研究进展

王金强，赵风芹，李 欢*，刘 庆

（青岛农业大学资源与环境学院，山东青岛266109）

针对甘薯钾肥“一炮轰”耕作模式所带来的钾肥利用率低及甘薯生长后期脱钾肥的问题，综述了钾肥分期施用对甘薯的生长调控机制，探讨了钾肥分期施用在甘薯光合特性和淀粉代谢酶等方面的调控作用，钾肥分期施用中钾肥的利用效率等，旨在为甘薯产量和资源利用效率的提高提供理论和实践指导。

甘薯；钾肥；分期施肥

甘薯是继水稻、小麦和玉米后第四大粮食作物和重要的工业原料作物［1］。我国是甘薯种植大国，年均总产量和年均种植面积都居世界首位［2］，甘薯的稳产和高产对于维持农业和相关工业的发展意义重大［3］。甘薯属于典型的喜钾作物，钾素作为调控甘薯生长的关键因素，在植物体生长代谢过程中发挥着不可替代的作用，对甘薯产量和品质具有重要影响［4］。但在我国许多地区的甘薯实际生产中，合理施用钾肥的问题并未得到充分重视，导致产量和肥料利用率不高［5］。在甘薯种植过程中为了省时省力并获得可观的产量，施肥方式多为“一炮轰”的模式［6］，这势必会造成肥料利用率和经济效益的降低［7］。在钾肥资源短缺的形势下，对于钾的研究和钾肥的高效利用应加以重视［8，9］，以充分发挥甘薯的产量潜力和提高产品品质［10］。为实现提高作物产量和品质，节省肥料投入的目标，改变传统施肥模式，采用分期施肥的方式成为一种有益途径［11］。本文就国内外甘薯钾肥分期施用相关研究进行回顾，以实现甘薯的高产高效为重点，围绕钾肥分期施用的理论和应用展开论述。

1 钾肥分期施用对甘薯生长和产量的影响

甘薯是典型的喜钾作物，在氮、磷、钾三大营养元素中，甘薯吸收钾最多，氮次之，磷最少。钾在甘薯苗期和茎叶生长中期吸收较少，在块根膨大期吸收较多，至薯块迅速膨大期，钾吸收量仍保持在较高水平［12］。而实际生产中，甘薯的施肥多采用氮磷钾肥作为基肥一次性施入的模式，这势必造成大量养分元素的施用和甘薯生长需肥不一致，影响了甘薯产量，并造成肥料损失和环境污染问题［13］。而钾肥分期施用是一种很好的解决途径。

钾肥分期施用是小麦、玉米、水稻和大豆等作物提高产量、改良品质的重要栽培技术措施之一。钾肥分期施用的研究在马铃薯上多有报道。李燕山等［14］研究表明，马铃薯进行钾肥分期施用能明显提高薯块产量，解决马铃薯晚熟品种后期脱肥问题；在苗期或苗期和蕾期分次进行钾肥的追施都有利于提高产量和商品率。刘向梅［15］研究发现，在等量钾肥水平下，若留1／3钾肥在块茎形成末期施用，对于甘薯干物质和钾的积累分配以及甘薯产量和商品薯率有显著影响。Robbins等［16］最早发现钾肥在甘薯中的显著增产作用，分期施用钾肥能明显促进薯块膨大，从而提高薯块的重量。一方面，分期施用钾肥可提高甘薯的干物质在块根中的分配比例，有效抑制地上部的茎叶徒长，提高甘薯块根产量［17］。柳洪鹃等［18］研究表明，封垄期追施钾肥可显著降低生长中后期T／R值（冠根比：地上部与地下部的比值），促进块根膨大前期干物质积累；甘薯生长高峰期追施钾肥则可提高块根膨大后期干物质向块根分配的比例。封垄期追施钾肥效果更好，可显著提高块根产量和干重，提高块根膨大速率［19］。姚海兰等［20］也初步证实封垄期追施钾肥可以提高单薯质量和大薯比例，从而显著提高块根产量，增产率在10%以上。另一方面，有研究表明不同的施钾时期对甘薯产量有较大的影响，认为钾肥1／2基施+1／2封垄期追施的模式提高了甘薯生长后期的生物量，最终显著提高了甘薯产量［21］。在此基础上，为明确最佳的分期施钾时期，汪顺义等［22］进一步探讨不同时期供钾对甘薯产量形成及钾肥利用的影响，确定了施钾时期在移栽后75～100 d为宜。因此，合理确定甘薯钾肥养分供应量及不同生育时期的养分供应比例，可以通过协调营养器官和收获器官的生长及干物质分配，促进茎叶中的干物质向块茎中转运，增加块茎中干物质的积累量及分配比例，最终实现高产。

2 钾肥分期施用对甘薯品质的影响

钾肥分期施用不但影响甘薯的生长和产量，对甘薯品质也有重要影响。后猛等［23］研究表明，封垄期或块根膨大期前追施钾肥都可以有效改善甘薯品质性状。基施钾肥显著降低生长前期功能叶碳水化合物含量和蔗糖／淀粉比值，提高生长中后期功能叶中蔗糖和蔗糖／淀粉比值。田间试验发现，与全部基施相比，分期施钾提高了块根中淀粉积累速率（生育期平均增幅为6.7%），显著增加了块根产量。与不施钾处理相比，分期施钾处理均提高了叶片中蔗糖的合成能力和蔗糖在块根中转化为淀粉的能力［24］。封垄期或块根膨大期前追施钾肥，显著降低甘薯茎基部蔗糖、可溶性糖和淀粉的含量，同时提高甘薯块根粗纤维的含量［17］。王小晶等研究表明，分期施钾提高甘薯块根产量及维生素C的含量［25］。合理控制钾肥的施用量和施用时期，可以最大化发挥钾肥的增产效果，同时可以调控薯块中糖和淀粉的含量，进而满足加工或鲜食的需求。

3 钾肥分期施用对甘薯光合特性和淀粉代谢酶的影响

钾肥分期施用提高产量和品质的生理原因可归结为促进了生长过程中光合特性及代谢酶活性。分期施用钾肥增产的根本原因是其促进了蔗糖在源端的装载和块根中淀粉合成酶的活性，较好地协调了甘薯淀粉合成的源库关系。钾能激活植物体内许多生理代谢相关酶的功能活性［20，26，27］，其中包括许多参与植物碳代谢的酶，例如蔗糖合成酶、磷酸果糖激酶和淀粉合成酶等均需要钾离子的激活作用［21］。钾肥分期施用能提高SS（蔗糖合成酶）的活性，从而促进淀粉的合成；同时，能显著提高甘薯生长后期块根中的可溶性转化酶活性，可以提高块根中不溶性酸性转化酶活性，从而促进蔗糖向块根转运。施钾肥能促进甘薯的糖代谢［28］。与一次性基施相比，分期施钾能够提高叶片中SPS（蔗糖磷酸合成酶）活性，增加蔗糖合成能力，同时提高了块根中ADPGase活性和淀粉积累速率，促进了块根中淀粉的合成积累。分期施钾能够改善甘薯叶片的光合特性，提高块根淀粉合成过程中相关酶的活性，提高淀粉积累速率，从而增加产量，并能增加块根膨大期甘薯对钾素的吸收，兼顾甘薯全生育期对钾素的需求，提高钾素利用率［29］。不同时期施钾均可提高块根中SS、ADPGPPase和UDPGPPase的活性，提高淀粉合成前体物质的供应能力［30］。基施钾肥主要作用时期为块根膨大的前、中期，其提高了大型淀粉粒的体积百分比，而追施钾肥的主要作用时期为块根膨大的中、后期，则提高中、小型淀粉粒的体积百分比［31］。如表1所示，钾肥的分期施用在甘薯栽培研究中已成为一种大趋势，钾肥分期施用模式在理论上具有改善甘薯叶片的光合特性，提高块根淀粉合成过程中相关酶的活性，提高淀粉积累速率，进而提高甘薯的产量和品质，节省肥料的投入量，提高肥料的利用率和植株的钾效率等一系列优点。

表1 国内外甘薯钾肥分期施用研究进展

4 钾肥分期施用对钾肥利用效率的影响

钾肥分期施用不仅能够提高甘薯的产量和品质，而且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。甘薯对钾素吸收的高峰期出现在生长中期，基施的钾肥容易因雨水淋洗和被土壤颗粒固定等原因从而导致后期的土壤供钾不足，致使钾素利用效率降低［32］。采用钾肥分期施用能显著提高植株的钾积累量、钾素吸收效率和生产效率等［33］，故使甘薯生长后期保持较高钾素含量从而能获得较高的产量［34］。钾肥利用效率、钾肥偏生产力和钾肥农学利用率等指标都是反映钾肥有效性和土壤有效性的重要指标。任国博［28］研究发现，钾肥分期施用有利于提高甘薯钾肥农学利用率和钾肥偏生产力，使钾肥的回报率得到提高。汪顺义等研究表明，分期施钾提高甘薯生长后期钾素的含量，最终显著提高了钾素利用效率［21］；与全部基施相比，封垄期或薯块膨大前期追施，钾肥生产效率提高11.3%～19.0%，钾效率提高4.2%～9.6%，钾肥表观利用率提高6.2%～9.1%，钾肥农学利用率、钾肥偏生产力和钾利用效率等指标均有所提高［22］。如图1所示，钾肥的分期施用可以满足甘薯各生育期对钾素的需求，可以提高甘薯的单株结薯数，改善代谢酶的活性促进光合产物在块根中的积累，从而提高甘薯的产量和品质。同时，也提高了肥料的利用率等，为甘薯产量和资源利用效率的提高提供理论和实践指导，符合“高产、优质、高效、生态、安全”现代农业的发展要求。

图1 钾肥分期施用对甘薯生长的调控机理

5 滴灌条件下的钾肥分期施用

大量研究表明，甘薯的吸钾高峰处于生长中后期，而苗期吸收量相对较少［35～37］，基施的钾肥容易随雨水流失或被土壤固持，到了甘薯生长后期根系附近钾素浓度相对较低，无法满足后期对钾素的需求［38］。而甘薯的生长特性与小麦、玉米和棉花等作物大不相同。随着甘薯封垄期的到来，田间传统钾素后移模式因费力、撒施不均匀、钾肥利用率低和扰动甘薯作物生长等因素难以实施，加之施入的肥料距离根际部分微域土区较远的钾素受到较为缓慢的扩散速度影响进而不能及时地迁移到甘薯根部周围，在根际周围容易出现钾素亏缺区，严重制约甘薯的钾肥利用效率和产量的提高，因此，钾肥分期施用存在着技术上的难题。随着水肥一体化技术的应用［39］，通过滴灌设备将钾肥随水施入，因省时省力、撒施均匀、提高钾肥的利用率、不扰动甘薯的生长和灵活多变的优点，使甘薯封垄后钾素后移问题迎刃而解。而且后移的钾素能够直接到达甘薯根部并供给营养，提高了钾肥的利用率［22］。

6 展望

目前，关于钾肥分期施用方面的研究较多，包括钾肥分期施用对植株不同器官的钾素质量分数、钾素吸收积累及分配、甘薯不同生长发育阶段的钾素吸收与积累特性、对甘薯钾素吸收利用的影响等，均为甘薯生产合理施用钾肥提供了科学依据。国内外研究者针对主要粮食作物有关钾营养性状的生理生化机制和重要钾相关基因的功能进行了系统研究，

并开展了相关的钾高效品质育种工作，但甘薯钾素营养性状的激素水平、石蜡组织切片和遗传改良等方面开展的工作相对较少。因此植物内源激素与石蜡组织切片相结合，探究甘薯块根内激素含量与薯块膨大之间的关系，观察淀粉粒等在块根部位的合成与分布情况；研究甘薯对钾素利用效率的基因型差异和甘薯钾素营养性状的功能基因，以筛选并培育耐低钾和高效钾型的甘薯新品种，特别是针对不同种植生态环境区、不同产品加工需要开发优质的专用型甘薯品种，这些方面将会成为今后的研究热点。

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Research Progress of Potassium Fertilizer Split Application on Sweet Potato

WANG Jinqiang，ZHAO Fengqin，LIHuan*，LIU Qing
（College of Resources and Environmental Science，Qingdao Agricultural University，Qingdao，Shandong 266109，China）

Potassium has important effect on yield and quality of sweet potato.One-time application of K fertilizer led to low utilization of potassium fertilizer and potassium insufficient during the late growth stage.The regulation mechanism of potassium fertilizer split application on growth sweet potato was discussed，including the regulate effects on photosynthetic characteristics and starchmetabolic enzymes of sweet potato，the potassium fertilizer utilization efficiency，in order to provide theoretical and practical guidance for improving the yield and potassium utilization efficiency of sweet potato.

sweet potato；potassium fertilizer；split application

S531.062

A

1001-5280（2017）04-0448-05

：10.16848／j.cnki.issn.1001-5280.2017.04.24

2017- 02- 28

王金强（1992-），男，硕士研究生，Email：wangjin.qiang123＠163.com。*通信作者：李欢，副教授，博士，硕士研究生导师，主要从事甘薯栽培与生理研究，Email：lihuancomcomcom＠163.com。

现代农业产业技术体系建设专项资金（CARS-11-B-14）；国家青年科学基金项目（31301854）；青岛市青年专项基金（14-2 -4-117-jch）。