有机肥用量和种植密度对泰兴香荷芋农艺性状、产量结构的影响

王 安，常庆涛，吴 薇

（江苏省农业科学院泰州农科所，江苏 泰州 225300）

芋，别名芋艿、芋头、毛芋等，学名为Colocasia esculenta（L.）Shott.，是天南星科（Araceae）芋属（colocasia Schoot）多年生草本植物，常作一年生栽培［1］。我国芋栽培历史悠久，种质资源丰富，种植范围遍布华南、华中、华东、华北、西南等地区，以珠江流域和台湾地区栽培最多，其次为长江及淮河流域［2］。芋可食部分为地下部球茎，球茎中富含淀粉和多种营养元素，风味独特，口感俱佳，是深受广大消费者喜爱的营养保健型食物之一［3］。江苏省芋种植区域主要集中于泰州、南通、常州等沿江地区，常年种植面积1.33 万hm2。近年来，该地区芋农在追求高产时存在无机肥施用过量问题，导致土壤养分利用率低、芋食味品质下降、面源污染加剧等系列问题，严重制约当地芋头生产及产业可持续发展［4］。

随着农业供给侧结构性改革和绿色发展理念的不断深入，降低芋田无机肥施用量势在必行。研究表明，有机肥替代无机肥是实现农业绿色发展的有效途径之一，通过增施有机肥能显著提高土壤养分利用率和改善作物品质［5］。种植密度是实现芋高产的重要栽培因素［6］，适宜的种植密度能够为群体提供足够生物量，促进个体与整体协调生长，进而实现芋高产。焦庆清等［7］研究认为，泰兴香荷芋适宜的种植密度为63000 株/hm2。肥料和种植密度在协调作物生育期内植株生育特性、产量形成方面具有互作效应，肥料供应充足，种植密度合理，能显著促进叶片进行光合作用，对促进植株干物质积累、产量形成具有重要作用［8］。芋头具有生育期长、需肥量大、耐肥力强等生长特性，但其肉质根系对土壤穿透力较弱。生产上基肥以有机肥为主，每公顷用量为30～45 t，在满足芋头肥料需求的同时创造疏松适宜的土壤环境，促进其根系的延伸及后期地下球茎的膨大［9］。刘燕敏等［10］田间试验结果表明，增施有机肥能显著提高泰兴香荷芋子孙芋商品性，提高种植效益。但关于有机肥用量与种植密度对芋头植株生长及产量的研究还未见报道。为此，本试验以沿江地区种植面积较大的泰兴香荷芋为试验材料，分析有机肥用量和种植密度对芋头主要农艺性状、产量结构的影响，以期为该地区芋头高产优质生产提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验基本情况

泰兴香荷芋由泰兴市农业科学院提供，属多子芋类型。试验于2019 年分别在江苏省农业科学院泰州农科所、泰兴市农业科学院试验基地进行。两地均位于江苏省里下河地区，属北亚热带湿润气候区，年平均降水量1049 mm，年平均温度14.7℃，年日照时长2240 h，无霜期约为220 d。前者试验地土壤质地为黏性，前茬作物为花生，土壤耕作层（0～20 cm）主要养分含量为：有机质14.54 g/kg，全 氮1.62 mg/kg，碱解氮84.35 mg/kg，速效 钾（K）134.57 mg/kg、有效磷（P）14.32 mg/kg，pH 为7.7。后者土壤质地为砂壤土，前茬作物为水稻，土壤耕作层（0～20 cm）主要养分含量为：有机质12.11 g/kg，全氮0.97 mg/kg，碱解氮79.65 mg/kg，速效钾（K2O）152.35 mg/kg、有效磷（P2O5）12.16 mg/kg，pH 为7.4。

1.2 试验设计

试验采用两因素随机区组设计，设有机肥用量15（F15）、30（F30）、45（F45）t/hm2和种植密 度3.75 万（M3.75）、5.25 万（M5.25）、6.75 万株/hm2（M6.75），3 次重复，共27 个小区。小区长6 m，宽3.3 m，面积19.8 m2，每小区3 垄，每垄种植2 行，行距40 cm，四周设1 m 宽保护行。有机肥由泰州市高港区润馨肥料有限公司提供，主要养分含量为：有机质≥12%；全氮3%；全磷1.2%；全钾1.28%。有机肥按基肥∶膨大肥为1∶1 施用。于3月中旬起垄划小区，按设计用量施有机肥。P2O5（过磷酸钙）、K2O（硫酸钾）用量分别为300、450 kg/hm2，其中磷肥全部作基肥施用，钾肥按基肥∶膨大肥为1∶1 施用。两地均于3 月21 日播种，播后覆膜，6 月下旬施膨大肥，10 月下旬对小区进行测产收获。除有机肥用量和种植密度外，其他栽培措施均按泰兴香荷芋高产优质栽培技术进行。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 农艺性状测定

于6、12 叶期取长势较为一致的3 株植株，测定株高、叶面积指数、茎和叶的干物质积累量。其中，叶面积指数采用打孔法测定，选择芋叶片主脉1/2 处为中心打孔（10 cm×10 cm），测定单位面积重量折算叶面积指数，干物质重按器官（地下、茎、叶）分离，在105℃下杀青40 min，75℃烘干至恒重后称茎、叶干物质积累量。

1.3.2 产量结构测定

成熟期对各小区子孙芋理论产量、实际产量及商品性进行测定。理论产量测定方法为选取一垄连续10 株，分别记录单株子孙芋数量、产量和商品率，理论产量为平均单株产量×种植密度，商品率为单个重量≥15 g 子孙芋产量占单株产量的比例。商品芋产量为单个重量≥15 g 子孙芋产量总和。实际产量按小区实收产量折算而成。

1.4 数据分析

由于两地试验数据结论较为相似，故仅以江苏省农业科学院泰州农科所试验基地数据进行统计分析。采用SPSS 16.0 分析数据，GraphPad Prism 5 绘制、编辑图表。

2 结果与分析

2.1 肥料和种植密度对植株株高的影响

图1 和方差分析结果表明，6 叶期不同种植密度处理间株高差异未达显著水平（P＞0.05），表明种植密度对6 叶期株高影响不显著，F15、F30、F45处理平均株高分别为22.43、23.57、25.32 cm，差异达显著水平，表明多施有机肥能促进苗期植株生长。随着生育期推进，12 叶期芋头株高随种植密度增加呈显著下降趋势，种植密度为M6.75时的平均株高为61.7 cm，较M5.25、M3.75分别降低 7.39%、15.68%，表明较高的种植密度不利于生育后期保持较高的株高。不同种植密度下，植株株高随有机肥用量增加而显著增加。从种植密度与有机肥用量组合来看，12 叶期F45M3.75处理株高最大，平均为74.39 cm，显著高于F45M5.25（68.98 cm）、F45M6.75（65.34 cm）等其他处理，表明低密高肥处理的株高能维持在较高的水平。

2.2 肥料和种植密度对叶面积指数的影响

泰兴香荷芋的叶面积指数表现为6 叶期低于12 叶期。由图2 和方差分析可知，6 叶期各处理叶面积指数表现为低种植密度（M3.75）和高种植密度（M6.75）时随有机肥用量增加而增加，M5.25条件下叶面积指数随有机肥用量增加呈先降低后增加趋势，即F30M5.25叶面积最低，为0.27，较F15M5.25、F45M5.25分别降低14.81%、25.93%，差异达到显著水平。12 叶期不同种植密度下以M3.75叶面积指数最低，F15、F30和F45叶面积指数分别为0.76、0.79和0.75，均显著低于M5.25和M6.75条件下各肥料处理，表明增加种植密度有利于获得较高的叶面积指数，M5.25和M6.75各肥料处理叶面积指数均以F15最低，分别为0.99 和0.75，以F45最高，分别为0.84和0.87，与F15相比，均达到显著差异。

2.3 肥料和种植密度对地上干物质积累量的影响

表1 表明，随着芋头生育期推进，单株茎、叶干物质积累量不断增加。F45M3.75处理单株茎、叶干物质积累量在6、12 叶期均为最高，分别为5.03、3.14 g/株和21.03、5.98 g/株，表明高肥低密有利于植株干物质转化与积累。施肥量、种植密度及其互作对茎、叶干物质积累量均有显著影响。6 叶期单株茎、叶干物质积累量随施肥量增加均呈增加趋势，F45M5.25、F30M5.25处理茎、叶干物质积累量较F15M5.25平均增加21.68%、44.02%和4.61%、31.58%，而单株茎、叶干物质积累量随种植密度增加呈降低趋势，F15M3.75、F15M5.25处理的茎、叶干物质积累量比F15M6.75平均增加16.04%、25.37% 和7.58%、3.98%。12 叶期各处理茎、叶干物质积累量差异性与6 叶期较为相似，该叶期单株茎、叶干物质积累量随施肥量增加呈增加趋势，随种植密度增加呈降低趋势。F15M6.75处理茎、叶干物质积累量分别为16.91、4.63 g/株，均低于中、高肥（F30和F45）水平下中、低密（M5.25和M3.75）各处理。其中干物质积累量达到显著水平。

表1 不同肥料和种植密度处理下植株干物质积累量 （g/株）

2.4 肥料和种植密度对子孙芋产量结构的影响

由表2 可知，除了单株子孙芋数外，肥料、种植密度及其互作均显著影响子孙芋产量结构。不同肥料水平下单株子孙芋重、商品率、理论产量、实际产量和商品芋产量均表现为随肥料量增加而增加，不同种植密度水平下单株子孙芋重、商品率表现为随种植密度增加而下降。其中，M3.75种植密度下的平均单株子孙芋重、商品率最高，平均分别为381.07 g/株和86.11%，M6.75种植密度下则最低，平均分别为343.96 g/株和65.45%。子孙芋理论和实际产量随种植密度增加而增加，在M6.75种植密度条件下达到最高，平均分别为23217、21537 kg/hm2。商品芋产量随种植密度增加呈先增加后下降趋势，在M5.25种植密度水平下最高，平均为14628 kg/hm2。F45M3.75处理单株子孙芋重、商品率均为最高，分别为398.52 g、88.72%，F15M6.75处理最低，分别为324.51 g、64.25%。F45M6.75处理理论和实际产量均为最高，平均分别为24625、22949 kg/hm2，F15M3.75处理最低，平均分别为13703、12955 kg/hm2，商品芋产量则以F45M5.25处理最高，为15727 kg/hm2，以F15M3.75处理最低，为10927 kg/hm2。

表2 不同肥料和种植密度处理下子孙芋产量结构

对各处理单株子孙芋重（X1）、种植密度（X2）和子孙芋实际产量（Y）进行了相关分析（表3），结果表明，X1、X2与Y 相关系数分别为0.97、0.53，前者达到极显著正相关（P＜0.01），后者达到显著正相关（P＜0.05）。对影响子孙芋实际产量相关的单株子孙芋重、种植密度作回归、通径分析，其回归模型方程为Y=-19341.03+53.15X1+0.34X2，进一步表明单株子孙芋重、种植密度对实际产量均具有显著正效应。X1、X2对Y的直接通径系数分别为0.21、0.33，表明种植密度对子孙芋实际产量直接效应最大，而单株子孙芋重对实际产量直接效应较小。因此，在种植过程中应充分考虑种植密度对产量的积极影响，并协调形成适宜的单株子孙芋重。

表3 单株子孙芋重、种植密度对产量（Y）的相关与通径分析

3 讨论

3.1 施肥量和种植密度对作物生长发育的影响

施肥量和种植密度是优化作物群体结构、增加产量的重要栽培措施之一，适宜的施肥量和种植密度是调节群体与个体生长发育的重要保障，对作物生长发育、产量形成等具有决定性作用［8，11-12］。株高、叶面积指数和干物质积累量是衡量作物生长发育的重要农艺性状。施肥量和种植密度对作物农艺性状的影响与作物类型、肥料种类、施肥方式等因素密切相关，一直以来是作物栽培领域研究的重点，前人为此做了大量研究工作。马建辉等［13］研究认为，适量增施肥料和增加种植密度能显著提高小麦叶面积指数、叶片叶绿素含量、群体干物质积累量等，创造有利于促进灌浆期群体光合作用和后期干物质积累的有利条件，同时，不同基因型小麦品种对肥料和种植密度的响应存在显著差异性。曹胜彪等［14］发现，增施氮肥用量可促进高种植密度条件下夏玉米的单株干物质积累量、氮素利用和转运效率以及千粒重和穗粒数，进一步影响最终产量形成。徐新朋等［15］对双季稻施肥量和种植密度的调查结果表明，增施氮量和种植密度能显著增加水稻有效分蘖总数，氮肥和种植密度对株高、有效穗粒数、穗长等均有显著或极显著作用。除地上部粮食作物外，肥料和种植密度对地下类块茎作物生长亦有显著影响。于显枫等［11］研究表明，有机肥替代氮肥能提高马铃薯块茎膨大期叶面积指数和SPAD 值，促进块茎膨大和同化物质积累。而种植密度对植株SPAD 值影响不显著，这与本文研究结果较为相似。吴海云等［16］在施氮量和栽插种植密度对甘薯群体发育和产量形成的影响表明，施氮可显著提高甘薯前期最大蔓长及各时期叶面积指数，促进群体干物质积累与转运，而栽插密度对最大蔓长、分枝数的影响均未达显著水平，且二者互作效应不显著。本研究表明，与M3.75相比，M5.25、M6.75种植密度处理降低了芋头植株6 叶期茎、叶干物质积累量和12 叶期株高、茎、叶干物质积累量，表明芋头密植栽培会加剧群体间相互竞争，导致养分消耗增多，抑制群体正常生长，这与马建辉等［13］、王爽等［17］、曹冰等［18］的研究结果较为一致。从结果来看，当有机肥用量为45 t/hm2时，对促进芋头植株株高、叶面积指数及干物质积累有较好的效果，这可能是由于施用有机肥能有效改善土壤理化性质，促进芋头根系的延伸及对养分的吸收、转化等，从而促进植株生长。诸多研究结果亦证实了有机肥对作物生长具有显著的正效应［19-21］。因此，通过种植密度和肥料用量调控芋头群体结构与植株生长状况，发挥作物群体和个体互补作用，对芋头种植具有重要生产意义。

3.2 施肥量和种植密度对作物产量的影响

作物产量除了受自身遗传特性、土壤质地、地理环境影响外，还受到种植密度、施肥量等栽培措施的影响［13］。芋头为地下球茎类作物，其球茎产量形成与地上部干物质积累量密切相关，适宜的干物质积累总量是取得高产的基础，而干物质积累总量则受群体结构与单株生产力的影响，适宜的种植密度、施肥量则是协调群体结构和单株生产力的主要栽培措施。本试验研究表明，有机肥用量与种植密度对芋头产量构成具有显著互作效应，高肥低密处理有利于单株子孙芋重、商品芋产量的提高，高肥高密处理则有利于理论产量和实际产量的提高，以F45M6.75处理下子孙芋理论产量和实际产量最高，但其商品芋产量却低于F45M5.25处理为例，表明种植密度过大会加剧群体植株个体间对养分、水分、光合作用等的相互竞争，造成子孙芋商品性的下降，这与王友生等［22］在马铃薯上的研究结论较为相似，但其得出肥料对单株结薯数有显著影响这一结论与本文不一致，可能原因是由泰兴香荷芋自身遗传特性决定，与外界栽培环境无关。

前人研究表明，作物产量表现在一定范围内均依赖于施肥量和种植密度的增加［23-25］。但当施肥量和种植密度超过临界值后，其产量则会出现一定程度的下降，即施肥量和种植密度对作物产量的影响呈单峰曲线关系，过高的施肥量或种植密度会打破作物个体生长与群体生长的协调性，最终影响作物获得高产［26］。赖永红［27］研究了不同肥料配施、种植密度等对福建龙岩红芽芋产量相关性状的影响，发现当有机肥用量达到15 t/hm2或种植密度超过4.46 万株/hm2后，再增加施肥量或提高种植密度并不利于红芽芋获得高产。但本文研究表明，子孙芋实际产量随有机肥用量和种植密度的增加而增加，并未出现下降趋势，当有机肥用量为45 t/hm2，种植密度为6.75 万株/hm2时均能取得最高产，与之结论不同的可能原因与栽培方式、生态气候、地理环境有关，也可能和两份芋头品种的最大需肥量不同有关，目前，关于香荷芋种植最大需肥量的研究还未有报道，对此还需进一步探讨研究。从子孙芋商品率看，过高的种植密度会加剧植株间对光、肥、水的竞争，导致植株地上、地下各器官养分吸收、转运受到抑制，使得大、中型子孙芋产量降低，从而降低商品率，这与王晖等［28］、李效文等［29］在甘薯、马铃薯上的研究结果相似。因此，综合子孙芋产量和商品性表现，建议本地区香荷芋生产上有机肥用量、种植密度分别维持在45 t/hm2、5.25 万株/hm2左右为宜。另外，本文对子孙芋实际产量构成因素进行的通径分析显示，种植密度对实际产量贡献最大，其次为单株子孙芋重，表明只有通过协同种植密度和单株子孙芋重，才能最大程度地发挥芋头增产作用。

4 结论

有机肥用量和种植密度显著影响芋头植株株高、叶面积指数和茎、叶干物质积累量。随着种植密度的增加，从6 叶期到12 叶期，芋头的株高、茎和叶干物质积累量均逐渐降低，叶面积指数则逐渐增加。随肥料用量的增加，上述指标均呈增加趋势，在肥料用量为45 t/hm2时芋头生长状态达到最佳水平。子孙芋理论产量、实际产量均随有机肥用量和种植密度的增加而增加，商品芋产量随施肥量增加而增加，随种植密度增加先增加后下降。各处理理论产量、实际产量在F45M6.75处理时最高，分别为24625、22949 kg/hm2，而商品芋产量以F45M5.25处理最高，平均为15727 kg/hm2。此外，通径分析表明种植密度对芋头子孙芋产量有决定性作用。在香荷芋种植过程中，一定程度上增加有机肥用量和种植密度，可以协调个体和群体均衡生长，实现当地香荷芋高产高效。因此，建议泰州地区香荷芋适宜有机肥用量为45 t/hm2，种植密度为5.25万株/hm2。