有機鉀與化學鉀肥配施對黔中馬鈴薯產量、品質及鉀素平衡的影響

胡 崗，趙 歡，秦 松，肖厚軍

（貴州省農業科學院土壤肥料/農業資源與環境研究所，貴州 貴陽 550006）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是繼水稻、玉米、小麥后的第4大糧食經濟作物。目前全省馬鈴薯冬種面積達0.74萬hm2［1］，是貴州省的特色冬季農作物之一。馬鈴薯屬于典型喜鉀作物，每季收獲后馬鈴薯塊莖、莖葉從土壤中帶走大量鉀素，導致農田鉀素輸出與投入不平衡加劇，且黔中地區水熱資源豐富，土壤鉀素淋溶嚴重，容易出現鉀素虧缺。施用鉀肥或秸稈還田能改善馬鈴薯生長發育狀況，有利于提高干物質累積量，增加馬鈴薯對氮、磷及微量元素的吸收，進而提高馬鈴薯養分利用率［2］。因此，優化鉀肥與秸稈配施，對維持馬鈴薯高產、優質與土壤鉀素平衡具有重要作用。

近年來，作物秸稈是我國大量而普遍存在的有機物料，其具有增加作物產量、提高土壤有機碳含量、促進養分循環利用等作用，也是一種重要的有機鉀肥資源。其中，鉀素約占作物秸稈干物質量的1.5%［3］。鉀在農作物產量形成、保障作物高產、穩產和提升農產品品質等多方面起著極其重要和不可替代的作用，同時能促進葉片中碳水化合物向馬鈴薯塊莖中轉運，提高葉片光合作用效率，延長葉片光合作用時間，對產量和品質具有明顯的提升作用［4-5］。解文艷等［6］研究表明以秸稈過腹還田最有利于鉀素的收支平衡，減輕作物對土壤鉀素的消耗，維持土壤鉀素肥力的穩定。傅偉等［7］通過長期定位施肥試驗結果表明，60%秸稈鉀替代量更有利于維持鉀素表觀平衡，而30%的秸稈鉀還田量則更有利于土壤緩效鉀的積累。張磊等［8］通過秸稈還田條件下鉀肥減量施用對水稻、油菜、小麥的產量結果表明，秸稈還田條件下在減少18.3%～66.7%鉀肥用量能夠保證作物產量。以往研究側重于氮磷鉀配施、種植方式、鉀肥類型及用量等提高作物產量、品質及肥料利用率等方面［9-12］，然而在氮、磷充分滿足條件下，秸稈鉀或化學鉀肥配施替代能否改善馬鈴薯產量、品質、養分吸收及土壤鉀素平衡等卻鮮見報道［13-14］。本研究以秸稈鉀或替代化學鉀肥對馬鈴薯產量、品質和鉀素平衡的影響，探討秸稈鉀部分替代化肥鉀的效果，以期為黔中地區馬鈴薯科學施鉀制定提供依據，為鉀肥高效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于貴陽市花溪區湖潮鄉，東經106°31′3″，北緯 26°26′4″，距貴陽市 20 km。平均海拔1 185 m，地貌特征系典型的高原丘陵地帶，屬亞熱帶濕潤溫和氣候區，具有明顯高原性和季風性氣候特點，四季分明，年平均氣溫14.5℃，年降水量1 186 mm，年無霜期265 d。供試土壤：黃壤，土壤肥力中等，耕作層pH值4.25，有機質40.93 g/kg，全氮1.96 g/kg，全磷1.29 g/kg，全鉀12.38 g/kg，堿解氮135.7 mg/kg，有效磷56.3 mg/kg，速效鉀101.8 mg/kg，緩效鉀187.8 mg/kg。

1.2 試驗設計

供試品種：馬鈴薯宣薯2號（貴州省馬鈴薯研究所提供），薯塊含水量69.4%。試驗共設計6個處理，3次重復，隨機區組排列，見表1。

表1 各小區處理氮、磷、鉀施肥量 （kg/hm2）

小區長8.0 m，寬3.0 m，面積為24 m2。栽培密度6.75萬窩/hm2，每小區栽3壟，每壟2行，每行27窩。試驗用肥料種類：氮肥用尿素（N 46.5%）；磷肥用普通過磷酸鈣（P2O512.4%）；鉀肥用氯化鉀（K2O 60%）；玉米干秸稈含水量5.2%，含K2O 18.8 g/kg。試驗在2012～2015年實施，于3月3～6日期間整地，3月10～16日小區開溝、施基肥（30%氮肥和全部磷鉀肥）、播種，4月8～20日出苗，4月17日～5月6日追肥（70%氮肥）。7月2～10日取植株樣，7月23日～8月10日收獲，收獲取5株進行經濟性狀考察。

1.3 測定項目與方法

在每年馬鈴薯成熟期采集馬鈴薯植株樣本，每個小區采取有代表性的馬鈴薯5株，分為莖葉和塊莖兩部分，于105℃殺青30 min，80℃烘箱中烘干至恒重，計算其地上部干物重。樣本粉碎過0.25 mm篩，采用濃H2SO4+H2O2消煮，用全自動凱氏定氮儀測定氮含量；用火焰光度計測定鉀含量，用鉬銻抗比色法測定磷含量；采用碘比色法測定淀粉含量；采用砷鉬酸比色法測定還原糖含量；采用凱氏定氮法測定蛋白質含量；參照李合生等［15］方法測定馬鈴薯淀粉、硝酸鹽、還原糖和Vc含量。

主要計算公式［16］：

試驗數據采用Excel 2010整理；用Originpro 2017制圖；不同處理之間各指標的差異分析由SPSS 19.0軟件的One-WayANOVA（單因素方差分析）和Duncans test完成。

2 結果與分析

2.1 秸稈還田與化學鉀肥對馬鈴薯的產量效應

由圖1可以看出，施鉀與秸稈還田對馬鈴薯產量的影響在2012～2015年間雖然增產幅度不同，但趨勢相同，各處理馬鈴薯平均產量表現為 NPKS＞NPK1＞NPK＞S＞NP。其中 NPK1、NPK 處理馬鈴薯產量較NP年平均增產分別為5 510.8、3 580.7 kg/hm2；在等量低鉀素（75 kg/hm2）NPK與S處理條件下，NPK處理4年馬鈴薯平均產量高于S處理，但它們之間差異不顯著，單施化學鉀肥比秸稈還田對馬鈴薯的增產率高出1.2～1.8倍，說明秸稈還田對馬鈴薯的增產效果不如單施化學鉀肥，可能原因秸稈腐解速率較慢，養分釋放速率跟不上馬鈴薯生長需求，導致馬鈴薯產量偏低；等量高鉀素（225 kg/hm2）處理中，秸稈鉀與化學鉀肥配施較單施化學鉀馬鈴薯產量高，僅2015年馬鈴薯產量差異顯著，說明秸稈配施化學鉀隨著年限的增加可顯著提高馬鈴薯的產量；NPKS處理的馬鈴薯產量比NP平均增產5 406.3 kg/hm2，增產率比NPK、S處理分別提高1.3、1.4倍。由此可見，在施氮、磷肥的基礎上秸稈還田并結合施鉀的交互增產作用高于單純秸稈還田或施化學鉀肥。從馬鈴薯產量變異系數來看，NPKS、NPK1、NPK、S處理的變異系數分別為20.9%、22.9%、26.2%、27.7%，且較NP分別降低了7.9%、5.9%、2.6%、1.1%，說明秸稈鉀肥與化學鉀配施和施用化學鉀肥均可提高馬鈴薯產量的穩定性。在施氮、磷的基礎上，單純秸稈鉀對馬鈴薯產量的穩定性不如單施鉀肥，可能是秸稈鉀釋放與化學鉀被植物吸收的時效性并不一致，但秸稈還田結合施鉀馬鈴薯產量的穩定性最好。

圖1 秸稈還田與化學鉀肥處理馬鈴薯（2012～2015年）產量的變化

2.2 秸稈還田與化學鉀肥配施對馬鈴薯養分吸收量的影響

由圖2可知，施鉀肥和秸稈還田可以提高馬鈴薯塊莖和莖葉的氮、磷、鉀吸收總量。與NP處理相比，NPK、S、NPKS、NPK1處理的氮、磷、鉀吸收量均有不同程度的提高，并達到顯著水平，提高幅度分別為3.6%～23.9%、0.6%～17.2%、24.9%～143.1%。NPK1處理的氮、磷、鉀吸收量均高于其它處理，其中鉀的吸收量達到顯著水平。塊莖氮、磷、鉀吸收量分別提高了5.1%～31.8%、6.2%～42.1%、6.0%～349.3%，莖葉氮、磷、鉀吸收量分別提高了1.7%～15.7%、2.6%～13.9%、28.1%～43.5%。說明相對于秸稈鉀，化肥鉀更易被作物吸收與利用，從而更好地促進馬鈴薯對氮、磷養分的吸收；在等量低鉀素（75 kg/hm2）條件下，NPK處理氮、磷、鉀的吸收量均高于S處理，但差異不顯著；而等量高鉀素（225 kg/hm2）處理中，僅對馬鈴薯鉀素吸收量達到差異顯著，且氮、磷、鉀吸收量化學鉀肥處理均高于化肥鉀與秸稈還田配施處理；與NPK、S相比，NPKS處理的氮、磷、鉀養分吸收量均有所提高，塊莖氮、磷、鉀吸收量分別提高了8.1%～8.7%、16.2%～62.5%、84.8%～222.0%，莖葉氮、磷、鉀吸收量分別提高了1.7%～5.2%、0.6%～4.5%、0.2%～0.5%。由此可見，秸稈還田結合施化學鉀的交互作用對馬鈴薯的養分吸收量的提高幅度高于單純秸稈還田或施化學鉀肥處理。

2.3 秸稈還田與化學鉀肥配施對馬鈴薯品質的影響

圖2 成熟期不同處理馬鈴薯養分吸收量

圖3 不同施肥處理對馬鈴薯品質的影響

由圖3可知，秸稈鉀與化學鉀肥配施對馬鈴薯品質有較顯著影響。馬鈴薯塊莖中淀粉、Vc含量均隨著鉀肥增加而增加，與處理NP相比含量分別提高5.4%～11.6%、3.8%～17.2%，說明增施鉀肥有利于淀粉、Vc的合成；還原糖、硝酸鹽含量隨著鉀肥含量的增加而下降，與處理NP相比降幅度分別為24.3%～26.2%、53.7%～65.5%，說明在高鉀狀態加速還原糖轉化為淀粉、也降低硝酸鹽的合成；在等量低鉀素（75 kg/hm2）處理中，淀粉、硝酸鹽含量差異不顯著，而還原糖、Vc含量差異顯著；而等量高鉀素（225 kg/hm2）處理條件下硝酸鹽、還原糖含量差異未達到顯著性，淀粉、Vc含量差異顯著。說明施化學鉀肥對馬鈴薯Vc、淀粉含量都有較明顯提高，原因是化學鉀肥供給作物較及時，鉀促進馬鈴薯葉片中光合作用和同化產物的運輸，促進Vc、淀粉的合成；秸稈鉀處理馬鈴薯還原糖含量、硝酸鹽含量略高于化學鉀肥，原因可能是秸稈鉀供給作物需要秸稈組織吸水釋放過程，鉀的供給不能及時滿足光合產物的運輸和淀粉合成的要求，以及秸稈鉀素釋放緩慢，不會導致馬鈴薯對鉀素的快速大量吸收，從而減少硝酸鹽的累積量，同時體內的硝酸鹽被不斷同化，從而降低了累積量。

2.4 秸稈還田與化學鉀肥對土壤鉀肥素表觀平衡的影響

從土壤鉀素表觀盈虧平衡來看（表2），不施鉀肥處理4年土壤鉀素盈虧最大，平均為-77.04 kg/hm2；單施化學鉀肥（NPK、NPK1）處理的土壤鉀素平均表觀盈虧量分別為-43.33、76.9 kg/hm2，說明在高鉀肥狀況下，能滿足馬鈴薯生長所需要的鉀素，且存在一定盈余狀態，有可能引起周邊環境污染，可適當減少鉀肥施用量。單施秸稈鉀（S）處理的表觀盈虧量為-40.16 kg/hm2，說明在等量鉀素條件下，秸稈鉀更易補充土壤鉀素，但化學鉀肥及秸稈鉀表觀利用率比秸稈鉀高。NPKS處理的土壤鉀素表觀盈虧量為60.55 kg/hm2，處于盈余狀態。在不施鉀及低、高鉀肥狀況下，土壤鉀素都處于虧缺狀態，差異不顯著。表觀平衡系數反映出礦質元素輸入與輸出的相對平衡關系，從表2中可看出，不同處理表現為 NPK1＞NPKS＞S＞NPK＞NP，且在高鉀肥處理條件下平衡系數大于1，且高施化學鉀肥處理平衡系數達1.51，說明秸稈還田可有效滿足作物鉀素供給，緩解農田鉀素缺虧。

表2 秸稈鉀與化學鉀肥對鉀素表觀平衡的影響

由圖4可知，鉀肥投入量與土壤鉀素盈虧量、馬鈴薯塊莖鉀素含量進行曲線擬合得，土壤鉀盈虧量（Y）與鉀肥投入量顯著相關（y=0.658 8x-85.091，R2=0.879 3**，n=4）。由該回歸方程進一步推算可知，當土壤鉀素含量為129.2 kg/hm2時，土壤鉀素呈現平衡狀態（y=0）。收獲期塊莖鉀含量與鉀肥投入量顯著正相關，表明隨著鉀肥投入量的增加，植株單位鉀吸收累積量也逐漸增加。由此可見，單施化學鉀肥或秸稈還田均難以維持土壤鉀素的平衡，長期下去不僅會導致土壤鉀素不斷耗竭，使土壤供鉀能力下降，而且還會使作物因土壤缺鉀降低抗旱、抗病、抗寒和抗倒伏能力，進而造成馬鈴薯產量和品質的降低。而秸稈還田結合施鉀肥可以使土壤中的鉀素得到補充，使土壤鉀保持動態平衡，從而可促進馬鈴薯的生長發育，獲得高產。

圖4 土壤鉀素盈虧量與塊莖鉀含量對鉀肥投入量的響應

3 討論

秸稈還田與化肥配施可以增加作物產量。諸多研究結果已證明，如姜超強等［17］結果表明，煙桿還田在中鉀和低鉀田塊能提高水稻產量和維持土壤鉀素平衡。劉榮樂等［18］通過5年定位鉀肥試驗研究表明，秸稈還田配施鉀肥處理對華北和東北地區小麥、玉米產量均有顯著的增產效果。孫麗敏等［14］長期定位試驗結果表明，在潮土區施氮、磷肥的基礎上，小麥/玉米輪作條件下秸稈還田結合鉀肥配施對提高作物產量、穩定生產力效果最好。本研究顯示，在施充足氮、磷條件下，收獲期馬鈴薯產量隨著施鉀量增加而增加，施用鉀肥和秸稈還田均能顯著提高馬鈴薯產量，這與譚德水等［19］在華北平原連續13年施用鉀肥和秸稈還田對作物產量的研究結果趨勢基本一致，可能是因為秸稈還田增加土壤有機養分的礦化，釋放鉀素被水溶解形成水溶性鉀和交換性鉀，增加土壤速效氮、磷、鉀養分才能有利于作物吸收，改善了土壤生態環境。同時本研究也得出單施化學鉀肥對馬鈴薯的增產效果要好于單施秸稈鉀肥，可能是受土壤類型、水分、溫度、pH值、土壤微生物等多種因素的影響，秸稈腐解過程較緩慢。同時馬鈴薯需肥期秸稈還田不能完全腐解，秸稈中釋放的鉀素不能滿足馬鈴薯正常生長發育對鉀的需求，導致秸稈鉀素對馬鈴薯的增產作用低于化學鉀肥?？梢钥闯?，秸稈還田結合鉀肥施用的交互增產作用高于秸稈還田或單施鉀肥，年際間的穩定性最好。由此可見，僅靠秸稈中的鉀代替化肥鉀提高馬鈴薯產量并不可行，秸稈還田結合施鉀肥是提高馬鈴薯產量的重要措施。

養分吸收量是馬鈴薯產量形成的基礎，它的高低直接影響馬鈴薯產量和肥料利用效率［20］。謝佳貴等［21］研究結果顯示：施鉀肥和秸稈還田可以提高玉米秸稈和籽粒養分的吸收總量，且秸稈還田與鉀肥配施處理對促進玉米養分吸收與積累的效果最佳。本研究結果顯示，在充足氮、磷肥的基礎上，化學鉀肥和秸稈鉀均可以提高馬鈴薯塊莖和莖葉養分的吸收總量，但無論高、低鉀素條件下，化學鉀肥養分吸收量高于秸稈鉀，但兩者之間差異都不顯著，這與產量基本一致?；瘜W鉀肥對馬鈴薯養分吸收量的提高幅度最大，表明鉀肥施用量會影響馬鈴薯對氮、磷的吸收，這與在水稻、玉米上的研究結果相似［22-23］。因此，秸稈還田結合施鉀肥對促進馬鈴薯氮、磷、鉀等養分吸收與累積效果好，這與劉榮樂等［18］對我國北方土壤-作物系統內鉀素循環特征及秸稈還田與施鉀肥研究結果一致，對作物鉀吸收量有提高作用。

鉀素對馬鈴薯品質具有重要的影響［2，24］，研究結果頗多，秦魚生等［24］、王濤等［25］對不同鉀肥及用量對馬鈴薯品質影響研究表明，高鉀水平下淀粉和Vc含量更高，還原糖含量更低，同時表明鉀素的施用顯著增加2個馬鈴薯品種的淀粉含量，降低硝酸鹽含量。張吉立等［26］通過研究鉀肥對馬鈴薯養分吸收和品質的影響表明，隨著施鉀量的增加還原糖含量呈現增加趨勢，Vc含量呈現降低趨勢。本研究結果表明，隨著施鉀量的增加，淀粉、Vc含量呈增加的趨勢，還原糖、硝酸鹽含量呈降低的趨勢。且在等量低鉀素（75 kg/hm2）條件下，淀粉、還原糖含量差異不顯著；而高鉀素（225 kg/hm2）條件下淀粉、還原糖、Vc含量均達到差異顯著，表明施鉀能提高馬鈴薯品質，這與秦魚生等［24］、王濤等［25］研究結果一致。

土壤養分平衡是判斷土壤養分高低的主要依據，地上部分的作物產量及攜帶鉀量與土壤鉀素的平衡存在密切關系。李玉影等［27］通過多點田間玉米平衡施肥試驗研究表明，氮、磷、鉀的平均平衡系數分別為0.92、1.06和0.42，其中，氮、磷養分收支狀況較為平衡，鉀素處于嚴重虧缺狀態。譚德水等［28］探究施鉀肥對玉米和耕層土壤鉀素系統特征的影響結果表明，各定位點僅施氮、磷肥處理使土壤鉀素表觀虧缺，分別達135.8、89.7、71.7 kg/hm2。在本試驗條件下，低鉀肥條件下，無論施化學鉀肥或秸稈鉀土壤鉀素都存在虧缺狀態，且虧缺量分別為-43.33、-40.16 kg/hm2，在短期內不能維持土壤鉀的平衡，土壤鉀素長期處于虧缺狀況，會加劇土壤鉀的耗竭風險。通過秸稈鉀結合化學鉀肥處理的鉀盈虧量為146.9 kg/hm2，平衡系數為0.61，導致土壤鉀素有盈余，但較僅施等量鉀肥的NPK1處理低。由此可見，秸稈還田結合施鉀肥是解決土壤鉀素虧缺的有效措施。

4 結論

在氮、磷肥充足的條件下，單施化學鉀肥與秸稈鉀肥及秸稈鉀與化學鉀配施，不同年際間馬鈴薯均有明顯的增產效應，尤其是秸稈鉀與化學鉀肥配施的增產效果最好，年度間的產量變異系數小，淀粉、Vc含量明顯增加，還原糖、硝酸鹽含量降低，土壤鉀素有盈余。因此，秸稈還田結合施鉀肥是提高馬鈴薯產量、改善品質、解決土壤鉀素虧缺的有效措施。