黃巧義， 唐拴虎， 陳建生, 張發(fā)寶, 解開治, 黃 旭, 蔣瑞萍, 李 蘋

(廣東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所， 農(nóng)業(yè)部南方植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，廣東省養(yǎng)分資源循環(huán)利用與耕地保育重點實驗室，廣東廣州 510640)

木薯(ManihotesculentaCrantz)是熱帶、 亞熱帶地區(qū)繼水稻、 甘蔗、 玉米之后第四大碳水化合物食品作物，也是該地區(qū)關(guān)乎食品安全的關(guān)鍵作物[1]，且以優(yōu)質(zhì)、 價廉等優(yōu)勢成為生物燃料的原料新寵[1-3]。木薯栽培是我國南方山區(qū)低收入農(nóng)民重要的經(jīng)濟來源，但平均單產(chǎn)僅為15 t/hm2，遠低于木薯產(chǎn)量上限(80 t/hm2)，增產(chǎn)空間巨大[4-5]。地力貧瘠、 肥料投入低是限制我國木薯產(chǎn)量提升的重要因子[6-8]，Howeler[9-10]早在80年代開始探討木薯營養(yǎng)與產(chǎn)量的關(guān)系，并指出由于木薯適應性廣、 抗逆性強、 養(yǎng)分最低閾值較小，易使農(nóng)戶產(chǎn)生錯覺，忽視施肥和管理，從而引發(fā)土壤肥力及木薯產(chǎn)量嚴重下降等問題[11-13]。Molina[14]等通過研究不同施肥情況下種莖對產(chǎn)量的影響，指出苗期根系和葉片的形成所需養(yǎng)分主要來源于種莖。Howeler[15]通過總結(jié)亞洲各國及哥倫比亞不施氮、 磷、 鉀情況下的產(chǎn)量情況，分析土壤養(yǎng)分與木薯產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系，表明土壤養(yǎng)分顯著影響木薯產(chǎn)量。Cruz等[16-18]研究了不同供氮水平對木薯生長的影響，發(fā)現(xiàn)氮素營養(yǎng)影響木薯植株莖葉生長、 光合能力，以及光合產(chǎn)物在植株體內(nèi)的分配。氮素顯著影響木薯生長，當?shù)毓蛔銜r木薯植株生長緩慢、 黃化、 產(chǎn)量低，增施氮肥可實現(xiàn)增產(chǎn)，但一定程度上降低了植株收獲指數(shù)及木薯品質(zhì)[10,17-19]。一般認為，木薯耐低磷能力較強[10,20]，以致不同研究者得出的磷肥施用效應差異性較大，但當土壤磷含量低于一定閾值時將影響木薯產(chǎn)量[6-7,21]。鉀能增強木薯植株光合作用、 促進光合產(chǎn)物向地下部分運輸[10]、 影響木薯產(chǎn)量及品質(zhì)[10,22]，多數(shù)研究表明缺鉀是長期種植木薯田塊的重要限制因子，隨著種植年限的增加而不斷加重[10,21]。John[23]等通過對肥料利用進行系統(tǒng)管理，實現(xiàn)了木薯產(chǎn)量最大化。長期肥料試驗結(jié)果表明，適當施用氮、 磷、 鉀肥料，既可克服長期連作的營養(yǎng)障礙，亦可實現(xiàn)木薯的增產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)[12,24]。黃巧義等[25]認為， 氮、 磷、 鉀養(yǎng)分影響木薯的物質(zhì)形成累積，且不同品種對養(yǎng)分的效應不同。唐拴虎等[26]通過“3414”施肥試驗，認為木薯以氮素投入最重要，并推薦了氮、 磷、 鉀肥用量。蔣瑞萍等[27]認為，在同等養(yǎng)分用量條件下，木薯配方肥二次施用為宜。綜上所述，氮、 磷、 鉀養(yǎng)分狀況對木薯產(chǎn)量的影響顯著，但有關(guān)木薯養(yǎng)分階段性累積特征及其對生物量和產(chǎn)量形成影響的相關(guān)研究仍較少，本研究以我國主栽木薯品種“華南205”為材料，通過比較不同施肥處理的植株生物量、 氮、 磷、 鉀養(yǎng)分累積量變化趨勢，探討氮、 磷、 鉀養(yǎng)分對植株生物量的影響，以期為木薯的高效施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗位于廣東省云浮市郁南縣都城鎮(zhèn)(111°30′E， 23°10′N)，為亞熱帶氣候區(qū)，是木薯種植區(qū)域典型的坡崗地，赤紅壤，土壤質(zhì)地為壤土，pH 4.44，有機質(zhì)含量 14.30 g/kg、 堿解氮68.50 mg/kg、 有效磷 16.23 mg/kg、 速效鉀51.66 mg/kg。

1.2 供試材料與試驗設計

木薯品種為“華南205”。試驗設CK、 NP、 NK、 PK、 NPK 5個施肥處理，具體肥料用量見表1。試驗小區(qū)長8.8 m、 寬3.6 m，面積為31.7 m2，每個處理重復3次，隨機區(qū)組排列。氮肥用尿素(含N 46%)，磷肥用過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥用氯化鉀(含K2O 60%)。

木薯于2009年3月20日種植，采用起壟種植，壟面寬1.8 m(包溝)，每小區(qū)2壟。選取具有健康芽眼、 長約15 cm的木薯種莖置種植穴中，芽眼朝上，蓋土。行距90 cm，株距80 cm，種植密度為13 000 plant/hm2。2009年3月28日出苗，11月17日收獲。

表1 木薯田間試驗各處理氮、 磷、 鉀施用量(kg /hm2)

施肥措施為磷肥一次性基施，氮肥和鉀肥分苗肥、 塊根形成肥及塊根膨大肥3次施用，分配比例為20%、 50%和30%，肥料施用于距木薯種莖根系生長端25 cm的扇形擴大區(qū)域。其他按常規(guī)管理。

1.3 采樣與分析

土壤基礎樣品于前茬作物收獲后、 新茬作物種植前采集。以整個試驗田塊為采樣單元，棋盤采樣法分15個點次采集0—20 cm土層土壤混合為一個樣品，風干、 過篩后測定養(yǎng)分含量。試驗期間，于苗期、 塊根形成期、 塊根生長早期、 塊根快速膨大期和成熟期結(jié)束界點(6月18日、 7月8日、 8月20日、 9月22日、 11月17日)分別采集各個小區(qū)有代表性的植株樣品，裝進樣品網(wǎng)袋，清洗干凈后放入烘箱烘干測定干物量，并用植物粉碎機打碎，過篩后測定養(yǎng)分含量。

土壤pH(2.5 ∶1)用酸度計電位法；有機質(zhì)用重鉻酸鉀容量法；速效氮用堿解擴散法；有效磷用Olsen 法；速效鉀用醋酸銨浸提—火焰光度法測定[28]。

植物樣品的全氮用H2SO4-混合加速劑—蒸餾法；全磷用H2SO4-H2O2消煮—鉬銻抗比色法；全鉀用H2SO4-H2O2消煮—火焰光度法測定[28]。

用Excel和SPSS18.0進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。主成分分析(Principal Components Analysis)通過在R中導入FactoMineR程序包[29-30]，將各處理中相互關(guān)聯(lián)的多個變量合成少數(shù)獨立而又能反映總體信息的指標，并應用置換檢驗(Permutation test)比較不同處理間生物質(zhì)量綜合特征的差異；多元數(shù)據(jù)分析結(jié)果利用二維空間載荷圖和得分圖直觀而形象地進行描述。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物量變化

從圖1可以看出，木薯華南205的生物累積動態(tài)呈“S”型曲線， 苗期增長緩慢，塊根形成后，物質(zhì)累積量快速提高，且與塊根生長節(jié)律統(tǒng)一，在塊根快速膨大期達到累積高峰，當進入成熟期，塊根膨大趨緩，生物量增長也逐漸減緩。各生育期生物量的累積速率平均為4.3、 65.43、 66.38、 128.68、 56.91 kg/(hm2·d)，可見，塊根快速膨大期的累積速率遠遠高于其他時期。

圖1 木薯生物量累積動態(tài)Fig.1 Dry matter accumulation amount of cassava

不同氮、 磷、 鉀肥料配比顯著影響生物累積量，其中NPK處理的生物量最大。與NPK處理相比，苗期、 塊根形成期、 塊根生長早期、 塊根快速膨大期和成熟期PK處理累積的生物量分別降低了50.20%、 41.57%、 68.98%、 52.95%、 13.80%，表明氮肥對苗期、 塊根生長早期、 塊根快速膨大期的生物量形成影響顯著；NK處理分別降低了56.85%、 18.98%、 23.96%、 10.19%、 1.71%，表明磷肥對苗期的生物量形成影響較大；NP處理分別降低了34.70%、 -5.2%、 71.2%、 33.70%、 20.30%，表明鉀肥對塊根生長早期的生物量形成影響非常大。以NPK處理的總生物量為100%，CK、 PK、 NK、 NP處理分別減少了68.70%、 47.67%、 14.85%、 35.76%。總體上，氮肥對生物量的形成及累積影響最大，并對苗期、 塊根生長早期、 塊根快速膨大期的影響更大；其次是鉀肥， 其對塊根生長早期的影響較大；磷肥的影響最小，但對苗期的影響較氮、 鉀肥大。

2.2 養(yǎng)分含量變化

不同氮、 磷、 鉀肥料配比對木薯的氮、 磷、 鉀養(yǎng)分含量影響顯著。NPK處理的木薯氮、 磷、 鉀養(yǎng)分含量總體上均較高。與NPK處理相比較，CK處理各生育期的氮、 磷、 鉀含量均顯著降低。不施氮處理(PK)各生育期的氮含量較NPK降低了23.07%、 41.35%、 33.73%、 28.89%、 37.74%，表明施氮肥可顯著提高整個生育期氮含量水平。不施磷處理(NK)各生育期的磷含量較NPK分別降低了35.58%、 7.69%、 -6.25%、 20.00%、 11.54%，表明施磷肥對苗期、 塊根快速膨大期的磷含量影響較大。不施鉀處理(NP)各生育期的鉀含量較NPK分別降低了30.12%、 51.39%、 60.67%、 59.68%、 50.00%，表明施鉀肥可顯著提高整個生育期的鉀含量，塊根生長階段的效果更明顯，且其增幅大于氮、 磷肥。

表2 木薯養(yǎng)分含量變化情況(%)

2.3 養(yǎng)分含量的主成分分析

各時期木薯養(yǎng)分含量的綜合評價通過主成分分析進行，得到兩大主成分(PC1、 PC2)(圖2左圖)，其中PC1貢獻率為43.36%，PC2為38.33%，合計達到81.69%。第一主成分與塊根形成期(TRF)的氮含量及苗期(SS)的鉀含量顯著相關(guān)(P<0.05)；第二主成分主要與成熟期(MS)、 塊根形成期(TRF)、 塊根生長早期(TRG)的磷含量密切相關(guān)。表明苗期、 塊根形成期的氮、 鉀養(yǎng)分含量及塊根生長階段的磷養(yǎng)分含量對木薯整個生長季節(jié)的營養(yǎng)狀況的影響很大。

不同施肥處理的養(yǎng)分狀況差別較大(圖2右圖)。與NPK處理相比，PK處理向第一主成分方向上各時期氮、 鉀含量降低，第二主成分上部分時期磷含量(MS、 TRG除外)降低方向偏移，其中各時期氮含量降低偏移的幅度最大；NK處理均向第二主成分方向上各時期磷含量降低的方向偏移，氮、 鉀含量偏移幅度不大；NP處理向第一主成分方向上各時期鉀含量降低，第二主成分方向上大部分時期(SS除外)磷含量提高的方向偏移，而氮含量偏移較?。籆K處理沿著第一主成分、 第二主成分方向上各時期養(yǎng)分含量降低方向偏移。表明，不施氮顯著降低了木薯整體養(yǎng)分含量水平，尤以氮含量影響更大；不施磷主要影響木薯磷含量水平；不施鉀顯著降低了鉀含量，但同時提高了磷含量。

2.4 養(yǎng)分累積動態(tài)

從圖3可以看出，氮、 磷、 鉀養(yǎng)分的吸收累積量隨著木薯生長不斷提高，但趨勢各異。氮累積量苗期較少，進入塊根形成期后，氮累積量近似直線攀升，成熟期卻略顯下降。磷累積量在塊根形成期、 塊根膨大期兩個階段快速增長，塊根生長早期也有顯著提高，苗期、 成熟期較少。鉀累積量苗期較少，進入塊根形成期后近似直線快速增長，一直維持到成熟收獲。表明氮累積高峰期為塊根形成期、 塊根生長早期， 塊根快速膨大期，磷累積高峰期為塊根形成期、 塊根快速膨大期，鉀累積高峰期為塊根生長早期、 塊根快速膨大期、 成熟期。收獲時，鉀累積總量最大，其次是氮，磷最少。

圖2 木薯各時期養(yǎng)分含量的主成分分析Fig.2 Principal components analysis of the nutrient contents of cassava at different growth stages

不同施肥處理可影響木薯的養(yǎng)分吸收累積。與NPK處理相比，不施氮處理(PK)在苗期、 塊根形成期、 塊根生長早期及塊根快速膨大期的氮、 磷、 鉀養(yǎng)分累積量顯著降低；不施磷處理(NK)在苗期、 塊根形成期及塊根快速膨大期的氮、 磷累積量顯著降低，同時，苗期及成熟期的鉀累積量也顯著降低；不施鉀處理(NP)整個生育期的鉀累積量顯著降低，且對塊根生長早期、 塊根快速膨大期的影響最大，同時塊根生長期、 塊根快速膨大期的氮累積量，和塊根生長早期及成熟期的磷累積量也顯著降低。

圖3 木薯各時期養(yǎng)分吸收累積動態(tài)圖Fig.3 Dynamics of the nutrient accumulation amounts of cassava at different growth stages

2.5 養(yǎng)分累積量的主成分分析

木薯各時期養(yǎng)分累積量的總體狀況通過主成分分析得到兩大主成分(PC1、 PC2)(圖4左圖)，其中PC1貢獻率為63.80%，PC 2貢獻率為16.92%，合計貢獻率達80.72%。第一主成分與塊根快速膨大期(TRB)的氮累積量極顯著相關(guān)(P<0.01)，同時與苗期(SS)、 塊根快速膨大期(TRB)、 塊根生長早期(TRG)的鉀累積量，苗期(SS)、 塊根生長早期(TRG)、 塊根形成期(TRF)的氮累積量，以及塊根快速膨大期(TRB)的磷累積量顯著相關(guān)(P<0.05)。表明，塊根快速膨大期的氮、 磷、 鉀累積量對整個生育期養(yǎng)分累積影響顯著，同時，苗期及塊根生長早期的氮、 鉀累積量對養(yǎng)分累積總量影響也較大。第二主成分與成熟期的氮累積量極顯著相關(guān)(P<0.01)，表明該時期的氮累積量對養(yǎng)分累積總量影響也較大。

不同施肥處理養(yǎng)分累積狀況具有顯著差異(P<0.05)(圖4右圖)。與NPK相比，PK、 NK、 NP處理均向第一主成分減少，第二主成分增加的方向偏移，PK處理第一主成分減少方向偏移幅度最大，而NP處理在第二主成分增加方向的偏移幅度更大；CK處理則向第一主成分、 第二主成分減少的方向偏移。表明不施氮、 不施磷、 不施鉀均顯著影響?zhàn)B分整體累積量，不施氮影響最大，其次是不施鉀，不施磷的影響最小。

2.6 產(chǎn)量及品質(zhì)

表3顯示，各處理間的產(chǎn)量大小順序為NPK>NK>NP>PK>CK，且相互間差異均達到顯著水平。PK和CK兩個處理的木薯淀粉含量高于NK、 NP、 NPK處理。表明，施氮、 磷、 鉀肥可顯著提高木薯產(chǎn)量，氮肥增產(chǎn)效果最顯著，但降低了淀粉含量，鉀肥增產(chǎn)效果次之，且有利于塊根淀粉的累積。

3 討論

3.1 木薯營養(yǎng)狀況變化

圖4 木薯各時期養(yǎng)分累積量的主成分分析Fig.4 Principal component analysis of nutrients accumulation in cassava at different growth stages

表3 不同施肥處理對木薯產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

3.2 木薯養(yǎng)分吸收累積特性

據(jù)估算，當木薯產(chǎn)量水平約為15 t /hm2時，將從土壤中攜出約氮(N)80 kg/hm2、 磷(P)9 kg/hm2、 鉀(K)50 kg/hm2[10]。在本研究中，木薯平均產(chǎn)量為25 t/hm2時，所消耗的養(yǎng)分為： N 126 kg/hm2、 P 14 kg/hm2、 K 113 kg/hm2，其中鉀的生理利用率較高。氮、 磷、 鉀總累積量與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)分別為0.962**、 0.979**、 0.903*(圖3，表3)，因此，保證足夠的養(yǎng)分吸收累積量是木薯增產(chǎn)的重要前提。

本研究結(jié)果表明，氮、 磷、 鉀累積量均在塊根形成后開始大幅度提高(圖3)，該結(jié)果與前人研究結(jié)果相一致[8-9,35]，表明該時期為養(yǎng)分供應臨界時期。Howeler[9]曾總結(jié)氮累積為“S”型模式，即前期緩慢—中期快速—后期減緩，磷和鉀在出苗后前兩個月吸收緩慢，之后保持較穩(wěn)定的累積速率，而本研究則得出磷的累積速率在塊根生長階段波動性較大。張耀華等[36]認為早期氮、 磷需求量較大，生長后期鉀需求占主要部分。本研究發(fā)現(xiàn)，氮累積高峰期為塊根形成期、 塊根生長早期、 塊根快速膨大期，磷為塊根形成期、 塊根快速膨大期，鉀為塊根生長早期、 塊根快速膨大期、 成熟期。塊根快速膨大期的氮、 磷、 鉀累積量對整個生育期養(yǎng)分累積影響顯著，同時苗期及塊根生長早期的氮、 鉀累積量對養(yǎng)分累積總量影響也較大。

3.3 施肥效應

研究表明，施肥可改善木薯的營養(yǎng)狀況、 促進木薯生長、 增加塊根產(chǎn)量[8,35]。其中，增施氮肥可促進木薯莖葉生長、 增強光合能力[16-19]。高志紅等[8]認為，氮素是影響產(chǎn)量的第一限制因素。木薯根系吸磷能力強，具耐低磷特性[1]，很多研究均表明磷肥效應較小[6-8,21]。木薯為喜鉀作物，塊根形成及膨大過程中需要大量的鉀素營養(yǎng)[10,37]，同時，塊根大量累積淀粉也需鉀素調(diào)節(jié)[22]。本研究表明，氮肥可提高苗期、 塊根形成期、 塊根生長早期、 塊根快速膨大期的養(yǎng)分含量，對產(chǎn)量的影響也是最大的。磷肥可提高苗期、 塊根形成期及塊根快速膨大期的營養(yǎng)水平，且具有增產(chǎn)效應。鉀肥顯著提高木薯整個生育期的鉀素吸收累積量，對產(chǎn)量及品質(zhì)改善均有一定效果。

氮肥顯著促進前期莖葉生長，為后期塊根累積提供物質(zhì)基礎，但后期高氮含量對塊根積累淀粉不利，因此應加強木薯生長前期的氮素調(diào)控，當塊根快速生長時不宜大量施用氮肥。磷肥有利于木薯苗期、 塊根生長階段的生長，此時期應注重適當補充磷肥，由于磷在土壤中的移動性較小，可作基肥施用。鉀肥的增產(chǎn)效果僅次于氮肥，對后期植株生長影響較大，且有利于提高淀粉含量，因此應在保證前期植株正常生長的情況下，注重后期鉀肥的供應。

4 結(jié)論

1)木薯氮、 磷、 鉀養(yǎng)分含量隨著生物量的累積呈不斷下降趨勢，而養(yǎng)分總累積量卻不斷提高，三種養(yǎng)分離子在植物體內(nèi)的累積模式各不同，但均在塊根快速膨大期達到累積高峰。木薯氮、 磷的累積量主要源于中后期塊根生長階段的吸收，塊根生長階段對鉀整體的累積量貢獻最大，其次苗期的吸收量對養(yǎng)分吸收累積影響也較大。

2)塊根形成期氮含量、 苗期及塊根形成期的磷含量、 苗期及塊根快速膨大期的鉀含量可以綜合評價木薯的營養(yǎng)水平。

3)不同氮、 磷、 鉀肥料配比顯著影響木薯的營養(yǎng)狀況、 物質(zhì)累積及產(chǎn)量形成，其中氮的影響最大，其次是鉀，磷的影響最小。

4)苗期、 塊根形成期、 塊根生長早期為氮、 磷肥的最佳施用時期，塊根形成期、 塊根生長早期及塊根快速膨大期為鉀肥的補充階段。

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