薯麥輪作體系鉀肥全部施于薯季提高甘薯和周年產(chǎn)量

寧運(yùn)旺，張 輝，許仙菊，馬洪波，張永春

（江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部江蘇耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，南京 210014）

鉀是作物生長(zhǎng)必需的礦質(zhì)元素，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要大量的鉀[1]。雖然耕地土壤中含有豐富的鉀，但其大部分存在形態(tài)對(duì)作物無(wú)效[2–4]，施用化學(xué)鉀肥已成為改善作物生長(zhǎng)、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要手段。據(jù)預(yù)測(cè)，全球鉀肥消費(fèi)將會(huì)顯著增長(zhǎng)，在發(fā)展中國(guó)家尤其明顯[5]，而鉀礦屬于不可再生資源，在全球分布極度不均衡[6]，提高鉀肥效率對(duì)于促進(jìn)鉀資源的可持續(xù)利用具有重要意義。

中國(guó)是世界上最大的甘薯生產(chǎn)國(guó)，其種植面積和總產(chǎn)量均居世界第一[7]，薯麥輪作是其主要輪作模式，廣泛分布在長(zhǎng)江中下游地區(qū)和北方薯區(qū)[8]。薯麥輪作中甘薯常生長(zhǎng)于夏季多雨季節(jié)，封壟后枝蔓蔓節(jié)與土壤接觸時(shí)常長(zhǎng)出不定根吸收過(guò)多養(yǎng)分，極易造成甘薯地上部分旺長(zhǎng)、減產(chǎn)。這種現(xiàn)象與甘薯植株中鉀氮比過(guò)低有關(guān)[9–10]，因此施鉀也常被視為防止甘薯旺長(zhǎng)、早衰，促進(jìn)光合產(chǎn)物向塊根分配和提高產(chǎn)量的有效手段，如鉀的充足供應(yīng)可以促進(jìn)甘薯光合產(chǎn)物向地下部運(yùn)輸，有效地防止后期地上部旺長(zhǎng)，促進(jìn)生長(zhǎng)中心向塊根轉(zhuǎn)移，通過(guò)施用鉀肥可減少甘薯生長(zhǎng)前期功能葉中淀粉的合成，提高葉片中蔗糖的合成能力和蔗糖在塊根中轉(zhuǎn)化為淀粉的能力，保證塊根中光合產(chǎn)物的充足供應(yīng)，提高運(yùn)輸有效性，促進(jìn)莖基部光合產(chǎn)物卸載，獲得高產(chǎn)[11–14]。在輪作周年鉀肥投入總量不變的前提下，增加甘薯季鉀肥投入必然會(huì)減少小麥季投入，而我國(guó)小麥的施鉀效果也越來(lái)越明顯[15–16]，通過(guò)施鉀能增強(qiáng)小麥抗逆性能、改善光合作用、提高小麥產(chǎn)量[1,4,17]。薯麥輪作是典型的冬夏兩季旱旱輪作，且甘薯又以喜鉀著稱(chēng)，探索薯麥輪作最佳鉀肥運(yùn)籌方案非常必要。本研究利用連續(xù)3年薯麥輪作田間試驗(yàn)，在不改變輪作周年鉀肥投入總量的前提下，調(diào)查了不同鉀肥運(yùn)籌下的甘薯產(chǎn)量、產(chǎn)量組成和生物量分配，以及輪作系統(tǒng)鉀素的平衡，為設(shè)計(jì)薯麥輪作中最佳鉀肥分配方案提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

連續(xù)3年定位試驗(yàn)位于江蘇省南京市六合區(qū)竹鎮(zhèn)江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合基地 (118.83°E，32.35°N)，試驗(yàn)地屬于丘陵沖田地貌，地勢(shì)較低，土壤為發(fā)育于黃棕壤的馬肝土，質(zhì)地粘。試驗(yàn)前土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為 92.34 mg/kg、7.10 mg/kg、107.4 mg/kg，有機(jī)質(zhì) 12 g/kg，pH 5.75。試驗(yàn)地點(diǎn)地處北亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，年均氣溫、無(wú)霜期、日照時(shí)數(shù)和降雨量分別為15.3℃、235天、2200小時(shí)和 1004.7 mm。試驗(yàn)期間 (2012—2014) 試驗(yàn)區(qū)年降雨量分別為 938.9 mm、885.4 mm 和 1208.5 mm，年際間差異較大，其中在甘薯生長(zhǎng)的5—9月降雨量分別為 599.0 mm、699.8 mm 和 775.0 mm，分別占全年降雨量的63.8%、75.%和64.1%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)始于2012年薯季，終于2015年麥季。薯麥輪作周年鉀肥總投入量是根據(jù)土壤具有較高速效鉀含量，并考慮到試驗(yàn)過(guò)程中薯蔓和麥秸不還田做出的推薦，為K2O 270 kg/hm2。設(shè)5個(gè)處理，S表示甘薯、W表示小麥，分別為S0W270、S90W180、S135W135、S180W90和S270W0，3次重復(fù)。小區(qū)面積 27 m2(4.5 m × 6.0 m)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。

甘薯季 (6—10月)，各處理氮磷肥料用量一致，分別為 N 120 kg/hm2和 P2O575 kg/hm2；鉀肥按處理用量加入。氮磷鉀肥料品種分別為尿素 (含 N 46.2%)、過(guò)磷酸鈣 (含 P2O512.0%) 和硫酸鉀 (含 K2O 50.0% )。肥料均在起壟前一次撒施，壟距90 cm，薯苗移栽間隔23 cm。3季甘薯品種均為蘇薯16 (鮮食型)，為江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院育成品種。小麥季 (11月到次年5月)，各處理氮磷肥料一致，分別為N 210 kg/hm2和 P2O590 kg/hm2；鉀肥按相應(yīng)處理的補(bǔ)充用量加入。氮磷鉀肥料品種與甘薯季一致。磷鉀肥一次基施，氮肥按基肥70%、追肥30%施入?；试谛シN前撒施、追肥在拔節(jié)前撒施。3季的小麥品種均為適宜試驗(yàn)區(qū)域氣候特點(diǎn)的春性弱筋中熟品種，根據(jù)年度病蟲(chóng)害發(fā)生測(cè)報(bào)分別選擇有針對(duì)抗性的皖西9101-6、寧麥13和華麥5號(hào)，條播。試驗(yàn)過(guò)程中收獲的薯蔓和麥秸均不還田。

1.3 取樣與考種

甘薯于收獲前取樣，取樣時(shí)在中間壟挖取連續(xù)5株甘薯，調(diào)查地上部分、地下部分和商品薯生物量和產(chǎn)量性狀 (單株薯數(shù)和單個(gè)薯重)，取樣后收獲實(shí)際塊根產(chǎn)量和商品率。小麥也于收獲前取樣，取樣時(shí)每個(gè)小區(qū)取2個(gè)1米樣段，混合后考種，調(diào)查籽粒和秸稈生物量以及產(chǎn)量性狀 (每公頃穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重)，取樣后收獲實(shí)際籽粒產(chǎn)量。取樣植株調(diào)查后，分收獲部分 (甘薯為薯塊，小麥為籽粒) 和莖稈 (甘薯為薯蔓，小麥為麥秸) 2部分，于105℃殺青30 min、75℃烘干后，磨細(xì)保存，待測(cè)養(yǎng)分含量。土壤樣品于輪作周年期滿(mǎn)即麥季收獲后取樣，每小區(qū)取5點(diǎn)0—20 cm土壤混合樣，風(fēng)干后磨細(xì)保存，待測(cè)養(yǎng)分含量。

1.4 測(cè)定方法和數(shù)據(jù)分析

土壤養(yǎng)分和植株全鉀含量的測(cè)定方法參照王振振等[12]，土壤有機(jī)質(zhì)采用水合熱重鉻酸鉀容量法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，有效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法，速效鉀用NH4OAc (pH 7) 浸提—火焰光度法，有效鉀采用冷的 2 mol/L HNO3浸提—火焰光度法測(cè)定。植株全鉀含量采用硫酸和過(guò)氧化氫消化—火焰光度法測(cè)定。植株全氮采用凱斯定氮法測(cè)定。用SPSS19.0分析數(shù)據(jù)，LSD法進(jìn)行方差分析。有關(guān)參數(shù)的計(jì)算方法如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 鉀肥分配方式對(duì)甘薯、小麥產(chǎn)量和周年產(chǎn)量的影響

表1顯示，不同鉀肥運(yùn)籌處理顯著影響甘薯和周年產(chǎn)量，對(duì)小麥產(chǎn)量無(wú)顯著影響。前2個(gè)輪作周年甘薯和周年產(chǎn)量均以鉀肥全部分配于薯季的S270W0處理最高，鉀肥全部分配于麥季的S0W270處理次之；第3個(gè)輪作周年的甘薯和周年產(chǎn)量以S0W270處理最高，S270W0處理次之。3年平均，甘薯產(chǎn)量和周年產(chǎn)量均以鉀肥全部分配于薯季的S270W0處理最高，比鉀肥在薯麥兩季都有分配的其他處理分別提高 20.7%～24.5% (P＜0.05) 和 17.8%～20.9%(P＜0.01)；鉀肥全部分配于麥季的S0W270處理次之，比鉀肥在薯麥兩季都有分配的其他處理分別提高 9.9%～13.4% (P ＞ 0.05) 和 8.2%～11.0% (P ＞ 0.05)。連續(xù)3年鉀肥運(yùn)籌對(duì)小麥產(chǎn)量的影響都未達(dá)顯著水平。結(jié)果表明，鉀肥單季分配于薯季或麥季均有利于提高甘薯和周年產(chǎn)量，以單季全部分配于薯季的產(chǎn)量效果最好，鉀肥運(yùn)籌對(duì)小麥產(chǎn)量無(wú)顯著影響。

表1 不同年度和處理的甘薯、小麥產(chǎn)量和周年產(chǎn)量Table1 Yields of sweet potato, wheat, and rotation under different treatments in different years

2.2 鉀肥分配方式對(duì)產(chǎn)量組成的影響

鉀肥運(yùn)籌顯著影響甘薯的單株薯數(shù)和單個(gè)薯重，而對(duì)小麥每公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重的影響均未達(dá)到顯著水平 (表2)。連續(xù)三季單株薯數(shù)均隨鉀肥在薯季投入量的增加呈先減少、后增加趨勢(shì)，三年平均以鉀肥單季投入在麥季的S0W270處理單株薯數(shù)最高，單季投入在薯季的S270W0次之，分別比在兩季投入的其他處理高18.9%～24.8%和5.2%～10.4% (P＜0.001)；連續(xù)三季單個(gè)薯重均隨鉀肥在薯季用量的增加呈增加趨勢(shì)，鉀肥單季全部投入在薯季的S270W0處理的單個(gè)薯重比其他處理高8.5%～30.6% (P＜0.01)。結(jié)果表明，鉀肥單季投入于麥季 (S0W270處理)，甘薯產(chǎn)量可能因單株薯數(shù)增加而提高；鉀肥全部投入于薯季 (S270W0處理)，甘薯產(chǎn)量提高與單株薯數(shù)和單個(gè)薯重增加都有關(guān)。

2.3 鉀肥分配方式對(duì)鉀素吸收與平衡的影響

表3所示，鉀肥運(yùn)籌顯著影響甘薯對(duì)鉀的吸收，而對(duì)小麥和周年吸鉀量的影響均不顯著。甘薯整株吸鉀量以鉀肥在薯麥兩季平均分配的S135W135處理最高，比其他處理高出15.7%～31.7% (P ＜0.001)。但進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，除處理S135W135外，甘薯整株吸鉀量隨鉀肥在薯季分配量增加呈顯著增加趨勢(shì)，鉀肥側(cè)重薯季分配的兩個(gè)處理S180W90和S270W0整株吸鉀量比側(cè)重麥季分配的兩個(gè)處理S90W180 和 S0W270 高出 2.6%～13.9% (P＜0.05)。不同處理的麥粒、麥秸和小麥整株吸鉀量均無(wú)顯著差異。甘薯吸鉀量平均為K2O 228.0 kg/hm2，是小麥吸鉀量的2.29倍；甘薯吸收的鉀有46.6%儲(chǔ)存在薯蔓中，薯蔓中儲(chǔ)存的鉀與麥季吸鉀量相當(dāng)；而小麥吸收的鉀雖有91.0%儲(chǔ)存于麥秸，麥秸中儲(chǔ)存的鉀只有甘薯吸鉀量的40.5%。連續(xù)三年秸稈不還田，鉀素表觀平衡除第一年可以保持外，后兩年均虧缺，年末土壤速效鉀含量快速降低，三個(gè)輪作周期后降低49.2%。而秸稈全量還田時(shí)，連續(xù)三年鉀素表觀平衡均為盈余。表明，甘薯和小麥的需鉀特性有明顯差異，薯季施鉀量增加可顯著提高甘薯對(duì)鉀的吸收，而麥季施鉀量增加對(duì)小麥吸鉀無(wú)顯著影響。

2.4 鉀肥分配方式對(duì)鉀收獲指數(shù)和生物量分配的影響

表4所示，甘薯的鉀收獲指數(shù)高達(dá)0.55 ± 0.09，是小麥的5.5倍，鉀肥運(yùn)籌對(duì)甘薯、小麥和周年鉀收獲指數(shù)的影響均未達(dá)顯著水平，對(duì)小麥草谷比也無(wú)顯著影響。鉀肥運(yùn)籌顯著影響甘薯冠根比和周年經(jīng)濟(jì)系數(shù)，隨薯季施鉀量增加，甘薯冠根比先增后減，周年經(jīng)濟(jì)系數(shù)先減后增。鉀肥在薯麥兩季平均分配的S135W135處理冠根比其他處理顯著提高24.0%～54.7% (P＜0.001)，周年經(jīng)濟(jì)系數(shù)顯著降低7.7%～14.3% (P＜0.01)。結(jié)果表明，甘薯塊根和藤蔓的吸鉀量變化具有同步性；施鉀對(duì)甘薯生物量分配的影響與施鉀量有關(guān)，不施鉀和大量施鉀均有利于冠根比降低。

2.5 鉀肥分配方式對(duì)鉀生理效率和甘薯商品率的影響

表5所示，鉀肥運(yùn)籌顯著影響甘薯鉀生理效率，對(duì)小麥和周年鉀生理效率無(wú)顯著影響。隨鉀肥在薯季分配比例增加，甘薯鉀生理效率先降低后增加，以鉀肥全部分配于麥季的S0W270處理最高、全部分配于薯季的S270W0次之，分別比其他處理高 18.7%～41.9% 和 8.2%～29.4% (P＜0.01)。甘薯商品率也隨鉀肥在薯季分配比例的增加呈先降后增的趨勢(shì) (P ＞ 0.05)。表明鉀肥分配方式可明顯提高甘薯的鉀生理效率，對(duì)商品率的影響較小。

3 討論

3.1 鉀肥運(yùn)籌與周年產(chǎn)量

一般認(rèn)為，在一年兩熟制種植制度中，鉀肥分配于冬夏兩季更能獲得較高的產(chǎn)量，其中水旱輪作中由于礦物鉀在夏季的釋放，鉀肥應(yīng)側(cè)重于冬季[18–19]，而旱旱輪作中鉀肥應(yīng)基本平均分配于夏冬兩季[20]。薯麥輪作是典型的旱旱輪作，但本研究結(jié)果卻顯示，薯麥輪作中鉀肥單獨(dú)施于薯季或單獨(dú)施于麥季的單季分配，其周年產(chǎn)量明顯高于薯麥兩季分配，張書(shū)華等也報(bào)道，丘陵旱地薯麥輪作中，將鉀肥全部施于薯季的效果最好[21]。表明薯麥輪作鉀肥最佳運(yùn)籌方案與其他作物輪作明顯不同。

表2 不同年度和處理的甘薯和小麥產(chǎn)量組成Table2 Yield components of sweet potato and wheat under different treatments in different years

進(jìn)一步分析顯示，鉀肥運(yùn)籌主要影響甘薯產(chǎn)量，而對(duì)小麥產(chǎn)量無(wú)顯著影響，這可能與試驗(yàn)土壤速效鉀水平較高以及甘薯、小麥需鉀特性不同有關(guān)。本研究試驗(yàn)前土壤速效鉀為K 107.4 mg/kg，第一、二個(gè)周年種植后土壤速效鉀水平分別為K 114.0 mg/kg和101.6 mg/kg (表3)，按照甘薯和小麥種植土壤速效鉀分級(jí)均屬于較高水平[22–23]。小麥需鉀量較小 (本研究中為K2O 99.9 kg/hm2，表3)，一般只有在缺鉀土壤上施鉀才有增產(chǎn)作用[24–25]，在土壤速效鉀水平較高的土壤施用鉀肥對(duì)小麥產(chǎn)量的影響較小[15–16,26]；而甘薯以喜鉀著稱(chēng) (本研究中需鉀量為 K2O 228.0 kg/hm2，表3)，即使在土壤含鉀量較高的土壤上施鉀也能獲得較好的增產(chǎn)效果[27–28]。張書(shū)華等報(bào)道中，在速效鉀只有44 mg/kg的缺鉀土壤上，麥季不施鉀對(duì)小麥產(chǎn)量也無(wú)顯著影響[21]，雖然報(bào)道未做出解釋?zhuān)@然與薯蔓還田帶入的鉀素供小麥生長(zhǎng)需要有關(guān)。

表3 不同年度和處理的鉀素吸收量和土壤鉀素平衡 (K2O kg/hm2)Table3 Potassium uptakes and balances under different treatments and in different years

3.2 鉀肥運(yùn)籌與鉀素吸收

作物對(duì)肥料的響應(yīng)總是先體現(xiàn)在養(yǎng)分吸收并最終體現(xiàn)在產(chǎn)量差異上。本研究中，鉀肥運(yùn)籌顯著影響甘薯的鉀素吸收，而對(duì)小麥的鉀素吸收無(wú)顯著影響，相應(yīng)地甘薯產(chǎn)量也受到鉀肥運(yùn)籌的顯著影響，而小麥產(chǎn)量受鉀肥運(yùn)籌的影響較小。甘薯作為喜鉀作物，一般認(rèn)為隨施鉀量的增加甘薯吸鉀量也會(huì)增加[29–30]，本研究中，鉀肥在薯季分配較多的兩個(gè)處理(S180W90和S270W0) 吸鉀量比分配較少的兩個(gè)處理(S0W270和S90W180) 顯著增加，與前人報(bào)道結(jié)果一致。

值得注意的是，本研究中出現(xiàn)的處理S135W135吸鉀量顯著高于其他處理的特殊現(xiàn)象，表明甘薯對(duì)鉀的吸收除受到鉀肥運(yùn)籌的影響外，還可能受其他因素的影響。甘薯吸收的鉀貯存于地上部分藤蔓和地下部分塊根，由于藤蔓鉀含量是薯塊的4～6倍左右[31]，地上部分生物量占比增加 (或者說(shuō)冠根比增加)必然導(dǎo)致吸鉀量也增加。因此作者推測(cè)處理S135W135吸鉀量顯著高于其他處理這一特殊現(xiàn)象的出現(xiàn)可能與冠根比有關(guān)，其依據(jù)有三：一是前人報(bào)道中甘薯冠根比變化規(guī)律與是否施鉀的響應(yīng)不一致，如史春余等、鄭艷霞等、王汝娟均認(rèn)為甘薯施鉀能降低冠根比[9,11,13]，寧運(yùn)旺等、賈趙東等則報(bào)道甘薯施鉀反而提高了冠根比，不利于光合產(chǎn)物向地下分配[29,32]。二是甘薯冠根比隨施鉀量的變化規(guī)律在前人報(bào)道中也存在不一致，既有冠根比隨著施鉀量的增加逐漸降低的報(bào)道[33]，也有冠根比隨施鉀量增加先減后增[34]的報(bào)道，還有冠根比隨施鉀量增加先增后減的報(bào)道[35–36](與本研究不施鉀或大量施鉀均有利于冠根比下降的結(jié)果一致)。三是對(duì)比本文出現(xiàn)的處理S135W135與其他處理顯著不同的幾個(gè)性狀指標(biāo)，包括表2中的單株薯數(shù)、表4中的冠根比和表5中的鉀生理效率

和商品率，以冠根比與其他處理的差異最高。由此可以得出，凡是施鉀降低甘薯冠根比的報(bào)道均是在北方少雨和壤質(zhì)土壤上取得的結(jié)果，而施鉀提高甘薯冠根比的報(bào)道和本研究均為南方多雨和粘質(zhì)土壤上的研究結(jié)果，暗示甘薯冠根比變化除與是否施鉀有關(guān)外，還可能與實(shí)驗(yàn)田塊所處的區(qū)域條件有關(guān)；另外，對(duì)比梁金平報(bào)道[35]和本文結(jié)果發(fā)現(xiàn)，甘薯的單株薯數(shù)和單個(gè)薯重隨施鉀量的變化趨勢(shì)基本一致，單株薯數(shù)隨施鉀量增加先增后減，單個(gè)薯重則呈增加趨勢(shì)，由于地下部分生物量取決于單株薯數(shù)和單個(gè)薯重，單株薯數(shù)和單個(gè)薯重增加均會(huì)導(dǎo)致冠根比下降，說(shuō)明除是否施鉀和區(qū)域條件外，施鉀量大小也可能是決定甘薯冠根比變化的一個(gè)重要因素，不施鉀時(shí)冠根比降低可能與單株薯數(shù)增加有關(guān)，大量施鉀時(shí)冠根比降低則可能與單株薯數(shù)和單個(gè)薯重同時(shí)增加有關(guān)。

表4 不同年度和處理的鉀收獲指數(shù)和生物量分配Table4 Potassium harvest index (KHI) and biomass distribution under different treatments and in different years

表5 不同年度和處理的鉀生理效率和甘薯商品率Table5 Physiological efficiency of potash and commodity rate of sweet potato under different treatments and years

3.3 甘薯產(chǎn)量形成

一定移栽密度下，甘薯塊根產(chǎn)量取決于單株薯數(shù)和單個(gè)薯重，單株薯數(shù)初形成于甘薯生長(zhǎng)前期的根系分化并與生長(zhǎng)過(guò)程中塊根膨大有關(guān)，單個(gè)薯重則主要與生長(zhǎng)中后期塊根膨大有關(guān)[37]。已有研究表明，施鉀對(duì)甘薯生長(zhǎng)前期根系分化無(wú)顯著影響[38–39]，但卻可以顯著增加甘薯收獲時(shí)的單株薯數(shù)和單個(gè)薯重[30]，也有研究認(rèn)為，施鉀對(duì)甘薯單株薯數(shù)的影響較小，卻有利于單個(gè)薯重增加[40]。甘薯生長(zhǎng)過(guò)程中，最初形成的單株薯數(shù)能否成為最終收獲時(shí)的單株薯數(shù)還有賴(lài)于生物量分配，一些在初期形成的單株薯數(shù)在生長(zhǎng)過(guò)程中還可能由于得不到光合產(chǎn)物補(bǔ)充而停止膨大 (成為柴根或牛蒡根)，使得收獲時(shí)單株薯數(shù)減少，只有那些不斷得到光合產(chǎn)物補(bǔ)充、單個(gè)薯重不斷增加的單株薯數(shù)能夠最終成薯[41–42]。施鉀由于有利于光合產(chǎn)物向地下分配[11–14]，理論上也應(yīng)同時(shí)有利于單株薯數(shù)和單個(gè)薯重的增加。但本文結(jié)果顯示，隨著鉀肥在薯季分配比例增加，單個(gè)薯重雖呈遞增趨勢(shì)，單株薯數(shù)卻呈先減后增的趨勢(shì)，類(lèi)似結(jié)果還出現(xiàn)在梁金平的報(bào)道中[35]。表明施鉀對(duì)甘薯單株薯數(shù)形成的作用還可能受到其他因素的顯著影響。在本研究中，筆者認(rèn)為可能與甘薯的鉀氮吸收關(guān)系有關(guān)：甘薯在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)維持一個(gè)適當(dāng)?shù)拟浀戎?，以利于改善源?kù)關(guān)系和提高產(chǎn)量[10,37]，甘薯吸鉀量與吸氮量呈極顯著正相關(guān)[27]，而氮素吸收對(duì)甘薯前期根系分化有顯著的抑制作用[38–39,43]；當(dāng)鉀肥全部用于麥季時(shí)，甘薯可能因吸鉀量減少而導(dǎo)致吸氮量減少?gòu)亩鴮?duì)生長(zhǎng)前期的根系分化有一定促進(jìn)作用，并最終增加單株薯數(shù)，因此本研究中表現(xiàn)為鉀肥全部分配于麥季時(shí)甘薯產(chǎn)量因單株薯數(shù)增加而增加；當(dāng)鉀肥全部用于薯季時(shí)，甘薯雖然可能因吸鉀量增加導(dǎo)致吸氮量增加從而對(duì)生長(zhǎng)前期的根系分化有一定抑制作用，但由于吸鉀量和吸氮量都增加使得光合產(chǎn)物充足，因抑制而延遲分化的根系最終成薯的可能性增加，從而在本研究中表現(xiàn)為鉀肥全部分配于薯季時(shí)甘薯產(chǎn)量因單株薯數(shù)和單個(gè)薯重同時(shí)增加而增加。

3.4 鉀素平衡與薯麥輪作鉀肥管理

施鉀量推薦。利用養(yǎng)分平衡推薦作物施肥量是一種常用手段，參照玉米–小麥輪作系統(tǒng)鉀素平衡計(jì)算方法[25]，忽略土壤鉀的淋溶，并以鉀的自然輸入部分 (降雨鉀 + 灌溉水鉀 + 種子鉀) 沖抵徑流輸出，在保持鉀素平衡條件下，肥料鉀 = 作物收獲攜出鉀。通過(guò)表3可知，秸稈還田條件下，薯麥輪作中的施鉀量應(yīng)等于薯塊和麥粒吸鉀量之和為K2O 134.3 kg/hm2，秸稈不還田時(shí)則應(yīng)為甘薯和小麥整株吸鉀量之和為K2O 327.9 kg/hm2。

鉀肥運(yùn)籌。甘薯喜鉀不僅體現(xiàn)在其吸鉀量大，鉀收獲指數(shù)也遠(yuǎn)比一般作物高，如水稻僅為0.126～0.134[44]、小麥僅為0.095～0.112[45]，本試驗(yàn)中小麥的鉀收獲指數(shù)平均為0.10，而甘薯的鉀收獲指數(shù)卻高達(dá)0.55 (表4)，因此甘薯種植常會(huì)加速土壤地力消耗。甘薯的這一特性意味著接茬小麥可能會(huì)面臨土壤速效鉀含量不足，本研究結(jié)果也表明 (表3)，秸稈不還田條件下，鉀素表觀平衡平均每個(gè)周年虧缺K2O 81.2 kg/hm2，土壤速效鉀含量測(cè)定結(jié)果也顯示在兩個(gè)輪作周期后呈快速耗竭；但在秸稈還田條件下鉀素表觀平衡平均每個(gè)周年盈余K2O 113.7 kg/hm2，可以預(yù)見(jiàn)其土壤速效鉀含量會(huì)有較大提升。另一方面，由于小麥吸鉀量?jī)H為甘薯的43.8%，僅薯蔓中的鉀就足以滿(mǎn)足接茬小麥的生長(zhǎng)需要，麥季不施鉀當(dāng)然不會(huì)對(duì)小麥產(chǎn)量產(chǎn)生影響 (張書(shū)華等報(bào)道結(jié)果可為例證[21])；而甘薯需鉀量大，通過(guò)麥秸還田補(bǔ)充的鉀僅為甘薯需鉀的39.5%，薯季施鉀當(dāng)然也會(huì)有較好效果。再者，從連續(xù)3年試驗(yàn)結(jié)果看，薯麥輪作中將全部鉀肥施于薯季可使單株薯數(shù)、單個(gè)薯重和塊根產(chǎn)量都得到提高，小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量組成卻不受影響(表1和表2)。因此，從薯麥輪作中鉀素平衡、甘薯和小麥的需鉀特性考慮，無(wú)論土壤速效鉀水平高低，建議薯麥輪作的鉀肥運(yùn)籌模式為“秸稈還田 +合理施鉀量 (本試驗(yàn)條件下為 K2O 134.3 kg/hm2) + 鉀肥全部施于甘薯季”。

4 結(jié)論

薯麥輪作周年鉀肥投入總量相同條件下，鉀肥運(yùn)籌對(duì)甘薯產(chǎn)量有顯著影響，對(duì)小麥產(chǎn)量影響不顯著。鉀肥單季分配的甘薯產(chǎn)量顯著高于兩季分配，其中鉀肥全部分配于麥季時(shí)，甘薯產(chǎn)量增加與單株薯數(shù)提高有關(guān)；鉀肥全部分配于薯季時(shí)，甘薯產(chǎn)量增加與單株薯數(shù)和單個(gè)薯重同時(shí)提高有關(guān)。鉀肥側(cè)重分配于薯季有利于甘薯對(duì)鉀的吸收，側(cè)重分配于麥季對(duì)小麥吸鉀量影響不顯著。薯季不施鉀或大量施鉀均有利于冠根比降低。甘薯和小麥的需鉀特性有明顯差異，甘薯吸鉀量是小麥的2.29倍，薯蔓中儲(chǔ)存的鉀即可滿(mǎn)足小麥對(duì)鉀的需求。因此建議，薯麥輪作的鉀肥管理模式為“秸稈還田 + 合理施鉀量 +鉀肥全部施于薯季”。