不同供鉀水平對(duì)菊芋產(chǎn)量和物質(zhì)分配規(guī)律的影響

楊 寧，高 凱，趙力興，林志玲

（1.內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028043；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟農(nóng)牧科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古烏蘭浩特 137400）

菊芋（Helianthus tuberosusL.）又名洋羌，是一種多年性宿根草本植物.菊芋在食品、畜牧、生態(tài)保護(hù)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其塊莖具有非常高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，抗癌功效極其顯著.菊芋塊莖中的菊粉含量占干物質(zhì)的比重很大［1］，可分解為單個(gè)果糖，經(jīng)過(guò)發(fā)酵后可產(chǎn)生乙醇，此過(guò)程的轉(zhuǎn)化率也非常高［2-4］.所以，在菊粉產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展中，菊芋塊莖作為重要原料，其生物量一直以來(lái)都備受關(guān)注，如何提高其產(chǎn)量也一直都是重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容.李輝等［5］研究發(fā)現(xiàn)，去花可增加菊芋塊莖的數(shù)量與體積，其干重亦高于未做處理的菊芋；田梅［6］研究發(fā)現(xiàn)，嫁接可提高菊芋塊莖產(chǎn)量，幅度可達(dá)十個(gè)百分點(diǎn)；另有研究表明，霜后收獲也可提高菊芋塊莖產(chǎn)量［7］；以上措施均達(dá)到了提高菊芋塊莖產(chǎn)量的效果.鉀作為礦質(zhì)元素，在作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的作用至關(guān)重要［8-10］，其不但直接影響作物產(chǎn)量，還可增強(qiáng)作物的抗逆性［11］.近年來(lái)，不少學(xué)者就鉀肥對(duì)作物各器官生物量的影響展開(kāi)了大量研究.李亞楠等［12］研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)增施鉀肥可以增加甘薯的單株分支數(shù)以及單株重，隨著施鉀量的增加，單株分支數(shù)和單株重呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)；施鉀對(duì)于提高馬鈴薯的塊莖生物量效果顯著［13］，在生育期，增施鉀肥可使塊根的干物質(zhì)積累量增加；郭志平等［14］研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)增加鉀肥可提高馬鈴薯的根系活力，進(jìn)而增加塊莖商品率.另有研究表明，相比氯化鉀，硫酸鉀具有更好的增產(chǎn)效果［15-16］.

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于種植者不斷減少有機(jī)肥的施入量，導(dǎo)致土壤中有效鉀含量逐漸減少，這限制了作物產(chǎn)量水平的進(jìn)一步提高［17］.而有關(guān)菊芋最佳鉀肥施用量的研究也相對(duì)較少.本研究在菊芋的現(xiàn)蕾期對(duì)其進(jìn)行不同梯度的增施鉀肥處理，探討不同鉀肥施用量對(duì)菊芋產(chǎn)量和物質(zhì)分配規(guī)律的影響，為菊芋的高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)為內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)牧業(yè)科技示范園區(qū)，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科爾沁區(qū)豐田鎮(zhèn)（43°38′N(xiāo)，122°03′E），海拔180 m，年平均氣溫6.5℃，極端低溫為-31℃，無(wú)霜期145 d，年平均降水量390 mm，主要降雨時(shí)期在7月和8月.土壤為風(fēng)砂土，有機(jī)質(zhì)含量4.86 g·kg-1，速效鉀94.65 mg·kg-1，速效磷10.46 mg·kg-1，堿解氮11.15 mg·kg-1，pH 8.2.試驗(yàn)地具備噴灌條件.

1.2 試驗(yàn)材料

2019年5月6日種植，品種為白皮菊芋（Helianthus tuberosus‘White skin’）.種植密度為0.8 m×0.8 m，播種深度為15 cm.選取重30～40 g、無(wú)傷、無(wú)病的塊莖作為種子.施肥量為純氮35 kg·hm-2，P2O530 kg·hm-2，K2O 34 kg·hm-2，以底肥形式施入.出苗后定株.播種前灌1次水，生長(zhǎng)期干旱時(shí)澆水，人工除草2次，隨時(shí)撥除雜草.收獲時(shí)間為2019年10月12日.

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在菊芋現(xiàn)蕾期對(duì)其進(jìn)行不同鉀肥（以氯化鉀形式施入）處理，共5個(gè)梯度，分別為CK（0 kg·hm-2）、K1（37.5 kg·hm-2）、K2（75 kg·hm-2）、K3（112.5 kg·hm-2）、K4（150 kg·hm-2），每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，處理時(shí)間為2019年8月25日.

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

地上生物量測(cè)定：每小區(qū)齊地面刈割，在室內(nèi)分離莖葉，105℃條件下烘干48 h，最后測(cè)定干重.

地下生物量測(cè)定：取樣面積為0.4×0.4 m2，深度為0.3 m，取樣時(shí)盡量將每株的塊莖和根系全部取出，以保證根系和塊莖生物量測(cè)定準(zhǔn)確.回到室內(nèi)洗凈泥土，105℃條件下烘干48 h，最后測(cè)定干重.

1.5 數(shù)據(jù)處理

地上生物量=莖稈重+葉片重+花重+側(cè)枝重；

地下生物量=主根重+側(cè)根重+根莖重+塊莖重；

總生物量=地上生物量+地下生物量；

根冠比=地下生物量/地上生物量；

莖葉比=（莖稈重+側(cè)枝重）/葉片重；

葉貢獻(xiàn)率=葉片生物量/總生物量×100%；

花貢獻(xiàn)率=花生物量/總生物量×100%；

根系貢獻(xiàn)率=根生物量/總生物量×100%；

莖貢獻(xiàn)率=莖生物量/總生物量×100%；

塊莖貢獻(xiàn)率=塊莖生物量/總生物量×100%；

利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和繪圖，利用SPSS進(jìn)行方差分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鉀肥處理對(duì)菊芋總生物量的影響

由圖1可知，K4處理地上生物量、地下生物量和總生物量最高；地上生物量順序?yàn)椋篕4＞K2＞K1＞CK＞K3，其中，K3顯著低于K1、K2和K4（P＜0.05），CK、K1、K2和K4之間差異不顯著；地下生物量順序?yàn)椋篕4＞K3＞K1＞CK＞K2，其中，K4顯著高于其他處理（P＜0.05），CK、K1、K2和K3之間差異不顯著；總生物量順序?yàn)椋篕4＞K2＞K1＞CK＞K3，其中，K4顯著高于其他處理（P＜0.05），CK、K1、K2和K3之間差異不顯著.

圖1 不同鉀肥處理對(duì)菊芋生物量的影響Fig.1 Effects of different potassium fertilizer treatments on the biomass of Jerusalem artichoke

2.2 不同鉀肥處理對(duì)菊芋各器官生物量的影響

由表1可知，K1、K2和K3條件下葉片生物量與CK之間無(wú)顯著差異，最大值為K4處理，且K4顯著高于CK（P＜0.05）；K3條件下花生物量與CK之間無(wú)顯著差異，最大值為K4處理，且K4、K1和K2顯著高于CK（P＜0.05）；隨著施鉀量的增加，根系生物量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，最大值為K4處理，且各處理之間差異不顯著；K1、K2、K3和K4條件下莖生物量均與CK無(wú)顯著差異，最大值為K4處理；K2條件下塊莖生物量顯著低于其他處理（P＜0.05），K1、K3與CK之間無(wú)顯著差異，最大值為K4處理，且K4顯著高于其他處理（P＜0.05）.

表1 不同鉀肥處理對(duì)菊芋各器官生物量的影響Tab.1 Effects of different potassium fertilizer treatments on biomass of Jerusalem artichoke organs g·plant-1

2.3 不同鉀肥處理對(duì)菊芋根冠比和莖葉比的影響

由圖2可知，根冠比隨著施鉀量的增加大體呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，最大值為K3處理，順序?yàn)椋篕3＞K4＞CK=K1＞K2，其中，K3和K4顯著高于CK、K1和K2（P＜0.05），K3和K4之間差異不顯著，CK、K1和K2之間差異不顯著；莖葉比隨著施鉀量的增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，最大值為CK處理，順序?yàn)椋篊K＞K2＞K1＞K3＞K4，但各處理之間差異不顯著.

圖2 不同鉀肥處理對(duì)菊芋根冠比和莖葉比的影響Fig.2 Effects of different potassium fertilizer treatments on root shoot ratio and stem leaf ratio of Jerusalem artichoke

2.4 不同鉀肥處理對(duì)菊芋各器官貢獻(xiàn)率的影響

由表2可知，隨著施鉀量的增加，葉片貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，且各處理之間并無(wú)顯著差異；K2、K3和K4條件下花貢獻(xiàn)率與CK之間差異不顯著，最大值為K1處理，且K1顯著高于CK（P＜0.05）；隨著施鉀量的增加，根系貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，最大值為K3處理，各處理之間并無(wú)顯著差異；K1、K2、K3、K4條件下莖貢獻(xiàn)率與CK之間均無(wú)顯著差異，最大值為K2處理；K1條件下的塊莖貢獻(xiàn)率與CK之間無(wú)顯著差異，K2顯著低于其他處理（P＜0.05），最大值為K4處理，且K4和K3顯著高于CK（P＜0.05）.

表2 不同鉀肥處理對(duì)菊芋各器官貢獻(xiàn)率的影響Tab.2 Effects of different potassium fertilizer treatments on the contribution rate of Jerusalem artichoke organs %

3 討論與結(jié)論

在塊根塊莖類(lèi)植物上，有關(guān)施用鉀肥的研究相對(duì)不多，其中主要以馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）為主，有研究表明，在鉀素匱乏的地區(qū)，適當(dāng)增施鉀肥可以使馬鈴薯的生理生化過(guò)程得到改善，提高光合速率，調(diào)節(jié)酶活性以及生長(zhǎng)代謝，還能增加土壤養(yǎng)分，促進(jìn)土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高產(chǎn)量［18］.在本研究中，增施鉀肥顯著提高了菊芋塊莖產(chǎn)量，且塊莖產(chǎn)量隨著施鉀量的增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，這與李厚華等［19］對(duì)馬鈴薯增施鉀肥的研究結(jié)果一致.但與施春婷等［20］的研究結(jié)果不完全一致，這可能是由于地理氣候因素和施肥量等不同所導(dǎo)致.隨著施鉀量的增加，菊芋的葉片生物量也逐漸增加.光合作用的主要器官是葉片，其生物量的增加必然使光合作用增強(qiáng)，進(jìn)而提高產(chǎn)量.所以，產(chǎn)量提高的主要原因也可能是增施鉀肥提高了葉片生物量.

鉀作為肥料三元素之一，其對(duì)植物物質(zhì)分配規(guī)律的影響非常顯著.孫小花等［21］設(shè)置不同水平探討鉀對(duì)胡麻（Sesamum indicum）花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響，結(jié)果表明，鉀肥使胡麻的物質(zhì)分配規(guī)律發(fā)生了顯著變化.本研究也得出相同結(jié)論，鉀肥對(duì)菊芋的物質(zhì)分配規(guī)律產(chǎn)生了一定影響.在不同供鉀水平下，菊芋的莖稈和塊莖貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)出一定差異，而葉片、花、根系貢獻(xiàn)率之間無(wú)顯著差異.其中，干物質(zhì)主要積累在莖部與葉部，這也與孫小花等［21］的研究結(jié)果一致.此外，除塊莖貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)外，葉片貢獻(xiàn)率、花貢獻(xiàn)率、根系貢獻(xiàn)率以及莖稈貢獻(xiàn)率均隨著施鉀量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì).這也證明鉀素的添加對(duì)植株的影響存在閾值［22］，此閾值可能與植株自身器官數(shù)量變化有關(guān)，還可能與土壤性質(zhì)密切相關(guān)，試驗(yàn)區(qū)土質(zhì)為沙土，其保水保肥能力相對(duì)較差，在短時(shí)間內(nèi)過(guò)度施入鉀肥，植株可能無(wú)法完全吸收，一部分隨灌溉淋溶損失；還可能是因?yàn)橥寥乐锈浰剡^(guò)多，對(duì)根系產(chǎn)生脅迫，使植株的正常吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)功能受到影響.

本研究結(jié)果顯示，增施鉀肥對(duì)于提高菊芋生物量的效果十分顯著，地上生物量、地下生物量和總生物量的最大值均為最大施肥量處理（150 kg·hm-2）；隨著鉀肥施用量的增加，根冠比逐漸升高，莖葉比逐漸降低；除塊莖貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)外，葉片貢獻(xiàn)率、花貢獻(xiàn)率、根系貢獻(xiàn)率以及莖稈貢獻(xiàn)率均隨著施鉀量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì).