黃春燕，張少英，蘇文斌，樊福義，郭曉霞，任霄云，宮前恒

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院特色作物研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031)

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施鉀量對(duì)高產(chǎn)甜菜光合特性、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響

黃春燕1，2，張少英1，蘇文斌2，樊福義2，郭曉霞2，任霄云2，宮前恒2

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院特色作物研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031)

以甜菜品種KWS7156為材料，通過不同施鉀水平的大田試驗(yàn)，研究了施鉀量對(duì)高產(chǎn)甜菜光合特性、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng).結(jié)果表明：施用鉀肥可顯著提高甜菜的株高和葉面積指數(shù)，全生育期甜菜葉片可溶性糖含量呈先升高后降低的趨勢(shì)；鉀肥促進(jìn)了甜菜葉片的凈光合速率，從塊根分化形成期至收獲期，施鉀量90，180，270和360 kg/hm2的處理平均凈光合速率較未施鉀肥的對(duì)照分別提高1.4，3.2，3.8和1.2 μmol/(m2·s)(CO2).全生育期所有處理甜菜植株干重表現(xiàn)為施鉀量270 kg/hm2>360 kg/hm2>180 kg/hm2>90 kg/hm2>0 kg/hm2；甜菜根冠比從塊根分化形成期的0.2上升至收獲期的3.9～4.3，至糖分積累期開始，施鉀量360 kg/hm2的處理根冠比顯著低于90，180和270 kg/hm2的處理.產(chǎn)量與施鉀量的回歸分析得出一元二次肥料效應(yīng)方程y=-0.111x2+59.02x+79 877(R2=0.976)，施鉀肥265.9 kg/hm2甜菜產(chǎn)量可達(dá)到最大.

甜菜(BetavulgarisL.)；株高；葉面積指數(shù)；可溶性糖含量；凈光合速率；植株干重；產(chǎn)量

鉀是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，在植物生長(zhǎng)、代謝、酶活性和滲透調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用.隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機(jī)肥施用的減少，氮、磷肥投入增多，以及高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)新品種的推廣，作物從土壤中帶走的鉀量逐漸增加，土壤鉀素處于不斷耗竭狀態(tài)，缺鉀土壤面積不斷擴(kuò)大.據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)有70%～80%的耕地養(yǎng)分不足，缺鉀耕地占60%左右，農(nóng)田土壤速效鉀年降幅0.58～3.32 mg/kg[1].我國(guó)土壤鉀含量已由南低北高、東低西高的形勢(shì)，轉(zhuǎn)變?yōu)橛赡戏饺狈Φ奖狈饺狈?，由?jīng)濟(jì)作物缺乏到糧食作物缺乏，由高產(chǎn)田缺乏到中低產(chǎn)田缺乏[2].同時(shí)，由于鉀肥價(jià)格較高，農(nóng)民在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中形成了“偏施氮、磷肥，不施或少施鉀肥”的習(xí)慣[3]，農(nóng)田土壤養(yǎng)分比例不平衡，造成肥料利用率低、資源浪費(fèi)現(xiàn)象.因此，進(jìn)行鉀肥適宜用量研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)作物優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)、維持土壤鉀素平衡及實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[4-6].

甜菜是藜科甜菜屬作物，在我國(guó)有100余年的種植歷史[7]，它是一種高產(chǎn)經(jīng)濟(jì)作物，具有較高的增產(chǎn)潛力，是中國(guó)重要的糖料作物之一.以甜菜作為制糖原料生產(chǎn)的食糖約占全球食糖總產(chǎn)量的1/4[7-8].鉀素可促進(jìn)甜菜株高和葉片的生長(zhǎng)[9]，適宜的施鉀量可以促進(jìn)甜菜產(chǎn)量和含糖率的提高[10-12].曲陽等[13]、車萬芹等[14]和宋海洪等[15]的研究表明，施鉀200 kg/hm2，產(chǎn)量可達(dá)29 700 kg/hm2；施用生物鉀肥，產(chǎn)量可達(dá)45 450和41 700 kg/hm2；施鉀180 kg/hm2產(chǎn)量可達(dá)35 658 kg/hm2，且隨施鉀量的增加甜菜凈光合速率增加[13].由于品種特性、栽培水平、病蟲草害防治效果等技術(shù)的改進(jìn)，近年來不斷出現(xiàn)甜菜80 000 kg/hm2以上高產(chǎn)的報(bào)道[16-18]，但關(guān)于施鉀量對(duì)高產(chǎn)甜菜生長(zhǎng)發(fā)育和生理特性的影響研究尚未見報(bào)道.本試驗(yàn)研究了施鉀量對(duì)甜菜產(chǎn)量、干物質(zhì)積累及生理特性的影響，旨在明確鉀肥用量對(duì)高產(chǎn)甜菜的效應(yīng)，以為指導(dǎo)施肥提供科學(xué)依據(jù).

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2013年在呼和浩特市內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)地進(jìn)行，前茬作物為小麥，土壤質(zhì)地為壤土，肥力中等，試驗(yàn)地0～30 cm土壤基礎(chǔ)肥力見表1.試驗(yàn)品種為KWS 7156，種植方式為甜菜膜下滴灌直播栽培.

表1　2013年供試土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)施鉀量處理，分別為施用K2O 0，90，180，270和360 kg/hm2，以K0、K1、K2、K3和K4表示；鉀肥用硫酸鉀(K2O，50%)，按基肥一次性施入土壤.在整地時(shí)，施入尿素和過磷酸鈣作基肥，含N 75 kg/hm2和P2O590 kg/hm2.小區(qū)面積34 m2，10行區(qū)，行長(zhǎng)6.8 m，每處理4次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)；行距50 cm，株距25 cm，保苗密度75 000株/hm2.于4月20日播種，5月1日出苗，由于生育期降水能滿足甜菜生長(zhǎng)需要，全生育期僅灌1次保苗水.其他管理措施參照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)管理水平.

1.2測(cè)定項(xiàng)目與方法

全生育期共取樣5次，分別在2013年6月1日、7月1日、8月1日、9月1日、10月8日，分別代表塊根分化形成期、葉叢快速生長(zhǎng)期、塊根及糖分增長(zhǎng)期、糖分積累期和收獲期[19].每處理每重復(fù)選擇生長(zhǎng)一致的5株甜菜作為調(diào)查對(duì)象，實(shí)測(cè)株高和葉面積，計(jì)算出葉面積指數(shù)(LAI)；植株分為塊根、葉柄和葉片三部分，于105℃殺青30 min，70℃烘干至恒重、稱重，計(jì)算植株干物質(zhì)積累量.

可溶性糖含量測(cè)定：取上述每處理每重復(fù)的甜菜葉片混合樣品，參照文獻(xiàn)[20]的方法進(jìn)行測(cè)定.

應(yīng)用美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400光合測(cè)定儀，在晴天上午9：00～11：00測(cè)定甜菜各生育時(shí)期(倒六葉)的凈光合速率.

于10月8日每處理每重復(fù)收獲4行測(cè)定產(chǎn)量，塊根切削方法按GB/T 10496-2002的規(guī)定執(zhí)行.甜菜產(chǎn)量均高于高產(chǎn)水平80 000 kg/hm2.

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2007整理與作圖，用SPSS17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

2　結(jié)果與分析

2.1施鉀量對(duì)高產(chǎn)甜菜株高的影響

株高是從葉柄基部到整株甜菜頂端葉片最高處的距離[21].從表2可以看出，施鉀量對(duì)甜菜平均株高有較大的影響，葉叢快速增長(zhǎng)期至收獲期表現(xiàn)為K3>K4>K2>K1>K0；K3的株高在四個(gè)生育時(shí)期分別達(dá)到69.1，78.7，70.3和65.1 cm，葉叢快速生長(zhǎng)期和塊根及糖分增長(zhǎng)期K3均顯著高于K0、K1，與K2、K4處理間差異不顯著；糖分積累期K2、K3、K4顯著高于K0；收獲期K3顯著高于其他處理.本研究表明，適宜的施鉀量有利于甜菜株高的增加.

表2　施鉀量對(duì)甜菜株高的影響　cm

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母代表處理間差異顯著(P<0.05)，下同.

2.2施鉀量對(duì)高產(chǎn)甜菜葉面積指數(shù)的影響

從表3可以看出，隨著生育期的進(jìn)行，甜菜葉面積指數(shù)呈先升高后降低的趨勢(shì).葉叢快速增長(zhǎng)期至收獲期施鉀量對(duì)甜菜葉面積指數(shù)的影響較為一致，表現(xiàn)為K3>K4>K2>K1>K0；其中，K2、K3、K4均顯著高于K0，葉叢快速生長(zhǎng)期、收獲期K1也顯著高于K0，表明施鉀促進(jìn)了甜菜葉面積指數(shù)的提高.K0、K1、K2、K4的葉面積指數(shù)，在葉叢快速增長(zhǎng)期分別為K3的80.9%，88.7%，93.6%，97.1%，至收獲期分別下降為60.4%，71.7%，81.5%，87.5%，表明施鉀對(duì)生育中后期甜菜葉面積指數(shù)的影響基本一致，且處理間差異逐漸增加.可能的原因是：施鉀量過少或過多均不利于新葉的生長(zhǎng)，同時(shí)加快了老葉的枯萎、脫落.

表3　施鉀量對(duì)甜菜葉面積指數(shù)的影響

2.3施鉀量對(duì)高產(chǎn)甜菜葉片可溶性糖含量的影響

從表4可以看出，生育期甜菜葉片可溶性糖含量呈低—高—低的變化趨勢(shì)，至塊根及糖分增長(zhǎng)期達(dá)到最大值，然后下降，表明隨著生育前期葉片光合能力的不斷提高，光合產(chǎn)物大量積累，因此作為中間產(chǎn)物的可溶性糖含量也相應(yīng)增加，而隨著甜菜生長(zhǎng)中心的轉(zhuǎn)移，生育后期葉片中合成的碳水化合物大量運(yùn)往塊根，用于塊根根重的增加和含糖率的提高，葉片中可溶性糖含量相應(yīng)減少，這與前人的研究結(jié)果基本一致[22-23].生育期施鉀處理可溶性糖含量不同程度地高于不施鉀肥的處理，方差分析表明，K1、K2、K3、K4均顯著高于K0(除塊根分化形成期和糖分積累期K1外).

表4　施鉀量對(duì)甜菜葉片可溶性糖含量的影響　mg/g

2.4施鉀量對(duì)高產(chǎn)甜菜葉片凈光合速率的影響

光合作用是作物干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，提高葉片凈光合速率是甜菜高產(chǎn)的重要途徑之一.由表5可見，全生育期甜菜凈光合速率呈低—高—低變化，塊根及糖分增長(zhǎng)期>糖分積累期>葉叢快速生長(zhǎng)期>塊根分化形成期、收獲期.鉀肥對(duì)甜菜葉片凈光合速率有明顯的促進(jìn)作用，從塊根分化形成期至收獲期K1、K2、K3、K4的平均凈光合速率較K0分別提高1.4，3.2，3.8，1.2 μmol/(m2·s)(CO2)，其中，K3較K0凈光合速率提高最多，從塊根分化形成期至收獲期分別提高2.7，4.1，4.3，4.3，3.3 μmol/(m2·s)(CO2)，表明適宜的施鉀量有利于甜菜凈光合速率的提高.

表5　施鉀量對(duì)甜菜凈光合速率的影響　μmol/(m2·s)(CO2)

2.5施鉀量對(duì)高產(chǎn)甜菜植株干重的影響

由表6可見，隨著甜菜的生長(zhǎng)，所有處理甜菜植株干重均呈增加的趨勢(shì).生育期甜菜植株干重基本表現(xiàn)為K3>K4>K2>K1>K0；葉叢快速生長(zhǎng)期K3顯著高于K0，塊根及糖分增長(zhǎng)期、糖分積累期K1、K2、K3、K4均顯著高于K0，收獲期K2、K3、K4顯著高于K0，表明鉀肥促進(jìn)了甜菜植株干物質(zhì)的積累.本研究中，K3處理甜菜植株干重最大.

表6　施鉀量對(duì)甜菜植株干重的影響

甜菜根冠比從塊根分化形成期的0.2上升至收獲期的3.9～4.3，表明隨著甜菜的生長(zhǎng)，植株干物質(zhì)分配給塊根的比例增加，分配給葉柄和葉片的比例逐漸減少.從糖分積累期開始，K4根冠比顯著低于K1、K2和K3，表明適宜的施鉀量促進(jìn)了生育中后期甜菜光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)，而過量施鉀反而抑制了葉片營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向塊根的轉(zhuǎn)運(yùn).

2.6施鉀量對(duì)高產(chǎn)甜菜產(chǎn)量的影響

圖1　施鉀量對(duì)甜菜產(chǎn)量的影響

K0，K1，K2，K3，K4的產(chǎn)量分別為80 151.7，83 793.1，86 712.6，88 393.1和86 321.8 kg/hm2，施鉀處理較K0分別增產(chǎn)4.5%，8.2%，10.3%和7.7%(見圖1).隨著施鉀量的增加，產(chǎn)量呈先升高后下降的趨勢(shì)，除K2與K4之間差異不顯著外，其他處理間差異均顯著.表明適宜的施鉀量有利于甜菜產(chǎn)量的增加，過多施鉀一方面抑制了產(chǎn)量的進(jìn)一步提高；另一方面又造成了鉀肥資源的浪費(fèi).

指數(shù)回歸分析、線性回歸分析、對(duì)數(shù)回歸分析、多項(xiàng)式回歸分析、冪回歸分析、移動(dòng)平均回歸分析通常均可用于作物產(chǎn)量和施肥量關(guān)系的趨勢(shì)預(yù)測(cè)[24].本研究選擇擬合度最高的多項(xiàng)式回歸分析[25]，進(jìn)行甜菜產(chǎn)量與施鉀量的擬合，得出一元二次肥料效應(yīng)方程：y=-0.111x2+59.02x+79 877(R2=0.976)(見圖1)，表明產(chǎn)量與施肥量之間高度相關(guān)；利用方程計(jì)算得出最高產(chǎn)量的施肥量是265.9 kg/hm2，最高產(chǎn)量可達(dá)87 722.41 kg/hm2.

3　討論

株高反映了作物的長(zhǎng)勢(shì)，其高低與作物光合生產(chǎn)以及干物質(zhì)積累有著極為密切的關(guān)系[26].本研究中，在塊根及糖分增長(zhǎng)期株高達(dá)到最大值，此時(shí)葉面積指數(shù)也最大，這一時(shí)期是自甜菜封壟至單株葉面積達(dá)到最大到開始下降的時(shí)期，是葉片生理代謝活動(dòng)最旺盛的時(shí)期[27].研究表明，施鉀顯著促進(jìn)了甜菜株高和葉面積指數(shù)的增加，而葉片是光合作用的主要器官，高的葉面積指數(shù)有利于充分利用光能進(jìn)行物質(zhì)合成[26].隨著甜菜的生長(zhǎng)，各處理間葉面積指數(shù)差異逐漸增加，對(duì)干物質(zhì)積累的影響也逐漸增加.

本研究中，所有處理葉片可溶性糖含量均呈先升高后降低的趨勢(shì)[22-23]，且施鉀處理可溶性糖含量不同程度地高于不施鉀處理，表明鉀肥可提高甜菜葉片可溶性糖含量，有利于葉片光合能力的增強(qiáng)和光合作用的持續(xù)穩(wěn)定，為塊根發(fā)育提供了“源”的支撐，同時(shí)促進(jìn)了光合產(chǎn)物向塊根的轉(zhuǎn)運(yùn)，即增強(qiáng)了“庫(kù)”的活力和“流”的通暢，提高了塊根“庫(kù)”的強(qiáng)度，促進(jìn)了光合產(chǎn)物由葉片向產(chǎn)品器官的運(yùn)輸，提高了干物質(zhì)在產(chǎn)品器官中的分配比例，這與前人對(duì)玉米[28]、小麥[29]、瓜爾豆[30]和甘薯[31]等作物的研究結(jié)果基本一致.

Fathy等[32]、El-Kholy等[33]和曲陽等[34]的研究表明，施鉀促進(jìn)了甜菜的葉光合速率和光合產(chǎn)物從葉到塊根的運(yùn)輸.本研究中，適宜的施鉀量甜菜的平均凈光合速率最高，植株干重最大.隨著甜菜的生長(zhǎng)，塊根的干物質(zhì)分配比例逐漸升高，為產(chǎn)量的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，而葉片和葉柄的干物質(zhì)分配比例則逐漸降低；同時(shí)，生育后期K4處理的根冠比較其他施肥處理低，表明施鉀過多反而降低了光合產(chǎn)物向塊根的轉(zhuǎn)運(yùn).

合理施肥是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)的主要措施之一，前人已進(jìn)行了較多的施鉀量對(duì)作物產(chǎn)量影響的研究[35-37]，結(jié)果表明，鉀肥對(duì)作物高產(chǎn)有重要作用，但鉀肥用量需在適宜范圍內(nèi)才能充分發(fā)揮作物最大生產(chǎn)潛力[25].在本試驗(yàn)條件下，所有處理產(chǎn)量均高于80 000 kg/hm2，實(shí)現(xiàn)了甜菜的高產(chǎn)目標(biāo)，利用一元二次肥料效應(yīng)方程得出，施鉀量265.9 kg/hm2可達(dá)到最大理論產(chǎn)量.

4　結(jié)論

全生育期甜菜株高、葉面積指數(shù)、可溶性糖含量和凈光合速率均在塊根及糖分增長(zhǎng)期達(dá)到最大值，不同處理間變化幅度分別在71.2～78.7 cm，5.2～7.1，58.8～100.2 mg/g和21.4～25.78 μmol/(m2·s)(CO2).鉀肥對(duì)甜菜的生長(zhǎng)發(fā)育影響非常顯著，適宜的施鉀量促進(jìn)了植株干重和塊根干物質(zhì)分配比例的增加，為產(chǎn)量的提高提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，最適宜甜菜生長(zhǎng)的鉀肥施用量是265.9 kg/hm2.

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(責(zé)任編輯：方林)

Effects of potassium fertilizer on main physiological characteristics，dry matter accumulation and yield of high yield sugar beet

HUANG Chun-yan1，2，ZHANG Shao-ying1，SU Wen-bin2，F(xiàn)AN Fu-yi2，GUO Xiao-xia2，REN Xiao-yun2，GONG Qian-heng2

(1.Agriculture College，Inner Mongolia Agriculture University，Hohhot 010019，China；2.Special Crops Institute，Inner Mongolia Academy of Agriculture and Animal Husbandry Sciences，Hohhot 010031，China)

In order to evaluate the effects of different potassium levels on photosynthesis characteristics，dry matter accumulation and yield of high yield sugar beet，a field experiment was carried out.A sugar beet cultivar，KWS7156，was used.The results indicated that potassium fertilizer can significantly increase the sugar beet plant height and leaf area index，and the leaf carbohydrates content increased first and then decreased during the whole growth period； Potassium fertilizer promoted the net photosynthetic rate，and the average net photosynthetic rate of K2O 90，180，270 and 360 kg/hm2was increased by 1.4，3.2，3.8 and 1.2 μmol/(m2·s)(CO2) than 0 kg/hm2from root differentiating and forming stage to harvest stage.Plant dry matter showed K2O 270 kg/hm2>360 kg/hm2180 kg/hm2>90 kg/hm2>0 kg/hm2during the whole growth stage； Root to shoot ratio was increased from 0.2 to 3.9～4.3 during the whole growth stage，and K2O 360 kg/hm2was significantly lower than 90，180，and 270 kg/hm2beginning with sugar content accumulated stage.Regression analysis of yield and potassium estimate the unary quadratic equation：y=-0.111x2+59.02x+79 877(R2=0.976)，and sugar beet yield can reach the maximum while the application of potassium fertilizer is 265.9 kg/hm2.

sugar beet(BetavulgarisL.)； plant height； leaf area index； carbohydrates content； net photosynthetic rate； plant dry matter； yield

1000-1832(2016)03-0120-06

2015-07-16

國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(CARS-210302，CARS-210304)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31260347)；內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院青年創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(2014QNJJN08).

黃春燕(1986—)，女，博士研究生，主要從事植物栽培與生理研究；通信作者：張少英(1963—)，女，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要從事植物生理學(xué)和分子生物學(xué)研究.

Q 945.3[學(xué)科代碼]180·5140

A

[DOI]10.16163/j.cnki.22-1123/n.2016.03.023