钾对马铃薯生长发育及产量、品质影响的研究进展

易九红1,刘爱玉2,王云高3,邓力超1,李　立1,周　虹1,黄艳岚1(1湖南省作物研究所,长沙410125;2湖南农业大学棉花研究所,长沙410128;3湖南省马铃薯脱毒快繁中心,长沙410219)摘　要:钾是作物生长必需元素,在维持细胞内物质正常代谢、酶活性增加,促进光合作用及其产物的运输和蛋白质合成等生理生化功能方面发挥着重要作用。综述了钾对马铃薯生长发育进程及产量、品质形成的影响,总结了不同钾源对马铃薯的影响,并进行了展望。关键词:马铃薯;钾营养;施肥;产量;品质中图分类号:S532.062 文献标识码:A 文章编号:1001-5280(2010)01-0060-05

ResearchProgressonEffectsofPotassiumApplicationonGrowth,YieldandQualityofPotatoYIJiu-hong1,LIUAi-yu2,WANGYun-gao3,DENGLi-chao1,LILi1,ZHOUHong1,HUANGYan-lan1(1HunanCropResearchInstitute,Changsha,Hunan410125,China;2InstituteofCottonScience,HunanAgriculturalUniversity,Changsha,Hunan410128,China;3HunanPotatoDevirusingandMassPropagatingCenter,Changsha,Hunan410219,China)Abstract:Potassiumisanessentialelementforcropgrowth,whichplaysanimportantroleinmaintainingnormalmaterialmetabolism,increasingenzymeactivity,promotingphotosynthesisandtransportationofphotosynthate,promotingproteinsynthesis.Inthisarticle,effectsofpotassiumongrowthanddevelopment,yieldandqualityofpotatoweresummarized,andtheresearchdirectionswereprospected.Keywords:Potato;Potassiumnutrition;Yield;Quality

马铃薯是需钾量较大的作物。而我国耕地土壤普遍缺钾,缺钾土壤约占全国耕地面积的23%[1];我国钾资源也相对短缺,钾肥年产量不足消费量的10%[2],使得钾肥供需矛盾突出。特别是近几十年来,由于化学肥料迅速普及、单产水平不断提高、钾肥施用量不足、有机肥施用量不断减少,导致中国农田养分收支失衡,钾素严重亏缺,表现为土壤钾含量下降,缺钾面积和施钾有效地区不断扩大。钾素的亏缺已是一个近乎全国性的严重问题[3],严重地限制了作物产量提高和品质改善。本文总结并评述了钾营养对马铃薯生长发育及产量、品质的影响,旨在借鉴已有的研究成果和经验,为

收稿日期:2009-12-21作者简介:易九红(1979-),男,安徽怀远人,博士,主要从事薯类栽培与育种,Email:yijiuhong2009@126.com。基金项目:湖南省农科院创新项目(2009hnnkycx26)。探明马铃薯钾营养机制及遗传改良奠定基础,并为优质马铃薯标准化高产栽培提供科学理论参考。1　马铃薯的吸钾特性钾参与植株体内一系列生理生化过程,在生长、代谢、酶活性调节和渗透调节中发挥着重要作用[4]。马铃薯对氮磷钾的吸收比例为N∶P2O5∶K2O=1∶0.175∶2.142[5],其中以钾吸收量最大。每生产1000kg马铃薯块茎需吸收9.2kgK2O[6];在优化栽培条件下,马铃薯成熟期叶片、地上部分和块茎的钾素分配率分别为10%～20%,10%～20%,60%～70%[7]。刘克礼等试验表明,马铃薯对钾营养的吸收速率呈双峰曲线,峰值分别出现在块茎增长初期和淀粉积累期,且以淀粉积累期的吸收速率最高(149.73mg/株・d)、累积量最大(6.899g/株);在块茎形成以后,块茎中钾营养累积量不断上升,一直到成熟期的68%钾素转移到块茎中[8]。可见,大多数钾营养都分配到块茎中,块茎是钾60作物研究 CROPRESEARCH 2010,24(1)素的最终贮藏器官[9]。2　钾对马铃薯生长发育进程的影响2.1　钾对马铃薯农艺性状的影响马铃薯蕾花果脱落的一般规律为落蕾多于落花,落花多于落果;不同花序和同一花序不同位置上的蕾花果脱落也不相同。若花蕾发育过程中四分体以前花序和浆果发育过程中胚形成前浆果的钾营养状况供应不足会严重影响花蕾和浆果的发育,甚至导致蕾花果的大量脱落[10]。钾素对马铃薯营养生长具有明显促进作用,但供钾量过高也不利于其正常生长。李玉影在盆栽条件下探讨了马铃薯需钾特性及钾肥效应后指出,团棵期施钾处理(0.2,0.3,0.5g/kg)的株高分别较对照增加1.5,3.2,4.8cm,鲜重分别增加18.7,15.5,0.7g;盛花期施钾株高增加了2.7,5.0,-1.2cm,鲜重增加了40.2,79.9,27.1g[11]。周春军等研究了不同钾肥和磷肥施用量及品种对稻草覆盖马铃薯产量及主要农艺性状的影响,结果表明,不同供钾水平下马铃薯地上部干重、株高、茎粗及根系干重均无显著差异[12]。2.2　钾对马铃薯部分生理指标的影响钾是植物体主要的矿质元素,在植物体内不形成稳定的化合物,因而移动性很强,具有随生长中心的转移而转移的特点[13],即植物体内的钾可以反复利用。叶绿素含量反映单位叶面积的光合单位数,可衡量植株光合作用能力强弱和衰老程度[14]。张宝林等研究了马铃薯在不同密度及施肥处理下叶片叶绿素含量的变化后指出,马铃薯叶片叶绿素含量在整个生育期内呈双峰曲线,峰值出现在块茎形成期和淀粉积累期;施钾可提高叶片叶绿素含量[15]。郭志平研究发现,于苗期、发棵期、块茎形成期、块茎膨大期追施钾肥,马铃薯“克新4号”的叶片净同化率分别较对照(不追施钾肥)提高了13.55%,21.70%,24.92%,14.15%;根系活力分别增加了7.98%,10.88%,17.66%,11.11%;叶绿素含量增加了12.25%,16.23%,19.54%,17.88%,说明块茎形成期追施钾肥最能改善马铃薯植株的生理活性[16]。夏更寿等连续两年以中薯3号为材料研究了不同生育时期追施钾肥对马铃薯产量及相关性状的影响,结果表明,各生育时期(苗期、块茎形成期、块茎膨大期)追施钾肥中,以块茎形成期效果最显著,此期的叶面积系数、叶绿素含量、净同化率、淀粉含量、干物质量分别较对照提高了16.89%,18.24%,23.83%,15.46%,10.02%[17]。陈光荣等试验表明,施钾能显著(p<0.05)增加马铃薯叶片气孔导度、蒸腾速率及光合速率,但增加幅度受土壤水分胁迫的影响[18]。吴晓梅报道,在使用氮磷及农家肥的基础上,不同供钾处理(90,140,190,240kg/hm2)的马铃薯淀粉含量分别较对照提高了4.10%,7.38%,8.20%,9.02%;叶绿素含量分别提高了9.58%,14.70%,16.93%,18.53%;叶面积系数分别提高了4.11%,7.40%,8.49%,9.04%;净同化率提高了14.30%,18.91%,22.64%,25.99%[19]。3　钾对马铃薯产量、品质形成的影响3.1　钾对马铃薯产量及其构成因素的影响马铃薯是典型的喜钾作物,土壤速效钾含量与其产量呈极显著正相关[20],提高土壤速效钾含量对增加马铃薯产量有重要作用,且钾对马铃薯产量的影响主要是通过结薯个数增多和大中薯率比例提高来实现的[21,22]。徐永强等指出,马铃薯施钾较对照的单株产量增加45.2～72.7g,单株结薯数增加2.0%～5.1%,单薯平均重增加14.9%～23.4%,大薯率提高6.2%～10.6%,而小薯率则下降了7.6%～13.3%[23]。于天富指出,大同地区马铃薯每公顷施钾37.5,75.0,112.5,150.0kg,分别比对照增产12.8%,15.7%,18.7%,15.3%[24]。罗国亮等开展了不同硫酸钾施用量(150,300,450kg/hm2)对马铃薯影响的对比试验,结果表明,各供钾水平的产量分别较对照增产2.35%,12.2%,14.1%[25]。宋家宝研究表明,无氮肥配施的条件下,增施钾肥对马铃薯产量影响不大;而在纯N为225kg/hm2基础上随着供钾水平提高产量增加,在供钾(K2O)量为183.75kg/hm2时,鲜薯产量达到最高(39000kg/hm2)[26]。段玉等连续6年的马铃薯肥效试验表明,增施钾肥利用率在38.3%～92.6%之间,平均为49.8%;每千克K2O增产马铃薯35.9kg[27]。蒋富友等研究认为,不同时期施用钾肥对提高脱毒马铃薯产量效果均明显,尤以作底肥增产效果最为显著,较对照增产60.46%[28]。张翔宇等研究了氮磷钾不同施肥量对马铃薯生育及产量的影响,结果表明,对马铃薯产量影响的大小程度依次为钾肥>氮肥>磷肥[29]。这和孙继英的研究结果(N>K>P)不一致[30]。大量研究结果表明,钾肥使用量过高或过低都会导致产量下降[31,32],且钾胁迫降低块茎产量主要与块茎中水分含量减少有关[33]。郑元红等报道了在满足氮、磷营养元素的前提下,脱毒马铃薯产量随着供钾量的增加而提高,但增加到一定程度后又下降[34]。魏学贞等试验研究了引黄灌区不同施钾量对地膜马铃薯产量的影响后指出,高钾区产量显著(p<0.05)优于无612010年第24卷第1期 作物研究 CROPRESEARCH 钾区,但供钾量超过135kg/hm2时产量则不再增加[35]。张朝春等探讨了改变氮、磷、钾肥用量对马铃薯营养状况、块茎产量的影响后指出,纯N,P2O5,K2O分别从常规用量300,345,375kg/hm2减少为180,180,225kg/hm2,对马铃薯地上部生物量和氮、磷、钾的养分浓度及吸收量无明显影响,说明过量施肥会造成植株对养分的奢侈吸收[36]。3.2　钾对马铃薯品质的影响甘薯是一种淀粉作物,其品质在很大程度上取决于淀粉含量及其特性。刘宝等比较研究了大同地区喜钾作物的钾肥肥效后指出,钾肥(KCl)对马铃薯增产率为8%～20%,但对马铃薯品质影响不大[37]。殷文等以马铃薯“克新1号”为材料,研究了不同供钾量对产量及品质的影响后指出,块茎可溶性淀粉含量在供钾量为75,150,225,300,375kg/hm2时分别较对照(不施钾)增加了0.68%,2.27%,5.29%,4.23%,-1.66%,可见适量施钾可提高马铃薯淀粉含量,但随着供钾水平进一步提高,淀粉含量呈下降趋势,在供钾量225～300kg/hm2间达到最高值;而Vc含量则呈下降趋势[38]。郑若良报道了N∶K2O比增加时,马铃薯生育进程延长,健康态势降低,块茎蛋白质含量升高;当N∶K2O比下降时,块茎干物质、淀粉、还原糖、总糖和Vc等含量趋于增加;当两者比为2∶3时,马铃薯产量和商品率最高[39]。4　不同钾源对马铃薯的影响传统观念认为,马铃薯是“喜钾忌氯”作物,即施用硫酸钾比氯化钾更有利于马铃薯生长[40]。但马国瑞等研究发现,随着施用含氯肥料量的增加,薯类体内的含氯量的提高并未影响其对磷、钾的吸收[41]。刘长庆报道了氯化钾处理的马铃薯株高、大中薯率、产量较硫酸钾处理分别增加了1.4cm,3.3%,615kg/hm2,而淀粉含量下降了0.3%[42]。这和杨进荣[43]和崔云玲[44]的研究结果基本一致。朱红研究后指出,在氯离子量少的情况下,对马铃薯生长没有影响或影响不明显;当氯化钾施用量增加到一定值后,氯离子对马铃薯才表现负面影响[45]。徐德钦通过2年的试验研究了增施钾肥对马铃薯产量及相关性状的影响,结果表明,施用适当的氯不仅有利于增加作物的产量,而且能提高品质[46]。刘汝亮等探讨了两种钾源对马铃薯养分累积和产量的影响,结果表明,氯化钾(<90kg/hm2)不会对马铃薯产生负面影响,硫酸钾和氯化钾处理产量分别较对照增加7.1%和12.0%,淀粉含量分别较对照提高了9.4%和14.5%[47]。5　研究展望钾营养有利于碳水化合物的合成和运输,有利于较好地协调淀粉合成的源库关系,可促进淀粉的累积。邹铁详等研究得出,施钾明显提高了花后小麦籽粒中可溶性淀粉合成酶(SSS)和束缚态淀粉合成酶(GBSS)的活性,提高了直链淀粉和淀粉产量,但降低了总淀粉和支链淀粉含量[48]。阴卫军等也报道了施钾不利于高淀粉玉米支链淀粉和总淀粉的积累,而基施450kg/hm2钾肥对增加直链淀粉含量有一定作用[49]。徐大勇等报道了钾肥施用量增加,各品种稻米均表现出直链淀粉含量呈上升趋势[50]。而张玲等试验结果表明,施钾在杂交籼稻B优827生育前期可提高SSS和GBSS活性,而后期则抑制两者的活性[51]。李友军等研究认为,在氮磷钾三要素中,施钾增加小麦籽粒淀粉含量效果最为明显,尤其是提高籽粒中支链淀粉的含量[52]。戴双等通过对小麦品种济南17的研究也指出,增施钾肥降低了面粉中直链淀粉含量,而支链淀粉和总淀粉含量显著上升[53]。Noda等研究发现,不同施肥水平对甘薯淀粉特性的影响很小[54]。陆国权等则认为,甘薯钾肥效应存在着基因型差异,有的品种施钾后淀粉率降低,而有些品种淀粉率因施钾而升高或影响不大[55]。关于钾对淀粉积累的影响有待于进一步研究。不同作物或同一作物的不同品种(品系)吸收和利用钾素的能力差异十分显著[56～58]。而作物钾营养性状的变异是在长期进化中逐渐形成的,且受遗传基因控制[59],这表明利用基因工程技术提高钾素的吸收和利用效率,改良钾营养性状,筛选和培育钾高效基因型品种在理论上具有可行性。钾营养高效品种在环境供钾能力较低的情况下对钾肥的依赖程度小,能更有效地从土壤中吸收钾素并向地上部运转[60],且钾高效基因型还可以通过调整钾在植株体内的分配来提高有限钾的利用效率、获得较高的产量。近年来,选择培育和利用作物钾营养高效基因型品种以挖掘土壤钾素潜力的研究越来越受到关注。深入研究不同作物基因型对钾营养的吸收与转运机制,利用我国现有的种质资源筛选耐低钾基因型,挖掘优良种质资源,进行作物钾营养性状遗传改良,以生物资源替代不可更新的矿产资源,对充分利用作物高效吸收土壤难溶性钾的能力,提高土壤钾素和钾肥的利用率,是缓解我国钾素资源短缺的一条有效途径[61],对确保农业高效、持续、健康发展具有重要意义。62作物研究 CROPRESEARCH 2010,24(1)