有機肥施用對粉葛干物質和養分積累與分配的影響

王斌強 ，黃尚書 ，林小兵 ，王馨悅 ，成艷紅 ，黃欠如 ，葉常茂 ，李坤 ，何紹浪

（1.江西省紅壤及種質資源研究所 ∕ 江西省紅壤耕地保育重點實驗室 ∕ 農業農村部江西耕地保育科學觀測實驗站, 江西南昌 330046； 2.贛州生態環境工程投資有限責任公司, 江西 贛州 341000； 3.九江市農業科學院, 江西 九江 332000）

0 引言

粉葛（Pueraria thomsoniiBenth.）為豆科多年生落葉藤本植物，是一種藥食同源作物。我國有著悠久的葛栽培及利用歷史，在《詩經》《農政全書》均有記載[1]。隨著人們對健康生活的追求，鮮葛和葛粉等需求量越來越大，粉葛種植面積也隨之增加[2]。據調查，江西省2019 年粉葛種植面積3 萬畝左右[3]，但粉葛大面積種植歷史很短，一般利用紅壤旱地，存在著經驗施肥、少施或過量施用肥料，不注重有機肥的施用，導致土壤板結、酸化加劇、土壤生物多樣性降低等問題[4-5]。研究表明，有機無機肥配施有利于馬鈴薯、甘薯等塊根、塊莖作物高產穩產和養分的吸收，有利于提高肥料利用率，培肥土壤[6-11]。在等氮量施入條件下，有機無機肥配施對作物的增產效果更為顯著，可增產4% ～ 20%，最高可達60%[12-13]。減施化肥并配施適量生物有機肥能夠促進作物生長，提高根系活力，但過量減施不利于作物生長[14]。有機肥和化肥配施可顯著提高甘薯葉片葉綠素含量和光合速率，但對產量的增產效應因品種和土質等不同而存在差異[15]。由于粉葛生育期長，生長量較大，生產上易施肥過量導致植株營養失調，故掌握植株不同生育期干物質積累量和養分吸收、分配規律，確定合理配施方案，充分發揮其互作效應是提高肥料利用率的關鍵因素[16-17]。但是，粉葛種植如何進行有機無機肥配置，最大限度的提高粉葛產量，改善土壤肥力是人們一直以來關注的問題，且當前在國內鮮見相關研究報道。本研究以“贛葛1 號”為試材，采用大田試驗，設置3 種施肥處理，研究不同有機無機肥料配施對江西省水田粉葛干物質、養分積累與分配的影響，以期探索有機無機肥料配施應用技術效果，進而為粉葛合理施肥提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2020 年在江西省宜春市樟樹市洲上鄉（115°26'34"4688 E，28°1'51"4344 N）進行。該區域為中亞熱帶，年均氣溫17.7 ℃，年降水量1 710.7 mm，≥10 ℃積溫5 585.0 ℃，無霜期273 d 左右，水、溫、光、熱資源豐富，適宜大多數農作物生長。供試土壤為沙壤土，0 ～ 20 cm 土壤基本理化性質：pH 5.23、有機質含量為33.2 g·kg-1、堿解氮含量為171 mg·kg-1、有效磷含量為51.4 mg·kg-1、速效鉀含量為125 mg·kg-1、全氮含量為1.91 g·kg-1、全磷含量為0.83 g·kg-1、全鉀含量為19.8 g·kg-1。

1.2 試驗設計

本試驗設3 個基肥處理，單施化肥（CK）：K2SO4型三元復合肥（N、P2O5、K2O 各含15%，下同）1 500 kg·hm-2；單施有機肥（OM）：商品有機肥13 500 kg·hm-2（有機質≥70%，有效活菌5 億·g-1，NPK 含量5%，下同）；有機無機配施（CM）：商品有機肥6 750 kg·hm-2＋三元復合肥750 kg·hm-2。采用大區設計，于2020 年3 月10 日覆膜移栽，面積為600 m2（20 m×30 m），種植壟距1.5 m，壟面寬0.4 m，每壟種1 行，株距0.40 m，栽插密度1.65 萬株·hm-2，所有肥料于起壟前均勻撒施土表，然后翻混入0 ～ 20 cm 土層內。生物有機肥由江西琦根農業有限公司生產，復合肥為五禾生態肥業有限公司生產。

1.3 樣品采集與分析

于5 月30 日（伸長期）、9 月3 日（膨大期）、12 月2 日（采收期）每小區分別取5 株樣。將植株分為塊根、葛頭、主藤、側枝、葉片5 個部位，分別進行測定。將塊根和葛頭切成片，主藤、側枝、葉片分開包扎，于烘箱內105 ℃殺青20 min，80 ℃烘至恒重，冷卻至室溫后測干質量。將每個處理的塊根、葛頭、主藤、側枝、葉片分別充分混合，用四分法縮分至200 g 左右，磨碎并過0.25 mm 篩。采用硫酸-過氧化氫消煮、全自動定氮儀測植物全氮，分光光度法測植物全磷，火焰原子吸收分光光度法測植物全鉀。

采用Excel 2007 軟件、DPS 7.05 軟件進行統計分析，并運用Duncan 新復極差法對顯著性差異（P＜ 0.05）進行檢驗，利用Origin 2021 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對粉葛各生育期干物質積累的影響及分布特征

從表1 可以看出，與CK 相比，OM、CM 在伸長期、膨大期粉葛干物質總積累量差異顯著，在采收期差異不顯著，OM 分別降低11.3%、27.8%、12.8%，CM 分別降低了9.51%、22.6%、2.33%。與CK 相比，OM、CM 塊根干物質積累量在伸長期、膨大期顯著降低，分別降低了40.7%、30.5%和33.4%、22.1%（P＜ 0.05），但在采收期的塊根干物質積累量OM 降低了5.18%、CM 提高了10.3%，差異均不顯著。再從粉葛地上部干物質積累量來看，與CK 相比，OM 分枝、葉片干物質積累量在整個生育期均較低，分別降低了2.74% ～ 28.3%和6.28% ～ 32.6%；CM 分枝、葉片干物質積累量在整個生育期均降低，分別降低了21.9% ～ 29.2%和4.66% ～ 30.7%。

表1 不同施肥處理對粉葛各生育期干物質積累量的影響Table 1 Effects of different fertilizer treatments on dry matter accumulation at different growth stages of Pueraria thomsonii Benthkg·hm-2

2.2 不同施肥處理粉葛的各生育期干物質分配特征

由圖1 可知，粉葛伸長期各處理干物質在不同器官中的分配比例表現出葉片（43.0% ～ 45.4%）＞ 分枝（9.43% ～ 13.3%）＞ 主藤（16.7% ～ 18.2%）＞ 葛頭（15.0% ～ 18.0%）＞ 塊根（8.13% ～ 12.2%），表明伸長期粉葛干物質積累主要集中在葉片。再從不同處理粉葛干物質在各器官分配比例來看，OM、CM 處理塊根干物質分配比例較CK 分別顯著降低33.5%、26.4%（P＜ 0.05）；在葛頭、葉片干物質分配比例較CK 分別提高5.55% ～ 20.0%，但差異均不顯著。

圖1 不同施肥處理粉葛干物質分配特征Fig. 1 Dry matter distribution characteristics from different fertilizer treatments of Pueraria thomsonii Benth

從圖1 還可看出，粉葛膨大期各處理干物質在不同器官中的分配比例表現出塊根（33.1% ～ 34.5%）＞分枝（28.0% ～ 31.1%）＞ 葉片（21.8% ～ 22.3%）＞ 主藤（8.89% ～ 10.3%）＞ 葛頭（3.90% ～ 4.94%）的趨勢，表明膨大期粉葛干物質逐漸向塊根轉移。不同處理間干物質分配比例在各器官中的差異均不顯著。

再從粉葛采收期干物質在各器官中的積累來看，各處理塊根干物質分配比例高達55.1% ～ 62.0%，表明采收期粉葛干物質向塊根集中積累。與CK 相比，OM、CM 塊根分配比例顯著升高，分別提高了8.53%和12.5%；葛頭干物質分配比例為4.43% ～ 6.41%，OM 顯著高于CK、CM（P＜ 0.05）；主藤分配比例為5.38% ～ 6.42%，各處理間差異不顯著；分枝分配比例為16.7% ～ 20.7%，各處理間差異不顯著；葉片分配比例為10.2% ～ 14.3%，CK 顯著高于OM、CM。

2.3 不同施肥處理對粉葛N 積累量的影響

由表2 可知，不同施肥處理對粉葛各器官的N 積累趨勢無影響，所有試驗處理除CM 葉片外的N 積累量在粉葛伸長期、膨大期、采收期均呈上升趨勢，且在采收時積累量達最大值。與CK 相比，OM 處理各時期的總N 積累量分別減少了4.12% ～ 31.1%；OM 在膨大期、采收期分枝、葉片的N 積累量顯著降低，分別減少了32.4%、30.9%和28.6%、35.1%（P＜ 0.05）；但在采收期OM 顯著提高了N 在塊根中的積累，提高了27.5%（P＜ 0.05）。與CK 相比，CM 處理各時期的總N 積累量分別減少了5.76% ～ 24.2%；CM顯著降低了伸長期、膨大期、采收期的分枝、葉片N 積累量，分別減少了26.0% ～ 36.2%和17.3% ～39.6%；CM 顯著提高了采收期塊根N 積累量，提高了25.3%（P＜ 0.05）。

表2 不同施肥處理對粉葛N 積累量的影響Table 2 Effects of different fertilizer treatments on N accumulation of Pueraria thomsonii Benthkg·hm-2

2.4 不同施肥處理對粉葛P 積累量的影響

由表3 可知，不同施肥處理對粉葛各器官的P 素積累趨勢無影響，所有試驗處理的塊根、葛頭P 素積累量在粉葛3 個時期內均呈現上升趨勢，且在采收期積累量達到最大值；各試驗處理主藤、分枝、葉片的P 積累趨勢呈現先升高后降低趨勢，在膨大期達到最大值。與CK 處理相比，含有機肥處理OM、CM的塊根在伸長期、膨大期P 積累量顯著降低，分別減少了40.6%、42.8%和29.6%、4.40%（P＜ 0.05）；在采收期分別增加了9.68%、17.5%，但差異不顯著；OM、CM 顯著降低了采收期的分枝、葉片P 積累量，分別減少了33.2%和32.9%（P＜ 0.05）。

表3 不同施肥處理對粉葛P 積累量的影響Table 3 Effects of different fertilizer treatments on P accumulation of Pueraria thomsonii Benthkg·hm-2

2.5 不同施肥處理對粉葛K 積累量的影響

由表4 可知，不同施肥處理對粉葛各器官的K 素積累趨勢無影響，所有試驗處理的塊根、葛頭K 積累量在粉葛3 個時期內均呈現上升趨勢，且在采收期積累量達到最大值；各試驗處理主藤、分枝、葉片的K 積累趨勢呈現先升高后降低趨勢，在膨大期達到最大值。地上部各器官K 素積累量分別減少了8.07% ～ 33.3%（采收期葛頭除外，提高了4.03%）；與CK 處理相比，OM 處理的塊根在伸長期、膨大期、采收期K 積累量顯著降低，分別減少了40.9%、30.0%、4.08%（P＜ 0.05）；OM 在膨大期、采收期分枝、葉片的K 積累量顯著降低，分別減少了17.7%、31.0%和28.8%、33.3%（P＜ 0.05）。CM 處理的塊根在伸長期、膨大期K 素積累量顯著降低，分別減少了33.1%、20.8%，而在采收期K 素積累量提高了10.5%，但差異不顯著；CM 在伸長期、膨大期、采收期分枝、葉片的K 積累量顯著降低，分別減少了29.2% ～31.9%和16.9% ～ 42.3%（P＜ 0.05）。

表4 不同施肥處理對粉葛K 素積累量的影響Table 4 Effects of different fertilizer treatments on K accumulation of Pueraria thomsonii Benthkg·hm-2

2.6 不同施肥處理對粉葛N、P、K 分配的影響

由圖2 可知，粉葛前期以地上部生長為主，所吸收的N 主要分配于葉、主藤、葛頭中，隨著生育期的推進，粉葛的生長重心逐步由地上部營養生長向塊根淀粉積累轉移，N 在葉、主藤、葛頭中的分配比例下降，塊根中的N 分配比例則增加；但分枝中的N、P、K 分配量隨著生育期的進程先增加后降低。與CK 相比，施用有機肥的處理在采收期均能顯著提高塊根中的N、P、K 的分配率，分別提高了32.7% ～32.8%、13.1% ～ 14.1%、10.9% ～ 17.6%（P＜ 0.05），均在CM 處理塊根中分配最高。

圖2 不同施肥處理對粉葛N、P、K 分配的影響Fig. 2 Effects of different fertilizer treatments on the distribution of N, P and K in Pueraria thomsonii Benth

3 討論

3.1 不同施肥處理對粉葛各生育期干物質積累與分配的影響

干物質積累量是作物產量形成的物質基礎，有機無機配施可顯著提高馬鈴薯、甘薯干物質積累量[7,9,11,15]。而有機肥肥效具有長效性，施用有機肥可滿足馬鈴薯[18]、甘薯[9,19]等塊根、塊莖作物生育后期生長所需養分，提高物質積累，有機物料添加能夠合理調配各器官C/N，提高碳氮在地下塊根部分的分配比例，促進塊根產量的形成。本研究中施用有機肥處理均提高了粉葛膨大后期日積累速率，并提高塊根干物質分配比例，從而獲得更高的塊根干重，是取得高產的物質前提[9,20-21]；有機無機配施CM 處理較CK、OM 處理提高了采收期塊根干物質積累量以及分配比例，說明僅僅依靠有機肥提供的養分還是難以滿足粉葛的生長需要，應更加注重有機無機配施的方式[11]。

3.2 不同施肥處理對粉葛各生育期養分積累與分配的影響

N、P、K 是作物生長不可或缺的三大營養元素，其在作物體內的吸收和分配利用是作物干物質、產量形成的基礎[16]。本研究粉葛對N、P、K 的吸收積累的變化趨勢與干物質積累基本一致，因此，N、P、K 合理配比施用有利于干物質的積累。但總體上粉葛對K 的積累量最大，N 次之，P 最少，這與馬鈴薯[22-23]、甘薯[24]、木薯[25]等塊根類作物的研究結果一致。

施用有機肥相對于單施化肥CK 均能顯著提高粉葛采收期塊根、葛頭N、P 的積累量及分配，顯著降低N、P、K 在分枝、葉片中的積累與分配，但降低了N、P 的總累積量，促進了粉葛后期N、P、K 的積累，說明有機肥有利于氮素的持續供應，促進N 吸收及其在生殖器官中的分配，減少了氮進入環境的量[26]，這與甘薯[19]的相關結果相似；施用100%有機肥OM 處理塊根中的K 素積累量雖然較CK 處理低，但仍然促進了K 向塊根中的分配。粉葛是長生育期塊根類作物，有機肥增加了土壤保肥性，提高了土壤養分持續供給能力，顯著提高了氮、磷、鉀的表觀利用效率和經濟利用率[26]，適宜的氮鉀配比能顯著提高采收期塊根中氮鉀元素的分配率，從而提高甘薯產量[27]，協調土壤速效和緩效養分供給、粉葛個體與群體之間的關系，構建良好的光合和群體支撐系統，干物質在粉葛根、藤和葉各部位分配合理，藤鞘干物質輸出率高、藤干物質重量占總干物質重量的比例小，而葉和塊根干物質比例大，為粉葛獲得高產奠定了最佳的物質分配比例[9]。

4 結論

綜上所述，粉葛不同施肥處理在干物質積累和養分吸收利用特征基本一致，粉葛各時期干物質和N、P、K 養分積累隨生育期呈遞增的趨勢；有機無機配施CM 較單施化肥CK 在采收期能夠提高粉葛塊根的干物質、NPK 的積累與分配；單施有機肥OM 較單施化肥在采收期提高粉葛塊根干物質、NP 的積累量與NPK 的分配，降低了塊根干物質積累量。由此可見，粉葛生產中應注重有機肥與化肥的合理配施，提高肥料利用率，有利于提高土壤肥力，達到穩產的效果。