木薯是典型的热带作物，是重要的粮食和能源原料作物^[1]，木薯块根中除了淀粉含量较高之外，其他的营养元素较少。植物是人体吸收营养的主要来源，随着大健康时代的到来，人们对膳食均衡的营养物质需求不断增强，木薯作为一种安全、富有营养的优质杂粮逐步受到人们的青睐^[2]。早在 20 世纪 80 年代人们开始探讨木薯营养与产量的关系，并指出由于木薯适应性广、抗逆性强，易使农户产生错觉，忽视施肥和管理，影响产量与土壤环境^[3-4]。在诸多环境因子中，肥料是重要影响因素，可以直接或间接通过土壤供给植物，然后再通过食物链供给人类，目前通过育种与农艺措施的手段已被认为是提高植物营养元素含量最直接有效的方法，可间接满足人体需要的营养元素含量^[5]。当今人们对木薯养分的研究大多集中于氮（N）、磷（P）、钾 （K）等大量元素施肥对木薯生长发育与产量的影响，忽视了中量元素肥料的配施对作物的影响。中量元素作为植物生长发育中必需营养元素，对作物产量及品质的形成起着十分重要的作用。所以，在注重大量营养元素施用的同时也应及时补充中微量元素以同时满足植物对大、中微量元素的需求，方可达到高产优质的效果。

N、K、钙（Ca）3 种营养元素在植物正常生长发育过程中起着及其重要的生理功能。N 肥对植物的影响较大，与作物产量有着密切的联系，但施用 N 肥应注意适量^[6-7]。前人研究表明施 N 130 kg/hm² 时，干物质率最高^[8]。K 是植物正常生长发育所必需的矿物元素，木薯植株中的 K 营养水平与株高、茎粗、功能叶片数呈正相关。前人研究推荐 K 肥施用量每公顷 K₂O 80～100 kg^[9]。Ca 离子几乎参与了一切生命现象和细胞功能^[10-11]。施用外源 Ca 可显著增加植株的株高和茎粗，并提高块茎内 Ca 含量，也能很好地改善块茎的品质^[12]。研究表明 N-P、 N-K 的互作存在一个阈值，低于这个阈值时， N-P、N-K 之间表现为协同促进作用，高于这个阈值时则表现为拮抗作用^[13]。Ca-K 之间的关系比较复杂，一般认为，K⁺ 与 Ca²⁺ 在吸收上表现为拮抗作用。有试验表明，供 Ca²⁺ 浓度在 0～2 mmol/ L 范围，随供 Ca²⁺ 浓度提高，根系吸收 K⁺ 的速率增加，二者出现明显的协同作用，而大于 2 mmol/ L 则急剧下降，表现为拮抗作用^[14]。因此，N、K、 Ca 对木薯的作用显而易见，而如何实现 3 种元素之间的相互协调及平衡更是作物养分管理中不可忽视的重要因素。通过合理的配比施肥，既可以实现作物优质高产的栽培，也可以充分发挥各元素的最大功能，这对提高植物养分利用效率、减轻对环境的破坏、降低农业成本和促进人体健康等都具有重要的意义。因此，本研究通过盆栽试验研究 N、K、 Ca 三因素两水平的正交试验对木薯生长状态、产量、养分含量及品质的影响，旨在探讨 N、K、Ca 对木薯的影响，并得出一套最佳的 N、K、Ca 配施方案，以提升木薯食用价值和土地生产效益，为食用木薯高效生产技术体系提供安全、健康的施肥参考，并为指导木薯高产优质施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验点与供试材料

试验地设在中国热带农业科学院生物技术研究所试验基地。供试木薯品种为‘华南 9 号’（Mesculenta cv.SC9），木薯茎秆取于上一年种植 10 个月成熟期的中下部木质化茎秆，采用盆栽形式种植。为了保证盆栽介质中养分浓度相对低并具备透气与透水性的条件，供试栽培介质为红壤∶蛭石 =1∶2，混合后栽培介质 pH 值 6.36。其中蛭石 pH 值为 7～8，红壤的基本理化性质为：pH 值 4.96、碱解 N 57.4 mg/kg、有效 P 25.40 mg/kg、速效 K 106.65 mg/kg、有效 Ca154.43～218.47 mg/kg^[15]。

1.2 试验设计

采取三因素两水平完全随机区组设计盆栽试验。选取具有 2～3 个健康芽眼的木薯种茎，芽眼朝上，植入装有 9 kg 土壤的盆钵中（ 直径 35 cm），在自然温度与光照的条件下进行无性繁殖。于 2020 年 11 月在网棚（仅限于防雨，防强光）中开始试验，整个生长期分两次施肥，分别在木薯快速生长时期（种植后 100 d）、结薯时期（种植后210 d）进行配比施肥处理（肥料溶于水进行稀释， 3.5 L/ 盆施入），直至 2021 年 10 月收获，生长期为 11 个月。除施肥量不同外，其他条件均一致，具体施肥总量见表1。本试验共设置 8 个不同 N、K、Ca 质量浓度梯度组合：N、K、Ca3 个因素，每个因素 2 个水平，每个处理 5 个重复。N 肥、K 肥、Ca 肥分别以 N 46% 含量的尿素、K₂O 60% 含量的氯化钾、分析纯的氯化钙为肥源，P 素和镁（Mg）素的补充参照霍格兰配方，微量元素的补充参照阿夫道宁营养液。

注：高水平为 1，低水平为 2。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 光合速率测定

选取 3 片木薯植株中无病健康、长势相对一致的叶片，在天气晴朗的条件下于 9：00—11：00，使用便携式光合仪（licor6800）在自然光源下进行木薯叶片光合速率的测定。

1.3.2 形态指标测定

在木薯收获时选取长势一致的木薯分别测量块根产量、须根、茎、叶片的重量。

1.3.3 养分含量测定

木薯收获后采集植物全株样品，植株叶片与茎秆装进样品网袋 105℃杀青 2 h 后，75℃烘干测其生物量，植物块根清洗干净后切片放入烘箱中 （<50℃）烘干测定干物重，并用植物粉碎机打碎 8 个处理下所有块根，过筛（0.5 mm 筛）后测定养分含量与品质指标，每个处理 5 个重复。参照鲍士旦的测定方法，分别包括块根中全 N 含量采用奈氏比色法测定；全 P 含量采用钼锑抗比色法测定； 全 K 含量采用火焰光度法测定；Ca、铁（Fe）、锌 （Zn）、Mg 含量采用原子吸收分光光度法测定。

1.3.4 总糖、蛋白质含量测定

总糖含量与蛋白质含量的测定采用苏州科铭生物技术试剂盒。

1.4 相关指标计算方法

块根养分含量（mg/g）= 木薯干片 N、P、K、 Ca、Fe、Zn、Fe 含量（mg/g）× 块根干物质率（%）； 块根总糖含量 = 木薯干片总糖含量（mg/g）× 块根干物质率（%）；块根蛋白质含量 = 木薯干片蛋白质含量（mg/g）× 块根干物质率（%）。

1.5 数据处理方法

用 Excel 2016 整理数据，做出柱形图、折线图、散点图等；用 SPSS 23 对数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 N、K、Ca 对木薯叶片光合速率的影响

不同施肥处理对木薯叶片光合速率的影响见图1a；N、K、Ca 元素与三者之间互作对木薯叶片同化能力的影响见图1b、c、d。结果表明，N₁K₁Ca₂ 处理下木薯叶片光合速率显著高于其他处理（图1a）。当 K、Ca 两个因素固定时，在高 K 低 Ca（K₁Ca₂）条件下，高 N 处理的叶片光合速率显著高于低 N 处理（图3b）。当 N、Ca 两个因素固定时，在高 N 低 Ca（N₁Ca₂）条件下，高 K 处理的叶片光合速率显著高于低 K（图3c）。当 N、K 两个因素固定时，在高 N 高 K（N₁K₁） 条件下，低 Ca 处理的叶片光合速率显著高于高 Ca 处理（图3d）。因此，高 K 高 N 处理显著促进叶片光合速率，配合施用高 Ca 水平时出现拮抗作用，施用低 Ca 拮抗作用下降，可显著促进木薯叶片的光合速率。

2.2 N、K、Ca 对木薯块根产量与品质的影响

2.2.1 N、K、Ca 元素及互作对块根产量与总生物量的影响

不同处理对木薯块根产量（块根鲜重）与全株总生物量（全株干重）的影响见图2。N₂K₁Ca₁、N₁K₁Ca₂、N₂K₁Ca₂ 及最佳处理 N₂K₂Ca₂ 木薯块根产量显著高于其他处理（图2a），N₂K₂Ca₂、N₁K₁Ca₂、 N₁K₂Ca₁ 处理下全株总生物量显著高于其他处理 （图2b）。因此，综合块根产量与全株总生物量来看，N₂K₂Ca₂、N₁K₁Ca₂ 为最佳处理。

注：不同字母表示在 5% 水平上差异显著。下同。

进一步分析 N、K、Ca 元素对木薯块根产量 （块根鲜重）与全株总生物量（全株干重）的影响 （图3）。得出高 N 与低 N、高 K 与低 K、高 Ca 与低 Ca 之间产量与总生物量均无显著差异性（图3a）。K、 Ca 两元素固定且水平平衡时（K₁Ca₁、K₂Ca₂），低 N 处理的木薯块根产量显著高于高 N 处理（图3b）。N、 Ca 两元素固定且水平平衡时（N₁Ca₁、N₂Ca₂），低 K 处理的木薯块根产量显著高于高 K 处理；水平不平衡时（N₁Ca₂、N₂Ca₁），高 K 处理的块根产量显著高于低 K 处理（图3c）。N、K 两元素固定且水平平衡时（N₁K₁、N₂K₂），低 Ca 处理的产量显著高于高 Ca 处理；水平不平衡时（N₁K₂、N₂K₁），高 Ca 处理的产量显著高于低 Ca 处理（图3d）。

K、Ca 两元素固定且水平平衡时（K₁Ca₁、 K₂Ca₂），低 N 处理的木薯总生物量显著高于高 N 处理；水平不平衡时（K₁Ca₂、K₂Ca₁），高 N 处理的总生物量显著高于低 N 处理（图3b）。N、Ca 两元素固定且水平平衡时，低 K 处理的总生物量显著高于高 K 处理；水平不平衡时，高 K 处理的总生物量显著高于低 K 处理（图3c）。N、K 两元素固定且水平平衡时，低 Ca 处理的总生物量显著高于高 Ca 处理；水平不平衡时，高 Ca 处理的总生物量显著高于低 Ca 处理（图3d）。不论 N、Ca 水平高低，高 K 处理（N₁K₁Ca₂）的木薯全株总生物量显著高于低 K 处理（N₁K₂Ca₁、N₂K₂Ca₂），说明高 K 水平可能对木薯全株总生物量具有显著促进作用。

因此得出结论，高 K 处理显著提高木薯全株总生物量；低 N 水平下，高 K 低 Ca 交互处理显著提高木薯全株总生物量（图3b）。N、K、Ca 单一元素对木薯块根产量影响较大，表现为低 N 水平显著促进木薯块根产量，高 N水平使产量下降；N、Ca， N、K 两元素固定且水平平衡时（N₁Ca₁、N₂Ca₂ 或 N₁K₁、N₂K₂），低 K 或低 Ca 均显著提高木薯块根产量与总生物量；水平不平衡时（N₁Ca₂、N₂Ca₁ 或 N₁K₂、N₂K₁），高 K 或高 Ca 均显著提高木薯块根产量与总生物量。

2.2.2 N、K、Ca 元素及互作对块根养分含量的影响

N、K、Ca 元素及互作对木薯块根养分含量的影响见表2、图4。图中显示高 N 与低 N、高 K 与低 K、高 Ca 与低 Ca 之间块根 N、P、Ca、Fe、Zn、 Mg 含量均无显著性差异；4 个低 N 处理的块根 K 含量显著高于 4 个高 N 处理，说明低 N 处理显著提高块根 K 含量（图4a、4b）。

结果表明，K、Ca 两元素固定时，高 N 处理的块根 N、Ca 和 Zn 含量显著高于低 N 处理；低 N 处理的块根 K、P 含量显著高于高 N 处理（图4c、4d）。N、 Ca 两元素固定时，高 K 处理的块根 N、P、K、Zn 含量显著高于低 K 处理；低 K 处理的块根 Ca、Fe、Mg 含量显著高于高 K 处理（图4e、4f）。N、K 两元素固定时，高 Ca 处理的块根 P、K 含量显著高于低 Ca 处理，低 Ca 处理的块根 N、Ca、Mg 含量显著高于高 Ca 处理；当 Ca、K 水平平衡（K₁Ca₁、K₂Ca₂）时，不论 N 水平高低，存在较高的拮抗作用，不平衡（K₁Ca₂、 K₂Ca₁）时拮抗作用下降，使得块根 Fe、Mg 含量显著提高（图4g、4h）。

注：同行数据后不同字母表示处理间在 5% 水平上差异显著。

整体而言，不论 N、K 水平高低，高 Ca 处理 （N₁K₁Ca₁、N₂K₁Ca₁、N₁K₂Ca₁）的块根K含量显著高于低 Ca 处理。不论 K、Ca 水平高低，低 N 处理 （N₂K₁Ca₂、N₂K₂Ca₁、N₂K₁Ca₁、N₂K₂Ca₂）的块根K 含量显著高于高 N 处理。更进一步说明不论 N、K 与 K、Ca 水平如何变化，高 Ca 或低 N 水平对块根 K 含量均有显著的促进作用。

2.2.3 N、K、Ca 不同配比对木薯块根品质的影响

不同 N、K、Ca 配施对木薯块根品质的影响见图5。结果表明，低氮处理 N₂K₁Ca₁、N₂K₂Ca₂、 N₂K₁Ca₂ 下块根总糖含量显著高于其他处理（图5a）； N₁K₂Ca₂、N₂K₁Ca₁、N₁K₁Ca₂、N₂K₁Ca₂ 处理块根蛋白质含量显著高于其他处理（图5b）。因此推测， K 对木薯块根品质影响较小，而低 N 低 Ca 水平能够提高木薯块根的品质。图5 显示高 N 与低 N、高 K 与低 K、高 Ca 与低 Ca 处理之间对块根品质无显著性差异（图5c、5d）。

2.2.4 N、K、Ca 元素及互作对木薯块根品质的影响

N、K、Ca 元素对木薯块根品质的影响见图6。结果表明，K、Ca 两元素固定时，低 N 处理的块根总糖含量显著高于高 N 处理（图6a）；在 K、Ca 合理配施下，低 N 处理的块根蛋白质含量也高于高 N 处理（图6b）。N、Ca 两元素固定时，高 K 处理的块根总糖含量显著高于低 K 处理（图6c）。在高 N 高 Ca 处理（N₁Ca₁）下，低 K 处理的块根蛋白质含量显著高于高 K 处理；在低 N 高 Ca 处理（N₂Ca₁） 下，高 K 处理的块根蛋白质含量显著高于低 K 处理（图6d）。N、K 两元素固定时，高 N 低 K 处理 （N₁K₂）下，高 Ca 处理的块根总糖含量显著高于低 Ca 处理； 低 N 低 K 处理（N₂K₂） 下，低 Ca 处理的块根总糖含量显著高于高 Ca 处理（图6e）；低 Ca 处理的块根蛋白质含量均显著高于高 Ca 处理 （图6f）。

因此，低 N 处理对块根总糖、蛋白质含量的合成有促进作用；高 K 处理可显著提高块根总糖含量，对蛋白质含量无显著影响；低 Ca 水平可显著提高块根蛋白质的含量，N、Ca 水平平衡 （N₁K₂Ca₁、N₂K₂Ca₂、N₂K₁Ca₂） 时存在协同作用，可显著提高块根总糖的含量。

3 讨论

3.1 N、K、Ca 合理配施促进木薯的生长发育

前人研究表明 N、K 肥施用量分别为 150 和 100 kg/hm² 时有利于寒地玉米的干物质积累、产量及其品质的提高^[16]。魏云霞等^[9]建议木薯最佳施钾量为 120 kg/hm²；李文霞等^[12]推荐马铃薯最佳施肥量为 Ca 肥 57 kg/hm²，N 肥 150 kg/hm²，根据前人研究与木薯养分临界值确定试验中施肥浓度。从光合速率、块根产量与养分含量、块根品质等数据看，8 个处理间呈现显著的差异，因此本试验设计的施肥浓度相对合理。

前人研究表明 N 肥对株高、叶面积、叶绿素影响显著，基本呈极显著正相关。施用高浓度 N （300 mg/kg），株高、叶片数、叶面积和叶绿素均最高^[17]，本试验显示高 N 处理（0.56 g/kg）可显著促进叶片光合速率，但过高浓度 N 不利于块根产量与品质的形成。张晓果等^[18]研究表示供应适量的 N 肥能保证水稻的正常生长，N 能显著促进分蘖原基发育，促进茎和叶的生长，增加植物叶面积和叶绿素含量，提高光合速率。本试验中，N、K、Ca 合理配比显著促进木薯叶片的光合速率，N 肥的影响较大。高 K 高 N 交互处理能够显著促进叶片光合速率，配合施用高 Ca 水平时出现拮抗作用，施用低 Ca 后拮抗作用下降，从而显著促进木薯叶片的光合速率。

3.2 N、K、Ca 合理配施提高木薯块根产量、总生物量与养分含量

植株生长发育相关性状并非是决定作物产量与品质潜力水平的决定因素。N 肥对植物生长状态的影响最大，但是过量施 N 会造成植株徒长，低块茎产量^[19]。李飞等^[20]研究表明增施 N 肥能促进生长，增加马铃薯地上部生物量，且施肥越高，马铃薯生物量越高。本试验研究结果表明，高 K 处理可能对木薯全株总生物量存在促进作用；低 N 处理能够显著提高块根产量。

黄巧义等^[21]研究表明施用 N 肥显著提高了木薯的 N 含量，施用 P 肥和 K 肥对 N 含量没有显著影响，K 肥显著提高了木薯 K 含量，N 肥、P 肥对 K 含量没有显著影响；魏云霞等^[9]研究表明施 K 可以明显提高薯块、茎秆和叶片的 K 含量，提高薯块的锰（Mn）、Zn 含量，但 Mg 含量会有所降低。前人研究表明施 N 可显著提高小麦籽粒中 N、Zn 含量^[22]，本试验与前人相符，高 N 处理显著提高块根 N、Ca 和 Zn 含量，低 N 处理显著提高块根 K、P 含量；不一致的是，试验表明高 K 处理显著提高块根 N、P、K、Zn 含量，低 K 处理显著提高块根 Ca、 Fe、Mg 含量；高 Ca 处理显著提高块根 P、K 含量； 低 Ca 处理显著提高块根 N、Ca、Mg 含量；尤其是块根 K 含量，不论 N、K 水平如何组合，高 Ca 水平提高块根 K 含量；不论 K、Ca 水平如何组合，低 N 水平均显著促进块根 K 含量的提升。

3.3 N、K、Ca 合理配施提高木薯块根品质

在食用木薯中总糖、蛋白质是重要的品质指标。前人研究表明硅钙肥、N 肥、P 肥具有提高辣椒产量和品质、调节辣椒营养元素吸收等功能，但应适量施用，过多施用反而会造成产量降低、品质下降等现象的产生^[23]。本研究中，K、Ca 的合理配施下，低水平 N 肥能够提高块根总糖、蛋白质含量，高浓度施 N 不利于块根品质的合成，这与前人研究结果一致。李贺等^[24]研究表明，Ca 能有效促进叶片可溶性糖、维生素 C 及可溶性蛋白的含量。邹铁祥^[22，25]表示 N、K 互作显著提高了籽粒蛋白质含量。研究表明，N、K、 Ca 肥合理的配施可以提高木薯块根品质，综合来看 N₂K₂Ca₂、N₂K₁Ca₂ 处理最佳；高 K 的施用显著提高块根总糖含量；低 Ca 的施用显著提高块根蛋白质含量。

4 结论

元素施用浓度过高会造成植株的徒长，降低产量与品质，适当比例的 N、K、Ca 肥配合施用，既可以显著提高木薯产量，又可以改善食用部分的品质与养分含量。综合分析产量与品质数据得出食用木薯最佳施肥处理为 N₂K₂Ca₂ 或 N₂K₁Ca₂，其施用量为氮 0.280 g/kg、钾 0.210 g/kg 或 0.420 g/kg、钙 0.165 g/kg 对于木薯高产优质效果最佳，该处理的食用型木薯生长状况较好，块根产量较高，块根品质最佳。

参考文献