粉葛（Pueraria thomsonii Benth.）是我国传统的药食同源植物，为豆科葛属多年生藤本落叶植物^[1]，富含人体需要的淀粉、蛋白质以及黄酮类等有效成分^[2]，生育期在 280 d 左右，种植目的以收获块根（葛薯）为主。随着粉葛的药用保健价值逐渐被消费者认可，其市场需求量与种植面积不断扩大，主产区分布在广西、广东、江西等红壤地带^[3]，其中广西粉葛现种植面积达 10201 hm²，占全国总种植面积的 70.6%^[4]。粉葛属于喜肥且耐肥的作物^[5]，试验证明每生产 100 kg 葛薯需吸收氮、磷、钾分别为 0.88、0.09、0.89 kg^[6]，因此生产中多采用增施化肥的方式来提高产量和改善品质。而不同地区和种植模式下葛薯产量差异较大，一般在 22500~45000 kg/hm² 之间，施肥是影响其产量的主要限制因素。长期以来，种植粉葛经营模式以小农户发展规模为主，肥料用量、施肥时间及养分配比均依赖个人经验，这种不合理的施肥方式不仅造成了资源浪费、土壤酸化，而且增加了植株发病率^[7-8]。所以，如何按照粉葛生长需求去科学供肥是确保该产业可持续发展的关键问题。

氮、磷、钾肥合理的施用是作物增产和肥料增效的关键途径，科学的施肥方案要以了解植物需肥规律为前提，就必须掌握不同植物的养分吸收积累特点^[9]。马铃薯^[10]、花生^[11]、丹参^[12]等经济作物各生育期不同器官氮、磷、钾含量的连续性数据均有报道，但粉葛这方面的参考资料却较少。王斌强等^[8]通过相关性分析土壤养分与粉葛块根干重的关系，发现除速效钾对单株块根干重呈负显著影响外，其他养分对块根干重影响不显著。何绍浪等^[6] 对搭架种植下粉葛不同部位的氮磷钾养分吸收研究发现，粉葛块根中氮、磷、钾养分平均分配比例分别为 43%、55%、62%，均高于叶、茎、侧枝，粉葛对氮、钾需求量较多。何明慧等^[7]表示施用有机肥能提高粉葛块根、叶中的氮、磷含量和藤、叶的钾含量，降低藤的氮含量和块根的钾含量，并能提高块根产量和品质。从文献来看，在粉葛氮、磷、钾养分吸收、分布及积累规律等方面的研究还十分缺乏。粉葛的一生枝繁叶茂，加上块根的膨大需要大量养分供给，所以在不同量施肥条件下植株如何响应值得探究。本文采用“3414”施肥设计，分析粉葛生长 4 个关键时期不同器官的大量元素和干物质动态吸收转运规律，以期揭示粉葛养分积累的特征，为资源高效利用、优化施肥技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于 2020 年 3 月至 12 月在南宁市广西农业科学院示范基地进行。试验基地土壤为典型的红壤，地势平整，肥力均匀。田间土壤理化性质：pH 值 5.19，有机质 29.68 g/kg，碱解氮 132.61 mg/kg，有效磷 26.18 mg/kg，速效钾 234.65 mg/kg。

1.2 试验材料与设计

试验以粉葛品种“桂粉葛 1 号”为材料，由广西农业科学院生物技术研究所选育。肥料采用尿素（N 46.4%）、钙镁磷肥（P₂O₅ 18%）、硫酸钾（K₂O 52%）。

采用“3414”肥料试验方案，设置氮、磷、钾 3 个因素，4 个施肥水平：对照不施肥为 0 水平（N0P0K0）； 正常施肥为 2 水平（N2P2K2）； 减量施肥为 1 水平（N1P2K2、N2P1K2、N2P2K1、 N1P1K2、N1P2K1、N2P1K1）； 过量施肥为 3 水平 （N3P2K2、N2P3K2、N2P2K3）；缺素处理（N0P2K2、 N2P0K2、N2P2K0） 共 14 个处理。小区面积为 23 m²，随机区组排列，重复 3 次。全部磷肥和 20% 钾肥以基肥的形式施入，粉葛苗期追施 20% 氮肥和 20% 钾肥，块根形成期追施 50% 氮肥和 40% 钾肥，块根膨大期追施 30% 氮肥和 20% 钾肥。N0、P0、K0 分别表示不施氮、磷、钾肥，N1 （尿素 251 kg/hm²），N2（尿素 494 kg/hm²），N3（尿素 745 kg/hm²），P1（钙镁磷肥 248 kg/hm²），P2（钙镁磷肥 494 kg/hm²），P3（钙镁磷肥 743 kg/hm²）， K1（硫酸钾 250 kg/hm²），K2（硫酸钾 491 kg/hm²）， K3（硫酸钾 741 kg/hm²）。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 土壤样品测定

采用五点取样法在试验田采集土壤样品，带回实验室自然风干，过 0.15 mm 筛。参照鲍士旦的方法^[13]，pH 值采用酸度计（梅特勒-托利多 SevevMulti 型 pH 计） 进行测定； 有机质采用 H₂SO₄-K₂CrO₇ 外加热法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用钼锑抗比色法测定；速效钾采用火焰光度法测定。

1.3.2 植物样品测定和计算

移栽后约每隔 70 d，即苗期、块根形成期、块根膨大期、块根成熟期这 4 个主要生育期进行采样，按照块根、茎、叶剪开，称鲜重，经 105℃杀青 30 min，80℃恒温烘干，分别称取干重，计算含水量，用于干物质和植株养分积累量的计算。干样品经 H₂SO₄-H₂0₂ 消煮后，采用半微量凯氏定氮法测定全氮含量，钼锑抗比色法测定全磷含量，火焰光度法测定全钾含量。

植株氮、磷、钾积累量（%）= 干物质量 × 植株氮、磷、钾含量 ×100

地上部干物质量 = 叶的干物质量 + 茎的干物质量

干物质量的占比（%）= 地上部（或块根）干物质量 / 总干物质量 ×100

1.4 数据处理

试验数据通过 Excel2010 整理作表制图，利用 SPSS 21.0 进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥水平下粉葛各生育期植株氮、磷、钾含量的变化

按照单肥效益分析不同施肥水平下粉葛 4 个关键生育期各器官氮、磷、钾的积累规律。由图1 可知，当磷、钾肥处于 2 水平（P2K2），分析施氮量从 0 到 3 水平对粉葛氮含量的影响，全生育期氮素主要积累于叶片，块根氮含量随着生育期推进逐渐减少，苗期和块根膨大期的块根含氮量受不同施氮处理的影响要大于其他生育期，其中苗期 N1 处理块根含氮量最高，比对照显著提高了 32.77%，块根膨大期 N3 处理的块根氮含量高于同期其他处理；茎氮含量在增施氮肥后与对照相比显著提高，仅成熟期 N2 与 N3 处理的茎氮含量出现显著差异，其余生育期各施氮处理间无显著差异；叶氮含量表现低-高-低的趋势，其中块根膨大期的 N3 处理叶氮含量（48.80 g/kg）比对照显著提高了 11.26%，成熟期仅 N2 处理的叶氮含量大于对照，而其他处理的叶氮含量反而小于对照。

如图2 所示，当氮肥和钾肥处于 2 水平（N2K2） 时，分析施磷量从 0 到 3 水平下粉葛磷含量特征。苗期时块根磷含量明显大于茎和叶，与对照相比，追施磷肥显著提高了块根形成期、膨大期的块根磷含量，其中块根形成期 P3 处理的块根磷含量比对照提高了 73.91%，块根膨大期的各施磷处理之间无显著差异；全生育期茎磷含量总体表现高-低-高的趋势，即块根形成至膨大阶段的茎磷含量要低于苗期和成熟期，苗期仅 P3 处理显著提高了茎磷含量，比对照增加 9.29%，另外各施磷处理显著提高了块根形成期茎磷含量，而对块根膨大期的茎磷含量调控不明显，成熟期的茎磷含量只有 P1、P2 处理与对照相比差异显著。叶磷含量几乎表现与茎磷含量相反的趋势，块根膨大期的叶磷含量达到全生育期最高峰，追施磷肥仅显著提高了成熟期叶磷含量，而其他生育期各处理的叶磷含量不存在显著差异。

注：柱上同一生育期不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。下同。

图3 显示，当氮肥和磷肥处于 2 水平（N2P2） 时，分析施钾量从 0 到 3 水平下粉葛钾含量的特征。各器官苗期含钾量最高，随着生育期的推进，茎和叶含钾量逐渐降低，而块根钾含量在块根形成后变幅较小，施钾处理只显著提高了苗期、块根膨大期的块根钾含量，其中块根膨大期各施钾处理差异不显著；施钾处理能够显著提高茎的钾含量，说明钾肥对茎钾含量具有明显的调控效应，其中块根形成期 K1 处理的茎钾含量比对照显著提高了 37.66%，同时该阶段各处理的结果差异明显；叶钾含量从块根形成期以后均表现随着施钾量的增加而增加，当施钾过量时，叶的钾含量开始下降，即 K2 处理叶的钾含量要大于其他处理。

2.2 不同施肥水平下粉葛各生育期氮、磷、钾吸收积累的特点

从全生育期来看，粉葛氮、磷、钾吸收积累的变化呈近似“S”型趋势（图4），不同施肥水平显著提高了植株氮、磷、钾素的积累量，各处理均显示苗期吸收养分最少，从块根形成期到膨大期的养分积累量增幅最大，到成熟期时不同施肥水平养分积累发生了较大差异。全生育期氮素积累量表现为 N1 >N2 >N0 >N3 >CK 处理，块根形成期 N3 处理氮素吸收积累量最大，为 9.59 g/ 株，成熟期显示 N1 处理的氮素积累量最高，为 19.91 g/ 株，成熟期中只有对照处理的氮素积累量小幅度下降，其他处理继续平稳上升，说明施肥处理不仅提高了植株氮素的积累量，还延长了氮素积累期；全生育期磷素积累量表现为 P2 >P3 >P1>P0>CK 处理，磷素在块根膨大期达到积累最高峰，其中 P2 处理增幅最大（2.04 g/ 株），比对照提高了 31.85%，成熟期 P2、P3、P1 处理磷素积累量呈下降趋势，而 P0 处理仍缓慢上升，说明缺磷处理延迟了植株磷素积累高峰期；各处理钾积累量在块根膨大期以前均表现随着生育期推进逐渐提高；从整个生育期来看，不同施钾水平处理效果为 K2 >K1 >K0 >K3 >CK 处理，成熟期各处理钾积累态势变化较大，即 K2、K0、CK 处理表现平稳上升，K1 处理呈大幅度直线上升，K3 处理则大幅度下降，说明减量或过量施钾导致了成熟期钾素出现截然相反的积累趋势。

2.3 不同施肥水平下粉葛各生育期植株干物质量的变化

整个生育期的块根干物质量从苗期到成熟期呈逐渐上升的趋势（图5）。不同施肥水平之间相比较，苗期块根干物质量较少，未做显著性分析；块根形成期，过量施氮肥（N3P2K2）处理块根干物质量最高；块根膨大期，减量施氮肥（N1P2K2）和正常施肥（N2P2K2）这两个处理的块根干物质量均显著大于其他处理；成熟期，减量施氮肥（N1P2K2）处理达到了全生育期块根干物质积累最大值，平均单株积累干物质为 1038.15 g，比对照提高了 45.40%，减量施磷钾肥（N2P1K1）处理值最小，为 680.49 g/ 株。可见，磷肥和钾肥保持正常（2 水平）用量时，减量施氮（1 水平）更有利于块根干物质积累。

地上部分（叶和茎）干物质量基本表现先上升后下降的趋势（图6），即块根膨大期达到峰值后开始缓慢下降，而 14 个处理中的缺钾素处理 （N2P2K0）和钾减量处理（N2P2K1）、氮磷减量处理（N1P1K2）地上部分干物质量则呈不断上升的趋势。各生育期下不同施肥水平之间相比较，块根形成期磷减量处理（N2P1K2）地上部分干物质量达到该生育阶段的最大值，并与其他处理差异显著；块根膨大期处理之间的差异较大，其中氮减量处理 （N1P2K2）干物质量最高（408.17 g/ 株），比对照提高了 31.70%，而氮过量处理（N3P2K2）和氮磷减量处理（N1P1K2）地上部分干物质量显著低于其他处理；成熟期中缺钾素处理（N2P2K0）的干物质量最高（383.78 g/ 株），比对照提高了 90.21%，其次为钾减量处理（N2P2K1）。综上分析，地上部分干物质积累量受氮磷钾的配比影响要大于块根部位。

随着生育期的推进，不同施肥处理均显示块根干物质量占比逐渐变大。苗期块根干物质分配比例为 14.51%～30.05%，地上部分配比例为 69.95%～85.49%；成熟期根冠比例与苗期分配表现相反，块根分配比例为 68.54%～78.56%，地上部分配比例为 21.44%～31.46%。不同施肥水平相比较，成熟期的氮减量施肥处理（N1P2K2）块根干物质分配最高，占 80.12%，另外，成熟期缺素处理（N0P2K2，N2P0K2，N2P2K0）地上部分干物质分配比例要高于其他处理。综合分析，当磷钾肥保持一定量时，过量的氮肥有利于块根形成初期干物质的积累，随着块根不断膨大，氮肥调控效应减弱，磷钾肥对块根生长促进作用越来越明显，同时缺素处理不利于块根干物质的积累。

注：处理号 1：N0P0K0；2：N0P2K2；3：N1P2K2；4：N2P0K2；5：N2P1K2；6：N2P2K2；7：N2P3K2；8：N2P2K0；9：N2P2K1；10：N2P2K3；11：N3P2K2； 12：N1P1K2：13：N1P2K1：14：N2P1K1。

3 讨论

3.1 不同施肥水平下各器官氮、磷、钾积累特征

氮、磷、钾是植物生长必需的三大矿质营养元素，也是干物质积累的基础，而干物质积累和分配直接决定了作物的经济产量^[14]。本研究表明，粉葛全生育期氮、磷、钾吸收积累量均在块根形成至膨大期增幅最大，积累曲线呈近似“S 型”变化，其吸收能力的强弱为钾 >氮 >磷，这与何绍浪等^[6]研究结果一致，而何美军^[15]则表示粉葛是喜钾、偏磷、轻氮的作物。结合本试验结果，可以表明粉葛是典型的喜钾作物，至于对氮、磷需求的高低可能与品种、土壤条件相关。

在不同施氮水平研究中，苗期、块根膨大期块根含氮量受氮肥的调控效应较为明显，苗期 N1 >N2、N3 处理，说明氮肥减施有助于苗期葛根的氮素积累，究其原因可能与粉葛属豆科有关，苗期植株需肥量较少，此时葛根还未完全形成块根，须根上附着了许多具有固氮功能的根瘤，而过量的外源性氮肥会抑制根瘤形成发育^[16]；到了块根膨大期，土壤含氮量随着氮肥施入不断提高，加上修根、露根等栽培措施的干预，最终导致了根瘤逐渐消失，根系从土壤中吸收氮素成为主要的供氮方式，该阶段是葛根淀粉、蛋白质、还原性糖等有效成分积累的关键时期^[17]，需要丰富的氮源来满足生理生长需求，不同施氮量处理的块根氮含量也显示 N3 >N2 >N1 处理。施氮处理与对照相比虽显著提高了茎的含氮量，但处理之间并无显著差异，而叶氮含量反应较明显，说明施氮量对茎积累氮素的调控效应较小，对生育中后期的叶氮含量提高具有明显的促进作用。

从不同施磷水平来看，施用磷肥显著提高了块根形成及膨大期的块根含磷量，说明从块根形成到膨大阶段是吸收积累磷素的关键时期，但施磷处理之间的块根磷含量差异并不大，同时茎和叶也表现相同的现象，究其原因一方面与磷肥利用率低有关，本试验为酸性红壤，磷肥施入土壤后易生成难溶的磷酸盐化合物^[18]，从而限制了过多的磷素进入植株体内；另一方面与粉葛的需磷特性有关，结果显示磷的积累量要远小于氮和钾，所以植株对不同磷量施入反应不敏感。本研究还发现，施磷（P2、P3、P1）处理单株磷素积累量在块根膨大期达到积累最高峰，随后开始大幅度下降，仅缺磷 （P0）处理在成熟期表现缓慢上升的趋势，这可能与增施磷肥有助于植株早熟有关^[19]。因此，如何提高磷肥利用率和选育吸磷能力强的品种将成为粉葛的一个重要研究方向。

在不同施钾水平下，K2、K1 处理提高各器官含钾量的幅度要大于 K3、K0 处理，其中 K3 处理甚至降低了成熟期块根含钾量。从整个生育期的钾积累量来看，各处理苗期至块根膨大期的积累曲线与氮、磷相似，但进入生育后期，处理之间存在较大的差异，说明钾肥对粉葛钾素积累量具有较强的调控作用。综合分析，本试验中各器官含钾量以及单株钾积累量均随着施钾量的增加，呈现先上升后下降的趋势，以 K2 处理最好，粉葛虽然是喜钾作物，但钾肥并非越多越好，钾适量时能促进植株体内蔗糖、淀粉、蛋白质等物质的合成与运转，但当钾过量时则会导致植物养分代谢过旺，加快叶片衰老，限制产量提高^[20]。

3.2 不同施肥水平下各器官干物质积累特征

粉葛以块根食用或入药，因此块根干物质积累大小是生产的关键目标。从不同施肥水平比较发现，在块根膨大期中减氮施肥（N1P2K2）处理的地上部分干物质量为最大值，到了成熟期该处理块根干物质积累量每株约达 1038.15 g，块根干物质占 80.12%，均高于其他处理，说明 N1P2K2 处理能促进地上部分和地下部分协同生长，即扩大“源” 的供应，又能提高碳水化合物在块根的卸载效率，有助于块根膨大和干物质积累。其次减氮减磷施肥（N1P1K2）处理的块根干物质积累量也较高，减磷减钾（N2P1K1）处理的块根干物质积累却最少，进一步说明钾素是影响粉葛产量的主要限制因子。另外还发现，氮、磷、钾缺素处理（N0P2K2， N2P0K2，N2P2K0）随着生育期的推进，地上部分的干物质积累逐渐升高，其地上部干物质的占比也大于其他处理，可能因养分之间存在相互协同与拮抗作用，当养分投入不平衡会限制粉葛养分的吸收、降低肥料的利用率^[21]，从而影响了块根营养物质的积累。综上分析，养分配比与粉葛根冠比直接相关，至于氮、磷、钾是如何调控粉葛块根膨大及干物质积累的机理还需深入研究。

4 结论

粉葛全生育期氮、磷、钾吸收积累量均在块根形成至膨大阶段增幅最大，积累特征呈近似“S 型”变化，其吸收能力为钾 >氮 >磷。块根的干物质积累呈逐渐上升的趋势，地上部分干物质的量在块根膨大期时达到最高峰后开始缓慢下降。不同施肥水平中，减量施氮（N1P2K2）处理的块根干物质积累量和分配比例最高。

参考文献