芭蕉芋干物質(zhì)及礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素累積與分配特征研究

張文娥，王 飛，潘學(xué)軍

(1西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西楊凌712100;2貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550025)

作物產(chǎn)量是由生育期內(nèi)干物質(zhì)及養(yǎng)分的積累、分配和轉(zhuǎn)移特性決定的［1］。圍繞玉米、小麥、馬鈴薯、甘薯等糧食作物的干物質(zhì)和養(yǎng)分積累與轉(zhuǎn)運(yùn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的大量研究表明，不同的作物種類和品種光合特性差異很大，同化產(chǎn)物的積累能力不同;在作物不同的生育期，干物質(zhì)分配中心發(fā)生轉(zhuǎn)移，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的干物質(zhì)分配中心主要為葉片、莖等營(yíng)養(yǎng)器官，而產(chǎn)量器官形成期的分配中心則轉(zhuǎn)向果實(shí)、塊莖、根莖等產(chǎn)量器官。作物產(chǎn)量的高低一方面決定于產(chǎn)量形成期光合同化能力的大小，另一方面取決于該時(shí)期營(yíng)養(yǎng)器官養(yǎng)分向產(chǎn)量器官轉(zhuǎn)移的多少［2－5］。玉米灌漿物質(zhì)主要來源于花后的光合作用，而營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率大小因品種而異［1－2］。礦質(zhì)元素積累和分配規(guī)律也因作物種類和品種的不同而不同，作物對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的需求、積累和分配與發(fā)育階段密切相關(guān)［6－12］。陸國(guó)權(quán)和丁守仁［9］對(duì)70個(gè)不同基因型的甘薯材料進(jìn)行了研究，表明不同基因型甘薯鉀效率的變異范圍為52.28～198.78，鉀高效利用型甘薯每生產(chǎn)100 kg薯塊所需鉀素小于0.7 kg;韓燕來等［5］研究則表明，超高產(chǎn)小麥比普通產(chǎn)量小麥需要更多的氮和鉀，但對(duì)磷的需求差異不大;盧艷麗等［10］對(duì)糯玉米氮素吸收利用效率的研究表明，糯玉米開花前氮素主要分配在葉片和莖桿中，開花后氮素逐漸轉(zhuǎn)向雌穗，以籽粒建成為中心。

芭蕉芋(Canna edulis Ker)為美人蕉科多年生草本植物，其根莖富含淀粉，是集糧食、能源、飼料于一體的多用途作物，開發(fā)潛力極大［13］。近年來，隨著芭蕉芋淀粉產(chǎn)品的不斷開發(fā)，種植面積連年擴(kuò)大［14］。芭蕉芋生育期長(zhǎng)，生物量大，產(chǎn)量高［14－15］，為達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，獲取更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，科學(xué)的栽培管理及合理的施肥是芭蕉芋高產(chǎn)的關(guān)鍵。迄今為止，國(guó)內(nèi)外關(guān)于芭蕉芋干物質(zhì)及礦質(zhì)元素積累、分配方面的研究未見報(bào)道，對(duì)芭蕉芋不同品種的干物質(zhì)積累規(guī)律和養(yǎng)分利用特征研究的缺乏，導(dǎo)致了在芭蕉芋生產(chǎn)中缺乏對(duì)施肥技術(shù)的合理指導(dǎo)，本文以當(dāng)前國(guó)內(nèi)主栽的3個(gè)芭蕉芋品種為試材，系統(tǒng)研究了不同品種芭蕉芋干物質(zhì)及礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)積累和分配規(guī)律，為芭蕉芋的科學(xué)栽培及施肥管理提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為美人蕉屬3個(gè)芭蕉芋(Canna edulis Ker)栽培品種:紫葉紅花芋(C．edulis cv．PLRF)、Xingyu-1(C．edulis cv．Xingyu-1)和 Xingyu-2(C．edulis cv．Xingyu-2)。紫葉紅花芋(PLRF)為國(guó)內(nèi)外主栽品種，該品種占貴州省芭蕉芋種植面積的95%以上，Xingyu-1(綠葉黃花)和Xingyu-2(綠葉紅花)為貴州黔西南州農(nóng)科所從PLRF中選出的2個(gè)芽變品種，2009年通過貴州省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定。芭蕉芋種球取自貴州省興義市，于2010年3月下旬，選取無病蟲害的發(fā)育良好的種球，按株行距50×30(cm)種植于苗圃內(nèi)，常規(guī)栽培管理。待幼苗長(zhǎng)至2葉1心(5月下旬)時(shí)，選取生長(zhǎng)健壯一致的幼苗移植到45×40×30(cm)的盆內(nèi)，盆內(nèi)裝20 kg風(fēng)干的田園土。供試土壤pH值8.1，土壤有機(jī)質(zhì)46.5g/kg，全氮 1.05 g/kg，全磷 0.74g/kg，速效磷3.8 mg/kg，全鉀 5.64 g/kg，速效鉀 132.5 mg/kg。用于發(fā)棵結(jié)芋期研究的材料每盆移植2株;用于子芋完熟期研究的材料每盆移植1株，每處理6次重復(fù)。移栽后遮陰，緩苗后移入四面通風(fēng)的東西向溫室內(nèi)進(jìn)行管理。

1.2 樣品采集與測(cè)試方法

試驗(yàn)于2010年3月中旬至2011年3月在西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝植物栽培與設(shè)施園藝實(shí)驗(yàn)室和貴州大學(xué)喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。于發(fā)棵結(jié)芋期(8月上旬)和子芋完熟期［18］(10月中旬)取樣，參照梁智等［7］的方法徹底挖根，分解取樣，將植株分為須根、根莖、莖和葉片(葉片從葉鞘與葉片連接處分開，葉鞘留在莖部)4部分，105℃殺青20 min，70℃恒溫烘至恒重，稱其干質(zhì)量，粉碎裝入密封袋備用。樣品用H2SO4混合加速劑法在消化系統(tǒng)(K－438)中消解后用半微量凱氏法(K－370自動(dòng)凱氏定氮儀)測(cè)氮元素，樣品干灰化后用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(JCP－AES，法國(guó)JY公司)測(cè)定P、Ca和Mg，火焰原子吸收光度計(jì)測(cè)定K。

元素累積量=器官元素含量×器官生物量

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(3次重復(fù))，采用Excel和SAS(9.1)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 芭蕉芋干物質(zhì)積累與分配特征

芭蕉芋發(fā)棵結(jié)芋始于6月中上旬，至9月中上旬結(jié)束，歷時(shí)約80 ～90 d［15］。此時(shí)，PLRF、Xingyu-1和Xingyu-2的葉片是干物質(zhì)主要的分配器官，其次是莖和根莖，根系的分配率最低(表1)。隨著芭蕉芋的發(fā)育，干物質(zhì)逐漸積累。在子芋完熟期，根莖成為芭蕉芋干物質(zhì)的主要分配器官，其中Xingyu-1的根莖分配率最高，為55.84%，葉片干質(zhì)量與根莖干質(zhì)量的比值為1∶2.55，PLRF和Xingyu-2的根莖分配率均低于50%，葉片干質(zhì)量與根莖干質(zhì)量的比值分別為1∶2.06和1∶204，說明Xingyu-1的光合經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出率高于PLRF和Xingyu-2。

表1 芭蕉芋不同器官干物質(zhì)的積累與分配Table 1 Dry matter accumulation and distribution in different organs of edible canna

2.2 芭蕉芋不同器官礦質(zhì)元素含量

2.2.1發(fā)棵結(jié)芋期不同器官礦質(zhì)元素含量 由表2可見，發(fā)棵結(jié)芋期3個(gè)芭蕉芋品種體內(nèi)大量元素含量均表現(xiàn)為K＞Mg＞Ca＞N＞P。葉片中N含量最高，根系次之，根莖和莖含量最低;P、K以莖含量最高，葉片次之，地下部(根和根莖)含量最低;Ca含量以根系最高，根莖次之，莖葉含量最低;Mg含量以根和莖含量最高，根莖次之，葉含量最低(PLRF除外)。Xingyu-1的 P平均含量為 3.2 g/kg，比Xingyu-2和PLRF分別高36.6%和27.2%;芭蕉芋各器官M(fèi)g平均含量介于10.9～13.7 g/kg之間，Xingyu-1(13.7 g/kg)＞PLRF(12.2 g/kg)＞Xingyu-2(10.9 g/kg)。PLRF、Xingyu-1和Xingyu-2的N平均含量分別為8.2、8.4、8.4 g/kg;K平均含量分別為37.3、35.9、37.0 g/kg;Ca平均含量分別為10.5、10.6、10.1 g/kg，N、K、Ca 3種元素的平均含量在品種間差異較小。

2.2.2子芋完熟期不同器官礦質(zhì)元素含量 由表3可以看出，子芋完熟期芭蕉芋各器官N元素均以葉片含量最高，莖含量最低;含P量以莖葉最高，根莖最低;K含量以根系最高，莖最低;根、莖、葉含Ca量均較高，根莖Ca含量最低;Mg含量在莖和根莖中最高，葉及根中最低。PLRF、Xingyu-1和Xingyu-2平均含N量分別為4.5、4.7、4.7 g/kg;平均含P量3.9、3.9、3.7 g/kg;含 K 量 16.5、19.2、19.0 g/kg;含鈣量 3.8、4.0、3.9 g/kg;含 Mg量 3.3、4.1、3.1 g/kg。與發(fā)棵結(jié)芋期相比，子芋完熟期P元素含量略有上升，N、K、Ca和Mg含量普遍降低，Mg含量降低幅度最大，PLRF、Xingyu-1和Xingyu-2分別下降了73.0%、70.1%和71.6%，其次是Ca(61.4% ～63.8%)和 K(46.5% ～55.8%)，N 元素(44.1% ～45.1%)的降低幅度最小。

表2 發(fā)棵結(jié)芋期不同器官礦質(zhì)元素含量(g/kg)Table 2 Contents of mineral elements in different organs of edible canna at the sub-taro enlargement stage

表3 子芋完熟期不同器官礦質(zhì)元素含量(g/kg)Table 3 Contents of mineral elements in different organs of edible canna at the sub-taro ripe stage

2.3 芭蕉芋礦質(zhì)元素積累分配特性

2.3.1發(fā)棵結(jié)芋期礦質(zhì)元素積累分配特性 由表4可見，本試驗(yàn)條件下，發(fā)棵結(jié)芋期3個(gè)芭蕉芋品種對(duì)K吸收最多，P吸收最少，但不同品種對(duì)各種元素的吸收比例略有不同，PLRF的 N∶P∶K∶Ca∶Mg為3.2∶1∶14.0∶3.3∶4.1，Xingyu-1 和Xingyu-2的分別為2.7∶1∶10.6∶2.6∶3.6 和3.9∶1∶15.7∶3.9∶4.1。3個(gè)芭蕉芋品種的N主要分配到葉片中，P、K、Ca、Mg主要分配到莖葉中。

表4 發(fā)棵結(jié)芋期不同器官礦質(zhì)元素積累和分配特性Table 4 Accumulation and distribution of mineral elements in different organs of edible canna at the early sub-taro enlargement stage

2.3.2子芋完熟期礦質(zhì)元素積累分配特性 表5顯示，子芋完熟期芭蕉芋平均累積N 1116.2～1210.8 mg/plant，P 852.6 ～ 907.5 mg/plant，K 4528.9 ～5055.2 mg/plant，Ca 919.2 ～ 991.7 mg/plant，Mg 888.2～1369.0 mg/plant，其中發(fā)棵結(jié)芋期N、P、K、Ca、Mg積累量占生育期積累總量的41.4% ～53.5%、15.1% ～26.0%、40.6% ～54.1%、54.0%～61.8%和58.8% ～70.4%。與發(fā)棵結(jié)芋期相同，子芋完熟期各礦質(zhì)元素也以K積累量最高，P積累量最低。 芭蕉芋子芋完熟期植株N∶P∶K∶Ca∶Mg為 1.12～1.42∶1∶4.99 ～5.88∶1.03 ～1.15∶1.04～1.59，與發(fā)棵結(jié)芋期相比，此時(shí)期P的相對(duì)含量明顯提高。子芋完熟期N主要累積在葉和根莖中，分別占總 N量的46.2% ～47.4%和31.8% ～37.6%;P主要積累在根莖、莖和葉中，分別占總量的17.4% ～38.4%，22.4% ～35.4%和28.7%～40.8%;K主要積累在根莖，PLRF、Xingyu-1和Xingyu-2根莖K積累量分別占總積累量的60.9%，63.5%和54.6%，葉片是K元素的第2大分配器官，占總量的16.3% ～22.5%;Ca主要積累在根莖和葉片，二者占到總積累量的65.2% ～76.9%;Mg主要積累在根莖，3個(gè)品種根莖Mg積累量均超過50%，Xingyu-1的根莖積累比例最高，達(dá)70.1%。經(jīng)計(jì)算每生產(chǎn)1000 kg芭蕉芋干根莖，PLRF品種需要吸收N 8.18 kg、P 6.65 kg、K 33.20 kg、Ca 6.84 kg、Mg 7.42 kg;Xingyu-1需要吸收 N 7.46 kg、P 5.73 kg、K 33.70 kg、Ca 6.61kg、Mg 9.13 kg;Xingyu-2需要吸收N 8.99 kg、P 6.33 kg、K 36.99 kg、Ca 6.82 kg、Mg 6.59 kg。由此可見，Xingyu-1的N、P、K土壤養(yǎng)分校正系數(shù)高，Xingyu-2的Mg元素土壤養(yǎng)分校正系數(shù)高于PLRF和Xingyu-1;3個(gè)品種的Ca土壤養(yǎng)分校正系數(shù)相當(dāng)。

表5 子芋完熟期不同器官礦質(zhì)元素積累和分配特性Table 5 Accumulation and distribution of mineral elements in different organs of edible canna at the sub-taro ripe stage

3 討論與結(jié)論

1)作物不同的發(fā)育階段，同化產(chǎn)物的分配中心不同，馬鈴薯生育期間不同器官干物質(zhì)積累中心依次為葉片、地上莖和塊莖［3－4］，而小麥、玉米等收獲籽粒的作物，籽粒形成期同化產(chǎn)物的分配中心則轉(zhuǎn)移到籽粒上［1，5］，本研究結(jié)果表明，芭蕉芋發(fā)棵結(jié)芋期干物質(zhì)的分配中心為葉片和莖，子芋完熟期的同化產(chǎn)物分配中心轉(zhuǎn)移到根莖，這與多數(shù)作物生長(zhǎng)后期干物質(zhì)向收獲器官轉(zhuǎn)移的結(jié)論相一致［1，3－5］。整個(gè)生育期內(nèi)，芭蕉芋后期干物質(zhì)積累高于前期，其中Xingyu-2品種的后期積累占總積累量的80.0%，略高于其他2個(gè)品種。子芋完熟期Xingyu-1的營(yíng)養(yǎng)器官干質(zhì)量與根莖干質(zhì)量的比值為0.84∶1，低于PLRF(1.02∶1)和 Xingyu-2(1.04∶1)，說明在相同的栽培條件下，Xingyu-1營(yíng)養(yǎng)器官的生物量構(gòu)成低，光合經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出率高。

2)發(fā)棵結(jié)芋期和子芋完熟期，芭蕉芋體內(nèi)K的積累量和各器官內(nèi)K的平均含量均居各元素之首，表明芭蕉芋屬于喜鉀植物，這與甘薯、馬鈴薯等塊根、塊莖作物相同［6］。芭蕉芋體內(nèi)P的積累量和各器官內(nèi)P平均含量均居最低;芭蕉芋生育期內(nèi)，N元素以葉片中含量最高，而P、K、Mg和Ca元素在不同時(shí)期分配中心發(fā)生了轉(zhuǎn)移。發(fā)棵結(jié)芋期，Xingyu-1的P、Mg平均含量高于其他2個(gè)品種，K平均含量低于其他2個(gè)品種，N和Ca平均含量在品種間差異不顯著;子芋完熟期Xingyu-1的N、P、K、Ca和Mg平均含量均高于或與其他2個(gè)品種相當(dāng)。與發(fā)棵結(jié)芋期相比，子芋完熟期P元素平均含量略有上升，其他4種元素含量普遍下降，其中Mg含量降低幅度最大，N元素降低幅度最小。

3)芭蕉芋不同發(fā)育時(shí)期礦質(zhì)元素的分配特點(diǎn)為，發(fā)棵結(jié)芋期N、P、K、Ca、Mg積累量占生育期積累總量的41.4% ～53.5%、15.1% ～26.0%、40.6%～54.1%、54.0%～61.8%和58.8% ～70.4%;該期芭蕉芋 N∶P∶K 為2.7～3.9∶1∶10.6～15.7。子芋完熟期N、P、K、Ca、Mg積累量占生育期積累總量的 46.5% ～58.6%、74.0% ～84.9%、45.9% ～59.4%、38.2% ～46.0%和29.6% ～41.2%;N∶P∶K 為1.12～1.42∶1∶4.99～5.88。根據(jù)該分配特點(diǎn)，建議芭蕉芋栽培中，應(yīng)重施基肥和苗肥，50%的氮和鉀、20% ～30%的磷和50%～70%的鈣、鎂在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期使用。苗期施肥以氮和鉀為主，重施鉀肥，配施磷肥;后期適當(dāng)?shù)慕档偷?、鉀比例，增施磷肥?/p>

4)在本試驗(yàn)條件下，在生產(chǎn)相同質(zhì)量的干物質(zhì)時(shí)，Xingyu-1吸收的K、Ca和Mg元素高于其他2個(gè)品種，但Xingyu-1的光合經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出率高于PLRF和Xingyu-2，在吸收相同量的N、P、K時(shí)，Xingyu-1的根莖產(chǎn)量高，因此Xingyu-1的N、P、K的土壤養(yǎng)分供給量校正系數(shù)高;而Xingyu-2的Mg元素土壤養(yǎng)分供給量校正系數(shù)高于PLRF和Xingyu-1;3個(gè)品種的Ca土壤養(yǎng)分供給量校正系數(shù)相當(dāng)。

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