莖瘤芥不同生長期植株營養(yǎng)特性及其與產(chǎn)量的關系

趙 歡，李會合，呂慧峰，王正銀，*

(1.西南大學資源環(huán)境學院，北碚 400716;2.貴州省土壤肥料研究所，貴陽 550006;3.重慶文理學院，重慶永川 402160)

莖瘤芥(Brassica juncea var.tumida Tsen et Lee)是芥菜的一個變種，俗稱青菜頭［1］，是我國出口歷史悠久的名菜之一——榨菜的原料，與歐洲的酸黃瓜、甜酸甘藍并譽為世界三大名腌菜，其營養(yǎng)豐富，富含蛋白質(zhì)、糖、維生素、鈣、磷、鐵、鋅以及17種人體必需的氨基酸，冷熱均可食用［2］。大、微量元素是作物生長發(fā)育不可缺少的營養(yǎng)元素，對多種作物生長發(fā)育以及產(chǎn)量和品質(zhì)的形成有顯著的影響［3-7］，這些影響在小麥、水稻等糧食作物中已有大量研究證明，但在莖瘤芥方面的報道卻較少。目前，關于莖瘤芥的研究主要集中在其營養(yǎng)需求、施肥量、產(chǎn)量與營養(yǎng)品質(zhì)、栽培、品種的選育［8-20］、病害［21］等方面，而莖瘤芥不同生育期營養(yǎng)特性分布特征及規(guī)律的研究報道較少，并且各生育時期影響產(chǎn)量的主導營養(yǎng)因子不清楚。研究表明，在作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培中施肥是重要的農(nóng)業(yè)措施，而植株營養(yǎng)特性是科學施肥的重要依據(jù)［22-23］。但是，迄今尚缺少對莖瘤芥植株營養(yǎng)特性的系統(tǒng)研究。為此，本文對涪陵莖瘤芥各生育期不同器官大量元素和微量元素的分布特征及規(guī)律進行了初步探索，并通過研究各時期莖瘤芥營養(yǎng)特性和產(chǎn)量的關系，確定不同時期莖瘤芥的需肥特點，旨在為擬定高產(chǎn)高效施肥技術方案提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤及試驗概況

供試土壤采自30個調(diào)查點，各土壤基本農(nóng)化性狀見表1。該試驗設在莖瘤芥主產(chǎn)區(qū)涪陵珍溪鎮(zhèn)，位于北緯29°54′，東經(jīng)107°27′，屬于中亞熱帶濕潤季風氣候，當?shù)啬昶骄鶜鉁貫?8.1℃，年均降水量為1072 mm，無霜期317 d，日照1248 h。土壤以沙溪廟組灰棕紫泥為主，地貌類型有河谷、丘陵。供試莖瘤芥(Brassica juncea var.tumida Tsen et Lee)，品種為涪陵區(qū)珍溪鎮(zhèn)當?shù)刂鲗贩N永安小葉。該種植區(qū)一般為玉米或水稻與莖瘤芥輪作栽培，莖瘤芥通常在9月上旬播種，10月上旬移栽。

1.2 采樣時間

植株樣品分別在莖瘤芥苗期(2008年11月20日)、快速膨大期(2008年12月17日)和采收期(2009年2月8日)3個生長期進行采樣;土壤樣品在莖瘤芥種植前采集。

1.3 樣品采集與處理

通過大量實地調(diào)查，隨機選取田間管理基本一致的30戶有代表性的農(nóng)戶作為采樣點。每個取樣點按五點法取0—20 cm土層土樣進行混合，將采集的混合土壤樣品在自然條件下風干，研磨過0.25 mm尼龍篩備用，測定土壤基本理化性質(zhì)。每個采樣點隨機采5株長勢均勻植株樣品，洗凈表面泥土，用去離子水沖洗，風干，分莖、葉稱重，放入105℃鼓風干燥箱中殺青15 min左右，60℃下烘干、粉碎過0.25 mm尼龍篩備用。

1.4 測定項目及方法

莖瘤芥植株樣品分為根莖和葉片，測定 N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu和 Zn等養(yǎng)分全量;土壤樣品測定pH 值、有機質(zhì)、解堿 N、有效 P、速效 K、有效 Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu 和 Zn 含量。

植株樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消煮，用蒸餾法測定全N，釩鉬黃比色法測定全P，原子吸收分光光度法測定全K;用 HNO3-HClO4消煮后比濁法測定 S，原子吸收分光光度法測定 Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn［24］。

土壤的基本理化性狀分析方法:pH值采用電位法，水土比1∶1，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法，堿解N采用堿解擴散法，有效P采用NaHCO3，速效K采用火焰光度法，交換性Ca、Mg用醋酸鉛交換-原子吸收分光光度法，有效Fe、Mn、Cu、Zn用DTPA(HCL)浸提-原子吸收分光光度法，有效S用HNO3-HClO4消煮后比濁法測定［24］。

1.5 統(tǒng)計分析

通過Excel 2007對數(shù)據(jù)進行描述性統(tǒng)計分析;應用Spss11.5數(shù)據(jù)處理軟件，運用多元回歸分析方法，建立莖瘤芥各生育期植株 N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn 元素與產(chǎn)量的回歸預測模型。

表1 供試土壤基本農(nóng)化性質(zhì)Table 1 Basic agrochemical properties of experimental soil

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生長期莖瘤芥植株養(yǎng)分含量狀況

2.1.1 苗期

葉片是莖瘤芥進行光合作用的重要器官，葉片中必需營養(yǎng)元素含量既能反映植物的營養(yǎng)水平，亦反映出土壤有效養(yǎng)分的供給能力。莖瘤芥苗期葉片大量元素平均含量大小順序為:N＞K＞Ca＞P＞S＞Mg，N和K二元素的含量差異不大，而Ca含量卻遠遠高于P(表2)。表明莖瘤芥在苗期對Ca的需求較高，而本研究的試驗區(qū)域土壤pH值平均值為中性，土壤有效Ca含量較豐富(表1)，能滿足莖瘤芥苗期的需要。葉片大量元素N、P、K、Ca、Mg、S含量的變異系數(shù)為7.84%—16.40%，以N的變異系數(shù)最小，表明苗期葉片N的含量最穩(wěn)定，其次是Mg含量。與大多植物大量元素含量(N約為植物干物質(zhì)的0.3%—0.5%，P 0.2%—1.1%，K 1.5%—2.5%，Ca 0.1%—5%，Mg 0.05%—0.7%，硫0.1%—0.5%［25］)相比，莖瘤芥苗期葉片大量元素除K、S較高外，其余元素均在一般含量范圍內(nèi)?？梢姡摲N植區(qū)莖瘤芥苗期葉片中大量元素的含量并不缺乏，且K和S含量較大多植物為高。

由表2知，莖瘤芥苗期葉片微量元素平均含量大小順序為Fe＞Mn＞Zn＞Cu?？梢?，莖瘤芥苗期葉片對Fe的吸收較高。本研究的試驗區(qū)域土壤有效Fe含量較豐富(表1)，能促進苗期莖瘤芥對Fe的吸收和利用。從變異系數(shù)看，以Fe和Mn為大(＞30%)，Zn和Cu為小(＜17%)。說明苗期葉片中Zn、Cu含量的穩(wěn)定性較好，而Fe、Mn的穩(wěn)定性較差，這與本試驗區(qū)土壤pH值變幅較大有直接關系，pH值越小Fe、Mn有效性越大。與大多植物微量元素含量(Fe 100—800 mg/kg，Zn 20—150 mg/kg，Mn 50—100 mg/kg，Cu 5—20 mg/kg［21］)相比，莖瘤芥苗期葉片微量元素Mn、Cu、Zn含量屬一般含量范圍，而Fe的含量較高。

表2 苗期莖瘤芥葉片的養(yǎng)分特征Table 2 Nutrient characteristics of tumorous stem mustard leaves in the seedling stage

2.1.2 快速膨大期

葉片 由表3可知，莖瘤芥快速膨大期葉片大量元素平均含量大小順序為N＞K＞Ca＞S＞P＞Mg，Ca和S含量均高于P，這與苗期的規(guī)律略有不同。在快速膨大期葉片的大量元素中，除K、S含量較高外，其它大量元素均在大多植物含量范圍內(nèi)，這與苗期葉片大量元素含量規(guī)律相同。從快速膨大期葉片大量元素的變異系數(shù)(9.55%—20.99%)看，P、Ca、K的變異最大，S和Mg居中，N最小。表明在這些大量元素中，N的穩(wěn)定性最好。

在快速膨大期，莖瘤芥葉片中的微量元素Fe、Mn、Cu、Zn的含量正常。這些微量元素平均含量的大小順序為Fe＞Mn＞Zn＞Cu，這與苗期的順序相同。4種微量元素的變異系數(shù)以Fe和Mn的變異較大，Cu和Zn變異較小。與苗期葉片4種微量元素含量相比，快速膨大期莖瘤芥葉片微量元素均有所降低，尤以Fe降低的幅度最大。

莖瘤 莖瘤芥的莖瘤為可食部分，快速膨大期大量元素除K、S較高外，其余大量元素均在大多植物的含量范圍內(nèi)(表3)。說明快速膨大期莖瘤中N、P、Ca、Mg的含量并不缺乏，且K、S的含量較大多植物高。大量元素平均含量的大小順序為K＞N＞P＞S＞Ca＞Mg。由此可見，快速膨大期莖瘤中K含量較N的含量高，而且S的含量高于Ca含量，這與葉片中的含量順序不同?？焖倥虼笃谇o瘤大量元素的含量存在著不同程度的變異，以Ca的變異系數(shù)最大，為27.46%;P和S次之，變異系數(shù)分別為14.75%和13.68%;N、K、Mg的變異系數(shù)較小，在7.45%—9.29%的范圍內(nèi)，其含量也最穩(wěn)定。

莖瘤微量元素含量的次序為Fe＞Zn＞Mn＞Cu，較葉片也略有不同，Zn的含量高于Mn。莖瘤中Fe、Mn變異較大，Cu、Zn較小，與葉片相同。

葉片/莖瘤 通過葉片和莖瘤中養(yǎng)分含量的比值(表3)，可以看出莖瘤芥不同器官養(yǎng)分含量的差異大小?？焖倥虼笃谌~片和莖瘤N、Mg、S的比值分別為0.99、1.08、0.91，P和K的比值為0.61和0.69?？梢?，在葉片和莖瘤中前三者的含量差異不大，而后兩者則是葉片中的含量較莖瘤中的低。莖瘤芥葉片和莖瘤Ca、Fe和Mn的比值為3.98、2.89和2.70，說明快速膨大期葉片對上述3個元素的需求較高，為莖瘤芥高產(chǎn)打下良好基礎。

表3 快速膨大期莖瘤芥不同器官的養(yǎng)分特征Table 3 Nutrient characteristics in different organs of tumorous stem mustard in rapid enlargement stage

2.1.3 采收期

葉片 由表4知，采收期葉片大量元素除K、S含量較高外，其余元素含量均在大多植物的含量范圍內(nèi)，與前2個生長期相同。大量元素的平均含量大小順序為N＞K＞Ca＞S＞P＞Mg，這與快速膨大期葉片內(nèi)的相同。與前兩個時期相同，葉片中Ca的含量僅次于N和K含量，該種植區(qū)土壤中有效Ca含量較為豐富，能夠滿足莖瘤芥生長需要，促進其對Ca的吸收和利用。從變異系數(shù)看，P的變異系數(shù)最大(為22.94%)，K和Mg的次之，而N、Ca、S的變異系數(shù)相差不大。

表4 采收期莖瘤芥不同器官的養(yǎng)分特征Table 4 Nutrient characteristics in different organs of tumorous stem mustard in harvesting stage

采收期莖瘤中微量元素平均含量的大小順序為Fe＞Mn＞Zn＞Cu，其變異系數(shù)以Fe、Mn較大，而Cu、Zn較小，表明后者的穩(wěn)定性相對較高。與前2個生長期相比，采收期葉片中Mn的含量有較大的提高。

莖瘤 采收期莖瘤中除K、S含量較高外，其余大量元素均在大多植物含量范圍內(nèi)，表明采收期莖瘤中N、P、Ca、Mg含量并不缺乏，且K、S含量較大多植物為高。大量元素平均含量大小順序為:K＞N＞P＞S＞Ca＞Mg，這與快速膨大期莖瘤中的結(jié)果規(guī)律相同。在采收期莖瘤大量元素變異系數(shù)大小排序依次為Ca＞S＞P＞N＞Mg＞K，以K和Mg含量的變異最小，表明其在莖瘤中最穩(wěn)定。

在采收期莖瘤微量元素平均含量的大小順序為Fe＞Mn＞Zn＞Cu，這與葉片中的含量順序相同。變異系數(shù)大小排序依次為Fe＞Mn＞Zn＞Cu，與葉片的結(jié)果相同，F(xiàn)e、Mn的變異系數(shù)較大，而Cu、Zn的變異系數(shù)較小。

葉片/莖瘤 采收期葉片和莖瘤Mg和S含量較為接近，而N、P和K含量均為莖瘤高于葉片，且葉片P含量僅為莖瘤的一半。Ca、Fe、Mn在葉片和莖瘤中的比值為3.47、4.37和2.95，與快速膨大期相同，葉片中上述3元素含量遠高于莖瘤中的含量。

2.2 莖瘤芥養(yǎng)分含量與產(chǎn)量的關系

2.2.1 相關分析

相關分析結(jié)果(表5)表明，莖瘤芥產(chǎn)量與不同生長期各部位養(yǎng)分含量之間的關系表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。在苗期，莖瘤芥產(chǎn)量與葉片中微量元素Fe含量呈顯著負相關關系，而與Mn呈極顯著負相關關系;在快速膨大期，莖瘤芥產(chǎn)量與葉片和莖瘤中Mg含量存在極顯著和顯著負相關關系，與莖瘤中K和Cu含量分別存在極顯著和顯著正相關關系;在采收期，莖瘤芥產(chǎn)量與葉片中Mg和Fe含量呈極顯著負相關關系，與Zn含量呈顯著負相關關系。

表5 不同生育期養(yǎng)分含量與產(chǎn)量的相關系數(shù)(r)Table 5 Nutrient content in different growth stages and yield correlation coefficients(r)

2.2.2 逐步回歸分析

苗期 通過將莖瘤芥產(chǎn)量(Y)與苗期植株中10種養(yǎng)分含量(Xi)進行多元逐步回歸分析，并對多元回歸方程和各回歸系數(shù)的顯著性檢驗，最終得到的優(yōu)化逐步回歸方程為:Y=36768+3583XK-6.328XFe-76.09XMn，多元相關系數(shù)R=0.577，F(xiàn)=5.165，方程極顯著。結(jié)果表明，植株K、Fe和Mn的含量綜合影響莖瘤芥的產(chǎn)量，莖瘤芥產(chǎn)量與苗期葉片大量元素K呈正的線性關系，而與微量元素Fe和Mn呈負線性關系。

快速膨大期 通過產(chǎn)量(Y)與葉片中10種養(yǎng)分含量(Xi)進行多元逐步回歸分析，并對多元回歸方程和各回歸系數(shù)的顯著性檢驗，最終得到的優(yōu)化逐步回歸方程為:Y=50458+21557XP+7925XCa-88092XMg-1145XCu，多元相關系數(shù)R=0.633，F(xiàn)=5.00，方程極顯著。由此看出，快速膨大期葉片P、Ca、Mg和Cu的含量綜合影響莖瘤芥的產(chǎn)量，莖瘤芥產(chǎn)量與快速膨大期葉片P和Ca呈正的線性關系，與Mg和Cu呈負線性關系。

將產(chǎn)量(Y)與莖瘤中10種養(yǎng)分含量(Xi)進行多元逐步回歸分析，并對多元回歸方程和各回歸系數(shù)的顯著性檢驗，最終得到的優(yōu)化逐步回歸方程為:Y=32487+7294XK-116122XMg，多元相關系數(shù)R=0.599，F(xiàn)=8.97，回歸方程達到極顯著水平。結(jié)果表明，快速膨大期莖瘤K、Mg的含量綜合影響莖瘤芥的產(chǎn)量，莖瘤芥產(chǎn)量與莖瘤中K含量呈正的線性關系，而與Mg含量呈負的線性關系。

采收期將產(chǎn)量(Y)與采收期葉片中10種養(yǎng)分含量(Xi)進行多元逐步回歸分析，經(jīng)過對多元回歸方程和各回歸系數(shù)的顯著性檢驗，最終得到的優(yōu)化逐步回歸方程為:Y=36064+3413XK-30.15XFe，多元相關系數(shù)R=0.577，F(xiàn)=7.73，回歸方程達到極顯著水平。分析結(jié)果表明，采收期葉片K、Fe的含量綜合影響莖瘤芥的產(chǎn)量，莖瘤芥產(chǎn)量與采收期葉片中K含量呈正線性關系，與Fe呈負的線性關系。

通過產(chǎn)量(Y)與采收期莖瘤中10種養(yǎng)分含量(Xi)進行多元逐步回歸分析，并對多元回歸方程和各回歸系數(shù)的顯著性檢驗，最終得到的優(yōu)化逐步回歸方程為:Y=11791+7334XK-385XZn，多元相關系數(shù)R=0.557，F(xiàn)=7.20，方程極顯著。結(jié)果表明，采收期莖瘤K和Zn的含量綜合影響莖瘤芥的產(chǎn)量，即莖瘤芥產(chǎn)量與采收期莖瘤部分養(yǎng)分因子存在著極顯著的線性關系，K與產(chǎn)量呈正的線性關系，而Zn與產(chǎn)量呈負的線性關系。

3 討論

3.1 不同生育期莖瘤芥植株養(yǎng)分含量變化規(guī)律

莖瘤芥在整個生育期，K、S含量均高于大多數(shù)植物，表明莖瘤芥對K、S的需求量較大，而試驗區(qū)域土壤速效K含量適中，有效S的含量較低。S是蛋氨酸、半胱氨酸、胱氨酸的組分，參與蛋白質(zhì)合成，在植物生理生化中有重要作用［26］。因此，在缺S的土壤中合理施用S肥有助于促進莖瘤芥植株的生長發(fā)育和產(chǎn)量的提高［27］。在整個生育期葉片中，N、K和Ca的含量較高，P、S和Mg次之;莖瘤中K、N和P含量較高，S、Ca和Mg次之，表明莖瘤芥葉片和莖瘤這兩個對生物量起決定作用的器官對大量元素的需求規(guī)律有明顯不同。4種微量元素(除快速膨大期莖瘤外)以Fe的需求量最大，Mn次之，Cu最少。從莖瘤芥不同部位看，快速膨大期和采收期葉片中N、P、K、Cu和Zn含量較莖瘤中低，而Ca、Fe和Mn含量的變化特點則相反，S和Mg差異較小，表明莖瘤芥不同部位對不同養(yǎng)分的敏感程度各異。從整個生育期養(yǎng)分變化規(guī)律看，葉片N、P、K、Fe、Cu和Zn含量呈降低趨勢，而Ca、Mg、S和Mn則呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢;從快速膨大期到采收期莖瘤中除N、S、Fe和Cu元素降低外，其余營養(yǎng)元素均呈上升趨勢。因此，生產(chǎn)中可以通過不同生育期莖瘤芥對養(yǎng)分的需求規(guī)律和特點，科學調(diào)控不同肥料分期施用的數(shù)量、比例和方法，為莖瘤芥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供重要物質(zhì)基礎。

3.2 不同生育期莖瘤芥各部位養(yǎng)分含量對產(chǎn)量的作用

莖瘤芥產(chǎn)量與苗期葉片中Fe和Mn含量、采收期葉片中Fe和Zn含量呈顯著或極顯著負相關。自20世紀植物微量元素營養(yǎng)的必需性被確定與公認以來，其對植物產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究不少。微量元素含量不足和過量都難以獲得蔬菜的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)。本研究通過3個時期各部位養(yǎng)分含量與產(chǎn)量的逐步回歸分析進一步驗證，部分較高含量微量元素與產(chǎn)量存在負的線性關系，不利于莖瘤芥產(chǎn)量提高。采收期葉片、快速膨大期葉片和莖瘤中Mg含量與產(chǎn)量呈極顯著負相關。有研究表明，土壤中Mg含量較豐富，施用Mg肥作物沒有增產(chǎn)效果［28］。莖瘤芥快速膨大期葉片和莖瘤中K和Cu含量與產(chǎn)量呈極顯著和顯著正相關。通過3個生育期不同部位養(yǎng)分含量與產(chǎn)量的逐步回歸分析也表明莖瘤芥產(chǎn)量與K含量呈正的線性關系，說明莖瘤芥在整個生育期對K的需求量較大，而試驗區(qū)土壤中有效K平均含量適中(表1)。當K素營養(yǎng)充足，有利于作物不同階段各器官的生長，提高葉片的光合強度和同化產(chǎn)物的運輸率，從而提高作物的產(chǎn)量。施K不僅能顯著提高莖瘤芥地上部生物量，而且能顯著提高莖葉比，從而顯著提高瘤莖產(chǎn)量［29］。Cu參與植物體內(nèi)的氮素代謝作用，對氨基酸活化及蛋白質(zhì)合成有促進作用，從而對產(chǎn)量的形成和提高具有明顯的作用。本研究中莖瘤芥快速膨大期葉片中P含量與產(chǎn)量存在正線性關系，而本試驗區(qū)土壤中有效P含量適中，可見，在快速膨大期合理施用P肥可促進莖瘤芥對P的吸收，從而提高莖瘤芥產(chǎn)量。因此，在莖瘤芥生長期間根據(jù)土壤養(yǎng)分含量對莖瘤芥植株進行施肥調(diào)節(jié)，是保障植物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和肥料資源高效利用十分重要的農(nóng)業(yè)技術措施之一。

4 結(jié)論

本研究首次對不同生育期植株營養(yǎng)特性及其與產(chǎn)量關系的系統(tǒng)研究表明，莖瘤芥葉片和莖瘤(除采收期莖瘤外)的6種大量元素含量以N最高，K次之，Mg最低;4種微量元素(除快速膨大期莖瘤外)以Fe的需求量最大，Mn次之，Cu最少。這些營養(yǎng)特點是莖瘤芥平衡營養(yǎng)管理的基礎。莖瘤芥產(chǎn)量與3個生育期不同部位養(yǎng)分含量之間關系密切。進一步通過多元線性逐步回歸分析篩選出不同生育期莖瘤芥養(yǎng)分含量與產(chǎn)量的5個最優(yōu)模型為:1)苗期葉片:Y=36768+3583XK-6.328XFe-76.09XMn;2)快速膨大期葉片:Y=50458+21557XP+7925XCa-88092XMg-1145XCu;3)快速膨大期莖瘤:Y=32487+7294XK-116122XMg;4)采收期葉片:Y=36064+3413XK-30.15XFe;5)采收期莖瘤:Y=11791+7334XK-385XZn。這可作為生產(chǎn)上在莖瘤芥不同生育期針對性營養(yǎng)調(diào)控的理論依據(jù)。

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