不同鉀水平對(duì)劍麻生長和鉀素吸收利用特性的影響

習(xí)金根　譚施北　賀春萍　吳偉懷　鄭肖蘭　梁艷瓊　李銳　鄭金龍　易克賢

摘 要 采用盆栽試驗(yàn)，研究4個(gè)不同鉀（K2O）水平（0、76.8、84、91.2 mg/kg土）對(duì)劍麻幼苗生物學(xué)性狀、生物量、養(yǎng)分含量和鉀肥吸收利用效率的影響。結(jié)果表明，施鉀處理劍麻株高和葉片長度顯著提高，平均提高64.2%和59.7%。高鉀處理K3地上部鮮重、干重顯著提高 23.2%、11.4%。根冠比隨著鉀水平的提高呈先增大后減小的趨勢。施鉀處理劍麻地上部、根系全鉀含量顯著提高，平均提高60.2%和158.7%。劍麻地上部和根系鉀素吸收效率均隨著鉀水平的增加而增加，氮素和磷素吸收效率則隨著鉀水平的增加呈先增大后減小的趨勢。而鉀素利用效率則隨著鉀水平的增加而減小，施鉀處理植株鉀素利用效率平均下降31.0%。

關(guān)鍵詞 劍麻；鉀水平；生長；鉀素積累

中圖分類號(hào) S563.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

劍麻（Agave sisalana1 Perr.ex Englem）是龍舌蘭科龍舌蘭屬多年生熱帶硬質(zhì)葉纖維作物[1]，其纖維拉力強(qiáng)，具耐磨、耐酸堿、耐腐蝕等特性，廣泛用于制作繩纜、鋼索繩心、劍麻地毯等，是國防、漁業(yè)、航海、石油、工礦等領(lǐng)域的重要原料。近十年來世界劍麻的生產(chǎn)和進(jìn)出口貿(mào)易大體上都有所增長，市場前景廣闊[2-4]。鉀素是植物生長發(fā)育所必需的大量營養(yǎng)元素，鉀離子在植物細(xì)胞中含量豐富，是植物生長發(fā)育所必需的唯一的一價(jià)陽離子，在維持細(xì)胞膨壓、參與葉片及氣孔的運(yùn)動(dòng)、促進(jìn)光合產(chǎn)物和同化產(chǎn)物的輸送、脂肪合成、氮的吸收和蛋白質(zhì)的合成等方面起重要作用[5]。近十年來，有關(guān)鉀肥提高作物產(chǎn)量的報(bào)道越來越多。

前人在鉀素對(duì)劍麻的作用方面已做過不少研究，但有關(guān)鉀肥最佳施用水平和鉀素吸收利用規(guī)律的研究較少。研究表明，K主要累積在劍麻葉片和莖中，每生產(chǎn)1 t高產(chǎn)劍麻葉片對(duì)K2O的吸收量為3.26 kg，每收獲1 t劍麻葉片被帶走的KO2為2.14 kg[6]。阮沂泗[7]研究發(fā)現(xiàn)，施鉀肥后劍麻抗逆性強(qiáng)，病蟲害少，增產(chǎn)效果明顯，且纖維拉力強(qiáng)，質(zhì)量好。GWCock[8]也通過砂培盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在營養(yǎng)液中加鉀，地上部分干重增加半倍。許能琨等[9]研究結(jié)果表明，K肥對(duì)劍麻的鮮葉產(chǎn)量和出麻率有極顯著的增產(chǎn)效應(yīng)，K的肥料效應(yīng)僅次于Ca?？梢姡泴?duì)劍麻產(chǎn)量和品質(zhì)的形成具有重要作用，而中國廣東、廣西和海南等劍麻主產(chǎn)區(qū)鉀營養(yǎng)均偏低[10-11]，有必要進(jìn)一步增施鉀肥，挖掘劍麻產(chǎn)量潛力。但鉀肥施用過量也會(huì)帶來負(fù)面效應(yīng)。鄭超等[11]研究發(fā)現(xiàn)增施K導(dǎo)致纖維率的顯著下降，而黃標(biāo)等[12]也發(fā)現(xiàn)，劍麻葉片K含量與公頃產(chǎn)纖維重呈顯著負(fù)相關(guān)?？梢姡茖W(xué)合理地施用鉀肥在劍麻生產(chǎn)中意義重大，為此，筆者以龍舌蘭H.11648幼苗為材料，進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，參考當(dāng)?shù)貏β樯a(chǎn)鉀肥用量，設(shè)置不施鉀、低鉀、中鉀、高鉀4個(gè)不同鉀水平，觀察測定不同鉀水平對(duì)劍麻生物學(xué)性狀、生物量以及養(yǎng)分吸收利用特性的影響，以期為劍麻生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用劍麻（Agave sisalana）幼苗均為龍舌蘭H.11648品種吸芽苗，大小為（0.35±0.05）kg，2012年8月中旬于廣西山圩農(nóng)場高產(chǎn)劍麻園采集。供試土壤為沙壤土，有機(jī)質(zhì)含量9.20 g/kg，pH4.7，堿解氮24.77 mg/kg，速效磷11.18 mg/kg，速效鉀42.04 mg/kg。市售黑色環(huán)保塑料袋及盆口徑為23 cm，高30 cm的塑料盆。供試肥料為尿素（含N 46%），過磷酸鈣（含P2O5 16%），氯化鉀（含K2O 60%），均為市售化肥。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于海南儋州市中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)植所基地大棚進(jìn)行。選取長勢正常一致的劍麻幼苗進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。每盆裝土5 kg，每盆1株。2012年8月31日種下，每隔10 d澆1次水，每次200 mL。以劍麻生產(chǎn)鉀肥施用量為中等水平，設(shè)置4個(gè)不同鉀水平處理（以K2O計(jì)），分別為不施鉀：0 mg/kg土、低鉀：76.8 mg/kg土、中鉀：84 mg/kg土、高鉀：91.2 mg/kg土，4次重復(fù)。不同處理氮、磷水平一致，分別為尿素（以N計(jì)）41.4 mg/kg土，過磷酸鈣（以P2O5計(jì)）6.3 mg/kg土。2012年10月15日，于盆中挖兩小溝，將過磷酸鈣、尿素和氯化鉀一次性施入，覆土，施肥后正常管理。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

試驗(yàn)期間記錄劍麻植株的生長情況，于2013年6月13日采集植株，測量地上部以及根系相關(guān)指標(biāo)：株鮮重、株干重、葉片數(shù)、株高、葉片長度、葉片寬度、葉片厚度以及根數(shù)、根長、根粗、根鮮重，根干重。并測定劍麻植株地上部和根系N、P、K含量，測定方法[13]：樣品經(jīng)過H2SO4-H2O2消化后，N用奈氏比色法測定，P用鉬銻抗比色法，K用火焰光度法。

國內(nèi)外有多種表征肥料利用效率的參數(shù)，如作物的生產(chǎn)系數(shù)（PI）、偏生產(chǎn)率、生產(chǎn)效率等，這些參數(shù)均為不同目的而設(shè)定，并不統(tǒng)一[14]。本研究只考察劍麻植株對(duì)鉀素的吸收和利用效率，按照Morris等[15]提出的資源捕獲量和利用效率的關(guān)系，用植株的養(yǎng)分吸收量表示植株對(duì)該養(yǎng)分的吸收效率，用單位吸收的養(yǎng)分所產(chǎn)生的干物質(zhì)量表示植株體內(nèi)養(yǎng)分的利用效率，計(jì)算方法如下：

劍麻各器官鉀素吸收量/（mg/株）=各器官干重×各器官鉀素含量；

劍麻植株鉀素吸收量/（mg/株）=地上部鉀素吸收量+根系鉀素吸收量；

劍麻各器官鉀素利用效率/（mg/mg）=劍麻各器官干重/劍麻各器官鉀素吸收量；

劍麻植株鉀素利用效率/（mg/mg）=劍麻植株干重/劍麻植株鉀素吸收量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2007、SAS 9.0軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行方差分析并作顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鉀水平對(duì)劍麻生物學(xué)性狀的影響

從表1可以看出，施K處理劍麻株高和葉長有所增加，平均比不施K處理K0高7.6%和8.3%。其中，處理K2、K3株高和葉長顯著高于處理K0，但處理K1和K0，以及施鉀處理間差異不顯著。不同處理間葉數(shù)、葉寬和葉厚差異不明顯。施鉀處理根數(shù)有所增加，平均比處理K0高13.0%，而施鉀處理根粗總體上比處理K0小，平均比處理K0小8.43%，但根數(shù)和根粗不同處理間差異不顯著。劍麻最長根長不同處理間有所差異，但變化規(guī)律不明顯。

2.2 不同鉀水平對(duì)劍麻生物量的影響

從表2可以看出，不同鉀水平處理劍麻地上部鮮重和干重有明顯差異。其中高鉀處理K3地上部鮮重和干重最大，分別為647.4 g、73.31 g，比不施鉀處理K0提高23.2%、11.4%。值得注意的是，除處理K3外，處理K1、K2地上部鮮重與處理K0差異不顯著，其地上部干重則均顯著小于處理K0。劍麻根系鮮重和干重總體上隨著鉀水平的增加呈現(xiàn)增大后減小的趨勢。其中，處理K2根系鮮重和根干重最大，分別為10.8 g、4.82 g，比處理K0顯著提高72.9%、47.8%。與不施鉀處理相比，施鉀處理劍麻地上部生物量增加幅度較小，其中，地上部鮮重平均提高7.9%，而干重則降低3.3%。根系生物量增加幅度較大，根系鮮重、干重平均分別提高37.2%、31.7%。劍麻根冠比總體上隨著施鉀水平的增加呈先增大后減小的趨勢。其中，處理K2最大，為0.085，顯著大于其它處理。處理K0最小，為0.050。同鉀水平處理劍麻地上部和根系含水量也有一定的差異。劍麻地上部含水量總體上呈現(xiàn)增大后減小的趨勢，其中，處理K2最大，處理K0最小，分別為89.3%、87.5%。而根系含水量變化趨勢與地上部有所不同，不同施鉀處理間的變化規(guī)律不明顯，同一處理的不同重復(fù)間的差異較大。其中，處理K2最大，處理K1最小，分別為54.9%、42.8%。

2.3 不同鉀水平對(duì)劍麻地上部和根系養(yǎng)分含量的影響

養(yǎng)分含量測定結(jié)果表明（見表3），不同鉀水平處理劍麻地上部和根系養(yǎng)分含量有所不同。地上部全氮含量變化范圍為9.06～12.06 g/kg，施鉀處理間總體上隨著施鉀水平的增加呈增加趨勢，但與處理K0差異不顯著。根系全氮含量變化范圍為9.16～11.62 g/kg，處理K0最小，施鉀處理間總體上隨著施鉀水平的增加呈下降趨勢。地上部全磷含量變化范圍為0.96～1.16 g/kg，總體上隨著施鉀水平的增加呈先增大后減小的趨勢。根系全磷含量變化范圍為0.95～1.14 g/kg，不同處理間差異不明顯。地上部和根系全鉀含量變化范圍分別為16.12～28.63 g/kg、2.14～4.05 g/kg，總體上隨著鉀水平的增加而增加，其中，處理K3地上部和根系全鉀含量均最大，分別比處理K0提高77.6%、89.3%。與不施鉀處理K0相比，施鉀處理地上部全氮含量差異不明顯，而根系全氮含量、地上部和根系全磷含量均有所提高，地上部和根系全鉀含量則大幅提高?？梢?，不同鉀水平條件下，劍麻地上部和根系N、P、K含量有一定差異，施鉀可顯著提高劍麻地上部和根系全鉀含量。

2.4 不同鉀水平對(duì)劍麻N、P、K素吸收效率的影響

養(yǎng)分吸收量即植株體內(nèi)的養(yǎng)分總量，是衡量養(yǎng)分吸收效率的指標(biāo)。由表4可見，不同鉀水平條件下劍麻地上部和根系N、P、K吸收量有一定差異。劍麻地上部吸N量處理K3最大，為882.43 mg/株，顯著大于處理K0；處理K1最小，為552.92 mg/株，顯著小于處理其它處理；而K0和K2差異不明顯?？梢?，劍麻地上部吸N量隨著鉀水平的增加變化規(guī)律不明顯。地上部吸P量總體上隨著鉀水平的增加呈增加趨勢，但處理K0和K1、處理K2和K3之間差異不顯著。地上部吸K量隨著鉀水平的增加而增加，其中，處理K3最大，為1 956.1 mg，為處理K0的183.5%，而施鉀處理平均比處理K0增加40.19%。

劍麻根吸N量總體上隨著鉀水平的增加呈先增大后減小的趨勢，施鉀處理根系吸N量均顯著大于處理K0，但處理間差異不顯著。其中，處理K2最大，為處理K0的172.2%，施鉀處理平均比處理K0增加52.11%。根系吸P量處理K2最大，顯著大于處理K0，施鉀處理平均比處理K0增加46.06%，總體上隨著鉀水平的增加呈先增大后減小的趨勢。根系吸K量隨著鉀水平的增加呈增加趨勢，但施鉀處理間差異不顯著。其中，處理K3最大，為處理K0的265.7%，而施鉀處理平均比處理K0增加154.30%。可見，施鉀顯著促進(jìn)N、P、K素在劍麻地上部和根系的吸收，尤其是促進(jìn)K素的吸收。

2.5 不同鉀水平對(duì)劍麻N、P、K平衡的影響

圖1顯示，劍麻地上部K/P隨著鉀水平的增加呈增加趨勢，由不施鉀處理K0的16.86增加到高鉀水平的K3的22.99。其中，處理K3顯著大于其余處理，但處理K0、K1和K2之間差異不顯著。N/P處理K2最小，為8.68，處理K0最大，為10.37，不同施鉀處理間變化規(guī)律不明顯。而N/K總體上隨著鉀水平的增加呈下降趨勢，由處理K0的0.64下降到K3的0.42，但下降幅度較小。說明鉀水平的增加有效促進(jìn)劍麻地上部對(duì)K素的吸收，但對(duì)氮磷營養(yǎng)的的平衡影響不明顯。

2.6 不同鉀水平對(duì)劍麻鉀素利用效率的影響

鉀素利用效率即鉀素的干物質(zhì)生產(chǎn)效率，定義為植物吸收到體內(nèi)的單位鉀素所產(chǎn)生的干物量，表征植株吸收鉀后轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)量的效率，反映作物吸收的鉀對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)。從表5可見，劍麻地上部、根系和植株鉀素利用效率總體上隨著鉀水平的增加呈下降趨勢。其中，處理K2、K3地上部鉀素利用效率顯著低于處理K0、K1，施鉀處理平均比處理K0下降31.8%。根系鉀素利用效率處理K0顯著大于所有施鉀處理，但施鉀處理間差異不顯著，平均比處理K0下降37.4%。植株鉀素利用效率與地上部變化規(guī)律一致，施鉀處理平均比處理K0下降31.0%。值得注意的是，劍麻根系鉀素利用效率明顯比地上部高。

3 討論與結(jié)論

3.1 鉀對(duì)劍麻生長和產(chǎn)量的影響

本試驗(yàn)條件下，施鉀明顯提高劍麻株高和葉長，對(duì)劍麻根長也有一定影響，但對(duì)葉數(shù)、葉寬、葉厚、根數(shù)和根粗影響不明顯。葉片數(shù)量是劍麻產(chǎn)量構(gòu)成的重要指標(biāo)，但本試驗(yàn)中，不同處理劍麻長葉量差異并不明顯，說明影響劍麻長葉量的因素較多，還有待進(jìn)一步研究。施鉀明顯提高劍麻根系鮮重、干重，地上部鮮重也有所增加。根冠比總體上隨施鉀水平的增加呈先增大后減小的趨勢，說明鉀水平在某個(gè)范圍時(shí)，施鉀對(duì)劍麻根系干物質(zhì)積累的促進(jìn)作用大于地上部；但相反，當(dāng)鉀水平高于一定量后，鉀肥對(duì)劍麻地上部干物質(zhì)積累的促進(jìn)作用則比根系強(qiáng)。一般來說，礦質(zhì)養(yǎng)分的供應(yīng)除了影響植物生物量的大小，還與生物量的分配有關(guān)，礦質(zhì)養(yǎng)分受限時(shí)，光合物質(zhì)的分配有利于地下生長[16]。但本試驗(yàn)中，不施鉀處理K0根系鮮重、干重和根冠比并沒有增大，反而明顯低于施鉀處理，說明低鉀條件不利于劍麻根系生長。本試驗(yàn)中，施鉀處理劍麻地上部含水量有所提高，這從側(cè)面反映了施鉀可提高劍麻抗旱能力。其中，在中鉀水平條件下，劍麻抗旱能力最強(qiáng)；在不施鉀條件下，劍麻抗旱能力最弱。但高鉀水平條件下，劍麻地上部含水量反而有所減小，可見，并非施鉀越多，其抗旱能力就越強(qiáng)。而影響根系含水量的因素較多，不同鉀水平處理間根系含水量沒有明顯的變化規(guī)律。

劍麻株高、葉片長度各施鉀處理間差異不顯著，地上部鮮重、干重低鉀和中鉀處理間差異也不顯著，說明試驗(yàn)設(shè)置肥料梯度相差不夠大，導(dǎo)致不同施肥水平處理間劍麻生長差異不明顯。此外，也可能與本試驗(yàn)周期較短有關(guān)。劍麻為多年生經(jīng)濟(jì)作物，生命周期達(dá)6～7 a，割葉生產(chǎn)期為4～5 a，而在較短的試驗(yàn)周期內(nèi)，鉀肥效應(yīng)還未能完全體現(xiàn)。加上試驗(yàn)用劍麻幼苗雖已經(jīng)過挑選，但仍無法達(dá)到完全一致，隨機(jī)選取種植后，各處理劍麻幼苗長勢和重量已有所差異，這對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成較大誤差，造成數(shù)據(jù)分析結(jié)果差異不顯著。因此，在今后的研究中，還需改進(jìn)不同處理間的肥料梯度，并增加不同鉀水平處理數(shù)量，使不同處理鉀水平形成從缺乏到過量的濃度梯度。

3.2 劍麻養(yǎng)分吸收和利用效率

不同鉀水平除影響劍麻生物學(xué)性狀和生物積累量，還影響劍麻養(yǎng)分含量進(jìn)而影響劍麻養(yǎng)分吸收和利用效率。本研究中，施鉀顯著提高劍麻地上部和根系全鉀含量、吸K量，而根系全氮含量、吸N量，以及地上部和根系全磷含量、吸P量均有所提高。因此可以認(rèn)為，施鉀顯著提高劍麻地上部和根系的鉀素吸收效率，而地上部和根系的磷素吸收效率、根系氮素收效率均有所增加。這與氮、磷、鉀營養(yǎng)之間的互作效應(yīng)有關(guān)，一定條件下，施鉀可以提高作物對(duì)氮、磷元素的吸收，前人在研究甘蔗、水稻、巴西橡膠樹時(shí)也有類似發(fā)現(xiàn)[17-19]。

劍麻地上部和根系和植株鉀素利用效率則隨著鉀水平的增加而減小，施鉀處理平均分別下降31.8%、37.4%、31.0%。可見，隨著鉀肥施用量的增加，劍麻對(duì)鉀素的吸收效率逐漸提高，但對(duì)鉀素的利用效率則逐漸下降。說明不同鉀水平處理劍麻單位吸收的鉀素對(duì)自身生物量形成的貢獻(xiàn)率并非一樣，也不是隨著吸收的鉀素總量的增加而增加，而是隨著吸收的鉀素總量的增加而減小，這反映了作物的鉀素營養(yǎng)與生物量形成的相關(guān)性?？梢?，作物對(duì)某營養(yǎng)元素的吸收量一般與該營養(yǎng)元素的供應(yīng)水平呈正相關(guān)，但相反，作物對(duì)該營養(yǎng)元素的利用效率則與該營養(yǎng)元素的供應(yīng)水平呈負(fù)相關(guān)，侯迷紅等[20]、萬書波等[21]、何鵬等[22]在研究甜蕎麥的鉀素利用效率、花生的氮素利用效率以及橡膠樹幼苗的磷素吸收利用特性時(shí)均有類似發(fā)現(xiàn)。

本試驗(yàn)是在劍麻幼苗期初步考察了不同鉀水平對(duì)劍麻生長和鉀肥利用效率的影響，而劍麻割葉投產(chǎn)期鉀肥用量和施肥時(shí)期、劍麻鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)和分配動(dòng)態(tài)、鉀脅迫條件下劍麻響應(yīng)機(jī)理以及劍麻生產(chǎn)中最佳鉀肥基追比等一系列問題還有待進(jìn)一步研究。本試驗(yàn)通過盆栽進(jìn)行試驗(yàn)，與實(shí)際生產(chǎn)還有一定差距，不同地區(qū)進(jìn)行劍麻田間生產(chǎn)過程中，應(yīng)視當(dāng)?shù)鼐唧w情況施用適量鉀肥。

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