不同鉀濃度對(duì)茶樹(shù)幼苗礦質(zhì)養(yǎng)分吸收的影響

崔瑩瑩，周 波，陳義勇，劉嘉裕，戴 軍

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642； 2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 茶葉研究所，廣東 廣州 510640)

茶樹(shù)(Camelliasinensis)作為我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，其產(chǎn)業(yè)正呈現(xiàn)良性發(fā)展，且在不斷擴(kuò)大規(guī)模[1]。茶葉作為一種飲品，品質(zhì)是衡量成茶的重要方面，提高鮮葉品質(zhì)直接關(guān)系到成茶的品質(zhì)[2]。茶園施肥可以為茶樹(shù)提供礦質(zhì)養(yǎng)分，維持茶樹(shù)正常的生理代謝過(guò)程，對(duì)茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)提升具有重要意義[3]。鉀是茶樹(shù)生命代謝過(guò)程中具有重要生理功能的營(yíng)養(yǎng)元素，參與茶樹(shù)體內(nèi)幾乎所有的生物化學(xué)反應(yīng)[4-5]。研究表明，增施鉀肥顯著影響茶樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育以及茶葉產(chǎn)量、品質(zhì)的提高[6-7]，但部分茶農(nóng)片面追求高產(chǎn)量，過(guò)量施用鉀肥，造成養(yǎng)分比例失衡，導(dǎo)致其他營(yíng)養(yǎng)元素缺乏和生殖生長(zhǎng)過(guò)旺，進(jìn)而抑制茶樹(shù)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，引發(fā)產(chǎn)量、品質(zhì)下降等問(wèn)題[8-11]。綜合分析不同K+濃度下茶樹(shù)幼苗各部位對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分吸收和運(yùn)移的規(guī)律，對(duì)茶樹(shù)栽培上合理施肥具有重要意義。鐘秋生等[9]研究表明，供鉀水平過(guò)高并不能顯著提高茶葉產(chǎn)量及品質(zhì)，茶葉中礦質(zhì)元素對(duì)茶葉均有重要作用，不僅影響茶葉的生長(zhǎng)狀況，決定其產(chǎn)量，還影響茶葉氨基酸、茶多酚和咖啡堿等內(nèi)含物質(zhì)的含量，決定其品質(zhì)[12-14]。鉀對(duì)茶樹(shù)氮素吸收、同化代謝及氨基酸合成具有促進(jìn)作用[15-18]。林智等[19]試驗(yàn)結(jié)果表明，在紅壤茶園中，施用鉀肥可提高茶葉所有氮素化合物的含量。同時(shí)，鉀素還有助于茶樹(shù)中磷的吸收和轉(zhuǎn)化[20-21]，從而促進(jìn)茶樹(shù)根系吸收養(yǎng)分，直接和間接地影響茶樹(shù)內(nèi)多酚類物質(zhì)、氨基酸、茶氨酸、咖啡堿、葉綠素、類胡蘿卜素等的形成，提高茶葉中兒茶素、茶多酚、水浸出物等含量，進(jìn)而影響茶葉香氣和滋味等品質(zhì)[22-24]。礦質(zhì)元素Fe、Mn、Cu、Zn含量的高低也是衡量茶葉品質(zhì)好壞的指標(biāo)之一[25-26]。李海生等[27]研究表明，茶樹(shù)品種對(duì)Fe、Mn、Cu、Zn的吸收存在顯著影響，茶葉中各種礦質(zhì)元素含量基本表現(xiàn)為Mn>Fe>Zn>Cu；高菲菲[28]研究認(rèn)為，土壤中K含量顯著影響茶樹(shù)各部位對(duì)Cu的吸收和積累，茶樹(shù)中各部位Cu含量表現(xiàn)為枝條>幼葉>根>成熟葉。目前，不同K+濃度水培下其他作物對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分吸收的規(guī)律研究比較常見(jiàn)[29-31]，但不同K+濃度水培下茶樹(shù)幼苗各部位對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分吸收和運(yùn)移規(guī)律的研究報(bào)道較為少見(jiàn)[8]。鑒于此，采用水培的方法，研究不同K+濃度對(duì)茶樹(shù)幼苗各部位礦質(zhì)養(yǎng)分吸收的影響，以期深入了解不同K+濃度水培下茶樹(shù)幼苗對(duì)礦質(zhì)元素吸收的規(guī)律，為茶葉生產(chǎn)中養(yǎng)分管理提供理論支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試茶樹(shù)品種為鴻雁12號(hào)，供試材料為長(zhǎng)勢(shì)一致的健壯一年齡扦插苗，茶苗高度30～35 mm，主莖直徑約為3 mm，購(gòu)于廣東省英德市英紅鎮(zhèn)苗圃。水培試驗(yàn)前剪除茶苗主莖青桿部分，即作打頂處理。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2019年11—12月在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新大樓室內(nèi)進(jìn)行。采用小西茂毅培養(yǎng)液改良配方(表1)，培養(yǎng)液所用化學(xué)試劑均為分析純，并用蒸餾水配制。大量元素以1 000倍母液，微量元素以500倍母液配比配制；水培時(shí)稀釋相應(yīng)倍數(shù)。試驗(yàn)共設(shè)置0、5、10、20、40 mg/L 5組K+質(zhì)量濃度處理，K+質(zhì)量濃度用KNO3進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用40 cm×30 cm×15 cm帶蓋面包箱，每箱裝12 L營(yíng)養(yǎng)液，每箱8孔，每孔3株茶苗，一箱共培養(yǎng)24株，每處理4個(gè)重復(fù)，共20箱。選取大小相似、生長(zhǎng)良好的茶樹(shù)幼苗，用自來(lái)水反復(fù)淋洗清潔植株，用蒸餾水沖洗植株3次；將洗凈的茶苗定植于培養(yǎng)箱內(nèi)，先以1/2水培營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)3 d，茶苗長(zhǎng)勢(shì)良好，隨后替換為標(biāo)準(zhǔn)水培營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)約30 d，直至新生白色吸收根生長(zhǎng)發(fā)育完全。水培條件：用微型氣泵系統(tǒng)連續(xù)供氣，以日光燈補(bǔ)光照，光照度約1 500 lx，每日光照8 h，室溫25 ℃，空氣濕度為60%～65%。保持各處理光照和溫度一致，保持各處理生長(zhǎng)條件一致。每15 d更換1次培養(yǎng)液。培養(yǎng)結(jié)束后，將茶苗放在80 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量，取出后隨即切分為葉片、莖部和根部3個(gè)樣品類型。用高速萬(wàn)能粉碎機(jī)將試樣粉碎，過(guò)0.149 mm篩。

表1 供試水培營(yíng)養(yǎng)液配方Tab.1 Nutrient solution formula for hydroponics

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

茶苗各部位元素含量的測(cè)定：采用H2SO4-H2O2一次消煮全部測(cè)定的方法，全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定，全磷含量采用釩鉬黃比色法測(cè)定，全鉀含量采用火焰光度法測(cè)定，中微量元素采用原子吸收分光光度法測(cè)定。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算整理；用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)不同處理間差異進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncan’s多重比較，顯著性水平取P<0.05。文中數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示；通過(guò)在R中導(dǎo)入ADE-4軟件包，對(duì)不同K+水平水培下茶樹(shù)各部位礦質(zhì)養(yǎng)分吸收的特征進(jìn)行主成分分析(Principal component analysis,PCA)[32]。

2 結(jié)果與分析

2.1 K+質(zhì)量濃度對(duì)茶苗根部礦質(zhì)養(yǎng)分吸收的影響

2.1.1 茶苗根部對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收規(guī)律 在不同質(zhì)量濃度K+水培下，茶苗根部對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收存在顯著差異(P<0.05，圖1)。隨水培營(yíng)養(yǎng)液中K+質(zhì)量濃度升高，茶苗根部N、Mg、Ca、Zn含量總體呈上升趨勢(shì)，其中在20～40 mg/L K+處理下N含量增長(zhǎng)較快，但Mg、Ca和Zn含量增加均較緩慢(圖1a、b、c、d)。K、Na含量隨水培營(yíng)養(yǎng)液中K+質(zhì)量濃度升高總體呈先下降后增加趨勢(shì)，其中0～5 mg/L K+處理表現(xiàn)為下降，20～40 mg/L K+處理表現(xiàn)為增加(圖1e、f)。20～40 mg/L K+處理對(duì)茶苗根部P、Fe、Cu吸收的影響不顯著，但0～20 mg/L K+處理顯著抑制茶苗根部對(duì)Cu的吸收(P<0.05，圖1g、h、i)。水培營(yíng)養(yǎng)液中K+質(zhì)量濃度對(duì)Mn的吸收影響不顯著，5 mg/L K+處理Mn吸收量最高(圖1j)。

2.1.2 茶苗根部對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分吸收的綜合分析 為綜合分析不同K+濃度培養(yǎng)對(duì)茶苗根部礦質(zhì)養(yǎng)分吸收的影響，對(duì)不同K+濃度培養(yǎng)的茶苗根部礦質(zhì)養(yǎng)分含量的變化進(jìn)行主成分分析(圖2)。第一主成分(PC1)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率39.0%，其主要與N、K、Ca、Zn含量的變化有關(guān)；第二主成分(PC2)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率36.4%，其主要與P、Fe含量的變化有關(guān)(圖2a)。第一主成分和第二主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到75.4%，基本可以反映不同K+濃度對(duì)茶苗根部礦質(zhì)養(yǎng)分吸收影響的大部分信息，且受第一、二主成分的綜合影響，不同K+濃度處理之間達(dá)到顯著差異(P=0.001，圖2b)。如圖2a所示，代表茶苗根吸收各礦質(zhì)養(yǎng)分變量箭頭間的余弦角度可表觀顯示各變量間的相互關(guān)系，相關(guān)性越強(qiáng)則角度越小，可見(jiàn)茶苗根部K含量與N含量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，與Mn含量存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；Zn含量與Ca、Mg含量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，與Cu含量存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。40 mg/L K+水培下茶苗根部明顯偏向N、K、Ca、Zn的吸收；0 mg/L K+水培處理顯著促進(jìn)茶苗根部Fe吸收而20 mg/L K+水培處理則抑制其吸收；5 mg/L K+水培處理對(duì)茶苗根部Mn吸收具有一定的促進(jìn)作用(圖2b)。

2.2 K+質(zhì)量濃度對(duì)茶苗莖部礦質(zhì)養(yǎng)分吸收的影響

2.2.1 茶苗莖部對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收規(guī)律 在不同質(zhì)量濃度K+水培下，茶苗莖部對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收存在顯著差異(P<0.05，圖3)。隨著水培營(yíng)養(yǎng)液中K+質(zhì)量濃度升高，茶苗莖部Cu和Zn含量升高(P<0.05)，尤其是10～40 mg/L K+處理明顯增長(zhǎng)(圖3a、b)。K、Na、Mg和Fe含量隨水培營(yíng)養(yǎng)液中K+質(zhì)量濃度升高呈先上升后下降趨勢(shì)(圖3c、d、e、f)；10～40 mg/L K+處理中，茶苗莖部K含量下降，20～40 mg/L K+處理中，茶苗莖部N、Na、Ca、Mg、Fe、Mn含量均下降，Na、Mn、Fe含量均在20 mg/L K+處理最高，N、P、Ca含量在0 mg/L K+處理最高；但0～20 mg/L K+處理顯著抑制茶苗莖部對(duì)P的吸收(P<0.05，圖3g、h、i、j)。

2.2.2 茶苗莖部對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分吸收的綜合分析 不同質(zhì)量濃度K+培養(yǎng)下茶苗莖部對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分吸收影響的主成分分析結(jié)果如圖4所示，第一主成分(PC1)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為35.0%，其主要與N、P、K、Na、Ca、Fe和Mn含量的變化有關(guān)；第二主成分(PC2)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為22.6%，其主要與Mg、Cu和Zn含量的變化有關(guān)。第一、二主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到57.6%，可以反映不同質(zhì)量濃度K+培養(yǎng)下茶苗莖部對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分吸收影響的大部分信息，且受第一、二主成分的綜合影響，不同處理樣點(diǎn)空間分布差異顯著(P=0.001，圖4b)。不同質(zhì)量濃度K+培養(yǎng)下茶苗莖部各礦質(zhì)養(yǎng)分含量差異達(dá)到顯著水平(P=0.001)。由圖4a所示，K含量與Fe、Na、Mn含量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，與Ca含量存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05);Zn含量與Cu含量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，與P含量存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。40 mg/L K+水培處理與其他質(zhì)量濃度K+水培處理茶苗莖部礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收存在一定差異；5 mg/L K+水培處理的茶苗莖部明顯偏向Mg的吸收；10、20 mg/L K+水培處理對(duì)茶苗莖部K、Na、Fe吸收均具有一定的促進(jìn)作用；40 mg/L K+水培處理主要影響茶苗莖部Cu和Zn的吸收(圖4b)。

2.3 K+質(zhì)量濃度對(duì)茶苗葉片礦質(zhì)養(yǎng)分吸收的影響

2.3.1 茶苗葉片對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收規(guī)律 在不同質(zhì)量濃度K+水培下，茶苗葉片對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收存在顯著差異(圖5，P<0.05)。隨著水培營(yíng)養(yǎng)液中K+質(zhì)量濃度升高，茶苗葉片N、Mn、Cu和Zn含量顯著增加(P<0.05)，但20～40 mg/L K+處理Mn、Cu、Zn含量增長(zhǎng)不明顯(圖5a,b,c,d)；K、Na含量隨水培營(yíng)養(yǎng)液中K+質(zhì)量濃度升高呈先上升后下降的趨勢(shì)，10 mg/L K+處理時(shí)達(dá)到最高(圖5e,f)。20～40 mg/L K+處理茶苗葉片P、Ca和Mg含量變化不明顯，但0～10 mg/L K+處理顯著抑制茶苗葉片對(duì)Fe的吸收(P<0.05，圖5g,h,i,j)。

2.3.2 茶苗葉片對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分吸收的綜合分析 不同質(zhì)量濃度K+培養(yǎng)下茶苗葉片對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分吸收影響的主成分分析結(jié)果如圖6所示，第一主成分(PC1)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為57.4%，其主要與N、P、Ca、Mg、Mn、Cu和Zn含量的變化有關(guān)；第二主成分(PC2)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為15.9%，其主要與K和Fe含量的變化有關(guān)。第一、二主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到73.3%，可以反映不同質(zhì)量濃度K+培養(yǎng)下茶苗葉片對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分吸收影響的大部分信息，且受第一、二主成分的綜合影響，不同處理樣點(diǎn)空間分布差異顯著(P=0.001，圖6b)。不同質(zhì)量濃度K+培養(yǎng)下茶苗葉片各礦質(zhì)養(yǎng)分含量差異達(dá)到顯著水平(P=0.001)。由圖6a可見(jiàn)，K含量與Na含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；P含量與Fe含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，與Ca、Mn、Cu、Zn含量存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；N含量則與Ca、Mn、Cu和Zn存在顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。0 mg/L K+水培下茶苗葉片明顯偏向P的吸收；40 mg/L K+水培主要影響茶苗葉片對(duì)N的吸收；20 mg/L K+水培主要影響茶苗葉片對(duì)Ca、Mg、Mn、Cu、Zn的吸收(圖6b)。

3 結(jié)論與討論

鉀是茶樹(shù)生命代謝過(guò)程中具有重要生理功能的營(yíng)養(yǎng)元素，其雖不是茶樹(shù)體內(nèi)的結(jié)構(gòu)性物質(zhì)但含量高，顯著影響茶樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育和茶葉品質(zhì)[4]。不同鉀素水平顯著影響茶樹(shù)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收與積累，其礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)離子之間存在協(xié)同和拮抗關(guān)系[13]。

本研究表明，不同質(zhì)量濃度K+水培下，茶樹(shù)幼苗各部位對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收存在顯著差異，20～40 mg/L K+水培處理促進(jìn)茶樹(shù)幼苗根部N、Ca、Mg、Zn的吸收，抑制P、Fe、Cu、Mn的吸收；水培營(yíng)養(yǎng)液中K+質(zhì)量濃度升高可促進(jìn)茶樹(shù)幼苗莖部Cu、Zn的累積，抑制N、P、Mg的累積；水培營(yíng)養(yǎng)液中K+質(zhì)量濃度升高促進(jìn)茶樹(shù)幼苗葉片N、Mn、Cu、Zn的累積，但高濃度(20～40 mg/L)K+水培處理抑制茶樹(shù)幼苗葉片K、Na、P的累積。茶葉作為一種飲品，品質(zhì)是衡量成茶的重要方面，而鉀素顯著提高鮮葉品質(zhì)，直接關(guān)系到成茶的品質(zhì)[2,4]，本試驗(yàn)條件下，10 mg/L K+水培處理較為適宜，鮮葉K含量最高且多數(shù)礦質(zhì)養(yǎng)分含量高于0 mg/L K+水培處理。