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      不同鉀水平對(duì)劍麻生長和鉀素吸收利用特性的影響

      2015-04-29 00:44:03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
      熱帶作物學(xué)報(bào) 2015年2期
      關(guān)鍵詞:劍麻生長

      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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