不同鉀水平對劍麻生長和鉀素吸收利用特性的影響

習金根　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，研究4個不同鉀（K2O）水平（0、76.8、84、91.2 mg/kg土）對劍麻幼苗生物學性狀、生物量、養分含量和鉀肥吸收利用效率的影響。結果表明，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%。

關鍵詞 劍麻；鉀水平；生長；鉀素積累

中圖分類號 S563.8 文獻標識碼 A

劍麻（Agave sisalana1 Perr.ex Englem）是龍舌蘭科龍舌蘭屬多年生熱帶硬質葉纖維作物[1]，其纖維拉力強，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、航海、石油、工礦等領域的重要原料。近十年來世界劍麻的生產和進出口貿易大體上都有所增長，市場前景廣闊[2-4]。鉀素是植物生長發育所必需的大量營養元素，鉀離子在植物細胞中含量豐富，是植物生長發育所必需的唯一的一價陽離子，在維持細胞膨壓、參與葉片及氣孔的運動、促進光合產物和同化產物的輸送、脂肪合成、氮的吸收和蛋白質的合成等方面起重要作用[5]。近十年來，有關鉀肥提高作物產量的報道越來越多。

前人在鉀素對劍麻的作用方面已做過不少研究，但有關鉀肥最佳施用水平和鉀素吸收利用規律的研究較少。研究表明，K主要累積在劍麻葉片和莖中，每生產1 t高產劍麻葉片對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]研究發現，施鉀肥后劍麻抗逆性強，病蟲害少，增產效果明顯，且纖維拉力強，質量好。GWCock[8]也通過砂培盆栽試驗發現，在營養液中加鉀，地上部分干重增加半倍。許能琨等[9]研究結果表明，K肥對劍麻的鮮葉產量和出麻率有極顯著的增產效應，K的肥料效應僅次于Ca。可見，鉀對劍麻產量和品質的形成具有重要作用，而中國廣東、廣西和海南等劍麻主產區鉀營養均偏低[10-11]，有必要進一步增施鉀肥，挖掘劍麻產量潛力。但鉀肥施用過量也會帶來負面效應。鄭超等[11]研究發現增施K導致纖維率的顯著下降，而黃標等[12]也發現，劍麻葉片K含量與公頃產纖維重呈顯著負相關。可見，科學合理地施用鉀肥在劍麻生產中意義重大，為此，筆者以龍舌蘭H.11648幼苗為材料，進行盆栽試驗，參考當地劍麻生產鉀肥用量，設置不施鉀、低鉀、中鉀、高鉀4個不同鉀水平，觀察測定不同鉀水平對劍麻生物學性狀、生物量以及養分吸收利用特性的影響，以期為劍麻生產提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用劍麻（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場高產劍麻園采集。供試土壤為沙壤土，有機質含量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 試驗設計

試驗于海南儋州市中國熱帶農業科學院環植所基地大棚進行。選取長勢正常一致的劍麻幼苗進行盆栽試驗。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。以劍麻生產鉀肥施用量為中等水平，設置4個不同鉀水平處理（以K2O計），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。不同處理氮、磷水平一致，分別為尿素（以N計）41.4 mg/kg土，過磷酸鈣（以P2O5計）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 測定項目與方法

試驗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指標：株鮮重、株干重、葉片數、株高、葉片長度、葉片寬度、葉片厚度以及根數、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。

國內外有多種表征肥料利用效率的參數，如作物的生產系數（PI）、偏生產率、生產效率等，這些參數均為不同目的而設定，并不統一[14]。本研究只考察劍麻植株對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系，用植株的養分吸收量表示植株對該養分的吸收效率，用單位吸收的養分所產生的干物質量表示植株體內養分的利用效率，計算方法如下：

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 數據統計與分析

采用Excel 2007、SAS 9.0軟件統計數據，進行方差分析并作顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同鉀水平對劍麻生物學性狀的影響

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、葉寬和葉厚差異不明顯。施鉀處理根數有所增加，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，但變化規律不明顯。

2.2 不同鉀水平對劍麻生物量的影響

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律不明顯，同一處理的不同重復間的差異較大。其中，處理K2最大，處理K1最小，分別為54.9%、42.8%。

2.3 不同鉀水平對劍麻地上部和根系養分含量的影響

養分含量測定結果表明（見表3），不同鉀水平處理劍麻地上部和根系養分含量有所不同。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。可見，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 不同鉀水平對劍麻N、P、K素吸收效率的影響

養分吸收量即植株體內的養分總量，是衡量養分吸收效率的指標。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。可見，劍麻地上部吸N量隨著鉀水平的增加變化規律不明顯。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N、P、K素在劍麻地上部和根系的吸收，尤其是促進K素的吸收。

2.5 不同鉀水平對劍麻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劍麻地上部對K素的吸收，但對氮磷營養的的平衡影響不明顯。

2.6 不同鉀水平對劍麻鉀素利用效率的影響

鉀素利用效率即鉀素的干物質生產效率，定義為植物吸收到體內的單位鉀素所產生的干物量，表征植株吸收鉀后轉化為生產量的效率，反映作物吸收的鉀對作物產量的貢獻。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 討論與結論

3.1 鉀對劍麻生長和產量的影響

本試驗條件下，施鉀明顯提高劍麻株高和葉長，對劍麻根長也有一定影響，但對葉數、葉寬、葉厚、根數和根粗影響不明顯。葉片數量是劍麻產量構成的重要指標，但本試驗中，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，說明鉀水平在某個范圍時，施鉀對劍麻根系干物質積累的促進作用大于地上部；但相反，當鉀水平高于一定量后，鉀肥對劍麻地上部干物質積累的促進作用則比根系強。一般來說，礦質養分的供應除了影響植物生物量的大小，還與生物量的分配有關，礦質養分受限時，光合物質的分配有利于地下生長[16]。但本試驗中，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。本試驗中，施鉀處理劍麻地上部含水量有所提高，這從側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；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。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，說明試驗設置肥料梯度相差不夠大，導致不同施肥水平處理間劍麻生長差異不明顯。此外，也可能與本試驗周期較短有關。劍麻為多年生經濟作物，生命周期達6～7 a，割葉生產期為4～5 a，而在較短的試驗周期內，鉀肥效應還未能完全體現。加上試驗用劍麻幼苗雖已經過挑選，但仍無法達到完全一致，隨機選取種植后，各處理劍麻幼苗長勢和重量已有所差異，這對試驗結果造成較大誤差，造成數據分析結果差異不顯著。因此，在今后的研究中，還需改進不同處理間的肥料梯度，并增加不同鉀水平處理數量，使不同處理鉀水平形成從缺乏到過量的濃度梯度。

3.2 劍麻養分吸收和利用效率

不同鉀水平除影響劍麻生物學性狀和生物積累量，還影響劍麻養分含量進而影響劍麻養分吸收和利用效率。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、鉀營養之間的互作效應有關，一定條件下，施鉀可以提高作物對氮、磷元素的吸收，前人在研究甘蔗、水稻、巴西橡膠樹時也有類似發現[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，劍麻對鉀素的吸收效率逐漸提高，但對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自身生物量形成的貢獻率并非一樣，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與生物量形成的相關性。可見，作物對某營養元素的吸收量一般與該營養元素的供應水平呈正相關，但相反，作物對該營養元素的利用效率則與該營養元素的供應水平呈負相關，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均有類似發現。

本試驗是在劍麻幼苗期初步考察了不同鉀水平對劍麻生長和鉀肥利用效率的影響，而劍麻割葉投產期鉀肥用量和施肥時期、劍麻鉀素轉運和分配動態、鉀脅迫條件下劍麻響應機理以及劍麻生產中最佳鉀肥基追比等一系列問題還有待進一步研究。本試驗通過盆栽進行試驗，與實際生產還有一定差距，不同地區進行劍麻田間生產過程中，應視當地具體情況施用適量鉀肥。

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