麻渣還田背景下不同鉀水平對劍麻生長和葉綠素熒光特性的影響

楊青青　譚施北　習嘉民　習金根　李樂　汪涵　張靜　易克賢

摘 要 采用盆栽試驗，設置了不同梯度的麻渣配施化學鉀肥處理，并測定了劍麻的生長指標和葉綠素熒光參數。結果顯示：與不施用鉀肥處理（NP）相比，施用化學鉀（NP+K）和麻渣（NP+ST）2處理對劍麻葉片寬度、單葉生物量、增葉數、總葉片生物量有顯著的影響。施用麻渣處理（NP+ST）和施用化學鉀肥處理（NP+K）對劍麻生長指標沒有顯著差異。麻渣的某些養分元素對提高劍麻葉片的葉綠素含量有顯著效果。施麻渣配施1/2化學鉀肥處理（NP+ST+1/2K）具有最大的光能轉化效率和最強的耐受性，顯著提高了劍麻的生物量；在當前鉀肥推薦用量[100 g/（株·年）]下，施用麻渣可以節省一半的化學鉀肥用量[50 g/（株·年）]。麻渣配施1/2化學鉀肥處理（NP+ST+1/2K）對劍麻具有最大的光能轉化效率和最佳的生長效果。建議在劍麻大田生產中，施足麻渣有機肥，配施化學鉀肥推薦用量的50%，即50 g/（株·年）。

關鍵詞 劍麻；麻渣；鉀肥；葉綠素熒光特性

中圖分類號 S668.3 文獻標識碼 A

Abstract The purpose of this study is to find the K chemical fertilizer project under the background of straw residue； In this study， sisal growth index and chlorophyll fluorescence parameters were determined by setting different gradient residue fertilizer chemical potassium fertilizer； The result showed that the application of residue processing（NP+ST）and the application of chemical fertilizer treatment（NP+K）of sisal growth index had no significant difference. Some nutrient elements dregs had significant effects on the chlorophyll content of sisal leaves. The application of fertilizer residue 1/2 potassium fertilizer treatment（NP+ST+1/2K）with tolerance to the biggest and strongest light energy conversion efficiency， significantly increased the biomass of sisal. The application of potassium fertilizer residue could save half of the amount of the recommended dosage. Sisal residue could replace chemical fertilizer to a certain extent， but an appropriate chemical fertilizer is need. Sisal residue and 1/2chemical potassium mixed treatment（NP+ST+1/2K）had the largest light energy conversion efficiency and the best growth effect. It is suggested that enough sisal residue added with 50 g of chemical potassium fertilizer per plant be beneficial to the production of sisal.

Key words Sisal； residue； potassium； chlorophyll fluorescence characteristics

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.06.004

劍麻（Agave sisalana）是重要的纖維作物，其纖維供制海上艦船繩纜、帆布、繩索等；植株含甾體皂苷元，又是制藥工業的重要原料。2014年，中國劍麻種植面積29 940 hm2，居世界第五位[1]。劍麻葉片被抽取纖維之后產生了大量麻渣，將麻渣科學、及時地還田，既可避免資源浪費和環境污染，還可補充土壤被已收割葉片所帶走的各種營養元素。Yu等[2]研究發現，秸稈還田之后，鉀元素可以快速釋放，是一種重要的速效性鉀元素資源，可與傳統鉀肥起到相同作用；BAI等[3]研究了秸稈還田對小麥-玉米輪作產量和鉀素響應的影響，結果顯示，在整個小麥-玉米輪作體系中，對秸稈鉀元素的吸收效率高于化學鉀肥；解文艷等[4]在春玉米為主的山西省進行定位試驗，認為以秸稈過腹還田最有利于鉀素的收支平衡，減輕作物對土壤鉀素的消耗，緩解土壤鉀素肥力下降程度，進而維持土壤鉀素肥力的穩定；譚德水等[5]在華北平原的河北潮土和山西褐土上進行連續13 a的施鉀和秸稈還田試驗，證明小麥秸稈還田是一個有效的補鉀措施；吳永和[6]測定了新鮮麻渣的營養元素含量，結果顯示含有1.5%氮、0.39%磷、2.88%鉀，認為麻渣是重要的有機肥，并建議還田。以上研究證明了麻渣還田可以補充土壤的鉀元素，但是關于麻渣還田背景下如何配施化學鉀肥的問題還需要進一步的研究。鑒于此，本研究設置了不同梯度的麻渣配施化學鉀肥處理，并測定了劍麻的生長指標和葉綠素熒光參數，以期解決在麻渣還田背景下如何配施化學鉀肥的問題，為劍麻的大田生產提供指導。

1 材料與方法

1.1 植物材料與處理

劍麻品種為‘H.11648。為了提供盡可能均勻的材料，通過從劍麻大田選擇無病區且生長好的優株，即生產周期在13 a以上、收獲麻片600片以上的開花植株，采集優株的健壯株芽，再對株芽密植、疏植、鉆心、促發腋芽，采收其腋芽，腋芽疏植培育等技術繁育出大田生產用苗。挑選200株重量為（350±5）g的小苗，剪去根部，晾曬2 d，分別種植在塑料盆（口徑23 cm，高15 cm），土壤重量為4 kg，供試土壤養分含量為：有機質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。保持最佳的水分和植物保護，直到它們達到7葉階段。從200株選擇54株高度和形狀均一的劍麻用于實驗。

試驗設6個處理：不施鉀（NP）、施全量化學鉀肥（NP+K）、施全量麻渣（NP+ST）、施麻渣配施1/4化學鉀肥（NP+ST+1/4K）、施麻渣配施1/2化學鉀肥（NP+ST+1/2K）、施麻渣配施全量化學鉀肥（NP+ST+K），每處理9次重復（共54盆）。氮肥磷肥鉀肥的施用量參考中華人民共和國農業行業標準劍麻栽培技術規程（NY/T222-2004），新鮮麻渣施用量為3.47 kg/株，與土混合，麻渣的養分含量為堿解氮15 g/kg、速效磷3.9 g/kg、速效鉀28.8 g/kg。施用氮肥（N）100 g/株，過磷酸鈣（以P2O5計）100 g/株，鉀肥施用量如表1。以上肥料一次性施入。

1.2 測定指標及方法

1.2.1 劍麻生長指標 1 a后記錄增葉數、葉片長度、葉片寬度（測量位置為葉片中間部位）、葉片生物量。

1.2.2 葉綠素含量 每個處理選3株劍麻，每株劍麻取3片完全展開葉的中間部位，混合研磨后，采用80%丙酮提取液方法測定葉綠素含量。

1.2.3 葉綠素熒光特性 使用便攜式調制葉綠素熒光儀（PAM-2500，Walz，Germany）測定劍麻葉片的熒光特性，測定前先將葉片暗適應20 min，測定以下指標：（1）相對熒光產量：初始熒光產量Fo、最大熒光產量Fm；（2）熒光淬滅系數：最大量子產量Fv/Fm=（Fm-Fo）/Fm，詳細的理論及公式見Kitajima and Butler[7]、非光化學淬滅量子產量Y（NO）=1/（NPQ+1+qL*（Fm/Fo-1）），詳細的理論及公式見于Kramer等[8]。

1.3 數據分析

利用SPSS軟件22.0版本進行單因素方差分析（One-way ANOVA），對有顯著差異的處理用Duncan的方法進行多重比較。所有的圖表都在WPS表格軟件里生成。

2 結果與分析

2.1 對劍麻生長的影響

不施用鉀肥處理（NP）對劍麻生長的效果最差，施用化學鉀或麻渣對劍麻葉片長度沒有顯著的影響，對葉片寬度、單葉生物量、增葉數、總葉片生物量有顯著的影響（表2）。施用麻渣處理（NP+ST）和施用化學鉀肥處理（NP+K）對劍麻生長指標沒有顯著差異，說明麻渣在一定程度上可以代替化學鉀肥。麻渣配施鉀肥處理（NP+ST+1/4K、NP+ST+1/2K、NP+ST+K）對劍麻生長的效果優于單獨施用麻渣處理（NP+ST）或施用化學鉀肥處理（NP+K），其中，麻渣配施1/2化學鉀肥處理（NP+ST+1/2K）對劍麻生產總葉片生物量是最佳的。總的來說，麻渣在一定程度上可以代替化學鉀肥，仍需配施適量化學鉀肥才對劍麻的生長最有利。

2.2 對劍麻葉綠素的影響

葉綠素是植物重要的光合色素，指示著植物的光合和生長能力。高等植物的葉綠素含有a、b 2種，本研究分別測定了不同處理的劍麻葉片葉綠素a和b的含量。結果顯示（圖1），不同處理間的劍麻葉片葉綠素a、b含量差異顯著，葉綠素a和b含量的差異規律一致：（NP+ST+K）>（NP+ST）>（NP+ST+1/2K）>（NP+ST+1/4K）>（NP）>（NP+K）。施用麻渣的4個處理（NP+ST、NP+ST+1/4K、NP+ST+1/2K、NP+ST+K）顯著高于不施用麻渣的2個處理（NP、NP+K），說明麻渣的某些養分元素對提高劍麻葉片的葉綠素含量有顯著效果，但目前還不能明確具體是哪個元素起關鍵作用。施用化學鉀肥處理（NP+K）的葉綠素含量與不施鉀肥處理（NP）差異不明顯，甚至觀測值還略低，由此可以推測，鉀元素并不對劍麻葉片葉綠素的合成起關鍵作用。

2.3 對劍麻葉綠素熒光特性的影響

最大量子產量（Fv/Fm）表示的是PSⅡ將吸收的光能轉化成化學能的效率，非光化學淬滅量子產量（Y（NO））是指PSⅡ處非調節性能量耗散的量子產量。不同處理間的Fv/Fm、Y（NO）差異顯著，不同處理間的最大熒光產量（Fm）差異不顯著（圖2）。施用化學鉀肥處理（NP+K）的Fv/Fm顯著高于不施鉀肥處理（NP），施用化學鉀肥處理（NP+K）的Y（NO）顯著低于不施鉀肥處理（NP），說明鉀肥顯著提高了劍麻葉片將吸收的光能轉化成化學能的效率，提高了劍麻葉片對強光的耐受性。施用麻渣處理（NP+ST）的Fv/Fm略低于施用化學鉀肥處理（NP+K），但差異不顯著，說明施用麻渣代替化學鉀肥顯著提對劍麻葉片的光能轉化效率和對強光的耐受性沒有太大的影響。在4個麻渣配施化學鉀肥的處理（NP+ST、NP+ST+1/4K、NP+ST+1/2K、NP+ST+K）中，施麻渣配施1/2化學鉀肥處理（NP+ST+1/2K）具有最大的光能轉化效率和最強的耐受性。

3 討論

鉀是植物正常生長發育所必需的大量營養元素之一，在農業生產中至關重要[9-12]。本研究發現，施用化學鉀對劍麻生物量有顯著的提高，這個結果與眾多學者[13-14]的結論一致。本研究表明，施用化學鉀肥對劍麻葉片葉綠素的合成沒有顯著作用，而有學者[15-17]研究發現，鉀元素能有效增加葡萄、棉花、大蒜等作物的光合色素，造成差異的原因可能是劍麻和葡萄、棉花、大蒜等作物的葉綠素合成機制不同。熒光產量的參數反映了葉片吸收的光能用于光化學和非光化學反應的差異。本研究顯示，鉀肥顯著提高了劍麻葉片將吸收的光能轉化成化學能的效率，提高了劍麻葉片對強光的耐受性。

本研究結果還表明，麻渣在一定程度上可代替化學鉀肥，施用麻渣顯著增加葉片寬度、單葉生物量、增葉數、總葉片生物量。吳永和的研究結果也證實了麻渣還田有利于劍麻的生長[5]，同時也發現菠蘿的葉莖還田有利于菠蘿的生長[18]。因此，麻渣還田既能為劍麻提供生長所需的鉀元素，又能在一定程度上減少化學鉀肥的使用，在當前減量施肥的背景下，其重要性又進一步凸顯。

麻渣如何配施化學鉀肥在生產中十分重要。本研究發現，麻渣配施1/2化學鉀肥處理（NP+ST+1/2K）對劍麻具有最大的光能轉化效率和最佳的生長效果，說明施足麻渣有機肥的前提下，化學鉀肥只需施用推薦用量的50%，即50 g/（株·年），可使劍麻對鉀元素得到最大的利用。同時，在當前鉀肥推薦用量[100 g/（株·年）]下，施用麻渣可以節省一半的化學鉀肥用量[50 g/（株·年）]。學者李繼福等[19]在鄂中、江漢平原和鄂東地區開展稻田秸稈還田代替鉀肥的試驗，秸稈還田鉀素可不同程度地減少化學鉀肥的施用，最高可減少49.1%。在劍麻大田生產中，需要根據劍麻葉片和土壤的鉀元素盈虧來制定相應的麻渣配施鉀肥的方案。

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