紅掌不同生育期氮磷鉀吸收的動態變化特征

中圖分類號：S-3 文獻標識碼：A

0引言

明晰植物對水分及養分的攝取與利用特性，對于合理操控作物的生長發育節奏，提升水肥利用效率，達成增產、減排、節能的目標至關重要。鑒于植物在完整生育期內水分養分吸收利用所遵循的內在規律，精準施肥技術具有不可忽視的現實價值，其能夠有效優化資源配置，促進農業可持續發展，在保障農作物產量與質量的同時，最大限度地減少對環境的負面影響，為農業生產的綠色、高效轉型提供有力支撐。精準農業是近年來國際上農業科學研究的熱點領域[]。精準灌溉、精準養分調控技術成為精準農業中的關鍵因素，并被認為是現有文章編號：1672-4437（2025）02-0046-06最具希望的升級技術之一[2]。精準養分調控技術，尤其是氮磷鉀養分利用特點，在林木[3和農作物方面開展的研究相對較為深入，研究內容集中在施肥類型、施肥量與比例，以及施肥時間等關鍵要素。研究對象主要為玉米[4]、水稻[5]、小麥[]、木薯[7]、黃瓜[]、甜瓜等[9-12]農作物，由此為高效地利用水、肥資源，實現產量攀升構筑了堅實的基礎。但有關花卉對水肥吸收利用規律的研究較少，因此，研究出針對不同花卉、不同基質組合的花卉水肥調控技術意義重大。紅掌是國際花卉市場流行的名貴花卉，在世界熱帶花貿易中銷量位居前兩位。在水肥調控方面，對紅掌的研究集中在不同基質[13]、肥料配方[14]對養分吸收的影響以及營養診斷[15]等方面。然而，學術界有關在植物整個生育周期內，不同發育階段對于水、肥吸收利用的動態變化規律以及精確的施肥量方面公開的研究成果較為稀少。這就導致在實際操作中，栽培基質的篩選和施肥管理缺乏科學、精準的依據，大多依賴于經驗判斷，隨意性較為突出，難以實現水、肥資源的高效利用以及作物產量和質量的最優提升。基于上述背景，本文利用園林廢棄物優化配比的基質，研究紅掌不同生育期生長特點和對氮磷鉀養分吸收利用規律，模擬紅掌不同發育階段精準的肥料供應模型，以期實現增產節能，為紅掌盆花生產過程中精準化的水肥管控給予有力的支撐。

1材料與方法

1.1 材料

紅掌“阿拉巴馬”苗齡為2個月的組培苗，中株型品種。植株生長一致、根系發達，葉色翠綠，各株差異不明顯，無病蟲害。取自安徽農業大學農萃園，規模250株。栽培基質選用泥炭、高溫發酵腐熟的菇渣（栽植香菇菇渣）、高溫惰化處理的玉米芯和園林綠化廢棄物（主要為枝葉混合物）。泥炭：玉米芯：園林廢棄物：菇渣的體積比為3：1：3：2。其中菇渣取自安徽市三十崗，高溫惰化處理的玉米芯和園林綠化廢棄物取自北京市通州區。紅掌小苗（株高 5～6cm， 、中苗（株高 15～16cm ）、大苗（株高 21～22cm ）分別選直徑 7cm 、 15cm 、17 cm的塑料盆種植。

1.2方法與指標測定

在植株完成上盆操作的30日之后，對基質予以充分淋洗，以此正式啟動養分控制實驗流程。肥料選用紅掌專用肥，顆粒狀緩效肥（11N－8P-10K），每月施一次肥，小苗 0.5g/ 盆，中苗 1.25g/ 盆，大苗 1.5g/ 盆。在苗齡為第2、4、6、8、9、10、12、14、16、18、20、22、24個月時取樣，每次隨機選取10株，設3次重復。花期前后可適當加密采樣。分別測量各階段植株全株和各部分的鮮重、干重（生物量個組分）；全氮、全磷和全鉀的含量；植株冠幅，株高，葉片數，花莖高度，佛焰苞顏色、寬度、數量等觀賞性狀。將相鄰兩次測定之間的天數作為一個生長發育階段，分別用1、 表示 60～120d ， 120～180d 7 180～240d 、240～270d 、 270～300 d、 300～360d 、 360～420d 、420～480d 、 480～540d 、 540～600d 、 600～660d 、

660～720 d的12個發育階段。

將采集樣品在 60^°C 下烘干至恒重，干燥粉碎裝入密封瓶內保存。植物樣品的全N含量采用凱氏定氮法測定，全P含量采用硝酸一高氯酸消煮、鉬銻抗比色法測定，全K含量采用原子吸收分光光度法測定[16]。

1.3驗證試驗設計

對照T1（CK）：目前紅掌生產中廣泛使用的基質，進口泥炭 + 經驗水肥控制；

對照T2（CK）：基質［泥炭：玉米芯：園林廢棄物：菇渣體積比3：1：3：2] + 經驗水肥控制；

處理T3：基質[泥炭：玉米芯：園林廢棄物：菇渣體積比3：1：3：2 + 本試驗建立的精準水肥控制。

2017年6月開始進行切花栽培，各處理50株，設3次重復。上盆后，紅掌苗齡24個月時，調查植株冠幅、株高、葉片數、佛焰苞寬度、花莖高度、開花數等指標（常規測量）。各處理組隨機選取20株。

1.4數據分析

采用SAS9.2方差分析，Matlab、Logistic模擬回歸方程，Exce1作圖。將紅掌干物質積累變化曲線和氮磷鉀元素的吸收曲線用Logisticy ′=1/ （a+be^-x， 方程回歸，得到干物質、氮磷鉀累積吸收量隨栽培天數變化回歸方程，對方程進行一階求導，得到干物質累積吸收速率和N、P、K元素養分吸收速率，對方程進行三階求導，得到曲線的拐點。將N、P、K元素累積吸收量和累積施入量相比，獲取了各個測定時期內氮（N）、磷（P）、鉀（K）元素相應的利用率數值。隨后，運用二次多項式擬合，對所獲得的大量數據點進行精細處理，進而精準推導出能夠直觀反映利用率隨著栽培時間動態變化的方程。計算得出各生長階段的N、P、K元素養分利用率的平均值，換算出各個時期的施肥量，確定精準的肥料控制量。

2結果與分析

2.1紅掌生長發育的階段性

采集后一次測定得到紅掌鮮重數據和干重數據，并將它們分別與前一次所測定的對應數值進行相減運算，精準獲取到了紅掌鮮重增加量以及干重增加量的具體數值（如圖1）。

紅掌鮮重與干重的增長態勢呈現出顯著的階段性特征。在紅掌緩苗結束之后，其鮮重以及干物質積累在前4個階段均處于緩慢遞增狀態，增速相對平緩；第5個階段，鮮重和干重的增加量陡然上揚，達到整個生長周期的峰值，與此同時，紅掌的各個營養器官也在此階段迅速膨大；第6個階段迅速減少，營養生長向生殖生長轉化，之后鮮重和干重又迅速增大；到第8個階段到達第二個高峰，繼而下降，之后鮮重繼續變成逐漸上升的趨勢，整個變化趨勢呈現W型，干重增加較平緩，這與紅掌的生殖生長時期按照一葉一花合軸生長模式有關。

2.2紅掌干物質累積量和氮磷鉀養分累計量變化

紅掌進入正常生長后，干物質逐漸增多，累積過程可分為3個階段，前期增長緩慢，緊接著，呈現出迅猛增長的態勢，在此之后，增長速率又逐漸放緩，整體的增長曲線趨近于S型走勢（如圖2）。P元素的吸收動態與干物質的增長軌跡表現出高度的相似性（如圖3）。但是，N元素和K元素的吸收量在后期增長加速。N元素吸收量在前9個月增長緩慢， 9～18 個月增長較快，18個月后快速增長（如圖4）。K元素累計在 10～16 個月迅速增長，16～20 個月期間增長放緩，20個月后快速增長（如圖5）。紅掌進入生殖生長期后，葉片繼續生長，出葉速度再度加快，同時，葉片與佛焰苞皆呈現出快速生長發育的趨勢，這導致其對氮、鉀肥的需求進一步增強。

將紅掌干物質累積變化曲線和氮磷鉀元素的吸收曲線用多項式擬合和Logistic方程回歸，其中以 y=1/（a+be^-x） 回歸，擬合度較高，得到紅掌對干物質累積量的回歸方程：

R²=0.9506 （1）紅掌對N元素累積吸收量的回歸方程： ）R²=0.9637 （2）紅掌對P元素累積吸收量回歸方程： R²=0.9516 （3）紅掌對K元素累積吸收量回歸方程： R²=0.9033 （4）

方程式中 x 為栽培月份，y為對干物質累積量或N、P、K元素的累積吸收量（g/株）。對方程（1）至（4）逐一求三階導數進行深入分析，確定了紅掌干物質積累變化曲線所對應的拐點，分別出現在第286d和第458d。在栽培的前286d里，紅掌處于干物質累積相對緩慢的前期階段；當栽培時長達到458d之后，紅掌步入干物質累積的后期，同樣呈現出緩慢累積的態勢，生長速率放緩，在286～458 d之間為干物質快速累積時期。

紅掌對于N元素累積吸收量的變化曲線存在兩個關鍵拐點，分別位于栽培后的第315d與第542d。在栽培前期，前315d，紅掌處于N元素吸收相對遲緩的階段，植株對該元素的攝取速率較為平緩，吸收量增長緩慢，在 315～542 d之間為N元素較快吸收時期，在 542～720 d處于N元素快速吸收期。紅掌對P元素的累積吸收量變化曲線的拐點：298d和587d。在栽培298d以前是吸收P元素的前慢期，587d以后是吸收P元素的后慢期， 298～587 d為P元素快速吸收時期。紅掌對K元素的累積吸收量變化曲線的拐點：315d和484d 。在栽培315d以前是吸收K元素的前慢期，315～484d 為K元素的較快吸收時期，484d以后是吸收K元素的快速吸收期。

2.3紅掌干物質累積和養分吸收速率變化

對方程（1）至（4）一階求導，得到積累速率，作出積累速率變化曲線（如圖6一圖9）。紅掌干物質積累速率和養分累計速率均呈單峰曲線，生長前期迅速增大，到達高峰之后又迅速減小，進入生長后期逐漸減緩，逐漸趨于橫軸。紅掌栽培286d和458d拐點時，干物質累積速率為每株 0.18g/d 。栽培315d和542d拐點時，N元素的吸收速率為每株 2.70E-03g/d ；298d和587d拐點時，P元素的吸收速率為每株 2.46E-04g/d ；栽培315d和484d拐點時，K元素的吸收速率為每株2.06E^-03g/d

2.4紅掌N、P、K養分利用率變化規律將紅掌在各生長階段累積吸收的氮、磷、鉀元素量，與同期累積施入的肥料量逐一對比，算出測定時期內氮、磷、鉀肥的利用率（見表1）。

用多項式擬合，得到紅掌N、P、K肥利用率隨栽培時間變化的方程：

紅旱N肥利用率隨戒培時間變化的方程：

y=3.354136E-7*X²+0.00010888*X+ 0.17213

R²=0.7080 （5）紅掌P肥利用率隨栽培時間變化的方程：

0.0000679

R²=0.7180 （6）紅掌K肥利用率隨栽培時間變化的方程：

（204 y=3.90636E-11*X⁴-6.78689E-8*X³+ 0.00004117*X²- 0.00986*X+ 0.92014

R²=0.8367

將栽培天數為 1、2、3…7200 依次代入方程（5）一（7），模擬出栽培紅掌期間N、P、K肥的利用率。再依據紅掌吸收氮、磷、鉀元素的三個累積階段，算出各階段平均值，即對應階段N、P、K肥的平均利用率。經計算，紅掌在栽培 60～315d 7315～542c 、 542～720 d的N肥平均利用率分別為 20.58% 、 28.10% 、 37.49% ；栽培 60～298d ！298～501 d、 501～720 d的P肥平均利用率分別為 1.94% 、、 3.641% 、 4.46% ；栽培 60～315c 1、315～484d 、 484～720 d的K肥平均利用率分別為 18.85% 、 20.8% 、24. 73% 。

2.5紅掌不同生長時期精準的施肥量

取紅掌 N，N，K 肥累積變化拐點的最小值和最大值，將施肥時期分為 60～298d ， 299～542d 1543～720 d三個階段。設不同時期最高的肥料利用率的數值代表肥料耦合方案的最高值，換算出各個時期的施肥量。

以泥炭：玉米芯：園林廢棄物：菇渣體積比為

3：1：3：2的基質配方栽培紅掌的肥料精準控制模式是肥料為紅掌專用肥，顆粒狀緩效肥（11N－8P-10K），根部施肥。栽培 60～298d 期間，每株的施肥量為 0.69～0.72g . 299～542 d 每株的施肥量為 1.34～1.35g ： 543～720 d 每株的施肥量為1.58～1.59g ，每月施肥1次。

2.6試驗結果在紅掌栽培中的應用效果

三個處理組的品質均達到了盆栽紅掌產品質量等級劃分標準中的中株型一級標準，佛焰苞的個數遠超過標準值。不同的栽培基質和水肥控制模式對紅掌的株高、鮮重、干重、冠幅等指標產生顯著影響（見表2、表3）。其中，T3處理組的紅掌在株高、鮮重、冠幅以及干重等品質方面，均顯著優于T2和T1對照組。該組紅掌的株高已接近大株型的高度，這表明，在采用經驗水肥控制模式進行栽培時，泥炭、玉米芯、園林廢棄物、菇渣按3：1：3：2的體積比混合形成的代用基質，能夠有效提升紅掌的栽培效果。使用本試驗所建立的精準肥料控制模式來栽培紅掌，紅掌切花的各項品質將得到顯著改善和提高，展現出更加出色的生長態勢。

3討論

本研究揭示了紅掌生長發育過程中干物質積累與養分吸收的動態特征及其階段性規律。紅掌鮮重與干重的W型變化趨勢反映了其營養生長與生殖生長的交替模式。研究結果與合軸生長模式下營養生長與生殖生長的交替進程密切相關。在栽培中期（286-458d）干物質積累速率達到峰值 0.18g/d 此階段植株同時進行營養器官擴張和生殖器官分化，需協調分配光合產物[6]。通過Logistic方程建立的回歸模型具有較高擬合度（ ?R²gt;0.90 ），為紅掌生長預測提供了可靠的數學模型。

不同營養元素的吸收動態呈現顯著差異，N、K元素在生殖生長后期（542d后）吸收速率持續升高，而P元素吸收與干物質積累保持同步。這可能源于佛焰苞發育對鉀素的特殊需求[1]，以及葉片持續生長對氮素的持續需求[18]。研究建立的階段劃分方法（60-298d、299-542d、543-720d）精準反映了植株需求轉變節點，與拐點分析結果（315-484d）高度吻合，為分期施肥提供了理論依據。肥料利用率的階段性特征顯示，N、K元素利用率在生殖生長階段分別提升至 37.49% 和 24.73% ，較傳統施肥方案提高約 15%^[19] 。采用緩釋肥（11N-8P-10K）配合基質改良（3：1：3：2體積比），通過每月精準調控施肥量 （0.69-1.59g/ 株），使T3處理組佛焰苞數量超行業標準 30% 。這驗證了代用基質與緩釋肥協同效應可改善根際微環境，促進養分持續釋放[20]，為紅掌綠色栽培提供了新方案。

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