芭蕉芋干物质及矿质营养元素累积与分配特征研究

张文娥，王 飞，潘学军

(1西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌712100;2贵州大学农学院，贵州贵阳550025)

作物产量是由生育期内干物质及养分的积累、分配和转移特性决定的［1］。围绕玉米、小麦、马铃薯、甘薯等粮食作物的干物质和养分积累与转运，国内外学者的大量研究表明，不同的作物种类和品种光合特性差异很大，同化产物的积累能力不同;在作物不同的生育期，干物质分配中心发生转移，营养生长期的干物质分配中心主要为叶片、茎等营养器官，而产量器官形成期的分配中心则转向果实、块茎、根茎等产量器官。作物产量的高低一方面决定于产量形成期光合同化能力的大小，另一方面取决于该时期营养器官养分向产量器官转移的多少［2－5］。玉米灌浆物质主要来源于花后的光合作用，而营养器官干物质运转对籽粒贡献率大小因品种而异［1－2］。矿质元素积累和分配规律也因作物种类和品种的不同而不同，作物对矿质养分的需求、积累和分配与发育阶段密切相关［6－12］。陆国权和丁守仁［9］对70个不同基因型的甘薯材料进行了研究，表明不同基因型甘薯钾效率的变异范围为52.28～198.78，钾高效利用型甘薯每生产100 kg薯块所需钾素小于0.7 kg;韩燕来等［5］研究则表明，超高产小麦比普通产量小麦需要更多的氮和钾，但对磷的需求差异不大;卢艳丽等［10］对糯玉米氮素吸收利用效率的研究表明，糯玉米开花前氮素主要分配在叶片和茎杆中，开花后氮素逐渐转向雌穗，以籽粒建成为中心。

芭蕉芋(Canna edulis Ker)为美人蕉科多年生草本植物，其根茎富含淀粉，是集粮食、能源、饲料于一体的多用途作物，开发潜力极大［13］。近年来，随着芭蕉芋淀粉产品的不断开发，种植面积连年扩大［14］。芭蕉芋生育期长，生物量大，产量高［14－15］，为达到优质高产，获取更高的经济价值，科学的栽培管理及合理的施肥是芭蕉芋高产的关键。迄今为止，国内外关于芭蕉芋干物质及矿质元素积累、分配方面的研究未见报道，对芭蕉芋不同品种的干物质积累规律和养分利用特征研究的缺乏，导致了在芭蕉芋生产中缺乏对施肥技术的合理指导，本文以当前国内主栽的3个芭蕉芋品种为试材，系统研究了不同品种芭蕉芋干物质及矿质营养积累和分配规律，为芭蕉芋的科学栽培及施肥管理提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为美人蕉属3个芭蕉芋(Canna edulis Ker)栽培品种:紫叶红花芋(C．edulis cv．PLRF)、Xingyu-1(C．edulis cv．Xingyu-1)和 Xingyu-2(C．edulis cv．Xingyu-2)。紫叶红花芋(PLRF)为国内外主栽品种，该品种占贵州省芭蕉芋种植面积的95%以上，Xingyu-1(绿叶黄花)和Xingyu-2(绿叶红花)为贵州黔西南州农科所从PLRF中选出的2个芽变品种，2009年通过贵州省农作物品种审定委员会审定。芭蕉芋种球取自贵州省兴义市，于2010年3月下旬，选取无病虫害的发育良好的种球，按株行距50×30(cm)种植于苗圃内，常规栽培管理。待幼苗长至2叶1心(5月下旬)时，选取生长健壮一致的幼苗移植到45×40×30(cm)的盆内，盆内装20 kg风干的田园土。供试土壤pH值8.1，土壤有机质46.5g/kg，全氮 1.05 g/kg，全磷 0.74g/kg，速效磷3.8 mg/kg，全钾 5.64 g/kg，速效钾 132.5 mg/kg。用于发棵结芋期研究的材料每盆移植2株;用于子芋完熟期研究的材料每盆移植1株，每处理6次重复。移栽后遮阴，缓苗后移入四面通风的东西向温室内进行管理。

1.2 样品采集与测试方法

试验于2010年3月中旬至2011年3月在西北农林科技大学园艺植物栽培与设施园艺实验室和贵州大学喀斯特环境与地质灾害重点实验室进行。于发棵结芋期(8月上旬)和子芋完熟期［18］(10月中旬)取样，参照梁智等［7］的方法彻底挖根，分解取样，将植株分为须根、根茎、茎和叶片(叶片从叶鞘与叶片连接处分开，叶鞘留在茎部)4部分，105℃杀青20 min，70℃恒温烘至恒重，称其干质量，粉碎装入密封袋备用。样品用H2SO4混合加速剂法在消化系统(K－438)中消解后用半微量凯氏法(K－370自动凯氏定氮仪)测氮元素，样品干灰化后用电感耦合等离子发射光谱仪(JCP－AES，法国JY公司)测定P、Ca和Mg，火焰原子吸收光度计测定K。

元素累积量=器官元素含量×器官生物量

1.3 数据处理

试验数据为平均值±标准差(3次重复)，采用Excel和SAS(9.1)统计软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 芭蕉芋干物质积累与分配特征

芭蕉芋发棵结芋始于6月中上旬，至9月中上旬结束，历时约80 ～90 d［15］。此时，PLRF、Xingyu-1和Xingyu-2的叶片是干物质主要的分配器官，其次是茎和根茎，根系的分配率最低(表1)。随着芭蕉芋的发育，干物质逐渐积累。在子芋完熟期，根茎成为芭蕉芋干物质的主要分配器官，其中Xingyu-1的根茎分配率最高，为55.84%，叶片干质量与根茎干质量的比值为1∶2.55，PLRF和Xingyu-2的根茎分配率均低于50%，叶片干质量与根茎干质量的比值分别为1∶2.06和1∶204，说明Xingyu-1的光合经济产出率高于PLRF和Xingyu-2。

表1 芭蕉芋不同器官干物质的积累与分配Table 1 Dry matter accumulation and distribution in different organs of edible canna

2.2 芭蕉芋不同器官矿质元素含量

2.2.1发棵结芋期不同器官矿质元素含量 由表2可见，发棵结芋期3个芭蕉芋品种体内大量元素含量均表现为K＞Mg＞Ca＞N＞P。叶片中N含量最高，根系次之，根茎和茎含量最低;P、K以茎含量最高，叶片次之，地下部(根和根茎)含量最低;Ca含量以根系最高，根茎次之，茎叶含量最低;Mg含量以根和茎含量最高，根茎次之，叶含量最低(PLRF除外)。Xingyu-1的 P平均含量为 3.2 g/kg，比Xingyu-2和PLRF分别高36.6%和27.2%;芭蕉芋各器官Mg平均含量介于10.9～13.7 g/kg之间，Xingyu-1(13.7 g/kg)＞PLRF(12.2 g/kg)＞Xingyu-2(10.9 g/kg)。PLRF、Xingyu-1和Xingyu-2的N平均含量分别为8.2、8.4、8.4 g/kg;K平均含量分别为37.3、35.9、37.0 g/kg;Ca平均含量分别为10.5、10.6、10.1 g/kg，N、K、Ca 3种元素的平均含量在品种间差异较小。

2.2.2子芋完熟期不同器官矿质元素含量 由表3可以看出，子芋完熟期芭蕉芋各器官N元素均以叶片含量最高，茎含量最低;含P量以茎叶最高，根茎最低;K含量以根系最高，茎最低;根、茎、叶含Ca量均较高，根茎Ca含量最低;Mg含量在茎和根茎中最高，叶及根中最低。PLRF、Xingyu-1和Xingyu-2平均含N量分别为4.5、4.7、4.7 g/kg;平均含P量3.9、3.9、3.7 g/kg;含 K 量 16.5、19.2、19.0 g/kg;含钙量 3.8、4.0、3.9 g/kg;含 Mg量 3.3、4.1、3.1 g/kg。与发棵结芋期相比，子芋完熟期P元素含量略有上升，N、K、Ca和Mg含量普遍降低，Mg含量降低幅度最大，PLRF、Xingyu-1和Xingyu-2分别下降了73.0%、70.1%和71.6%，其次是Ca(61.4% ～63.8%)和 K(46.5% ～55.8%)，N 元素(44.1% ～45.1%)的降低幅度最小。

表2 发棵结芋期不同器官矿质元素含量(g/kg)Table 2 Contents of mineral elements in different organs of edible canna at the sub-taro enlargement stage

表3 子芋完熟期不同器官矿质元素含量(g/kg)Table 3 Contents of mineral elements in different organs of edible canna at the sub-taro ripe stage

2.3 芭蕉芋矿质元素积累分配特性

2.3.1发棵结芋期矿质元素积累分配特性 由表4可见，本试验条件下，发棵结芋期3个芭蕉芋品种对K吸收最多，P吸收最少，但不同品种对各种元素的吸收比例略有不同，PLRF的 N∶P∶K∶Ca∶Mg为3.2∶1∶14.0∶3.3∶4.1，Xingyu-1 和Xingyu-2的分别为2.7∶1∶10.6∶2.6∶3.6 和3.9∶1∶15.7∶3.9∶4.1。3个芭蕉芋品种的N主要分配到叶片中，P、K、Ca、Mg主要分配到茎叶中。

表4 发棵结芋期不同器官矿质元素积累和分配特性Table 4 Accumulation and distribution of mineral elements in different organs of edible canna at the early sub-taro enlargement stage

2.3.2子芋完熟期矿质元素积累分配特性 表5显示，子芋完熟期芭蕉芋平均累积N 1116.2～1210.8 mg/plant，P 852.6 ～ 907.5 mg/plant，K 4528.9 ～5055.2 mg/plant，Ca 919.2 ～ 991.7 mg/plant，Mg 888.2～1369.0 mg/plant，其中发棵结芋期N、P、K、Ca、Mg积累量占生育期积累总量的41.4% ～53.5%、15.1% ～26.0%、40.6% ～54.1%、54.0%～61.8%和58.8% ～70.4%。与发棵结芋期相同，子芋完熟期各矿质元素也以K积累量最高，P积累量最低。 芭蕉芋子芋完熟期植株N∶P∶K∶Ca∶Mg为 1.12～1.42∶1∶4.99 ～5.88∶1.03 ～1.15∶1.04～1.59，与发棵结芋期相比，此时期P的相对含量明显提高。子芋完熟期N主要累积在叶和根茎中，分别占总 N量的46.2% ～47.4%和31.8% ～37.6%;P主要积累在根茎、茎和叶中，分别占总量的17.4% ～38.4%，22.4% ～35.4%和28.7%～40.8%;K主要积累在根茎，PLRF、Xingyu-1和Xingyu-2根茎K积累量分别占总积累量的60.9%，63.5%和54.6%，叶片是K元素的第2大分配器官，占总量的16.3% ～22.5%;Ca主要积累在根茎和叶片，二者占到总积累量的65.2% ～76.9%;Mg主要积累在根茎，3个品种根茎Mg积累量均超过50%，Xingyu-1的根茎积累比例最高，达70.1%。经计算每生产1000 kg芭蕉芋干根茎，PLRF品种需要吸收N 8.18 kg、P 6.65 kg、K 33.20 kg、Ca 6.84 kg、Mg 7.42 kg;Xingyu-1需要吸收 N 7.46 kg、P 5.73 kg、K 33.70 kg、Ca 6.61kg、Mg 9.13 kg;Xingyu-2需要吸收N 8.99 kg、P 6.33 kg、K 36.99 kg、Ca 6.82 kg、Mg 6.59 kg。由此可见，Xingyu-1的N、P、K土壤养分校正系数高，Xingyu-2的Mg元素土壤养分校正系数高于PLRF和Xingyu-1;3个品种的Ca土壤养分校正系数相当。

表5 子芋完熟期不同器官矿质元素积累和分配特性Table 5 Accumulation and distribution of mineral elements in different organs of edible canna at the sub-taro ripe stage

3 讨论与结论

1)作物不同的发育阶段，同化产物的分配中心不同，马铃薯生育期间不同器官干物质积累中心依次为叶片、地上茎和块茎［3－4］，而小麦、玉米等收获籽粒的作物，籽粒形成期同化产物的分配中心则转移到籽粒上［1，5］，本研究结果表明，芭蕉芋发棵结芋期干物质的分配中心为叶片和茎，子芋完熟期的同化产物分配中心转移到根茎，这与多数作物生长后期干物质向收获器官转移的结论相一致［1，3－5］。整个生育期内，芭蕉芋后期干物质积累高于前期，其中Xingyu-2品种的后期积累占总积累量的80.0%，略高于其他2个品种。子芋完熟期Xingyu-1的营养器官干质量与根茎干质量的比值为0.84∶1，低于PLRF(1.02∶1)和 Xingyu-2(1.04∶1)，说明在相同的栽培条件下，Xingyu-1营养器官的生物量构成低，光合经济产出率高。

2)发棵结芋期和子芋完熟期，芭蕉芋体内K的积累量和各器官内K的平均含量均居各元素之首，表明芭蕉芋属于喜钾植物，这与甘薯、马铃薯等块根、块茎作物相同［6］。芭蕉芋体内P的积累量和各器官内P平均含量均居最低;芭蕉芋生育期内，N元素以叶片中含量最高，而P、K、Mg和Ca元素在不同时期分配中心发生了转移。发棵结芋期，Xingyu-1的P、Mg平均含量高于其他2个品种，K平均含量低于其他2个品种，N和Ca平均含量在品种间差异不显著;子芋完熟期Xingyu-1的N、P、K、Ca和Mg平均含量均高于或与其他2个品种相当。与发棵结芋期相比，子芋完熟期P元素平均含量略有上升，其他4种元素含量普遍下降，其中Mg含量降低幅度最大，N元素降低幅度最小。

3)芭蕉芋不同发育时期矿质元素的分配特点为，发棵结芋期N、P、K、Ca、Mg积累量占生育期积累总量的41.4% ～53.5%、15.1% ～26.0%、40.6%～54.1%、54.0%～61.8%和58.8% ～70.4%;该期芭蕉芋 N∶P∶K 为2.7～3.9∶1∶10.6～15.7。子芋完熟期N、P、K、Ca、Mg积累量占生育期积累总量的 46.5% ～58.6%、74.0% ～84.9%、45.9% ～59.4%、38.2% ～46.0%和29.6% ～41.2%;N∶P∶K 为1.12～1.42∶1∶4.99～5.88。根据该分配特点，建议芭蕉芋栽培中，应重施基肥和苗肥，50%的氮和钾、20% ～30%的磷和50%～70%的钙、镁在营养生长期使用。苗期施肥以氮和钾为主，重施钾肥，配施磷肥;后期适当的降低氮、钾比例，增施磷肥。

4)在本试验条件下，在生产相同质量的干物质时，Xingyu-1吸收的K、Ca和Mg元素高于其他2个品种，但Xingyu-1的光合经济产出率高于PLRF和Xingyu-2，在吸收相同量的N、P、K时，Xingyu-1的根茎产量高，因此Xingyu-1的N、P、K的土壤养分供给量校正系数高;而Xingyu-2的Mg元素土壤养分供给量校正系数高于PLRF和Xingyu-1;3个品种的Ca土壤养分供给量校正系数相当。

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