不同钾水平对剑麻生长和钾素吸收利用特性的影响

习金根　谭施北　贺春萍　吴伟怀　郑肖兰　梁艳琼　李锐　郑金龙　易克贤

摘 要 采用盆栽试验，研究4个不同钾（K2O）水平（0、76.8、84、91.2 mg/kg土）对剑麻幼苗生物学性状、生物量、养分含量和钾肥吸收利用效率的影响。结果表明，施钾处理剑麻株高和叶片长度显著提高，平均提高64.2%和59.7%。高钾处理K3地上部鲜重、干重显著提高 23.2%、11.4%。根冠比随着钾水平的提高呈先增大后减小的趋势。施钾处理剑麻地上部、根系全钾含量显著提高，平均提高60.2%和158.7%。剑麻地上部和根系钾素吸收效率均随着钾水平的增加而增加，氮素和磷素吸收效率则随着钾水平的增加呈先增大后减小的趋势。而钾素利用效率则随着钾水平的增加而减小，施钾处理植株钾素利用效率平均下降31.0%。

关键词 剑麻；钾水平；生长；钾素积累

中图分类号 S563.8 文献标识码 A

剑麻（Agave sisalana1 Perr.ex Englem）是龙舌兰科龙舌兰属多年生热带硬质叶纤维作物[1]，其纤维拉力强，具耐磨、耐酸碱、耐腐蚀等特性，广泛用于制作绳缆、钢索绳心、剑麻地毯等，是国防、渔业、航海、石油、工矿等领域的重要原料。近十年来世界剑麻的生产和进出口贸易大体上都有所增长，市场前景广阔[2-4]。钾素是植物生长发育所必需的大量营养元素，钾离子在植物细胞中含量丰富，是植物生长发育所必需的唯一的一价阳离子，在维持细胞膨压、参与叶片及气孔的运动、促进光合产物和同化产物的输送、脂肪合成、氮的吸收和蛋白质的合成等方面起重要作用[5]。近十年来，有关钾肥提高作物产量的报道越来越多。

前人在钾素对剑麻的作用方面已做过不少研究，但有关钾肥最佳施用水平和钾素吸收利用规律的研究较少。研究表明，K主要累积在剑麻叶片和茎中，每生产1 t高产剑麻叶片对K2O的吸收量为3.26 kg，每收获1 t剑麻叶片被带走的KO2为2.14 kg[6]。阮沂泗[7]研究发现，施钾肥后剑麻抗逆性强，病虫害少，增产效果明显，且纤维拉力强，质量好。GWCock[8]也通过砂培盆栽试验发现，在营养液中加钾，地上部分干重增加半倍。许能琨等[9]研究结果表明，K肥对剑麻的鲜叶产量和出麻率有极显著的增产效应，K的肥料效应仅次于Ca。可见，钾对剑麻产量和品质的形成具有重要作用，而中国广东、广西和海南等剑麻主产区钾营养均偏低[10-11]，有必要进一步增施钾肥，挖掘剑麻产量潜力。但钾肥施用过量也会带来负面效应。郑超等[11]研究发现增施K导致纤维率的显著下降，而黄标等[12]也发现，剑麻叶片K含量与公顷产纤维重呈显著负相关。可见，科学合理地施用钾肥在剑麻生产中意义重大，为此，笔者以龙舌兰H.11648幼苗为材料，进行盆栽试验，参考当地剑麻生产钾肥用量，设置不施钾、低钾、中钾、高钾4个不同钾水平，观察测定不同钾水平对剑麻生物学性状、生物量以及养分吸收利用特性的影响，以期为剑麻生产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用剑麻（Agave sisalana）幼苗均为龙舌兰H.11648品种吸芽苗，大小为（0.35±0.05）kg，2012年8月中旬于广西山圩农场高产剑麻园采集。供试土壤为沙壤土，有机质含量9.20 g/kg，pH4.7，碱解氮24.77 mg/kg，速效磷11.18 mg/kg，速效钾42.04 mg/kg。市售黑色环保塑料袋及盆口径为23 cm，高30 cm的塑料盆。供试肥料为尿素（含N 46%），过磷酸钙（含P2O5 16%），氯化钾（含K2O 60%），均为市售化肥。

1.2 试验设计

试验于海南儋州市中国热带农业科学院环植所基地大棚进行。选取长势正常一致的剑麻幼苗进行盆栽试验。每盆装土5 kg，每盆1株。2012年8月31日种下，每隔10 d浇1次水，每次200 mL。以剑麻生产钾肥施用量为中等水平，设置4个不同钾水平处理（以K2O计），分别为不施钾：0 mg/kg土、低钾：76.8 mg/kg土、中钾：84 mg/kg土、高钾：91.2 mg/kg土，4次重复。不同处理氮、磷水平一致，分别为尿素（以N计）41.4 mg/kg土，过磷酸钙（以P2O5计）6.3 mg/kg土。2012年10月15日，于盆中挖两小沟，将过磷酸钙、尿素和氯化钾一次性施入，覆土，施肥后正常管理。

1.3 测定项目与方法

试验期间记录剑麻植株的生长情况，于2013年6月13日采集植株，测量地上部以及根系相关指标：株鲜重、株干重、叶片数、株高、叶片长度、叶片宽度、叶片厚度以及根数、根长、根粗、根鲜重，根干重。并测定剑麻植株地上部和根系N、P、K含量，测定方法[13]：样品经过H2SO4-H2O2消化后，N用奈氏比色法测定，P用钼锑抗比色法，K用火焰光度法。

国内外有多种表征肥料利用效率的参数，如作物的生产系数（PI）、偏生产率、生产效率等，这些参数均为不同目的而设定，并不统一[14]。本研究只考察剑麻植株对钾素的吸收和利用效率，按照Morris等[15]提出的资源捕获量和利用效率的关系，用植株的养分吸收量表示植株对该养分的吸收效率，用单位吸收的养分所产生的干物质量表示植株体内养分的利用效率，计算方法如下：

剑麻各器官钾素吸收量/（mg/株）=各器官干重×各器官钾素含量；

剑麻植株钾素吸收量/（mg/株）=地上部钾素吸收量+根系钾素吸收量；

剑麻各器官钾素利用效率/（mg/mg）=剑麻各器官干重/剑麻各器官钾素吸收量；

剑麻植株钾素利用效率/（mg/mg）=剑麻植株干重/剑麻植株钾素吸收量。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2007、SAS 9.0软件统计数据，进行方差分析并作显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同钾水平对剑麻生物学性状的影响

从表1可以看出，施K处理剑麻株高和叶长有所增加，平均比不施K处理K0高7.6%和8.3%。其中，处理K2、K3株高和叶长显著高于处理K0，但处理K1和K0，以及施钾处理间差异不显著。不同处理间叶数、叶宽和叶厚差异不明显。施钾处理根数有所增加，平均比处理K0高13.0%，而施钾处理根粗总体上比处理K0小，平均比处理K0小8.43%，但根数和根粗不同处理间差异不显著。剑麻最长根长不同处理间有所差异，但变化规律不明显。

2.2 不同钾水平对剑麻生物量的影响

从表2可以看出，不同钾水平处理剑麻地上部鲜重和干重有明显差异。其中高钾处理K3地上部鲜重和干重最大，分别为647.4 g、73.31 g，比不施钾处理K0提高23.2%、11.4%。值得注意的是，除处理K3外，处理K1、K2地上部鲜重与处理K0差异不显著，其地上部干重则均显著小于处理K0。剑麻根系鲜重和干重总体上随着钾水平的增加呈现增大后减小的趋势。其中，处理K2根系鲜重和根干重最大，分别为10.8 g、4.82 g，比处理K0显著提高72.9%、47.8%。与不施钾处理相比，施钾处理剑麻地上部生物量增加幅度较小，其中，地上部鲜重平均提高7.9%，而干重则降低3.3%。根系生物量增加幅度较大，根系鲜重、干重平均分别提高37.2%、31.7%。剑麻根冠比总体上随着施钾水平的增加呈先增大后减小的趋势。其中，处理K2最大，为0.085，显著大于其它处理。处理K0最小，为0.050。同钾水平处理剑麻地上部和根系含水量也有一定的差异。剑麻地上部含水量总体上呈现增大后减小的趋势，其中，处理K2最大，处理K0最小，分别为89.3%、87.5%。而根系含水量变化趋势与地上部有所不同，不同施钾处理间的变化规律不明显，同一处理的不同重复间的差异较大。其中，处理K2最大，处理K1最小，分别为54.9%、42.8%。

2.3 不同钾水平对剑麻地上部和根系养分含量的影响

养分含量测定结果表明（见表3），不同钾水平处理剑麻地上部和根系养分含量有所不同。地上部全氮含量变化范围为9.06～12.06 g/kg，施钾处理间总体上随着施钾水平的增加呈增加趋势，但与处理K0差异不显著。根系全氮含量变化范围为9.16～11.62 g/kg，处理K0最小，施钾处理间总体上随着施钾水平的增加呈下降趋势。地上部全磷含量变化范围为0.96～1.16 g/kg，总体上随着施钾水平的增加呈先增大后减小的趋势。根系全磷含量变化范围为0.95～1.14 g/kg，不同处理间差异不明显。地上部和根系全钾含量变化范围分别为16.12～28.63 g/kg、2.14～4.05 g/kg，总体上随着钾水平的增加而增加，其中，处理K3地上部和根系全钾含量均最大，分别比处理K0提高77.6%、89.3%。与不施钾处理K0相比，施钾处理地上部全氮含量差异不明显，而根系全氮含量、地上部和根系全磷含量均有所提高，地上部和根系全钾含量则大幅提高。可见，不同钾水平条件下，剑麻地上部和根系N、P、K含量有一定差异，施钾可显著提高剑麻地上部和根系全钾含量。

2.4 不同钾水平对剑麻N、P、K素吸收效率的影响

养分吸收量即植株体内的养分总量，是衡量养分吸收效率的指标。由表4可见，不同钾水平条件下剑麻地上部和根系N、P、K吸收量有一定差异。剑麻地上部吸N量处理K3最大，为882.43 mg/株，显著大于处理K0；处理K1最小，为552.92 mg/株，显著小于处理其它处理；而K0和K2差异不明显。可见，剑麻地上部吸N量随着钾水平的增加变化规律不明显。地上部吸P量总体上随着钾水平的增加呈增加趋势，但处理K0和K1、处理K2和K3之间差异不显著。地上部吸K量随着钾水平的增加而增加，其中，处理K3最大，为1 956.1 mg，为处理K0的183.5%，而施钾处理平均比处理K0增加40.19%。

剑麻根吸N量总体上随着钾水平的增加呈先增大后减小的趋势，施钾处理根系吸N量均显著大于处理K0，但处理间差异不显著。其中，处理K2最大，为处理K0的172.2%，施钾处理平均比处理K0增加52.11%。根系吸P量处理K2最大，显著大于处理K0，施钾处理平均比处理K0增加46.06%，总体上随着钾水平的增加呈先增大后减小的趋势。根系吸K量随着钾水平的增加呈增加趋势，但施钾处理间差异不显著。其中，处理K3最大，为处理K0的265.7%，而施钾处理平均比处理K0增加154.30%。可见，施钾显著促进N、P、K素在剑麻地上部和根系的吸收，尤其是促进K素的吸收。

2.5 不同钾水平对剑麻N、P、K平衡的影响

图1显示，剑麻地上部K/P随着钾水平的增加呈增加趋势，由不施钾处理K0的16.86增加到高钾水平的K3的22.99。其中，处理K3显著大于其余处理，但处理K0、K1和K2之间差异不显著。N/P处理K2最小，为8.68，处理K0最大，为10.37，不同施钾处理间变化规律不明显。而N/K总体上随着钾水平的增加呈下降趋势，由处理K0的0.64下降到K3的0.42，但下降幅度较小。说明钾水平的增加有效促进剑麻地上部对K素的吸收，但对氮磷营养的的平衡影响不明显。

2.6 不同钾水平对剑麻钾素利用效率的影响

钾素利用效率即钾素的干物质生产效率，定义为植物吸收到体内的单位钾素所产生的干物量，表征植株吸收钾后转化为生产量的效率，反映作物吸收的钾对作物产量的贡献。从表5可见，剑麻地上部、根系和植株钾素利用效率总体上随着钾水平的增加呈下降趋势。其中，处理K2、K3地上部钾素利用效率显著低于处理K0、K1，施钾处理平均比处理K0下降31.8%。根系钾素利用效率处理K0显著大于所有施钾处理，但施钾处理间差异不显著，平均比处理K0下降37.4%。植株钾素利用效率与地上部变化规律一致，施钾处理平均比处理K0下降31.0%。值得注意的是，剑麻根系钾素利用效率明显比地上部高。

3 讨论与结论

3.1 钾对剑麻生长和产量的影响

本试验条件下，施钾明显提高剑麻株高和叶长，对剑麻根长也有一定影响，但对叶数、叶宽、叶厚、根数和根粗影响不明显。叶片数量是剑麻产量构成的重要指标，但本试验中，不同处理剑麻长叶量差异并不明显，说明影响剑麻长叶量的因素较多，还有待进一步研究。施钾明显提高剑麻根系鲜重、干重，地上部鲜重也有所增加。根冠比总体上随施钾水平的增加呈先增大后减小的趋势，说明钾水平在某个范围时，施钾对剑麻根系干物质积累的促进作用大于地上部；但相反，当钾水平高于一定量后，钾肥对剑麻地上部干物质积累的促进作用则比根系强。一般来说，矿质养分的供应除了影响植物生物量的大小，还与生物量的分配有关，矿质养分受限时，光合物质的分配有利于地下生长[16]。但本试验中，不施钾处理K0根系鲜重、干重和根冠比并没有增大，反而明显低于施钾处理，说明低钾条件不利于剑麻根系生长。本试验中，施钾处理剑麻地上部含水量有所提高，这从侧面反映了施钾可提高剑麻抗旱能力。其中，在中钾水平条件下，剑麻抗旱能力最强；在不施钾条件下，剑麻抗旱能力最弱。但高钾水平条件下，剑麻地上部含水量反而有所减小，可见，并非施钾越多，其抗旱能力就越强。而影响根系含水量的因素较多，不同钾水平处理间根系含水量没有明显的变化规律。

剑麻株高、叶片长度各施钾处理间差异不显著，地上部鲜重、干重低钾和中钾处理间差异也不显著，说明试验设置肥料梯度相差不够大，导致不同施肥水平处理间剑麻生长差异不明显。此外，也可能与本试验周期较短有关。剑麻为多年生经济作物，生命周期达6～7 a，割叶生产期为4～5 a，而在较短的试验周期内，钾肥效应还未能完全体现。加上试验用剑麻幼苗虽已经过挑选，但仍无法达到完全一致，随机选取种植后，各处理剑麻幼苗长势和重量已有所差异，这对试验结果造成较大误差，造成数据分析结果差异不显著。因此，在今后的研究中，还需改进不同处理间的肥料梯度，并增加不同钾水平处理数量，使不同处理钾水平形成从缺乏到过量的浓度梯度。

3.2 剑麻养分吸收和利用效率

不同钾水平除影响剑麻生物学性状和生物积累量，还影响剑麻养分含量进而影响剑麻养分吸收和利用效率。本研究中，施钾显著提高剑麻地上部和根系全钾含量、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。因此可以认为，施钾显著提高剑麻地上部和根系的钾素吸收效率，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。这与氮、磷、钾营养之间的互作效应有关，一定条件下，施钾可以提高作物对氮、磷元素的吸收，前人在研究甘蔗、水稻、巴西橡胶树时也有类似发现[17-19]。

剑麻地上部和根系和植株钾素利用效率则随着钾水平的增加而减小，施钾处理平均分别下降31.8%、37.4%、31.0%。可见，随着钾肥施用量的增加，剑麻对钾素的吸收效率逐渐提高，但对钾素的利用效率则逐渐下降。说明不同钾水平处理剑麻单位吸收的钾素对自身生物量形成的贡献率并非一样，也不是随着吸收的钾素总量的增加而增加，而是随着吸收的钾素总量的增加而减小，这反映了作物的钾素营养与生物量形成的相关性。可见，作物对某营养元素的吸收量一般与该营养元素的供应水平呈正相关，但相反，作物对该营养元素的利用效率则与该营养元素的供应水平呈负相关，侯迷红等[20]、万书波等[21]、何鹏等[22]在研究甜荞麦的钾素利用效率、花生的氮素利用效率以及橡胶树幼苗的磷素吸收利用特性时均有类似发现。

本试验是在剑麻幼苗期初步考察了不同钾水平对剑麻生长和钾肥利用效率的影响，而剑麻割叶投产期钾肥用量和施肥时期、剑麻钾素转运和分配动态、钾胁迫条件下剑麻响应机理以及剑麻生产中最佳钾肥基追比等一系列问题还有待进一步研究。本试验通过盆栽进行试验，与实际生产还有一定差距，不同地区进行剑麻田间生产过程中，应视当地具体情况施用适量钾肥。

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