麻渣还田背景下不同钾水平对剑麻生长和叶绿素荧光特性的影响

杨青青　谭施北　习嘉民　习金根　李乐　汪涵　张静　易克贤

摘 要 采用盆栽试验，设置了不同梯度的麻渣配施化学钾肥处理，并测定了剑麻的生长指标和叶绿素荧光参数。结果显示：与不施用钾肥处理（NP）相比，施用化学钾（NP+K）和麻渣（NP+ST）2处理对剑麻叶片宽度、单叶生物量、增叶数、总叶片生物量有显著的影响。施用麻渣处理（NP+ST）和施用化学钾肥处理（NP+K）对剑麻生长指标没有显著差异。麻渣的某些养分元素对提高剑麻叶片的叶绿素含量有显著效果。施麻渣配施1/2化学钾肥处理（NP+ST+1/2K）具有最大的光能转化效率和最强的耐受性，显著提高了剑麻的生物量；在当前钾肥推荐用量[100 g/（株·年）]下，施用麻渣可以节省一半的化学钾肥用量[50 g/（株·年）]。麻渣配施1/2化学钾肥处理（NP+ST+1/2K）对剑麻具有最大的光能转化效率和最佳的生长效果。建议在剑麻大田生产中，施足麻渣有机肥，配施化学钾肥推荐用量的50%，即50 g/（株·年）。

关键词 剑麻；麻渣；钾肥；叶绿素荧光特性

中图分类号 S668.3 文献标识码 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

剑麻（Agave sisalana）是重要的纤维作物，其纤维供制海上舰船绳缆、帆布、绳索等；植株含甾体皂苷元，又是制药工业的重要原料。2014年，中国剑麻种植面积29 940 hm2，居世界第五位[1]。剑麻叶片被抽取纤维之后产生了大量麻渣，将麻渣科学、及时地还田，既可避免资源浪费和环境污染，还可补充土壤被已收割叶片所带走的各种营养元素。Yu等[2]研究发现，秸秆还田之后，钾元素可以快速释放，是一种重要的速效性钾元素资源，可与传统钾肥起到相同作用；BAI等[3]研究了秸稈还田对小麦-玉米轮作产量和钾素响应的影响，结果显示，在整个小麦-玉米轮作体系中，对秸秆钾元素的吸收效率高于化学钾肥；解文艳等[4]在春玉米为主的山西省进行定位试验，认为以秸秆过腹还田最有利于钾素的收支平衡，减轻作物对土壤钾素的消耗，缓解土壤钾素肥力下降程度，进而维持土壤钾素肥力的稳定；谭德水等[5]在华北平原的河北潮土和山西褐土上进行连续13 a的施钾和秸秆还田试验，证明小麦秸秆还田是一个有效的补钾措施；吴永和[6]测定了新鲜麻渣的营养元素含量，结果显示含有1.5%氮、0.39%磷、2.88%钾，认为麻渣是重要的有机肥，并建议还田。以上研究证明了麻渣还田可以补充土壤的钾元素，但是关于麻渣还田背景下如何配施化学钾肥的问题还需要进一步的研究。鉴于此，本研究设置了不同梯度的麻渣配施化学钾肥处理，并测定了剑麻的生长指标和叶绿素荧光参数，以期解决在麻渣还田背景下如何配施化学钾肥的问题，为剑麻的大田生产提供指导。

1 材料與方法

1.1 植物材料与处理

剑麻品种为‘H.11648。为了提供尽可能均匀的材料，通过从剑麻大田选择无病区且生长好的优株，即生产周期在13 a以上、收获麻片600片以上的开花植株，采集优株的健壮株芽，再对株芽密植、疏植、钻心、促发腋芽，采收其腋芽，腋芽疏植培育等技术繁育出大田生产用苗。挑选200株重量为（350±5）g的小苗，剪去根部，晾晒2 d，分别种植在塑料盆（口径23 cm，高15 cm），土壤重量为4 kg，供试土壤养分含量为：有机质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。保持最佳的水分和植物保护，直到它们达到7叶阶段。从200株选择54株高度和形状均一的剑麻用于实验。

试验设6个处理：不施钾（NP）、施全量化学钾肥（NP+K）、施全量麻渣（NP+ST）、施麻渣配施1/4化学钾肥（NP+ST+1/4K）、施麻渣配施1/2化学钾肥（NP+ST+1/2K）、施麻渣配施全量化学钾肥（NP+ST+K），每处理9次重复（共54盆）。氮肥磷肥钾肥的施用量参考中华人民共和国农业行业标准剑麻栽培技术规程（NY/T222-2004），新鲜麻渣施用量为3.47 kg/株，与土混合，麻渣的养分含量为碱解氮15 g/kg、速效磷3.9 g/kg、速效钾28.8 g/kg。施用氮肥（N）100 g/株，过磷酸钙（以P2O5计）100 g/株，钾肥施用量如表1。以上肥料一次性施入。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 剑麻生长指标 1 a后记录增叶数、叶片长度、叶片宽度（测量位置为叶片中间部位）、叶片生物量。

1.2.2 叶绿素含量 每个处理选3株剑麻，每株剑麻取3片完全展开叶的中间部位，混合研磨后，采用80%丙酮提取液方法测定叶绿素含量。

1.2.3 叶绿素荧光特性 使用便携式调制叶绿素荧光仪（PAM-2500，Walz，Germany）测定剑麻叶片的荧光特性，测定前先将叶片暗适应20 min，测定以下指标：（1）相对荧光产量：初始荧光产量Fo、最大荧光产量Fm；（2）荧光淬灭系数：最大量子产量Fv/Fm=（Fm-Fo）/Fm，详细的理论及公式见Kitajima and Butler[7]、非光化学淬灭量子产量Y（NO）=1/（NPQ+1+qL*（Fm/Fo-1）），详细的理论及公式见于Kramer等[8]。

1.3 数据分析

利用SPSS软件22.0版本进行单因素方差分析（One-way ANOVA），对有显著差异的处理用Duncan的方法进行多重比较。所有的图表都在WPS表格软件里生成。

2 结果与分析

2.1 对剑麻生长的影响

不施用钾肥处理（NP）对剑麻生长的效果最差，施用化学钾或麻渣对剑麻叶片长度没有显著的影响，对叶片宽度、单叶生物量、增叶数、总叶片生物量有显著的影响（表2）。施用麻渣处理（NP+ST）和施用化学钾肥处理（NP+K）对剑麻生长指标没有显著差异，说明麻渣在一定程度上可以代替化学钾肥。麻渣配施钾肥处理（NP+ST+1/4K、NP+ST+1/2K、NP+ST+K）对剑麻生长的效果优于单独施用麻渣处理（NP+ST）或施用化学钾肥处理（NP+K），其中，麻渣配施1/2化学钾肥处理（NP+ST+1/2K）对剑麻生产总叶片生物量是最佳的。总的来说，麻渣在一定程度上可以代替化学钾肥，仍需配施适量化学钾肥才对剑麻的生长最有利。

2.2 对剑麻叶绿素的影响

叶绿素是植物重要的光合色素，指示着植物的光合和生长能力。高等植物的叶绿素含有a、b 2种，本研究分别测定了不同处理的剑麻叶片叶绿素a和b的含量。结果显示（图1），不同处理间的剑麻叶片叶绿素a、b含量差异显著，叶绿素a和b含量的差异规律一致：（NP+ST+K）>（NP+ST）>（NP+ST+1/2K）>（NP+ST+1/4K）>（NP）>（NP+K）。施用麻渣的4个处理（NP+ST、NP+ST+1/4K、NP+ST+1/2K、NP+ST+K）显著高于不施用麻渣的2个处理（NP、NP+K），说明麻渣的某些养分元素对提高剑麻叶片的叶绿素含量有显著效果，但目前还不能明确具体是哪个元素起关键作用。施用化学钾肥处理（NP+K）的叶绿素含量与不施钾肥处理（NP）差异不明显，甚至观测值还略低，由此可以推测，钾元素并不对剑麻叶片叶绿素的合成起关键作用。

2.3 对剑麻叶绿素荧光特性的影响

最大量子产量（Fv/Fm）表示的是PSⅡ将吸收的光能转化成化学能的效率，非光化学淬灭量子产量（Y（NO））是指PSⅡ处非调节性能量耗散的量子产量。不同处理间的Fv/Fm、Y（NO）差异显著，不同处理间的最大荧光产量（Fm）差异不显著（图2）。施用化学钾肥处理（NP+K）的Fv/Fm显著高于不施钾肥处理（NP），施用化学钾肥处理（NP+K）的Y（NO）显著低于不施钾肥处理（NP），说明钾肥显著提高了剑麻叶片将吸收的光能转化成化学能的效率，提高了剑麻叶片对强光的耐受性。施用麻渣处理（NP+ST）的Fv/Fm略低于施用化学钾肥处理（NP+K），但差异不显著，说明施用麻渣代替化学钾肥显著提对剑麻叶片的光能转化效率和对强光的耐受性没有太大的影响。在4个麻渣配施化学钾肥的处理（NP+ST、NP+ST+1/4K、NP+ST+1/2K、NP+ST+K）中，施麻渣配施1/2化学钾肥处理（NP+ST+1/2K）具有最大的光能转化效率和最强的耐受性。

3 讨论

钾是植物正常生长发育所必需的大量营养元素之一，在农业生产中至关重要[9-12]。本研究发现，施用化学钾对剑麻生物量有显著的提高，这个结果与众多学者[13-14]的结论一致。本研究表明，施用化学钾肥对剑麻叶片叶绿素的合成没有显著作用，而有学者[15-17]研究发现，钾元素能有效增加葡萄、棉花、大蒜等作物的光合色素，造成差异的原因可能是剑麻和葡萄、棉花、大蒜等作物的叶绿素合成机制不同。荧光产量的参数反映了叶片吸收的光能用于光化学和非光化学反应的差异。本研究显示，钾肥显著提高了剑麻叶片将吸收的光能转化成化学能的效率，提高了剑麻叶片对强光的耐受性。

本研究結果还表明，麻渣在一定程度上可代替化学钾肥，施用麻渣显著增加叶片宽度、单叶生物量、增叶数、总叶片生物量。吴永和的研究结果也证实了麻渣还田有利于剑麻的生长[5]，同时也发现菠萝的叶茎还田有利于菠萝的生长[18]。因此，麻渣还田既能为剑麻提供生长所需的钾元素，又能在一定程度上减少化学钾肥的使用，在当前减量施肥的背景下，其重要性又进一步凸显。

麻渣如何配施化学钾肥在生产中十分重要。本研究发现，麻渣配施1/2化学钾肥处理（NP+ST+1/2K）对剑麻具有最大的光能转化效率和最佳的生长效果，说明施足麻渣有机肥的前提下，化学钾肥只需施用推荐用量的50%，即50 g/（株·年），可使剑麻对钾元素得到最大的利用。同时，在当前钾肥推荐用量[100 g/（株·年）]下，施用麻渣可以节省一半的化学钾肥用量[50 g/（株·年）]。学者李继福等[19]在鄂中、江汉平原和鄂东地区开展稻田秸秆还田代替钾肥的试验，秸秆还田钾素可不同程度地减少化学钾肥的施用，最高可减少49.1%。在剑麻大田生产中，需要根据剑麻叶片和土壤的钾元素盈亏来制定相应的麻渣配施钾肥的方案。

参考文献

[1] 陈士伟， 李栋宇. 我国剑麻产业发展现状及展望[J]. 中国热带农业， 2016， （03）： 10-12+6.

[2] Yu C J， Qin J G， Xu J， et al. Straw Combustion in circulating fluidized bed at low-temperature： transformation and distribution of potassium[J]. Canadian Journal of Chemical Engineering， 2010， 88（5）： 874-880.

[3] You-lu BAI， Lei WANG， Yan-li LU， et al. Effects of long-term full straw return on yield and potassium response in wheat-maize rotation[J]. Journal of Integrative Agriculture， 2015， 14（12）： 2 467-2 476.

[4] 解文艳， 周怀平， 杨振兴， 等. 秸秆还田方式对褐土钾素平衡与钾库容量的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2015， 04： 936-942.

[5] 谭德水， 金继运， 黄绍文， 等. 不同种植制度下长期施钾与秸秆还田对作物产量和土壤钾素的影响[J]. 中国农业科学， 2007， 40（01）： 133-139.

[5] 吴永和. 剑麻中低产田改造措施与效果[J]. 广西热作科技， 1989， 04： 36-39.

[6] 李合生. 植物生理生化试验原理和技术[C]. 北京： 高等教育出版社， 2000.

[7] Butler， W L， M Kitajima. Fluorescence quenching in Photosystem II of chloroplasts. Biochimica et Biophysica Acta（BBA） [J]. Bioenergetics， 1975， 376（1）： 116-125.

[8] D M Kramer， T J Avenson， G E Edwards. Dynamic flexibility in the light reactions of photosynthesis governed by both electron and proton transfer reactions[J]. Trends in Plant Science， 2004， 9（7）： 349-357.

[9] 郑永清， 鲍苗青， 叶剑秋. 木薯茎秆粉碎还田对木薯产量影响初探[J]. 广西农业科学， 2009， （12）： 1 546-1 548.

[10] 赵亚丽， 郭海斌， 薛志伟， 等. 耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米轮作系统中干物质生产和水分利用效率的影响[J]. 作物学报， 2014， （10）： 1 797-1 807.

[11] 文廷刚， 王维新， 杜小凤， 等. 砂姜黑土区秸秆还田与肥料配施对夏玉米生育和产量的影响[J]. 中国农学通报， 2015， （17）： 156-162.

[12] Zorb C， Senbayram M， Peiter E. Potassium in agriculture-status and perspectives[J]. Plant Physiol， 2014， （171）： 656-669

[13] 阮沂泗. 钾在剑麻栽培中的作用[J]. 福建热作科技， 1980， 01： 20-23.

[14] 陈泽明. 剑麻高产稳产关键栽培技术措施[J]. 中国热带农业， 2006， 06： 58-59.

[15] 张朝轩， 杨天仪， 骆 军， 等. 不同肥料及施用方式对巨峰葡萄叶片光合特性和果实品质的影响[J]. 西南农业学报， 2010， 02： 440-443.

[16] 郭 英， 孙学振， 宋宪亮， 等. 钾营养对棉花苗期生长和叶片生理特性的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2006（3）： 363-368.

[17] 陈 昆， 刘世琦， 张自坤， 等. 钾素营养对大蒜生长、 光合特性及品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2011（2）： 506-512.

[18] 李继福. 秸秆还田供钾效果与调控土壤供钾的机制研究[D]. 武汉： 华中农业大学， 2015.

[19] 刘传和， 刘 岩， 凡 超， 等. 菠萝茎叶还田对土壤理化特性及下茬菠萝生长的调控效应[J]. 热带作物学报， 2012， 12： 2 230-2 235.