红花对氮磷钾的吸收与分配规律研究

胡喜巧，杨文平，黄 玲，梅沛沛，孟 丽

(1河南科技学院，河南 新乡 453003；2现代生物育种河南省协同创新中心，河南 新乡 453003)

红花(CarthamustinctoriusL.)是一种集药材、油料、染料为一体的特种经济作物[1]。主要以花入药，具有通经活血、散瘀止痛之功效[2-3]。其产量和品质除主要受品种的遗传特性影响外，还与其生长环境有密切关系。氮、磷、钾是调控植株生长发育、影响其生理代谢过程的主要营养物质，参与酶系统的活化、光合作用及同化产物的运输、碳水化合物的代谢和蛋白质的合成等。施肥种类和数量影响植物对各元素的运输、分配和累积[4-5]。目前，有关红花栽培[6-8]和施肥[9-11]等方面已有了一些研究。例如，李宗林等[6]研究了秋播红花的播种密度和施肥方式，谭勇等[8]研究了栽培方式与红花产量和品质的关系，王兆木等[9]研究了红花在新疆塔额盆地获得高产的氮磷配比，张欣旸[10]研究了灌水量和施氮量对红花产量的影响。上述研究局限于栽培方式、施肥方式和灌水量与产量的关系，未涉及红花营养器官中养分的分配研究。近年来，关于氮磷钾的吸收与分配研究在小麦[5,12-14]、玉米[15-16]、棉花[17]等植物器官中报道较多，但在红花上的报道较少。因此，本试验研究了红花生长过程中对氮磷钾养分的吸收特征，检测分析红花不同生育时期不同器官中氮磷钾的分配规律，旨在为红花合理施肥及药材品质评价提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试红花品种为河南科技学院中药植物资源研究所选育的BH-1(无刺，花色为红色)、2-3(多刺，花色为红色)和H-7(无刺,花色为黄色)3个不同株系。

1.2 试验设计

试验于2014-2015年在河南科技学院实习基地(卫辉鑫福林红花种植专业合作社基地)试验田进行，土壤为轻黏土，采用一次性施基肥方法施入肥料后检测土壤养分，土壤速效氮含量为121.53 mg/kg，速效磷15.19 mg/kg，速效钾192.51 mg/kg。以河南科技学院中药植物资源研究所选育的3种红花株系为试验材料，采用完全随机试验设计，重复3次，小区宽4 m、长3 m，株行距15 cm×40 cm，每个小区种植8行，每行15穴，每穴2～4粒，南北行向种植，四周设保护行4行以上，观察走道宽0.8～1 m。2014-10-07播种，2015-03-01定苗，田间管理相同。2015-05-24开始分区采花，间隔一天采花1次，共采花6次。2015-07-02收获种子。在红花生长的幼苗期(2015-03-20)、花蕾期(2015-05-26)、成熟期(2015-07-02)分别采集样品，每个小区随机取样10株，然后分器官于105 ℃高温杀青40 min，再于80 ℃恒温箱中烘干粉碎备用。

1.3 氮磷钾含量的检测

样品采用H2SO4-H2O2方法消煮，然后用AA3流动分析仪检测氮含量[18]；磷含量测定采用钒钼黄比色法[18]；钾含量检测采用火焰光度法[18]。

1.4 数据处理

数据整理在Excel 2007中进行，采用DPS14.5软件对数据进行数理统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同生育期红花各器官对氮的吸收与累积

图1表明，红花株系2-3苗期叶中氮的含量最高，根中最少；花蕾期根、茎、叶中的氮含量分别下降了7.17%，15.46%和5.74%，养分向花和蕾中转移，其分布特征表现为花>叶>蕾>根>茎；与花蕾期相比，成熟期根、茎、叶中的氮含量持续下降了20.78%，45.87%和9.58%，分布特征为种子>苞叶>叶>根>茎。株系BH-1苗期叶和茎中氮含量相近，根中最低；与苗期相比，花蕾期根、茎中氮含量分别下降10.17%和14.76%，叶中氮含量上升1.39%，其氮素大部分转移到花蕾中，分布特征表现为叶>花>蕾>茎>根；成熟期各器官氮含量分布特征为种子>叶>苞叶>根>茎。株系H-7幼苗期各器官氮含量分布特征为叶>茎>根，花蕾期氮含量分布特征为叶>花>蕾>茎>根，成熟期各器官氮含量分布特征与株系2-3相同，即种子>苞叶>叶>根>茎。

图1 不同生育期红花各器官对氮的吸收动态Fig.1 Nitrogen uptakes by different organs of Carthamus tinctorius L.during different growth stages

表1显示，同一生育期不同红花材料之间对氮素的累积有差异，苗期3种材料之间差异不显著；花蕾期氮累积量以BH-1最高，H-7最低，2-3与BH-1之间无显著差异，但与H-7差异极显著，2-3、BH-1、H-7花蕾期氮累积量分别是苗期的41.90，41.06和35.07倍；成熟期BH-1氮累积量最高，与2-3和H-7差异达极显著水平，H-7最低，成熟期2-3、BH-1、H-7氮累积量分别是苗期的63.08，64.84和59.63倍，是花蕾期的1.51，1.58和1.70倍。

表1 不同生育期红花养分的累积量

注：同列数据后标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，标不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。下表同。

Note:Different lowercase letters within each column mean significant difference among treatments atP<0.05 level,different capital letters mean extremely significant difference among treatments atP<0.01 level.The same below.

2.2 不同生育期红花各器官对磷的吸收与累积

图2表明，株系2-3苗期茎中磷含量最高，根、叶中磷含量较少；花蕾期根、茎、叶中磷含量急速下降；成熟期除叶中磷含量有所回升外，其他部位磷含量持续下降，植物体内磷素转移到了苞叶和种子中，磷含量分布特征为种子>苞叶>叶>根>茎。BH-1苗期以根中磷含量最高，其次是叶、茎；花蕾期根、茎、叶部位磷含量急速下降，其中根、茎部位仅相差0.02 g/kg，蕾和花中磷含量分别为5.48和6.30 g/kg；成熟期茎和叶中磷含量不变，但根中的有所上升，磷含量分布特征为种子>苞叶>叶>根>茎。株系H-7苗期磷含量为叶>茎>根；花蕾期根、茎、叶中磷含量急剧下降；成熟期根、茎、叶中磷含量继续下降，磷含量分布特征为种子>叶>苞叶、根>茎。

表1显示，同一时期不同材料对磷的累积表现不同，株系2-3、BH-1和H-7苗期磷累积量之间无显著差异，其花蕾期磷的累积量分别是苗期的19.42，27.29和20.60倍，其成熟期磷累积量分别是苗期的39.03，64.38和25.76倍，成熟期与花蕾期相比分别增加了1.01，1.36和0.25倍，其中BH-1对磷的吸收能力最强，H-7最低，且二者之间差异达极显著水平。

图2 不同生育期红花各器官对磷的吸收动态Fig.2 Phosphorus uptakes by different organs of Carthamus tinctorius L.during different growth stages

2.3 不同生育期红花各器官对钾的吸收与累积

图3表明，株系2-3苗期茎中钾含量最高，根和叶中钾含量基本相同；花蕾期根、茎、叶中钾含量均呈下降趋势，其中茎部下降趋势尤为明显，下降了65.29%，而花中钾含量达42.08 g/kg，钾含量分布特征为花>蕾>叶>根>茎；成熟期根、茎、叶中钾含量持续下降，而苞叶中钾含量达50.19 g/kg，是种子中的3.31倍，钾含量分布特征为苞叶>叶>种子>茎>根。BH-1苗期各器官中钾含量为茎>叶>根；花蕾期根、茎、叶中钾含量均呈下降趋势，依次下降了47.76%，75.97%和6.22%，其钾素大部分转移到花和蕾中，钾含量分布特征为花>叶>蕾>根>茎；成熟期各器官钾含量分布特征为苞叶>种子>根>茎>叶，苞叶中钾含量是种子中的3.75倍。H-7苗期茎中钾含量是根、叶中的近1倍；花蕾期以花中钾含量最高，达44.54 g/kg，钾含量分布特征为花>蕾>叶>根>茎；成熟期红花苞叶中钾含量最高，是种子中的3.35倍。

表1显示，同一时期不同红花材料对钾素的累积表现不同，2-3、BH-1和H-7在苗期的钾累积量无显著差异，在花蕾期的钾累积量分别是苗期的31.03，25.67和15.70倍，在成熟期的钾累积量分别是苗期的40.45，36.98和22.80倍；成熟期与花蕾期相比，钾累积量分别增加了1.30，1.44和1.45倍；钾的累积能力以2-3最强，H-7最低。

图3 不同生育期红花各器官对钾的吸收动态Fig.3 Potassium uptakes by different organs of Carthamus tinctorius L.during different growth stages

2.4 红花花和籽粒对氮、磷、钾的累积量及其与产量的关系

表2表明，红花花中氮、磷、钾的累积量顺序为钾>氮>磷。从花中氮、磷、钾的累积量占花蕾期植株养分累积量来看，株系2-3表现为磷>钾>氮，说明株系2-3的花对磷的需求量大于钾和氮，株系BH-1和H-7均表现为钾>磷>氮，说明花对钾的需求量大于磷和氮。3种红花材料的干花产量表现为2-3>BH-1>H-7，花蕾期氮、磷、钾累积量增加时，其干花产量也相应提高。

注：氮、磷、钾累积量所占比例指花中氮、磷、钾累积量除以花蕾期氮、磷、钾累积量。

Note： The accumulation is the ratio of amount in flower to the amount in bud stage.

表3表明，株系2-3和BH-1籽粒中养分累积量为钾>磷>氮，从籽粒中养分占成熟期植株总养分的比例来看，均表现为磷>氮>钾，说明这2种材料红花籽粒对磷的需求量最大，这可能与其为油料作物有关，其次是氮和钾。3种材料中，BH-1氮、磷、钾在籽粒中的累积量占成熟期养分累积量的比例均较高，故其种子产量也相对较高。 H-7籽粒中养分的累积量则表现为钾>氮>磷，籽粒养分累积量占成熟期养分累积量的比例表现为磷>氮>钾，因籽粒中氮、磷、钾累积量相对较少，故其种子产量也相对较低。

表3 红花籽粒中氮、磷、钾的累积量与籽粒产量Table 3 N,P and K accumulation and seed yield of Carthamus tinctorius L.

注：氮、磷、钾累积量所占比例指籽粒中氮、磷、钾累积量除以成熟期氮、磷、钾累积量。

Note: The accumulation is the ratio of amount in seed to the amount in mature stage.

3 讨 论

本研究中，在整个生长发育过程中，红花植株体内养分的累积量随红花的生长而增加，养分累积量表现为钾>氮>磷，这与李潮海等[16]研究的玉米对氮的累积能力最强有区别。不同生育期各器官氮、磷、钾含量表现不同，苗期叶中氮含量较高，茎、叶磷含量较高，茎中钾含量较高；与苗期相比，花蕾期根、茎、叶的氮、磷、钾含量下降，新生器官花和蕾中氮、磷、钾含量上升；成熟期苞叶中钾平均含量是种子中的3.47倍，居于首位，种子中的钾含量居于第二位。不同红花材料对养分的累积量表现不同，无刺型红花品系BH-1对氮、磷、钾需求较大，且籽粒中氮、磷、钾累积量占成熟期对应养分累积量的比例均高，种子产量也相对较高。2-3为多刺型红花品系，花中磷累积量占花蕾期磷累积总量的比例较高；成熟期2-3对磷累积量仅有BH-1的66.75%，但籽粒中磷累积量占该时期磷累积总量的比例达49.74%，说明2-3向花和籽粒中转运磷的能力较强，但其对氮的累积量相对较少，种子产量相对也较低。由此可知，氮素对籽粒产量形成起决定作用，在氮素充分的条件下，增施磷肥才能以磷促氮，提高产量。无刺型黄花品系H-7对氮、磷、钾的吸收累积相对较弱，不论是干花产量还是种子产量均表现较低。由此可见，在红花生长过程中，各器官中氮、磷、钾累积的差异也反映出这些元素在不同红花品系体内代谢和运输上的不同。李隆云等[19]研究表明，磷的吸收主要在红花生育后期，磷素养分的转移发生在主茎叶和茎上，磷的移动率相对比较小，特别是花蕾期和成熟期，磷占该生育时期植株养分的比例高于氮和钾，红花籽粒的代谢库中磷的需求量最大。王兆木等[9]研究表明，氮磷配施可增强红花经济性状与产量，最佳氮磷配比为1∶0.5。贾宏涛等[11]研究表明，红花具有需氮量最大、需磷量中等、需钾量较多的特点。本研究结果表明，在同一施肥条件下，红花各器官中钾含量高于氮、磷含量，对钾素的吸收以苗期和花蕾期较大，尤其是花对钾的需求量最大。因此钾元素常作为红花道地性药材质量评价指标[20]。总之，氮、磷、钾在红花体内的吸收量随器官的生长发育，养分逐渐向该时期幼嫩器官转移，即向该时期的生长中心转移；红花是需钾较多的植物，钾对调节动植物细胞的内外渗透平衡、维持神经细胞膜的生物兴奋性、传递信息等具有不可替代的作用[3]。因此，在长期栽培红花的土壤中应注意补充钾肥[21]。此外，红花苗期茎中钾的含量相当高，且含有丰富的黄酮、维生素C等[3,22]，可开发成季节性蔬菜[22-23]。

本研究中，红花不同生育期对氮、磷、钾的累积量，也表明了生长过程中红花对氮、磷、钾的需求量。鉴于红花苗期氮、磷、钾累积量少，花蕾期急剧增加，成熟期缓慢增加，故在红花种植过程中，苗期需氮量少，花蕾期需氮量较大，氮肥可少量做底肥，花蕾前期重施追肥，且适当增加追肥次数；磷肥可做底肥一次施入；钾的吸收主要在苗期和花蕾期，建议以底肥和花蕾期追肥施入，也可在中后期适当根外追施。