不同钾浓度对茶树幼苗矿质养分吸收的影响

崔莹莹，周 波，陈义勇，刘嘉裕，戴 军

(1.华南农业大学 资源环境学院，广东 广州 510642； 2.广东省农业科学院 茶叶研究所，广东 广州 510640)

茶树(Camelliasinensis)作为我国重要的经济作物之一，其产业正呈现良性发展，且在不断扩大规模[1]。茶叶作为一种饮品，品质是衡量成茶的重要方面，提高鲜叶品质直接关系到成茶的品质[2]。茶园施肥可以为茶树提供矿质养分，维持茶树正常的生理代谢过程，对茶叶产量和品质提升具有重要意义[3]。钾是茶树生命代谢过程中具有重要生理功能的营养元素，参与茶树体内几乎所有的生物化学反应[4-5]。研究表明，增施钾肥显著影响茶树的生长发育以及茶叶产量、品质的提高[6-7]，但部分茶农片面追求高产量，过量施用钾肥，造成养分比例失衡，导致其他营养元素缺乏和生殖生长过旺，进而抑制茶树营养生长，引发产量、品质下降等问题[8-11]。综合分析不同K+浓度下茶树幼苗各部位对矿质养分吸收和运移的规律，对茶树栽培上合理施肥具有重要意义。钟秋生等[9]研究表明，供钾水平过高并不能显著提高茶叶产量及品质，茶叶中矿质元素对茶叶均有重要作用，不仅影响茶叶的生长状况，决定其产量，还影响茶叶氨基酸、茶多酚和咖啡碱等内含物质的含量，决定其品质[12-14]。钾对茶树氮素吸收、同化代谢及氨基酸合成具有促进作用[15-18]。林智等[19]试验结果表明，在红壤茶园中，施用钾肥可提高茶叶所有氮素化合物的含量。同时，钾素还有助于茶树中磷的吸收和转化[20-21]，从而促进茶树根系吸收养分，直接和间接地影响茶树内多酚类物质、氨基酸、茶氨酸、咖啡碱、叶绿素、类胡萝卜素等的形成，提高茶叶中儿茶素、茶多酚、水浸出物等含量，进而影响茶叶香气和滋味等品质[22-24]。矿质元素Fe、Mn、Cu、Zn含量的高低也是衡量茶叶品质好坏的指标之一[25-26]。李海生等[27]研究表明，茶树品种对Fe、Mn、Cu、Zn的吸收存在显著影响，茶叶中各种矿质元素含量基本表现为Mn>Fe>Zn>Cu；高菲菲[28]研究认为，土壤中K含量显著影响茶树各部位对Cu的吸收和积累，茶树中各部位Cu含量表现为枝条>幼叶>根>成熟叶。目前，不同K+浓度水培下其他作物对矿质养分吸收的规律研究比较常见[29-31]，但不同K+浓度水培下茶树幼苗各部位对矿质养分吸收和运移规律的研究报道较为少见[8]。鉴于此，采用水培的方法，研究不同K+浓度对茶树幼苗各部位矿质养分吸收的影响，以期深入了解不同K+浓度水培下茶树幼苗对矿质元素吸收的规律，为茶叶生产中养分管理提供理论支撑。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试茶树品种为鸿雁12号，供试材料为长势一致的健壮一年龄扦插苗，茶苗高度30～35 mm，主茎直径约为3 mm，购于广东省英德市英红镇苗圃。水培试验前剪除茶苗主茎青杆部分，即作打顶处理。

1.2 试验方法

试验于2019年11—12月在广东省农业科学院创新大楼室内进行。采用小西茂毅培养液改良配方(表1)，培养液所用化学试剂均为分析纯，并用蒸馏水配制。大量元素以1 000倍母液，微量元素以500倍母液配比配制；水培时稀释相应倍数。试验共设置0、5、10、20、40 mg/L 5组K+质量浓度处理，K+质量浓度用KNO3进行调节。采用40 cm×30 cm×15 cm带盖面包箱，每箱装12 L营养液，每箱8孔，每孔3株茶苗，一箱共培养24株，每处理4个重复，共20箱。选取大小相似、生长良好的茶树幼苗，用自来水反复淋洗清洁植株，用蒸馏水冲洗植株3次；将洗净的茶苗定植于培养箱内，先以1/2水培营养液培养3 d，茶苗长势良好，随后替换为标准水培营养液培养约30 d，直至新生白色吸收根生长发育完全。水培条件：用微型气泵系统连续供气，以日光灯补光照，光照度约1 500 lx，每日光照8 h，室温25 ℃，空气湿度为60%～65%。保持各处理光照和温度一致，保持各处理生长条件一致。每15 d更换1次培养液。培养结束后，将茶苗放在80 ℃烘箱中烘干至恒质量，取出后随即切分为叶片、茎部和根部3个样品类型。用高速万能粉碎机将试样粉碎，过0.149 mm筛。

表1 供试水培营养液配方Tab.1 Nutrient solution formula for hydroponics

1.3 测定项目及方法

茶苗各部位元素含量的测定：采用H2SO4-H2O2一次消煮全部测定的方法，全氮含量采用凯氏定氮法测定，全磷含量采用钒钼黄比色法测定，全钾含量采用火焰光度法测定，中微量元素采用原子吸收分光光度法测定。

1.4 统计分析

采用Microsoft Excel 2010对数据进行计算整理；用SPSS 25.0统计软件对不同处理间差异进行单因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncan’s多重比较，显著性水平取P<0.05。文中数据以平均值±标准差表示；通过在R中导入ADE-4软件包，对不同K+水平水培下茶树各部位矿质养分吸收的特征进行主成分分析(Principal component analysis,PCA)[32]。

2 结果与分析

2.1 K+质量浓度对茶苗根部矿质养分吸收的影响

2.1.1 茶苗根部对矿质养分的吸收规律 在不同质量浓度K+水培下，茶苗根部对矿质养分的吸收存在显著差异(P<0.05，图1)。随水培营养液中K+质量浓度升高，茶苗根部N、Mg、Ca、Zn含量总体呈上升趋势，其中在20～40 mg/L K+处理下N含量增长较快，但Mg、Ca和Zn含量增加均较缓慢(图1a、b、c、d)。K、Na含量随水培营养液中K+质量浓度升高总体呈先下降后增加趋势，其中0～5 mg/L K+处理表现为下降，20～40 mg/L K+处理表现为增加(图1e、f)。20～40 mg/L K+处理对茶苗根部P、Fe、Cu吸收的影响不显著，但0～20 mg/L K+处理显著抑制茶苗根部对Cu的吸收(P<0.05，图1g、h、i)。水培营养液中K+质量浓度对Mn的吸收影响不显著，5 mg/L K+处理Mn吸收量最高(图1j)。

2.1.2 茶苗根部对矿质养分吸收的综合分析 为综合分析不同K+浓度培养对茶苗根部矿质养分吸收的影响，对不同K+浓度培养的茶苗根部矿质养分含量的变化进行主成分分析(图2)。第一主成分(PC1)累计方差贡献率39.0%，其主要与N、K、Ca、Zn含量的变化有关；第二主成分(PC2)累计方差贡献率36.4%，其主要与P、Fe含量的变化有关(图2a)。第一主成分和第二主成分的累计方差贡献率达到75.4%，基本可以反映不同K+浓度对茶苗根部矿质养分吸收影响的大部分信息，且受第一、二主成分的综合影响，不同K+浓度处理之间达到显著差异(P=0.001，图2b)。如图2a所示，代表茶苗根吸收各矿质养分变量箭头间的余弦角度可表观显示各变量间的相互关系，相关性越强则角度越小，可见茶苗根部K含量与N含量存在显著的正相关关系(P<0.05)，与Mn含量存在显著的负相关关系(P<0.05)；Zn含量与Ca、Mg含量存在显著的正相关关系(P<0.05)，与Cu含量存在显著的负相关关系(P<0.05)。40 mg/L K+水培下茶苗根部明显偏向N、K、Ca、Zn的吸收；0 mg/L K+水培处理显著促进茶苗根部Fe吸收而20 mg/L K+水培处理则抑制其吸收；5 mg/L K+水培处理对茶苗根部Mn吸收具有一定的促进作用(图2b)。

2.2 K+质量浓度对茶苗茎部矿质养分吸收的影响

2.2.1 茶苗茎部对矿质养分的吸收规律 在不同质量浓度K+水培下，茶苗茎部对矿质养分的吸收存在显著差异(P<0.05，图3)。随着水培营养液中K+质量浓度升高，茶苗茎部Cu和Zn含量升高(P<0.05)，尤其是10～40 mg/L K+处理明显增长(图3a、b)。K、Na、Mg和Fe含量随水培营养液中K+质量浓度升高呈先上升后下降趋势(图3c、d、e、f)；10～40 mg/L K+处理中，茶苗茎部K含量下降，20～40 mg/L K+处理中，茶苗茎部N、Na、Ca、Mg、Fe、Mn含量均下降，Na、Mn、Fe含量均在20 mg/L K+处理最高，N、P、Ca含量在0 mg/L K+处理最高；但0～20 mg/L K+处理显著抑制茶苗茎部对P的吸收(P<0.05，图3g、h、i、j)。

2.2.2 茶苗茎部对矿质养分吸收的综合分析 不同质量浓度K+培养下茶苗茎部对矿质养分吸收影响的主成分分析结果如图4所示，第一主成分(PC1)累计方差贡献率为35.0%，其主要与N、P、K、Na、Ca、Fe和Mn含量的变化有关；第二主成分(PC2)累计方差贡献率为22.6%，其主要与Mg、Cu和Zn含量的变化有关。第一、二主成分累计方差贡献率达到57.6%，可以反映不同质量浓度K+培养下茶苗茎部对矿质养分吸收影响的大部分信息，且受第一、二主成分的综合影响，不同处理样点空间分布差异显著(P=0.001，图4b)。不同质量浓度K+培养下茶苗茎部各矿质养分含量差异达到显著水平(P=0.001)。由图4a所示，K含量与Fe、Na、Mn含量存在显著的正相关关系(P<0.05)，与Ca含量存在显著的负相关关系(P<0.05);Zn含量与Cu含量存在显著的正相关关系(P<0.05)，与P含量存在显著的负相关关系(P<0.05)。40 mg/L K+水培处理与其他质量浓度K+水培处理茶苗茎部矿质养分的吸收存在一定差异；5 mg/L K+水培处理的茶苗茎部明显偏向Mg的吸收；10、20 mg/L K+水培处理对茶苗茎部K、Na、Fe吸收均具有一定的促进作用；40 mg/L K+水培处理主要影响茶苗茎部Cu和Zn的吸收(图4b)。

2.3 K+质量浓度对茶苗叶片矿质养分吸收的影响

2.3.1 茶苗叶片对矿质养分的吸收规律 在不同质量浓度K+水培下，茶苗叶片对矿质养分的吸收存在显著差异(图5，P<0.05)。随着水培营养液中K+质量浓度升高，茶苗叶片N、Mn、Cu和Zn含量显著增加(P<0.05)，但20～40 mg/L K+处理Mn、Cu、Zn含量增长不明显(图5a,b,c,d)；K、Na含量随水培营养液中K+质量浓度升高呈先上升后下降的趋势，10 mg/L K+处理时达到最高(图5e,f)。20～40 mg/L K+处理茶苗叶片P、Ca和Mg含量变化不明显，但0～10 mg/L K+处理显著抑制茶苗叶片对Fe的吸收(P<0.05，图5g,h,i,j)。

2.3.2 茶苗叶片对矿质养分吸收的综合分析 不同质量浓度K+培养下茶苗叶片对矿质养分吸收影响的主成分分析结果如图6所示，第一主成分(PC1)累计方差贡献率为57.4%，其主要与N、P、Ca、Mg、Mn、Cu和Zn含量的变化有关；第二主成分(PC2)累计方差贡献率为15.9%，其主要与K和Fe含量的变化有关。第一、二主成分累计方差贡献率达到73.3%，可以反映不同质量浓度K+培养下茶苗叶片对矿质养分吸收影响的大部分信息，且受第一、二主成分的综合影响，不同处理样点空间分布差异显著(P=0.001，图6b)。不同质量浓度K+培养下茶苗叶片各矿质养分含量差异达到显著水平(P=0.001)。由图6a可见，K含量与Na含量存在显著正相关关系(P<0.05)；P含量与Fe含量存在显著正相关关系(P<0.05)，与Ca、Mn、Cu、Zn含量存在显著的负相关关系(P<0.05)；N含量则与Ca、Mn、Cu和Zn存在显著正相关关系(P<0.05)。0 mg/L K+水培下茶苗叶片明显偏向P的吸收；40 mg/L K+水培主要影响茶苗叶片对N的吸收；20 mg/L K+水培主要影响茶苗叶片对Ca、Mg、Mn、Cu、Zn的吸收(图6b)。

3 结论与讨论

钾是茶树生命代谢过程中具有重要生理功能的营养元素，其虽不是茶树体内的结构性物质但含量高，显著影响茶树的生长发育和茶叶品质[4]。不同钾素水平显著影响茶树矿质养分的吸收与积累，其矿质营养离子之间存在协同和拮抗关系[13]。

本研究表明，不同质量浓度K+水培下，茶树幼苗各部位对矿质养分的吸收存在显著差异，20～40 mg/L K+水培处理促进茶树幼苗根部N、Ca、Mg、Zn的吸收，抑制P、Fe、Cu、Mn的吸收；水培营养液中K+质量浓度升高可促进茶树幼苗茎部Cu、Zn的累积，抑制N、P、Mg的累积；水培营养液中K+质量浓度升高促进茶树幼苗叶片N、Mn、Cu、Zn的累积，但高浓度(20～40 mg/L)K+水培处理抑制茶树幼苗叶片K、Na、P的累积。茶叶作为一种饮品，品质是衡量成茶的重要方面，而钾素显著提高鲜叶品质，直接关系到成茶的品质[2,4]，本试验条件下，10 mg/L K+水培处理较为适宜，鲜叶K含量最高且多数矿质养分含量高于0 mg/L K+水培处理。