钾肥用量对槟榔芋生理特性及产量的影响
邵晓伟1, 许奕2, 余文慧1, 张富仙1, 郭勤卫1,*
1.衢州市农业科学研究院 衢州市农作物种质创新与利用重点实验室,浙江 衢州 324000
2.衢州市柯城区农业局,浙江 衢州 324000
通讯作者:郭勤卫,E-mail:604254773@qq.com

作者简介:邵晓伟(1987—),男,山西运城人,农艺师,硕士,从事农作物良种选育与技术推广工作,E-mail:driever@163.com

摘要

以槟榔芋为材料,设4个钾肥(K2O)水平处理(0、300、600和1 050 kg·hm-2),通过田间试验,研究钾肥用量对槟榔芋生理特性及产量的影响。试验结果表明,合理的钾肥施用量可促进芋植株生长,加快干物质积累速率,提高叶绿素含量,维持可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性和丙二醛含量在相对合理的水平,保护膜结构完整性,从而提高产量。本试验条件下,钾肥用量为600 kg·hm-2时,产量最高,分别比其他3个处理高47.9%、28.3%、14.0%,达极显著性差异。

关键词: 钾肥用量; 槟榔芋; 生长; 生理特性; 产量
中图分类号:S667 文献标志码:A 文章编号:0528-9017(2017)07-1157-04 doi: 10.16178/j.issn.0528-9017.20170720

芋[Colocasia esculenta(L.)Schott]是我国重要的特产创汇蔬菜, 其中槟榔芋因香味浓郁、粉甜可口、营养丰富, 深受国内外消费者喜爱。我国槟榔芋栽培地区主要集中在广东、广西、福建、湖南等地。近年来, 长江中下游地区、黄淮地区已先后进行了槟榔芋引种栽培, 通过槟榔芋的北移栽培, 既调整了当地蔬菜产业结构, 又增加了农民收入, 种植面积逐年扩大, 对栽培技术尤其是合理施肥技术的要求也越来越高, 但前人对芋的研究多集中在品质性状分析和种质资源鉴定等方面[1, 2], 因此长期以来, 槟榔芋的生产多按传统经验进行, 在生产上存在着盲目施肥及种植密度不合理的现象。钾肥对多种作物生长发育和产量品质有显著的影响[3, 4, 5, 6], 为此, 本文开展了钾肥对槟榔芋生理特性及产量的影响研究, 旨在完善槟榔芋北移栽培的施肥技术, 提高栽培技术水平。

1 材料与方法
1.1 试验地及供试品种

试验于2016年在浙江衢州农科院试验基地进行。试验地位于28° 57'N, 118° 53'E, 海拔70 m, 年降雨量1 500~2 300 mm, 无霜期251~261 d, 7— 8月份易高温干旱, 属亚热带季风气候区。试验地土壤为砂壤土, 0~20 cm土壤pH值为6.48, 含有机质13.5 g· kg-1、全氮1.00 g· kg-1、有效磷24.5 mg· kg-1、速效钾50.0 mg· kg-1。供试材料为广东莲花香芋, 广东莲花香芋属于槟榔芋魁芋类型。

1.2 处理设计

试验设4个钾肥(K2O)水平处理, K1、K2、K3分别施用300、600、1 050 kg· hm-2, 对照K0不施肥。其中基肥施20%, 出苗后50、80、110 d, 分别追施20%、40%、20%。播种前按磷肥240 kg· hm-2施入过磷酸钙做基肥, 氮肥450 kg· hm-2分基肥和苗后50、80、110 d追肥共4次施入, 分别占总量的40%、30%、20%和10%。供试肥料为尿素(含N 46.3%)、过磷酸钙(含P2O5 14%)、硫酸钾(含K2O 52%)。挑选大小均匀一致、重量在25~75 g的种芋于3月28日种植, 株距40 cm, 行距130 cm, 小区面积22.1 m2, 随机排列, 重复3次。

1.3 测定内容及方法

芋出苗后, 于第40天开始取样, 之后每隔30 d取样1次, 共取5次。测定形态及生理生化指标, 包括株高、干率(干重/鲜重× 100)、叶绿素含量(80%丙酮提取)、超氧化物岐化酶(SOD)活性(氮蓝四唑法)、过氧化物酶(POD)活性(愈创木酚法)、丙二醛(MDA)含量(硫代巴比妥酸)和可溶性糖含量(蒽酮比色法)[7]。收获时按小区实测产量记产。

试验数据采用Excel 2010和SPSS统计软件进行分析。

2 结果与分析
2.1 不同钾肥施用量对芋生长的影响

2.1.1 株高

株高是反映植株生长势强弱的重要指标, 合理的生长势有利于不同时期养分的转运积累, 对芋的产量和品质有着重要影响。由图1可看出, 各处理幼苗期株高差异不大, 苗后40~100 d株高增长迅速, 各处理与对照差异显著, K1、K2和K3的株高显著高于K0, 且随着施肥量的增加, 株高越高。但芋生长后期(100 d)应避免植株生长过旺和继续发生新叶, 否则不利于养分的转运积累, 导致产量和品质的下降。由此可见, 钾肥的施用对芋植株的长势有着显著的影响, 合理的施用量能维持植株的正常生长, 但施用量过多植株易徒长, 不利于养分转运, 且造成肥料的浪费。

图1 不同钾肥施用量对芋株高的影响

2.1.2 干率

图2给出了不同钾肥处理下芋叶片干物质积累速率的增长动态, 从图中可以看出, 整个生长季节基本呈先增加后降再增加的一个趋势, 苗后100 d干率有所下降, 主要是因为7月下旬高温干旱导致叶片干物质积累较少所致。不同钾肥施用量对叶片干率影响显著, K2干率在整个生长期内均为最高(苗后40 d除外), K1次之, 生长后期(100 d)K3干率低于对照K0, 由此可见, 合理的施肥量能促进芋的干物质积累速率, 而施肥过量反而会产生抑制作用, 影响芋的生长。

图2 不同钾肥施用量对芋干率的影响

2.2 不同钾肥施用量对芋生理特性的影响

2.2.1 叶绿素含量

叶绿素是植物体内主要的光合色素, 在一定范围内, 光合能力随叶绿素含量的增加而增大。由图3可知, 芋幼苗期叶片叶绿素含量较低, 各处理间差异不大, 但随着芋的生长, 各处理间差异逐渐显现出来, 苗后70 d, K2的叶片叶绿素含量分别比K1、K3、K0高3.1%、9.8%、52.5%, 苗后100 d, K2处理分别比K3、K0高11.8%、19.7%, K1处理虽然高于K2处理, 但芋膨大后期(苗后130~160 d)K1处理叶片衰老较严重, 造成叶片叶绿素含量下降迅速, 而K2处理叶片衰老较轻, 植株仍具有一定的同化能力。

图3 不同钾肥施用量对芋叶片叶绿素含量的影响

2.2.2 可溶性糖含量

可溶性糖是一种重要的渗透调节剂, 在渗透胁迫中, 植物体内可溶性糖含量的变化在一定程度上能反映其对不良环境的适应能力。同时在作物的碳素营养中, 可溶性糖也是主要的营养物质, 为作物的各种合成过程和生命活动提供能量。由图4可以看出, 苗后40 d和70 d, K0的可溶性糖含量分别比K1、K2、K3高18.0%、19.2%、22.8%和20.9%、12.8%、21.1%, 达到极显著差异, 因为K0处理不施钾肥, 植株通过积累较多的可溶性糖来缓解缺肥造成的胁迫。由图中同时可以看出, 苗后40 d开始, 可溶性糖含量总体呈先增加后降低的趋势, 这是因为随着叶片光合能力的不断增强, 光合产物大量增加, 作为中间产物的可溶性糖含量也相应增加, 到芋膨大期(苗后100 d收获), 叶片不断衰老, 光合能力下降, 而光合产物仍在大量运往生长中心芋根茎, 因而叶片可溶性糖含量急剧下降。

图4 不同钾肥施用量对芋可溶性糖含量的影响不同字母分别表示在0.05水平上差异显著, 图5同

2.2.3 SOD、POD活性和MDA含量

植物在逆境中产生自由基, 导致过氧化作用加强, 造成膜脂破坏和植物伤害。施肥过量或不足都会导致芋叶片细胞膜受损, 自身防御机制触发, 致使SOD、POD活性和MDA含量出现不同程度的上升。由图5可以看出, 苗后40 d, SOD、POD活性和MDA含量均未达到显著性差异。随着生育期的进行, 苗后70 d, K1、K3、K0的SOD活性分别比K2高20.8%、23.3%、21.1%, 均达到极显著性差异; 苗后100 d, 正值7、8月份高温干旱等逆境胁迫较重, SOD活性普遍升高, 各处理间差异不显著; 苗后130 d, K2的SOD活性较其他3个处理依然处于一个相对较低的水平, 且差异显著; 苗后160 d, 随着植株的不断生长, 酶的活力不断降低, SOD活性逐渐下降。POD在植物体内主要有两方面的作用, 一方面在植物的生长、发育过程中起作用, 另一方面与植物的抗逆性有关, 是植物保护酶系的重要保护酶之一。苗后70~130 d, K0的POD活性都显著高于施肥处理, 说明肥料可以降低芋叶片POD的活性, 相对应的, 不施肥处理对芋叶片的逆境胁迫更大, 因而其POD活性较高。MDA是膜质氧化的产物, 通常可以用MDA的含量衡量细胞膜的氧化程度和植物对逆境反应的强弱。从图中可以看出, 整个生育期内, K2的MDA含量始终最低, 说明K2的施肥量适宜芋植株的生长, 叶片细胞膜受损较小; 随着生育期的进行, 苗后160 d, 叶片不断衰老, 植物保护酶活力不断降低, 膜损伤的程度不断升高, 反映在生理指标上就是MDA含量不断增高, 刚好与SOD活性相对应。

图5 苗后不同天数不同钾肥施用量对芋SOD, POD活性和MDA含量的影响

2.3 不同钾肥施用量对芋产量的影响

表1可知, 与对照K0相比, 施肥处理后产量均有不同程度增加, 且差异显著。其中, K2处理产量最高, 分别比K1, K3, K0高28.3%、14.0%、47.9%, 均达极显著水平。说明合理的钾肥施用量可以促进芋的高产, 施肥过少, 肥力不足从而限制芋的产量, 施肥过多也会造成减产, 且成本高, 效益低。

表1 不同钾肥施用量对芋产量的影响
3 小结与讨论

植株生长量是反映植株长势强弱的重要指标, 在植物所需的营养元素中, 钾是重要的肥力因子[8, 9, 10], 刘冬碧等[11]研究认为, 油菜缺钾植株生育进程缩短, 易早衰, 施钾处理后植株钾素供应充足, 保证了光合产物的形成和运输, 防止早衰, 对油菜高产具有重要作用。在氮磷肥基础上增施钾肥, 油菜生长发育健壮, 能形成较多的茎秆与分枝, 以促进油菜高产支架的构建[12, 13]。本研究结果表明, 芋植株生长量随着钾肥用量的增加而增加, 5月中旬至7月中下旬是叶片生长最快的时期, 7月中下旬株高和叶面积达最大值, 以后逐渐降低, 但要获得芋的高产, 其植株必须在生长盛期具备较大的叶面积, 芋植株7~8叶位到10~12叶位的叶同化量最大, 12~14片以上的叶同化量显著下降。因此, 如何延缓第7~14片叶的衰老速度还有待于进一步研究。

光合色素是光合作用的物质基础, 叶绿素和类胡萝卜素含量的高低在一定程度上能够反映植株的生长状况和叶片的光合能力, 钾能促进叶绿素的合成和稳定, 调节气孔开闭, 控制二氧化碳和水分的进出, 提高光合磷酸化效率, 使单位重量叶绿体产生的三磷酸腺苷增多, 从而能更好的利用光能增强光合作用[14, 15]。本试验结果表明, 钾肥施用量不同, 芋植株叶片的叶绿素含量存在显著差异, 导致不同处理植株长势和产量差异, 氮、磷、钾施用量适宜, 配比合理, 则叶面积较大, 叶片叶绿素含量较高, 光合作用较强, 高光效持续期长, 有利于干物质积累和高产形成, 这与宋春凤[8]的研究结果基本一致。

植物在正常条件下, 体内活性氧的产生和防御系统的清除能达到动态平衡, 逆境胁迫下, 植物体内活性氧代谢失调, 膜结构被破坏, SOD、POD等是膜保护系统的主要酶类, 能清除自由基, 维护膜系统的完整性, 以减轻不良环境对植物的伤害。一般认为, MDA在植物体内积累是活性氧毒害的表现, 其含量高低是判断膜脂过氧化程度的重要指标[16, 17]。本试验结果表明, 合理的氮、磷、钾配比施肥量, 使SOD活性、MDA含量维持在一个相对较低的值, 此时, 细胞内活性氧含量较低, 膜脂破坏程度较轻, 保护细胞膜的完整性。此外, 施肥可以降低POD活性, 这与周录英等[16]在花生上的研究结果有差异, 可能是由于不同作物所致。

槟榔芋北移栽培主要是将槟榔芋从纬度较低的华南沿海地区向纬度较高的长江中下游及以北地区引种栽培, 北移过程中, 引种来源地和目的地的气候差异, 尤其是生长期间的气候条件差异应重点考虑, 槟榔芋的生育期较长, 所以种芋2月下旬应在温室内催芽, 待3月下旬芽长2 cm左右时, 挑选大小均匀一致的种芋种植, 做到适当早播, 同时加强肥水管理, 以获得高产, 在本试验条件下, 钾肥(K2O)的合理施用量为600 kg· hm-2时, 芋的产量最高。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献:
[1] 黄新芳, 彭静, 柯卫东, . 206份芋种质资源品质性状分析[J]. 植物遗传资源学报, 2014, 15(3): 519-525. [本文引用:1]
[2] 黄新芳, 柯卫东, 刘义满, . 芋优异种质资源鉴定评价研究[J]. 长江蔬菜, 2013(18): 85-91. [本文引用:1]
[3] 宋春凤, 徐坤. 氮钾配施对芋头产量和品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2004, 10(2): 167-170. [本文引用:1]
[4] 秦鱼生, 涂仕华, 冯文强, . 不同钾肥品种及用量对马铃薯产量和品质的影响[J]. 西南农业学报, 2010, 23(6): 1950-1954. [本文引用:1]
[5] 张涛, 闵炬, 施卫明, . 不同磷钾肥配比对大棚蔬菜养分吸收、产量及品质的影响[J]. 江苏农业学报, 2008, 24(5): 668-673. [本文引用:1]
[6] 郭熙盛, 吴礼树, 朱宏斌, . 不同钾肥品种和用量对花椰菜产量和品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2007, 13(3): 464-470. [本文引用:1]
[7] 赵世杰, 刘华山, 董新纯. 植物生理学实验指导[M]. 北京: 中国农业科学技术出版社, 1998. [本文引用:1]
[8] 宋春凤. 氮磷钾对芋生长发育及生理特性的影响[D]. 泰安: 山东农业大学, 2004. [本文引用:2]
[9] 吴国喜. 钾肥对大棚番茄品质影响及主要相关机理的研究[D]. 合肥: 安徽农业大学, 2007. [本文引用:1]
[10] BUWALDA J G, SMITH G S. Influences of anions on the potassium status and productivity of kiwifruit vine[J]. Plant Soil, 1991, 133: 209-218. [本文引用:1]
[11] 刘冬碧, 陈防, 鲁剑巍, . 油菜干物质积累和养分钾、磷、硫吸收特点及施钾的影响[J]. 中国油料作物学报, 2001, 23(2): 48-52. [本文引用:1]
[12] 邹娟, 鲁剑巍, 刘锐林, . 4个双低甘蓝型油菜品种干物质积累及养分吸收动态[J]. 华中农业大学学报, 2008, 27(2): 229-234. [本文引用:1]
[13] 李银水, 鲁剑巍, 廖星, . 钾肥用量对油菜产量及钾素利用效率的影响[J]. 中国油料作物学报, 2011, 33(2): 152-156. [本文引用:1]
[14] 张铭. 钾肥不同施用量对玉米主要生理、生化指标的影响研究[D]. 长春: 吉林大学, 2009. [本文引用:1]
[15] 薛杨, 景元书, 谭孟祥. 钾肥对晚稻叶片生理特性及产量的影响[J]. 浙江农业学报, 2016, 28(6): 901-909. [本文引用:1]
[16] 周录英, 李向东, 汤笑, . 氮、磷、钾肥不同用量对花生生理特性及产量品质的影响[J]. 应用生态学报, 2007, 18(11): 2468-2474. [本文引用:2]
[17] ROSEN G M, RAUCKMAN E J. Spin trapping of superoxide and hydroxyl radicals[J]. Methods in Enzymology, 1984, 105: 198-209. [本文引用:1]