水培條件下缺鉀對主推茶樹品種生長的影響

韓安琪, 俞洪燕,2, 殷夢貴, 周 磊

(1.貴州師范學院地理與資源學院, 貴陽 550018; 2.貴州省地理國情監測重點實驗室, 貴陽 550018)

鉀是茶樹營養三要素之一,對茶樹的生長發育、產量、品質及抗逆性有重要影響[1]。茶樹缺鉀頂芽停止生長,新梢嫩葉褪綠,根、莖葉的生物量減少[2]。2013年貴州全省茶園面積超過33.33萬hm2,居全國第一[3],但受亞熱帶濕熱氣候條件的影響,土壤中的鉀易風化和淋失,茶園土壤的供鉀水平一般較低。貴州重點茶區缺鉀茶園占比58.18%[4],我國鉀肥資源短缺,價格不斷上升[5]。同時農業農村部出臺的《到2020年化肥使用量零增長行動方案》明確提出,減少不合理化肥投入,走高產高效、可持續發展之路。目前,為追求茶園高產,存在盲目施肥、濫用化肥,進而造成生態環境破壞的現象[6],如何合理精確地施肥這一要求變得迫切。但是大田試驗多受天氣、土壤以及環境等影響,無法精準地控制變量,而水培試驗則很好地避開了這一缺陷。為了初步探究缺鉀對主推茶樹生長的影響及缺鉀與氮、磷含量的影響,本試驗采用營養液無土培養的方法,系統地研究了缺鉀對茶樹幼苗生長及各部位主要營養元素的影響, 以期為合理施用鉀肥進而提高茶葉產量與品質等提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試茶苗品種為“小葉福鼎”“龍井 43”1年生扦插苗。試驗初期對供試茶苗進行篩選,選擇長勢大致一致且生長狀況良好,長勢健壯的健康茶苗,所選擇的茶苗高度控制在30～35 mm,主莖直徑控制在3 mm 左右,水培試驗前剪除茶苗主莖青桿部分,即作打頂處理。

1.2 試驗方法

本試驗采用小西茂毅[7]培養液改良配方,詳情見表1。培養液所用化學試劑均為分析純,并用蒸餾水配制。培養液pH值 5.0～5.5[8]。采用帶蓋的培養盆,外面涂黑漆避光,模擬土壤環境,以防止營養液中微生物的滋生。選擇長勢大致一致且生長狀況良好,長勢健壯的健康茶苗,先用自來水反復淋洗清潔植株,后用蒸餾水清洗植株3次,去除植株上殘存的離子;將洗凈的茶苗定植于培養箱內,加入去離子水,氣泵增氧,先饑餓處理一周,再以1/2水培營養液培養7 d,做緩苗處理,以便茶苗更好適應水生環境。待茶苗長勢良好后,替換為完全營養液,培養約60 d,直至新生白色吸收根生長發育完全[9]。之后將生長一致的供試茶苗進行不同濃度的鉀處理,每盆施鉀濃度為0,100,200 μmol/L的營養液(各處理依次標記為K 1、K 2、K 3),0、100 μmol/L為缺鉀濃度,200 μmol/L為正常鉀濃度,每處理重復6次。一周更換3次營養液,待供試茶苗大部分表現出缺鉀癥狀時進行相關參數測定。

水培條件:將培養盆放置于實驗室陽臺,遮風避雨,夏日光照強烈的時段,懸掛透光率為 50%～70%的黑色遮陽網,以避免陽光直射以及培育環境溫度過高造成的水分蒸發。當環境溫度高于28 ℃時,要注意通風散熱,必要時可向環境中噴灑少量清水,將溫度控制在 20～25 ℃之間,空氣濕度為80%～65%。培養過程中,用微型氣泵系統連續對營養液通氣,每周換1～2次營養液,注意防治病蟲害。

1.3 測定指標

1.3.1茶苗地上部干重、鮮重及新梢生長量的測定

干重、鮮重:植株收獲后,先用自來水沖洗干凈植株表面塵土及培養液殘留,后用去離子水沖洗兩遍,最后將其分為根、莖、老葉和新葉四部分,先測定各部分鮮樣重量。后將鮮樣在105 ℃下烘30 min,作殺青處理,再在80 ℃下烘48 h(至恒重),然后測定各部分的干重[10]。

新梢生長量:修剪部位以上的新生器官的干重記為新梢生長量。

根冠比=地下部干重/地上部干重。

1.3.2茶苗各部位營養元素含量的測定

樣品制備:將新鮮植株樣本分為鮮葉、老葉、莖和根四個樣品類型,洗凈后在105 ℃下烘30 min,再在80 ℃下烘48 h至恒重,用高速萬能粉碎機將試樣粉碎,過10目篩,裝袋密封低溫保存,用于后續試驗指標的測定。

測定方法:采用H2SO4—H2O2一次消煮全部測定的方法,全氮含量采用凱氏定氮法測定,全磷含量采用鉬銻抗比色法測定,全鉀含量采用火焰光度法測定[10]。

1.3.3植株鉀積累量和鉀利用效率的測定

鉀積累量=鉀含量×干物質質量;

鉀利用效率=全株干重/全株鉀積累量。

1.4 數據分析

數據分析,用Microsoft Excel 2010軟件對數據進行初步的計算與整理;用SPSS 25.0軟件對不同鉀離子濃度處理間的各項指標進行單因素方差分析(One-way ANOVA),顯著性水平取p<0.05。

2 結果與分析

2.1 缺鉀對主推茶樹品種生長的影響

茶樹缺鉀癥狀首先會在外部特征上表現出來, K 1、K 2處理最先表現出典型的缺鉀癥狀,成熟葉和一些老葉葉尖或葉緣出現褐斑, 褐斑逐步擴大形成褐色斑塊,大量地不正常落葉。測定供試茶苗在不同鉀濃度梯度下的干物質重,并進行多重比較分析,如表2所示,缺鉀對龍井43和小葉福鼎品種的根冠比沒有顯著差異,但是不同鉀濃度下根、莖、葉和全株干重均隨著供鉀濃度的增加而增大,且表現出差異極顯著。

表3 不同處理下茶樹根莖葉總氮、總磷和鉀含量的差異

表4 不同處理下主推茶樹鉀素累積分配和利用的差異

2.2 缺鉀對主推茶樹品種根莖葉氮、磷、鉀含量的影響

所有鉀處理中,兩個品種總氮含量都表現為葉片最高,根部次之,莖部最低,并隨著鉀濃度的增大而增大。葉、莖、根部的總磷含量總體呈增加趨勢,龍井43莖部和葉片中總磷含量隨處理濃度的增加顯著上升。在所有供鉀處理中,總磷含量以葉片最高,其次是根,莖部最低。隨著供鉀濃度的增加,茶樹葉、莖、根鉀含量總體均呈增加的趨勢。兩個缺鉀濃度茶樹根和莖的氮、磷均顯著低于對照,龍井43葉中氮沒有明顯的差異,但磷、鉀均顯著低于對照,小葉福鼎葉中氮、磷、鉀之間均無顯著差異。

2.3 鉀對主推茶樹品種鉀積累量和鉀效率的影響

從地上部分和地下部分鉀積累方面,兩品種不同處理地上部分和地下部分鉀積累差異極顯著。但從兩個缺鉀濃度來看,龍井43品種對鉀更為敏感,在無鉀和缺鉀情況下,均出現顯著差異,但小葉福鼎在無鉀和缺鉀情況下,根、莖、葉中氮、磷、鉀之間沒有顯著差異,說明缺鉀會導致氮和磷的吸收。從鉀利用率來看,各處理間差異顯著。

2.4 不同茶樹品種各測量指標與鉀利用效率之間的相關分析

供試茶樹品種在3種不同鉀濃度處理后,測定各指標并進行相關分析,由表5可以看出,全株干重、磷含量、地上部鉀積累和地下部鉀積累與鉀利用效率呈極顯著正相關,表明在低鉀脅迫下茶樹幼苗的鉀利用效率與植株和磷含量生物量相關,較多的生物量和適宜的磷肥供給是茶樹鉀高效的生理基礎。根冠比與鉀利用效率呈顯著負相關,表明較小的根冠比有利于提升茶樹的鉀利用效率,其他指標與鉀利用指數呈正相關。

表5 各指標與鉀利用效率之間的相關分析

3個鉀水平下茶樹各指標與鉀利用效率的相關性分析的結果表明,苗期植株干質量與鉀利用效率呈極顯著正相關。

3 結論與討論

鉀是茶樹生命代謝過程中具有重要生理功能的營養元素,顯著影響茶樹的生長發育和茶葉品質[11]。不同鉀素水平顯著影響茶樹礦質養分的吸收與積累,其礦質營養離子之間存在協同和拮抗關系[12]。本研究結果表明,當供鉀濃度分別為0,100 μmol/L時茶樹根系干重、莖葉干重等顯著降低,嚴重影響其正常生長,本研究把0,100 μmol/L鉀處理定為茶樹缺鉀處理,與韓文炎等[1]、林鄭和等[13]研究結果一致。缺鉀會抑制植物的生長,減少根、莖葉的生物量,增加根冠比,目前缺鉀的研究主要集中在水稻[14-15]、棉花[16-17]、玉米[18]、大麥[19]、大豆[20-21]等作物上。通過本研究也表明,茶樹在缺鉀時其生長會受抑制,缺鉀減少了茶樹根、莖葉的生物量,但同時增加根冠比。茶樹缺鉀時顯著降低了葉和莖的總氮含量,但對根部總氮含量影響不顯著;茶樹缺鉀時顯著降低了葉部、根部的總磷含量,同時也降低了茶樹莖部總磷含量,但未達顯著水平?？偠灾?茶樹缺鉀顯著降低葉片的總氮和總磷含量。茶葉作為一種飲品,品質是衡量成茶的重要方面,而鉀素顯著提高鮮葉品質,直接影響成茶的品質。