水培条件下缺钾对主推茶树品种生长的影响

韩安琪, 俞洪燕,2, 殷梦贵, 周 磊

(1.贵州师范学院地理与资源学院, 贵阳 550018; 2.贵州省地理国情监测重点实验室, 贵阳 550018)

钾是茶树营养三要素之一,对茶树的生长发育、产量、品质及抗逆性有重要影响[1]。茶树缺钾顶芽停止生长,新梢嫩叶褪绿,根、茎叶的生物量减少[2]。2013年贵州全省茶园面积超过33.33万hm2,居全国第一[3],但受亚热带湿热气候条件的影响,土壤中的钾易风化和淋失,茶园土壤的供钾水平一般较低。贵州重点茶区缺钾茶园占比58.18%[4],我国钾肥资源短缺,价格不断上升[5]。同时农业农村部出台的《到2020年化肥使用量零增长行动方案》明确提出,减少不合理化肥投入,走高产高效、可持续发展之路。目前,为追求茶园高产,存在盲目施肥、滥用化肥,进而造成生态环境破坏的现象[6],如何合理精确地施肥这一要求变得迫切。但是大田试验多受天气、土壤以及环境等影响,无法精准地控制变量,而水培试验则很好地避开了这一缺陷。为了初步探究缺钾对主推茶树生长的影响及缺钾与氮、磷含量的影响,本试验采用营养液无土培养的方法,系统地研究了缺钾对茶树幼苗生长及各部位主要营养元素的影响, 以期为合理施用钾肥进而提高茶叶产量与品质等提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试茶苗品种为“小叶福鼎”“龙井 43”1年生扦插苗。试验初期对供试茶苗进行筛选,选择长势大致一致且生长状况良好,长势健壮的健康茶苗,所选择的茶苗高度控制在30～35 mm,主茎直径控制在3 mm 左右,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

本试验采用小西茂毅[7]培养液改良配方,详情见表1。培养液所用化学试剂均为分析纯,并用蒸馏水配制。培养液pH值 5.0～5.5[8]。采用带盖的培养盆,外面涂黑漆避光,模拟土壤环境,以防止营养液中微生物的滋生。选择长势大致一致且生长状况良好,长势健壮的健康茶苗,先用自来水反复淋洗清洁植株,后用蒸馏水清洗植株3次,去除植株上残存的离子;将洗净的茶苗定植于培养箱内,加入去离子水,气泵增氧,先饥饿处理一周,再以1/2水培营养液培养7 d,做缓苗处理,以便茶苗更好适应水生环境。待茶苗长势良好后,替换为完全营养液,培养约60 d,直至新生白色吸收根生长发育完全[9]。之后将生长一致的供试茶苗进行不同浓度的钾处理,每盆施钾浓度为0,100,200 μmol/L的营养液(各处理依次标记为K 1、K 2、K 3),0、100 μmol/L为缺钾浓度,200 μmol/L为正常钾浓度,每处理重复6次。一周更换3次营养液,待供试茶苗大部分表现出缺钾症状时进行相关参数测定。

水培条件:将培养盆放置于实验室阳台,遮风避雨,夏日光照强烈的时段,悬挂透光率为 50%～70%的黑色遮阳网,以避免阳光直射以及培育环境温度过高造成的水分蒸发。当环境温度高于28 ℃时,要注意通风散热,必要时可向环境中喷洒少量清水,将温度控制在 20～25 ℃之间,空气湿度为80%～65%。培养过程中,用微型气泵系统连续对营养液通气,每周换1～2次营养液,注意防治病虫害。

1.3 测定指标

1.3.1茶苗地上部干重、鲜重及新梢生长量的测定

干重、鲜重:植株收获后,先用自来水冲洗干净植株表面尘土及培养液残留,后用去离子水冲洗两遍,最后将其分为根、茎、老叶和新叶四部分,先测定各部分鲜样重量。后将鲜样在105 ℃下烘30 min,作杀青处理,再在80 ℃下烘48 h(至恒重),然后测定各部分的干重[10]。

新梢生长量:修剪部位以上的新生器官的干重记为新梢生长量。

根冠比=地下部干重/地上部干重。

1.3.2茶苗各部位营养元素含量的测定

样品制备:将新鲜植株样本分为鲜叶、老叶、茎和根四个样品类型,洗净后在105 ℃下烘30 min,再在80 ℃下烘48 h至恒重,用高速万能粉碎机将试样粉碎,过10目筛,装袋密封低温保存,用于后续试验指标的测定。

测定方法: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,全磷含量采用钼锑抗比色法测定,全钾含量采用火焰光度法测定[10]。

1.3.3植株钾积累量和钾利用效率的测定

钾积累量=钾含量×干物质质量;

钾利用效率=全株干重/全株钾积累量。

1.4 数据分析

数据分析,用Microsoft Excel 2010软件对数据进行初步的计算与整理;用SPSS 25.0软件对不同钾离子浓度处理间的各项指标进行单因素方差分析(One-way ANOVA),显著性水平取p<0.05。

2 结果与分析

2.1 缺钾对主推茶树品种生长的影响

茶树缺钾症状首先会在外部特征上表现出来, K 1、K 2处理最先表现出典型的缺钾症状,成熟叶和一些老叶叶尖或叶缘出现褐斑, 褐斑逐步扩大形成褐色斑块,大量地不正常落叶。测定供试茶苗在不同钾浓度梯度下的干物质重,并进行多重比较分析,如表2所示,缺钾对龙井43和小叶福鼎品种的根冠比没有显著差异,但是不同钾浓度下根、茎、叶和全株干重均随着供钾浓度的增加而增大,且表现出差异极显著。

表3 不同处理下茶树根茎叶总氮、总磷和钾含量的差异

表4 不同处理下主推茶树钾素累积分配和利用的差异

2.2 缺钾对主推茶树品种根茎叶氮、磷、钾含量的影响

所有钾处理中,两个品种总氮含量都表现为叶片最高,根部次之,茎部最低,并随着钾浓度的增大而增大。叶、茎、根部的总磷含量总体呈增加趋势,龙井43茎部和叶片中总磷含量随处理浓度的增加显著上升。在所有供钾处理中,总磷含量以叶片最高,其次是根,茎部最低。随着供钾浓度的增加,茶树叶、茎、根钾含量总体均呈增加的趋势。两个缺钾浓度茶树根和茎的氮、磷均显著低于对照,龙井43叶中氮没有明显的差异,但磷、钾均显著低于对照,小叶福鼎叶中氮、磷、钾之间均无显著差异。

2.3 钾对主推茶树品种钾积累量和钾效率的影响

从地上部分和地下部分钾积累方面,两品种不同处理地上部分和地下部分钾积累差异极显著。但从两个缺钾浓度来看,龙井43品种对钾更为敏感,在无钾和缺钾情况下,均出现显著差异,但小叶福鼎在无钾和缺钾情况下,根、茎、叶中氮、磷、钾之间没有显著差异,说明缺钾会导致氮和磷的吸收。从钾利用率来看,各处理间差异显著。

2.4 不同茶树品种各测量指标与钾利用效率之间的相关分析

供试茶树品种在3种不同钾浓度处理后,测定各指标并进行相关分析,由表5可以看出,全株干重、磷含量、地上部钾积累和地下部钾积累与钾利用效率呈极显著正相关,表明在低钾胁迫下茶树幼苗的钾利用效率与植株和磷含量生物量相关,较多的生物量和适宜的磷肥供给是茶树钾高效的生理基础。根冠比与钾利用效率呈显著负相关,表明较小的根冠比有利于提升茶树的钾利用效率,其他指标与钾利用指数呈正相关。

表5 各指标与钾利用效率之间的相关分析

3个钾水平下茶树各指标与钾利用效率的相关性分析的结果表明,苗期植株干质量与钾利用效率呈极显著正相关。

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,显著影响茶树的生长发育和茶叶品质[11]。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[12]。本研究结果表明,当供钾浓度分别为0,100 μmol/L时茶树根系干重、茎叶干重等显著降低,严重影响其正常生长,本研究把0,100 μmol/L钾处理定为茶树缺钾处理,与韩文炎等[1]、林郑和等[13]研究结果一致。缺钾会抑制植物的生长,减少根、茎叶的生物量,增加根冠比,目前缺钾的研究主要集中在水稻[14-15]、棉花[16-17]、玉米[18]、大麦[19]、大豆[20-21]等作物上。通过本研究也表明,茶树在缺钾时其生长会受抑制,缺钾减少了茶树根、茎叶的生物量,但同时增加根冠比。茶树缺钾时显著降低了叶和茎的总氮含量,但对根部总氮含量影响不显著;茶树缺钾时显著降低了叶部、根部的总磷含量,同时也降低了茶树茎部总磷含量,但未达显著水平。总而言之,茶树缺钾显著降低叶片的总氮和总磷含量。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,直接影响成茶的品质。