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钾、镁对橡胶幼苗生长及养分吸收的交互作用

薛欣欣 魏云霞 王文斌 罗雪华 赵春梅 王大鹏 张永发 吴小平

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钾、镁对橡胶幼苗生长及养分吸收的交互作用

    作者简介: 薛欣欣 E-mail:xuexinxin_2010@163.cm;
    通讯作者: 吴小平, E-mail:wxp166@163.com
  • 基金项目: 中国热带农业科学院基本科研业务费专项资金(1630022020012, 1630022017006);海南省重点研发计划项目(ZDY2018240);国家重点研发计划(2018YFD0201100)。

Interaction of potassium and magnesium on the growth and nutrient absorption of Hevea brasiliensis seedlings

    Corresponding author: WU Xiao-ping, E-mail:wxp166@163.com
  • 摘要:   【目的】  我国植胶区砖红壤钾、镁缺乏现象日益突出,研究钾、镁缺乏对橡胶幼苗根系形态和养分吸收的影响,为橡胶平衡施肥和优质高产栽培提供理论依据。  【方法】  选用‘热研7-33-97’橡胶 (Hevea brasiliensis) 幼苗为研究材料,人工气候箱内营养液培养。采用二因素二水平的析因试验设计,4个处理分别为对照 (CK)、缺钾 (-K)、缺镁 (-Mg) 和缺钾镁 (-K-Mg),培养3个月后,取样测定橡胶幼苗干物质量、根系构型参数、根系活力和养分含量等指标。  【结果】  1) 与CK相比,-K和-K-Mg处理显著降低了单株干物质量和根冠比,干物质量降幅分别为10.9%和27.4%,根冠比降幅分别为20.4%和26.9%,而-Mg处理对干物质量和根冠比均无显著影响;K、Mg交互作用对茎干、根和单株干物质量及根冠比均有显著影响 (P < 0.05)。2) 与CK相比,各缺素处理均显著降低了橡胶幼苗吸收根 (< 2 mm) 的根长、根表面积、根体积、总根尖数及根系活力等根系构型参数,而不同程度增加了平均根粗。方差分析表明,K、Mg交互作用对吸收根的根长、根表面积、根体积及总根尖数有极显著影响 (P < 0.01)。3) 氮和钾主要贮存于叶片和根系,磷主要贮存于茎干和根系,钙主要贮存于茎皮和叶片,而镁则主要贮存于叶片和茎干。各缺素处理条件下,地上部各养分分配比例均呈增加趋势。4) 与CK相比,-K处理显著增加了橡胶幼苗单株氮、磷和镁的积累,-K-Mg处理则显著降低了单株氮积累,各缺素处理均显著增加了单株钙的积累;K、Mg交互作用对氮、磷、钙和镁的积累有显著或极显著影响。  【结论】  钾、镁营养显著影响橡胶幼苗对养分的吸收,缺钾、缺镁显著抑制橡胶幼苗特别是根系的生长发育,同时缺钾缺镁加重抑制效果。因此,橡胶生产上不仅要保证培养基质或土壤的矿质营养充足,还要重视钾、镁元素间平衡关系。
  • 图 1  不同处理下平均根粗、根尖数及根系活力

    Figure 1.  Average root diameter,root tip number and root activity under different treatments

    图 2  不同处理下钾和镁在不同部位的积累与分配

    Figure 2.  K and Mg accumulation and distribution in different organs under different treatments

    图 3  不同处理下钾和镁的积累与分配

    Figure 3.  N,P and Ca accumulation and distribution in different organs under different potassium and magnesium deficiency

    表 1  试验处理及其配方

    Table 1.  Composition of the treatment solutions

    成分CompositionCK-K-Mg-K-Mg
    大量元素 Major element (mg/L)
    KCl59605960
    MgSO424024000
    Ca(NO3)2656656656656
    (NH4)2SO4462462462462
    NaH2PO4120120120120
    NaCl04680468
    Na2SO400284284
    微量元素Micro element (mg/L)
    H3BO36.26.26.26.2
    MnSO415151515
    ZnSO45.05.05.05.0
    Na2MoO40.210.210.210.21
    CuSO40.0160.0160.0160.016
    铁盐 Ferric salt (mmol/L)
    EDTA-Fe0.050.050.050.05
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    表 2  不同处理下干物质量及方差分析

    Table 2.  Dry matter of different tissues and variance analysis under different treatments

    处理
    Treatment
    干物质量Dry matter (g/plant)根冠比
    Root shoot ratio
    叶Leaf叶柄Petiole茎皮 Stem bark茎干Stem根Root总Total
    CK0.51 ± 0.06 a0.10 ± 0.00 a0.27 ± 0.03 a 0.41 ± 0.05 ab0.67 ± 0.10 a1.95 ± 0.17 a0.52 ± 0.05 a
    -K0.49 ± 0.05 a0.10 ± 0.01 a 0.22 ± 0.02 ab0.45 ± 0.03 a0.52 ± 0.03 b1.79 ± 0.10 b0.41 ± 0.02 b
    -Mg0.46 ± 0.02 a0.10 ± 0.02 a 0.23 ± 0.04 ab0.45 ± 0.04 a0.71 ± 0.02 a1.96 ± 0.02 a0.57 ± 0.02 a
    -K-Mg0.37 ± 0.03 b0.10 ± 0.00 a0.20 ± 0.01 b0.36 ± 0.02 b0.39 ± 0.02 c1.41 ± 0.08 c0.38 ± 0.02 b
    方差分析ANOVA analysis (FF-value)
    K5.136 < 1 5.813*1.37256.099**33.620** 74.944**
    Mg10.388* < 13.1481.1442.336 9.070* < 1
    K × Mg1.982 < 1 < 110.428* 7.783*9.683*5.720*
    注(Note):数据为平均值 ± 标准差 Values are $\bar x$ ± Sd (n = 5);同列数据后不同小写字母表示处理间在 P < 0.05 水平上差异显著 Values followed by different small letters mean significant differences among treatments (P < 0.05);*—P < 0.05;**—P < 0.01.
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    表 3  不同处理下各部位干物质量占比 (%)

    Table 3.  Dry matter distribution in different tissues

    处理Treatment叶Leaf叶柄Petiole茎皮 Stem bark茎干Stem根Root
    CK26.15.013.820.934.3
    -K27.35.812.425.329.3
    -Mg23.65.111.923.236.2
    -K-Mg26.07.014.125.327.5
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    表 4  不同处理下根系构型参数及方差分析

    Table 4.  Root morphology of rubber seedlings and variance analysis under different treatments

    处理Treatment根长Root length (cm/plant)根表面积 Surface area (cm2/plant)根体积Volume (cm3/plant)
    吸收根
    < 2 mm root
    非吸收根
    > 2 mm root
    吸收根
    < 2 mm root
    非吸收根
    > 2 mm root
    吸收根
    < 2 mm root
    非吸收根
    > 2 mm root
    CK217.34 ± 22.8 a14.04 ± 1.53 a31.97 ± 4.88 a13.16 ± 0.76 a0.55 ± 0.03 a1.06 ± 0.15 a
    -K113.82 ± 7.08 b 10.49 ± 1.50 bc13.31 ± 2.35 b11.69 ± 0.95 a0.24 ± 0.01 b0.92 ± 0.15 a
    -Mg123.95 ± 9.08 b 11.61 ± 1.06 ab16.57 ± 1.41 b11.69 ± 0.71 a0.30 ± 0.03 b0.99 ± 0.11 a
    -K-Mg 73.96 ± 8.51 c 8.79 ± 1.16 c13.03 ± 1.30 b 8.84 ± 1.19 b0.26 ± 0.03 b0.86 ± 0.09 a
    方差分析ANOVA analysis (FF-value)
    K97.565**17.259**44.872**16.457**92.252**3.713
    Mg73.518** 7.217*22.359**16.457**43.835** < 1
    K × Mg11.864** < 120.790**1.66859.904** < 1
    注(Note):数据为平均值 ± 标准差 Values are $\bar x$ ± Sd (n = 5);同列数据后不同小写字母表示处理间在 P < 0.05 水平上差异显著 Values followed by different small letters mean significant differences (P < 0.05) among treatments;*—P < 0.05;**—P < 0.01.
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  • [1] 刘少军, 戴丽琼, 王斌, 等. 海南岛橡胶树栽培适宜性评价初探[J]. 中国农业资源与区划, 2018, 39(2): 128–133. Liu S J, Dai L Q, Wang B, <italic>et al</italic>. Suitability evaluation of rubber cultivation in Hainan Island[J]. Chinese Journal of Agriculture Resource and Regional Planning, 2018, 39(2): 128–133.
    [2] 李国尧, 王权宝, 李玉英, 等. 橡胶树产胶量影响因素[J]. 生态学杂志, 2014, 33(2): 510–517. Li G Y, Wang Q B, Li Y Y, <italic>et al</italic>. A review of influencing factors on latex yield of Hevea brasiliensis[J]. Chinese Journal of Ecology, 2014, 33(2): 510–517.
    [3] Zörb C, Senbayram M, Peiter E. Potassium in agriculture-Status and perspectives[J]. Journal of Plant Physiology, 2014, 171(9): 656–669. doi:  10.1016/j.jplph.2013.08.008
    [4] 林钊沐, 罗微, 茶正早. 海南橡胶树钾素营养状况及钾肥施用效果[J]. 热带农业科学, 2003, 23(5): 20–23+67. Lin Z M, Luo W, Cha Z Z. Potassium nutrition of rubber trees and potash fertilizer application effects in Hainan[J]. Chinese Journal of Tropical Agriculture, 2003, 23(5): 20–23+67.
    [5] 白由路, 金继运, 杨俐苹. 我国土壤有效镁含量及分布状况与含镁肥料的应用前景研究[J]. 土壤肥料, 2004, 2: 3–5. Bai Y L, Jin J Y, Yang L P. Study on the content and distribution of soil available magnesium and foreground of magnesium fertilizer in China[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2004, 2: 3–5.
    [6] Gransee A, Fuhrs H. Magnesium mobility in soils as a challenge for soil and plant analysis, magnesium fertilization and root uptake under adverse growth conditions[J]. Plant and Soil, 2013, 368(16): 5–21.
    [7] Wang Y, Wu W H. Regulation of potassium transport and signaling in plants[J]. Current opinion in plant biology, 2017, 39: 123–128. doi:  10.1016/j.pbi.2017.06.006
    [8] Guo W L, Nazim H, Liang Z S, <italic>et al</italic>. Magnesium deficiency in plants: An urgent problem[J]. The Crop Journal, 2016, 58(4): 83–91.
    [9] 李佳, 曹先梅, 刘立云, 等. 镁对槟榔幼苗光合特性和叶绿体超微结构的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(11): 1949–1956. Li J, Cao X M, Liu L Y, <italic>et al</italic>. Effects of different magnesium nutrition levels on photosynthetic characteristics and chloroplast ultrastructure of areca palm seedlings[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2019, 25(11): 1949–1956.
    [10] Farhat N, Elkhouni A, Zorrig W, <italic>et al</italic>. Effects of magnesium deficiency on photosynthesis and carbohydrate partitioning[J]. Acta Physiologiae Plantarum, 2016, 38(6): 145–154. doi:  10.1007/s11738-016-2165-z
    [11] Broadley M R, White P J. Eats roots and leaves. Can edible horticultural crops address dietary calcium, magnesium and potassium deficiencies?[J]. Proceedings of the Nutrition Society, 2010, 69(04): 601–612. doi:  10.1017/S0029665110001588
    [12] 闫波, 韩霁昌, 陈竹君, 等. 日光温室钾镁配施对土壤固相和液相钾、钙、镁分配及比例的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2017, 35(6): 181–186. Yan B, Han J C, Chen Z J, <italic>et al</italic>. Effects of magnesium and potassium fertilization on distribution and ratios of Ca, Mg and K in soil liquid and solid phase in greenhouse[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2017, 35(6): 181–186.
    [13] 曹秀, 夏仁学, 杨环宇, 等. 沙培条件下磷、钾、钙亏缺对枳 (<italic>Poncirus trifoliata</italic>) 幼苗根系形态及营养吸收的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(4): 981–988. Cao X, Xia R X, Yang H Y, <italic>et al</italic>. Effects of P, K and Ca deficiency on the root morphology and nutrient absorption of <italic>Poncirus trifoliata</italic> seedlings[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2014, 20(4): 981–988.
    [14] 童佳峰, 韩配配, 廖祥生, 等. 不同供镁浓度对芝麻生长及养分累积的影响[J]. 中国油料作物学报, 2019, 41(2): 226–231. Tong J F, Han P P, Liao X S, <italic>et al</italic>. Effect of magnesium on sesame (<italic>Sesamum indicum</italic> L.) growth and nutrient accumulation[J]. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2019, 41(2): 226–231.
    [15] Ding Y C, Chang C R, Luo W, <italic>et al</italic>. High potassium aggravates the oxidative stress induced by magnesium deficiency in Rice Leaves[J]. Pedosphere, 2008, 18(3): 316–327. doi:  10.1016/S1002-0160(08)60021-1
    [16] 华元刚, 刘海林, 贝美容, 等. 施肥对天然橡胶胶乳及生胶性能的影响[J]. 热带作物学报, 2018, 39(8): 6–10. Hua Y G, Liu H L, Bei M R, <italic>et al</italic>. Effects of fertilizing on properties of natural rubber latex and raw rubber[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2018, 39(8): 6–10.
    [17] 郭秀丽, 孙亮, 胡义钰, 等. 巴西橡胶树不同死皮程度植株的胶乳生理参数分析[J]. 南方农业学报, 2016, 47(9): 1553–1557. Guo X L, Sun L, Hu Y Y, <italic>et al</italic>. Analysis on latex physiological parameters of <italic>Hevea brasiliensis</italic> plants at different tapping panel dryness extents[J]. Journal of Southern Agriculture, 2016, 47(9): 1553–1557.
    [18] Li J, Zhou L J, Lin W F. Competitive characteristics related to nitrogen utilization and calla lily growth in rubber-calla lily intercropping systems[J]. Industrial Crops and Products, 2018, 125: 567–572. doi:  10.1016/j.indcrop.2018.09.032
    [19] 华元刚, 王羽, 贝美容, 等. 局部施磷对橡胶树根系及植株生长的影响[J]. 热带农业科学, 2012, 32(7): 1–4. Hua Y G, Wang Y, Bei M R, <italic>et al</italic>. Effect of localized supply of phosphatic fertilizer on roots and plant growth of <italic>Hevea brasiliensis</italic>[J]. Chinese Journal of Tropical Agriculture, 2012, 32(7): 1–4.
    [20] 鲍士旦. 土壤农化分析(第三版)[M]. 北京: 中国农业出版社, 2007. 264-271.

    Bao S D. Methods of soil agricultural chemical analysis (Third edition)[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2007. 264-271.
    [21] 贝美容, 黄艳艳, 井玉丹, 等. 施用不同配比生物炭对橡胶树根系生长的短期响应[J]. 热带作物学报, 2019, 40(6): 1041–1045. Bei M R, Huang Y Y, Jing Y D, <italic>et al</italic>. Short-term effect of different rate of biochar application on root development of <italic>Hevea brasiliensis</italic>[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2019, 40(6): 1041–1045.
    [22] 李合生. 植物生理生化实验原理和技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000. 194-197.

    Li H S. The experiment principle and technique on plant physiology and biochemistry[M]. Beijing: Higher Education Press, 2000. 194-197.
    [23] Li H X, Chen Z J, Zhou T, <italic>et al</italic>. High potassium to magnesium ratio affected the growth and magnesium uptake of three tomato (Solanum <italic>lycopersicum</italic> L.) cultivars[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2018, 17(12): 2813–2821. doi:  10.1016/S2095-3119(18)61949-5
    [24] Cakmak I, Hengeler C, Marschner H. Partitioning of shoot and root dry matter and carbohydrates in bean plants suffering from phosphorus, potassium and magnesium deficiency[J]. Journal of Experimental Botany, 1994, 45(278): 1245–1250.
    [25] Merle T, Setareh J J. Minimum magnesium concentrations for photosynthetic efficiency in wheat and sunflower seedlings[J]. Plant Physiology and Biochemistry, 2019, 144: 234–243. doi:  10.1016/j.plaphy.2019.09.040
    [26] 薛欣欣, 鲁剑巍, 李小坤, 等. 不同施氮量下缺钾对水稻叶片营养及生理性状的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(6): 1494–1502. Xue X X, Lu J W, Li X K, <italic>et al</italic>. Nutritional and physiological characters of rice leaves exposure to potassium deficiency under different nitrogen rates[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016, 22(6): 1494–1502.
    [27] Hermans C, Hammond J P, White P J, <italic>et al</italic>. How do plants respond to nutrient shortage by biomass allocation?[J]. Trends in Plant Science, 2006, 11(12): 610–617. doi:  10.1016/j.tplants.2006.10.007
    [28] 贾彦博, 杨肖娥, 刘建祥, 等. 植物根系对养分缺乏和毒害的适应及其与养分吸收效率的关系[J]. 土壤通报, 2005, 36(4): 610–616. Jia Y B, Yang X E, Liu J X, <italic>et al</italic>. Morphological and physiological adaptation of plant root to nutrient deficit and elemental toxicity stress[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2005, 36(4): 610–616.
    [29] Nieves C M, Aleman F, Martinez V, <italic>et al</italic>. K+ uptake in plant roots. The systems involved, their regulation and parallels in other organisms[J]. Journal of Plant Physiology, 2014, 171(9): 688–695. doi:  10.1016/j.jplph.2013.09.021
    [30] 贺军军, 林钊沐, 罗微, 等. 橡胶树根系生长发育及其影响因素研究进展与展望[J]. 广东农业科学, 2008, (5): 19–21. He J J, Lin Z M, Luo W, <italic>et al</italic>. Research progress and prospect on roots and growth influence factors of <italic>Heave Brasiliensis</italic>[J]. Guangdong Agriculture Sciences, 2008, (5): 19–21.
    [31] 黄红荣, 李建明, 胡晓辉, 等. 提高营养液镁浓度可缓解黄瓜幼苗亚低温胁迫[J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(3): 740–747. Huang H R, Li J M, Hu X H, <italic>et al</italic>. Increasing magnesium level in hydroponic solution will relieve suboptimal temperature stress to cucumber seedlings[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2017, 23(3): 740–747.
    [32] 曾宪海, 陈俊明, 罗雪华, 等. 砂培条件下橡胶树砧穗间矿质养分的积累与分布[J]. 中国农学通报, 2010, 26(5): 279–286. Zeng X H, Chen J M, Luo X H, <italic>et al</italic>. Accumulation and distribution of mineral nutrition in the rootstock and scion of <italic>Hevea brasiliensis</italic> under sand culture[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010, 26(5): 279–286.
  • [1] 展文洁刘剑钊梁尧袁静超张洪喜刘松涛蔡红光任军 . 不同耕作方式对玉米根系特性及养分吸收转运的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.19324
    [2] 曹先梅刘立云李佳 . 缺硼槟榔幼苗的生理反应和根系发育特征. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.19110
    [3] 李佳曹先梅刘立云牛启祥 . 镁对槟榔幼苗光合特性和叶绿体超微结构的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.19158
    [4] 张德闪李洪波申建波 . 集约化互作体系植物根系高效获取土壤养分的策略与机制. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.17238
    [5] 薛欣欣鲁剑巍李小坤任涛丛日环明日 . 不同施氮量下缺钾对水稻叶片营养及生理性状的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.15496
    [6] 李双喜杨曾奖徐大平张宁南刘小金 . 施氮量对檀香幼苗生长及养分积累的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2015.0329
    [7] 杨玉敏杨武云万洪深张冀李俊雷建容王琴阳路芳田丽张庆玉 . 氮磷钾胁迫下不同D基因组人工合成小麦生长和养分积累差异. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2015.0504
    [8] 杨全勇王秀峰韩宇睿杨静静魏珉杨凤娟史庆华李岩 . 硝普钠对黄瓜幼苗缺镁和硝酸盐胁迫的缓解效应. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2015.0521
    [9] 张淼赵书岗耿丽平霍红刘文菊* . 缺磷对不同作物根系形态及体内养分含量浓度的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2013.0307
    [10] 王泽盛建东陈波浪李建贵 . 矮密栽培红枣树生物量及养分积累动态研究. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2012.11239
    [11] 林郑和钟秋生陈常颂游小妹陈志辉 . 缺钾对茶树幼苗叶片叶绿素荧光特性的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2012.11390
    [12] 王宜伦李潮海何萍金继运韩燕来张许谭金芳 . 超高产夏玉米养分限制因子及养分吸收积累规律研究. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2010.0307
    [13] 曾秀成王文明罗敏娜廖红王秀荣 . 缺素培养对大豆营养生长和根系形态的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2010.0438
    [14] 李文娟何萍金继运 . 钾素营养对玉米生育后期干物质和养分积累与转运的影响 . 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2009.0410
    [15] 孙骏威翁晓燕李峤邵建林 . 缺钾对水稻不同品种光合和能量耗散的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2007.0407
    [16] 杨勇蒋德安孙骏威黄宗安金松恒 . 不同供镁水平对水稻叶片叶绿素荧光特性和能量耗散的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2005.0113
    [17] 杨广东朱祝军计玉妹 . 不同光强和缺镁胁迫对黄瓜叶片叶绿素荧光特性和活性氧产生的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2002.0122
    [18] 李延刘星辉庄卫民 . 缺镁胁迫对龙眼苗期氮代谢的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2001.0217
    [19] 汪洪褚天铎 . 缺镁对菜豆幼苗膜脂过氧化及体内活性氧清除酶系统的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.1998.0410
    [20] 吕世华邱古彬张福锁 . 耐低钾小麦品种筛选及其吸钾特性的研究. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.1996.0407
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  • 收稿日期:  2020-01-20

钾、镁对橡胶幼苗生长及养分吸收的交互作用

    作者简介:薛欣欣 E-mail:xuexinxin_2010@163.cm
    通讯作者: 吴小平, wxp166@163.com
  • 1. 中国热带农业科学院橡胶研究所/土壤肥料研究中心/农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室/省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室,海南海口 571101
  • 2. 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所,海南海口 571101
  • 基金项目: 中国热带农业科学院基本科研业务费专项资金(1630022020012, 1630022017006);海南省重点研发计划项目(ZDY2018240);国家重点研发计划(2018YFD0201100)。
  • 摘要:   【目的】  我国植胶区砖红壤钾、镁缺乏现象日益突出,研究钾、镁缺乏对橡胶幼苗根系形态和养分吸收的影响,为橡胶平衡施肥和优质高产栽培提供理论依据。  【方法】  选用‘热研7-33-97’橡胶 (Hevea brasiliensis) 幼苗为研究材料,人工气候箱内营养液培养。采用二因素二水平的析因试验设计,4个处理分别为对照 (CK)、缺钾 (-K)、缺镁 (-Mg) 和缺钾镁 (-K-Mg),培养3个月后,取样测定橡胶幼苗干物质量、根系构型参数、根系活力和养分含量等指标。  【结果】  1) 与CK相比,-K和-K-Mg处理显著降低了单株干物质量和根冠比,干物质量降幅分别为10.9%和27.4%,根冠比降幅分别为20.4%和26.9%,而-Mg处理对干物质量和根冠比均无显著影响;K、Mg交互作用对茎干、根和单株干物质量及根冠比均有显著影响 (P < 0.05)。2) 与CK相比,各缺素处理均显著降低了橡胶幼苗吸收根 (< 2 mm) 的根长、根表面积、根体积、总根尖数及根系活力等根系构型参数,而不同程度增加了平均根粗。方差分析表明,K、Mg交互作用对吸收根的根长、根表面积、根体积及总根尖数有极显著影响 (P < 0.01)。3) 氮和钾主要贮存于叶片和根系,磷主要贮存于茎干和根系,钙主要贮存于茎皮和叶片,而镁则主要贮存于叶片和茎干。各缺素处理条件下,地上部各养分分配比例均呈增加趋势。4) 与CK相比,-K处理显著增加了橡胶幼苗单株氮、磷和镁的积累,-K-Mg处理则显著降低了单株氮积累,各缺素处理均显著增加了单株钙的积累;K、Mg交互作用对氮、磷、钙和镁的积累有显著或极显著影响。  【结论】  钾、镁营养显著影响橡胶幼苗对养分的吸收,缺钾、缺镁显著抑制橡胶幼苗特别是根系的生长发育,同时缺钾缺镁加重抑制效果。因此,橡胶生产上不仅要保证培养基质或土壤的矿质营养充足,还要重视钾、镁元素间平衡关系。

    English Abstract

    • 橡胶树 (Hevea brasiliensis) 是天然橡胶的重要来源,为我国热带和亚热带地区重要的经济作物。天然橡胶产业在我国属于典型的资源约束型产业,受气候因素的影响较为严重,适宜种植橡胶树的区域非常有限,导致自给率非常低,使得天然橡胶供需矛盾日益突出,提高橡胶树单产是缓解天然橡胶供需矛盾的有效途径[1]。钾 (K) 和镁 (Mg) 作为橡胶树重要的必需营养元素,二者的平衡供应对橡胶树产排胶特性、品质及产量等方面具有重要作用[2]。然而,我国海南橡胶种植区土壤具有高度风化、强淋溶以及砂质等特点,这类土壤的盐基易随水土流失而损失,土壤中钾、镁等离子普遍缺乏[3-6],造成橡胶树矿质养分长期摄入不足,严重制约橡胶树的产量。

      钾对植物体内酶的活化、离子平衡、细胞膨压、水分平衡以及碳水化合物的运输等具有重要的影响[7]。镁被认为是植物细胞中最丰富的游离二价阳离子,其对稳定细胞大分子结构、维持酶活性、平衡细胞内活性氧和离子等方面起到重要作用,还是300多种酶的配体和激活因子[8],同时也是叶绿素的重要组成成分,在植物叶绿体光合作用中起着关键作用[9-10]。然而,Mg2+具有较大的水合半径,对土壤胶体的吸附强度不如其他阳离子,在土壤中很容易被淋洗。此外,Mg2+与K+之间存在拮抗作用,易造成土壤中钾和镁对植物的有效性降低[11-12]。已有研究指出,钾、镁营养亏缺对作物根系生长均具有显著抑制作用[13-14],钾对镁吸收的拮抗关系也已得到证实[15]。关于橡胶树缺钾会造成排胶不畅、胶乳早凝、产胶量低、胶乳机械稳定性差,而施钾过量会抑制橡胶树对镁的吸收,导致缺镁黄叶病的发生[16];镁在植物体内的含量虽低于钾,但镁与钾的平衡状态会影响胶乳的排胶状况和稳定性[17]

      以往关于氮、磷营养对橡胶树根系形态的影响报道较多[18-19],但针对钾、镁亏缺以及二者间的相互作用对橡胶树根系形态、养分吸收及分配的研究仍较缺乏。橡胶树苗期矿质营养供应不足可能会对移栽或接穗后的植株生长产生影响。为此,本研究以目前推广种植面积较大的‘热研7-33-97’橡胶幼苗为试验材料,重点探讨钾、镁亏缺对橡胶幼苗根系构型参数、养分积累及分配的影响,以期为橡胶树平衡施肥提供理论依据。

      • 试验于2017年10月—2018年1月在中国热带农业科学院橡胶研究所进行。供试材料为温室砂床生长3个月龄的橡胶 (Hevea brasiliensis) 幼苗,品系为热研7-33-97,采用营养液培养方式。选用生长良好且长势基本一致的幼苗,带回实验室,用自来水小心冲洗掉附着在幼苗根系上的泥沙,然后将幼苗固定在双孔黑色泡沫板上,再移栽到盛有5 L营养液的黑色塑料桶中进行培养,使泡沫板漂浮在营养液表面,同时保证幼苗根部完全浸没在营养液中,每盆定植2株。

      • 试验采用二因素二水平的析因设计,以全营养液为对照 (CK),另设3个缺素处理,分别为缺钾 (-K)、缺镁 (-Mg) 和缺钾镁 (-K-Mg)。各处理营养液配方见表1,pH值调为6.0。为维持营养液中离子浓度平衡,分别用NaCl和 (Na)2SO4来调整Cl-和SO42+。每处理3次重复,每重复10盆、共20株。人工气候室内设常温 (25℃/20℃)(昼/夜),光照强度 (5000 lx),光周期为12 h/12 h(昼/夜),相对湿度85%。试验期间每隔3 h用通气泵通气5 min,每3天更换1次营养液。第1周、第2周和第3周分别采用CK处理浓度的1/4、1/2和全量进行预培养,第4周开始采用各处理的营养液配方进行处理,处理时间为60天。试验结束后对植株样品进行采集并测定各项指标。

        表 1  试验处理及其配方

        Table 1.  Composition of the treatment solutions

        成分CompositionCK-K-Mg-K-Mg
        大量元素 Major element (mg/L)
        KCl59605960
        MgSO424024000
        Ca(NO3)2656656656656
        (NH4)2SO4462462462462
        NaH2PO4120120120120
        NaCl04680468
        Na2SO400284284
        微量元素Micro element (mg/L)
        H3BO36.26.26.26.2
        MnSO415151515
        ZnSO45.05.05.05.0
        Na2MoO40.210.210.210.21
        CuSO40.0160.0160.0160.016
        铁盐 Ferric salt (mmol/L)
        EDTA-Fe0.050.050.050.05
      • 从各处理中选取具有代表性的5株植株样品,将叶片、叶柄、茎皮、茎干、根分开,于105℃杀青30 min,75℃烘干至恒重,分别称取各器官干重,单株干物质量为各部位干物质总和。

      • 将称重后的植株样品用粉碎机进行粉碎、过1.0 mm筛后,准确称取0.1000 g样品,采用H2SO4-H2O2消煮,测定各养分含量[20]。采用AA3流动注射分析仪氮 (N)、磷 (P) 含量测定,采用原子吸收分光光度计测定钾 (K)、钙 (Ca)、镁 (Mg) 含量。

      • 从每个处理中另外选取具有代表性的5株植株样品,将根系剪下,并用自来水冲洗干净,然后用根系扫描仪Epson扫描完整的根系图像,之后用扫描仪配套的WinRHINZO根系图形分析软件进行定量分析,获得根长、根表面积、根体积和根粗等参数。根系直径 < 2 mm的为吸收根,> 2 mm的为非吸收根[21]。根系活力采用氯化三苯基四氮唑 (TTC) 法测定[22]

      • 采用Excel 2010软件计算数据,Origin 8.0软件绘图,SPSS 20.0软件统计分析,LSD法进行差异显著性检验 (P < 0.05)。

      • 表2可知,与CK相比,-K处理的根系和单株干物质量以及根冠比显著降低,降幅分别为21.8%、8.4%和20.4%,-K-Mg处理的叶片、茎皮、茎干、根和单株干物质量以及根冠比均显著降低,降幅分别为27.8%、26.1%、11.9%、41.8%、27.5%和26.9%,其降幅均大于-K处理,而-Mg处理对植株干物质量、根冠比均无显著影响。方差分析显示,K对茎皮、根、根冠比及单株干物质量具有显著 (P < 0.05) 或极显著 (P < 0.01) 影响,Mg对叶片及单株干物质量有显著影响 (P < 0.05),K和Mg交互作用对茎干、根及单株干物质量、根冠比有显著影响 (P < 0.05)。

        表 2  不同处理下干物质量及方差分析

        Table 2.  Dry matter of different tissues and variance analysis under different treatments

        处理
        Treatment
        干物质量Dry matter (g/plant)根冠比
        Root shoot ratio
        叶Leaf叶柄Petiole茎皮 Stem bark茎干Stem根Root总Total
        CK0.51 ± 0.06 a0.10 ± 0.00 a0.27 ± 0.03 a 0.41 ± 0.05 ab0.67 ± 0.10 a1.95 ± 0.17 a0.52 ± 0.05 a
        -K0.49 ± 0.05 a0.10 ± 0.01 a 0.22 ± 0.02 ab0.45 ± 0.03 a0.52 ± 0.03 b1.79 ± 0.10 b0.41 ± 0.02 b
        -Mg0.46 ± 0.02 a0.10 ± 0.02 a 0.23 ± 0.04 ab0.45 ± 0.04 a0.71 ± 0.02 a1.96 ± 0.02 a0.57 ± 0.02 a
        -K-Mg0.37 ± 0.03 b0.10 ± 0.00 a0.20 ± 0.01 b0.36 ± 0.02 b0.39 ± 0.02 c1.41 ± 0.08 c0.38 ± 0.02 b
        方差分析ANOVA analysis (FF-value)
        K5.136 < 1 5.813*1.37256.099**33.620** 74.944**
        Mg10.388* < 13.1481.1442.336 9.070* < 1
        K × Mg1.982 < 1 < 110.428* 7.783*9.683*5.720*
        注(Note):数据为平均值 ± 标准差 Values are $\bar x$ ± Sd (n = 5);同列数据后不同小写字母表示处理间在 P < 0.05 水平上差异显著 Values followed by different small letters mean significant differences among treatments (P < 0.05);*—P < 0.05;**—P < 0.01.

        不同处理下各部位干物质分配比例变幅分别为根27.5%~36.2%、叶片23.6%~27.3%、茎干20.9%~25.3%、茎皮11.9%~14.1%、叶柄5.0%~7.0%。与CK相比,-K和-K-Mg处理的叶柄分配比例分别增加0.8个和2.0个百分点,茎干分配比例分别增加4.4个和4.4个百分点,但根部分配比例分别降低5.0个百分点和8.7个百分点;-Mg处理茎干和根部分配比例分别增加2.3个百分点和1.9个百分点,而叶片、茎皮分配比例分别降低2.5个百分点和1.9个百分点 (表3)。

        表 3  不同处理下各部位干物质量占比 (%)

        Table 3.  Dry matter distribution in different tissues

        处理Treatment叶Leaf叶柄Petiole茎皮 Stem bark茎干Stem根Root
        CK26.15.013.820.934.3
        -K27.35.812.425.329.3
        -Mg23.65.111.923.236.2
        -K-Mg26.07.014.125.327.5
      • 表4可知,各处理橡胶幼苗吸收根根长、根表面积均显著大于非吸收根,而根体积则显著小于非吸收根。与CK相比,-K、-Mg和-K-Mg处理均显著降低了吸收根根长、根表面积和根体积,各指标在-K-Mg处理下的降幅最大,-K处理次之,-Mg处理最小。另外,-K 处理显著降低了非吸收根根长,-K-Mg处理显著降低了非吸收根根长和根表面积。方差分析表明,K、Mg对吸收根和非吸收根的根长、根表面积和根体积有显著 (P < 0.05) 或极显著影响 (P < 0.01),K和Mg交互作用对吸收根根长、吸收根表面积和吸收根体积有极显著影响 (P < 0.01)。

        表 4  不同处理下根系构型参数及方差分析

        Table 4.  Root morphology of rubber seedlings and variance analysis under different treatments

        处理Treatment根长Root length (cm/plant)根表面积 Surface area (cm2/plant)根体积Volume (cm3/plant)
        吸收根
        < 2 mm root
        非吸收根
        > 2 mm root
        吸收根
        < 2 mm root
        非吸收根
        > 2 mm root
        吸收根
        < 2 mm root
        非吸收根
        > 2 mm root
        CK217.34 ± 22.8 a14.04 ± 1.53 a31.97 ± 4.88 a13.16 ± 0.76 a0.55 ± 0.03 a1.06 ± 0.15 a
        -K113.82 ± 7.08 b 10.49 ± 1.50 bc13.31 ± 2.35 b11.69 ± 0.95 a0.24 ± 0.01 b0.92 ± 0.15 a
        -Mg123.95 ± 9.08 b 11.61 ± 1.06 ab16.57 ± 1.41 b11.69 ± 0.71 a0.30 ± 0.03 b0.99 ± 0.11 a
        -K-Mg 73.96 ± 8.51 c 8.79 ± 1.16 c13.03 ± 1.30 b 8.84 ± 1.19 b0.26 ± 0.03 b0.86 ± 0.09 a
        方差分析ANOVA analysis (FF-value)
        K97.565**17.259**44.872**16.457**92.252**3.713
        Mg73.518** 7.217*22.359**16.457**43.835** < 1
        K × Mg11.864** < 120.790**1.66859.904** < 1
        注(Note):数据为平均值 ± 标准差 Values are $\bar x$ ± Sd (n = 5);同列数据后不同小写字母表示处理间在 P < 0.05 水平上差异显著 Values followed by different small letters mean significant differences (P < 0.05) among treatments;*—P < 0.05;**—P < 0.01.

        图1可知,与CK相比,-K-Mg处理平均根粗显著增加38.2%,-K、-Mg和-K-Mg处理的根尖数显著降低71.3%、59.3%、69.4%,根系活力显著降低26.7%、23.7%和29.9%。方差分析显示,Mg对平均根粗有显著影响 (P < 0.05),K、Mg对根尖数和根系活力有显著影响 (P < 0.05),K和Mg交互作用均对根尖数有极显著影响 (P < 0.01)。

        图  1  不同处理下平均根粗、根尖数及根系活力

        Figure 1.  Average root diameter,root tip number and root activity under different treatments

      • 图2所示,不同处理下各器官K分配比例变幅分别为:根29.8%~33.9%、叶片23.0%~27.4%、茎干18.2%~22.0%、茎皮11.7%~14.5%、叶柄8.6%~9.8%;-K和-K-Mg处理增加了地上部钾的分配比例。单株钾积累量仅受供钾水平的影响,而对镁的供应水平无显著响应;与CK相比,-K和-K-Mg处理显著降低了单株钾积累量 (P < 0.05),降幅分别为37.5%和51.5%,其中-Mg加剧了-K效应。

        图  2  不同处理下钾和镁在不同部位的积累与分配

        Figure 2.  K and Mg accumulation and distribution in different organs under different treatments

        不同处理下各器官Mg分配比例变幅分别为叶片27.0%~34.4%、茎干26.0%~29.7%、茎皮17.4%~22.1%、根14.3%~18.1%、叶柄3.8%~5.4%;各缺素处理地上部镁分配比例均有所增加。镁积累量不仅受供镁水平的影响,还受到供钾水平的影响;与CK相比,-Mg和-K-Mg处理显著降低了单株镁积累量,降幅分别为38.8%和47.8%,其中-K加剧了-Mg效应;而在供镁条件下,-K处理单株镁积累量显著增加20.5%,由此可见,钾对幼苗镁的吸收具有单方面拮抗。方差分析显示,K、Mg之间的交互作用对橡胶幼苗单株镁积累量有极显著影响 (P < 0.01)。

      • 橡胶幼苗氮、磷、钙积累及分配情况如图3所示。氮主要分布在叶片和根部,二者占比为55.2%~68.3%,磷主要分布在茎干和根部,二者占比为52.2%~65.8%,而钙主要分布在茎皮和叶片中,二者占比为54.5%~66.9%;较CK处理,-K和-K-Mg处理的N、P和Ca优先向地上部分配。由图1可知,与CK相比,-K处理显著增加了单株N和P积累量,增幅分别为24.3%和29.3%;-K-Mg处理显著降低了单株氮积累量,降幅为17.1%;而-K、-Mg和-K-Mg处理均显著增加了单株钙积累量,增幅分别为30.3%、28.3%和29.5%。方差分析显示,K和Mg交互作用对N、P和Ca的积累有显著或极显著影响。综上所述,K对幼苗N、P、Ca的吸收均存在拮抗效应,而Mg对幼苗Ca的吸收存在拮抗效应。

        图  3  不同处理下钾和镁的积累与分配

        Figure 3.  N,P and Ca accumulation and distribution in different organs under different potassium and magnesium deficiency

      • 钾和镁对光合产物在源-库间的运输具有重要影响,光合产物分配的改变是养分胁迫条件下植物干物质分配差异的主要原因[23-24]。本研究表明,营养液中钾以及钾镁同时亏缺显著抑制了根和单株干物质累积,而镁亏缺对干物质量则无显著影响,出现该现象的主要原因可能与该试验的胁迫时间较短有关;钾镁同时亏缺对干物质的抑制作用大于钾单独亏缺,由此也说明,镁亏缺进一步加剧了缺钾的效应。方差分析显示钾和镁对干物质的形成有显著的交互效应。因此,在实际生产中应重视矿质元素间的互作效应,以提高养分效率。以往研究证实,缺钾引起植物叶片光合作用降低,造成光合产物在叶片中大量积累、源-库装载及运输受限,导致根部的光合产物积累减少,进而造成了根部的干物质降低[24-27]。以上也应证了本研究的结果,即钾以及钾镁同时亏缺造成干物质在地上和地下部分的分配比例发生改变,干物质在地上部的分配比例增加,在根部分配比例下降,导致根冠比下降。该结果从某种程度上也解释了在外界矿质养分胁迫时橡胶幼苗的适应机制。

      • 根系的生长状况对植物水分和养分的吸收以及碳水化合物的储存和生长调节因子的合成起到极其重要的作用[28]。植物对养分吸收的差异主要取决于根密度、根深度、根毛长度等根系构型参数[29]。植物根系生态系统中,小于2 mm的吸收根直接与土壤接触,以吸收水分及养分来供应地上部分进行新陈代谢,当根区环境中的营养元素供应缺乏时,这部分的根系生长必然会受到抑制[30]。本研究发现,钾、镁亏缺主要影响橡胶幼苗吸收根 (< 2 mm) 的根系构型参数,其中钾镁同时亏缺的抑制作用最大,钾次之,镁抑制效应最小。另外,养分亏缺造成平均根粗呈增加的趋势,分析造成该现象的原因主要与吸收根占总根系比例降低、非吸收根占比增加有关。另外,方差分析结果也表明,钾、镁对吸收根的根长、根表面积、根体积以及根尖数有显著影响。由此可见,钾、镁养分对调控根系构型具有重要的实践意义。曾有研究从不同视角揭示了根系生长对矿质养分亏缺的响应机制。贾彦博等[28]研究表明,当氮、磷等养分供应充足的条件下,施钾影响了IAA(吲哚乙酸) 氧化酶的活性,提高了IAA的含量,促进碳水化合物向根系转运,从而提高稻根各项参数;单独施钾而不配施氮条件下,因根部没有足够的含氮化合物与光合产物进行同化作用,抑制了碳水合物源流入,所以钾肥的促根效应不太明显。曹秀等[13]认为钾通过影响植株铁含量,进而调节光合产物的合成和运输以及相关酶的活性;缺钾胁迫时,根系和地上部铁离子浓度显著降低,由于铁直接参与植物光合作用、光合酶活性且与光合产物的运输密切相关,因此,铁浓度的降低使地上部分光合受阻,从而降低了植物叶片光合产物合成和转运能力,导致根系生长发育受抑制。也有研究[24]认为镁缺乏条件下,光合作用受限、碳水化合物在源叶中大量积累,抑制了源库间的转运,造成根部的生长受限。综上所述,钾、镁亏缺最终都是限制了光合产物向根部的运输,而造成根构型发生变化。然而,钾、镁等矿质营养对根系的影响是一个极其复杂的过程,其机理仍有待进一步探讨。

      • 钾、镁均为带正电的阳离子,二者水平的高低直接影响到植物对养分的吸收、转运和分配[31]。近年来,橡胶组培苗、籽苗芽接苗在出圃前多数通过砂床种植,而砂床营养决定了幼苗的生长、养分的贮藏,进而影响移栽后或接穗后的养分供应[32]。本研究表明,钾对橡胶幼苗钙的积累有极显著影响,镁对橡胶幼苗氮、磷、钙的积累有极显著影响,钾镁互作对橡胶幼苗各养分积累量均具有显著或极显著影响。因此,在考虑单个养分因子的同时,还要考虑养分之间的互作效应,以提高各养分的吸收效率。另外,钾、镁亏缺造成了所有养分在地上和地下的分配比例发生变化,地上的分配比例均不同程度增加,可能与地上部干物质分配比例增加有关,同时也说明了在响应环境胁迫时,植物会将有限的养分从根部转移至地上部为其所用[24]。与CK相比,-K处理显著增加了单株镁积累量,该结果表明了钾镁共同存在条件下,钾对镁的吸收存在显著的拮抗作用,而镁对钾的吸收无显著影响,综合来看,二者的拮抗关系为钾对镁单方面影响。以往也有研究证实了钾、镁之间的关系。Ding等[15]在水稻上的研究证实,钾的存在抑制了镁离子从根部向地上部的转运,而镁对钾的拮抗作用不明显。Farhat等[10]也指出,过量供应KCl会明显造成向日葵整个植株镁和钙含量的降低。综上所述,生产实践中,不但要保证培养基质或土壤中的矿质营养充足,也要重视各元素间的平衡关系。

      • 钾、镁亏缺显著抑制了橡胶幼苗的生长发育,钾和镁的交互作用对植株氮、磷、钙、镁的吸收有显著影响,其中,钾在供镁条件下显著抑制镁的吸收,而镁则对钾的吸收则无显著影响。因此,橡胶生产上不仅要保证培养基质或土壤的矿质营养充足,还要重视钾、镁元素间的平衡关系。

        致谢:特别感谢中国热带农业科学院橡胶研究所华玉伟博士、徐正伟等为本研究提供的橡胶苗。

    参考文献 (32)
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