钾素营养对盐碱地棉花中后期生长及生理特性的影响

杜海岩+柳新伟+徐双+孙晓丽+崔德杰

摘要： 在山东东营滨海盐碱地设置棉花大田试验，研究不同钾肥施用方式对棉花中后期生长及生理特性的影响。试验设不施钾肥、钾肥基施、钾肥分施（1/2基施、1/2花期追施）、控释钾肥4个处理。结果表明，施钾能显著提高棉株器官中K+含量而降低Na+含量；钾肥分施及控释钾肥皆能有效提高棉花叶片SOD活性，降低MDA含量、POD活性及脯氨酸含量；钾肥分施、控释钾肥分别比不施钾处理籽棉产量提高24.1%、22.0%，比钾肥基施处理籽棉产量高15.3%、6.7%。棉花生育中后期，保持适量的钾素含量水平对于提高棉花耐盐性和产量具有重要意义。

关键词： 钾素营养；盐渍土；棉花生长；生理特性

中图分类号： S562.04 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）03-0114-03

盐碱地是我国最主要的中低产田类型之一，有巨大增产潜力[1]。棉花是抗盐碱的先锋作物，植棉对于开发利用盐碱地具有重大意义[2-3]。棉花是喜钾作物，钾素能起到抗衰抗逆和增产的作用[4-5]。董合忠等研究表明，中轻度盐碱地钾含量较低，棉花生育中后期Na+有上升趋势，K+则逐渐下降[6]。而Na+对K+有拮抗作用，较高盐浓度下，植物对K+ 吸收选择性下降，植株易缺钾[7]。于振文等研究表明，缺钾会导致小麦生育后期过氧化物酶活性、丙二醛含量增高，可溶性蛋白质含量下降，加速衰老[8]。缺钾势必会成为棉花生长的限制因素，李宗泰等研究表明，钾肥分施及控释复合肥的施用可提高棉株抗衰老能力及钾肥利用率[5]。中轻度盐田合理施用钾肥很有必要性[6]。此前关于钾素营养的研究多集中于非盐碱地，对盐碱地棉花的研究少有报道[9-10]。且鉴于农户习惯将钾肥一次性基施，因此试验设计不同施钾方式，研究了钾素营养对盐碱地棉花钾钠吸收、氧自由基代谢、地上部生物量及产量等的影响，为盐碱地棉花合理施用钾肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2013年在东营市利津县毛坨村青岛农业大学科技示范园内进行，供试品种为鲁棉研28。供试土壤为滨海盐渍土，土壤理化状况：pH值8.35，盐分0.154%，有机质 7.38 g/kg，全氮0.39 g/kg，碱解氮32.77 mg/kg，速效磷 8.52 mg/kg，速效钾85.30 mg/kg。

1.2 试验设计

试验共设4个处理，分别为：不施钾肥（T0）、钾肥一次性基施（T1）、钾肥分施（1/2基施、1/2花期追施）（T2）、控释钾肥（T3）。各处理钾肥施用量相同，为126 kg/hm2。供试肥料类型为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O5 12%）、硫酸钾（含K2O 50%）和100天控释期树脂包膜控释钾肥（40%），控释钾肥由国家缓控释肥工程技术研究中心提供。各处理氮磷肥相同，氮肥为 180 kg/hm2，磷肥为82 kg/hm2，全部作为基施。4月3日淡水压盐，5月8日播种，小区面积67 m2，行距80 cm，株距30 cm，3次重复，随机区组排列。T2处理于花期追施钾肥，其他按常规棉田进行管理。

1.3 测定项目与方法

地上部干物质量的测定：于盛花期、盛铃期、吐絮期，每小区取长势均匀、有代表性的棉株5株，按器官分装，105 ℃杀青0.5 h，75 ℃烘至恒质量，称质量。

棉株K+、Na+含量的测定：将各时期植株粉碎、消化，火焰光度计法测定植株K+、Na+含量。

生理指标的测定：从棉花生长77 d开始，每小区采倒4叶10张，每隔7 d取1次（共6次），液氮冷冻保存。硫代巴比妥酸比色法[11]测定丙二醛（MDA）含量；氮蓝四唑法[11]测定超氧化物歧化酶（SOD）活性；愈创木酚法[11]测定过氧化物酶（POD）活性；脯氨酸含量采用磺基水杨酸法[12]测定。

棉花产量的测定：收获期每小区随机选取1行，将所有棉絮收集，测产并计算衣分率。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel、Origin和DPS等软件系统进行数据处理及统计分析。

2 结果与分析

2.1 钾素营养对棉花各生育期K+、Na+含量的影响

由表1可以看出，与T0相比，各时期不同的施钾处理均能显著提高棉株对K+的吸收而减少对Na+的吸收，且植株对K+、Na+的吸收有先升高后下降的趋势。盛花期T1、T2、T3处理棉株营养器官含钾量分别比T0提高20.1%、29.5%和24.8%，其中以T2处理最多。生殖器官提高11.0%、18.7%和15.3%，且T2、T3处理显著高于T0和T1处理。盛铃期和吐絮期器官中钾含量皆以T2和T3，处理较高，且T3处理高于T2处理，但差异不显著。与之相反，各生育期棉株器官中Na+含量以T0处理最多，T1、T2、T3处理Na+含量有依次下降的趋势，T2、T3处理与T1、T2处理差异显著。说明钾肥分次施用和控释钾肥的施用，能使土壤中钾的含量始终保持较高水平，促进植株对钾的吸收而抑制对钠的吸收，从而减轻Na+的离子毒害同时满足钾素营养的需要。

2.2 钾素营养对棉花生理特性的影响

2.2.1 钾素营养对棉花叶片MDA含量的影响 MDA含量反映细胞膜质受伤害程度，含量越高细胞受损害越严重，可以表示植物对逆境胁迫反映的强弱[13]。由图1可知，随着生育期的推进，棉花叶片中MDA含量总体呈上升趋势。各时期T2处理MDA含量始终处于较低水平，其次为T3处理，T0处理则最高。T2与T0相比，MDA含量始终低于T0处理，能降低5.1%～13.3%。说明棉花中后期保证充足的钾素营养供应能有效缓解细胞受损害程度。

2.2.2 钾素营养对棉花叶片SOD活性和POD活性的影响 SOD和POD在植物体内起消除自由基保护植物器官延缓叶片早衰的作用[13]，但POD含量过高能引起膜脂过氧化，加速衰老。由图2、图3可以看出，各处理棉花叶片中SOD活性总体呈先增高后下降趋势，POD活性随生育期的推进呈上升趋势。各处理SOD活性以T2处理最高，比T0处理能提高10.2%～23.5%；POD活性以T2处理为最低，比T0处理低4.2%～16.5%。其次为T3处理，SOD比T0高12.5%～19.6% 而POD活性则低8.3%～15.4%。说明棉花生育中钾肥追施和控释钾肥的施用能一定程度上提高SOD活性、降低POD活性，维持棉株内源保护酶系统。

2.2.3 钾素营养对棉花叶片脯氨酸含量的影响 脯氨酸作为植物细胞中重要的渗透调节物质，其积累程度反映植物缺水状况，也常用来反映因盐胁迫导致的生理缺水程度[14]。由图4可以看出，棉花叶片中游离脯氨酸含量总体呈上升趋势，T0处理脯氨酸含量显著高于各施钾处理。各时间段以T2处理脯氨酸含量最低，比T0处理降低17.5%～33.2%，其次为T3处理，且始终低于T1处理。

2.3 钾素营养对棉花生物量积累和产量的影响

2.3.1 钾素营养对棉花生物量积累的影响 由表2可以看出，盛铃期施钾处理各器官生物量显著高于T0处理。生物量以T2处理最高，且显著高于T0处理，特别是生殖器官积累量各时期分别比T0处理高24.0%、38.8%、25.3%。T3处理生物量也显著高于T0处理，营养器官比T0提高21.7%～262%，生殖器官提高15.2%～34.1%。说明钾肥分施及控释钾肥皆能显著提高棉花生物量积累。

2.3.2 钾素营养对棉花籽棉产量及衣分率的影响 由表3可知，T2处理籽棉产量最高，其次为T3处理，而T0处理最低。且T2与T3处理籽棉产量显著高于T1处理，分别高 31.7% 和22.0%。各处理衣分率差异不大，未达显著水平。

3 讨论与结论

董合忠等研究发现盐碱地盐分从春季棉田开始升高，到棉花吐絮期时基本恢复至淡水压盐前的水平，含盐量的增加会抑制棉株对钾的吸收，而且K+移动性强，特别是在棉花生长旺盛的时期降雨量大，K+易随水流失，很容易造成钾缺乏[6]。王涛等认为K+缺乏是盐胁迫下棉花衰老的重要原因[15]。研究结果发现，虽然棉株吸收的Na+量不断增加，但施钾能有效提高棉花器官中K+含量。盐胁迫下施钾可促进棉株对K+的吸收，生育中后期土壤溶液中K+量充足效果更好，追施钾肥及控释钾肥的缓慢释放能将土壤溶液中的K+量相对维持在较高水平，满足棉花需钾量而减轻Na+的损害。

棉花是较耐盐作物，具有较高活性的膜脂过氧化清除系统，保护膜结构和其功能的稳定性是棉花耐盐伤害的关键。研究表明，盐碱地棉花生育中后期虽然受盐胁迫程度逐渐加剧，但钾肥分施及控释钾肥的施用能有效降低叶片MDA含量，提高SOD活性而POD活性降低，而且脯氨酸含量也显著低于不施钾处理。施钾特别是钾肥分施能提高盐碱地棉花膜脂过氧化清除系统的功能，可能的原因是充足的K+能抑制棉花对Na+的吸收，一定程度上减轻离子毒害、保持养分均衡，缓解盐害。因此可以认为施钾肥是减轻盐害的重要措施，这与前人的研究结果[16]基本一致。滨海盐渍棉区多以中轻度盐碱地为主，此类棉田速效钾含量较低，建议在棉花花期后追施适量钾肥，这对于提高棉花耐盐性、促进棉花增产有重要意义。

吐絮期钾肥分施及控释钾肥处理棉花各器官生物量显著高于不施肥处理。生物量是棉花产量的重要保证，钾肥分施的增产效果最为明显，控释钾肥也能起到明显的增产作用。前人研究表明，棉花生育后期追钾肥能起到明显的增产作用[17-18]。钾肥分施及控释钾肥的施用同样能提高盐碱地棉花产量。原因可能是充足的钾量抑制了棉花对Na+的吸收，有效减轻盐胁迫，保证作物正常生长。因此保持棉花中后期充足的钾量供应是盐碱地植棉增产的重要保证。

总之，钾肥分施能有效促进棉花对K+的吸收，保护膜结构及其功能的稳定性，从而减轻盐害。控释钾肥作为一种新型肥料，能在棉花生育时期平稳地释放钾素，也具有钾肥分施效果。但钾肥分施费时费力，控释肥一次性施用省工省时，节约劳动成本，简化棉花生产管理。因此规模化植棉施用控释钾肥是较好的选择。

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