不同花生品种(系)钾素吸收及利用特性

郑亚萍王世福刘 佳王丽丽沈 浦吴正锋郑永美孙学武于天一*孙秀山*

钾是植物生长必需营养元素之一,在蛋白质合成、酶的激活、物质运输、渗透调节及抗逆等方面起重要作用[1-2]。花生是喜钾作物,每生产100 kg花生荚果,需要吸收K2O 2～3 kg[3]。合理施钾有利于调节花生体内养分运输与分配,促进根瘤形成,提高根瘤固氮能力[4-5],调节碳氮代谢[6],进而提高花生产量、品质及抗性[7-11]。

我国有1/3的耕地缺钾或严重缺钾[12],但受资源所限,农业生产所需钾肥主要依靠进口,极大地限制了钾肥的供给,土壤缓效钾及难溶性钾的存在使土壤成为钾素潜在资源库,这部分钾如果都能被植物逐步利用,可在一定程度上缓解我国钾矿资源不足的现状[13-14]。因此,减少钾肥用量,提高作物钾效率对于我国农业生产的可持续发展意义重大。研究发现,同一作物不同品种间钾素吸收、利用效率存在差异。 已有研究表明,不同大豆品种耐低钾性有较大差异,在缺钾条件下,钾高效基因型棉花的钾效率及产量分别是低效基因型的1.42和2.57倍[15-16]。因此,利用作物自身耐低钾营养遗传特性,筛选钾素高效吸收和利用的品种,是提高钾肥利用率、节约有限钾矿资源的又一重要途径。目前对不同品种(系)花生植株钾素吸收、利用差异的报道较少[17]。因此,研究不同品种(系)花生钾素吸收累积特性、钾效率及产量差异,并探讨钾素吸收累积特性、钾效率与产量的相互关系,以筛选出钾高效吸收及利用品种,为钾高效花生的培育及改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2014年在山东省花生研究所莱西试验站进行,土壤质地为沙壤土,pH值5.6,有机质含量11.6 g/kg,速效钾含量56.2 mg/kg。供试花生品种15个,包括山东、广东、河南、河北等省份近年来审定或育成的品种(系)(表1)。

表1 供试花生品种(系)Table 1 Peanut varieties (lines) in this experiment

试验采用春季起垄覆膜播种,垄距85cm,垄高10cm ,垄面宽50cm,垄上行距30cm,穴距20cm,每穴播两粒,小区面积13.6m2,重复3次。起垄前均匀撒施肥料,N、P2O5及K2O施用量分别为90、60及105 kg/hm2,肥料种类为三元复合肥(N:P2O5: K2O=15: 15: 15)、尿素(N≥46.0%)和氯化钾(K2O≥60.0%)。施肥后旋耕15cm,其他 管理措施同当地常规水平。

1.2 取样及测定方法

在花生收获期,每小区选取长势一致、有代表性的6穴花生植株。将花生植株洗净后分成营养体(根、茎和叶)和生殖体(果针和荚果)两部分,置于烘箱内105℃杀青1 h,然后80℃烘干,称质量后粉碎备用。结荚末期至收获期收集不同花生品种落叶,将落叶烘干后与收获期营养体合在一起称质量,计算各器官干物质累积量。样品用硫酸-双氧水消化后,采用火焰光度法测定钾浓度。钾素吸收、利用相关指标的计算方法如下:

整株钾浓度=(生殖体钾浓度×生殖体干质量+营养体钾浓度×营养体干质量)/(生殖体干质量+营养体干质量)

植株某器官钾累积量/(kg·hm-2)=该器官全钾浓度×该器官干物质质量

钾素利用效率/(kg·kg-1)=荚果产量/整株钾积累量

钾素干物质生产效率/(kg·kg-1)=生物产量/整株钾积累量

钾素分配系数/%=生殖体钾积累量/营养体钾积累量×100

1.3 统计分析

用Excel 2007整理数据及作图,用SPSS 13.0进行方差分析(LSD)及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同花生品种(系)钾素吸收

不同花生品种(系)营养体、生殖体及整株钾浓度分别为12.42～20.01、7.32～10.17及9.24～13.89 g/kg,最大值分别为最小值的1.61、1.39和1.50倍,且营养体钾浓度(15.09%)的变异系数高于生殖体(9.22%)和整株(10.69%)。其中花育32、汕油523和日花1号3个品种不同器官及整株钾浓度均处于较高水平,而609和仲恺4号2个品种(系)则较低。

表2 不同花生品种(系)植株钾浓度和钾积累量Table 2 K content and accumulation of different varieties (lines)

不同花生品种(系)营养体、生殖体及整株钾积累量分别为26.75～72.14、26.49～61.16及62.15～133.31 kg/hm2,最大值分别为最小值的2.70、2.31和2.14倍,且营养体钾积累量的变异系数最大,为32.30%,生殖体和整株的变异系数分别为23.76%和21.43%,表明花生营养体钾积累量的变异幅度高于生殖体和整株钾积累量。其中602、花育33和花育2602 三个品种(系)不同器官及整株钾积累量均处于较高水平,而白沙1016、山花8号及仲恺4号三个品种钾积累量则较低(表2)。

表3 不同花生品种(系)钾分配系数、钾利用效率及钾素干物质生产效率Table 3 K partition coefficient, use efficiency and dry matter production efficiency of different varieties (lines)

2.2 不同花生品种(系)钾素分配与利用

不同花生品种(系)钾分配系数为40.32%～63.62%,品种间最高相差23.30个百分点,不同花生品种(系)钾利用率及钾干物质生产效率分别为36.28～76.47 kg/kg和72.60～108.97 kg/kg,最大值为最小值的2.11和1.50倍。其中609的钾利用率最高,其钾分配系数和钾素干物质生产效率也较高,而602的钾利用效率最低,其钾分配系数和钾素干物质生产效率也处于较低水平(表3)。

表4 荚果产量、钾素利用效率与钾素吸收利用间的相互关系Table 4 Correlation coefficient among K use efficiency, pod yield, K uptake and use indexes

2.3 花生产量、钾素吸收利用及相互关系

表4示出,花生荚果产量与生殖体钾积累量呈极显著正相关。钾利用效率与钾分配系数、钾干物质生产效率呈极显著正相关,与生殖体钾浓度、整株钾浓度、营养体钾积累量和整株钾积累量显著或极显著负相关。整株钾浓度与钾分配系数呈显著负相关。

图1 不同品种(系)的产量及钾利用效率类型Fig.1 Yield and K use efficiency of different peanut varieties

2.4 不同品种花生产量及钾利用效率分类

将产量高于供试花生品种平均值的表示为高产型品种,反之为低产型品种。钾利用效率高于平均值的表示为钾高效型品种,反之为钾低效型品种。根据浓度和钾利用效率将供试花生品种(系)分为4种不同类型:① 高产钾高效型品种包括609、冀花5号、冀花6号,鲁花11;② 高产钾低效型包括花育2602、花育33和日花1号;③ 低产钾高效型包括山花8号、豫花14和仲恺4号;④ 低产钾低效型包括:602、白沙1016、花育32、汕油523、远杂9307。

3 讨 论

钾素利用效率是指作物吸收单位钾素所生产的产量,挖掘作物自身对钾素利用潜力是钾肥高效施用的重要措施之一,同一作物不同品种(系)间钾素吸收能力及利用率存在较大差异。31个甘薯品种块根钾素利用率58.92～384.9 kg/kg,最大值为最小值的6.53倍[18]。钾高效型棉花品种(系)的钾利用率是钾低效品种的1.49倍[19]。钾高效型大豆品种的钾利用率是低效型品种的1.14倍[20]。本研究表明,不同花生品种(系)钾利用效率为36.28～76.47 kg/kg,最大值为最小值的2.11倍。这与作物种类、品种数量及土壤供钾水平等因素有关。

作物钾利用效率、产量与钾吸收、分配的关系一直是植物营养学界研究的热点。研究表明,甘薯钾素利用效率与整株钾浓度及钾积累量呈显著或极显著负相关[18]。本研究得到了类似的结论,即钾利用效率与钾分配系数、钾干物质生产效率呈极显著正相关,与生殖体钾浓度、整株钾浓度、营养体钾积累量和整株钾积累量显著或极显著负相关。说明提高生殖体钾积累量有利于提高单位钾的生产效率,而植株中钾浓度和积累过高不利于钾素利用效率增加。花生荚果产量与生殖体钾积累量呈极显著正相关,表明荚果产量高的品种需要吸收更多的钾素至荚果中,这与侯云鹏等[21]在水稻上得到的结论一致。整株钾浓度与钾分配系数呈显著负相关,表明植株中钾浓度过高不利于钾素向生殖体中分配。

兼顾产量及养分利用效率是当前作物育种的重要目标之一,本研究筛选出的高产钾高效品种(如:609)生产单位产量所需要的钾素较少,产量水平较高,植株钾浓度相对较低,钾累积量适中或偏低,植株中钾素在生殖体中分配比例较高,能够充分发挥品种(系)自身钾素利用潜力,实现高产与节钾同步。而在富钾的中、高产土壤上,可种植产量水平较高,钾累积量高,钾利用效率一般的品种(如:花育2602、日花1号)。而产量水平尚可、钾利用率较高且植株钾累积量低的品种(如:山花8号、仲恺4号)适于种植在产量水平一般或偏低的钾匮乏的土壤上。