土壤调理剂对盐碱地葡萄K+、Na+转运的影响

史蛟华，陈宽，王晓丽，安梦洁，王开勇

(石河子大学农学院，新疆 石河子 832003)

葡萄属于中度耐盐植物,盐碱胁迫会降低自根系葡萄果树的生长发育,导致果实产量下降[1]。新疆光热资源丰富，葡萄栽培面积近13万hm2，是中国重要生产基地。新疆盐渍化土壤覆盖面积大、农业用水矿化度高、土壤次生盐渍化加重，导致作物品质下降严重，甚至一些中重度盐碱地短暂弃耕或改种其他经济作物[2]。葡萄种植面积减少，生态环境效益及社会效益降低。盐碱胁迫是一种持续性的非生物胁迫,是影响植物生长的一种重要因素。土壤调理剂通过改善土壤性质和植物水分和养分吸收情况，成为了最快速、最有效的改良方法。钾是植物必需的营养元素，土壤是作物所需钾素的主要来源[3]，土壤K+均匀分布在各粒径的团聚体中[4]。土壤Na+是制约土壤K+利用率的主要因子[5]。在盐碱胁迫下，作物因吸收过量Na+导致作物体内Na+含量过高，降低对K+的吸收[6]。研究[7]表明盐碱胁迫下，葡萄体内Na+含量显著增加，导致新梢、叶片生长显著降低。为降低胁迫影响，作物通过选择性吸收K+以保持K+/Na+值平衡,从而保证胁迫下植株正常生长和代谢所需[8]。也有研究表明，施加土壤调理剂可改善土壤理化性质、提高土壤养分含量[9]、缓解盐碱胁迫对葡萄的伤害[10]。通过提高土壤交换性K+含量，改变作物对K+、Na+的吸收，改善植株生长环境，降低盐碱土壤对葡萄果树的胁迫[11]。目前对植株-土壤系统中K+、Na+的选择性吸收和运输方面的研究较少。其中植株K+、Na+与土壤各粒径团聚体K+、Na+的关系尚不明确。本实验以盐碱地葡萄为研究对象，通过田间控制试验分析施用不同土壤调理剂对盐碱地K+、Na+转运的影响，为绿洲区盐碱化土壤改良与培肥和提高作物产量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地基本概况

试验于2019年在新疆石河子市总场二连进行(44°33′46.1″N，86°02′7.81″E)进行，该区域为温带干旱区大陆性气候，年平均降雨量为210 mm，年平均蒸发量1660 mm。土壤类型为灌耕灰漠土、质地为壤土，田间持水量为18.6%，土壤理化性质如表1。

表1 试验地土壤基础理化性质

1.2 试验材料

供试葡萄品种为红提,为欧亚引进品种，供试土壤调理剂(F)为自主研制，主要由改性高分子材料、腐殖酸、表面活性物质及微量元素复配。对比使用的两种土壤调理剂(P和K)为农户常用的市售产品，分别为高分子型土壤调理剂及腐殖酸型土壤调理剂。

1.3 试验设计

试验设4个处理(见表2)，每个处理重复3次，每个处理区域为相邻两行葡萄架，100株葡萄。在葡萄花期前(2019年5月底)将土壤调理剂水溶根灌一次性施入。在施加处理后0、30、60、90 d取根区土层土样用于测定根区土壤pH、盐度、土壤K+、Na+；取葡萄新梢、枝干及叶片植株样用于测定葡萄不同器官K+、Na+。在施加处理后90 d取根区土层土样用于测定土壤不同粒径团聚体K+、Na+。

表2 试验处理

1.4 测定项目与方法

1.4.1 钾、钠的测定

土壤K+、Na+：将自封袋中土壤自然风干磨碎并过0.053 mm筛，采用火焰光度法测定土壤K+、Na+。无机离子测定前进行样品预处理，同时作空白试验，所有仪器测定条件均严格按照加仪器相关要求进行设定。

各粒径团聚体K+、Na+将过8 mm的风干土壤置于孔径依次为5.00、2.00、1.00、0.25、0.053 mm的套筛顶部，用震荡式机械筛分仪器，在300次/min频率下震荡2 min。制备成>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、>0.25～0.5、≤0.25 mm的土壤团聚体,用x1—x6表示，将各粒径团聚体土壤磨碎并过0.053 mm筛，采用火焰光度法测定土壤K+、Na+。植株各器官K+、Na+：在施加处理后0、30、60、90 d时取CK、F、P、K处理统一的葡萄第5～7节新梢、枝干和叶片样品，3～4株为一个重复，每个处理取样重复3次。带回后洗净烘干。

葡萄不同器官的离子测定采用FP 640型号的火焰光度计测定叶片K+、Na+[12]。

1.4.2 钾钠吸收选择性系数和运输选择性系数

葡萄钾钠吸收选择性系数和运输选择性系数计算公式为：

SK,Na(吸收)={[K]n/[Na]n}/{[K]土/[Na]土}，

(1)

SK,Na(运输)={[K]n/[Na]n}/{[K]m/[Na]m}，

(2)

式(1)、(2)中：n和m分别表示葡萄不同器官。对于钾钠吸收选择性系数，S(枝干)、S(新梢)和S(叶片)分别以Sa、Sb、Sc表示。本文主要对葡萄的枝干/新梢、茎杆/叶片的选择性运输能力进行研究。其中S(枝干/新梢)和S(茎杆/叶片)分别以S1、S2表示。

1.4.3 土壤理化性质的测定

处理前在选定试验田内“S形”采样不同土层土壤(0～20、20～40 cm)测定基础养分。在在葡萄花期前(2019年5月底)将土壤调理剂水溶根灌一次性施入。土壤样品采集在施加处理后0、30、60、90 d在各个处理使用土钻各取3钻土样并用四分法取其中1份装入自封袋中待测。同时采集原状土样于塑料盒中，带回实验室过8 mm筛并风干。土壤pH，EC采用水、土体积比5∶1制备浸提液,土壤pH值使用通用型pH计测定，EC值采用电导率仪测定。

1.5 数据处理

文中数据都有3个重复的平均值和标准误表示，数据输入与整理采用Excel 2018，描述性统计与方差分析用SPSS 19.2软件进行，其中方差分析选择单因素方差分析(One-way ANOVA)，Ducan法进行多重比较(P<0.05),相关分析采用Pearson系数(双侧)，相关制图采用Excel 2018、SPSS 19.2。

2 结果与分析

2.1 土壤pH、EC值变化

由图1可以看出，施用不同土壤调理剂对盐碱葡萄地土壤pH的影响十分明显。随施加处理时期的以长，CK呈现先升高后降低的趋势，F、P和K处理土壤pH呈持续降低趋势。在施加处理90 d时，与CK相比，各处理土壤pH下降量分别为2.15%、2.89%、2.23%。

图1 不同土壤调理剂处理下土壤pH

由图2可知，土壤EC表现为随时间先上升后下降。与CK相比，土壤调理剂处理的土壤EC出现不同程度的上升。在0～60 d内，K处理的土壤EC高于其他处理。在90 d时，F、P、K处理土壤EC增加量分别为1.68%、2.07%、0.34%。

图2 不同土壤调理剂处理下土壤EC

2.2 土壤K+、Na+含量变化

由图3可知，CK处理土壤K+在90 d内无明显变化。通过施加土壤调理剂，能有效提高土壤K+含量，F和K处理后的土壤K+30 d内有明显上升，在30～60 d内趋于平缓，P处理的土壤K+在0～60 d内持续上升，各处理在60～90 d内有所下降，其中K处理土壤K+含量增加量最高为42.66%。

图3 不同土壤调理剂处理下土壤K+、Na+含量

由图4可以看出，CK处理土壤Na+含量在90 d内无明显变化，施加土壤调理剂后的土壤Na+含量变化大致相同，在60 d内呈下降趋势，在60～90 d内有所上升。其中K处理下的土壤Na+含量影响最大，土壤Na+含量减少了43.75%。

图4 不同土壤调理剂处理下土壤Na+含量

2.3 各粒径团聚体K+、Na+含量

由表3可知，施加土壤调理剂处理增强了不同粒径团聚体土壤K+含量，降低了Na+含量，且调整了土壤K+、Na+在不同粒径团聚体上的分配，表现为不同粒径团聚体土壤K+含量变化大致相同，降低了>0.25～5 mm粒径团集体中Na+含量。

表3 各处理不同粒径土壤团聚体K+、Na+含量 单位：mg/g

土壤K+主要分布在≤0.25、>0.25～0.5、>1～2 mm粒径团聚体中，土壤Na+含量随土壤团聚体粒级的降低而升高。与CK相比，F、P、K处理提高了各粒径团聚体土壤K+含量，并降低了中粒径团聚体Na+含量，其中P、K处理显著提高了>0.25～0.5、>1～2、>2～5 mm粒径团聚体土壤K+含量；F、P处理显著降低了>0.25～0.5、>0.5～1、>1～2 mm粒径团聚体土壤Na+含量。

2.4 葡萄各器官K+、Na+含量变化

通过施加土壤调理剂能改善土壤肥效，有效提高植株各器官K+含量，促进植株库器官对作物生长发育所需养分输出(图5)。同时降低植株各器官对Na+吸收积累，K+/Na+变大，减少Na+对植株器官细胞的损伤，缓解了胁迫伤害。不同土壤调理剂效果有所不同，其中K处理在0～30 d内效果最为明显，P在60～90 d内效果强于其他处理。

图5 葡萄各器官K+、Na+含量

对葡萄各器官来说，各器官K+含量随葡萄生长发育在枝干、新梢和叶片中无明显差异，各器官Na+随葡萄生长发育在枝干、新梢和叶片中总量逐渐上升，造成各器官K+/Na+随葡萄生育期的进行而增高。与CK处理相比，施加土壤调理剂处理，均提高了植株对K+的吸收,降低了Na+在葡萄各器官的积累。其中F处理对叶片器官效果最为明显，P和K处理均提高各器官离子含量。

2.5 葡萄K+、Na+转运系数变化

由表4可知，施加土壤调理剂能提高葡萄各器官对土壤K+的吸收，同时调整葡萄各器官之间对K+的分配运输。主要表现为增强新梢和叶片器官对K+的吸收运输，减弱茎部对新梢和叶片部位的Na+运输，促使Na+在枝干部的积累，增强新梢和叶片的K+/Na+。

表4 各处理不同时期大田葡萄K+、Na+转运系数

表4续

对于葡萄不同器官来说，与CK相比，在施加处理后的30 d,F、P、K处理均提高了新梢和叶片部的离子吸收选择性系数，枝干部的吸收选择性系数有降低，60～90 d，各处理离子的吸收选择性系数变化相近，出现先降低后增高的趋势。对于葡萄的离子运输选择性系数来说，F、P、K处理均增强了枝干部对新梢和叶片部的K+运输，在施用前期，主要促进枝干器官对叶片器官的离子运输，随着施用时间的延长，提高了枝干器官对新梢器官的离子运输，表现为新梢和叶片器官K+含量上升幅度显著大于Na+含量，枝干器官离子含量均有所上升。各处理对离子转运系数影响由强到弱表现为：F、K、P。

2.6 土壤调节剂对盐碱地土壤-葡萄各指标的相关分析

对不同处理11个指标的均值进行主成分分析。共5个主成分，其中PC1、PC2分别为46.197%、38.513%，累计百分率达84.710%，可以充分概括大多数指标。

通过进一步相关分析表明(表5)，胁迫下，第一主成分PC1与土壤Na+、枝干Na+、叶片Na+、pH和团聚体K+、Na+呈负相关关系，与其他指标呈正相关关系。第二主成分PC2与土壤Na+、枝干Na+、新梢Na+、叶片Na+、pH、EC呈负相关关系，与其他指标呈正相关关系。对于K+、Na+转运系数来说，K+、Na+吸收选择性系数与土壤K+，新梢K+、叶片K+、EC和团聚体K+、Na+均呈正相关关系，与pH均呈负相关关系，葡萄各器官K+、Na+吸收选择性系数相关性强弱表现为Sa>Sc>Sb。K+、Na+运输选择性系数与土壤K+、土壤Na+、枝干K+、新稍K+、叶片K+、新稍Na+、EC均呈正相关关系，与土壤pH均呈负相关关系，葡萄K+、Na+运输选择性系数相关性强弱表现为S1>S2。其中S1与x2K+、x3K+、x5K+和x1Na+呈显著性负相关关系。S2与土壤K+、叶片K+、EC呈显著性正相关关系。

表5 大田各指标相关性分析

表5续

3 讨论

土壤调理剂不仅能影响各粒径团聚体中的K+、Na+含量，而且会影响K+、Na+从土壤向植株中转运。本研究发现通过对盐碱葡萄地施加土壤调理剂能降低土壤pH值，但土壤EC值增大，可能是由于土壤调理剂的施加促进了土壤交换性离子的活性。这与陈士更等[13-14]研究结果相同，土壤交换性离子含量提高的主要原因是土壤调理剂的施加将土壤无效K+转换为可溶性K+，提高了土壤交换性阳基离子的含量。有研究发现，结构稳定、孔隙度大、容重低的土壤交换性K+含量要高于结构差的土壤[15]，土壤K+均匀分布在各粒径的团聚体中[4]，施加调理剂处理能提高大团聚体K+含量，降低各粒径团聚体Na+含量[16]。本研究土壤调理剂处理提高了各粒径团聚体交换性K+含量，降低了中粒径团聚体交换性Na+含量。其中F、K处理可能是由于通过改善土壤结构，增强了土壤交换性K+含量，从而提高各粒径团聚体交换性K+含量。王广印等[17]发现通过土壤调理剂改良处理，能有效降低番茄叶片Na+含量，可能是由于改变了植株对离子的选择性吸收，降低了对Na+的吸收，从而有效缓解因盐迫产生的渗透胁迫和离子胁迫(离子毒害、离子失衡)。宋阳[18]针对作物不同器官K+、Na+的研究发现，盐分胁迫导致植株K+/Na+逐渐降低,诱发植物体进行渗透调节,植株常会对K+进行选择性吸收,K+/Na+越小,植物吸收K+所受到的抑制就越强,由盐胁迫而造成的危害就越严重,当K+/Na+处于较高水平时,植物会阻止Na+过多地向其他器官转运。这与本研究结果相近，土壤调理剂提高了各粒径团聚体交换性K+含量，进而促进葡萄对K+的吸收，降低胁迫造成的植物体内离子失衡影响，同时由于减少了土壤胶体对交换性Na+的吸附，土壤Na+含量降低，提高了葡萄对K+/Na+离子的吸收选择性系数。由各指标的相关分析可以看出，葡萄对土壤K+、Na+的吸收积累主要通过枝干器官，再由枝干器官对新梢、叶片器官的运输，完成由土壤到植株的离子运移，降低了盐碱胁迫对葡萄树体的影响。其中枝干向新梢器官吸收的K+主要由土壤>0.25～0.5、>1～2、>2～5 mm粒径团聚体提供，受>5 mm粒径团聚体Na+含量影响，且枝干对新梢器官离子运输的优先级大于枝干对叶片器官。对于土壤调理剂来说，F、P、K处理均提高了土壤K+及葡萄各器官K+含量。因此，土壤调理剂通过改变土壤团聚体中K+、Na+活性，调控了植株中K+、Na+转运。

4 结论

施加土壤调理剂能降低土壤pH，提高土壤交换性K+含量，降低土壤Na+含量，促进葡萄各器官对K+的吸收，缓解离子胁迫。葡萄各器官对离子的运输主要由枝干向上转运，对新梢运输的优先级大于叶片器官，影响K+、Na+转运的主要是土壤>0.25～0.5、>1～2、>2～5 mm粒径团聚体K+含量和>5 mm粒径团聚体Na+含量。各土壤调理剂处理中K处理最优。