植物中钾营养性状研究进展

李新杰 陈悦

摘    要：植物耐钾胁营养性状和植物生理生化基因有一定的联系，为了更好地从形态学和植物基因之间的差异性研究植物钾营养性状，文章详细介绍了我国土壤中的钾素分布情况，以此分析植物中钾营养性状程度，便于更好地评价植物中钾营养性状研究进展和成果，以此为解决我国钾肥生产和供需问题提供参考意见。

关键词：植物;钾营养性状;研究进展

文章编号：1005-2690（2021）23-0032-02       中国图书分类号：Q943       文献标志码：B

在土壤中，植物受养分胁迫的占比较大，不受养分胁迫、轻微胁迫的占比较少，且有将近1/2的土壤存在缺钾问题。我国土壤缺钾问题也较为严重，尤其是在热带和亚热带地区，这种区域性的土壤缺钾现象，导致植物出现严重的营养不足问题，该问题长时间得不到解决，对农业产量和经济效益产生了较大的影响。对此，一些植物研究专家从植物营养基因型的角度出发，分析植物自身的营养性状特点，并从生物学角度对植物营养性状进行改良，以此引导植物营养学研究方向。

1   植物营养性状概述

遗传学中，将自然生物个体呈现出来的外在形态和生理化特点叫作性状，植物营养性状具体指植物在生长介质下产生一些和养分有关系的问题所表现出的特点，具体来说是当植物生长基质中营养元素浓度较低产生形态变化、生理变化、产量变化的问题。比如，植物因为缺氮、缺铁出现黄化，植物缺钾，植物叶尖、叶缘呈现出枯萎状态，植物在遭受外界胁迫时生物产量不同等。另外，进行植物营养性状研究主要为了在土壤营养充足的条件下，培养出高产、优质的植物品种，此类品种一般被定义为高效营养基因型，此研究重点是养分效率。

2   我国土壤钾素分布情况和钾肥生产情况

2.1   我国土壤钾素分布状况

我国土地资源丰富，不同地区土壤钾含量各有不同，南方热带和亚热带地区因为温度高、湿度大，导致土壤中矿物质长期受到风化作用、淋溶严重，土壤中钾含量严重不足，影响植物的营养性状。我国北方地区湿度和温度不足，风化和淋溶性差，土壤钾元素丰富，总体来说我国土壤钾含量各有不同，变化显著，直接影响经济作物、粮食作物等农作物的总产量。据相关统计，我国土壤钾含量不足的地区耕地面积占据总耕地面积的1/2，土壤速效钾含量较大，北方地区占据比例最大约为38%，华中和华北地区占据较少约为15%，土壤速效钾含量在50%左右，东北和西北地区土壤钾含量占据最低约为4%。我国南方地区多个省有80%左右的耕地钾含量不足。近几年来，我国北方地区农作物因为钾元素的缺乏，导致产量低、投入和产出不成正比，且因为钾肥供应不足，直接影响有机肥的使用效率，促使農作物对钾素的需要和移除存在差异。我国北方地区农作物面积大，随着土壤中的钾元素不断减少，缺钾的土壤面积逐渐扩大，其已经成为农业发展的一大影响因素，且我国钾矿产资源总量不足，钾肥生产速度无法满足现实需求[1]。

2.2   我国钾肥生产情况

我国钾盐资源短缺，可利用的固体钾盐资源较少，一些液体盐湖钾盐资源利用率低于5%，对此我国需要通过钾肥进口来满足国内的钾肥消费需求。且我国钾肥除了具有稀少的特点之外，还存在分布不均匀的问题，钾盐资源主要分布在北方地区，占据我国总钾肥资源的95%以上，南方地区分布较少约为2%。随着我国研究人员的不断努力，在我国青海柴达木盆地和新疆罗布泊发现储藏量最大的钾盐资源。因为资源总量的短缺和分布的不均匀，导致我国成为世界第二大钾肥进口国，限制了我国钾肥的生产，且世界钾肥销售需求主要来自于亚洲和拉丁美洲，需求变化大。

3   植物中钾营养性状研究进展

3.1   植物中营养性状基因型差异

植物中营养性状基因型差异可以通过养分效率来区分，但是当前还没有具体定义养分效率。有些学者将植物性状放在一定量养分供应下研究，将养分高的叫作养分效率，也有些学者从基因型的土壤受到养分胁迫时也可以获得高产量的叫作养分效率。还有些学者将养分效率定义为养分不足时可以实现高产的基因潜力，通过以上定义可以得出高效和低效、耐性和不耐性品种、敏感和不敏感等多种类型的植物，以此推断出植物对应营养型差异。一般情况下，养分效率主要包含养分吸收率和使用效率，养分吸收效率是指当植物在生长过程中通过根系吸取固定范围内的土壤养分的植物产量，该效率可以反映出植物对生长环境的适应能力。具体来说，可以从两个方面理解：第一，当植物生长介质中的可利用养分浓度不足时，植物自身可以正常生长的能力;第二，当生长介质中的可利用养分浓度提升时，植物对养分表现出一定的反应力。使用效率指植物吸收的养分可以转化为植物产品，重点指植物对吸收养分后的转化能力，国外学者Craham通过相对产量来定义植物对养分的使用效率，根据其定义发现，养分使用效率和植物类型及土壤都有着直接的关系。Cooke认为养分使用效率是指单位养分量的使用促使作物经济产量的增加量，由此可知第一次增加肥料的使用可以提高植物养分使用率，施肥后使用率会下降[2]。

3.2   其他肥料素对植物营养性状基因型差异的影响

我国学者明凤研究了水稻对磷素反应的基因差异，根据每株水稻吸收磷量来定义吸收效率，将使用效率定义为植株单位吸磷量形成的干物质量，并根据干物总质量来分析植株的养分耐受胁迫能力。学者邹春琴将养分效率定义为农学养分效率和养分响应度，她认为养分效率是指在养分供应量不变的情况下，植物产量的高低可以直接定义为养分供应量，养分响应度是指当养分浓度变化时植物产量变化的潜力。胡鸿学者对水稻钾营养性进行了定位试验，根据国外学者提出的模型计算方法计算不同土壤在不同季节下水稻吸收钾肥的特点和效率，得出了具体的计算公式。王为木将植物吸收的单位钾肥量对应的植物产量，和植物吸收的钾肥累积量，即缺钾和钾肥充足条件下植物吸收的钾肥累积量的比例作为评估水稻耐缺钾受胁迫能力的标准。研究发现，如果钾肥供应量相同，则比例大，水稻耐缺钾性强，具体来说，水稻在缺钾条件下，对土壤钾营养素的吸收能力强。项虹艳通过低钾水稻筛选试验来研究钾使用效率，其采用钾肥利用效率和钾肥经济效率比例作为评价水稻钾肥效率的主要指标。姜存仓研究了基因型不同的棉花苗钾效率差异特点和机制，提出钾效率可以通过植物体内钾含量形成的干物质克数表示，对钾效率重新进行了定义。韩燕通过研究小麦品种钾素营养性状差异特点，用不同钾肥条件下的小麦籽粒产量来定义钾效率，并重新定义了施钾小麦籽响应度概念。杨铁钊通过不同基因性烤烟钾素吸收效率的特点试验研究生长介质，以此将钾利用率描述为根系上部干物质量和钾积累量的比例[3]。

3.3   植物耐钾胁迫营养性状基因型差异

植物营养性状的基因型差异是植物在生长的过程中形成的，植物品种不同、栽培方法不同，导致营养性状各不相同，也可以看出植物营养性状由基因控制，对此植物营养性状的改善效果可以从产量上看出。对于植物营养性状的研究还需要具体从影响植物营养的形态、生理生化指标来研究，最终通过先进的培育技术、生物学技术改良营养。具体可以从以下两个方面进行研究：第一，植物耐钾胁迫营养性状的形态学差异。植物根系的生长和耐缺钾能力有着直接的关系，相关研究发现，缺钾严重的棉花，根系发育缓慢，不同的品种吸收钾能力和根系发达程度直接相关。国外学者Mengel发现，当土壤含钾较低时，不同品种吸收钾的能力不同，且一些品种可以通过土壤进行非交换性钾，发生非交换性钾后，植物的根量、根长、根系阳离子交换量也随之增加，根系面积逐渐扩大，根系差异性大。其他品种想要正常生长，就需要增加土壤溶液钾浓度。刘亨官指出，水稻耐钾能力不同，根系生长差异显著，在相同的营养液下，耐性强的吸收营养液钾速率快，对此根系多、面积大。第二，植物耐钾胁迫营养性状的生理生化差异。不同植物对钾素的吸收、累积、转化、利用各有不一，Wlid通过动态培养和沙培法对不用种类植物吸钾速率的不同進行了研究，发现植物在最大生长速率下需要的最低钾浓度差异为一倍，速率变化范围也较大、根系吸钾能力变化也不同。当营养液量相同时，向日葵、黄瓜、松树的最大吸钾速率低于大麦和小麦，根系含钾量、最大吸钾速率和植物生长速度之间没有实质性联系。研究发现，在低钾和高钾条件下，大麦品种吸钾速率的动力学参数变化范围不同，对于吸钾效率高的品种，变化值较小，根系钾含量外溢较小，吸收后的钾含量转化能力强。由此可见，品种不同的大麦吸钾速率和根系含钾量有着一定的关系。对于钾效率不同的基因型植物的动力参数也各不相同，对此可以通过研究不同品种吸钾的动力学参数变化值来分析钾营养效率不同的植物种类钾外流速率，最终直接分析品种细胞膜和细胞质、液泡中的钾离子转化效率[4]。

4   结束语

提高植物的适应性可以解决我国钾肥资源不足、土壤钾含量不足导致植物营养性差的问题，我国植物资源丰富，植物种类繁多，钾利用率各不相同。对此可以开展植物基因性筛选试验，建立高钾植物基因库，在利用先进生物技术的基础上，培育出钾高效、高品质的植物，以此有效解决我国土壤钾素不足的问题。

参考文献：

[1]陈佳广.植物中钾营养性状研究进展[J].农业科技与装备，2017（3）：19-20.

[2]滕应，钱晓刚，陈泽辉，等.植物钾营养性状遗传研究进展[J].种子，2017（4）：31-34.

[3]薛欣欣，吴小平，王文斌，等.植物-土壤系统中钾镁营养及其交互作用研究进展[J].土壤，2019（1）：3-12.

[4]陆潭，陈华涛，沈振国，等.植物钾通道与钾转运体研究进展[J].华北农学报，2019，34（S1）：372-379.