施K对苜蓿N，P，K吸收利用及其抗蓟马的影响

刘艳君， 胡桂馨， 温雅洁， 周生英

(甘肃农业大学草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心, 甘肃 兰州 730070)

以牛角花齿蓟马(Odontothripsloti)为优势种的蓟马类害虫已成为制约我国北方苜蓿产业发展的主要害虫之一[1]。蓟马主要以锉吸式口器采食苜蓿的幼嫩组织，对叶片和花器造成严重为害，随着叶片的生长，被害的心叶和嫩叶两侧开始卷曲、变黄、凋萎，被害植株矮小、生长不良，严重影响苜蓿的产量和质量[2]。目前，生产上主要使用化学药剂防治蓟马，但效果欠佳，而且极易造成农药残留[3]。因此，作为害虫综合治理的重要组成部分，选用抗虫品种与合理施肥是最为经济、有效和安全的措施。

合理施肥不仅供给植物必需的N，P，K等矿质营养元素，改善植物的营养条件，同时也提高植物的抗(耐)虫能力[4]。戴小华等[5]田间调查发现，N，P，K合理混施，可以减轻美洲斑潜蝇(Liriomyzasativae)对豇豆(Vignasinensis)的危害。K是对植物健康影响最大的元素，其参与植物生长发育中几乎所有的生理生化过程[6]，与植物抗逆性密切相关，因此被称为抗逆元素[7]。大量研究证实，K在缓解作物虫害方面有重要作用[8-10]。金鹏等[11]发现高浓度K对烟粉虱(Bemisiatabaci)的生长发育有抑制作用，Leite等[12]发现K含量低的菜豆(Phaseolusvulgaris)更容易受到假眼小绿叶蝉(Empoascavitis)的侵害，李亚姝等[13]研究表明，施K苜蓿对牛角花齿蓟马的产卵及生长发育有抑制作用。张晓燕等研究表明K可以通过补偿苜蓿生长能力及光合产物分配能力，进而提高苜蓿对蓟马的耐害性[14-15]。景康康等[16]研究了受蓟马为害后苜蓿植株各器官N，P，K含量的变化，但施K对苜蓿植株各器官中N，P，K的分配以及苜蓿抗虫性的影响尚不清楚。为此，本研究以抗蓟马苜蓿品种‘甘农9号’紫花苜蓿为试验材料，评价不同施K水平下苜蓿的受害程度，测定叶、茎和根中的N，P，K含量，探索施K后苜蓿对N，P，K的吸收利用与苜蓿抗(耐)蓟马能力的关系，以期为苜蓿合理施肥和蓟马田间可持续管理提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

苜蓿材料：‘甘农9号’紫花苜蓿(Medicagosativa‘Gannong No.9’)；

供试虫源：牛角花齿蓟马(Odontothripsloti)。

1.2 试验设计

本试验在甘肃农业大学牧草实训基地进行。试验前网室内外杀菌杀虫，试验过程中保证网室内无其他病虫害发生。采用盆栽试验方法，土壤为黄河河滩土，装盆前测定土壤速效养分含量。试验设置40,60,80,100 mg·kg-14个施K量(K2O)处理(按耕层折算分别相当于施K2O 90,135,180,225 kg·hm-2)[17]，记为K1，K2，K3和K4处理，以不施K处理K0作为对照。每个处理同时施入同一水平的N，P肥，N为50 mg·kg-1，P2O5为50 mg·kg-1。试验采用高×直径为25 cm×30 cm塑料花盆，装土后半埋于网室土壤中，称重按量浇水，保证盆中的水分和肥料不外渗。待土壤湿度适宜后播种‘甘农9号’紫花苜蓿，每处理8个花盆重复。于苜蓿3叶期间苗，每盆保留长势一致的苜蓿25株。苜蓿6叶期，按3头·株-1接入牛角花齿蓟马成虫，任其持续为害。分别于接虫后14 d时和21 d时，评价苜蓿的受害程度，同时每处理随机取3盆苜蓿测量叶、茎和根生物量及N，P，K含量。

1.3 测定指标及方法

1.3.1受害程度的调查 除去苜蓿上的蓟马，根据苜蓿受蓟马为害的叶片分级标准[18]，调查统计每株苜蓿所有叶片的受害级别，并按下式计算受害指数：

1.3.2苜蓿叶、茎和根干重 齐土剪断苜蓿的地上部分，分离茎、叶，筛出土中所有根系，用水漂洗干净并吸干根部表面水分，将苜蓿的叶、茎和根置于105℃烘箱中杀青15 min，于65℃烘箱中烘至恒重，称量苜蓿叶、茎和根的干重。

1.3.3苜蓿叶、茎和根中N，P，K含量 称量苜蓿叶、茎和根的干重后，粉碎分别测定其N，P，K含量。N含量的测定采用凯式定氮法；P含量的测定采用硫酸高氯酸消煮-钼锑抗比色法；K含量的测定采用火焰光度法[19]。N，P，K含量用mg·g-1表示；N，P，K吸收量用mg·株-1表示。

苜蓿叶(茎、根)中N(P，K)吸收量(mg·株-1)=叶(茎、根)生物量(g·株-1)×叶(茎、根)中N(P，K)含量(mg·g-1)。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010软件进行数据统计和图表绘制，SPSS 19.0软件进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同K水平下苜蓿受害指数的变化

表1可知，施K处理后，‘甘农9号’苜蓿的受害指数显著降低(P<0.05)；受害指数随施K水平的增加呈先降低后升高的趋势，在K2水平下最低。受害14 d时，苜蓿受害指数的最大降幅为18.78%，受害21 d时，最大降幅为10.34%。在两个受害时期，苜蓿受害指数的大小顺序均为K0>K1>K4>K3>K2。

表1 牛角花齿蓟马为害14 d和21 d时不同K水平下苜蓿的受害指数Table 1 Damage index of alfalfa infested by Odontothrips loti for 14 days and 21 days under different potassium levels

2.2 不同K水平下苜蓿叶、茎和根生物量的变化

图1可知，施K后，‘甘农9号’苜蓿的叶、茎和根的生物量均增加。蓟马为害14 d时(图1A)，苜蓿叶、茎和根的生物量分别在K2，K3，K4水平达到最大，分别较K0水平显著增加了11.00%，21.69%和30.53%(P<0.05)。蓟马为害21 d时(图1B)，苜蓿叶和根的生物量均在K2水平最大，茎秆的生物量在K3水平最大，叶、茎和根的最大生物量分别较K0水平显著增加了22.68%，13.56%和53.93%(P<0.05)。

图1 蓟马为害14 d(A)和 21 d(B)时不同K水平下苜蓿叶、茎和根生物量Fig.1 Biomass of alfalfa leaves,stems and roots infested by Odontothrips loti for 14 days(A) and 21 days(B) under different potassium levels注:不同小写字母表示同一器官不同处理间差异显著(P<0.05),下同Note:Different lowercase letters indicate significant difference between different treatments of the same organ (P< 0.05),the same as below

2.3 不同K水平下苜蓿叶、茎和根中N，P，K含量的变化

2.3.1苜蓿叶、茎和根中的N含量变化 图2A可知，蓟马为害14 d时，随着施K量的增加，‘甘农9号’苜蓿叶中的N含量先升高后降低，在K2水平最大，较K0增加了3.68%；茎中的N含量在K4水平达到最大，较K0增加了5.63%；根中的N含量均高于K0，在K2水平达到最大，较K0增加了10.30%。蓟马为害21 d时(图2B)，‘甘农9号’苜蓿叶和根中的N含量均显著低于对照(P<0.05)；茎中的N含量在K3水平较K0增加了3.04%，其余处理N含量均显著低于K0水平(P<0.05)。

2.3.2苜蓿叶、茎和根中的P含量变化 图3A所示，蓟马为害14 d时，各施K水平下，‘甘农9号’苜蓿叶中的P含量均高于K0，在K4水平达到最大，较K0水平增加了11.89%；茎中的P含量在K2水平达到最高，较K0增加了9.26%；K3水平下根中的P含量与K0水平差异不显著，其余处理均显著高于K0水平，K4水平下根中的P含量最高，较K0水平增加了23.73%。蓟马为害21 d时(图3B)，‘甘农9号’苜蓿叶中的P含量在K3水平最高，较K0升高7.16%；茎和根中的P含量均在K4水平达到最高，分别较K0升高18.42%和6.50%，其他K水平下茎和根中的P含量均低于K0水平。

图2 不同施K水平下蓟马为害14 d(A)和 21 d(B)时苜蓿叶、茎和根中N含量Fig.2 Changes of N content in leaves,stems and roots of alfalfa infested by Odontothrips loti for 14 days(A) and 21 days(B) under different potassium levels

图3 不同施K水平下蓟马为害14 d(A)和 21 d(B)时苜蓿叶、茎和根中的P含量变化Fig.3 Changes of P content in leaves,stems and roots of alfalfa infested by Odontothrips loti for 14 days(A) and 21 days(B) under different potassium levels

2.3.3苜蓿叶、茎和根中的K含量变化 不同施K水平下，‘甘农9号’苜蓿叶、茎和根中的K含量不同(图4)。蓟马为害14 d时(图4A)，施钾后，苜蓿叶、茎和根中的K含量均显著升高(P<0.05)；叶、茎中的K含量均在K4水平最高，分别较K0增加了13.26%和18.47%；根中的K含量在K3水平最高，较K0增加了20.28%。蓟马为害21 d时(图4B)，施K处理苜蓿叶中的K含量呈上升趋势，在K4水平达到最大，较K0增加了5.79%；根中的K含量在K3水平较K0增加了4.90%，其他处理下根中的K含量均低于K0水平；茎中的K含量在K3水平较K0增加了8.00%，K4水平与K0差异不显著，K1及K2水平下茎中的K含量均显著低于K0水平(P<0.05)。

图4 不同施K水平下蓟马为害14 d(A)和 21 d(B)时苜蓿叶、茎和根中的K含量变化Fig.4 Changes of K content in leaves,stems and roots of alfalfa infested by Odontothrips loti for 14 days(A) and 21 days(B) under different potassium levels

2.4 不同K水平下苜蓿叶、茎和根中N，P，K吸收量的变化

2.4.1不同施K水平下受害苜蓿叶、茎和根中N吸收量的变化 不同施K水平下，‘甘农9号’苜蓿叶、茎和根中的N吸收量及在各器官的分配比如表2所示。蓟马为害14 d时，施K处理‘甘农9号’苜蓿茎和根中的N吸收量均显著高于对照(P<0.05)。茎中的N吸收量以K4处理为最高，较K0显著增加了25.8%；叶和根中的N吸收量均在K2水平下达到最高，较K0分别增加了15.2%和44.1%。蓟马为害21 d时，‘甘农9号’苜蓿叶、茎和根中的N吸收量均随着施K量的增加先升高后降低，叶和根中的N吸收量均在K2水平下达到最高，茎中的N吸收量在K3水平下达到最高；除茎秆中的N吸收量在K1水平低于对照外，其他施K处理苜蓿叶、茎和根中的N吸收量均高于对照。

施K后，N吸收量分配到根中的比例显著上升(P<0.05)。蓟马为害14 d时，N吸收量分配到叶中的比例显著下降(P<0.05)，茎中比例上升(除K2水平)。蓟马为害21 d时，N吸收量分配到叶和茎中的比例均呈下降趋势。随着为害时间持续，N吸收量分配到叶中的比例下降，分配到根中的比例呈上升趋势，表明N更多向根系中分配。

表2 不同施K水平下受害苜蓿叶、茎和根中N吸收及分配变化Table 2 The N absorption and distribution in leaves,stems and roots of alfalfa infested by Odontothrips loti under different potassium levels

2.4.2不同施K水平下受害苜蓿叶、茎和根中的P吸收量的变化 如表3所示，蓟马为害14 d时，施K处理‘甘农9号’苜蓿叶、茎和根中的P吸收量均高于对照。叶、茎和根中P吸收量均在K4水平达到最大，分别较K0增加21.4%，27.2%和61.3%(P<0.05)。蓟马为害21 d时，‘甘农9号’苜蓿叶中P吸收量在K2水平下达到最高，较K0高26.7%。茎和根中P吸收量均在K4水平下达到最高，分别较K0高32.5%和57.6%。除叶和茎中的P吸收量在K1水平低于对照外，其他施K水平下，苜蓿叶、茎和根中的P吸收量均高于对照。

施K后，P吸收量分配到根中比例显著上升(P<0.05)。蓟马为害14 d时，P吸收量分配到叶中的比例下降，茎中比例差异不显著。蓟马为害21 d时，P吸收量分配到叶中的比例除K4水平显著下降，其余处理分配比例差异不显著，分配到茎中比例下降。随着为害时间增加，P吸收量分配到叶中的比例下降，分配到茎和根中的比例上升，表明P更多向茎秆和根系中分配。

表3 不同施K水平下受害苜蓿叶、茎和根中P吸收及分配变化Table 3 The P absorption and distribution in leaves,stems and roots of alfalfa infested by Odontothrips loti under different potassium levels

2.4.3不同施K水平下受害苜蓿叶、茎和根中的K吸收量的变化 表4可知，施K后，苜蓿叶、茎和根中的K吸收量均显著升高(P<0.05)。蓟马为害14 d时，叶、根中的K吸收量均在K3水平最高，分别较K0增加了23.6%和56.6%；茎中的K吸收量在K4水平最高，较K0增加了41.6%。蓟马为害21 d时，苜蓿叶中的K吸收量在K2水平达到最大，较K0增加了25.6%；茎和根中的K吸收量均在K3水平达到最大，分别较K0增加了22.7%和57.7%。

施K后，K吸收量分配到根中比例增加。蓟马为害14 d时，K吸收量分配到叶中的比例显著下降(P<0.05)，茎中比例显著上升(P<0.05)。蓟马为害21 d时，K吸收量分配到叶中的比例呈上升趋势(除K3水平)，茎中的比例显著下降(P<0.05)。随着为害时间持续，K吸收量分配到根中的比例呈上升趋势；分配到叶的比例在低K水平呈上升趋势，在高K水平呈下降趋势；分配到茎中的比例在K0，K3水平上升，其他水平均下降。

表4 不同施K水平下受害苜蓿叶、茎和根中K吸收及分配变化Table 4 The K absorption and distribution in leaves,stems and roots of alfalfa infested by Odontothrips loti under different potassium levels

3 讨论

3.1 施K对苜蓿抗蓟马的影响

寄主植物的物理结构和营养变化往往能影响昆虫的取食行为和产卵喜好[20-21]，进而对昆虫的种群数量产生影响。施K苜蓿对牛角花齿蓟马(O.loti)成虫的产卵产生显著的排趋作用，提高了苜蓿对蓟马的抗性[13]。施K可通过提高苜蓿碳水化合物的合成及生长性能来提高苜蓿对蓟马的耐害性[14-15]。本试验中，施K后，‘甘农9号’苜蓿的受害指数显著下降，在K3和K4水平下，苜蓿的受害指数有所增加,但均低于K0水平，表明苜蓿的抗蓟马性并不随施K量的增大而持续增强，过量K肥对提高苜蓿的抗蓟马性没有显著效果，这与张晓燕等[14,22]和李亚姝等[15]的研究相一致。

3.2 施K对苜蓿叶、茎和根生物量及分配的影响

植物的生长发育和最终产量的形成过程，实际是作物与环境间的物质-能量转化，以及受环境影响的根、冠间物质分配、积累和能量平衡的过程[23-24]，而土壤中的养分吸收量，是植物养分的主要来源。K不仅影响植株的K素和干物质积累，而且影响其在各器官中的分配，进而影响产量与品质[24]。植物叶片中K素的积累增强了叶片的光合作用能力，合成更多的同化产物，促进植物的生物量积累，加快植物的生长发育速率[25]。在害虫取食为害条件下，植物有限的同化产物得到最大程度的分配利用是产生补偿现象的重要机制[26]。而施K可促进苜蓿的碳水化合物在根茎叶间的合理分配，利于新的枝条生长和植株再生[15]。本试验中，施K后，‘甘农9号’苜蓿叶中的K吸收量显著增加，叶、茎和根的生物量均显著增大；在受到持续为害后，苜蓿向根系分配的生物量比例升高，相应分配到叶部的生物量有所下降，这说明虫害压力适中时，施K更多促进了苜蓿地上部分的补偿生长，在虫害压力较大时，施K促进了根系的生长以维持其生存，这与李亚姝等[15]的研究相一致。

3.3 施K对苜蓿叶、茎和根中N，P，K含量及分配的影响

施用元素肥料不仅影响植物体内该元素的吸收量，还会不同程度地影响植物中其他元素的平衡[27]。N，P，K是植物生长发育必需的“肥料三要素”[24]。研究表明，N，K肥对增加苜蓿侧枝数有良好作用，P肥能有效增加苜蓿主枝数[28]。施K后，根系吸收的K向茎、叶中运转和分配，通过活化氧化还原酶、转移酶和合成酶的作用，参与植物蛋白质代谢、糖代谢等生物化学过程，从而促进植物生长发育[6]。本试验中，在两个受害时期，施K后‘甘农9号’苜蓿叶中的K含量均显著高于K0水平(P<0.05)；根和茎中K含量在蓟马为害14 d时均高于对照，随着为害时间的延长，根和茎中K含量均降低。K能促进糖类向聚合方向转化，增强细胞表皮厚度，促进表皮木质化和硅化程度[29]。施K后，苜蓿叶片的K含量增加，从而防御蓟马的入侵，提高植株的抗虫性。同时叶片中K素的积累，促进了苜蓿光合器官的同化能力，提高苜蓿的补偿生长能力，增强苜蓿对蓟马的耐害性。

N是蛋白质、核酸、叶绿素等的组成成份，在多方面影响着植物的新陈代谢和生长发育，对作物的生命活动以及产量、品质有着极重要的作用[6]。张菁等[30]研究发现，施K肥后，紫花苜蓿叶中N含量显著升高。本试验中，虫害压力适中时，‘甘农9号’苜蓿叶中的N含量在低K水平下升高，高K水平下降低；虫害压力较大时，施K后苜蓿叶和根中的N含量显著降低(P<0.05)。这与张丽娟等[31]研究不完全一致，原因是蓟马主要为害苜蓿的叶片[32]，而叶片中N含量的减少，在营养上不利于刺吸式害虫的生长发育，从而可以降低蓟马的为害。

P是植物体内许多重要化合物的组成成份，参与植物体内的多种代谢过程，在植物生长发育中起着重要的作用[6]。孙浩等[33]研究发现，施K可以显著提高苜蓿植株的P含量。本试验中，施K后‘甘农9号’苜蓿叶中的P含量呈升高趋势；根中P含量在蓟马为害14 d时呈升高趋势(除K3水平)，为害21 d时呈降低趋势(除K4水平)。施K后苜蓿叶片中P含量增加，一方面有利于苜蓿对在叶片上取食的牛角花齿蓟马产生拮抗，另一方面增强叶片光合作用，使苜蓿产生补偿生长效应[34]。

施K后，‘甘农9号’苜蓿叶、茎和根中N，P，K吸收量均呈上升趋势，且吸收量分配到根中的比例均高于对照。随着为害时间持续，N，P吸收量分配到叶中的比例下降，N，K吸收量分配到根中的比例上升，P吸收量分配到茎和根中的比例均上升。N，P，K更多向根系中分配，说明苜蓿受害后将较多的资源用于贮藏器官的构建，使其拥有更强大的根系以维持生存。

紫花苜蓿对N，P，K的吸收利用是苜蓿植株各器官相互协调作用的结果，而植物营养、供试土壤养分肥力与N，P，K肥之间的关系极为复杂。本研究是在土培条件下进行的，而土壤本身的养分肥力、施肥配比、肥料之间的互作都会对苜蓿植株N，P，K吸收利用产生影响，因此本研究茎中N，P，K含量规律性不明显。但施K提高了苜蓿光合器官叶片的P，K含量，进而提高了苜蓿的光合和生长能力以及对蓟马的耐害性。从N，P，K的吸收量来看，施K提高了苜蓿各器官对N，P，K的吸收利用；从N，P，K在根茎叶中的分配来看，施K促进了N，P，K向苜蓿贮藏器官根部的分配，进而提高苜蓿对蓟马的耐害性。

4 结论

施K有效地提高了‘甘农9号’苜蓿对牛角花齿蓟马的抗性。施K后，苜蓿叶、茎和根生物量均增加；苜蓿叶中P，K含量升高，N含量降低(除K2水平)，各器官中N，P，K吸收量均呈上升趋势。随着为害时间持续，N，P，K吸收量分配到根中的比例均升高。K素通过调控N，P，K在苜蓿各器官中的合理分配，提高了苜蓿的补偿生长能力，进而增强了苜蓿对蓟马的耐害性。在K2水平下，苜蓿的受害指数最小，地上生物量最大，因此，K2水平K2O 135 kg·hm-2可作为“以肥治虫”K肥适宜用量依据。