育苗方式對(duì)不同棉花品種苗期鉀效率的影響

李毅，劉愛(ài)玉

(1.湖南省棉花科學(xué)研究所，湖南 常德 415000；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

中國(guó)耕地土壤普遍缺鉀，嚴(yán)重缺鉀的土壤(速效鉀含量<50 mg/kg)和一般性缺鉀的土壤(速效鉀含量50～70 mg/kg)面積約23萬(wàn)hm2，占全國(guó)耕地面積的23%，南方嚴(yán)重缺鉀的土壤面積約為9.3萬(wàn)hm2[1]。缺鉀不僅影響棉花產(chǎn)量，而且使棉纖維品質(zhì)下降[2–5]。不同棉花品種耐低鉀脅迫的能力及對(duì)鉀的吸收和利用效率有差異[6–8]，因此，棉花鉀高效基因型的篩選成為棉花種質(zhì)資源研究的熱點(diǎn)之一。對(duì)鉀高效棉花品種的篩選有苗期篩選和全生育期篩選。田曉莉等[8]、姜存?zhèn)}等[9]對(duì)苗期篩選的結(jié)果進(jìn)行全生育期鑒定，結(jié)果表明，棉花品種全生育期鉀效率與苗期趨于一致，認(rèn)為在苗期大規(guī)模篩選的基礎(chǔ)上，對(duì)初選結(jié)果進(jìn)行大田全生育期鑒定可提高篩選效率。

棉花苗期鉀效率的鑒定主要采取水培和沙培(土培)育苗，多數(shù)在水培條件下進(jìn)行[9–12]。但不同棉花品種對(duì)水培條件的適應(yīng)性存在差異[13]，可能導(dǎo)致篩選結(jié)果因品種對(duì)水培條件的適應(yīng)性不同而與田間實(shí)際鉀利用效率存在差異。

筆者選擇在湖南主產(chǎn)棉區(qū)有一定種植規(guī)模的6個(gè)棉花品種，比較水培育苗和沙培育苗2種方式對(duì)它們苗期鉀吸收和利用效率的差異，以期為篩選鉀高效棉花品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

湘農(nóng)大棉1號(hào)(A1)、金農(nóng)棉2號(hào)(A2)、湘豐棉三號(hào)(A3)、湘雜棉14號(hào)(A4)、湘雜棉15號(hào)(A5)、湘雜棉17號(hào)(A6)共6個(gè)雜交棉品種。

1.2 方 法

試驗(yàn)于 2013年在湖南省棉花研究所科研基地進(jìn)行。

1) 水培試驗(yàn)。采用營(yíng)養(yǎng)液漂浮育苗，營(yíng)養(yǎng)液為H·C·阿夫多寧營(yíng)養(yǎng)液，其中KCl溶液按試驗(yàn)處理要求配制[11]。設(shè)施鉀(K1，KCl質(zhì)量濃度20 mg/L)和缺鉀(K0，KCl質(zhì)量濃度0 mg/L)2個(gè)處理。3次重復(fù)，每重復(fù)1盤(pán)。于3月29日播種，在棉花漂浮育苗盤(pán)中保溫、保濕催芽2～3 d，出芽后，3月31日轉(zhuǎn)入盛有營(yíng)養(yǎng)液的池中繼續(xù)培養(yǎng)，第1周用1/4濃度營(yíng)養(yǎng)液，第2周用1/2濃度營(yíng)養(yǎng)液，以后用全濃度營(yíng)養(yǎng)液。

2) 沙培試驗(yàn)。河沙用自來(lái)水淋洗，在施N和P2O5均為0.1 g/kg的基礎(chǔ)上，設(shè)施鉀(K1，K2O 0.1 g/kg)和不施鉀(K0，0 g/kg)2個(gè)處理。3次重復(fù)。氮、磷、鉀肥肥源分別為尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀，所有肥料均一次性施入。3月30日播種，每小區(qū)10行，每行播8株。

均于播種后40 d取樣，每小區(qū)(盤(pán))取10株，先用自來(lái)水沖洗，再用蒸餾水洗凈，考查幼苗株高、葉片數(shù)、干重、根長(zhǎng)、根重、根體積；于105 ℃殺青30 min，在70 ℃下烘干，稱(chēng)重。研磨過(guò)篩后采用火焰分光光度法測(cè)量幼苗各部位鉀含量，計(jì)算鉀積累量和鉀效率系數(shù)[14]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel和DPS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同育苗方式缺鉀對(duì)棉花苗期農(nóng)藝性狀的影響

2種育苗方式下，缺鉀對(duì)棉花株高、主根長(zhǎng)影響較大，對(duì)葉片數(shù)的影響最小(表1)。沙培缺鉀棉苗株高為施鉀處理的 67.03%～86.11%，湘農(nóng)大棉 1號(hào)株高最低，且缺鉀處理與施鉀處理差異不顯著，其余5個(gè)品種缺鉀處理株高均顯著低于施鉀處理；而水培育苗雖各品種缺鉀處理株高均低于施鉀處理，但受影響程度較沙培育苗小，缺鉀棉苗株高為施鉀處理的89.97%～95.64%，僅湘雜棉15號(hào)缺鉀與施鉀處理差異達(dá)到顯著水平。缺鉀對(duì)棉苗主根長(zhǎng)的影響，沙培育苗較水培育苗品種間差異更大。沙培育苗缺鉀，棉苗主根長(zhǎng)為施鉀處理的 73.68%～96.61%，僅湘農(nóng)大棉1號(hào)、湘雜棉14號(hào)2個(gè)品種達(dá)到顯著水平；水培缺鉀，棉苗主根長(zhǎng)為施鉀處理的75.68%～91.76%，所有品種缺鉀處理主根長(zhǎng)均顯著低于施鉀處理，受影響最大的是湘雜棉17號(hào)。2種育苗方式缺鉀對(duì)湘雜棉15號(hào)主根長(zhǎng)的影響最小。根體積受缺鉀影響較大的是金農(nóng)棉2號(hào)、湘雜棉17號(hào)，在2種育苗方式下，缺鉀處理根體積均顯著小于施鉀處理，湘雜棉14號(hào)、湘雜棉15號(hào)在沙培時(shí)達(dá)顯著水平，其余處理間的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。葉片數(shù)品種間差異達(dá)顯著水平，但同一品種在相同的育苗方式下，缺鉀和施鉀處理無(wú)顯著差異。

表1 不同處理棉花品種苗期的農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomic traits of different cotton varieties under hydroponics and sand culturing

2.2 育苗方式對(duì)棉苗干物質(zhì)生產(chǎn)和鉀效率系數(shù)的影響

所有參試品種在2種育苗方式下，缺鉀處理干重均顯著或極顯著低于施鉀處理。沙培育苗缺鉀對(duì)棉苗干重影響大于水培育苗，棉苗干重及其對(duì)缺鉀響應(yīng)的品種間差異顯著(表2)。沙培育苗施鉀時(shí)品種間棉苗干重差異顯著，湘雜棉15號(hào)、湘雜棉14號(hào)均極顯著高于湘農(nóng)大棉1號(hào)，其他品種間的差異未達(dá)顯著水平；缺鉀處理棉苗干重品種間差異不顯著，說(shuō)明所有品種在沙培育苗條件下棉苗干物質(zhì)生產(chǎn)受缺鉀影響嚴(yán)重。水培育苗棉苗干重缺鉀處理較施鉀處理品種間差異更為顯著，缺鉀處理湘雜棉15號(hào)極顯著高于其他品種，湘雜棉14號(hào)、湘雜棉17號(hào)亦極顯著高于金農(nóng)棉2號(hào)、湘農(nóng)大棉1號(hào)；施鉀處理湘雜棉15號(hào)除與湘雜棉17號(hào)的差異未達(dá)顯著水平外，極顯著高于其他品種?？梢?jiàn)，若以棉苗干重為鉀效率的篩選指標(biāo)，應(yīng)該同時(shí)考慮育苗方式的影響。湘雜棉15號(hào)在2種育苗方式下缺鉀和施鉀干重均較高，除沙培育苗缺鉀情況下干重略低于金農(nóng)棉2號(hào)，未達(dá)顯著水平外，其余條件下干重在所有參試品種中均為最高，說(shuō)明該品種苗期干物質(zhì)生產(chǎn)能力最大。湘農(nóng)大棉1號(hào)苗期干物質(zhì)生產(chǎn)能力最小，在2種育苗方式下，施鉀和缺鉀處理干重均為所有參試品種中最低。

干物質(zhì)在地下部與地上部間的分配(根冠比)對(duì)鉀和育苗方式的反應(yīng)均表現(xiàn)出顯著差異(表2)。湘農(nóng)大棉1號(hào)、湘雜棉15號(hào)在2種育苗方式下，施鉀與缺鉀處理對(duì)根冠比無(wú)顯著影響，金農(nóng)棉2號(hào)在2種育苗方式下，施鉀處理的根冠比均極顯著高于缺鉀處理；其余3個(gè)品種在沙培條件下施鉀極顯著高于缺鉀處理，而在水培條件下無(wú)顯著差異。

表2 2種育苗方式下不同處理的棉苗干重及根冠比Table 2 Dry matter weights and root-top ratios of different cotton varieties under hydroponics and sand culturing

在沙培條件下，各品種的鉀效率系數(shù)為0.559～0.753，其中，湘農(nóng)大棉1號(hào)最高，顯著高于湘雜棉17號(hào)，極顯著高于湘雜棉15號(hào)、湘雜棉14號(hào)；水培條件下各品種的鉀效率系數(shù)為0.709～0.865，湘雜棉14號(hào)最高，顯著高于金農(nóng)棉2號(hào)，極顯著高于湘農(nóng)大棉1號(hào)(圖1)。不同育苗方式下，品種間鉀效率系數(shù)變化趨勢(shì)不一致，在沙培條件下，湘雜棉14和15號(hào)的鉀效率系數(shù)較小，湘農(nóng)大棉1號(hào)的鉀效率系數(shù)最大，與水培條件下的結(jié)果相反?？赡苁怯捎诓煌贩N對(duì)水培育苗的適應(yīng)性不同所致。

圖1 不同育苗方式棉花品種的鉀效率系數(shù)Fig. 1 Potassium efficiency of different cotton varieties under hydroponics and sand culturing

可見(jiàn)，在2種育苗方式下，不同棉花品種的干物質(zhì)生產(chǎn)和分配對(duì)施鉀的反應(yīng)表現(xiàn)出較大差異。沙培育苗時(shí)的鉀效率系數(shù)較水培育苗更小，說(shuō)明缺鉀對(duì)干物質(zhì)生產(chǎn)的影響在沙培育苗條件下更大，可能是因?yàn)樗嘤绮捎玫挠缁|(zhì)含有一定的養(yǎng)分，而沙培育苗所用的河沙經(jīng)過(guò)自來(lái)水淋洗，基本不含有養(yǎng)分。

2.3 育苗方式對(duì)不同棉花品種鉀吸收積累的影響

沙培育苗不同棉花品種施鉀處理的地上部、地下部鉀含量及全株鉀積累量分別為缺鉀處理的1.40～4.14、2.17～8.19、2.03～5.97倍，參試品種平均分別為2.20、3.17、3.52倍。水培育苗不同棉花品種施鉀處理的地上部、地下部鉀含量及全株鉀積累量分別為缺鉀處理的1.84～3.97、2.32～7.12、2.49～5.40倍，參試品種平均分別為2.64、4.37、3.35倍?？梢?jiàn)，沙培育苗缺鉀對(duì)棉苗鉀含量和鉀積累量的影響品種間差異較水培育苗更大(表3)。

表3 2種育苗方式下不同處理的棉苗的鉀含量和積累量Table 3 Potassium content and accumulation for different cotton varieties under hydroponics and sand culturing

在相同的育苗方式和鉀水平下，鉀含量和單株鉀積累量品種間差異顯著。沙培育苗地上部鉀含量金農(nóng)棉2號(hào)在施鉀時(shí)為1.74%，顯著高于其他品種，為含量最低的品種湘雜棉14號(hào)的1.394倍，在缺鉀時(shí)為0.42%，僅略高于湘雜棉14號(hào)0.39%。沙培缺鉀處理，地上部鉀含量最高的品種湘農(nóng)大棉1號(hào)、湘雜棉15號(hào)分別為含量最低的品種湘雜棉14號(hào)的2.524、2.521倍。水培育苗，地上部鉀含量施鉀處理湘農(nóng)大棉1號(hào)最高，金農(nóng)棉2號(hào)最低；缺鉀處理湘雜棉14號(hào)、金農(nóng)棉2號(hào)顯著高于其他品種，分別為含量最低的湘農(nóng)大棉1號(hào)的1.761、1.756倍，其他品種間差異不顯著。湘雜棉14號(hào)在沙培育苗時(shí)鉀含量最低，而在水培育苗時(shí)含量較高，可能與品種對(duì)水培育苗的適應(yīng)性有關(guān)。沙培育苗單株鉀積累量施鉀處理金農(nóng)棉2號(hào)最高，含量較高的湘雜棉17號(hào)、湘雜棉15號(hào)顯著高于湘雜棉14號(hào)、湘豐棉3號(hào)和湘農(nóng)大棉1號(hào)；缺鉀處理鉀積累量最高的湘雜棉15號(hào)為最低的湘雜棉14號(hào)的2.738倍。水培育苗單株鉀積累量?jī)H最高的湘雜棉17號(hào)與最低的湘農(nóng)大棉1號(hào)間差異達(dá)顯著水平；缺鉀處理鉀積累量最高的品種湘雜棉14號(hào)顯著高于其他品種，為最低品種湘農(nóng)大棉1號(hào)的2.493倍。干重最高的湘雜棉15號(hào)鉀含量在施鉀時(shí)處于較低水平，而在缺鉀時(shí)處于較高水平，鉀積累量?jī)H在沙培缺鉀時(shí)因干重遠(yuǎn)大于其他品種而為最高，說(shuō)明該品種不僅吸收鉀的能力較強(qiáng)，鉀利用效率也較高。

3 討 論

作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用效率在不同基因型間存在顯著差異，這為篩選和利用營(yíng)養(yǎng)高效品種提供了基礎(chǔ)。姜存?zhèn)}等[11]根據(jù)鉀效率系數(shù)和施鉀增長(zhǎng)潛力(適鉀干重–缺鉀干重)的差異，將棉花分為高效高潛、高效低潛、低效高潛和低效低潛4種類(lèi)型基因型。根據(jù)全生育期生產(chǎn)和養(yǎng)分利用效率的篩選作物營(yíng)養(yǎng)高效基因型較苗期篩選更為準(zhǔn)確，但篩選規(guī)模和效率受到極大限制，尤其是棉花生育期長(zhǎng)，進(jìn)行全生育期篩選工作量大，受環(huán)境因素影響較難控制，篩選的效率低，因而通常在苗期篩選的基礎(chǔ)上，對(duì)典型材料進(jìn)行大田鑒定[9,14]。營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)以其易于控制條件、可在室內(nèi)分期分批進(jìn)行大量篩選而受青睞，但未考慮不同棉花品種對(duì)營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)條件的適應(yīng)性，因而，篩選結(jié)果可能與大田生產(chǎn)條件有較大差異。本研究結(jié)果表明，在沙培育苗和水培育苗方式下，棉花品種鉀效率系數(shù)范圍差異較大，且品種間鉀效率系數(shù)大小順序出現(xiàn)較大變化，在水培條件下鉀效率系數(shù)最低的湘農(nóng)大棉1號(hào)在沙培時(shí)卻表現(xiàn)為最高，而在水培條件下鉀效率系數(shù)最高的湘雜棉14號(hào)在沙培條件卻最低，這充分說(shuō)明育苗方式對(duì)營(yíng)養(yǎng)效率篩選指標(biāo)有較大影響。湘雜棉15號(hào)在2種育苗方式和鉀水平下，干物重均較高，而其地上部鉀含量較低，具有較強(qiáng)的耐低鉀能力和較高的鉀利用效率，說(shuō)明棉花苗期篩選鉀高效品種時(shí)，干重較鉀效率系數(shù)更重要，同時(shí)要考慮不同棉花品種對(duì)育苗方式的適應(yīng)性。本研究參試品種的鉀效率系數(shù)在2種育苗方式下分別為0.559～0.753和0.709～0.865，遠(yuǎn)高于姜存?zhèn)}等[15]在營(yíng)養(yǎng)液條件下83個(gè)棉花基因型的鉀效率系數(shù)變幅(0.08～0.28)，可能與篩選條件和培養(yǎng)時(shí)間有關(guān)。

[1]謝建昌，周健民.我國(guó)土壤鉀素研究和鉀肥使用的進(jìn)展[J].土壤，1999，31(5)：244–254.

[2]DONG H Z，TANG W，LI Z H，et al.Morphological and physiological disorders of cotton resulting from potassium deficiency[J].Acta Bot Boreal–Occident Sin，2005，25(3)：615–624.

[3]馬宗斌，李伶俐，朱偉，等.施鉀對(duì)不同基因型棉花光合特性及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2007，13(6)：1129–1134.

[4]張海鵬，馬健，文俊，等.施鉀對(duì)不同轉(zhuǎn)基因棉花品種光合特性及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].棉花學(xué)報(bào)，2012，24(6)：548–553.

[5]郭英，宋憲亮，孫學(xué)振.鉀素營(yíng)養(yǎng)對(duì)不同部位棉鈴纖維品質(zhì)性狀的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2009，15(6)：1407–1412.

[6]Cassman K G，Potassium efficiencyrby T A，Roberts B A，et al.Differential response of two cotton cultivars to fertilizer and soil potassium[J].Agron J，1989，81(6)：870–876.

[7]Clement–Bailey J，Gwathmey C O.Potassium effects on partitioning，yield，and earliness of contrasting cotton cultivars[J].Agron J，2007，99(4)：1130–1136.

[8]田曉莉，王剛衛(wèi)，楊富強(qiáng)，等.棉花不同類(lèi)型品種耐低鉀能力的差異[J].作物學(xué)報(bào)，2008，34(10)：1770–1780.

[9]姜存?zhèn)}，高祥，王運(yùn)華，等.不同基因型棉花苗期鉀效率差異及其機(jī)制的研究[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005，11(6)：781–786.

[10]易九紅，劉愛(ài)玉，李瑞蓮，等.不同棉花品種苗期低鉀脅迫響應(yīng)研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010，26(5)：101–106.

[11]姜存?zhèn)}，王運(yùn)華，魯劍巍，等.不同棉花品種苗期鉀效率差異的初步探討[J].棉花學(xué)報(bào)，2004，16(3)：162–165.

[12]華含白，李召虎，田曉莉.遼棉18與新棉99B苗期耐低鉀能力的差異及其機(jī)制[J].作物學(xué)報(bào)，2009，35(3)：475–482.

[13]張昊，陳金湘，王峰，等.棉花對(duì)營(yíng)養(yǎng)液漂浮育苗適應(yīng)能力的評(píng)價(jià)方法研究[J].中國(guó)棉花，2011，38(3)：44–47.

[14]田曉莉，王剛衛(wèi)，朱睿，等.棉花耐低鉀基因型篩選條件和指標(biāo)的研究[J].作物學(xué)報(bào)，2008，34(8)：1435–1443.

[15]姜存?zhèn)}，袁利升，王運(yùn)華，等.不同基因型棉花苗期鉀效率差異的初步研究[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，22(6)：564–568.