不同花生品種(系)鉀素吸收及利用特性

鄭亞萍王世福劉 佳王麗麗沈 浦吳正鋒鄭永美孫學武于天一*孫秀山*

鉀是植物生長必需營養(yǎng)元素之一,在蛋白質合成、酶的激活、物質運輸、滲透調節(jié)及抗逆等方面起重要作用[1-2]?；ㄉ窍测涀魑?每生產(chǎn)100 kg花生莢果,需要吸收K2O 2～3 kg[3]。合理施鉀有利于調節(jié)花生體內養(yǎng)分運輸與分配,促進根瘤形成,提高根瘤固氮能力[4-5],調節(jié)碳氮代謝[6],進而提高花生產(chǎn)量、品質及抗性[7-11]。

我國有1/3的耕地缺鉀或嚴重缺鉀[12],但受資源所限,農業(yè)生產(chǎn)所需鉀肥主要依靠進口,極大地限制了鉀肥的供給,土壤緩效鉀及難溶性鉀的存在使土壤成為鉀素潛在資源庫,這部分鉀如果都能被植物逐步利用,可在一定程度上緩解我國鉀礦資源不足的現(xiàn)狀[13-14]。因此,減少鉀肥用量,提高作物鉀效率對于我國農業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展意義重大。研究發(fā)現(xiàn),同一作物不同品種間鉀素吸收、利用效率存在差異。 已有研究表明,不同大豆品種耐低鉀性有較大差異,在缺鉀條件下,鉀高效基因型棉花的鉀效率及產(chǎn)量分別是低效基因型的1.42和2.57倍[15-16]。因此,利用作物自身耐低鉀營養(yǎng)遺傳特性,篩選鉀素高效吸收和利用的品種,是提高鉀肥利用率、節(jié)約有限鉀礦資源的又一重要途徑。目前對不同品種(系)花生植株鉀素吸收、利用差異的報道較少[17]。因此,研究不同品種(系)花生鉀素吸收累積特性、鉀效率及產(chǎn)量差異,并探討鉀素吸收累積特性、鉀效率與產(chǎn)量的相互關系,以篩選出鉀高效吸收及利用品種,為鉀高效花生的培育及改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2014年在山東省花生研究所萊西試驗站進行,土壤質地為沙壤土,pH值5.6,有機質含量11.6 g/kg,速效鉀含量56.2 mg/kg。供試花生品種15個,包括山東、廣東、河南、河北等省份近年來審定或育成的品種(系)(表1)。

表1 供試花生品種(系)Table 1 Peanut varieties (lines) in this experiment

試驗采用春季起壟覆膜播種,壟距85cm,壟高10cm ,壟面寬50cm,壟上行距30cm,穴距20cm,每穴播兩粒,小區(qū)面積13.6m2,重復3次。起壟前均勻撒施肥料,N、P2O5及K2O施用量分別為90、60及105 kg/hm2,肥料種類為三元復合肥(N:P2O5: K2O=15: 15: 15)、尿素(N≥46.0%)和氯化鉀(K2O≥60.0%)。施肥后旋耕15cm,其他 管理措施同當?shù)爻Ｒ?guī)水平。

1.2 取樣及測定方法

在花生收獲期,每小區(qū)選取長勢一致、有代表性的6穴花生植株。將花生植株洗凈后分成營養(yǎng)體(根、莖和葉)和生殖體(果針和莢果)兩部分,置于烘箱內105℃殺青1 h,然后80℃烘干,稱質量后粉碎備用。結莢末期至收獲期收集不同花生品種落葉,將落葉烘干后與收獲期營養(yǎng)體合在一起稱質量,計算各器官干物質累積量。樣品用硫酸-雙氧水消化后,采用火焰光度法測定鉀濃度。鉀素吸收、利用相關指標的計算方法如下:

整株鉀濃度=(生殖體鉀濃度×生殖體干質量+營養(yǎng)體鉀濃度×營養(yǎng)體干質量)/(生殖體干質量+營養(yǎng)體干質量)

植株某器官鉀累積量/(kg·hm-2)=該器官全鉀濃度×該器官干物質質量

鉀素利用效率/(kg·kg-1)=莢果產(chǎn)量/整株鉀積累量

鉀素干物質生產(chǎn)效率/(kg·kg-1)=生物產(chǎn)量/整株鉀積累量

鉀素分配系數(shù)/%=生殖體鉀積累量/營養(yǎng)體鉀積累量×100

1.3 統(tǒng)計分析

用Excel 2007整理數(shù)據(jù)及作圖,用SPSS 13.0進行方差分析(LSD)及相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同花生品種(系)鉀素吸收

不同花生品種(系)營養(yǎng)體、生殖體及整株鉀濃度分別為12.42～20.01、7.32～10.17及9.24～13.89 g/kg,最大值分別為最小值的1.61、1.39和1.50倍,且營養(yǎng)體鉀濃度(15.09%)的變異系數(shù)高于生殖體(9.22%)和整株(10.69%)。其中花育32、汕油523和日花1號3個品種不同器官及整株鉀濃度均處于較高水平,而609和仲愷4號2個品種(系)則較低。

表2 不同花生品種(系)植株鉀濃度和鉀積累量Table 2 K content and accumulation of different varieties (lines)

不同花生品種(系)營養(yǎng)體、生殖體及整株鉀積累量分別為26.75～72.14、26.49～61.16及62.15～133.31 kg/hm2,最大值分別為最小值的2.70、2.31和2.14倍,且營養(yǎng)體鉀積累量的變異系數(shù)最大,為32.30%,生殖體和整株的變異系數(shù)分別為23.76%和21.43%,表明花生營養(yǎng)體鉀積累量的變異幅度高于生殖體和整株鉀積累量。其中602、花育33和花育2602 三個品種(系)不同器官及整株鉀積累量均處于較高水平,而白沙1016、山花8號及仲愷4號三個品種鉀積累量則較低(表2)。

表3 不同花生品種(系)鉀分配系數(shù)、鉀利用效率及鉀素干物質生產(chǎn)效率Table 3 K partition coefficient, use efficiency and dry matter production efficiency of different varieties (lines)

2.2 不同花生品種(系)鉀素分配與利用

不同花生品種(系)鉀分配系數(shù)為40.32%～63.62%,品種間最高相差23.30個百分點,不同花生品種(系)鉀利用率及鉀干物質生產(chǎn)效率分別為36.28～76.47 kg/kg和72.60～108.97 kg/kg,最大值為最小值的2.11和1.50倍。其中609的鉀利用率最高,其鉀分配系數(shù)和鉀素干物質生產(chǎn)效率也較高,而602的鉀利用效率最低,其鉀分配系數(shù)和鉀素干物質生產(chǎn)效率也處于較低水平(表3)。

表4 莢果產(chǎn)量、鉀素利用效率與鉀素吸收利用間的相互關系Table 4 Correlation coefficient among K use efficiency, pod yield, K uptake and use indexes

2.3 花生產(chǎn)量、鉀素吸收利用及相互關系

表4示出,花生莢果產(chǎn)量與生殖體鉀積累量呈極顯著正相關。鉀利用效率與鉀分配系數(shù)、鉀干物質生產(chǎn)效率呈極顯著正相關,與生殖體鉀濃度、整株鉀濃度、營養(yǎng)體鉀積累量和整株鉀積累量顯著或極顯著負相關。整株鉀濃度與鉀分配系數(shù)呈顯著負相關。

圖1 不同品種(系)的產(chǎn)量及鉀利用效率類型Fig.1 Yield and K use efficiency of different peanut varieties

2.4 不同品種花生產(chǎn)量及鉀利用效率分類

將產(chǎn)量高于供試花生品種平均值的表示為高產(chǎn)型品種,反之為低產(chǎn)型品種。鉀利用效率高于平均值的表示為鉀高效型品種,反之為鉀低效型品種。根據(jù)濃度和鉀利用效率將供試花生品種(系)分為4種不同類型:① 高產(chǎn)鉀高效型品種包括609、冀花5號、冀花6號,魯花11;② 高產(chǎn)鉀低效型包括花育2602、花育33和日花1號;③ 低產(chǎn)鉀高效型包括山花8號、豫花14和仲愷4號;④ 低產(chǎn)鉀低效型包括:602、白沙1016、花育32、汕油523、遠雜9307。

3 討 論

鉀素利用效率是指作物吸收單位鉀素所生產(chǎn)的產(chǎn)量,挖掘作物自身對鉀素利用潛力是鉀肥高效施用的重要措施之一,同一作物不同品種(系)間鉀素吸收能力及利用率存在較大差異。31個甘薯品種塊根鉀素利用率58.92～384.9 kg/kg,最大值為最小值的6.53倍[18]。鉀高效型棉花品種(系)的鉀利用率是鉀低效品種的1.49倍[19]。鉀高效型大豆品種的鉀利用率是低效型品種的1.14倍[20]。本研究表明,不同花生品種(系)鉀利用效率為36.28～76.47 kg/kg,最大值為最小值的2.11倍。這與作物種類、品種數(shù)量及土壤供鉀水平等因素有關。

作物鉀利用效率、產(chǎn)量與鉀吸收、分配的關系一直是植物營養(yǎng)學界研究的熱點。研究表明,甘薯鉀素利用效率與整株鉀濃度及鉀積累量呈顯著或極顯著負相關[18]。本研究得到了類似的結論,即鉀利用效率與鉀分配系數(shù)、鉀干物質生產(chǎn)效率呈極顯著正相關,與生殖體鉀濃度、整株鉀濃度、營養(yǎng)體鉀積累量和整株鉀積累量顯著或極顯著負相關。說明提高生殖體鉀積累量有利于提高單位鉀的生產(chǎn)效率,而植株中鉀濃度和積累過高不利于鉀素利用效率增加?；ㄉv果產(chǎn)量與生殖體鉀積累量呈極顯著正相關,表明莢果產(chǎn)量高的品種需要吸收更多的鉀素至莢果中,這與侯云鵬等[21]在水稻上得到的結論一致。整株鉀濃度與鉀分配系數(shù)呈顯著負相關,表明植株中鉀濃度過高不利于鉀素向生殖體中分配。

兼顧產(chǎn)量及養(yǎng)分利用效率是當前作物育種的重要目標之一,本研究篩選出的高產(chǎn)鉀高效品種(如:609)生產(chǎn)單位產(chǎn)量所需要的鉀素較少,產(chǎn)量水平較高,植株鉀濃度相對較低,鉀累積量適中或偏低,植株中鉀素在生殖體中分配比例較高,能夠充分發(fā)揮品種(系)自身鉀素利用潛力,實現(xiàn)高產(chǎn)與節(jié)鉀同步。而在富鉀的中、高產(chǎn)土壤上,可種植產(chǎn)量水平較高,鉀累積量高,鉀利用效率一般的品種(如:花育2602、日花1號)。而產(chǎn)量水平尚可、鉀利用率較高且植株鉀累積量低的品種(如:山花8號、仲愷4號)適于種植在產(chǎn)量水平一般或偏低的鉀匱乏的土壤上。