土壤調(diào)理劑對鹽堿地葡萄K+、Na+轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

史蛟華，陳寬，王曉麗，安夢潔，王開勇

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 石河子 832003)

葡萄屬于中度耐鹽植物,鹽堿脅迫會(huì)降低自根系葡萄果樹的生長發(fā)育,導(dǎo)致果實(shí)產(chǎn)量下降[1]。新疆光熱資源豐富，葡萄栽培面積近13萬hm2，是中國重要生產(chǎn)基地。新疆鹽漬化土壤覆蓋面積大、農(nóng)業(yè)用水礦化度高、土壤次生鹽漬化加重，導(dǎo)致作物品質(zhì)下降嚴(yán)重，甚至一些中重度鹽堿地短暫棄耕或改種其他經(jīng)濟(jì)作物[2]。葡萄種植面積減少，生態(tài)環(huán)境效益及社會(huì)效益降低。鹽堿脅迫是一種持續(xù)性的非生物脅迫,是影響植物生長的一種重要因素。土壤調(diào)理劑通過改善土壤性質(zhì)和植物水分和養(yǎng)分吸收情況，成為了最快速、最有效的改良方法。鉀是植物必需的營養(yǎng)元素，土壤是作物所需鉀素的主要來源[3]，土壤K+均勻分布在各粒徑的團(tuán)聚體中[4]。土壤Na+是制約土壤K+利用率的主要因子[5]。在鹽堿脅迫下，作物因吸收過量Na+導(dǎo)致作物體內(nèi)Na+含量過高，降低對K+的吸收[6]。研究[7]表明鹽堿脅迫下，葡萄體內(nèi)Na+含量顯著增加，導(dǎo)致新梢、葉片生長顯著降低。為降低脅迫影響，作物通過選擇性吸收K+以保持K+/Na+值平衡,從而保證脅迫下植株正常生長和代謝所需[8]。也有研究表明，施加土壤調(diào)理劑可改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤養(yǎng)分含量[9]、緩解鹽堿脅迫對葡萄的傷害[10]。通過提高土壤交換性K+含量，改變作物對K+、Na+的吸收，改善植株生長環(huán)境，降低鹽堿土壤對葡萄果樹的脅迫[11]。目前對植株-土壤系統(tǒng)中K+、Na+的選擇性吸收和運(yùn)輸方面的研究較少。其中植株K+、Na+與土壤各粒徑團(tuán)聚體K+、Na+的關(guān)系尚不明確。本實(shí)驗(yàn)以鹽堿地葡萄為研究對象，通過田間控制試驗(yàn)分析施用不同土壤調(diào)理劑對鹽堿地K+、Na+轉(zhuǎn)運(yùn)的影響，為綠洲區(qū)鹽堿化土壤改良與培肥和提高作物產(chǎn)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本概況

試驗(yàn)于2019年在新疆石河子市總場二連進(jìn)行(44°33′46.1″N，86°02′7.81″E)進(jìn)行，該區(qū)域?yàn)闇貛Ц珊祬^(qū)大陸性氣候，年平均降雨量為210 mm，年平均蒸發(fā)量1660 mm。土壤類型為灌耕灰漠土、質(zhì)地為壤土，田間持水量為18.6%，土壤理化性質(zhì)如表1。

表1 試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)材料

供試葡萄品種為紅提,為歐亞引進(jìn)品種，供試土壤調(diào)理劑(F)為自主研制，主要由改性高分子材料、腐殖酸、表面活性物質(zhì)及微量元素復(fù)配。對比使用的兩種土壤調(diào)理劑(P和K)為農(nóng)戶常用的市售產(chǎn)品，分別為高分子型土壤調(diào)理劑及腐殖酸型土壤調(diào)理劑。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理(見表2)，每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)處理區(qū)域?yàn)橄噜弮尚衅咸鸭埽?00株葡萄。在葡萄花期前(2019年5月底)將土壤調(diào)理劑水溶根灌一次性施入。在施加處理后0、30、60、90 d取根區(qū)土層土樣用于測定根區(qū)土壤pH、鹽度、土壤K+、Na+；取葡萄新梢、枝干及葉片植株樣用于測定葡萄不同器官K+、Na+。在施加處理后90 d取根區(qū)土層土樣用于測定土壤不同粒徑團(tuán)聚體K+、Na+。

表2 試驗(yàn)處理

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 鉀、鈉的測定

土壤K+、Na+：將自封袋中土壤自然風(fēng)干磨碎并過0.053 mm篩，采用火焰光度法測定土壤K+、Na+。無機(jī)離子測定前進(jìn)行樣品預(yù)處理，同時(shí)作空白試驗(yàn)，所有儀器測定條件均嚴(yán)格按照加儀器相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)定。

各粒徑團(tuán)聚體K+、Na+將過8 mm的風(fēng)干土壤置于孔徑依次為5.00、2.00、1.00、0.25、0.053 mm的套篩頂部，用震蕩式機(jī)械篩分儀器，在300次/min頻率下震蕩2 min。制備成>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、>0.25～0.5、≤0.25 mm的土壤團(tuán)聚體,用x1—x6表示，將各粒徑團(tuán)聚體土壤磨碎并過0.053 mm篩，采用火焰光度法測定土壤K+、Na+。植株各器官K+、Na+：在施加處理后0、30、60、90 d時(shí)取CK、F、P、K處理統(tǒng)一的葡萄第5～7節(jié)新梢、枝干和葉片樣品，3～4株為一個(gè)重復(fù)，每個(gè)處理取樣重復(fù)3次。帶回后洗凈烘干。

葡萄不同器官的離子測定采用FP 640型號的火焰光度計(jì)測定葉片K+、Na+[12]。

1.4.2 鉀鈉吸收選擇性系數(shù)和運(yùn)輸選擇性系數(shù)

葡萄鉀鈉吸收選擇性系數(shù)和運(yùn)輸選擇性系數(shù)計(jì)算公式為：

SK,Na(吸收)={[K]n/[Na]n}/{[K]土/[Na]土}，

(1)

SK,Na(運(yùn)輸)={[K]n/[Na]n}/{[K]m/[Na]m}，

(2)

式(1)、(2)中：n和m分別表示葡萄不同器官。對于鉀鈉吸收選擇性系數(shù)，S(枝干)、S(新梢)和S(葉片)分別以Sa、Sb、Sc表示。本文主要對葡萄的枝干/新梢、莖桿/葉片的選擇性運(yùn)輸能力進(jìn)行研究。其中S(枝干/新梢)和S(莖桿/葉片)分別以S1、S2表示。

1.4.3 土壤理化性質(zhì)的測定

處理前在選定試驗(yàn)田內(nèi)“S形”采樣不同土層土壤(0～20、20～40 cm)測定基礎(chǔ)養(yǎng)分。在在葡萄花期前(2019年5月底)將土壤調(diào)理劑水溶根灌一次性施入。土壤樣品采集在施加處理后0、30、60、90 d在各個(gè)處理使用土鉆各取3鉆土樣并用四分法取其中1份裝入自封袋中待測。同時(shí)采集原狀土樣于塑料盒中，帶回實(shí)驗(yàn)室過8 mm篩并風(fēng)干。土壤pH，EC采用水、土體積比5∶1制備浸提液,土壤pH值使用通用型pH計(jì)測定，EC值采用電導(dǎo)率儀測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

文中數(shù)據(jù)都有3個(gè)重復(fù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤表示，數(shù)據(jù)輸入與整理采用Excel 2018，描述性統(tǒng)計(jì)與方差分析用SPSS 19.2軟件進(jìn)行，其中方差分析選擇單因素方差分析(One-way ANOVA)，Ducan法進(jìn)行多重比較(P<0.05),相關(guān)分析采用Pearson系數(shù)(雙側(cè))，相關(guān)制圖采用Excel 2018、SPSS 19.2。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH、EC值變化

由圖1可以看出，施用不同土壤調(diào)理劑對鹽堿葡萄地土壤pH的影響十分明顯。隨施加處理時(shí)期的以長，CK呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，F(xiàn)、P和K處理土壤pH呈持續(xù)降低趨勢。在施加處理90 d時(shí)，與CK相比，各處理土壤pH下降量分別為2.15%、2.89%、2.23%。

圖1 不同土壤調(diào)理劑處理下土壤pH

由圖2可知，土壤EC表現(xiàn)為隨時(shí)間先上升后下降。與CK相比，土壤調(diào)理劑處理的土壤EC出現(xiàn)不同程度的上升。在0～60 d內(nèi)，K處理的土壤EC高于其他處理。在90 d時(shí)，F(xiàn)、P、K處理土壤EC增加量分別為1.68%、2.07%、0.34%。

圖2 不同土壤調(diào)理劑處理下土壤EC

2.2 土壤K+、Na+含量變化

由圖3可知，CK處理土壤K+在90 d內(nèi)無明顯變化。通過施加土壤調(diào)理劑，能有效提高土壤K+含量，F(xiàn)和K處理后的土壤K+30 d內(nèi)有明顯上升，在30～60 d內(nèi)趨于平緩，P處理的土壤K+在0～60 d內(nèi)持續(xù)上升，各處理在60～90 d內(nèi)有所下降，其中K處理土壤K+含量增加量最高為42.66%。

圖3 不同土壤調(diào)理劑處理下土壤K+、Na+含量

由圖4可以看出，CK處理土壤Na+含量在90 d內(nèi)無明顯變化，施加土壤調(diào)理劑后的土壤Na+含量變化大致相同，在60 d內(nèi)呈下降趨勢，在60～90 d內(nèi)有所上升。其中K處理下的土壤Na+含量影響最大，土壤Na+含量減少了43.75%。

圖4 不同土壤調(diào)理劑處理下土壤Na+含量

2.3 各粒徑團(tuán)聚體K+、Na+含量

由表3可知，施加土壤調(diào)理劑處理增強(qiáng)了不同粒徑團(tuán)聚體土壤K+含量，降低了Na+含量，且調(diào)整了土壤K+、Na+在不同粒徑團(tuán)聚體上的分配，表現(xiàn)為不同粒徑團(tuán)聚體土壤K+含量變化大致相同，降低了>0.25～5 mm粒徑團(tuán)集體中Na+含量。

表3 各處理不同粒徑土壤團(tuán)聚體K+、Na+含量 單位：mg/g

土壤K+主要分布在≤0.25、>0.25～0.5、>1～2 mm粒徑團(tuán)聚體中，土壤Na+含量隨土壤團(tuán)聚體粒級的降低而升高。與CK相比，F(xiàn)、P、K處理提高了各粒徑團(tuán)聚體土壤K+含量，并降低了中粒徑團(tuán)聚體Na+含量，其中P、K處理顯著提高了>0.25～0.5、>1～2、>2～5 mm粒徑團(tuán)聚體土壤K+含量；F、P處理顯著降低了>0.25～0.5、>0.5～1、>1～2 mm粒徑團(tuán)聚體土壤Na+含量。

2.4 葡萄各器官K+、Na+含量變化

通過施加土壤調(diào)理劑能改善土壤肥效，有效提高植株各器官K+含量，促進(jìn)植株庫器官對作物生長發(fā)育所需養(yǎng)分輸出(圖5)。同時(shí)降低植株各器官對Na+吸收積累，K+/Na+變大，減少Na+對植株器官細(xì)胞的損傷，緩解了脅迫傷害。不同土壤調(diào)理劑效果有所不同，其中K處理在0～30 d內(nèi)效果最為明顯，P在60～90 d內(nèi)效果強(qiáng)于其他處理。

圖5 葡萄各器官K+、Na+含量

對葡萄各器官來說，各器官K+含量隨葡萄生長發(fā)育在枝干、新梢和葉片中無明顯差異，各器官Na+隨葡萄生長發(fā)育在枝干、新梢和葉片中總量逐漸上升，造成各器官K+/Na+隨葡萄生育期的進(jìn)行而增高。與CK處理相比，施加土壤調(diào)理劑處理，均提高了植株對K+的吸收,降低了Na+在葡萄各器官的積累。其中F處理對葉片器官效果最為明顯，P和K處理均提高各器官離子含量。

2.5 葡萄K+、Na+轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)變化

由表4可知，施加土壤調(diào)理劑能提高葡萄各器官對土壤K+的吸收，同時(shí)調(diào)整葡萄各器官之間對K+的分配運(yùn)輸。主要表現(xiàn)為增強(qiáng)新梢和葉片器官對K+的吸收運(yùn)輸，減弱莖部對新梢和葉片部位的Na+運(yùn)輸，促使Na+在枝干部的積累，增強(qiáng)新梢和葉片的K+/Na+。

表4 各處理不同時(shí)期大田葡萄K+、Na+轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

表4續(xù)

對于葡萄不同器官來說，與CK相比，在施加處理后的30 d,F、P、K處理均提高了新梢和葉片部的離子吸收選擇性系數(shù)，枝干部的吸收選擇性系數(shù)有降低，60～90 d，各處理離子的吸收選擇性系數(shù)變化相近，出現(xiàn)先降低后增高的趨勢。對于葡萄的離子運(yùn)輸選擇性系數(shù)來說，F(xiàn)、P、K處理均增強(qiáng)了枝干部對新梢和葉片部的K+運(yùn)輸，在施用前期，主要促進(jìn)枝干器官對葉片器官的離子運(yùn)輸，隨著施用時(shí)間的延長，提高了枝干器官對新梢器官的離子運(yùn)輸，表現(xiàn)為新梢和葉片器官K+含量上升幅度顯著大于Na+含量，枝干器官離子含量均有所上升。各處理對離子轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)影響由強(qiáng)到弱表現(xiàn)為：F、K、P。

2.6 土壤調(diào)節(jié)劑對鹽堿地土壤-葡萄各指標(biāo)的相關(guān)分析

對不同處理11個(gè)指標(biāo)的均值進(jìn)行主成分分析。共5個(gè)主成分，其中PC1、PC2分別為46.197%、38.513%，累計(jì)百分率達(dá)84.710%，可以充分概括大多數(shù)指標(biāo)。

通過進(jìn)一步相關(guān)分析表明(表5)，脅迫下，第一主成分PC1與土壤Na+、枝干Na+、葉片Na+、pH和團(tuán)聚體K+、Na+呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與其他指標(biāo)呈正相關(guān)關(guān)系。第二主成分PC2與土壤Na+、枝干Na+、新梢Na+、葉片Na+、pH、EC呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與其他指標(biāo)呈正相關(guān)關(guān)系。對于K+、Na+轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)來說，K+、Na+吸收選擇性系數(shù)與土壤K+，新梢K+、葉片K+、EC和團(tuán)聚體K+、Na+均呈正相關(guān)關(guān)系，與pH均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，葡萄各器官K+、Na+吸收選擇性系數(shù)相關(guān)性強(qiáng)弱表現(xiàn)為Sa>Sc>Sb。K+、Na+運(yùn)輸選擇性系數(shù)與土壤K+、土壤Na+、枝干K+、新稍K+、葉片K+、新稍Na+、EC均呈正相關(guān)關(guān)系，與土壤pH均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，葡萄K+、Na+運(yùn)輸選擇性系數(shù)相關(guān)性強(qiáng)弱表現(xiàn)為S1>S2。其中S1與x2K+、x3K+、x5K+和x1Na+呈顯著性負(fù)相關(guān)關(guān)系。S2與土壤K+、葉片K+、EC呈顯著性正相關(guān)關(guān)系。

表5 大田各指標(biāo)相關(guān)性分析

表5續(xù)

3 討論

土壤調(diào)理劑不僅能影響各粒徑團(tuán)聚體中的K+、Na+含量，而且會(huì)影響K+、Na+從土壤向植株中轉(zhuǎn)運(yùn)。本研究發(fā)現(xiàn)通過對鹽堿葡萄地施加土壤調(diào)理劑能降低土壤pH值，但土壤EC值增大，可能是由于土壤調(diào)理劑的施加促進(jìn)了土壤交換性離子的活性。這與陳士更等[13-14]研究結(jié)果相同，土壤交換性離子含量提高的主要原因是土壤調(diào)理劑的施加將土壤無效K+轉(zhuǎn)換為可溶性K+，提高了土壤交換性陽基離子的含量。有研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、孔隙度大、容重低的土壤交換性K+含量要高于結(jié)構(gòu)差的土壤[15]，土壤K+均勻分布在各粒徑的團(tuán)聚體中[4]，施加調(diào)理劑處理能提高大團(tuán)聚體K+含量，降低各粒徑團(tuán)聚體Na+含量[16]。本研究土壤調(diào)理劑處理提高了各粒徑團(tuán)聚體交換性K+含量，降低了中粒徑團(tuán)聚體交換性Na+含量。其中F、K處理可能是由于通過改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了土壤交換性K+含量，從而提高各粒徑團(tuán)聚體交換性K+含量。王廣印等[17]發(fā)現(xiàn)通過土壤調(diào)理劑改良處理，能有效降低番茄葉片Na+含量，可能是由于改變了植株對離子的選擇性吸收，降低了對Na+的吸收，從而有效緩解因鹽迫產(chǎn)生的滲透脅迫和離子脅迫(離子毒害、離子失衡)。宋陽[18]針對作物不同器官K+、Na+的研究發(fā)現(xiàn)，鹽分脅迫導(dǎo)致植株K+/Na+逐漸降低,誘發(fā)植物體進(jìn)行滲透調(diào)節(jié),植株常會(huì)對K+進(jìn)行選擇性吸收,K+/Na+越小,植物吸收K+所受到的抑制就越強(qiáng),由鹽脅迫而造成的危害就越嚴(yán)重,當(dāng)K+/Na+處于較高水平時(shí),植物會(huì)阻止Na+過多地向其他器官轉(zhuǎn)運(yùn)。這與本研究結(jié)果相近，土壤調(diào)理劑提高了各粒徑團(tuán)聚體交換性K+含量，進(jìn)而促進(jìn)葡萄對K+的吸收，降低脅迫造成的植物體內(nèi)離子失衡影響，同時(shí)由于減少了土壤膠體對交換性Na+的吸附，土壤Na+含量降低，提高了葡萄對K+/Na+離子的吸收選擇性系數(shù)。由各指標(biāo)的相關(guān)分析可以看出，葡萄對土壤K+、Na+的吸收積累主要通過枝干器官，再由枝干器官對新梢、葉片器官的運(yùn)輸，完成由土壤到植株的離子運(yùn)移，降低了鹽堿脅迫對葡萄樹體的影響。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粒徑團(tuán)聚體提供，受>5 mm粒徑團(tuán)聚體Na+含量影響，且枝干對新梢器官離子運(yùn)輸?shù)膬?yōu)先級大于枝干對葉片器官。對于土壤調(diào)理劑來說，F(xiàn)、P、K處理均提高了土壤K+及葡萄各器官K+含量。因此，土壤調(diào)理劑通過改變土壤團(tuán)聚體中K+、Na+活性，調(diào)控了植株中K+、Na+轉(zhuǎn)運(yùn)。

4 結(jié)論

施加土壤調(diào)理劑能降低土壤pH，提高土壤交換性K+含量，降低土壤Na+含量，促進(jìn)葡萄各器官對K+的吸收，緩解離子脅迫。葡萄各器官對離子的運(yùn)輸主要由枝干向上轉(zhuǎn)運(yùn)，對新梢運(yùn)輸?shù)膬?yōu)先級大于葉片器官，影響K+、Na+轉(zhuǎn)運(yùn)的主要是土壤>0.25～0.5、>1～2、>2～5 mm粒徑團(tuán)聚體K+含量和>5 mm粒徑團(tuán)聚體Na+含量。各土壤調(diào)理劑處理中K處理最優(yōu)。