棉花鉀營養特質探索進展范文

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棉花關系到國計民生，是我國重要的經濟作物，是紡織工業的主要原料，對紡織工業乃至整個國民經濟發展都具有舉足輕重的作用。棉花是鉀敏感作物，鉀會明顯改善棉花的纖維品質，土壤鉀（特別是速效鉀）的可利用水平與棉花的生長發育休戚相關。但是，我國鉀肥資源未能很好地開發利用，部分地理、環境等條件的限制使鉀肥產量遠遠不能滿足我國農業的需求，鉀肥每年進口量約占總量的2／3［1］，對外依存度很高。

1鉀的生理功能

鉀是植物體內最易移動的營養元素，在植物體內存在形態單一。植物的生長直接要求鉀的移動，而鉀在植物液泡中的積累是細胞迅速擴展所需要的滲透勢變化的必要條件。由于高濃度K＋與蛋白質結構的相容性，K＋在滲透調節、陰離子基團的電中和以及細胞膜極化的控制方面起著重要作用［2］。丙酮酸激酶催化活性需要K＋。在植物生長點細胞分裂過程中，包括合成酶、氧化酶和轉移酶三大類，約60多種酶，都需要K＋作為活化劑［3］。作為酶的激活劑，K＋對CO2同化、淀粉合成、蛋白質、脂類的合成有促進作用，尤其當植株中鉀供應充足時，效果更為明顯，此時ATP和NADP（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）的含量大大增加［4－6］。K＋還參與細胞延伸、氣孔運動、氣體交換、向性運動過程中的滲透調節和不同信號轉導過程，并且是韌皮部溶液運輸和陽離子維持的重要離子［7－8］。K＋能促進氨基酸的運輸，從而有利于蛋白質合成，并且K＋能穩定剛完成的蛋白質四維或三維結構。水分供給有限時，鉀作為細胞溶液的平衡離子，維持水分平衡，調節光合作用和氣孔的開閉［7－8］，高水平的鉀可促進葉綠體的合成和光能的更好利用［4－6］。鉀影響光合過程有兩條途徑，一是影響光合能力，主要是影響蛋白質的合成和發育。二是影響光合系統的活性［9］；完整的葉綠體由內外兩層膜組成的被膜包圍，一價陽離子橫過被膜在建立和維持被膜pH梯度中起了重要作用，外界K＋激活光合作用是高的間質pH和Mg2＋濃度所致［10］，K＋與蘋果酸結合成蘋果酸鹽而維持電中性，使保衛細胞滲透勢下降，吸水壓力勢增加，從而氣孔開放；相反保衛細胞CO2濃度增高，pH下降，合成蘋果酸和使K＋進入保衛細胞的條件喪失，四碳二羧酸可能發生脫羧作用，需從外界吸收H＋，于是K＋從保衛細胞滲出，保衛細胞內水勢上升，水分外移，氣孔關閉［11］。

2鉀肥與棉花早衰的關系

土壤速效鉀的高低與棉花早衰程度密切相關［12］。供鉀不足使棉花生育后期功能葉過氧化物酶活性和丙二醛含量增高，可溶性蛋白質、葉綠素含量和根系活力降低，光合速率下降，加速衰老，導致棉花前期的開花率提高和其生殖生長提早終止，早熟品種后期生殖生長過早停止。供鉀不足還可以導致葉片中碳水化合物積累量提高，而轉運出用于生殖器官發育并形成產量的碳水化合物必然減少，即導致棉花早衰。適量施鉀可顯著提高苗期棉花功能葉生理活性，延緩葉片衰老，促進棉苗生長［13］。因為，施鉀可以有效改善葉片氮、鉀營養水平，增加葉綠素含量，提高葉片CTK（細胞分裂素）含量［14］，增加IAA（吲哚乙酸）、ZR（玉米素核苷）、GA3（赤霉酸）含量，降低ABA（脫落酸）含量，提高IAA／ABA、ZR／ABA、GA3／ABA之比，利于延緩棉花苗期功能葉片的衰老，進而促進棉株的生長［14－16］。施鉀還可延長棉花生殖生長時間［17］，推遲棉花的初衰期，防止棉花的早衰［18］。施鉀量增加，早衰發生率明顯下降［19］。因為，施鉀可減少棉花葉片中活性氧數量，降低MDA（丙二醛）含量［20］，增加SOD（超氧化物歧化酶）活性，從而延緩葉片衰老［21－22］，利于棉鈴發育和延長秋桃發育時期［22］。施鉀棉苗長勢旺盛、葉色深綠、葉片加厚，棉花生育進程加快，葉片含鉀量在整個生長期間保持較高的水平，延遲棉花初衰期（出現15％枯葉）10～20d［23－25］。施鉀促進棉花營養器官，尤其是生殖器官的生長發育［26］，因為施鉀協調了養分供應，促進了棉株根系的生長發育，擴大了植株的吸收面積［27］，進而協調了棉花的營養生長和生殖生長的關系。

3鉀肥與棉花產量的關系

3．1鉀肥用量

施鉀可以提高棉花產量［28－29］。在氮、磷肥一定的條件下，鉀肥用量增加，皮棉產量增加，當增至一定程度后，又開始下降，符合拋物線模式［30］。施鉀可增加單株成鈴數、果枝數、果節數、鈴重和降低脫落率［14，22，27，31－36］。不同地力水平的土壤上施用鉀肥，增產效果不同：在土壤速效鉀含量低（100mg•kg－1以下）的棉田施鉀，最高增產30％以上；在土壤速效鉀含量高（150mg•kg－1）的棉田施鉀，仍有一定的增產效應［37］。在施50～150kg•hm－2（K2O）范圍內增加幅度較大，以后則變小［27］；在135～180kg•hm－2（K2O）范圍內，棉花的伏桃、秋桃比例增多［38］。施鉀對皮棉和子棉產量的影響不同，對前者的影響大于后者［39］。

3．2鉀肥種類、施用方式

棉花產量受到鉀肥施用方式的影響。顆粒鉀肥在土壤中的溶解較慢，減輕了損失，可以防止棉花早衰，提高產量，改善品質［12］。鉀肥種類的增產效果，硫酸鉀＞磷酸二氫鉀＞氯化鉀，但長期使用硫酸鉀易使土壤板結；磷酸二氫鉀價格太貴，投入高，不太經濟合理。氯化鉀價格便宜，但增產效果不如前二者，長期使用會使土壤不斷積累氯離子［40］。鉀肥基施、初花期追施各一半增產最顯著［41］，其能不同程度增加光合面積，提高葉片光合性能，最終增加產量、改善品質［42］。后期葉面噴施0．3％KH2PO4的處理單株成鈴數、鈴重、子棉產量、皮棉產量、衣分等較大，光合作用較強，更促進棉鈴正常生長發育及成熟［43］。鉀肥兩次施入更符合棉花的需鉀規律。因為棉花在花鈴期吸鉀量最大［44］，初花期追施鉀肥正好可滿足這一需要；生育中期追施可彌補隨降雨或灌水向地下淋溶或地表徑流造成的鉀損失。但也有研究表明，鉀肥全部底施，增產效果最好［45］，同等施鉀水平一次性施入比分期施入增產［23］。

4鉀肥與棉花纖維品質的關系

棉鈴是一個重要的鉀庫，在成鈴期對鉀的需求是最大的，其中鉀素含量隨纖維發育進程推進大幅度增加［42］，成熟纖維所含的礦質元素中鉀的含量最高［33］。鉀肥能改善棉花的纖維品質［46－47］，增加纖維的伸長度、整齊度、提高纖維的成熟度［48－50］，增加纖維強度和麥克隆值［26］，成為決定棉花品質的重要因素之一。棉纖維的發育過程分為起始、伸長、次生壁增厚和脫水成熟4個時期。不同時期不同的特點決定了棉纖維品質。纖維細胞在開花后10～20d伸長最快，到開花后25d伸長基本停止，這一時期對纖維長短有重要影響。此時纖維中鉀的含量比較高，說明施鉀有助于纖維的伸長，從而增加纖維的長度［27，31，34，51］。在纖維伸長停止之前，即進入了次生壁的增厚期，這一時期纖維素的沉積影響纖維強度。而施鉀可以增加棉纖維的次生壁厚度［52］，因而施鉀也可以提高纖維的強度［53］。合理施鉀使絨長增加0．3mm，比強度增加0．5cN•tex－1，均勻度下降0．1，麥克隆值下降0．1［26］。施鉀對棉纖維伸長率和麥克隆值影響最大，對纖維長度和比強度影響次之，對纖維的整齊度影響不大。缺鉀會造成纖維產量、品質的損失［54］。但也有報道，土壤施鉀能提高產量但對纖維長度、強度并沒影響；施鉀不影響纖維長度和麥克隆值，而對纖維強度有顯著影響［55］；也有研究認為，施鉀能提高整齊度和麥克隆值，但對纖維長度和強度無影響［47］。不同研究結論不盡相同，Usherwood［29］指出施鉀提高了纖維長度、強度和麥克隆值；Gormus等［56］研究表明，施鉀增加纖維長度和強度，降低整齊度和麥克隆值。纖維的長度、麥克隆值、纖維強度以及整齊度與纖維中鉀的濃度呈直線回歸關系，而與葉片中、土壤中鉀的濃度呈拋物線關系［57］。適宜施鉀可以改善品質的原因：（1）鉀改善了整株棉鈴的內源IAA和ZR系統。而IAA、ZR能促進細胞分裂和擴大，增加庫器官對同化物的吸引力，并能提高庫的蔗糖酶活性，促進同化產物的輸送和庫的發育［58］。（2）鉀供應不足時，棉株葉片及其它器官均已受缺鉀影響，棉鈴吸收的鉀主要供給鈴殼自身生長而并非運輸到棉子或纖維中去［36，59］，纖維中鉀素含量較低［33］。（3）合理的鉀肥施用改變了棉鈴內源激素系統，協調了棉株各部位、各器官的生理活性，促進了葉片和鈴殼的養分向纖維中運轉，使得纖維細胞得到進一步發育，促進了纖維品質性狀的改善［60－63］。

5展望

我國在鉀資源有限的條件下要實現鉀肥的持續高效利用，首先必須節約鉀資源，同時加強根系吸鉀機制、根系吸鉀效率、土壤環境、植物體內鉀運輸、轉運與合理分配、土壤鉀素吸附與釋放動力學、土壤鉀與其它植物營養的相互作用機制等方面的研究。育種學方面，要培育鉀高效利用的棉花品種；栽培學方面，要研究棉花各階段鉀吸收、轉運、分配積累特點，針對棉花種植制度，采取優化的種植方式，結合先進的信息技術，探討可行的高效施鉀技術［64］。