钾与棉花生育特性关系研究

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摘要：介绍了钾素对棉株的生理生化作用，阐述了钾肥对棉花病害、生育进程、产量及棉纤维品质的影响；同时对近年来钾肥施用量下降的现状，提出从育种、栽培等方面着手提高钾肥的利用效率。

关键词：棉花；钾素；生理生化作用；利用效率

中图分类号：Ｓ５６２．０６２文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）15－3038-04

Research on Relationship of Cotton Growth Characteristics and Potassium

ＺＨＯＵ Ｘｉａｏ－ｂｉｎ１，ＷＡＮＧ Ｄｅ－ｐｅｎｇ２，ＢＩＥ Ｓｈｕ３，ＷＡＮＧ Ｙｉｎｇ－ｙｉｎｇ１，ＸＩＡＯ Ｓｈｕ－ｓｈｕ１，ＤＵＡＮ Ｈｏｎｇ－ｂｏ１，

ＳＨＵ Ｂｉｎｇ１，ＺＨＯＵ Ｘｉｎ１

（１． Ｈｕｂｅｉ Ｊｉｎｇｃｈｕ Ｓｅｅｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ.， Ｊｉｎｇｚｈｏｕ ４３４０２０， Ｈｕｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ；

２． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｌａｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０， Ｃｈｉｎａ；

３． Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｃｒｏｐs Ｒｅｓｅａｒｃｈ， Ｈｕｂｅｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｗｕｈａｎ ４３００６４， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Tｈｅ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｏｌｅｓ ｏｆ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｉｎ ｃｏｔｔｏｎ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｏｎ ｄｉｓｅａｓｅｓ， ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｙｉｅｌｄ， ａｎｄ ｆｉｂｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｔｔｏｎ ｗｅｒｅ ｃｌａｒｉｆｉｅｄ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ， ｓｏｍｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ involving ｂｒｅｅｄｉｎｇ， ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｓｏ ｏｎ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｒｅ－ｕｓｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｏｔｔｏｎ； ｐｏｔａｓｓｉｕｍ； ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔ； ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

棉花施钾肥能增强生理活性，提高对氮肥的利用率，促进棉株根、茎、叶和生殖器官的生长，延长叶片功能期，防止早衰。尤其是在枯萎病严重的棉区，施钾后能增强抗病性和抗逆性，减轻其危害。由于钾素在棉株体内很活跃，可以与其他元素进行置换和取代，利于增强细胞液的浓度和膜的透性，从而促进植株对氮、磷的吸收和合成，提高棉花的耐寒能力和用水效率，对早播棉花和干旱地区植棉具有很好的防御效果。生产上由于人们重氮轻钾，棉田土壤得不到钾素营养的补充，加上年复一年地对土壤进行掠夺式经营，棉土中钾素资源逐年减少，使棉花体内营养物质的运输和传导受阻，导致产量逐年下降，已成为制约棉花高产的一个限制因子［１］。

实践证明，单施氮肥所产生的不良作用通过配施钾肥可以得到不同程度的改善。增施钾肥不一定能提高产量，但对改良品质却起到较好的作用。随着人民生活水平和农产品商品率的提高，对产品品质更为重视，特别是为了占领国际市场，对品质的要求更高，应发挥钾肥在这方面的作用［２］。

１钾肥与棉花生理活性的关系

１．１钾肥对棉株生理生化过程的影响

研究证明，棉株体内Ｋ＋参与了光合作用、淀粉合成、蛋白质合成、脂类合成、氧化代谢等许多代谢过程以及细胞延伸、气孔运动、气体交换、调向性过程中的渗透调节和不同信号转导过程，并且是韧皮部溶液运输和阳离子维持的重要离子。同时还有研究证明高水平的钾营养可促进叶绿体的合成和光能的更好利用［３］。李廷强等［４］认为钾影响光合过程有两种途径，一是影响光合能力，主要是影响蛋白质的合成和发育；二是影响光合系统的活性。近年来研究叶绿体与钾的关系比较多，完整的叶绿体由内外两层膜组成的被膜包围，研究表明，一价阳离子穿过被膜在建立和维持被膜ｐＨ值梯度中起了重要作用，外界Ｋ＋激活光合作用是高的间质ｐＨ值和Ｍｇ２＋浓度所致［５］。

１．２缺钾对棉花病害的影响

棉花是对钾肥较敏感的作物，而主栽抗虫棉品种相对于常规棉对钾素营养需要量更大，要求土壤速效钾１２０ ｍｇ／ｋｇ以上；如果土壤速效钾含量过低，则棉花红叶茎枯病在蕾期开始发生较多，结铃吐絮期发病最重，早衰田块较多［６］。棉花红叶茎枯病植株前期即使结了一部分大铃，到后期也会发生大量脱落，造成严重减产。棉花缺钾现象比较普遍，但一般要到后期才暴露得比较明显，而到那时补施钾肥为时已晚，因此应强调对历来缺钾的棉田增施有机肥。此外，还要按棉田氮、磷肥施用的情况，配施一定数量的钾肥，每公顷棉田的施钾量不少于２２５ ｋｇ，缺钾棉田可增加到３００～３７５ ｋｇ。氮、磷、钾肥的投入比例以１．０∶０．３∶０．８～０．９比较适宜。

另外，棉田耕作粗放，根系生长不良；偏施氮肥，棉花长势过旺，田间郁蔽，影响对钾的吸收；前期结铃早而多，致后期棉株过早衰败；长期干旱后，突降暴雨或长期阴雨，也易诱发红叶茎枯病，而直接或间接导致棉花缺钾是诱发该病的主要原因［７］。

２钾肥与棉花生育进程的关系

棉花是喜钾植物，土壤速效钾的高低与棉花产量、早衰程度密切相关，其相关系数ｒ＝０．９３４ ６［８］。Ｐｅｔｔｉｇｒｅｗ［９］指出，缺钾会增加棉花前期的开花率和提早终止其生殖生长，促使棉花早衰；还会导致叶片中碳水化合物积累增加，输出减少，从而使用于生殖器官发育并形成产量的碳水化合物减少，这是缺钾导致棉花早衰、产量降低、品质变劣的主要原因之一；相反，施钾则会延长棉花后期的生殖生长。

施钾可以推迟棉花的初衰期，防止棉花早衰。随着施钾量的增加，早衰发生率明显下降，不施钾时为３４％，施Ｋ２Ｏ ５０ ｋｇ／ｈｍ２时下降至２１％，施Ｋ２Ｏ １５０ ｋｇ／ｈｍ２时仅为９％［１０］。适量施Ｋ２Ｏ（１８０ ｋｇ／ｈｍ２）显著提高了苗期棉花功能叶片的生理活性，有利于延缓叶片的衰老，促进棉花苗期生长，但不同品种受钾的影响作用有一定差异［１１］。增施钾肥可减少活性氧的产生，降低丙二醛（ＭＤＡ）的含量，增加棉花叶片中超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）的活性，延缓植株的衰老进程［１，１２］。对棉株增施钾肥可以有效改善叶片氮、钾营养水平，增加叶绿素含量，提高叶片细胞分裂素（ＣＴＫ）含量，增加吲哚乙酸（ＩＡＡ）、玉米素核苷（ＺＲ）、赤霉素（ＧＡ３）的含量，降低脱落酸（ＡＢＡ）的含量，提高了ＩＡＡ／ＡＢＡ、ＺＲ／ＡＢＡ、ＧＡ３／ＡＢＡ之比，有利于延缓棉花苗期功能叶片的衰老，进而促进棉株的生长［１３］。施钾处理棉苗长势旺盛、叶色深绿、叶片加厚，叶片含钾量在整个生长期间保持较高的水平，可延迟棉花初衰期１０～２０ ｄ（初衰期以出现１５％枯叶为指标）［１４］，有利于棉铃发育和延长秋桃的发育期［１２］。施用钾肥对棉花的营养器官和生殖器官的生长发育均有促进作用，尤其对生殖器官的作用更大：其原因是由于施钾协调了养分供应，促进了棉株根系的生长发育，扩大了植株的吸收面积［１５］，进而协调了棉花的营养生长和生殖生长的关系。

３钾肥与棉花产量的关系

３．１钾肥用量对棉花产量的影响

每种作物都有其最佳的适宜钾肥用量，施多了，作物会奢侈吸收，一般虽不致危害，但不经济。棉花在氮、磷肥一定的条件下，随着钾肥用量的增加，皮棉产量逐渐增加，当增至一定程度后，又开始下降，呈抛物线模型［１６］。施钾可增加单株成铃数、果枝数、果节数、铃重和降低脱落率［２，１２，１３，１５，１７］，百铃重增加４０～６０ ｇ，平均每株棉铃数多１．６个。在不同地力水平的土壤上施用钾肥，其增产效果不同：在土壤速效钾含量低（１００ ｍｇ／ｋｇ以下）的棉田上施钾，最高增产３０％，在土壤速效钾含量高（１５０ ｍｇ／ｋｇ）的棉田上施钾，仍有一定的增产效应，在施Ｋ２Ｏ ５０～１５０ ｋｇ／ｈｍ２时的增加幅度较大［１５］。还有研究表明，在Ｋ２Ｏ用量为１３５～１８０ ｋｇ／ｈｍ２时，棉花的伏桃、秋桃比例增多［１８］。施钾对皮棉和子棉产量的影响也不同，对前者的影响大于后者，但其增产原因相同，主要是钾促进了光合产物向棉铃运输，优化了产量构成要素［１９］。

３．２钾肥施用方式对棉花产量的影响

３．２．１钾肥形态和种类对棉花产量的影响钾肥的形态和种类对棉花产量有一定影响。使用颗粒钾肥效果好，主要是颗粒钾肥改变了常规钾肥的物理性状，从而延缓了速效钾在土壤中的溶解速度，减轻了淋溶、流失的作用，起到增强棉花后劲、防止棉花早衰、多结秋桃、增加铃重、提高产量、改善品质的效果［８］。不同种类的钾肥增产效果显示，硫酸钾＞磷酸二氢钾＞氯化钾，主要是提高了铃数、铃重、衣分和皮棉产量；从经济效益来看，硫酸钾肥效均居于首位，但长期施用硫酸钾易使土壤板结，故需要与有机肥配合施用；磷酸二氢钾增产效果也较好且不含氯，但价格贵，投入高，作基肥用量较大，经济效益低，应主要用于忌氯作物，如烟草等；氯化钾价格便宜，但增产效果不如前两者，且长期施用氯化钾会使土壤不断积累氯离子［２０］。

３．２．２钾肥施入时期及比例对棉花产量的影响对于多数作物来说，钾肥作为基肥施用效果较好，而有些作物则需以基肥和追肥相结合的方式施用效果才较好。当植株出现明显缺钾症时，追施也有效果，但此时作物的产量和品质已受到明显地损害。对棉花而言，有研究表明，钾肥基施花铃期追施各一半增产最显著。抗虫杂交棉品种在棉苗移栽期和初花期分两次施入钾肥比移栽期一次性施入钾肥，能不同程度增加光合面积、提高叶片光合性能，最终增加产量、改善品质［２１］。也有研究表明，后期叶面喷施０．３％ ＫＨ２ＰＯ４的处理，单株成铃数、单铃重、子棉产量、皮棉产量、衣分等较大，光合作用较强，更能促进棉铃正常生长发育及成熟［２２］。钾肥分两次施入优于一次性施入的原因为：分次施钾更符合棉花的需钾规律，棉花在花铃期吸收钾的数量最大［７］，初花期追施钾肥正好可满足这一需要；棉花在生育前期施入的钾肥，在生长期间容易随降雨或灌水向地下淋溶或地表径流造成损失，生育中期追施可缓解后期缺钾。而朱振亚等［１４］、梁金香等［２３］研究表明，同等施钾水平，一次性作为底肥全施，比分期施入单位面积增产３．７６％～１２．８３％。因此应根据地域具体情况实施不同的施肥技术，特别是我国南方地区［２４］，由于土壤的黏土矿物对钾的吸附能力弱，加上雨水多，施入的钾肥易淋失，沙质土的保肥性能也很弱，故在这些土壤上，应强调分次施用，以减少钾的损失。另外，应根据植株生长状况判断是否进行叶面喷施。

４钾肥与棉花纤维品质的关系

一般情况下，钾肥能提高棉花的品质，增加纤维的伸长度、整齐度，提高纤维的成熟度，增加纤维强度和马克隆值，成为影响棉花品质的重要因素之一。棉纤维的发育过程分为起始、伸长、次生壁增厚和脱水成熟４个时期。每个时期均有不同的特点，其特点决定了棉纤维在各个生长发育时期形成不同的品质性状。在开花后1０～２０ ｄ的纤维细胞伸长最快，到开花后２５ ｄ伸长基本停止，这一时期是影响纤维长短的最重要时期，而研究发现此时纤维中钾的含量比较高，由此说明，施钾有助于纤维的伸长，从而增加纤维的长度［２，１５］。在纤维伸长停止之前，即进入了次生壁的增厚期，其增厚原因主要是纤维素（β－１，４－葡聚糖）在次生壁内表面的不断沉积。这一时期纤维素的沉积影响纤维强度的形成。而施钾可以增加棉纤维的次生壁厚度，因而施钾也可以提高纤维的强度［２５］。

纤维的品质性状除了纤维长度、纤维强度以外，还包括纤维伸长度、细度、整齐度、成熟度、马克隆值等。研究表明施钾对棉纤维伸长度和马克隆值的影响最大，对纤维长度和比强度的影响次之，但对纤维的整齐度影响不大。由于棉铃是一个重要的钾库，在结铃期棉株对钾的需求是最大的。钾素含量随纤维发育进程而大幅度增加［２１］，并且在成熟纤维所含的矿质元素中钾的含量最高。有研究表明，在施钾肥（Ｋ２Ｏ）量为１５０ ｋｇ／ｈｍ２条件下，使从种植到第一结铃的时间缩短了１．８％，绒长增加０．３ ｍｍ，强度增加０．５ ｇ／ｔｅｘ，均匀度下降０．１，马克隆值下降０．１［２６］。

缺钾会造成纤维产量品质的损失，但也有报道显示土壤施钾能提高产量但对纤维长度、强度并无影响。Ｍｉｎｔｏｎ等［２７］报道，钾不影响纤维长度和马克隆值，而对纤维强度有显著影响；Ｐｅｔｔｉｇｒｅｗ等［２８］认为，钾能提高整齐度和马克隆值，但对纤维长度和强度无影响；郭英等［２９］指出，钾提高了纤维长度、强度和马克隆值；Ｇｏｒｍｕｓ等［26］研究表明，施钾增加纤维长度和强度，减少整齐度和降低马克隆值；姜存仓等［６］的试验表明，施钾明显改善了棉纤维品质，增加纤维长度、整齐度、比强度和马克隆值，降低伸长度。

综合多年的有关钾与纤维品质的相关性研究表明：钾对纤维长度的促进效果并不稳定，尤其受棉花基因型的影响，此外还受土壤性质、气候环境及农艺措施的影响。棉纤维的品质性状指标不仅受钾素的影响，而且还和棉纤维中、叶片中、土壤中钾的浓度存在着密不可分的联系。纤维的长度、马克隆值、纤维强度以及整齐度与纤维中钾的浓度呈直线回归关系，而与叶片中、土壤中钾的浓度呈二次抛物线关系［３0］。

钾营养改善了整株棉铃的内源ＩＡＡ和ＺＲ系统，这有利于带动整株生理代谢活性改善。ＩＡＡ、ＺＲ能促进细胞分裂和扩大，能增加库器官对同化物的吸引力，并能提高库的蔗糖酶活性，促进同化产物的输送和库的发育［３1］。当在叶片中发现缺钾症状时，棉株其他部位均已受到缺钾的影响，这时棉铃成为重要的吸钾器官，但吸收的钾主要供给铃壳自身生长而不是运输到棉子或纤维中去，因而对纤维和棉子中钾素含量影响不大［１７］。

钾肥的合理应用，主要是调节棉株各部位、各器官的生理活性，改变了棉铃内源激素系统，促进了叶片和铃壳中养分向棉铃中运转，提高了养分利用率，使得纤维细胞得到进一步发育，达到了强源、扩库、畅流的功效，促进了纤维品质性状的改善。

５展望

土壤中的钾主要有３种形态，全钾（Ｋ２Ｏ）的含量一般在０．３％～２．５％，假如这些钾全部都是有效态的，则可供作物利用一二百年，但绝大部分（９８％以上）的土壤钾素存在于土壤矿物中，作物极难利用，称为矿物钾，这是第一种形态，也是土壤全钾含量的主体。第二种形态钾是缓效性钾，占全钾的２％左右，它可以逐步释放出来，是速效性钾的贮备。当评价土壤的长期供钾潜力时，应主要考虑这种形态钾的含量和转化速率。第三种形态钾是速效性钾，以交换性钾为主，也包括少量水溶性钾；它只占全钾量的０．１％～２．０％，当季植物的钾营养水平主要决定于土壤速效钾的含量，其含量除受耕作、施肥等影响外，还受土壤缓效性钾贮量和转化速率的控制［５］。

作物对钾的需要量常比氮、磷要多，其所吸收的钾素，不外来自土壤和施用的钾肥。２０世纪７０年代前，我国基本上没有化学钾肥供应，农田土壤钾素平衡主要依靠农家肥和土壤钾素的自然补给来维持。由于以往的复种指数和产量都不高，作物每年吸收的钾较少，因此得以维持钾素的平衡。随着农业的迅速发展，土壤中钾的支出在增多，出现了严重的不平衡现象。由于土壤钾素长期得不到补充，以致缺钾的矛盾日益暴露，南方几个省缺钾面积约占６０％左右。因此，应增施钾肥，补充土壤钾素的亏损，以建立起较高的钾素平衡，保持较高的土壤钾素肥力，为作物高产、稳产提供物质基础［４］。但是，我国钾肥资源仅占世界的０．３４％，需求量却占世界的１４．７％，我国钾肥对外依存度高达７０％以上［３2］。近年来受钾肥价格持续上涨影响，棉农选购低价肥料，改用低纯度钾肥，减少钾肥投入数量，实际养分投入下降，不能满足棉花正常生长需要，严重制约了棉花产量的提高和品质的改善。

随着棉花产量品质的提高和基因工程的发展，棉花钾营养的问题势必会更加尖锐复杂。中国在钾素资源有限的条件下要实现钾肥的持续高效利用，首先必须节约钾资源，且加大根系吸钾机制、根系吸钾效率、土壤环境、植物体内钾运输、转运与合理分配、土壤钾素吸附与释放动力学、土壤钾与其他植物营养的相互作用机制等方面的研究。育种学方面，要利用分子基因技术，筛选克隆钾高效基因，培育钾高效利用的棉花品种。栽培学方面，研究分析棉花各阶段的钾吸收、转运、分配积累特点，针对棉花种植制度采取相应的种植方式，结合先进的信息技术，提供可行的高效施钾技术，对包括钾素在内的各种养分进行精确施肥［２４］，使钾得到最优势分配，尽可能使有限的钾发挥最大作用。除此之外，还可以就地取材，增加钾肥来源；在有条件的地区，应大力提倡草木灰还田和秸秆还田。据调查，每公顷还田量１．２×１０４ ｋｇ，不仅能为土壤归还６０ ｋｇ的Ｋ２Ｏ，还能将土壤中的缓效钾转化为速效钾。

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