棉花钾营养特质探索进展范文

棉花关系到国计民生，是我国重要的经济作物，是纺织工业的主要原料，对纺织工业乃至整个国民经济发展都具有举足轻重的作用。棉花是钾敏感作物，钾会明显改善棉花的纤维品质，土壤钾（特别是速效钾）的可利用水平与棉花的生长发育休戚相关。但是，我国钾肥资源未能很好地开发利用，部分地理、环境等条件的限制使钾肥产量远远不能满足我国农业的需求，钾肥每年进口量约占总量的2／3［1］，对外依存度很高。

1钾的生理功能

钾是植物体内最易移动的营养元素，在植物体内存在形态单一。植物的生长直接要求钾的移动，而钾在植物液泡中的积累是细胞迅速扩展所需要的渗透势变化的必要条件。由于高浓度K＋与蛋白质结构的相容性，K＋在渗透调节、阴离子基团的电中和以及细胞膜极化的控制方面起着重要作用［2］。丙酮酸激酶催化活性需要K＋。在植物生长点细胞分裂过程中，包括合成酶、氧化酶和转移酶三大类，约60多种酶，都需要K＋作为活化剂［3］。作为酶的激活剂，K＋对CO2同化、淀粉合成、蛋白质、脂类的合成有促进作用，尤其当植株中钾供应充足时，效果更为明显，此时ATP和NADP（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）的含量大大增加［4－6］。K＋还参与细胞延伸、气孔运动、气体交换、向性运动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［7－8］。K＋能促进氨基酸的运输，从而有利于蛋白质合成，并且K＋能稳定刚完成的蛋白质四维或三维结构。水分供给有限时，钾作为细胞溶液的平衡离子，维持水分平衡，调节光合作用和气孔的开闭［7－8］，高水平的钾可促进叶绿体的合成和光能的更好利用［4－6］。钾影响光合过程有两条途径，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［9］；完整的叶绿体由内外两层膜组成的被膜包围，一价阳离子横过被膜在建立和维持被膜pH梯度中起了重要作用，外界K＋激活光合作用是高的间质pH和Mg2＋浓度所致［10］，K＋与苹果酸结合成苹果酸盐而维持电中性，使保卫细胞渗透势下降，吸水压力势增加，从而气孔开放；相反保卫细胞CO2浓度增高，pH下降，合成苹果酸和使K＋进入保卫细胞的条件丧失，四碳二羧酸可能发生脱羧作用，需从外界吸收H＋，于是K＋从保卫细胞渗出，保卫细胞内水势上升，水分外移，气孔关闭［11］。

2钾肥与棉花早衰的关系

土壤速效钾的高低与棉花早衰程度密切相关［12］。供钾不足使棉花生育后期功能叶过氧化物酶活性和丙二醛含量增高，可溶性蛋白质、叶绿素含量和根系活力降低，光合速率下降，加速衰老，导致棉花前期的开花率提高和其生殖生长提早终止，早熟品种后期生殖生长过早停止。供钾不足还可以导致叶片中碳水化合物积累量提高，而转运出用于生殖器官发育并形成产量的碳水化合物必然减少，即导致棉花早衰。适量施钾可显著提高苗期棉花功能叶生理活性，延缓叶片衰老，促进棉苗生长［13］。因为，施钾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CTK（细胞分裂素）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（脱落酸）含量，提高IAA／ABA、ZR／ABA、GA3／ABA之比，利于延缓棉花苗期功能叶片的衰老，进而促进棉株的生长［14－16］。施钾还可延长棉花生殖生长时间［17］，推迟棉花的初衰期，防止棉花的早衰［18］。施钾量增加，早衰发生率明显下降［19］。因为，施钾可减少棉花叶片中活性氧数量，降低MDA（丙二醛）含量［20］，增加SOD（超氧化物歧化酶）活性，从而延缓叶片衰老［21－22］，利于棉铃发育和延长秋桃发育时期［22］。施钾棉苗长势旺盛、叶色深绿、叶片加厚，棉花生育进程加快，叶片含钾量在整个生长期间保持较高的水平，延迟棉花初衰期（出现15％枯叶）10～20d［23－25］。施钾促进棉花营养器官，尤其是生殖器官的生长发育［26］，因为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［27］，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

施钾可以提高棉花产量［28－29］。在氮、磷肥一定的条件下，钾肥用量增加，皮棉产量增加，当增至一定程度后，又开始下降，符合抛物线模式［30］。施钾可增加单株成铃数、果枝数、果节数、铃重和降低脱落率［14，22，27，31－36］。不同地力水平的土壤上施用钾肥，增产效果不同：在土壤速效钾含量低（100mg•kg－1以下）的棉田施钾，最高增产30％以上；在土壤速效钾含量高（150mg•kg－1）的棉田施钾，仍有一定的增产效应［37］。在施50～150kg•hm－2（K2O）范围内增加幅度较大，以后则变小［27］；在135～180kg•hm－2（K2O）范围内，棉花的伏桃、秋桃比例增多［38］。施钾对皮棉和子棉产量的影响不同，对前者的影响大于后者［39］。

3．2钾肥种类、施用方式

棉花产量受到钾肥施用方式的影响。颗粒钾肥在土壤中的溶解较慢，减轻了损失，可以防止棉花早衰，提高产量，改善品质［12］。钾肥种类的增产效果，硫酸钾＞磷酸二氢钾＞氯化钾，但长期使用硫酸钾易使土壤板结；磷酸二氢钾价格太贵，投入高，不太经济合理。氯化钾价格便宜，但增产效果不如前二者，长期使用会使土壤不断积累氯离子［40］。钾肥基施、初花期追施各一半增产最显著［41］，其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［42］。后期叶面喷施0．3％KH2PO4的处理单株成铃数、铃重、子棉产量、皮棉产量、衣分等较大，光合作用较强，更促进棉铃正常生长发育及成熟［43］。钾肥两次施入更符合棉花的需钾规律。因为棉花在花铃期吸钾量最大［44］，初花期追施钾肥正好可满足这一需要；生育中期追施可弥补随降雨或灌水向地下淋溶或地表径流造成的钾损失。但也有研究表明，钾肥全部底施，增产效果最好［45］，同等施钾水平一次性施入比分期施入增产［23］。

4钾肥与棉花纤维品质的关系

棉铃是一个重要的钾库，在成铃期对钾的需求是最大的，其中钾素含量随纤维发育进程推进大幅度增加［42］，成熟纤维所含的矿质元素中钾的含量最高［33］。钾肥能改善棉花的纤维品质［46－47］，增加纤维的伸长度、整齐度、提高纤维的成熟度［48－50］，增加纤维强度和麦克隆值［26］，成为决定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。不同时期不同的特点决定了棉纤维品质。纤维细胞在开花后10～20d伸长最快，到开花后25d伸长基本停止，这一时期对纤维长短有重要影响。此时纤维中钾的含量比较高，说明施钾有助于纤维的伸长，从而增加纤维的长度［27，31，34，51］。在纤维伸长停止之前，即进入了次生壁的增厚期，这一时期纤维素的沉积影响纤维强度。而施钾可以增加棉纤维的次生壁厚度［52］，因而施钾也可以提高纤维的强度［53］。合理施钾使绒长增加0．3mm，比强度增加0．5cN•tex－1，均匀度下降0．1，麦克隆值下降0．1［26］。施钾对棉纤维伸长率和麦克隆值影响最大，对纤维长度和比强度影响次之，对纤维的整齐度影响不大。缺钾会造成纤维产量、品质的损失［54］。但也有报道，土壤施钾能提高产量但对纤维长度、强度并没影响；施钾不影响纤维长度和麦克隆值，而对纤维强度有显著影响［55］；也有研究认为，施钾能提高整齐度和麦克隆值，但对纤维长度和强度无影响［47］。不同研究结论不尽相同，Usherwood［29］指出施钾提高了纤维长度、强度和麦克隆值；Gormus等［56］研究表明，施钾增加纤维长度和强度，降低整齐度和麦克隆值。纤维的长度、麦克隆值、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、土壤中钾的浓度呈抛物线关系［57］。适宜施钾可以改善品质的原因：（1）钾改善了整株棉铃的内源IAA和ZR系统。而IAA、ZR能促进细胞分裂和扩大，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［58］。（2）钾供应不足时，棉株叶片及其它器官均已受缺钾影响，棉铃吸收的钾主要供给铃壳自身生长而并非运输到棉子或纤维中去［36，59］，纤维中钾素含量较低［33］。（3）合理的钾肥施用改变了棉铃内源激素系统，协调了棉株各部位、各器官的生理活性，促进了叶片和铃壳的养分向纤维中运转，使得纤维细胞得到进一步发育，促进了纤维品质性状的改善［60－63］。

5展望

我国在钾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，同时加强根系吸钾机制、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、土壤钾与其它植物营养的相互作用机制等方面的研究。育种学方面，要培育钾高效利用的棉花品种；栽培学方面，要研究棉花各阶段钾吸收、转运、分配积累特点，针对棉花种植制度，采取优化的种植方式，结合先进的信息技术，探讨可行的高效施钾技术［64］。