缺钾对不同品种冬小麦土壤钾素和品质的影响

2021-02-24刘晓伟张浩月李文瑄刘昊东赵思航杨学举王殿武

新疆农业科学 2021年2期

刘晓伟，张浩月，李文瑄，刘昊东，赵思航，杨学举，赵勇，王殿武

(1.河北农业大学资源与环境科学学院，河北保定 071000；2.河北农业大学农学院，河北保定 071000； 3.河北农业大学生命科学学院，河北保定 071000)

0 引言

【研究意义】钾素作为小麦所必需的大量矿质营养元素之一[1]，在小麦产量和品质等方面发挥着重要作用[2-4]。我国耕地土壤中缺钾现象严重，约占25%～33%，缺钾范围正在逐渐扩大[5]。据统计，河北省冬小麦/夏玉米轮作区土壤速效钾含量与第2次土壤普查相比呈下降趋势，降幅为6.43%[6]。我国钾盐资源储量少、钾肥利用率低[7,8]。土壤缺钾已成为影响作物产量和品质的重要因素。【前人研究进展】在冬小麦生长发育过程中，当钾素供应不足时，会出现小麦叶片发黄、茎秆强度下降、组织坏死等缺钾症状，导致产量降低和品质下降。目前玉米[9]、大豆[10]等作物缺钾研究已有报道，冬小麦仅限于不同施钾量[11]、施钾时期[12]等研究方面。【本研究切入点】土壤缺钾影响冬小麦产量、品质研究报道较少。针对我国钾肥资源紧张和土壤钾素含量亏缺问题，研究缺钾对不同品种冬小麦土壤钾素和品质的影响。【拟解决的关键问题】以河北省生产上适用的49份冬小麦品种或品系为材料，采用盆栽试验方法，分析缺钾对不同品种冬小麦土壤钾素及品质的影响，为研究冬小麦的耐低钾潜力提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试土壤为潮褐土(<0.01 mm物理性粘粒含量为44.35%)和河流故道风沙土混配的土壤(<0.01 mm物理性粘粒含量为24.13%)，有机质2.67 g/kg，全氮0.26 g/kg，全钾17.95 g/kg，缓效钾535.00 mg/kg，速效磷4.38 mg/kg，速效钾45.00 mg/kg。

供试作物为河北省生产上适用的49份冬小麦品种或品系。种植于河北农业大学旱棚。表1

表1 供试冬小麦品种或资源Table 1 The tested winter wheat varieties and resources

供试肥料为尿素(N 46.4%)、磷酸二铵(N 18.0%、P2O546.0%)、硫酸钾(K2O 53.0%)。

供试容器为塑料盆，直径20 cm，高21 cm，底部有孔。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

设缺钾处理(K1，45.00 mg/kg)和正常钾处理(K2，180.00 mg/kg)，每处理重复3次，随机区组排列。

每盆装土6 kg，各盆底施尿素0.63 g，磷酸二铵0.94 g，并于小麦返青期追施尿素0.63 g，正常钾处理每盆底施硫酸钾1.53 g，于2017年10月15日播种，三叶期定苗，每盆14株，2018年6月5日收获。试验期间进行严格的水分管理，且每次每盆浇水量相同，其它按田间常规管理进行。成熟期，测单株穗粒数及穗长；收获后，籽粒考种分析，且各盆用土钻取土，测定土壤钾素含量。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 土壤养分和物理性粘粒

土壤养分测定参考土壤农化分析[13]，有机质采用重铬酸钾外加热法，全氮采用凯氏定氮法测定，全钾采用NaOH熔融，火焰光度法测定；缓效钾采用1 mol/L热HNO3浸提，火焰光度法测定；速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3法测定；速效钾采用NH4OAC浸提，火焰光度法测定，简易比重计法测定物理性粘粒含量。

1.2.2.2 产量及要素

采用万深SC-G型自动考种分析及千粒重系统测定籽粒数，称重法测定籽粒产量、千粒重。

1.2.2.3 品质指标

籽粒蛋白质含量、淀粉含量、湿面筋含量、吸水率、沉降值、拉伸面积、延展性采用近红外谷物分析仪(Perten DA7200)测定。

1.3 数据处理

采用Excel 2010与SPSS 22.0进行数据统计与计算，采用SAS进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 土壤缺钾对冬小麦土壤钾素含量的影响

研究表明，土壤缺钾处理下，不同品种冬小麦土壤缓效钾、速效钾含量的变化范围分别为401.34～530.41 mg/kg、28.17～49.13 mg/kg，均值分别为471.96、35.91 mg/kg，变异系数分别为6.43%、11.20%；土壤缓效钾、速效钾含量分别低于正常钾处理的6.57%～39.06%、5.21%～53.10%。其中缺钾处理下，土壤速效钾降幅较大。表2

表2 缺钾下不同品种冬小麦土壤缓效钾、速效钾变化Table 2 Effects of potassium deficiency on soil slow-acting potassium and available potassium in different winter wheat cultivars

2.2 土壤缺钾对冬小麦产量及产量要素的影响

研究表明，土壤缺钾处理下，不同品种冬小麦籽粒产量、千粒重、穗粒数、穗长的变化范围分别为4.43～7.40 g、21.76～44.85 g、6.67～13.33粒、4.17～6.50 cm，均值分别为5.85 g、34.00 g、11.09粒、5.22 cm，变异系数分别为13.13%、14.49%、14.10%和11.21%；籽粒产量、千粒重、穗粒数、穗长分别低于正常钾处理的4.24%～44.48%、1.49%～41.04%、0～49.98%和0～36.87%。表3

表3 缺钾下不同冬小麦品种产量及产量要素变化Table 3 Effects of potassium deficiency on yield and yield factors of different winter wheat varieties

续表3 缺钾下不同冬小麦品种产量及产量要素变化Table 3 Effects of potassium deficiency on yield and yield factors of different winter wheat varieties

2.3 土壤缺钾对冬小麦品质的影响

2.3.1 土壤缺钾对不同品种冬小麦营养品质的影响

研究表明，土壤缺钾处理下，不同品种冬小麦籽粒蛋白质含量、淀粉含量的变化范围分别为15.31%～22.26%、60.41%～69.87%，均值分别为19.02%、65.87%，变异系数分别为7.84%、3.08%；籽粒蛋白质含量、低于正常钾处理的0.07%～19.25%，淀粉含量却高于正常钾处理的0.03%～13.67%。表4

2.3.2 土壤缺钾对不同品种冬小麦加工品质的影响

研究表明，土壤缺钾处理下，不同品种冬小麦籽粒湿面筋含量、沉降值、吸水性、拉伸面积、延展性的变化范围分别为32.60%～47.10%、39.93～72.56 mL、51.87%～64.47%、127.00%～286.00%、172.67%～245.67%，均值分别为40.57%、54.60 mL、59.16%、181.31%、211.06%，变异系数分别为8.00%、11.25%、4.46%、15.49%、7.84%；籽粒湿面筋含量、沉降值、吸水性、拉伸面积、延展性分别低于正常钾处理的0.39%～19.74%、1.40%～28.90%、0.17%～5.79%、0.19%～43.47%、0.72%～19.63%。土壤缺钾主要影响了拉伸面积、沉降值、湿面筋和蛋白质含量。表4

3 讨论

在小麦营养元素吸收利用中，对钾素的研究已有了诸多报道，张辉等[14]研究认为，低钾和中钾点在施钾量大于45 kg/hm2时，土壤中的钾素含量基本能够保持平衡，且在高钾和中钾作物上，虽然施用了钾肥，但土壤速效钾含量与播前相比变化趋势也不明显；张辉[15]通过对河南省偃师市3种不同供钾水平土壤上不同施钾水平及施钾技术对冬小麦/夏玉米轮作产量、干物质及养分累积分配、转运影响的研究结果表明，3个试验点的3种不同供钾水平土壤上小麦钾吸收量2年均以开花期最高。研究表明，土壤缺钾种植条件下冬小麦，缺钾处理的土壤缓效钾、速效钾含量均呈不同程度降低；正常钾处理的土壤缓效钾与播前相比有所升高，推测是在钾素耗竭的土壤上施入的钾肥会被大量固定，首先满足土壤矿物层间的“空穴”，并向缓效钾方向转化[15-17]。

施用钾肥能够提高作物产量水平已有了诸多报道，但因为土壤肥力条件、耕作制度差异以及供试品种基因型的差异，结果不尽相同。Haeder和Beringer报道，施用钾肥对小麦产量的有利影响主要是增加了千粒重，其次是增加了单位面积的穗数及穗粒数[18]；张翔等[19]研究表明，在河南省砂姜黑土区和潮土区土壤速效钾含量中等地块玉米、小麦周年轮作制下，施钾能明显提高玉米、小麦产量；采用盆栽试验的方法对不同钾素水平下小麦产量和品质进行了研究，结果表明，施用钾肥能够显著提高强筋小麦的产量，钾肥的施用量与小麦产量呈极显著正相关[20]；张保民等[21]通过基施不同用量的钾肥研究发现，施钾处理较对照增产6.96%～62.59%。研究表明，缺钾处理的籽粒产量、千粒重等均呈不同程度下降，推测是由于土壤缺钾处理，影响了冬小麦钾素吸收及转化，从而造成冬小麦产量及产量要素呈不同程度下降。

小麦品质的优劣除了受它本身遗传特性影响外，环境因素尤其对施肥影响很大。党根友等[22]研究表明，钾肥对春小麦籽粒蛋白质含量、沉降值、面筋含量均有影响，其中对沉降值的影响达到了极显著水平；Mengel等[23]指出，钾可促进氨基酸向籽粒转运的速度，也增大了氨基酸转化为籽粒蛋白质的速度，从而使小麦籽粒蛋白质含量提高。研究表明，土壤缺钾处理冬小麦籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值、吸水性、拉伸面积、延展性均低于正常钾处理；有关研究表明，氮和蛋白质间存在正相关关系[24]，不同离子间有拮抗作用，也有互补作用，一价离子间互相抑制吸收，如钾离子和铵离子，研究结果表明，缺钾处理淀粉含量升高了3.95%，其原因是因为缺钾处理影响了氮素的吸收，籽粒蛋白质含量下降，因此，淀粉含量有所升高。