钙信号抑制剂加剧低钾胁迫对烟草幼苗光合特性及钾吸收的影响

  【目的】  研究低钾胁迫抑制钙信号传导对植株幼苗叶片光合特性及钾吸收的影响,为缓解作物的低钾胁迫提供理论依据。  【方法】  以烟草品种K326为试验材料进行了室内水培试验。烟草幼苗先在营养液正常钾(K+ 5 mmol/L)和缺钾(K+ 0.15 mmol/L)营养液中生长8 天,然后在营养液中分别施加钙通道有机阻断剂Vp、钙通道无机阻断剂LaCl₃和钙离子螯合剂(EGTA)钙信号抑制剂,继续生长4天后取样,测定植株干鲜重、电导率、活性氧含量、叶片抗氧化酶活性、叶片光合特性等指标和植株地上、地下部钾素浓度及钾离子吸收相关基因表达量。  【结果】  1)不添加钙通道抑制剂或螯合剂条件下,低钾胁迫的烟株地上部和根系干重较常钾水平显著降低了59.29%、39.82%,鲜重显著降低了51.58%、48.19%,除水汽压饱和亏外的其余5项光合特性指标显著降低,植株地上部和根系钾含量分别显著降低了39.31%和77.05%,而叶中可溶性蛋白、相对电导率、过氧化氢含量则显著增加,NKT2、NtKC1、NtHAK1、NtHAK5基因的相对表达量分别增加了2.09、3.32、3.23、12.34 倍。2)常钾水平下,3个钙抑制剂处理未明显影响地上部和根系干鲜重,而低钾水平下,钙抑制处理的地上部鲜重和干重显著高于无钙抑制剂对照。两个钾水平下,与各自对照相比,3个钙抑制剂处理的叶片相对电导率、活性氧积累量均显著增加,抗氧化酶SOD和POD活性、叶绿素含量显著减少,光合特性指标(除水汽压饱和亏外)明显降低。3)两个钾水平下,3个钙信号抑制剂处理的烟株地上部和根系钾含量均显著低于其对照,低钾胁迫下平均降低幅度分别达到25.54%和53.36%。低钾胁迫下,钾离子通道基因NKT2、NtKC1和转运蛋白基因NtHAK1、NtHAK5在根系中的相对表达量分别平均降低了60.60%、50.62%、38.61%、69.79%,钙通道相关基因NtCNGC1和NtCNGC11在根中的相对表达量分别平均降低了95.36%和87.04%。  【结论】  低钾胁迫明显影响烟株幼苗生长、光合作用及对钾素的吸收和积累。低钾水平下,外施钙通道抑制剂或螯合剂可进一步降低烟草叶片抗氧化酶活性,减弱烟株叶片光合作用,并抑制根中钾吸收相关基因的表达和烟株对钾素的吸收。     

小麦耐低钾性状的全基因组关联分析

  【目的】  筛选与小麦耐低钾性状相关的标记，为揭示小麦耐低钾性状的遗传机理奠定基础。  【方法】  本研究以198份中国黄淮南片麦区的小麦品种 (系) 作为供试群体。小麦种子发芽后，幼苗在正常钾营养液中生长4天，然后在低钾 (0.01 mmol/L) 和正常钾 (2 mmol/L) 营养液中生长25天。调查生物量，分析地上部和根部钾含量，计算小麦7个性状的相对值，利用小麦35K SNP芯片结合Q + K混合线性模型 (mixed linear model，MLM) 对7个耐低钾性状进行全基因组关联 (genome-wide association study，GWAS) 分析，筛选位于显著关联位点上的候选基因并进行功能注释，对显著关联位点进行等位变异分析，发掘优异等位变异。  【结果】  低钾胁迫条件下，地上部、根部、全株钾累积量和钾累积量根冠比显著降低，地上部、根部、全株钾利用指数显著升高。群体结构分析和PCA分析均将供试群体分为2个亚群。通过GWAS分析，共检测到75个显著关联单核苷酸多态性 (single nucleotide polymorphism，SNP) 标记 (P < 0.001)，分布在除1A、3B、3D、4D和6A染色体外的16条染色体上。通过候选基因搜寻及注释，共筛选出13个可能与小麦耐低钾胁迫相关的候选基因。等位变异分析共挖掘了 14 个优异等位变异，其中 6 个优异等位变异在供试群体中出现的频率较大。  【结论】  7个耐低钾性状均具有明显的数量性状特征，变异系数范围为20.66%～30.44%。40%的SNP标记分布在2B、5B和6B染色体上，21个SNP位点与多个耐低钾性状显著关联，单个SNP标记解释的表型贡献率的变异范围为5.78%～11.22%。TraesCS4A02G335400、TraesCS2B02G306000、TraesCS5B02G260000可能参与物质转运过程，TraesCS1D02G350600和TraesCSU02G105300可能参与逆境胁迫响应等生理过程，TraesCS2A02G000200可能参与逆境胁迫下的信号转导过程。     

适量稳定供钾促进苹果矮化砧M9T337幼苗生长和氮素吸收利用

  【目的】  钾在氮代谢中发挥重要作用，通过同位素示踪技术，研究供钾水平和稳定性对苹果矮化砧M9T337幼苗生长及氮素吸收利用的影响，以深化理解钾素水平对苹果氮素吸收利用的影响机制，为苹果生产上科学施钾提供理论依据。  【方法】  以苹果矮化砧M9T337幼苗为试验材料进行砂培试验，总处理周期为60天。以Hoagland营养液为基础，设置5个供钾处理，分别为持续低钾 (K 0.5 mmol/L，K1)、1～30天低钾 (0.5 mmol/L) 和31～60天高钾 (12 mmol/L，K2)、适量稳定供钾 (6 mmol/L，K3)、1～30天高钾 (12 mmol/L) 和31～60天低钾 (0.5 mmol/L，K4)、持续高钾 (12 mmol/L，K5)。每3天更换一次营养液，每次在营养液中加入0.01 g Ca(15NO₃)₂，共加入0.2 g。于处理后第31天和第60天取样，测定幼苗生长、根系性状以及氮素吸收利用分配状况。  【结果】  供试苹果砧木幼苗处理第60天，以适量稳定供钾处理K3的生物量最大，根系总长、总表面积最大，根系活力也显著高于其他处理。31～60天，K2处理地上部干重增幅最大 (174.8%)，K4处理根系干重增幅最大 (176.3%)，幼苗总生物量、根系长度、根系总表面积增量最大的处理为K3 (依次为12.99 g/株、1059 cm/株和1113 cm2/株)。第31天和第60天两次测定结果显示，幼苗根部NO₃–吸收速率均以K3处理最大，分别为29.63和36.19 pmol/(cm2·s)；K1、K4处理幼苗根部NO₃–离子流在第31天时为内流，在第60天时变为外排。整个处理期内，硝酸还原酶 (NR) 活性均以K3处理最高；处理41～60天，K2处理幼苗NR活性显著升高，而K4处理则显著降低。15N示踪结果表明，K3处理下苹果砧木幼苗对氮素的吸收能力最强，植株总吸氮量、15N利用率和叶片15N分配率均显著高于其他处理；处理第60天15N吸收量表现为K3>K5>K2>K4>K1。  【结论】  持续的低钾、高钾以及变换性的高低钾处理会抑制苹果幼苗根系生长以及氮素向地上部运移，不利于氮素的吸收利用。而持续适宜稳定地供钾可以提高根系活力和硝酸还原酶活性，保持根系较高的NO₃–吸收速率，同时促进氮素由根系向叶片的运移，实现对氮素的高效吸收利用，从而促进苹果砧木幼苗的生长。     

杉木紫色酸性磷酸酶基因ClPAP18b的克隆及表达分析

  【目的】  以速生丰产型杉木无性系洋023、洋036、洋6421和拟南芥为材料,研究杉木中紫色酸性磷酸酶 (PAPs) 的功能作用,以筛选具有磷素高效利用特性的杉木无性系。  【方法】  采用PCR技术克隆PAP18b基因,分析其序列特征和同源性,并对杉木无性系洋023、洋036、洋6421进行正常供磷 (1.0 mmol/L KH₂PO₄) 和低磷胁迫 (0.1 mmol/L KH₂PO₄,0.9 mmol/L KCl) 砂培盆栽处理0、10、15、30和60天,测定酸性磷酸酶活性及全磷含量,定量分析根和叶中ClPAP18b基因表达量、磷含量及酸性磷酸酶活性的关系,并将ClPAP18b基因过表达至拟南芥,进行该基因的功能验证。  【结果】  成功克隆获得杉木PAP18b基因CDS序列 (1 212 bp),命名为ClPAP18b,该基因编码404个氨基酸,亚细胞定位于胞间区,这表明ClPAP18b基因可能发挥调控酸性磷酸酶分泌至胞外的功能。酸性磷酸酶活性测定结果表明,30天磷处理后,正常供磷和低磷处理下,杉木洋036和洋6421无性系根中的酸性磷酸酶活性均高于叶,而根中酸性磷酸酶活性低磷处理下高于正常供磷处理;洋023的根和叶中酸性磷酸酶活性在低磷胁迫诱导下多高于正常供磷条件下根和叶中酸性磷酸酶活性。磷含量分析结果表明,杉木洋023、洋036和洋6421无性系的地上部磷含量高于地下部,不同水平供磷处理后,不同杉木无性系或同一杉木不同组织磷含量存在差异。RT-qPCR 结果显示,低磷胁迫诱导杉木ClPAP18b基因表达。低磷条件下,ClPAP18b过表达拟南芥植株长势优于对照组,且过表达植株中的酸性磷酸酶活性叶高于对照组,但花青素积累量低于对照组。此外,相比于正常供磷处理植株,过表达ClPAP18b拟南芥中PHT1; 2、PHT1; 8和AtPAP26等与磷胁迫相关的基因表达量显著高于对照组,而AtPAP12和AtPAP17基因表达量明显降低。  【结论】  低磷胁迫诱导杉木ClPAP18b基因表达和酸性磷酸酶活性增强,但不同杉木无性系对磷缺乏的适应性存在明显差异,过表达ClPAP18b基因可促进拟南芥植株耐低磷胁迫,ClPAP18b基因可能在杉木低磷胁迫调节机制中发挥调控作用,可作为改良杉木耐低磷的重要候选基因。     

低钾胁迫下外源生长素对烟草根系生长及钾吸收的影响

【目的】探明生长素参与低钾胁迫下植株根系的生长发育及吸钾机制,同时为提高植物体内钾素水平提供理论依据。【方法】采用室内水培法,以模式植物烟草为试验材料,通过设置2个钾浓度(5、0.15 mmol/L)和5个外源生长素(3–吲哚乙酸)浓度(0、5、10、20、40μmol/L),对植物根系生理特征、内源生长素浓度、钾素累积及钾吸收动力学和相关钾离子通道基因转录表达进行比较研究。【结果】1)与正常钾水平相比,在低钾胁迫条件下,植株地上部干重显著降低15.6%;根系扫描8项指标中,除根平均直径外,其余7项指标值均显著降低;ATPase活性显著降低43.3%;主根尖、侧根尖及叶片内源生长素浓度显著升高;钾吸收动力学参数Vmax、Km值分别显著降低了89.2%、99.6%;植株根系、叶片钾浓度分别显著降低了93.0%、62.2%;根系中内流型钾离子通道基因Ntkc1的表达量显著降低56%。2)添加外源生长素后,正常供钾植株的根系干物质重、根系活力、主根尖及侧根尖内源生长素浓度有增加的趋势,Vmax值和内流型钾离子通道基因NKT2、NtKC1的表达量明显增加;低钾条件下,植株表现出和正常供钾相似的规律,除此之外,低钾植株的根系生长得到明显改善,ATPase活性和地上地下部钾素浓度明显增加,外流型钾离子通道基因Ntork1的表达量明显降低。3)当添加生长素浓度为10μmol/L时,与未添加生长素相比,正常供钾植株的地上地下部干重显著增加了6.05%、8.54%;根体积及根系交叠数显著增加16.5%、23.2%;根系活力显著增加了298%;Vmax值显著增加了118%;低钾植株地上地下部干重与不添加相比显著提高了5.61%、28.6%;根系活力达到113μg/(g·h), FW,为无添加生长素时的3.3倍;根系ATPase活性相对增加了87.5%;根系钾浓度显著增加250%;钾离子通道基因NKT2在根系中表达量显著增加了7.04倍,Ntork1在根系及叶片中表达量显著降低了49.5%、72.5%。【结论】低钾胁迫影响烟草根系生长及植株对钾素的吸收累积,添加适当浓度外源生长素可改善植株根系生长发育状况,增加内流型钾离子通道基因NKT2、NtKC1的表达量,降低外流型钾离子通道基因Ntork1的表达量,且提高植株钾吸收动力学参数Vmax值、降低Km值,从而提高了植株对钾离子的吸收能力与亲和力,进而增加植株钾素浓度。     

小麦根际解钾微生物与土壤钾含量、钾素利用率及根系活力的关系

  【目的】  探讨肥料施用方式和施钾量对土壤不同形态钾含量及小麦根系活力的影响,以期为提高土壤钾素利用效率提供技术支持。  【方法】  2018—2020年连续两年,采用裂裂区设计,主区为肥料 (A):设20%有机肥 (鸡粪)+80%氮肥 (A1),100%氮肥 (A2) 2个水平;副区为施钾量 (B):设不施钾 (B1)、减量施钾80 kg/hm2 (B2)、常规施钾120 kg/hm2 (B3)、增施钾肥160 kg/hm2 (B4) 4个水平;副副区为小麦品种 (C):西农979 (C1)、豫农202 (C2)。分别在冬前、返青、拔节、开花、灌浆、成熟时,调查分析根际解钾微生物数量、土壤不同形态钾含量、小麦根系活力、钾素利用效率。  【结果】  联合方差分析结果表明,有机肥、施钾量、品种及年份对根际解钾微生物数量、土壤速效钾含量、小麦根系活力、钾素利用效率和产量的影响均达5%或1%显著水平。在小麦全生育期内,与单施化肥相比,有机肥和化肥配施条件下根际解钾微生物数量、速效钾含量、根系活力显著提高,缓效钾和矿物钾含量降低;随施钾量提高,根际解钾微生物数量、速效钾含量、根系活力、钾素利用效率提高,而施钾量过大时则有所降低;有机肥和常规施钾量配施处理的根际解钾微生物数量、速效钾含量、根系活力较其他处理显著提高,而缓效钾和矿物钾含量降低幅度最大。有机肥和钾肥配施较单施化肥处理的钾素利用效率提高2.24%,与不施钾相比,在两年中常规施钾植株钾素利用效率提高幅度最高可达75.15%,且有机肥和常规施钾配施处理下钾素利用效率提高幅度最大达4.66%。相关分析结果表明,不同生育时期根际解钾微生物数量与小麦根系活力、土壤速效钾、缓效钾或矿物钾含量呈显著或极显著正相关。  【结论】  有机肥和化肥配施可增加土壤根际解钾微生物数量,提高土壤速效钾含量而降低缓效钾和矿物钾含量。钾肥减施条件下,采用有机无机肥配施模式有利于提高土壤钾素利用率,增强小麦根系活力,本研究条件下,黄淮平原典型麦田的施钾策略是有机无机肥配施,K₂O施用量以120 kg/hm2为宜。     

水稻OsAKT2的钾吸收功能及其在地上部分K+回流中的潜在作用

  【目的】  研究水稻钾通道OsAKT2的基本功能和调控特征,揭示其在地上部K+回流中的潜在作用。  【方法】  通过构建系统进化树和关键氨基酸区域序列比对,对不同物种来源的Shaker类钾离子通道基因进行了同源性分析;利用蛙卵电生理技术,研究水稻OsAKT2的膜电位敏感性及其对钾离子的吸收特征、离子选择性和对钾通道抑制剂的响应变化;并利用实时荧光定量PCR技术,探究了水稻OsAKT2的表达与钾浓度、铵转运及胁迫处理间的相互关系。  【结果】  OsAKT2与AtAKT2等典型通道高度同源(56%),属于AKT2类弱电压依赖—双向整流型钾离子通道。OsAKT2所介导的K+转运过程,与典型该类通道表现出不同的性质,主要体现在以介导K+的吸收为主,缺失了AKT2通道标志性的K+外排活性,且其K+吸收过程转变为明显的电压依赖性。OsAKT2对K+吸收Km值为43 mmol/L,是一典型的低亲和钾离子通道(>1 mmol/L);与典型Shaker通道相比,钾通道抑制剂Ba2+对OsAKT2的K+吸收活性的抑制效率(<78%)较低,而且表现出一定程度的NH₄+通透性(约占K+的22%)。进一步模拟田间种植水稻可能遇到的胁迫环境,发现水稻地上部OsAKT2基因的表达丰度在缺铵、缺钾及山梨醇处理下显著提高,且表现出一定的避光性(黑暗中基因表达水平较高)。  【结论】  水稻OsAKT2能够提高植物K+吸收能力,或将有助于增强其在地上部K+回流和再利用中的功能,且对水稻体内氮素营养吸收转运具有潜在的贡献。     

盐胁迫下添加外源硅提高水稻抗氧化酶活性与钠钾平衡相关基因表达

  【目的】  盐胁迫是影响全球作物生长的主要非生物胁迫之一，添加外源硅可有效提高植物对盐胁迫的抗性。本研究通过水培试验，分析硅对盐胁迫下水稻生长、光合系统、钠钾含量、抗氧化酶活性和钠钾平衡关键基因表达量的影响，以探究硅缓解水稻盐胁迫的机制。  【方法】  供试材料为日本晴水稻 (Oryza sativa L. cv. Nipponbare)，设置NaCl 0 (CK)、50 (Na1) 和100 mmol/L (Na2) 3个盐胁迫浓度与Na₂SiO₃ 0 (Si0)、0.5 (Si1) 和1.5 mmol/L (Si2) 3个硅浓度，共9个处理。处理5天后，测定水稻长度与生物量、光合与蒸腾速率、氧化伤害、钠钾含量。结果表明，在100 mmol/L NaCl与1.5 mmol/L硅处理下，硅盐互作效果最显著，据此进一步测定了该处理下水稻的抗氧化酶活性与钠钾转运关键基因表达量。  【结果】  盐胁迫显著降低了水稻地上部与地下部的长度与干重，同时显著降低了光合速率、蒸腾速率和叶绿素含量，并明显促进丙二醛的累积。盐胁迫下，外源硅显著增加了水稻地上部高度与干重，但对地下部长度与干重无显著影响；盐胁迫下添加硅显著提高了叶片光合速率和叶绿素含量，显著降低了丙二醛含量，但对蒸腾速率无显著影响。盐胁迫均引起地上部与地下部钠含量显著上升与钾含量显著下降，盐胁迫下添加外源硅可显著降低地上部钠含量，但是对钾含量没有显著影响，并且硅对根系钠钾含量均无显著影响。总体而言，100 mmol/L NaCl处理在水稻中造成的生长抑制、氧化伤害与钠钾失衡等胁迫伤害比50 mmol/L NaCl处理更为严重，而添加1.5 mmol/L的硅对盐胁迫的缓解效果优于添加0.5 mmol/L的硅。在100 mmol/L NaCl处理下，添加1.5 mmol/L的硅显著提高了SOD、CAT、APX的活性，但是对POD的活性无显著影响；同时，添加1.5 mmol/L硅显著提高了盐胁迫下水稻钾吸收基因 (OsHAK1、OsHAK7、OsHAK11与OsHAK12)、钠外排基因 (OsSOS1) 与钠区隔化基因 (OsNHX1、OsNHX3与OsNHX5) 的表达。  【结论】  营养液中添加1.5 mmol/L的硅比0.5 mmol/L的硅对盐胁迫下水稻的生长、光合系统和离子平衡调控效果更好，能更有效地缓解水稻盐胁迫。硅可通过调控SOD、CAT、APX等抗氧化酶活性与钾吸收、钠外排和钠区隔化等钠钾平衡关键基因的表达，从而缓解水稻盐胁迫。     

低钾胁迫下不同耐低钾玉米品种 (系) 开花后根系生长和结构的变化

  【目的】  土壤缺钾常引起植株早衰,严重影响玉米产量。从玉米开花后根系形态、结构和活性等参数的变化,研究低钾胁迫下玉米早衰的机理。  【方法】  以耐低钾玉米自交系90-21-3和钾敏感玉米自交系D937为试材,进行池栽试验。设置天然低钾土壤 (低钾,–K) 和正常供钾 (CK,+K) 两个处理,分别于玉米开花后测定根系形态、结构和活性等参数。  【结果】  与正常供钾处理相比,低钾处理降低了90-21-3和D937根系中钾素含量,抑制了根系的生长,破坏了根系结构,引起根系活力降低。低钾胁迫下,90-21-3的第一层节根数目和根系干重分别显著降低了20.37%和42.24%,D937分别显著降低了39.06%和59.64%;90-21-3的第二层节根数目和干重分别显著降低了23.40%和39.30%,D937分别显著降低了36.67%和59.86%。随着玉米的生长,低钾胁迫下90-21-3和D937的根系活力以及第一层和第二层根的长度、表面积、体积和侧根长度整体均呈现降低趋势,D937降低幅度大于90-21-3,根平均直径整体逐渐增加。低钾胁迫下90-21-3根系解剖结构完整,外皮层和内皮层完整,大、小导管形状规则,结构清晰可见;D937根系解剖结构受破坏严重,外皮层和内皮层结构被破坏,导管形状不规则,大、小导管结构模糊甚至消失。与正常供钾相比,低钾胁迫下90-21-3的大导管直径、小导管直径、大导管面积和小导管面积分别降低了11.15%、14.37%、21.07%和30.21%;D937分别显著降低了33.99%、22.86%、56.43%和40.55%。  【结论】  低钾胁迫显著降低了玉米开花后根系的生长和结构的稳定性。与耐低钾玉米自交系 (90-21-3) 相比,钾敏感自交系 (D937) 在低钾胁迫下大面积皮层结构遭到严重破坏,内皮层结构不完整,导管形状不规则,大导管周围的小导管结构模糊,甚至消失,质膜透性高,影响养分和水分的吸收利用。而耐低钾玉米90-21-3在生育后期能够维持较大根系体积、根系活力以及输导组织,增强低钾胁迫下根系对外界钾素的吸收和运移能力,延缓根系衰老。     

滴灌条件下减量施钾对香蕉产量及土壤钾素平衡的影响

  【目的】  香蕉生长快,需要及时充足的水肥供应,特别是钾素的供应。研究滴灌条件下减量施钾对香蕉产量品质、钾肥利用率、钾素平衡及经济效益等的影响,为制定适合香蕉生产的水肥一体化施肥方案提供依据。  【方法】  2016—2018年,在福建漳州进行了为期3年的田间定位试验。在施用等量氮磷肥的基础上,以不施钾肥(K₀)和常规灌溉施钾1400 kg/hm2 (K₁)为对照,在滴灌条件下,设置施用常规施钾量的40% (K_0.4)、60% (K_0.6)和80% (K_0.8) 3个减施钾肥处理。在收获期测定香蕉产量和品质,计算土壤钾素平衡。  【结果】  与K₁处理相比,K_0.4处理香蕉植株茎围、果指围、每梳果数、产量均显著降低,但不影响口感品质;K_0.6处理对香蕉生长、结果数和果实外形、每梳果数、产量均没有显著影响,果实品质没有下降;K_0.8处理促进了香蕉生长、结果性状和产量,并提高了果指围和单株果重,没有降低营养品质。4个施钾处理的净收益依次为K_0.8 (54179.4元/hm2) > K_0.6 (46663.7元/hm2) > K₁ (42538.1元/hm2) > K_0.4 (36808.1元/hm2),K_0.8处理净收益显著高于K₁和K_0.6处理,K_0.6处理显著高于K₁处理,K_0.4处理则显著低于K₁处理(P < 0.05)。连续种植3年香蕉后,K_0.8处理与常规K₁处理的土壤速效钾、缓效钾和全量钾素含量未达显著差异水平,K_0.4处理的土壤钾素亏缺 93.3 kg/hm2,K₁、K_0.6和K_0.8处理的土壤钾素分别盈余了501.9、8.9和220.4 kg/hm2。  【结论】  综合考虑滴灌条件下增产效应、经济效益和土壤钾素养分平衡,福建香蕉果园采用滴灌及减少常规钾肥用量的20%较为适宜。     

东北春玉米滴灌施肥的适宜种植密度和施钾量研究

  【目的】  适宜的种植密度和施肥量是实现春玉米高产和高肥料利用效率的重要因素。研究东北半干旱区滴灌水肥一体化条件下种植密度和施钾量对春玉米产量、效益、养分转运及吸收利用的影响,为进一步挖掘东北玉米产量潜力提供科学依据。  【方法】  田间试验于2018—2019年在吉林省半干旱区乾安县赞字乡父字村进行,供试玉米品种为‘富民985’。试验采用完全区组设计,设置60000、75000、90000株/hm2 3个种植密度(分别记作D1、D2和D3)和0、60、90、120、150 kg/hm2 和5个施钾(K₂O)量(分别记作K0、K1、K2、K3和K4)。分析玉米氮磷钾积累、分配与转运特征及产量、效益和钾素利用率。  【结果】  同一施钾量下,玉米产量和效益均以D2密度下最高,该密度下两年的玉米平均产量较D1和D3密度下分别提高了8.1%和5.3%,效益分别提高了10.3%和9.4%。在这3个密度下,玉米产量均随施钾量的增加而增加。D1密度下,当K₂O量≥90 kg/hm2时,产量和效益的增幅不再明显;而D2和D3密度下,当K₂O量≥120 kg/hm2 时,产量和效益增幅不再明显。随施钾量的增加,不同种植密度下钾素吸收利用率、农学利用率和偏生产力均呈下降趋势,但同一钾量下的钾素利用率均以D2密度下的处理最高。种植密度和施钾量对玉米吐丝前后氮、磷、钾素累积量有显著的交互作用,D2K3处理促进了吐丝前氮、磷、钾养分的积累及向籽粒的转运,提高了吐丝后氮、磷、钾同化量及对籽粒的贡献率,进而提高了籽粒氮、磷、钾积累量。相关分析结果表明,玉米吐丝前后氮、磷、钾素积累量与籽粒产量均呈极显著正相关(r=0.636～0.971),其中吐丝后的相关性高于吐丝前。  【结论】  在东北半干旱区,滴灌水肥一体化条件下,密度和钾肥互作显著影响玉米产量、养分吸收、转运和钾素利用率。最佳密度和施钾量组合是75000 株/hm2配合K₂O 120 kg/hm2。     

我国主要粮食作物秸秆钾养分资源量及还田替代钾肥潜力

  【目的】  粮食作物秸秆中钾养分含量及其还田后的当季释放率均较高，调查我国主要粮食作物秸秆钾养分资源量，为秸秆还田条件下农田钾素养分管理提供科学依据。  【方法】  基于最新统计数据和文献资料，采用草谷比法估算了我国不同省份和农区主要粮食作物秸秆的钾养分资源量，及其在还田条件下的钾肥替代潜力。  【结果】  2015—2017年在我国主要粮食作物种植区域，水稻、小麦和玉米秸秆的年均产量分别为23212万t、17083万t和39918万t，三大粮食作物秸秆主要分布于华北、长江中下游和东北农区，分别占全国总量的33.6%、25.4%和22.8%。水稻、小麦和玉米秸秆可以提供的年均钾养分资源量分别为529万t、216万t和568万t，长江中下游、华北和东北农区三大粮食作物秸秆钾养分资源量居于全国前列，分别占全国总量的30.4%、28.2%和22.0%。各省单位耕地面积水稻秸秆还田当季可提供的钾养分量均较高，为K₂O 115.0～209.5 kg/hm2。小麦秸秆还田替代钾肥潜力较大的省份有河南、河北、山东、安徽和江苏，占全国小麦总播种面积的71.1%，钾肥替代潜力为K₂O 82.3～97.1 kg/hm2。对玉米秸秆还田来说，其钾肥替代潜力为K₂O 67.2～170.7 kg/hm2。从全国范围来看，单位耕地面积水稻、小麦和玉米秸秆还田当季可提供钾养分量分别为 K₂O 152.6、82.4和124.4 kg/hm2。  【结论】  我国水稻、小麦和玉米秸秆还田当季可提供的钾养分量分别为K₂O 449万t、193万t和479万t。我国单位耕地面积水稻、小麦和玉米秸秆还田当季的钾肥替代潜力分别为K₂O 152.6、82.4和124.4 kg/hm2，充分利用秸秆资源，可基本满足我国粮食作物生产的钾素需求，维持土壤钾素平衡。     

钾肥对甘薯块根营养成分的影响及其与烘烤风味的关系

  【目的】  探讨不同施钾量条件下食用型甘薯块根烘烤后风味品质的变化，及其与生块根中关键营养成分和烘烤后特征挥发性物质的关系。  【方法】  选用烟薯25和北京553两个鲜食型甘薯品种，在山东农业大学农学实验站进行田间小区试验。设置4个钾肥 (K₂O) 用量，分别为0、12、24、36 g/m2。在甘薯收获期，测定了块根中主要营养成分含量以及烘烤后挥发性物质含量，同时对块根烘烤后的风味进行评价。  【结果】  施用钾肥不同程度地提高了甘薯块根中可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白、维生素C、β-胡萝卜素和纤维素含量，提高了烘烤后甘薯中挥发物质二丙酮醇、苯乙醛、壬酸、4-乙烯基愈创木酚、丁酸丁酯、未知物-1、十五烷酸、植物醇和香叶基香叶醇的浓度，提高了风味评分。4个钾肥处理中，各成分含量以施钾量24 g/m2处理达到或者接近最高。通过逐步回归和通径分析发现，施用钾肥改善块根烘烤后风味品质的关键营养成分是果糖、葡萄糖、氨基酸、可溶性蛋白质、支链淀粉和蔗果三糖，施用钾肥改善块根烘烤后风味的主要特征挥发性物质是丁酸丁酯、苯乙醛和未知物-1。  【结论】  施用钾肥主要通过提高甘薯收获期块根中营养物质含量和块根烘烤后有益挥发性物质（如苯乙醛、丁酸丁酯等）的浓度，改善块根的烘烤风味。在本试验条件下，K₂O用量为240 kg/hm2为最适用量。     

我国水稻秸秆钾资源分布及其还田对土壤钾平衡的重要性

  【目的】  我国钾肥资源不足但秸秆资源丰富,有待科学高效循环利用。本研究估算了我国水稻秸秆钾养分的量和空间分布特征,为利用水稻秸秆还田保持土壤钾素平衡提供参考。  【方法】  本研究基于《中国农村统计年鉴》和其他文献资料数据,结合草谷比法对我国各省份不同季别水稻秸秆钾资源量及还田情景下的土壤钾输入量进行测算。  【结果】  2019年我国水稻秸秆钾(K₂O)养分总产量为493.9万t,其中早稻、晚稻和中晚稻秸秆钾养分量的占比分别为13.1%、14.6%和72.4%。不同稻区的水稻秸秆钾资源量占总量的比例为:长江中游(33.4%)?长江下游(21.7%)?西南(15.3%)?东北(13.1%)?华南(12.8%)?华北(3.7%)。早稻和晚稻秸秆钾养分主要源自湖南(25.2%和24.7%)、江西(23.8%和24.4%)、广东(18.6%和19.5%)及广西(17.2%和14.8%)。中晚稻秸秆钾养分资源在主产省区间的分布表现为:江苏(14.3%)?黑龙江(12.9%)?湖北(12.2%)?四川(10.7%)?安徽(10.5%)?湖南(8.8%)。在双季稻主产省区湖南、江西、广东和广西,早稻秸秆还田可向土壤输入钾量分别为148.7、140.6、143.9和145.0 kg/hm2,早稻籽粒钾的携出量分别为25.6、24.2、24.8和25.0 kg/hm2;晚稻秸秆还田可向土壤输入钾量分别为153.4、145.3、146.3和131.1 kg/hm2,晚稻籽粒钾的携出量分别为30.3、28.7、28.9和25.9 kg/hm2;不施钾肥条件下,4个省区双季稻体系秸秆不还田的土壤钾素周年亏缺量分别为357.9、338.8、343.9和327.0 kg/hm2,秸秆还田后的土壤钾素周年亏缺量分别降至55.9、52.9、53.6和50.8 kg/hm2。中晚稻主产区为东北、长江下游、长江中游和西南稻区,中晚稻秸秆钾养分资源量分别为125.8、203.8、201.1和189.0 kg/hm2,相应的籽粒钾携出量分别为32.6、29.4、29.0和27.3 kg/hm2,说明如果秸秆全部还田,可以提高土壤钾素盈余。  【结论】  我国70%以上的水稻秸秆钾养分资源来自于中晚稻,50%以上的水稻秸秆钾养分资源分布在长江中游和长江下游稻区。早稻和晚稻秸秆还田可以大大降低土壤钾素亏缺,而中晚稻秸秆全部还田则可以提升土壤钾素的年盈余量。     

长期秸秆还田下基于东北水稻高产和钾素平衡的钾肥用量研究

  【目的】  通过5年定位试验，系统研究东北稻区秸秆还田条件下不同钾肥用量对水稻产量、钾素利用率和土壤供钾能力的影响，为秸秆还田下水稻钾肥合理施用提供科学依据。  【方法】  于2015—2019年在东北水稻主产区吉林省前郭县开展田间定位试验。共设6个钾肥用量 (K₂O) 处理，分别为0 (K0)、30 (K30)、60 (K60)、90 (K90)、120 (K120) 和150 kg/hm2 (K150)，水稻收获后，测定籽粒产量与生物产量、植株钾含量及0—20和20—40 cm土层土壤速效钾、缓效钾和全钾含量，并计算作物钾积累量、钾素利用效率和土壤-作物系统的钾素表观平衡状况。  【结果】  施钾可提高水稻籽粒产量和生物产量，与不施钾相比，平均增幅依次为7.6%～14.5%、6.3%～10.9%，以K60和K90处理籽粒产量和生物产量最高。不同施钾处理间收获指数没有显著差异。钾素表观回收率、农学利用率和偏生产力均随钾肥用量的增加而下降。K60、K90、K120和K150处理0—40 cm土壤速效钾和缓效钾含量高于K0和K30处理，全钾含量6个处理间没有显著差异。K90、K120和K150处理0—40 cm土壤速效钾和缓效钾含量间也没有显著差异。在5年试验中，K0和K30处理土壤钾素表观平衡均表现为亏缺，K60处理农田钾素投入量和输出量基本平衡，当钾肥用量增加至90 kg/hm2以上，农田钾素表观平衡呈现盈余状态，并随钾肥用量的增加显著增加。盈余率与钾肥用量、籽粒产量、土壤速效钾含量、钾素利用效率分别进行拟合得出，当盈余率为0时，钾肥用量为53.1 kg/hm2，籽粒产量为10035 kg/hm2，0—20和20—40 cm土壤速效钾含量分别为103.04和91.56 mg/kg，钾素表观回收率为40.4%，钾素农学利用率为21.2 kg/kg，钾素偏生产力为202.2 kg/kg。  【结论】  在秸秆还田条件下，施用钾肥对水稻依然有明显增产效果。年施K₂O 30 kg/hm2，土壤钾素处于亏缺状态；年施K₂O 60 kg/hm2增产效果最好，且土壤钾素处于基本平衡状态，土壤速效钾和缓效钾含量处于稳定状态；年施K₂O超过90 kg/hm2后，虽然钾盈余量增加，但对土壤速效钾和缓效钾含量没有进一步增加的效果，水稻产量甚至还有下降的趋势。以理论盈余率为0时钾肥用量的95%为置信区间，钾肥用量在50～56 kg/hm2范围内既可保证较高的水稻产量和钾素利用效率，又可维持土壤供钾能力，可作为东北稻区秸秆还田下水稻钾肥推荐用量。     

钾肥减施对稻麦轮作区作物产量和品质的影响

[目的]巢湖流域稻麦轮作区农田钾肥施用严重过量的农户比例高达70％,探究钾肥减量施用对水稻和小麦籽粒产量和营养品质的影响,以实现钾肥科学施用.[方法]2017—2019年,在安徽农业大学皖中试验站开展田间试验研究,试验设置不施钾肥(CK)、农户模式(K1,K2O 90 kg/hm2)以及在农户模式基础上减钾10％(K2...     

基于设施番茄生产效益的最佳灌水量和控释氯化钾用量组合

  【目的】  水、肥是影响作物生产效益的两个重要因素,过量施肥是导致设施栽培土壤盐渍危害的主要原因。为获得番茄优质高产并降低钾肥投入量,我们探究了灌水与控释氯化钾的适宜用量组合。  【方法】  盆栽试验在设施大棚内进行,供试番茄品种为‘罗拉’。设置常规灌溉 (W₁₀₀) 下不施钾肥 (CK) 和施用全量普通氯化钾 (K₂O 0.95 g/kg,CF) 2个对照;设置3个控释氯化钾水平,分别为常规K₂O施用量的100% (K₁₀₀)、80% (K₈₀,K₂O 0.76 g/kg) 和60% (K₆₀,K₂O 0.57 g/kg);设置3个灌水梯度,分别为田间持水量的90%～100% (W₁₀₀)、72%～80% (W₈₀)、54%～60% (W₆₀),共11个处理。在番茄主要生育期,测定了叶片光合效率和土壤pH、电导率(EC)值,调查了果实产量和品质。  【结果】   K₈₀处理的平均果实产量和水分利用效率显著高于K₁₀₀ 处理,K₁₀₀处理又显著高于K₆₀处理,且K₈₀较K₁₀₀和K₆₀处理的总吸钾量 (植株和果实) 提高了3.4%～7.8%,Vc含量增加了3.4%～3.9%,可溶性糖含量增加了2.2%～6.5%,可溶性固形物含量增加了3.5%～7.4%,净光合速率提高了4.3%～10.9%,气孔导度提高了6.5%～11.9%,蒸腾速率提高了3.6%～9.5%。W₈₀处理的平均产量较W₁₀₀和W₆₀处理显著增加9.8%～16.0%,钾肥利用效率提高了6.3～7.1个百分点,Vc含量增加了6.8%～24.0%,可溶性糖含量增加了5.6%～8.8%,可溶性固形物含量增加了6.6%～9.2%,净光合速率提高了4.1%～10.3%,蒸腾速率提高了8.4%～16.6%,开花期、果实膨大期和成熟期的SPAD值分别增加了4.8%～12.0%、1.7%～9.4%和4.6%～14.5%,土壤pH提高了0.9%～2.1%,电导率下降了4.9%～8.2%。在9个水钾组合处理中,除K₆₀W₁₀₀和K₆₀W₆₀处理外的其他处理均获得了显著高于CK和CF的产量及水分利用效率,K₈₀W₈₀处理的产量、品质最高,水、钾利用效率也处于较高水平。  【结论】  灌水与控释氯化钾对提高番茄的产量品质和光合效率有显著的正交互作用,二者最佳的用量组合是减少灌溉量至72%～80% (W₈₀)与减少20%的K₂O投入量并一次性基施,可提升番茄的光合效率,同时提高了土壤pH,降低了EC值,因而增加了番茄产量、品质,提高了水分和钾肥利用效率。     

干旱胁迫下施钾水平对油菜生长特性、籽粒品质和钾素利用的影响

  【目的】  探究长期干旱胁迫下不同施钾水平对油菜生长、籽粒品质、钾素利用的影响,旨在明确不同钾肥水平下油菜通过调节生长和营养分配应对干旱胁迫的机制,为油菜抗旱栽培提供科学依据。  【方法】  以抗旱油菜品种油研57和干旱敏感品种川油36为试验材料,采用盆栽土培试验,每盆装风干土10 kg,设置K₂O施用量0、80和160 mg/kg土3个水平,并于花期开始控制土壤水分保持45%～50%最大田间持水量直至油菜收获,分别记为DK0、DK80、DK160,以施K₂O 80 mg/kg土,全生育期保持65%最大田间持水量作为对照,记为CK,对比不同施钾水平下油菜生长、产量、籽粒品质和钾素利用特征的差异。  【结果】  干旱胁迫严重抑制油菜生长,与DK0处理相比,两个油菜品种在DK80和DK160处理下根干重、总根长、根表面积、干物重和籽粒产量均显著增加。干旱胁迫导致油菜品质降低,与DK0处理相比,DK80和DK160处理下油研57籽粒油酸含量显著增加且芥酸含量显著降低。干旱胁迫引起油菜叶片早衰,花期早衰落叶钾分配比例显著增加并呈DK160 > DK80 > DK0的趋势 (P < 0.05),角果皮和茎钾分配比例大幅降低并呈DK160 < DK80 < DK0 (P < 0.05) 的趋势,导致油菜钾素利用效率显著降低。与川油36相比,抗旱品种油研57根、茎和角果皮维持较高钾分配比例,表现出更高的钾素利用效率,在干旱缺钾条件下籽粒产量和油酸含量显著高于川油36。  【结论】  干旱胁迫导致油菜根系生长受抑制,叶片早衰,进而影响产量和菜籽油品质。增施钾肥可在一定程度上缓解干旱的不利影响,提高钾素在叶片中的分配率,提高油菜籽粒中油酸含量并降低芥酸含量,从而提高籽粒品质。由于干旱胁迫引起油菜叶片早衰,大量钾素随叶片脱落未被再利用导致钾素利用效率降低。     

水、氮、钾互作对砂田嫁接西瓜产量和品质的影响

  【目的】  西北砂田嫁接西瓜生产中水肥管理不当常造成品质下降。研究采用膜下滴灌栽培模式,水、氮、钾三因素组合对西瓜产量和品质的影响,为西北砂田嫁接西瓜高产、优质生产提供理论依据。  【方法】  以中晚熟西瓜品种‘金城5号’为供试材料进行微区试验。以水(W)、氮(N)、钾(K)为3个主因素,采用二次饱和D-最优设计确立了3因素5水平试验,共11个处理。测定西瓜产量和品质,分别建立产量、平均含糖量与水肥用量二次回归拟合数学模型,并计算产量和品质目标下的水肥用量。  【结果】  主因子效应分析表明,对西瓜产量的影响顺序为W>N>K,水对产量的正效应和氮对产量的负效应均极显著,钾对西瓜产量影响不显著。对西瓜品质的影响顺序为N>K>W,氮、钾对西瓜品质的正效应和水对西瓜品质的负效应均达到显著水平。对西瓜产量的耦合效应分析表明,交互效应表现为N×W>N×K>W×K,W×K的交互效应大于氮的单因素效应。对西瓜品质的耦合效应结果为W×K>W×N>N×K。产量与水肥回归模型计算得出,西瓜产量超过60 t/hm2的W、N、K组合方案为灌水量808～1017 m3/hm2、N 231～293 kg/hm2、K₂O 177～258 kg/hm2;西瓜平均糖含量在11%以上的水肥方案为灌水量555～876 m3/hm2、N 226～279 kg/hm2、K₂O 217～271 kg/hm2。  【结论】  综合产量与品质,砂田嫁接西瓜水肥一体化条件下产量超过60 t/hm2,平均糖含量在11%以上的适宜灌水量为808～876 m3/hm2、N 231～279 kg/hm2、K₂O 217～258 kg/hm2。