缺鉀對不同品種冬小麥土壤鉀素和品質的影響

劉曉偉，張浩月，李文瑄，劉昊東，趙思航， 楊學舉，趙 勇，王殿武

(1.河北農業大學資源與環境科學學院，河北保定 071000；2.河北農業大學農學院，河北保定 071000； 3.河北農業大學生命科學學院，河北保定 071000)

0 引 言

【研究意義】鉀素作為小麥所必需的大量礦質營養元素之一[1]，在小麥產量和品質等方面發揮著重要作用[2-4]。我國耕地土壤中缺鉀現象嚴重，約占25%～33%，缺鉀范圍正在逐漸擴大[5]。據統計，河北省冬小麥/夏玉米輪作區土壤速效鉀含量與第2次土壤普查相比呈下降趨勢，降幅為6.43%[6]。我國鉀鹽資源儲量少、鉀肥利用率低[7,8]。土壤缺鉀已成為影響作物產量和品質的重要因素。【前人研究進展】在冬小麥生長發育過程中，當鉀素供應不足時，會出現小麥葉片發黃、莖稈強度下降、組織壞死等缺鉀癥狀，導致產量降低和品質下降。目前玉米[9]、大豆[10]等作物缺鉀研究已有報道，冬小麥僅限于不同施鉀量[11]、施鉀時期[12]等研究方面。【本研究切入點】土壤缺鉀影響冬小麥產量、品質研究報道較少。針對我國鉀肥資源緊張和土壤鉀素含量虧缺問題，研究缺鉀對不同品種冬小麥土壤鉀素和品質的影響。【擬解決的關鍵問題】以河北省生產上適用的49份冬小麥品種或品系為材料，采用盆栽試驗方法，分析缺鉀對不同品種冬小麥土壤鉀素及品質的影響，為研究冬小麥的耐低鉀潛力提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試土壤為潮褐土(<0.01 mm物理性粘粒含量為44.35%)和河流故道風沙土混配的土壤(<0.01 mm物理性粘粒含量為24.13%)，有機質2.67 g/kg，全氮0.26 g/kg，全鉀17.95 g/kg，緩效鉀535.00 mg/kg，速效磷4.38 mg/kg，速效鉀45.00 mg/kg。

供試作物為河北省生產上適用的49份冬小麥品種或品系。種植于河北農業大學旱棚。表1

表1 供試冬小麥品種或資源Table 1 The tested winter wheat varieties and resources

供試肥料為尿素(N 46.4%)、磷酸二銨(N 18.0%、P2O546.0%)、硫酸鉀(K2O 53.0%)。

供試容器為塑料盆，直徑20 cm，高21 cm，底部有孔。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

設缺鉀處理(K1，45.00 mg/kg)和正常鉀處理(K2，180.00 mg/kg)，每處理重復3次，隨機區組排列。

每盆裝土6 kg，各盆底施尿素0.63 g，磷酸二銨0.94 g，并于小麥返青期追施尿素0.63 g，正常鉀處理每盆底施硫酸鉀1.53 g，于2017年10月15日播種，三葉期定苗，每盆14株，2018年6月5日收獲。試驗期間進行嚴格的水分管理，且每次每盆澆水量相同，其它按田間常規管理進行。成熟期，測單株穗粒數及穗長；收獲后，籽粒考種分析，且各盆用土鉆取土，測定土壤鉀素含量。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 土壤養分和物理性粘粒

土壤養分測定參考土壤農化分析[13]，有機質采用重鉻酸鉀外加熱法，全氮采用凱氏定氮法測定，全鉀采用NaOH熔融，火焰光度法測定；緩效鉀采用1 mol/L熱HNO3浸提，火焰光度法測定；速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3法測定；速效鉀采用NH4OAC浸提，火焰光度法測定，簡易比重計法測定物理性粘粒含量。

1.2.2.2 產量及要素

采用萬深SC-G型自動考種分析及千粒重系統測定籽粒數，稱重法測定籽粒產量、千粒重。

1.2.2.3 品質指標

籽粒蛋白質含量、淀粉含量、濕面筋含量、吸水率、沉降值、拉伸面積、延展性采用近紅外谷物分析儀(Perten DA7200)測定。

1.3 數據處理

采用Excel 2010與SPSS 22.0進行數據統計與計算，采用SAS進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 土壤缺鉀對冬小麥土壤鉀素含量的影響

研究表明，土壤缺鉀處理下，不同品種冬小麥土壤緩效鉀、速效鉀含量的變化范圍分別為401.34～530.41 mg/kg、28.17～49.13 mg/kg，均值分別為471.96、35.91 mg/kg，變異系數分別為6.43%、11.20%；土壤緩效鉀、速效鉀含量分別低于正常鉀處理的6.57%～39.06%、5.21%～53.10%。其中缺鉀處理下，土壤速效鉀降幅較大。表2

表2 缺鉀下不同品種冬小麥土壤緩效鉀、速效鉀變化Table 2 Effects of potassium deficiency on soil slow-acting potassium and available potassium in different winter wheat cultivars

2.2 土壤缺鉀對冬小麥產量及產量要素的影響

研究表明，土壤缺鉀處理下，不同品種冬小麥籽粒產量、千粒重、穗粒數、穗長的變化范圍分別為4.43～7.40 g、21.76～44.85 g、6.67～13.33粒、4.17～6.50 cm，均值分別為5.85 g、34.00 g、11.09粒、5.22 cm，變異系數分別為13.13%、14.49%、14.10%和11.21%；籽粒產量、千粒重、穗粒數、穗長分別低于正常鉀處理的4.24%～44.48%、1.49%～41.04%、0～49.98%和0～36.87%。表3

表3 缺鉀下不同冬小麥品種產量及產量要素變化Table 3 Effects of potassium deficiency on yield and yield factors of different winter wheat varieties

續表3 缺鉀下不同冬小麥品種產量及產量要素變化Table 3 Effects of potassium deficiency on yield and yield factors of different winter wheat varieties

2.3 土壤缺鉀對冬小麥品質的影響

2.3.1 土壤缺鉀對不同品種冬小麥營養品質的影響

研究表明，土壤缺鉀處理下，不同品種冬小麥籽粒蛋白質含量、淀粉含量的變化范圍分別為15.31%～22.26%、60.41%～69.87%，均值分別為19.02%、65.87%，變異系數分別為7.84%、3.08%；籽粒蛋白質含量、低于正常鉀處理的0.07%～19.25%，淀粉含量卻高于正常鉀處理的0.03%～13.67%。表4

2.3.2 土壤缺鉀對不同品種冬小麥加工品質的影響

研究表明，土壤缺鉀處理下，不同品種冬小麥籽粒濕面筋含量、沉降值、吸水性、拉伸面積、延展性的變化范圍分別為32.60%～47.10%、39.93～72.56 mL、51.87%～64.47%、127.00%～286.00%、172.67%～245.67%，均值分別為40.57%、54.60 mL、59.16%、181.31%、211.06%，變異系數分別為8.00%、11.25%、4.46%、15.49%、7.84%；籽粒濕面筋含量、沉降值、吸水性、拉伸面積、延展性分別低于正常鉀處理的0.39%～19.74%、1.40%～28.90%、0.17%～5.79%、0.19%～43.47%、0.72%～19.63%。土壤缺鉀主要影響了拉伸面積、沉降值、濕面筋和蛋白質含量。表4

3 討 論

在小麥營養元素吸收利用中，對鉀素的研究已有了諸多報道，張輝等[14]研究認為，低鉀和中鉀點在施鉀量大于45 kg/hm2時，土壤中的鉀素含量基本能夠保持平衡，且在高鉀和中鉀作物上，雖然施用了鉀肥，但土壤速效鉀含量與播前相比變化趨勢也不明顯；張輝[15]通過對河南省偃師市3種不同供鉀水平土壤上不同施鉀水平及施鉀技術對冬小麥/夏玉米輪作產量、干物質及養分累積分配、轉運影響的研究結果表明，3個試驗點的3種不同供鉀水平土壤上小麥鉀吸收量2年均以開花期最高。研究表明，土壤缺鉀種植條件下冬小麥，缺鉀處理的土壤緩效鉀、速效鉀含量均呈不同程度降低；正常鉀處理的土壤緩效鉀與播前相比有所升高，推測是在鉀素耗竭的土壤上施入的鉀肥會被大量固定，首先滿足土壤礦物層間的“空穴”，并向緩效鉀方向轉化[15-17]。

施用鉀肥能夠提高作物產量水平已有了諸多報道，但因為土壤肥力條件、耕作制度差異以及供試品種基因型的差異，結果不盡相同。Haeder和Beringer報道，施用鉀肥對小麥產量的有利影響主要是增加了千粒重，其次是增加了單位面積的穗數及穗粒數[18]；張翔等[19]研究表明，在河南省砂姜黑土區和潮土區土壤速效鉀含量中等地塊玉米、小麥周年輪作制下，施鉀能明顯提高玉米、小麥產量；采用盆栽試驗的方法對不同鉀素水平下小麥產量和品質進行了研究，結果表明，施用鉀肥能夠顯著提高強筋小麥的產量，鉀肥的施用量與小麥產量呈極顯著正相關[20]；張保民等[21]通過基施不同用量的鉀肥研究發現，施鉀處理較對照增產6.96%～62.59%。研究表明，缺鉀處理的籽粒產量、千粒重等均呈不同程度下降，推測是由于土壤缺鉀處理，影響了冬小麥鉀素吸收及轉化，從而造成冬小麥產量及產量要素呈不同程度下降。

小麥品質的優劣除了受它本身遺傳特性影響外，環境因素尤其對施肥影響很大。黨根友等[22]研究表明，鉀肥對春小麥籽粒蛋白質含量、沉降值、面筋含量均有影響，其中對沉降值的影響達到了極顯著水平；Mengel等[23]指出，鉀可促進氨基酸向籽粒轉運的速度，也增大了氨基酸轉化為籽粒蛋白質的速度，從而使小麥籽粒蛋白質含量提高。研究表明，土壤缺鉀處理冬小麥籽粒蛋白質含量、濕面筋含量、沉降值、吸水性、拉伸面積、延展性均低于正常鉀處理；有關研究表明，氮和蛋白質間存在正相關關系[24]，不同離子間有拮抗作用，也有互補作用，一價離子間互相抑制吸收，如鉀離子和銨離子，研究結果表明，缺鉀處理淀粉含量升高了3.95%，其原因是因為缺鉀處理影響了氮素的吸收，籽粒蛋白質含量下降，因此，淀粉含量有所升高。

4 結 論

4.1 土壤缺鉀處理下，不同品種冬小麥土壤緩效鉀、速效鉀含量均呈不同程度降低，土壤速效鉀降幅度大，為5.21%～53.10%。

4.2 與正常鉀相比，土壤缺鉀處理不同品種冬小麥籽粒產量、千粒重、穗粒數、穗長均呈不同程度降低，其中穗粒數和籽粒產量受土壤缺鉀的影響較大，降幅分別為4.24%～44.48%和0～49.98%。

4.3 土壤缺鉀下各品種冬小麥籽粒蛋白質含量、濕面筋含量、沉降值、吸水性、拉伸面積、延展性均呈不同程度降低，但淀粉含量高于正常鉀處理的0.03%～13.67%，其中拉伸面積、沉降值、濕面筋和蛋白質含量是主要影響指標。