喬鑫陽 楊鵬磊 褚麗麗

(黑龍江大學(xué)水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

引言

根據(jù)調(diào)虧灌溉理論,在作物生長(zhǎng)發(fā)育部分階段,特別是營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期,加以一定的干旱脅迫有助于作物的光合作用產(chǎn)物向人們所需要的組織器官分配,以達(dá)到加大作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的目的。基于植物本身對(duì)水分進(jìn)行調(diào)節(jié)和分配的節(jié)水增產(chǎn)補(bǔ)償效應(yīng)理論,從作物生理的角度著手,干旱脅迫并不是只對(duì)作物造成較負(fù)面的影響,一定閾值范圍的干旱脅迫對(duì)作物的生長(zhǎng)、發(fā)育及品質(zhì)和產(chǎn)量有著積極的補(bǔ)償效用。作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中許多必要的生理生化過程中都會(huì)有鉀肥的參與[1]。研究表明,鉀肥和氮肥都會(huì)通過影響植物的光合作用來影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育。干旱脅迫下施鉀肥和氮肥會(huì)提高作物的葉綠素含量,抑制作物葉片水分的蒸騰速率，減低作物葉片的蒸騰速率,并且鉀肥會(huì)有相較氮肥更明顯的效果,說明適量地對(duì)作物施加鉀肥可以通過改善作物的各種光合特性,進(jìn)而達(dá)到增強(qiáng)作物抗旱性的目的。而且在作物生長(zhǎng)發(fā)育前期進(jìn)行干旱脅迫對(duì)作物光合作用和各種形態(tài)指標(biāo)和生物性狀以及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響,可以通過合理施肥增強(qiáng)作物的抗旱性來減輕甚至抵消這種影響達(dá)到補(bǔ)償效果。但是,目前的研究主要集中于施用氮肥和水分脅迫對(duì)作物生長(zhǎng)的影響,而鉀肥的效果在一定條件下比氮肥的更顯著,但是針對(duì)在水分脅迫下施加鉀肥對(duì)作物的抗旱性的增強(qiáng)作用的研究少之又少。

1 國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)干旱脅迫和鉀肥對(duì)作物補(bǔ)償效應(yīng)的研究由來已久,世界上對(duì)干旱脅迫和鉀肥對(duì)作物補(bǔ)償效應(yīng)的研究也已逐步成型。目前我國主要以干旱脅迫和鉀肥對(duì)作物產(chǎn)量、作物生長(zhǎng)發(fā)育為主。現(xiàn)有文獻(xiàn)主要由以下3個(gè)方面展開。

1.1 干旱脅迫對(duì)作物補(bǔ)償效應(yīng)影響研究

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于干旱脅迫對(duì)作物的影響有著大量的研究,得出水分脅迫會(huì)降低破壞光合作用器官[2]結(jié)論。以大豆為例，大豆是需水量較多的農(nóng)作物,適宜的土壤含水量對(duì)大豆的生長(zhǎng)有著極其關(guān)鍵的作用。在作物的生長(zhǎng)和發(fā)育的過程中,作物的各種必需礦質(zhì)元素起著至關(guān)重要的作用,不同程度下的干旱脅迫會(huì)對(duì)作物進(jìn)行礦質(zhì)元素的利用吸收產(chǎn)生影響。干旱條件下,植物葉片內(nèi)的各種營(yíng)養(yǎng)元素含量會(huì)發(fā)生變化,尤其是氮磷鉀3大營(yíng)養(yǎng)元素含量的變化更顯著。除此之外，水分脅迫不但影響植物的株高而且還影響植物的莖粗和葉面積[3]。大豆對(duì)干旱脅迫進(jìn)行反應(yīng)最為直觀的部位是葉片,少量的干旱脅迫就會(huì)對(duì)葉子的生長(zhǎng)表現(xiàn)出明顯的抑制作用,如果再施加更長(zhǎng)歷時(shí)的干旱脅迫還會(huì)造成葉片的黃化、作物株高明顯降低而且作物的生長(zhǎng)和發(fā)育明顯滯后,且脅迫歷時(shí)越長(zhǎng)恢復(fù)的難度越大。王詩雅等[4]總結(jié)得出，作物的生理性狀指標(biāo)、生物性狀指標(biāo)以及構(gòu)成產(chǎn)量的各個(gè)因素均會(huì)受到干旱脅迫的影響。植物同時(shí)對(duì)干旱表現(xiàn)著一定的反應(yīng)機(jī)制,在作物水分虧缺的情況下會(huì)表現(xiàn)出抗旱性,能夠增強(qiáng)其發(fā)育和生長(zhǎng)能力。說明干旱脅迫對(duì)作物有著兩面性，干旱發(fā)生時(shí),植株可以通過在土壤中改變其根的分布情況來適應(yīng)干旱環(huán)境,當(dāng)可利用水減少時(shí),其根系扎向土壤更深處[5]。鐘波元等[6]也發(fā)現(xiàn),當(dāng)土壤中的水分減少時(shí),作物會(huì)通過調(diào)整根毛的生物量來適應(yīng)土壤含水率的下降,同時(shí)通過提高作物的比根長(zhǎng)、增大細(xì)根總體的表面積等來使根系的資源投入增加,來對(duì)干旱脅迫作出反應(yīng)。張旭東等[7]也同樣得出，在苗期對(duì)作物的水分脅迫會(huì)使作物地上和根系生物量減少,而根冠比也會(huì)增大,根系表現(xiàn)出更強(qiáng)的活力,進(jìn)而有利于增強(qiáng)玉米抵御干旱的能力,為加強(qiáng)后期調(diào)節(jié)和補(bǔ)償生長(zhǎng)能力創(chuàng)造了條件。說明作物本身也具有著有限缺水效應(yīng),在作物施加了一定量的干旱脅迫之后,進(jìn)行復(fù)水處理會(huì)激發(fā)作物的補(bǔ)償效應(yīng),在不改變其他影響生長(zhǎng)發(fā)育的條件下,既可以減少灌水,還可以不影響產(chǎn)量,甚至還可以提高作物的產(chǎn)量。

1.2 鉀肥對(duì)作物的影響研究

鉀素是作物植株生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一,對(duì)促進(jìn)作物植株生長(zhǎng)發(fā)育起到重要的作用。當(dāng)作物缺少鉀肥時(shí),就會(huì)得“軟骨病”,易倒伏,鉀元素也經(jīng)常被稱為“品質(zhì)元素”。鉀是影響作物產(chǎn)量的主要養(yǎng)分限制因子[8]，可以提高作物的抗逆性,如抗旱、抗寒、抗倒伏、抗病蟲害侵襲的能力。以大豆為例，鉀肥對(duì)大豆有明顯的增產(chǎn)效果,而且能改善大豆品質(zhì)。陳慧[9]采用砂培的栽培方法研究發(fā)現(xiàn)，較高的供鉀水平對(duì)大豆全生育期鉀素吸收積累有促進(jìn)作用,鉀素水平對(duì)大豆干物質(zhì)積累有明顯的影響,大豆產(chǎn)量隨供鉀水平的提高呈現(xiàn)單峰曲線變化,28mg·L-1已滿足大豆子粒形成對(duì)鉀素的需求,鉀素營(yíng)養(yǎng)水平是作物產(chǎn)量形成的重要因素同時(shí)鉀素水平對(duì)作物的品質(zhì)也有明顯的影響。鄭淑琴[10]采用大田和盆栽實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鉀素營(yíng)養(yǎng)對(duì)作物的光合作用水平和葉綠素水平都有著明顯的正相關(guān),鉀素還對(duì)大豆產(chǎn)量增加,大豆品質(zhì)和大豆脂肪含量的提升效應(yīng)。施加適量的鉀肥使作物葉片的水分利用效率、葉綠素含量、蒸騰量和光合作用速率Pn升高,也會(huì)使作物葉面積指數(shù)LAI、株高、地上和地下干物質(zhì)、根冠比、百粒重、莢數(shù)粒數(shù)和產(chǎn)量增加,但超過一定量的鉀肥反而會(huì)有相反的效果。鉀肥能促進(jìn)大豆對(duì)水分的吸收利用,促進(jìn)大豆對(duì)氮、磷等其他肥料的吸收,同時(shí)可以提高作物面對(duì)各種逆境的耐受性,增強(qiáng)大豆的抗旱、抗倒伏、抗凍害、抗病蟲害侵襲和抗不良土壤環(huán)境的能力。通過研究施鉀對(duì)作物抗旱性的增強(qiáng)效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)作物施鉀提高作物的含鉀量也會(huì)提高,進(jìn)而會(huì)促進(jìn)根向地下的生長(zhǎng),莖的粗壯和葉片的發(fā)育來抵抗干旱。因此在高溫干旱下反而增加產(chǎn)量,故作物施加鉀肥會(huì)提高各種作物生物生理性狀提高抗旱性而達(dá)到增產(chǎn)目的。

1.3 干旱脅迫下施鉀對(duì)作物的補(bǔ)償效應(yīng)研究

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于在干旱脅迫下通過施鉀來提高作物抗旱性進(jìn)而達(dá)到“補(bǔ)償效應(yīng)”做了很多相關(guān)性研究。氮磷鉀肥是植物在生長(zhǎng)發(fā)育的過程中必要的3大礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素,有研究表明[11]，在干旱條件下合理施肥,能夠促使莖和葉的生長(zhǎng),減少水分無效蒸發(fā),增加根量、根毛和根系入土的深度,充分利用地下水,提高作物抗旱力。在干旱脅迫的條件下作物對(duì)鉀元素有著更多的需求。孫哲等[12]研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫會(huì)造成甘薯植株和塊根等地下干物質(zhì)含量、根部淀粉的含量和積累數(shù)值明顯減少,在240kg·hm2施鉀下相較不施鉀處理可達(dá)到最大幅度分別為31.7%、43.6%、10.6%、50.6%。同時(shí)當(dāng)施鉀量相同,干旱脅迫條件下的塊根單薯干物質(zhì)重相較對(duì)照組顯著增高。也就是說干旱脅迫下施鉀可以使塊根單薯重量達(dá)到“補(bǔ)償效應(yīng)”。李靜靜等[13]研究發(fā)現(xiàn)，一定閾值范圍內(nèi)施鉀可以明顯對(duì)干旱脅迫造成的作物葉片形態(tài)的變化減弱,從而來對(duì)草地早熟禾的抗旱能力提高。朱波等[14]發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫導(dǎo)致的油菜生長(zhǎng)的不利影響,增施鉀肥可以緩解。適量施入鉀肥可以對(duì)葉片起到明顯的保護(hù)作用,在一定閾值范圍內(nèi)施加干旱,隨著施鉀量的增加作物的產(chǎn)量和其產(chǎn)量的各個(gè)構(gòu)成因素成正相關(guān),當(dāng)干旱脅迫超過一定的范圍施加鉀肥就沒有了增產(chǎn)效應(yīng)。張立新[15]對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下施加鉀肥可以明顯增加作物地上地下干物質(zhì)量及籽粒數(shù)量和質(zhì)量和作物對(duì)水分的利用效率,而在正常灌水的對(duì)照實(shí)驗(yàn)下供水下并沒有效果,證明了干旱條件下施鉀的補(bǔ)償效應(yīng)。朱波等[14]實(shí)驗(yàn)得出，干旱脅迫會(huì)對(duì)油菜是生長(zhǎng)明顯影響,與無鉀處理相比,施鉀處理下根的干物質(zhì)重、總體根的長(zhǎng)、根的表面積、干物重和籽粒品質(zhì)均明顯增大。韋素貞[16]也總結(jié)到了在干旱脅迫條件下鉀可以促進(jìn)氮的吸收和蛋白質(zhì)的合成以及光合作用產(chǎn)物和同化產(chǎn)物的輸送和改善作物光合特性來增強(qiáng)其抗旱性,且脅迫條件下根莖葉中的鉀元素比無脅迫條件下的含量更高,表明水分脅迫下植物相較無脅迫對(duì)照組吸收了更多的營(yíng)養(yǎng)。吳建光[17]也總結(jié)到在水分虧缺的干旱、半干旱地區(qū),確定鉀元素的生理功能及抗旱效果更有實(shí)際意義。研究作物對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)及機(jī)制并采取行之有效的方法提高植物的抗旱性有非常重要的意義。

2 評(píng)述

對(duì)于干旱脅迫和施鉀肥對(duì)作物補(bǔ)償生長(zhǎng)效應(yīng)影響的問題上，過去的很多研究人員都通過各種對(duì)比試驗(yàn)得到干旱脅迫和施肥兩者均對(duì)于作物生長(zhǎng)有著非常復(fù)雜的影響機(jī)制，而兩者的耦合對(duì)于作物的生長(zhǎng)影響更為復(fù)雜。目前的研究主要集中于利用不同的氮肥梯度和不同的干旱脅迫歷時(shí)不同的干旱脅迫強(qiáng)度來進(jìn)行試驗(yàn)來觀察得到其對(duì)作物的耦合影響機(jī)制，同時(shí)由于大田環(huán)境具有偶然性，得到的結(jié)果也會(huì)有一定的不確定性。但是據(jù)整理資料所得，在作物的營(yíng)養(yǎng)元素中，鉀元素在提高作物抗旱性方面也有著較大影響，甚至在很多方面高于氮肥，而目前還沒有相關(guān)文獻(xiàn)將鉀肥和干旱脅迫耦合作用對(duì)于作物的影響進(jìn)行系統(tǒng)的整合。因此，基于兩者的各自對(duì)作物抗旱性的提升和尋求一個(gè)更為優(yōu)異的節(jié)水灌溉模式，未來的研究計(jì)劃通過一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，以施鉀量和干旱脅迫強(qiáng)度與歷時(shí)來構(gòu)架試驗(yàn)來進(jìn)一步驗(yàn)證。