• ISSN 1008-505X
  • CN 11-3996/S

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

钾肥与我国主要作物品质关系的整合分析

谷贺贺 李静 张洋洋 李小坤 丛日环 任涛 鲁剑巍

引用本文:
Citation:

钾肥与我国主要作物品质关系的整合分析

    作者简介: 谷贺贺E-mail:guhehe@webmail.hzau.edu.cn;
    通讯作者: 任涛, E-mail:rentao@mail.hzau.edu.cn
  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(31872173);国家重点研发计划项目(2016YFD0200108);中央高校基本科研业务专项基金(2662018YJ026)。

Meta-analysis of the relationship between potassium fertilizer and the quality of main crops in China

    Corresponding author: REN Tao, E-mail:rentao@mail.hzau.edu.cn ;
  • 摘要:   【目的】   钾是重要的品质元素,明确钾肥施用对不同作物品质的影响,为合理施用钾肥提高作物的产量和品质提供依据。   【方法】   本研究以“钾”和“品质”为主要关键词,在"中国知网"检索1989年以来公开发表的文献,共筛选出符合Meta分析标准的文献92篇,获得数据147组。将文献中的作物按照粮食作物、蔬菜、水果、油料作物和纤维作物进行分组,以不施钾肥为对照,应用Meta-analysis方法整合分析了钾肥施用及钾肥用量和类型对作物共性品质指标的影响;进一步根据作物类型,分类分析了钾肥施用对不同类型作物特性品质的综合效应。   【结果】   与不施钾相比,钾肥施用能够改善作物的维生素C、可溶性糖、可溶性固形物、蛋白质和淀粉含量5种共性品质,增长率分别为18.6%、19.3%、8.7%、7.3%和5.2%。与适宜钾肥用量相比,钾肥不合理施用会造成品质增长率的降低;硫酸钾对作物品质的改善效果整体上优于氯化钾。施用钾肥不仅改善了作物的共性品质,对于作物的特性品质也有一定的改善效果。对于粮食作物,钾肥施用能够降低水稻的垩白度 (16.7%) 和垩白粒率 (12.5%),提高小麦的湿面筋含量 (4.2%) 和沉降值 (5.4%)、玉米的氨基酸含量 (25.3%) 和脂肪含量 (5.0%) 以及薯类单薯重 (26.6%);对于蔬菜类作物,钾肥施用降低其硝酸盐的含量 (23.7%);对于水果类作物,施用钾肥能够提高水果的糖酸比 (20.5%)、单果重 (11.1%) 和硬度 (3.3%),降低可滴定酸的含量 (5.5%);对于油料作物,钾肥施用能够提高其含油率 (3.7%);对于纤维作物,施用钾肥则提高了其纺纱均匀度指数 (6.2%)、纤维长度 (2.2%)、伸长率 (5.3%)、断裂比强度 (3.3%) 和马克隆值 (2.6%)。   【结论】   施用钾肥能够显著改善作物品质,不同钾肥用量和类型对作物品质的改善效果不同。钾肥的合理施用不仅需要根据土壤钾素丰缺状况和作物对钾的需求确定适宜的钾肥用量,还要根据作物自身的品质特征完善钾肥适宜用量和施用方法,同时兼顾钾肥与其它肥料配合施用,保证各种养分的协调供应,从而实现作物的高产高效和优质。
  • 图 1  钾肥施用对作物共性品质的效应分析

    Figure 1.  Effects of potassium fertilizer application on common qualities of crops

    图 2  钾肥用量和类型对作物共性品质的效应分析

    Figure 2.  Effects of potassium fertilizer rate and type on common qualities of crops

    图 3  钾肥施用对粮食作物品质的效应分析

    Figure 3.  Effects of potassium fertilizer application on quality of grain crops

    图 4  钾肥施用对蔬菜类作物品质效应分析

    Figure 4.  Effects of potassium fertilizer application on quality of vegetable crops

    图 5  钾肥施用对水果类作物品质的效应分析

    Figure 5.  Effects of potassium fertilizer application onquality of fruit crops

    图 6  钾肥施用对油料作物品质效应分析

    Figure 6.  Effects of potassium fertilizer application onquality of oil crops

    图 7  钾肥施用对纤维作物品质效应分析

    Figure 7.  Effects of potassium fertilizer application onquality of fiber crops

    表 1  不同作物钾肥用量范围和适宜用量 (K2O kg/hm2)

    Table 1.  The range of K fertilizer application rate and optimal K fertilizer rate of different crops

    作物
    Crop
    用量范围
    Application rate
    适宜用量
    Optimal rate
    水稻Rice0~10552.5~78.5
    小麦Wheat0~15075.0~112.5
    玉米Maize0~315135~180
    马铃薯Potato0~300180~225
    白菜Cabbage0~240120~180
    西瓜Watermelon0~405270~300
    油菜Rapeseed0~18067.5~115.5
    大豆Soybean0~18045~90
    棉花Cotton0~300150~180
    下载: 导出CSV
  • [1] 谢建昌, 周健民. 我国土壤钾素研究和钾肥使用的进展[J]. 土壤, 1999, (5): 244–254. Xie J C, Zhou J M. Research progress of soil potassium and the use of potassium fertilizer in China[J]. Soils, 1999, (5): 244–254.
    [2] 董亚, 王硕, 吴萍, 等. 西瓜钾素吸收特征及钾肥施用优化机制[J]. 南京农业大学学报, 2018, 41(1): 98–104. Dong Y, Wang S, Wu P, et al. Absorption character of potassium and optimization mechanism of potassic fertilization on watermelon[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2018, 41(1): 98–104.
    [3] 冀宏杰, 张怀志, 张维理, 田昌玉. 我国农田土壤钾平衡研究进展与展望[J]. 中国生态农业学报, 2017, 25(6): 920–930. Ji H J, Zhang H Z, Zhang W L, Tian C Y. Farmland potassium balance in China: A review[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2017, 25(6): 920–930.
    [4] 董艳红, 王火焰, 周健民, 任正文. 不同土壤钾素淋溶特性的初步研究[J]. 土壤, 2014, 46(2): 225–231. Dong Y H, Wang H Y, Zhou J M, Ren Z W. Preliminary study on potassium leaching characteristics of different soils[J]. Soils, 2014, 46(2): 225–231.
    [5] Cui Z L, Zhang H Y, Chen X P, et al. Pursuing sustainable productivity with millions of small holder farmers[J]. Nature, 2018, 555: 363–366. doi:  10.1038/nature25785
    [6] 张玉香. 推进供给侧结构性改革促进农业提质增效转型升级[J]. 行政管理改革, 2016, (9): 19–22. Zhang Y X. Promote supply side structural reform and promote the transformation and upgrading of agricultural quality and efficiency[J]. Administration Reform, 2016, (9): 19–22. doi:  10.3969/j.issn.1674-7453.2016.09.006
    [7] 王正银, 胡尚钦. 作物营养与品质[M]. 北京: 中国农业科技出版社, 1999. 6–10.

    Wang Z Y, Hu S Q. Crop nutrition and quality[M]. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 1999. 6–10.
    [8] 郝艳淑, 姜存仓, 夏颖, 等. 植物钾的吸收及其调控机制研究进展[J]. 中国农学通报, 2011, 27(1): 6–10. Hao Y S, Jiang C C, Xia Y, et al. A review on the mechanism of potassium uptake and regulation in plants[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2011, 27(1): 6–10.
    [9] 宗大辉, 徐辉, 李晓翠. 钾肥的作用及施用方法[J]. 吉林农业, 2007, (5): 32–33. Zong D H, Xu H, Li X C. Effect and application method of potassium fertilizer[J]. Jilin Agriculture, 2007, (5): 32–33. doi:  10.3969/j.issn.1674-0432.2007.05.026
    [10] 李德全, 高辉远, 孟庆伟. 植物生理学[M]. 北京: 中国农业科学技术出版社, 2004.

    Li D Q, Gao H Y, Meng Q W. Plant physiology[M]. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2004.
    [11] Marschner P. Mineral nutrition of higherplants(3rd.)[M]. London: Academic Press, 2011.
    [12] 刘晓燕, 何萍, 金继运. 钾在植物抗病性中的作用及机理的研究进展[J]. 植物营养与肥料学报, 2006, 12(3): 445–450. Liu X Y, He P, Jin J Y. Advances in effect of potassium nutrition on plant disease resistance and its mechanism[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2006, 12(3): 445–450. doi:  10.3321/j.issn:1008-505X.2006.03.026
    [13] 杜明, 李彦生, 张秋英, 谷思玉. 菜用大豆钾素营养研究进展[J]. 大豆科学, 2012, 31(3): 487–491. Du M, Li Y S, Zhang Q Y, Gu S Y. Advance of potassium nutrition in vegetable soybean[J]. Soybean Science, 2012, 31(3): 487–491. doi:  10.3969/j.issn.1000-9841.2012.03.032
    [14] Zorb C, Senbayram M, Peiter E, et al. Potassium in agriculture—status and perspectives[J]. Journal of Plant Physiology, 2014, 171(9): 656–669. doi:  10.1016/j.jplph.2013.08.008
    [15] 张皓, 周丽敏, 申双和, 黄进. 不同钾肥施用量对马铃薯产量、品质及土壤质量的影响[J]. 江苏农业科学, 2019, 47(11): 116–119. Zhang H, Zhou L M, Shen S H, Huang J. Effects of different potassium concentration on potato yield, quality and soil quality[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2019, 47(11): 116–119.
    [16] 杨颖, 火建福. 不同施钾量对油桃果实品质的影响[J]. 安徽农业科学, 2015, 43(26): 84–85, 107. Yang Y, Huo J F. Effects of potassium amount on quality of nectarine[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2015, 43(26): 84–85, 107. doi:  10.3969/j.issn.0517-6611.2015.26.030
    [17] 周晓丽, 李文伟, 张荣. 施钾对西葫芦生理特性及产量和品质的影响[J]. 甘肃农业科技, 2009, (6): 22–24. Zhou X L, Li W W, Zhang R. Effects of potassium fertilizer on physiological characteristics, yield and quality of summer squash[J]. Gansu Agricultural Science and Technology, 2009, (6): 22–24. doi:  10.3969/j.issn.1001-1463.2009.06.009
    [18] 武亚梅, 朱德兰, 葛茂生, 李丹. 灌溉对中国西北地区冬小麦产量及水分利用效率影响的Meta分析[J]. 节水灌溉, 2019, (9): 105–109, 115. Wu Y M, Zhu D L, Ge M S, Li D. Meta-analysis of the effect of irrigation on winter wheat yield and water use efficiency in northwest China[J]. Water Saving Irrigation, 2019, (9): 105–109, 115. doi:  10.3969/j.issn.1007-4929.2019.09.023
    [19] 银敏华, 李援农, 陈朋朋, 等. 基于 Meta-analysis 的中国北方地区免耕玉米产量效应研究[J]. 中国农业科学, 2018, 51(5): 843–857. Yin M H, Li Y N, Chen P P, et al. Effect of no-tillage on maize yield in northern region of China—A meta-analysis[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2018, 51(5): 843–857. doi:  10.3864/j.issn.0578-1752.2018.05.004
    [20] 赵爱琴, 魏秀菊, 朱明. 基于 Meta-analysis 的中国马铃薯地膜覆盖产量效应分析[J]. 农业工程学报, 2015, 31(24): 1–7. Zhao A Q, Wei X J, Zhu M. Meta-analysis on impact of plastic film on potato yield in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2015, 31(24): 1–7. doi:  10.11975/j.issn.1002-6819.2015.24.001
    [21] 谢岷, 魏占民, 张永平, 屈忠义. 基于Meta-analysis的气象与环境因素对玉米氮素利用的研究[J]. 灌溉排水学报, 2012, 31(1): 95–98, 126. Xie M, Wei Z M, Zhang Y P, Qu Z Y. Meta-analysis of weather effects on corn nitrogen fertilization requirements[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2012, 31(1): 95–98, 126.
    [22] Hedges L V, Gurevitch J, Curtis P S. The meta-analysis of response ratios in experimental ecology[J]. Ecology, 1999, 80(4): 1150–1156. doi:  10.1890/0012-9658(1999)080[1150:TMAORR]2.0.CO;2
    [23] Morgan P B, Ainsworth E A, Long S P. How does elevated ozone impact soybean? A Meta-analysis of photosynthesis, growth and yield[J]. Plant, Cell & Environment, 2003, 26(8): 1317–1328.
    [24] 潘瑞炽, 董愚得. 植物生理学(第三版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 1995.

    Pan R Z, Dong Y D. Plant physiology (3rd Edition.)[M]. Beijing: Higher Education Press, 1995.
    [25] 冯振. 不同施钾水平对红富士苹果产量和品质的影响[J]. 安徽农学通报, 2015, 21(S1): 56–57. Feng Z. Effect of different potassium levels on the yield and quality of red fuji apple[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2015, 21(S1): 56–57.
    [26] Mengel S K, Billing G D. Influence of electron-hole pair excitation dissociative sticking[J]. Journal of Physical Chemistry (B), 1997, 101(50): 10781–10790.
    [27] 朱铁霞, 高凯, 张永亮. 钾肥对小黑麦拔节期生物量及品质的影响[J]. 作物杂志, 2011, (6): 57–59. Zhu T X, Gao K, Zhang Y L. Effect of potassium fertilizer on biomass and quality at jointing stage of triticale[J]. Crops, 2011, (6): 57–59. doi:  10.3969/j.issn.1001-7283.2011.06.014
    [28] 薛佳, 毛晖, 王朝辉, 等. 黄土高原旱地大量营养元素缺乏对小麦产量和营养元素含量的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2011, 29(2): 117–123. Xue J, Mao H, Wang Z H, et al. Effect of macroelement deficiency on wheat yield and grain nutrient content in the dryland of the Loess Plateau[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2011, 29(2): 117–123.
    [29] 王立河, 孙斌, 王喜枝, 等. 潮土麦田钾素对强筋小麦产量与品质的影响[J]. 麦类作物学报, 2008, (3): 466–470. Wang L H, Sun B, Wang X Z, et al. Effect of potassium application on grain yield and quality of strong gluten wheat grown in fluvo-aquic soil[J]. Journal of Triticeae Crops, 2008, (3): 466–470. doi:  10.7606/j.issn.1009-1041.2008.03.107
    [30] 龚成文, 冯守疆, 赵欣楠, 等. 不同钾肥品种对甘肃中部地区马铃薯产量及品质的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2013, 31(3): 112–117. Gong C W, Feng S J, Zhao X N, et al. Effects of different potassium fertilizers on yield and quality of potato in central Gansu Province[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2013, 31(3): 112–117. doi:  10.3969/j.issn.1000-7601.2013.03.018
    [31] 王利, 高祥照, 马文奇, 刘艳华. 中国农业中硫的消费现状、问题与发展趋势[J]. 植物营养与肥料学报, 2008, 14(6): 1219–1226. Wang L, Gao X Z, Ma W Q, Liu Y H. Sulphur consumption in Chinese agriculture: Situation and outlook[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2008, 14(6): 1219–1226. doi:  10.3321/j.issn:1008-505X.2008.06.030
    [32] 范存留, 杨国涛, 范永义, 等. 钾、硅肥处理对杂交水稻 Ⅱ 优 838 抗倒伏性的作用研究[J]. 云南大学学报(自然科学版), 2015, 37(4): 623–631. Fan C L, Yang G T, Fan Y Y, et al. Effect of potassium and silicon fertilizer treatments on lodging resistance of hybrid riceⅡYou 838[J]. Journal of Yunnan University (Natural Sciences Edition), 2015, 37(4): 623–631.
    [33] 司洋, 陈秋雪. 不同施钾量级对寒地水稻产量及稻米品质的影响[J]. 北方水稻, 2012, 42(4): 26–28. Si Y, Chen Q X. Effect of different amount of potassium application on the yield and quality of rice in cold region[J]. North Rice, 2012, 42(4): 26–28. doi:  10.3969/j.issn.1673-6737.2012.04.008
    [34] 李玉影, 金继运, 刘双全, 等. 钾对春小麦生理特性、产量及品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2005, 11(4): 449–455. Li Y Y, Jin J Y, Liu S Q, et al. Effects of potassium on physiological characteristics, yield and quality of spring wheat[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2005, 11(4): 449–455. doi:  10.3321/j.issn:1008-505X.2005.04.004
    [35] 孙玉桃, 董春华, 聂军, 等. 配施钾肥对黄芽白和苞菜产量、品质及养分吸收的影响[J]. 南方农业学报, 2019, 50(8): 1779–1784. Sun Y T, Dong C H, Nie J, et al. Effects of combined application of potash fertilizer on yield, quality and nutrient absorption of Chinese cabbage (Beassica pekinensis L.) and cabbage (B. oleracea var. capitata L.)[J]. Journal of Southern Agriculture, 2019, 50(8): 1779–1784. doi:  10.3969/j.issn.2095-1191.2019.08.18
    [36] 陈栋, 涂美艳, 杜晋城, 等. 不同施钾量对曙光油桃产量和品质的影响[J]. 西南农业学报, 2010, 23(4): 1173–1176. Chen D, Tu M Y, Du J C, et al. Effects of potassium nutrition on yield and quality of nectarine[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2010, 23(4): 1173–1176. doi:  10.3969/j.issn.1001-4829.2010.04.038
    [37] 刘后利. 实用油菜栽培学[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 1987. 189–209.

    Liu H L. Practical rape cultivation[M]. Shanghai: Shanghai Science and Technology Press, 1987. 189–209.
    [38] 李伶俐, 马宗斌, 张东林, 等. 盛铃期补施钾肥对不同群体棉花光合特性和产量品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2006, 12(5): 662–666. Li L L, Ma Z B, Zhang D L, et al. Effects of applying potassium fertilizer at peak bolling stage on cotton photosynthetic characteristics and its yield and quality under different population[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2006, 12(5): 662–666. doi:  10.3321/j.issn:1008-505X.2006.05.010
    [39] Cassman K G, Kerby T A, Roberts B A, Higashi S L. Potassium nutrition effects on lint yield and fiber quality of Acala cotton[J]. Crop Science, 1990, 30(3): 672–677. doi:  10.2135/cropsci1990.0011183X003000030039x
    [40] 邢英英, 张富仓, 吴立峰, 等. 基于番茄产量品质水肥利用效率确定适宜滴灌灌水施肥量[J]. 农业工程学报, 2015, 31(S1): 110–121. Xing Y Y, Zhang F C, Wu L F, et al. Determination of optimal amount of irrigation and fertilizer under drip fertigated system based on tomato yield, quality, water and fertilizer use efficiency[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2015, 31(S1): 110–121.
    [41] 何巧林, 张绍文, 李应洪, 等. 硅钾配施对水稻茎秆性状和抗倒伏能力的影响[J]. 杂交水稻, 2017, 32(1): 66–73. He Q L, Zhang S W, Li Y H, et al. Effects of silicon and potassium fertilizer combination on stem traits and lodging resistance of rice[J]. Hybrid Rice, 2017, 32(1): 66–73.
    [42] 张玉屏, 曹卫星, 朱德峰, 等. 红壤稻田钾肥施用量对超级稻生长及产量的影响[J]. 中国水稻科学, 2009, 23(6): 633–638. Zhang Y P, Cao W X, Zhu D F, et al. Effects of potassium fertilizer rate on growth and yield formation of super high yielding rice in red paddy soil[J]. Chinese Journal of Rice Science, 2009, 23(6): 633–638. doi:  10.3969/j.issn.1001-7216.2009.06.12
    [43] 王强盛, 甄若宏, 丁艳锋, 等. 钾对不同类型水稻氮素吸收利用的影响[J]. 作物学报, 2009, 35(4): 704–710. Wang Q S, Zhen R H, Ding Y F, et al. Effect of potassium application rates on nitrogen absorption and utilization of different types of rice[J]. Acta Agronomica Sinica, 2009, 35(4): 704–710. doi:  10.3724/SP.J.1006.2009.00704
    [44] 李晨, 郭月萍, 李婵, 等. 钾肥用量对温室番茄产量及品质的影响[J]. 中国瓜菜, 2019, 32(3): 43–46. Li C, Guo Y P, Li C, et al. Influence of potassium fertilizer application on the yield and quality of greenhouse tomato[J]. China Cucurbits and Vegetables, 2019, 32(3): 43–46. doi:  10.3969/j.issn.1673-2871.2019.03.011
  • [1] 许国春纪荣昌邱永祥罗文彬李华伟李国良林赵淼汤浩 . 我国马铃薯产量对施氮的响应及其影响因素分析. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(4): 727-737. doi: 10.11674/zwyf.19278
    [2] 黄晓萌徐新朋何萍王秀斌杨兰芳仇少君赵士诚周卫 . 长江流域冬小麦氮磷钾肥增产效应及其影响因素. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(6): 1059-1068. doi: 10.11674/zwyf.20103
    [3] 张乃于闫双堆李娟王亚男刘越卜玉山 . 低分子量有机酸对土壤磷组分影响的Meta分析. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(12): 2076-2083. doi: 10.11674/zwyf.19330
    [4] 姜玲玲刘静赵同科杜连凤 . 有机无机配施对番茄产量和品质影响的Meta分析. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(4): 601-610. doi: 10.11674/zwyf.18165
    [5] 胡雅杰钱海军吴培朱明邢志鹏戴其根霍中洋魏海燕许轲张洪程 . 秸秆还田条件下氮磷钾用量对软米粳稻产量和品质的影响. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(3): 817-824. doi: 10.11674/zwyf.17347
    [6] 肖琼王齐齐邬磊蔡岸冬王传杰张文菊徐明岗 . 施肥对中国农田土壤微生物群落结构与酶活性影响的整合分析. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(6): 1598-1609. doi: 10.11674/zwyf.18241
    [7] 肖婧王传杰黄敏孙楠张文菊徐明岗 . 生物质炭对设施大棚土壤性质与果蔬产量影响的整合分析. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(1): 228-236. doi: 10.11674/zwyf.17132
    [8] 徐芳森王运华 . 我国作物硼营养与硼肥施用的研究进展. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(6): 1556-1564. doi: 10.11674/zwyf.17241
    [9] 王美李书田* . 肥料重金属含量状况及施肥对土壤和作物重金属富集的影响. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(2): 466-480. doi: 10.11674/zwyf.2014.0224
    [10] 马海洋石伟琦刘亚男江良洪孙光明左雪冬张江周严程明 . 氮、磷、钾肥对卡因菠萝产量和品质的影响. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(4): 901-907. doi: 10.11674/zwyf.2013.0416
    [11] 张淼赵书岗耿丽平霍红刘文菊* . 缺磷对不同作物根系形态及体内养分含量浓度的影响. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(3): 577-585. doi: 10.11674/zwyf.2013.0307
    [12] 林海建张志明张永中高世斌潘光堂 . 作物氮、磷、钾利用相关性状的QTL定位研究进展. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(3): 732-743. doi: 10.11674/zwyf.2010.0332
    [13] . 施用钾肥对温室黄瓜光合特性及产量的影响. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(5): 1232-1237. doi: 10.11674/zwyf.2010.0526
    [14] 鲁剑巍陈防廖志文万运帆吴恢刘冬碧 , . 氮钾肥配合施用对桑叶产量品质及蚕茧质量的影响. 植物营养与肥料学报, 2007, 13(4): 719-724. doi: 10.11674/zwyf.2007.0429
    [15] 郭熙盛吴礼树朱宏斌王文军叶舒娅武际 . 不同钾肥品种和用量对花椰菜产量和品质的影响. 植物营养与肥料学报, 2007, 13(3): 464-470. doi: 10.11674/zwyf.2007.0318
    [16] 李伶俐马宗斌张东林杜远仿房卫平谢德意 . 盛铃期补施钾肥对不同群体棉花光合特性和产量品质的影响. 植物营养与肥料学报, 2006, 12(5): 662-666. doi: 10.11674/zwyf.2006.0510
    [17] 郭熙盛朱宏斌王文军叶舒娅武际吴礼树 . 不同氮钾水平对结球甘蓝产量和品质的影响. 植物营养与肥料学报, 2004, 10(2): 161-166. doi: 10.11674/zwyf.2004.0210
    [18] 沈宏施卫明王校常曹志洪 . 不同作物对低磷胁迫的适应机理研究. 植物营养与肥料学报, 2001, 7(2): 172-177. doi: 10.11674/zwyf.2001.0209
    [19] 刘荣乐金继运吴荣贵梁鸣早 . 我国北方土壤作物系统内钾素循环特征及秸秆还田与施钾肥的影响. 植物营养与肥料学报, 2000, 6(2): 123-132. doi: 10.11674/zwyf.2000.0201
    [20] 倪吾钟何念祖林荣新 . 钾肥对大白菜产量形成和叶球品质的影响. 植物营养与肥料学报, 1996, 2(2): 162-168. doi: 10.11674/zwyf.1996.0210
  • 加载中
图(7)表(1)
计量
  • 文章访问数:  351
  • HTML全文浏览量:  306
  • PDF下载量:  120
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-29
  • 网络出版日期:  2020-11-16
  • 刊出日期:  2020-10-25

钾肥与我国主要作物品质关系的整合分析

  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(31872173);国家重点研发计划项目(2016YFD0200108);中央高校基本科研业务专项基金(2662018YJ026)。
  • 摘要:    【目的】   钾是重要的品质元素,明确钾肥施用对不同作物品质的影响,为合理施用钾肥提高作物的产量和品质提供依据。   【方法】   本研究以“钾”和“品质”为主要关键词,在"中国知网"检索1989年以来公开发表的文献,共筛选出符合Meta分析标准的文献92篇,获得数据147组。将文献中的作物按照粮食作物、蔬菜、水果、油料作物和纤维作物进行分组,以不施钾肥为对照,应用Meta-analysis方法整合分析了钾肥施用及钾肥用量和类型对作物共性品质指标的影响;进一步根据作物类型,分类分析了钾肥施用对不同类型作物特性品质的综合效应。   【结果】   与不施钾相比,钾肥施用能够改善作物的维生素C、可溶性糖、可溶性固形物、蛋白质和淀粉含量5种共性品质,增长率分别为18.6%、19.3%、8.7%、7.3%和5.2%。与适宜钾肥用量相比,钾肥不合理施用会造成品质增长率的降低;硫酸钾对作物品质的改善效果整体上优于氯化钾。施用钾肥不仅改善了作物的共性品质,对于作物的特性品质也有一定的改善效果。对于粮食作物,钾肥施用能够降低水稻的垩白度 (16.7%) 和垩白粒率 (12.5%),提高小麦的湿面筋含量 (4.2%) 和沉降值 (5.4%)、玉米的氨基酸含量 (25.3%) 和脂肪含量 (5.0%) 以及薯类单薯重 (26.6%);对于蔬菜类作物,钾肥施用降低其硝酸盐的含量 (23.7%);对于水果类作物,施用钾肥能够提高水果的糖酸比 (20.5%)、单果重 (11.1%) 和硬度 (3.3%),降低可滴定酸的含量 (5.5%);对于油料作物,钾肥施用能够提高其含油率 (3.7%);对于纤维作物,施用钾肥则提高了其纺纱均匀度指数 (6.2%)、纤维长度 (2.2%)、伸长率 (5.3%)、断裂比强度 (3.3%) 和马克隆值 (2.6%)。   【结论】   施用钾肥能够显著改善作物品质,不同钾肥用量和类型对作物品质的改善效果不同。钾肥的合理施用不仅需要根据土壤钾素丰缺状况和作物对钾的需求确定适宜的钾肥用量,还要根据作物自身的品质特征完善钾肥适宜用量和施用方法,同时兼顾钾肥与其它肥料配合施用,保证各种养分的协调供应,从而实现作物的高产高效和优质。

    English Abstract

    • 我国上世纪70年代在南方作物生产中发现大面积钾素缺乏症状,90年代东北、华北和西北也出现缺钾影响作物产量的现象,经过近40年的努力,钾肥已成为常规施肥要素,对保障我国作物产量的稳步提高做出了重要贡献[1]。近年来,我国土壤有效钾含量不断下降的趋势得到遏制,田间作物明显的缺钾症状较为罕见,偶尔一两季不施钾肥也未见明显的减产,在一些地区和作物上出现轻视或忽视钾肥施用的现象[2]。需要引起注意的是,我国大多数农田的土壤有效钾含量仍处于偏低水平,而周年种植产量高、作物从土壤中吸收带走的钾素呈增加趋势,农田钾素总体呈亏缺状态[3]。钾素养分除对作物高产稳产起保障作用外,钾还是重要的品质元素,一些作物的品质维持需要有充足的钾素养分供应[4]。随着生产发展和生活水平提高,消费者对优质农产品的需求也随之发生了新的改变,农产品需求逐渐向新型化、多样化、高端化演变,农产品提质增效已成为我国现代农业发展的方向和重点[5-6]

      作物的品质主要受控于自身遗传特性,但也受外界环境条件和栽培因素的影响,其中以养分的影响最为直接,且易进行人为调控[7]。作为重要的品质元素,钾在植物体内呈离子状态,集中分布在细胞液内,是植物细胞中含量最高的阳离子[8],具有高度渗透性、流动性和再利用性的特点[9]。钾在植物的整个代谢过程中具有广泛的作用,如提高光合作用及碳水化合物的形成与运输,促进蛋白质的形成,调节植物细胞的水势以及气孔运动,激活植物体内多种酶的活性,促进有机酸的代谢等[10-11]。此外,钾还能提高作物抵抗不良环境侵蚀的能力,增强抗逆性,进而改善其品质[12-14]。近年来,关于钾肥施用对作物品质影响的研究越来越多,张皓等[15]的研究表明,适量增施钾肥提高了马铃薯块茎中维生素C、淀粉和蛋白质含量;杨颖等[16]研究了不同施钾量对油桃品质的影响,指出增施钾肥显著提高了油桃可溶性糖和维生素C的含量,降低了果实酸度,施钾处理的糖酸比也显著高于不施钾处理;周晓丽等[17]的研究发现,施钾后西葫芦的可溶性固形物、可溶性糖、维生素C、蛋白质和淀粉含量均有所提高。尽管研究者对于“钾改善作物品质”这个功能非常明确,但对于钾究竟能影响哪些作物品质指标缺少一个全面的认识。为了明确钾对主要作物品质影响,基于截止至2019年钾肥施用对作物品质的影响研究数据,以不施钾肥为对照,运用Meta-analysis方法定量分析钾肥施用对不同作物品质的影响,旨在揭示和明确钾肥施用对不同作物品质的综合效应,为合理施用钾肥提高作物产量和品质提供依据。

      • 本研究在中国知网数据库进行文献搜集,收集了1989至2019年国内公开发表的关于钾肥施用对作物品质影响的期刊文献,中文检索词包括“钾”、“品质”及其组合。为实现研究目的并满足Meta-analysis对数据的要求,基于以下标准筛选文献:1) 同一试验必须包括配对的施用钾肥和对照 (不施钾) 处理;2) 文中明确给出钾肥的用量、类型和施用方式;3) 文中列有相关处理的重复数、相关品质指标平均值及标准偏差,或提供了每个重复的数据,或试验年限 ≥ 2年;4) 试验地、试验年份、试验作物等基本信息清晰。基于以上标准筛选,获得92篇符合标准的文献,如果文献中包含多年、多点或者多品种的数据,则将每一年、每个地点和每个品种所包含的各项品质数据均作为一组数据,共获得147组数据。在数据搜集过程中,如果数据以柱状图和折线图的形式展示,则采用图形数字化软件GetData Graph Digitizer进行数字化转换后再提取[18]

      • 经筛选获得的92篇文献,所用钾肥类型主要为硫酸钾和氯化钾,作物主要包括水稻、小麦、玉米、马铃薯、番茄、黄瓜、生菜、白菜、苹果、葡萄、香蕉、西瓜、油菜、大豆和棉花等,根据作物的类型将其分成了粮食作物、蔬菜、水果、油料作物和纤维作物五类。若文献中给出了某种作物钾肥的适宜用量,则统计其适宜用量;若不同文献中作物的适宜用量不一致,则取其适宜用量的交集;并依据适宜用量,将低于和高于适宜用量的施肥量定义为低量和高量。不同作物钾肥用量范围和适宜用量如表1所示。

        表 1  不同作物钾肥用量范围和适宜用量 (K2O kg/hm2)

        Table 1.  The range of K fertilizer application rate and optimal K fertilizer rate of different crops

        作物
        Crop
        用量范围
        Application rate
        适宜用量
        Optimal rate
        水稻Rice0~10552.5~78.5
        小麦Wheat0~15075.0~112.5
        玉米Maize0~315135~180
        马铃薯Potato0~300180~225
        白菜Cabbage0~240120~180
        西瓜Watermelon0~405270~300
        油菜Rapeseed0~18067.5~115.5
        大豆Soybean0~18045~90
        棉花Cotton0~300150~180
      • 在Meta分析中,各研究的标准偏差是一个重要参数,它主要用于计算各研究的权重。按照文献提供的信息,若原文献提供标准偏差时,直接提取文献中的数据;若原文献没有提供标准偏差但列出多个重复试验的数据时,根据常用方法计算标准差;若原文献既没有列出标准偏差也没有试验重复值,但包含了多年的试验数据时,可以将多年数据看作试验重复,进行标准偏差计算[19-20]

      • 将整理的文献数据分组,在MetaWin软件中输入各研究中不施钾肥处理和施用钾肥处理各品质指标的平均值、其相应的标准偏差和样本量,使用反应比的自然对数 ($ \ln R $) 作为效应值。由于数据来源于不同地区,有着不同的田间管理模式、作物品种、土壤质地和气候条件等,研究之间存在很大的变异,因此利用平衡权重的随机效应模型计算效应值$ \ln R$[21]

        $ \ln R = \ln \left( {Xe/Xc} \right) $

        式中:R是反应比;Xe为施用钾肥处理的相关品质指标的平均值;Xc是不施钾肥处理的相关品质指标的平均值。

        为了更加直观地反映施用钾肥对作物品质的影响以及便于对结果进行解释,将效应值$ \ln R $转化为变化率Z [22]

        $ Z = (R - 1) \times 100{\text{%} } $

        $ \ln R $或者Z的95%置信区间不包含0,则说明钾肥施用对作物品质影响效应显著;若$ \ln R $或者Z的95%置信区间包含0,则说明钾肥施用对作物品质无显著影响[23]

      • 本研究所用数据采用Excel 2016进行记录和整理,采用MetaWin 2.1软件进行计算和分析,使用Origin 2017绘图软件绘图。

      • 不同类型的作物品质指标不尽相同,将不同类型的作物的共性品质进行整合,共提取5种品质指标,分别为蛋白质、可溶性糖、维生素C、可溶性固形物和淀粉含量 (图1)。与不施钾处理相比,施用钾肥后作物共性品质效应值均大于0,且其95%置信区间均不包含0,说明施用钾肥对作物共性品质影响效应显著。施用钾肥后,可溶性糖的增加率最高为19.3% (15.6%~23.1%),淀粉的增加率最低为5.2% (2.7%~7.7%)。其它品质指标,包括维生素C、可溶性固形物和蛋白质的增加率分别18.6% (15.5%~27.1%)、8.7% (6.2%~11.4%) 和7.3% (5.2%~9.5%)。

        图  1  钾肥施用对作物共性品质的效应分析

        Figure 1.  Effects of potassium fertilizer application on common qualities of crops

      • 以不同作物的适宜钾肥用量为参考,将钾肥用量分为低钾、适宜钾、高钾3个水平 (图2a)。与不施钾处理相比,3个钾肥水平下作物共性品质效应值均大于0,说明3个钾肥水平对作物共性品质影响效应显著。随着钾肥用量的提高,品质的增长率呈现先增高后降低的趋势,适宜钾用量时对品质改善效果最好。硫酸钾和氯化钾对于作物品质的影响不尽相同 (图2b),除可溶性糖的增长率硫酸钾处理 (20.5%) 稍低于氯化钾处理 (21.4%),其它共性品质的增长率硫酸钾处理均要高于氯化钾处理。

        图  2  钾肥用量和类型对作物共性品质的效应分析

        Figure 2.  Effects of potassium fertilizer rate and type on common qualities of crops

      • 图3所示,与不施钾处理相比,施钾后水稻糙米率、精米率和整精米率的增长率分别为1.0%、2.1%和3.1%,但施用钾肥对水稻糙米率、精米率和整精米率的效应不显著。施用钾肥后显著降低了水稻的垩白度和垩白粒率,降低率分别为16.7% (8.5%~24.1%) 和12.5% (6.9%~17.8%)。对于小麦,与不施钾处理相比,施用钾肥显著提高了小麦的沉降值以及湿面筋的含量,增长率分别为5.4% (3.3%~7.6%) 和4.2% (2.1%~6.3%)。对于玉米,与不施钾处理相比,施用钾肥后玉米氨基酸和脂肪含量增加率分别为25.3% (7.3%~46.3%) 和5.0% (1.8%~8.4%)。对于薯类作物,与不施钾处理相比,施用钾肥显著提高了薯类作物单果重和维生素C含量,增加率分别为26.6% (18.3%~35.4%) 和15.0% (6.7%~23.8%)。对于粮食作物的整体而言,与不施钾处理相比,施用钾肥显著提高了粮食作物可溶性糖、蛋白质、淀粉含量和茎秆抗折力,增加率分别为21.6% (15.4%~28.0%)、6.5% (4.6%~8.4%)、4.7% (2.4%~7.1%) 和20.1%(14.8%~25.6%)。

        图  3  钾肥施用对粮食作物品质的效应分析

        Figure 3.  Effects of potassium fertilizer application on quality of grain crops

      • 与不施钾处理相比,施用钾肥显著影响蔬菜类作物的品质指标 (图4),其中蛋白质含量增加率最高为24.4% (15.4%~34.0%),可溶性固形物的增加率最低为14.1% (7.1%~21.5%)。其它品质指标,包括维生素C和可溶性糖的增加率分别为17.0%和20.3%。施用钾肥显著降低了蔬菜类作物硝酸盐含量,平均降低了23.7% (17.7%~29.3%)。

        图  4  钾肥施用对蔬菜类作物品质效应分析

        Figure 4.  Effects of potassium fertilizer application on quality of vegetable crops

      • 与不施钾处理相比,施用钾肥显著影响水果类作物的品质指标 (图5),其中糖酸比的增加率最高为20.5% (14.0%~27.4%),硬度的增加率最低为3.3% (0.7%~6.0%)。其它品质指标,包括维生素C、蛋白质、单果重、可溶性糖和可溶性固形物的增加率分别19.6%、18.3%、11.1%、10.8%和7.3%。施用钾肥显著降低了水果类作物可滴定酸的含量,降低率为5.5% (2.2%~8.8%)。

        图  5  钾肥施用对水果类作物品质的效应分析

        Figure 5.  Effects of potassium fertilizer application onquality of fruit crops

      • 与不施钾处理相比,施钾显著提高了油料作物的含油率 (图6),增长率为3.7% (1.4%~6.0%);但降低了蛋白质含量,降低率为2.7% (0.5%~4.8%)。

        图  6  钾肥施用对油料作物品质效应分析

        Figure 6.  Effects of potassium fertilizer application onquality of oil crops

      • 与不施钾处理相比,施钾显著地改善了棉花的纤维品质 (图7),施钾后棉花纺纱均匀度的增加率最高为6.2% (2.1%~10.5%),纤维长度的增加率最低为2.2% (0.0%~4.4%)。其它品质指标,包括纤维伸长率、断裂比强度和马克隆值的增加率分别为5.3%、3.3%和2.6%。施用钾肥对棉花纤维整齐度指数影响不显著。

        图  7  钾肥施用对纤维作物品质效应分析

        Figure 7.  Effects of potassium fertilizer application onquality of fiber crops

      • 本研究通过整合分析研究了钾肥施用对作物品质的影响,与不施钾处理相比,钾肥施用对作物的蛋白质、可溶性糖、维生素C、可溶性固形物和淀粉含量的增加率分别为7.3%、19.3%、18.6%、8.7%和5.2%,说明钾肥施用可以显著提高作物的品质。钾之所以能提高作物的含糖量,改善品质,与其能加速碳水化合物的合成、运输和转化有关[24]。钾是加速植物体内同化产物和营养物质运转的重要驱动力,钾一方面能提高作物光合能力,另一方面能抑制酸性转化酶活性,提高蔗糖磷酸合成酶活性[25],使光合产物主要以蔗糖和氨基酸的形式从韧皮部向生理反应库运输,从而提高作物的含糖量[26]。此外,钾能增大氨基酸转化为蛋白质的速度,进而提高作物蛋白质的含量[27]

        随着钾肥用量的增加,主要作物共性品质指标的增长率呈现先增高后降低的趋势,在适宜钾用量时改善品质的效果最优。由此可见,钾肥施用量过高时,不仅会降低对作物品质的改善效果,而且会造成资源的浪费。研究表明适量施钾可增加小麦叶片硝酸还原酶活性,降低其过氧化物酶活性,延缓叶片衰老,提高小麦籽粒的品质;但过量钾肥供应可导致小麦对钾的奢侈吸收,影响各种元素间的平衡,尤其是氮钾比例的失调,进而导致小麦籽粒品质降低[28-29]。硫酸钾对作物品质的改善效果整体上优于氯化钾,一方面可能是由于某些作物对氯敏感,氯浓度过高会抑制其正常生长发育,降低产量和品质[30]。另一方面可能是由于硫酸钾是高质量的双重营养物,既含有钾又含有硫元素,硫参与植物体内蛋白质的合成和各种代谢活动,对提高作物产量、改善品质以及提高豆科作物固氮能力等方面有着重要作用[31]

        每种作物都有其特有的品质指标,钾肥施用对不同作物特有的品质指标也有一定的改善效果。钾肥施用提高了粮食作物的茎秆抗折力,这与钾肥能够促进茎秆厚壁细胞的木质化、增加茎秆基部节间壁厚、促进维管束发育、提高茎秆强度有关[32]。作为水稻外观品质的重要指标,钾肥施用降低了水稻的垩白度和垩白粒率,这与司洋等[33]的研究结果基本一致。钾肥施用提高了小麦的沉降值和湿面筋含量,主要是由于施钾增加了蛋白质含量,尤其是增加了蛋白质中麦谷蛋白的含量[34]。蔬菜是一类喜硝作物,易造成硝酸盐的累积,钾肥施用降低了蔬菜硝酸盐的含量,这可能是因为钾能提高植物叶片硝酸酶的活性,促进NO3转化成NH4+,从而降低硝酸盐的含量[35]。作物果实的大小,决定于细胞数目、体积和细胞间隙的增大,钾能提高光合作用中多种酶的活性,加速光合磷酸化过程,提高CO2的同化率,为细胞发育提供充足的养分,提高其单果重[36]。钾肥施用后,油料作物的含油率提高,而蛋白质含量却有略微下降,可能是因为对于同一品种的油料作物而言其Sumop值 (油分与蛋白质含量之和) 基本上是恒定的,油分含量的提高造成了蛋白质含量的下降[37]。钾肥施用改善了纤维作物的品质,其原因可能是施钾会延缓叶片衰老,有助于纤维的伸长[38],增加纤维细胞的次生壁厚度[39],进而提高纤维强度。

        肥料的合理施用是作物产量品质和肥料利用率提高的关键因素,对农业绿色可持续发展具有至关重要的意义[40]。土壤钾素供应不足会导致作物生长发育不良、抗性差、产量低、品质变劣[41-42]。合理施用钾肥不仅可以提高作物的产量、氮素利用率、抗逆性、抗病性,还能改善作物的品质和促进早熟[43-44]。我国钾肥资源较少,科学施用钾肥是改善作物品质和提高钾肥利用率的关键。合理施用钾肥除考虑土壤钾素供应之外,更重要的是作物钾素需求,尤其是优质条件下作物的钾素需求特征。作物的钾肥推荐用量往往依赖于作物的产量反应,建立新的基于品质效应的钾肥推荐用量和施肥技术,尤其是作物对某些特定品质指标的需求,是提质增效新形势下科学施用钾肥面临的新的挑战。

      • 1) 与不施钾处理相比,钾肥施用能够改善作物的维生素C、可溶性糖、可溶性固形物、蛋白质和淀粉含量5项共性品质,增长率分别为18.6%、19.3%、8.7%、7.3%和5.2%。

        2) 适宜的钾肥用量可以显著提高作物的品质,与适宜用量相比,钾肥施用不足或过量均会造成品质增长率的降低;硫酸钾对作物品质的改善效果整体上要优于氯化钾。

        3) 钾肥施用提高了粮食作物的茎秆抗折力,降低水稻的垩白度和垩白粒率,提高小麦湿面筋含量和沉降值、玉米氨基酸和脂肪的含量以及薯类单薯重。钾肥施用显著降低了蔬菜类作物硝酸盐的含量,提高了水果类作物的糖酸比、单果重和硬度,降低了水果类作物的可滴定酸含量。钾肥施用提高了油料作物含油率以及纤维作物纺纱均匀度指数、纤维长度、伸长率、断裂比强度和马克隆值。

    参考文献 (44)

    目录

      /

      返回文章
      返回