土壤溶液中适宜甜玉米生长的钾素水平研究
doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.24633
梁添佳 , 胡清钰 , 何昕昀 , 冯宏 , 黎燕凤 , 郭彦彪
华南农业大学资源环境学院,广东 广州 510642
基金项目: 国家重点研发计划项目(2017YFD0201508-02) ; 广东省耕地质量与土壤墒情监测评价项目
Study on the optimum potassium levels in soil solution for sweet corn
LIANG Tian-jia , HU Qing-yu , HE Xin-yun , FENG Hong , LI Yan-feng , GUO Yan-biao
College of Natural Resources and Environment,South China Agricultural University,Guangzhou Guangdong 510642
摘要
通过土壤溶液监测土壤养分,明确适宜甜玉米生长的土壤溶液中钾浓度范围,从而达到甜玉米精准定量施肥的目标,提高甜玉米产量和品质。以甜玉米为对象,先进行砂培试验,设置 8 个钾浓度(0、30、60、90、 120、150、240、300 mg·L-1 ),找到适宜甜玉米生长的营养液钾浓度范围,再进行土培试验,以土壤溶液中不同钾浓度指导施肥,探索以土壤溶液中钾浓度指导甜玉米钾肥施用方法。结果表明:在砂培试验中,营养液钾浓度在 0 ~ 60 mg·L-1 时,甜玉米株高、茎粗、SPAD 值和叶面积随着钾浓度增加而显著提高(P<0.05,下同),超过 60 mg·L-1 时,各项指标无显著变化(P>0.05,下同)。随着营养液钾浓度的增加,带苞叶穗重、去苞叶穗重、百粒重和籽粒总重都呈现出先增加后减少的趋势。当营养液钾浓度超过 150 mg·L-1 ,甜玉米产量和各项要素均有所下降。从甜玉米综合品质来看,甜玉米种植在钾浓度为 60 ~ 150 mg·L-1 的营养液中综合品质最佳。在土培试验中,土壤溶液钾浓度在 30 ~ 300 mg·L-1 时,对甜玉米生长无显著影响。不施钾肥处理和根据生育期施肥处理的甜玉米产量显著低于根据土壤溶液施钾处理,但随着钾浓度增加,甜玉米的产量增加不显著。从甜玉米综合品质来看,土壤溶液钾浓度为 30 ~ 150 mg·L-1 时甜玉米的综合品质最佳。综上,适宜甜玉米生长的营养液钾浓度范围为 60 ~ 150 mg·L-1 ;适宜甜玉米生长的土壤溶液钾浓度范围为 30 ~ 150 mg·L-1
关键词
Abstract
By monitoring nutrients through soil solution,the optimum potassium nutrient concentration in soil solution for the sweet corn can be determined,thereby achieving the goal of precise quantitative fertilization of sweet corn and improving its yield and quality. This study focused on sweet corn and conducted sand cultivation experiments with 8 potassium concentrations(0,30,60,90,120,150,240,300 mg·L-1 )to find the optimum potassium concentration range for the growth of sweet corn. Then,soil cultivation experiment was conducted to guide fertilization with different potassium concentrations in soil solution and explore the method of using potassium concentration in soil solution to guide potassium fertilizer application in sweet corn. The results indicated that,in the sand cultivation experiment,when the potassium concentration of the nutrient solution was between 0-60 mg·L-1 ,the plant height,stem diameter,SPAD,and leaf area of sweet corn significantly increased with the increase of potassium concentration(P<0.05,the same below). When it exceeded 60 mg·L-1 ,there was no significant change in various indicators(P>0.05,the same below). With the increase of potassium concentration in the nutrient solution,the weight of the ear with bracts,the weight of the ear without bracts,the weight of one hundred grains,and the total weight of grains all showed a trend of first increasing and then decreasing. When the potassium concentration in the nutrient solution exceeds 150 mg·L-1 ,the yield and various factors of sweet corn decreased. From the perspective of comprehensive quality of sweet corn,the best comprehensive quality was achieved when planted in a nutrient solution with a potassium concentration of 60-150 mg·L-1 . In soil cultivation experiments,potassium concentrations in soil solutions ranging from 30-300 mg·L-1 had no significant effect on the growth of sweet corn. The yield of sweet corn treated with no potassium fertilizer and treated with fertilization according to the growth period was significantly lower than that treated with potassium fertilizer based on soil solution,but the yield of sweet corn did not increase significantly with the increase of potassium concentration. From the perspective of comprehensive quality of sweet corn,the best comprehensive quality of sweet corn was achieved when the soil solution potassium concentration was 30-150 mg·L-1 . In summary,the potassium concentration range of nutrient solution suitable for the growth of sweet corn was 60-150 mg·L-1 ,while the potassium concentration range of soil solution suitable for the growth of sweet corn was 30-150 mg·L-1 .
甜玉米(Zea mays L . saccharata Stult)又称作水果玉米或蔬菜玉米,为禾本科玉米属。甜玉米具有含糖量高、口感独特、营养丰富等诸多优良特性,它不仅是全球第三大蔬菜作物,同时还兼备粮食、水果的用途,是全球重要的粮食和经济作物,已在世界许多国家广泛种植,目前我国是第二大甜玉米生产国[1]。而甜玉米生物量大、生长速度快,在生长发育过程中需要吸收大量的钾元素,故而甜玉米的高产、优质需要有合理的钾元素养分管理。在提高钾肥利用率、减少投资和钾肥损失导致的环境问题下,合理施用钾肥成为了关键环节。因此,探寻一种更加简单、准确的养分诊断施肥方法,对建立甜玉米精准施肥方案具有重要意义。
钾素作为甜玉米生长发育过程中的必需营养元素,在起到提高玉米产量、改善籽粒品质作用的同时能够增强茎秆抗倒伏能力[2-4],且在缺水环境中,钾对缓解甜玉米干旱胁迫中有积极作用[5]。在生产中,除了追求作物高产,作物品质也是需要重视的。增施钾肥虽然是提高玉米产量的重要措施,但施用过度将抑制籽粒中糖类、蛋白质等物质合成[6-7]。甜玉米的最佳施钾量范围往往差异较大,主要是容易受到土壤肥力、玉米品种、栽培方式等因素影响。赵福成等[8]对甜玉米超甜 135 和扬甜 2 号的研究表明,随施钾量增加甜玉米产量、可溶性糖和蔗糖含量先升后降,在施钾量为 K2O 151.9~164.8 kg·hm-2 时产量最高,施钾量为 K2O 150.8~176.6 kg·hm-2 时品质最优,土壤钾含量不足或过量施用钾肥均会抑制甜玉米籽粒含糖量。这与李波等[9]研究登海 661 和郑单 958 玉米所得结果接近。滴灌水肥一体化条件下,玉米产量在钾肥施用量 0~180 kg·hm-2 范围内逐渐增加,当钾肥施用量为 180 kg·hm-2 时,对玉米叶绿素含量有提升作用,最终增加产量[10]。有研究认为,基肥中施用钾肥对甜玉米水溶性糖和产量形成有明显效果[11],而孔丽丽等[2]认为钾肥分次施用更利于产量提高,特别是 1/2 作基肥,1/2 在拔节期作追肥为最佳施肥方式。
目前指导甜玉米施肥的方法主要有按经验施肥、按生长期需肥特征施肥[12]、测土配方施肥[13]、叶片营养诊断施肥[14]等。按经验施肥缺乏科学性,容易施肥过量,造成肥料流失等问题; 测土配方施肥的测定工作量大、测定繁琐、专业性强,不适合普及农户应用;叶片营养诊断施肥具有一定的滞后性,且缺素症状易与病害症状混淆而造成误诊。而土壤溶液作为作物吸收养分最直接的来源,更能反映土壤养分最新情况,体现土壤最新动态[15]。植物吸收养分主要通过质流和扩散,而它们均以水为媒介,养分只有溶解在水中才能被植物吸收,所以土壤溶液是植物养分最直接的供给源。因此,土壤溶液分析被认为是一种很有前景的土壤肥力诊断方法[16]。近年来,国内外对土壤溶液的研究不断增加,但主要研究集中在其浓度变化上[17-19],以土壤溶液中钾离子浓度作为钾素供应水平评价指标和施肥依据的相关研究还非常少,数据缺乏。因此,本研究以甜玉米作为供试作物,通过研究土壤溶液中钾离子浓度与甜玉米生长的关系,确定土壤溶液中适宜甜玉米生长的钾素水平,为基于土壤溶液中钾离子浓度来指导钾肥施用提供数据支撑和理论基础。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试甜玉米品种为‘南甜 6 号’(Zea mays L. ‘Nantian 6’)。供试砂培基质为石英砂,粒径为 1~2 mm。供试砂培容器规格为直径 16 cm,高40 cm 的 PVC 盆,底部开孔并连接透明软管,用于排放营养液和观察营养液液位。砂培供试营养液参照 Hoagland 等[20]通用的营养液配方和通用的营养液微量元素配方。供试土壤采自广东省清远市清城区石角镇,土壤基本理化性质如下:土壤 pH 值为 5.28(土水比为 1∶5),有机质含量为 36.05 g·kg−1,碱解氮含量为 127.40 mg·kg−1,有效磷含量为 33.88 mg·kg−1,速效钾含量为 213.58 mg·kg−1,全氮含量为 1.58 g·kg−1,全磷含量为 0.31 g·kg−1,全钾含量为 22.80 g·kg−1。供试土培容器规格为上口径 27 cm、下口径 22 cm、高 28 cm 的塑料花盆。供试肥料为分析纯的尿素(N 46.7 %)、过磷酸钙(P2O5 17.0 %)、氯化钾(K2O 63.2 %)。
1.2 试验设计
1.2.1 甜玉米砂培试验
甜玉米砂培试验于 2022 年 8 月 22 日至 11 月 11 日在华南农业大学资源环境学院网室进行。砂培试验设置 8 个钾浓度(0、30、60、90、120、 150、240、300 mg·L-1),每个处理 5 个重复,各个处理的营养液配方见表1。砂培试验具体方法为:向每个 PVC 盆装入 7.5 kg 石英砂,然后加入 1.5 L 1/2 Hoagland 营养液,每盆移栽 1 株长势一致且健壮的甜玉米苗。缓苗后,排出 PVC 盆中的 1/2 Hoagland 营养液,并用蒸馏水冲洗基质,至冲洗液的电导率约为 10 μS·cm−1,然后用相应处理的营养液冲洗基质,至基质中的溶液浓度与试验设计的浓度基本一致,最后加入 1 L 相应处理的营养液,3~4 d 后再加入 0.5 L 相应处理的营养液,在整个砂培试验中,每 7 d 重复一次上述基质冲洗和营养液添加工作。
1不同钾浓度处理营养液配方
1.2.2 甜玉米土培试验
根据砂培试验得出的甜玉米适宜生长钾浓度范围,设计 5 个施钾处理,每个处理 4 个重复,具体设置见表2。本试验于 2023 年 3 月 27 日至 6 月 18 日在华南农业大学资源环境学院网室进行。每个塑料盆装入 12 kg 供试土壤。同时每盆在 10~15 cm 深处均匀埋入直径 1 cm、高 4 cm 的 3 个圆柱形陶土头,用于抽取土壤溶液。每盆移栽 1 株长势一致且健壮的甜玉米苗。各处理定苗后每 10 d 采集一次土壤溶液(在施肥后 2~5 d 增加一次采样),并测定土壤溶液中的 K+ 浓度,当测定的土壤溶液 K+ 浓度低于相应处理浓度范围,则施入钾肥,保证土壤溶液 K+ 浓度始终保持在试验设计范围内。
2甜玉米土培试验不同钾施肥处理试验设计
在整个试验过程中,各处理钾肥施入情况见表3。每个处理的磷肥以基肥的形式于播种前每株施入 P2O5 0.75 g·株 −1,氮肥分别于定植后第 1、19、47、56 d 每盆施入纯氮 0.23、0.46、1.16、 0.46 g,共 2.31 g。本试验水分管理利用土壤张力计实时监测土壤基质势,当土壤基质势降至-45 kPa 自动开始灌溉,待基质势达到-5 kPa 时自动停止灌溉,灌溉方式为滴灌。上述氮肥、磷肥、钾肥分别以尿素、过磷酸钙和氯化钾的形式溶于水后施入土壤,其他农艺管理措施均与常规管理一致。
1.3 测定指标与方法
(1)土壤溶液钾含量采用火焰光度法测定[21]
(2)株高、茎粗、相对叶绿素(SPAD 值)、叶面积:分别在甜玉米苗期、拔节期、抽穗期、成熟期末测定。采用卷尺测定株高;采用游标卡尺测定茎粗;以长宽系数法测定叶面积,系数为 0.75,采用米尺测定叶长和叶宽;SPAD 值用叶绿素仪测定[22]
(3)品质指标:可溶性糖和淀粉采用蒽酮比色法测定;还原糖采用 3,5-二硝基水杨酸法测定; 粗蛋白质采用凯氏定氮法测定[23]
(4)产量构成:在成熟期收样后,对穗重、百粒重、籽粒总重等产量构成要素进行测定[22]
1.4 数据分析
采用 Excel 2019 进行数据计算整理; 采用 SPSS 26.0 进行方差分析,多重比较采用 Dumcan 法,显著水平取 α=0.05;采用 Origin 2021 绘图。
3不同处理的钾肥施入时间和施钾量
2 结果与分析
2.1 砂培试验不同营养液钾浓度对甜玉米农艺性状的影响
砂培试验中不同营养液钾浓度处理对甜玉米株高的影响如表4所示。在各生育期中,S1 处理的株高均小于其他处理。在苗期,S2、S4、S5、S6 和 S7 处理之间株高均没有显著差异,且显著大于 S1 和 S8 处理;当钾浓度为 300 mg·L-1 时,甜玉米株高显著低于其他处理(除 S1 和 S3 处理外),说明营养液中钾浓度达到 300 mg·L-1 时会抑制苗期甜玉米增长。在拔节期,S2~S8 处理的株高显著大于 S1,并且钾浓度≥ 240 mg·L-1 后,甜玉米的株高出现下降的趋势,说明钾浓度达到 240 mg·L-1 时对甜玉米的拔节具有一定的抑制作用。从拔节期到抽穗期,培育在低浓度钾(≤ 30 mg·L-1)的营养液中的甜玉米生长较缓慢,并出现了缺钾症状。在抽穗期和成熟期,高浓度钾(≥ 240 mg·L-1) 对甜玉米株高的抑制作用仍然存在,但并不显著,且 S1 和 S2 的缺钾症状更为明显。
4不同钾浓度营养液处理下各生育期甜玉米株高
注:表中数据为平均值 ± 标准误差,n=3。同一列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。
砂培试验中不同营养液钾浓度处理对甜玉米叶面积的影响如表5所示。在苗期,S3~S7 处理之间甜玉米叶面积没有显著差异,其中 S6 处理叶面积最大,显著大于 S1、S2 和 S8 处理,说明在苗期过低(S1、S2)或过高(S8)的钾浓度营养液均不利于甜玉米叶片的增大。在拔节期,S1 处理叶面积显著小于其他处理,S2~S7 处理之间没有显著差异,S8 处理叶面积小于 S2~S7 处理,且显著小于 S4 和 S6 处理。在抽穗期和成熟期,总体来看,甜玉米叶面积随着钾浓度的增大而增大,S8 处理叶面积最大;S2 处理出现缺钾症状,叶面积均小于 S3~S8 处理,且显著小于 S5~S8 处理。同时发现试验中最高钾浓度(300 mg·L-1)还未对甜玉米的叶片生长产生抑制,但当钾浓度≥ 120 mg·L-1,叶面积增加并不显著,说明当钾浓度≥ 120 mg·L-1 对甜玉米叶片的生长促进作用已经十分有限。
砂培试验中不同营养液钾浓度处理对甜玉米茎粗的影响如表6所示。从各个生育期总体上看,甜玉米茎粗随着钾浓度的增加而增大,但当钾浓度≥ 90 mg·L-1 后,甜玉米的茎粗增大并不显著。且在苗期时,钾浓度达到 300 mg·L-1 时会抑制甜玉米茎粗的增大。
5不同钾浓度营养液处理下各生育期甜玉米叶面积
6不同钾浓度营养液处理下各生育期甜玉米茎粗
砂培试验中不同营养液钾浓度处理对甜玉米 SPAD 值的影响如表7所示。总体来看,营养液中钾浓度对甜玉米叶片 SPAD 值影响较小。在苗期,低钾浓度 S1 处理和高钾浓度 S7、S8 处理 SPAD 值均显著低于 S2、S5 和 S6 处理,说明在苗期时,过低或过高的钾浓度都会对甜玉米叶片中叶绿素的形成产生不利影响。在拔节期和抽穗期,S1 处理甜玉米 SPAD 值均处于较低水平。在成熟期,S1 处理的叶片全部变黄,S1 和 S2 处理的 SPAD 值显著低于其他处理。当钾浓度≤ 60 mg·L-1 后,不利于甜玉米生长后期叶绿素形成。
2.2 砂培试验不同钾浓度营养液对甜玉米产量和品质的影响
不同钾浓度营养液处理下甜玉米的产量及其构成要素如表8所示。总体看来,随着营养液钾浓度的增加,带苞叶穗重、去苞叶穗重、百粒重和籽粒总重都呈现出先增加后减少的趋势。当钾浓度增加到 60 mg·L-1 (S3 处理)及以上时,甜玉米穗重、百粒重、籽粒总重均不存在显著差异(除 S4 处理的穗重)。在 S6 处理(150 mg·L-1)下,甜玉米的带苞叶穗重、去苞叶穗重和籽粒总重均达最大,百粒重也处于较高水平。当营养液钾浓度超过 150 mg·L-1,甜玉米产量和各项要素均有所下降。因此,根据甜玉米的产量及其构成要素分析,适宜甜玉米生长的营养液钾浓度范围为 60~150 mg·L-1
7不同钾浓度营养液处理下各生育期甜玉米 SPAD 值
8不同钾浓度营养液处理下甜玉米的产量及其构成要素
9不同钾浓度营养液处理下甜玉米的品质性状
不同钾浓度营养液对甜玉米籽粒可溶性糖、还原糖、粗蛋白质、淀粉的影响如表9所示。随着营养液钾浓度的增加,甜玉米籽粒中可溶性糖含量先增加后减少,钾浓度为 120 mg·L-1 (S5)和 150 mg·L-1 (S6)时最高,显著高于 S2、S3、S4 和 S7 处理。甜玉米籽粒中还原糖含量在钾浓度为 240 mg·L-1 (S7)时达到最大值,显著高于 S2、S3、S4 和 S5 处理。当营养液中钾浓度继续上升达到 300 mg·L-1 时,甜玉米籽粒中还原糖显著下降。甜玉米籽粒中粗蛋白质含量在 30~300 mg·L-1 钾浓度范围内无显著性差异。甜玉米籽粒中淀粉含量在钾浓度为 60 mg·L-1 (S3)时达到最大值,当营养液中钾浓度继续上升时,甜玉米籽粒中淀粉含量逐渐下降。
2.3 土培试验不同钾浓度土壤溶液对甜玉米农艺性状的影响
根据土壤溶液指导施肥,土壤溶液中不同钾浓度水平对甜玉米株高、叶面积、茎粗和 SPAD 值的影响分别如表1011、12 和 13 所示。总体看来,土壤溶液中不同钾浓度水平对甜玉米株高的影响无显著性差异。在拔节期,除 K2 处理外,其他 3 个处理株高无显著差异,K2 处理甜玉米显著高于 CK 处理,说明在拔节期时,土壤溶液中 60~150 mg·L-1 钾浓度对甜玉米株高的增长具有一定的促进作用。在其他生育期,土壤溶液钾浓度的提高对甜玉米株高的增长没有显著的促进作用。在各个生育期,土壤溶液中不同钾浓度水平对甜玉米叶面积、茎粗和 SPAD 值均无显著性影响。
2.4 土培试验不同钾浓度土壤溶液对甜玉米产量和品质的影响
不同土壤溶液钾浓度处理下甜玉米的产量及其构成要素如表14所示。随着土壤溶液钾浓度的增加,甜玉米的带苞叶穗重、去苞叶穗重和籽粒总重增加。CK 和 K0 处理甜玉米的产量及其构成要素均无显著性差异,且均处于较低水平,其中籽粒总重显著低于其他 3 个处理,说明按常规生育期施肥可能会导致后期钾肥供应不足,不利于甜玉米的生殖生长与籽粒的形成。K1 和 K2 处理甜玉米的产量及其构成要素均无显著性差异。K3 处理甜玉米的产量及其构成要素均为最大,但其百粒重和籽粒总重与 K1 和 K2 处理无显著差异。
10不同钾浓度土壤溶液处理下甜玉米各生育期株高
11不同钾浓度土壤溶液处理下甜玉米各生育期叶面积
12不同钾浓度土壤溶液处理下甜玉米各生育期茎粗
13不同钾浓度土壤溶液处理下甜玉米各生育期 SPAD 值
14不同钾浓度土壤溶液处理下甜玉米的产量及其构成要素
不同土壤溶液钾浓度条件下,甜玉米的可溶性糖、还原糖、粗蛋白质和淀粉含量如表15所示。 K3 处理甜玉米的可溶性糖显著低于其他处理,说明土壤溶液中钾浓度过高(150~300 mg·L-1)可能会不利于可溶性糖的合成。土壤溶液钾浓度过高会降低甜玉米中的粗蛋白质含量,在 K3 处理中粗蛋白质显著低于 CK、K1 和 K2 处理。因此,在钾肥施用过程中,要注意土壤溶液钾浓度过高(>150 mg·L-1)对可溶性糖、粗蛋白合成产生的不利影响。各处理间甜玉米的还原糖和淀粉含量无显著性差异,说明土壤溶液中钾浓度的高低并不会影响甜玉米的还原糖和淀粉的合成。
15不同钾浓度土壤溶液处理下甜玉米的品质性状
3 讨论
有研究表明,在一定的范围内,玉米的农艺性状和产量随着钾肥施用的增加而增加,但在钾肥过量施用后,玉米的农艺性状和产量或无明显变化或显著下降,与本研究结果相一致[24-25]。张潇等[26]研究也表明,施钾可提升玉米的株高、叶面积和叶片 SPAD 值,促进玉米生长发育和干物质积累。在适宜范围内,增加钾肥施用量能够延缓玉米叶绿素含量的降低,提高光合性能,延长玉米生育后期叶片光合功能的有效期,使玉米生长发育情况达到最优,进而实现干物质积累的增加[27-28]。侯云鹏等[29]研究表明,不施钾肥,玉米氮、磷、钾养分吸收总量最低;各施钾处理中,随施钾量的增加氮、磷、钾养分吸收总量呈先增后减的趋势,钾肥过量后会使得养分过多地滞留于营养器官中,不利于籽粒中养分的积累,最终影响产量。赵福成等[8]研究发现,增施钾肥有利于甜玉米籽粒可溶性糖的合成,同时改善甜玉米的品质,但过量施用则会显著降低甜玉米的品质。同样地,本研究表明,营养液钾浓度的提升显著增加了甜玉米籽粒中可溶性糖和还原糖的合成,但当营养液钾浓度达到 300 mg·L-1 时,甜玉米籽粒中可溶性糖、还原糖显著降低,与上述研究所得结果相似。综合分析砂培试验中甜玉米地上部农艺性状、产量和品质情况,可以认为适宜甜玉米生长的营养液钾浓度范围为 60~150 mg·L-1
根据土培试验,将土壤溶液钾浓度维持在 30~150 mg·L-1 是适宜甜玉米生长的。在甜玉米土培试验中,本研究设置的土壤溶液钾浓度范围内,甜玉米生长状况表现均良好,各处理株高、叶面积、茎粗以及 SPAD 值均没有显著差异,其原因在于本试验供试土壤钾含量较高,在此基础上施钾对甜玉米生长的促进作用效果不显著。在甜玉米产量上,甜玉米的穗重和籽粒总重随着施钾量的增加以及土壤溶液钾浓度的提高而增加,但未形成显著差异,说明土壤溶液中钾浓度的提高促进营养生长向生殖生长转化,促进籽粒形成,提高产量[30-31]。土培试验所得结果较砂培试验结果得出的适宜钾浓度范围 60~150 mg·L-1 低。原因有两个方面:一方面,钾在土壤中以不同形态存在,通常可分为速效钾、非交换性钾和矿物钾,速效钾又包括水溶性钾和交换性钾,对植物具有有效性,其中水溶性钾能被植株直接利用,占比很低[32]。但交换性钾容易被释放到土壤溶液中,而供试土壤钾含量较高,当水溶性钾被甜玉米吸收后,能够得到交换性钾的补充[33];另一方面,向土壤中输入外源钾素时,钾会被土壤黏粒所吸附,交换性钾会先升高,当吸附饱和后,剩余的钾才成为水溶性钾[33]
目前甜玉米最佳钾肥施用量的范围存在较大差异,主要受土壤肥力、玉米种类、栽培措施等因素的影响。吴平[34]研究认为,在土壤速效钾含量较低(48.00 mg·kg−1)的基础上施用K2O 95.25~117.00 kg·hm−2 时甜玉米产量最高。曹玉军等[35] 研究认为,在土壤速效钾含量中等 (113.36 mg·kg−1)的基础上施用K2O 107~140 kg·hm−2,甜玉米的产量和品质最优。本试验供试土壤速效钾含量较高,为 213.58 mg·kg−1,同时结合前人所得的甜玉米种植密度(5.5 万~7.5 万株·hm−2),推导换算出将土壤溶液钾浓度维持在 30~60 mg·L-1 (K2O 1.44 g·株 −1)时的大田甜玉米全生育期施钾量(K2O)为 79.4~108.2 kg·hm−2 ,略低于前人所研究的甜玉米最佳施钾量,说明基于土壤溶液指导甜玉米施用钾肥的方法是可靠的。但是,土培试验最后一次钾肥施用偏多,收获后残留在土壤中的钾较多,因此,一次合理的施肥量是未来要进一步研究的内容。综合土培试验中各处理甜玉米的地上部农艺性状、产量和品质状况,同时结合施钾量来看,适宜甜玉米生长的土壤溶液钾浓度范围在 30~150 mg·L-1
测定土壤溶液中的钾离子浓度比较简单,只需要用真空法抽取土壤溶液,既可以在实验室用火焰光度计测定,也可以在田间现场直接用便携式钾离子计测定,方便性和实用性均优于测定土壤中速效钾,因此,该方法有很好的应用前景。
4 结论
通过砂培试验和土培试验表明,适宜甜玉米生长的土壤溶液钾浓度范围为 30~150 mg·L-1。土壤溶液钾浓度过低(<30 mg·L-1),甜玉米生长情况不良,籽粒无法形成;钾浓度超过 150 mg·L-1,甜玉米产量未显著增加,品质则显著下降。
此外,在施钾量相近情况下,基于土壤溶液指导施肥的甜玉米产量优于传统的按生育期施肥,初步证明基于土壤溶液指导甜玉米施用钾肥的方法具有可行性。
1不同钾浓度处理营养液配方
2甜玉米土培试验不同钾施肥处理试验设计
3不同处理的钾肥施入时间和施钾量
4不同钾浓度营养液处理下各生育期甜玉米株高
5不同钾浓度营养液处理下各生育期甜玉米叶面积
6不同钾浓度营养液处理下各生育期甜玉米茎粗
7不同钾浓度营养液处理下各生育期甜玉米 SPAD 值
8不同钾浓度营养液处理下甜玉米的产量及其构成要素
9不同钾浓度营养液处理下甜玉米的品质性状
10不同钾浓度土壤溶液处理下甜玉米各生育期株高
11不同钾浓度土壤溶液处理下甜玉米各生育期叶面积
12不同钾浓度土壤溶液处理下甜玉米各生育期茎粗
13不同钾浓度土壤溶液处理下甜玉米各生育期 SPAD 值
14不同钾浓度土壤溶液处理下甜玉米的产量及其构成要素
15不同钾浓度土壤溶液处理下甜玉米的品质性状
邓兰生, 陈卓森, 郭彦彪, 等. 滴灌施肥次数对甜玉米生长及养分淋洗损失的影响[J]. 西南农业学报,2015,28(5):2142-2147.
孔丽丽, 杨晓丹, 李前, 等. 钾肥不同施用方式对春玉米钾素吸收、利用和产量的影响[J]. 玉米科学,2017,25(3):111-116,122.
樊叶, 张丽丽, 樊琳琳, 等. 氮钾互作对玉米产量和干物质积累的影响[J]. 华北农学报,2018,33(2):209-214.
范雅芳, 高聚林, 孙继颖, 等. 施用钾肥对不同产量类型玉米自交系生长及产量的影响[J]. 华北农学报,2021,36(6):141-152.
Ul-Allah S, Ijaz M, Nawaz A,et al. Potassium application improves grain yield and alleviates drought susceptibility in diverse maize hybrids[J]. Plants-Basel,2020,9(1):75.
黄绍文, 孙桂芳, 金继运, 等. 氮、磷和钾营养对优质玉米子粒产量和营养品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报,2004,10(3):225-230.
王庆祥, 姜艳超, 吕桂兰. 氮、钾肥对甜玉米产量与品质的影响[J]. 玉米科学,2006,14(3):145-146,153.
赵福成, 谭禾平, 包斐, 等. 钾肥施用量对鲜食甜玉米产量和品质的影响[J]. 分子植物育种,2017,15(8):3363-3369.
李波, 张吉旺, 靳立斌, 等. 施钾量对高产夏玉米产量和钾素利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报,2012,18(4):832-838.
王佳, 慕瑞瑞, 杨乔乔, 等. 滴灌水肥一体化下施钾量对宁夏春玉米叶绿素荧光特性与产量的影响[J]. 浙江农业学报,2021,33(8):1347-1357.
赵军华, 俞忠良. 施钾对鲜食甜玉米水溶性糖及产量的影响[J]. 玉米科学,2004,12(z2):120-121.
李二珍, 靳存旺, 闫洪, 等. 氮肥分次施用比例对春玉米光合速率及产量的影响[J]. 中国土壤与肥料,2017(5):12-16.
吴雯. 玉米测土配方施肥技术探讨[J]. 种子科技,2023,41(8):108-110.
陈元镇, 俞元春, 李宝福, 等. 基于多元素配方施肥的杉木3代种子园叶片营养诊断研究[J]. 中国土壤与肥料,2023(7):167-173.
Souza E R, Melo H F, Almeida B G,et al. Comparison of methods for extracting soil solution[J]. Revista Brasileira De Engenharia Agricola E Ambiental,2013,17(5):510-517.
Oliveira M J D, Luizao F J, Teixeira W G,et al. Variations of dissolved organic carbon and soil physical properties under different land uses in central amazonia[J]. Revista Brasileira De Ciencia Do Solo,2012,36(2):611-622.
Granados M R, Thompson R B, Fernández M D,et al. Prescriptive-corrective nitrogen and irrigation management of fertigated and drip-irrigated vegetable crops using modeling and monitoring approaches[J]. Agricultural Water Management,2013,119:121-134.
Rodríguez A, Peña-Fleitas M T, Padilla F M,et al. Soil monitoring methods to assess immediately available soil n for fertigated sweet pepper[J]. Agronomy(Basel),2020,10(12):2000.
马豪宇, 陈冠陶, 王宇, 等. 氮添加对亚热带常绿阔叶林土壤溶液化学特性的影响[J]. 生态学报,2021,41(23):9354-9363.
Hoagland D R, Arnon D I. The water-culture method for growing plants without soil[J]. California Agricultural Experimental Station Circular,1950,347(5406):357-359.
鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京: 中国农业科技出版社,2000.
陈灿. 作物学实验技术[M]. 长沙: 湖南科学技术出版社,2017.
高俊凤. 植物生理学实验指导[M]. 北京: 高等教育出版社,2006.
常莹, 闫伟平, 孙宁, 等. 不同钾肥施用量对玉米抗倒性能及产量的影响[J]. 中国土壤与肥料,2014(5):47-52.
路小芳. 基施钾肥对耐密·紧凑型夏玉米品种主要农艺性状和产量的影响[J]. 安徽农业科学,2017,45(29):18-19,22.
张潇, 李岚涛, 耿赛男, 等. 施钾对夏玉米产量、钾素积累动态及光温生理特性的影响[J]. 中国生态农业学报(中英文),2024,32(4):640-649.
范雅芳, 孙继颖, 高聚林, 等. 钾肥对玉米光合、荧光特性及钾素吸收效率的影响[J]. 分子植物育种,2023,21(1):337-348.
坚天才, 康建宏, 梁熠, 等. 增密对旱区春玉米光合特性及产量构成的影响[J]. 西南农业学报,2020,33(11):2460-2468.
侯云鹏, 杨建, 孔丽丽, 等. 施钾对春玉米产量、养分吸收及分配的影响[J]. 玉米科学,2015,23(4):124-131.
Ahmed A, Aftab S, Hussain S,et al. Nutrient accumulation and distribution assessment in response to potassium application under maize-soybean intercropping system[J]. Agronomy(Basel),2020,10(5):725.
王宜伦, 李潮海, 何萍, 等. 超高产夏玉米养分限制因子及养分吸收积累规律研究[J]. 植物营养与肥料学报,2010,16(3):559-566.
Bilias F, Kalderis D, Richardson C,et al. Biochar application as a soil potassium management strategy:a review[J]. Science of the Total Environment,2023,858:159782.
Zhao X, Gao S, Lu D,et al. Analysis of mechanisms of soil potassium-holding capacity using different soils of China[J]. Agronomy Journal,2022,114(1):825-834.
吴平. 氮磷钾肥效模型的研究及其应用[J]. 浙江农业大学学报,1989(4):383.
曹玉军, 赵宏伟, 王晓慧, 等. 施钾对甜玉米产量、品质及蔗糖代谢的影响[J]. 植物营养与肥料学报,2011,17(4):881-887.
紧急通知:《中国土壤与肥料》编辑部没有给作者发“稿件深度复核邀请”的邮件,也没有“优秀论文深度复核计划”,请收到类似邮件的作者不要加微信,以免受骗。
关闭