全 文 ：收稿日期：!""#$"#$!" 接受日期：!""#$%%$"&
基金项目：新疆高校科研基金创新群体项目（’()*+,-.$-.,/0!""12"3）；教育部优秀人才计划“棉株磷钾营养激素调控研究”；新疆维吾尔自
治区科技攻关课题；新疆土壤学重点学科；国家重点基础研究发展计划专项（43&计划前期研究专项）资助。
作者简介：陈波浪（%434—），男，湖南汨罗人，博士研究生，讲师，主要从事植物营养与土壤相互作用研究。
! 通讯作者 ,56789：:;<5!""1=%!>? @A6
不同棉花品种钾素吸收利用差异的比较
陈波浪，盛建东!，蒋平安，侯 静
（新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 #&""B!）
摘要：采用砂培方式，对苗期筛选出的钾高效的新陆早 >号、新陆中 %B号、新海 %>号，钾低效的石 C3、新陆早 %"号
B个棉花品种进行了钾吸收与利用效率差异的比较。结果表明，在不施钾和施钾条件下，钾高效与钾低效棉花品种
在各时期的含钾量、钾积累量和地上部分干物重存在显著性差异。其中，以不施钾条件下钾高效品种新陆中 %B号
表现最为突出，其整个培育期的含钾量、钾积累量和地上部分干物重分别是钾低效品种石 C3的 %?%3、%?13和 %?!B
倍。不同棉花品种钾利用指数也存在差异，以施钾条件下差异明显；生长 #"、%!"和 %1" <，钾高效品种新路中 %B号
钾利用指数分别是钾低效品种石 C3的 %?1"、%?&%和 %?&1倍。
关键词：棉花；基因型；钾素；吸收利用
中图分类号：(B>!?"% 文献标识码：D 文章编号：%""#$B"B-（!""4）"B$%%B1$">
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随着作物单产和复种指数的提高，高产品种的
引进与推广，经济作物种植面积的扩大，以及不合理
施肥等原因，我国耕地土壤缺钾面积，约占全国耕地
面积的 !&]［%］。而我国的钾矿资源短缺，主要依靠
国外进口钾肥。如何提高钾肥的利用率，减缓钾矿
资源的耗竭，是当前农学家和植物营养学家们面临
的难题。近年来一些研究证实，作物不同品种或基
因型间存在着钾营养效率的差异。*SHLSO:AH 和
.SH:SH报道［!］，在营养液培养条件下，大麦和小麦最
大吸钾速率比向日葵、黄瓜、桦树和松树高约 !!B
倍；刘国栋［&$1］等对来自 !B个国家和地区的 !""多
份水稻基因型研究表明，水稻不同基因型的吸钾速
植物营养与肥料学报 !""4，%B（B）：%%B1$%%B4
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
*97HL FMLO8L8AH 7H< ’SOL898QSO (@8SH@S
率可相差 ! 倍以上；王娇爱［"］等发现，不同小麦基
因型对钾的吸收存在显著差异，在高钾条件下，不同
小麦基因型的吸钾差异小，在低钾或缺钾条件下，加
大了小麦基因型间的吸钾差异。姜存仓、王运
华［#$%］等对棉花苗期的研究发现，在高钾水平时，不
同品种钾积累差距较少，而低钾水平时的钾积累量，
钾效率较高的品种鄂抗 &号是低效品种国抗 !号的
’(!)倍。*+,-./［&］等用液培的方法在 " -0 1株的钾
胁迫条件下，对 !"#个番茄品系的钾利用效率进行
了研究，结果表明，高效品系 2&比低效品系 2’的干
物质产量多 %23；当供钾充足时（455 -0 1株），产量
差异不大。邹春琴［2］等对 #个小麦品种在整个生育
期对钾营养特点进行了研究，品种 24!!% 的吸钾能
力强，尤其在生育后期，但其子粒产量增加不明显，
表明 24!!%是对钾高效吸收而低效利用的品种。陆
国权［!5］等在 %5个甘薯供试基因型中筛选出浙杂 #
号、北京 "")号和浙 &! $)等高钾利用效率基因型，
在生产中对抗钾胁迫和提高钾肥利用率方面起到很
大作用。可见，筛选和利用钾吸收利用效率较高的
钾高效基因型，有望成为提高作物对钾素资源利用
的一条有效途径。
新疆是我国最大的商品棉生产基地，目前棉花
种植总面积 !45 万公顷，总产保持在 ))55 万担水
平。大面积连年种植和产量的不断增加，从土壤中
带走了较多的钾，加之氮、磷化肥施用量的迅速增
加，农家肥用量的减少，秸秆还田存在困难，而钾的
补充量少，土壤中氮、磷、钾的比例发生较大变化，部
分棉田钾素亏缺［!!］。因此，利用棉花自身的生理、
遗传特点，筛选高效利用钾素的基因型，挖掘其自身
利用钾素的潜力，对于提高棉田钾素养分资源利用
效率，节约生产成本、保护环境、增加农业效益具有
重大意义。
为此，本试验在苗期筛选的基础上，对选出的钾
高效的新陆早 #号、新陆中 !"号、新海 !#号，钾效
率较低的石 6%、新陆早 !5号 "个棉花品种［!4］进行
其对钾的吸收与利用效率的差异研究，以此探讨钾
营养效率基因型差异的机理。
! 材料与方法
!"! 试验设计
砂培试验在新疆农业大学草业与环境科学学院
科技试验园区的温室进行。供试的 "个棉花品种为
钾高效的新陆早 #号、新陆中 !"号、新海 !#号和钾
效率较低的石 6%、新陆早 !5 号。供试基质为用自
来水进行冲洗干净的砂土，其养分含量为碱解氮
"(’ -0 1 ,0、速效磷 4(’ -0 1 ,0、速效钾 %! -0 1 ,0。
每个品种各设施钾（647 5(4 0 1 ,0 砂，6!）和不
施钾（65）4个处理，重复 2次。另外，所有处理按每
公斤砂施入 8 5(4 0 和 947" 5(4 0。肥料为过磷酸
钙、硫酸铵、硫酸钾。所用盆钵为 4& :- ; )5 :-，每
盆装砂 & ,0。棉花于 455#年 &月中旬播种，种子经
消毒发芽后直播，每盆播种 !5粒，最后留苗 ’株，定
期浇水、控温和补光。
!"# 样品的采集及测定
在棉花出苗后 &5、!45 和 !’5 <（相当于棉花正
常生育的现蕾期、花蕾期和花铃期）随机采样，样品
在 !5"=干燥箱内杀青 )5 ->?，再在 %5=下烘至恒
重（’& @）后，称量植株和各器官的干物重；然后，样
品粉碎供分析。
采用常规方法测定植株生物学性状，A474 $
A4B7’消煮，火焰光度计法测定植株体内钾含量［!)］。
# 结果与分析
#"! 不同棉花品种在各时期的含钾量差异
"个棉花品种表现出了明显的差异，施钾处理
棉花含钾量明显高于不施钾处理（表 !）。 ! 检验看
出，各时期的 ! 值分别为 "(&!、4(&#、4("% 均高于
!5(5" C 4()!，说明施钾效果显著。
在 )个采样时期，不施钾处理中钾高效与钾低
效品种的含钾量极差分别为 %(")、!"(%&、!2(""
0 1 ,0；施钾处理中两者含钾量极差分别为 #(22、
&(#%、!)(&5 0 1 ,0，钾高效品种含钾量显著高于钾低
效品种。品种不同对钾的吸收能力表现也不一样，
进一步反映了不同棉花基因型对钾肥的反应不同；
在本试验基质含钾量低的情况下，耐低钾品种（钾高
效），能吸收较多的钾而正常生长发育。
#"# 不同棉花品种在各时期的钾积累量差异
比较不同棉花品种同一时期钾积累量可知，不
同品种棉花钾积累量存在一定差异（表 4）。&5 <
时，不施钾条件下新陆中 !" 号钾积累量最高，达
44!() -0 1 DE+?F；石 6%和新陆早 !5号较低，分别为
!45(% 和 &"(% -0 1 DE+?F。钾高效品种的钾积累量平
均值为 !%&(! -0 1 DE+?F，而钾低效品种的钾积累量均
为 !5)(4 -0 1 DE+?F，相差 !(%)倍。施钾处理下，钾积
累量同样是新陆中 !"号最高，新陆早 !5号最低，分
别为 )5&(2和 !%#(2 -0 1 DE+?F，变异系数为 4"(#43。
而且，施钾处理中钾高效品种的钾积累量平均为
4#%(# -0 1 DE+?F，钾低效品种平均为 !&#(! -0 1 DE+?F。
""!!"期 陈波浪，等：不同棉花品种钾素吸收利用差异的比较
表 ! 砂培条件下不同棉花品种在各时期的含钾量（" # $"）
%&’() ! %*) +,-&../01 2,3-)3- ,4 -*) 5/44)6)3- 2,--,3 7&6/)-/). /3 .&35 20(-06)
品种
!"#$%&$%’
培养时间 ()*&$+"&$,- &$.%（/）
01 231 241
51 52 51 52 51 52
新陆早 6号 7$,*)8"9 6 :1;23 <= :>;0? <@=( :1;:0 <= 44;?4 "A B0;2: "A 64;:4 "A
新陆中 2B号 7$,*)8C9,- 2B :4;:> "A 41;03 "新海 26号 7$,C"$ 26 3>;4B <= 44;14 "A :2;:1 <= 4:;1? <= 46;43 <= 6:;?3 "A
石 5? EC$ 5? 3?;14 <= :0;44 <@=( 3?;6> @( :6;24 @( :0;B0 /D BB;:0 <=
新陆早 21号 7$,*)8"921 3?;1B <= :?;1B @( 3B;3B /D :6;1? /( 42;:1 @( B3;:: @(
平均值 ! 3>;62 41;14 :2;2: 41;4: 4B;>1 B?;36
极差 " ?;:B 6;>> 2B;?0 0;6? 2>;BB 2:;01
标准差 # :;123 3;6B3 6;132 4;1B? ?;B14 6;42>
变异系数 $%（F） 21;2? 6;63 2>;:4 21;:6 26;:B 22;32
& 值 B;02!! 3;06! 3;B?!
注（G9&%）：&1;1B H 3;:2 &1;12 H :;06; 数值后不同大小写字母表示同一处理不同品种间差异达 2F和 BF显著水平，下同。!"*)%’ I9**9J%/ I%#%,& @"M$&"* ",/ ’."** *%&&%#’ $, /$II%#%,& +"#$%&$%’ J$&C ’".% &#%"&.%,& .%",’ ’$-,$I$@",& "& 2F ",/ BF *%+%*’，#%’M%@&$+%*K，&C% ’".% ’K.<9*’ J%#% )’%/ I9# 9&CL
%# &"<*%’N
表 8 砂培条件下不同棉花品种各时期钾积累量（1" # +(&3-）
%&’() 8 %*) +(&3- +,-&../01 &22010(&-/,3 ,4 -*) 5/44)6)3- 2,--,3 7&6/)-/). /3 .&35 20(-06)
品种
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培养时间 ()*&$+"&$,- &$.%（/）
01 231 241
51 52 51 52 51 52
新陆早 6号 7$,*)8"9 6 2:>;6 @( 31:;: @( 2?:;3 @( 3>1;0 @( B02;: "A ?6B;6 <=
新陆中 2B号 7$,*)8C9,- 2B 332;: "A :10;> "A ::4;2 "A :01;B "A 4?6;4 @( 62>;6 @(
新海 26号 7$,C"$ 26 2?:;: <= 3>1;6 <= 3:1;0 <= :62;0 <= 4>6;? <= 01>;: "A
石 5? EC$ 5? 231;? /( 2>B;4 @( 241;: /D 323;B /D :34;2 %O BB3;3 %O
新陆早 21号 7$,*)8"9 21 0B;? %D 2?6;> /D 2:3;: %D 322;? /D :01;1 /D B>3;2 /D
变异系数 $%（F） :4;>: 3B;63 42;33 3?;:0 33;:? 26;>2
说明钾高效品种耐低钾能力高于钾低效品种。
生长 231 /时，不施钾处理下新陆中 2B号积累
量最高，为 ::4;2 .- P M*",&，而新陆早 21 号最低，为
2:3;: .- P M*",&，相差 3;B3倍。其中钾高效品种的钾
积累量平均为 346;1 .- P M*",&，而钾低效品种为
2:6;: .- P M*",&，相差 2;0倍。施钾处理中，仍然是新
陆中 2B号最高，新陆早 21号最低，分别为 :01;B和
322;? .- P M*",&。其中钾高效品种的钾积累量平均
为 :44;4 .- P M*",&，钾低效品种为 323;2 .- P M*",&，相
差 2;63倍（表 3）。表明不同基因型棉花在低钾土壤
上的吸钾能力存在很大的差异。
表 3还看出，生长 241 /时，不施钾条件下新陆
早 6号钾积累量最大，石 5?钾积累量最小。其中钾
高效品种积累量平均值为 B20;2 .- P M*",&，比钾低效
品种（:B3 .- P M*",&）高 2;4?倍。在施钾处理中，钾积
累量最大的为新海 26 号，最小的为石 5?，分别为
01>;:和 BB3;3 .- P M*",&。钾高效和低效品种相差
2;30倍。
总体来看，在棉花生长的不同时期，施钾处理的
钾积累量显著高于不施钾处理；在不同钾处理，钾
高效的棉花显著高于钾低效品种，这可能与其根系
活力的强度有关。随着棉花生育期的延长，不同棉
花品种钾的积累均呈上升趋势，特别是从 231到 241
/期间上升幅度较大，但不同品种棉花钾积累量提
高的幅度存在很大差异。另一方面，随着时间的延
长，钾高效品种棉花的钾积累量与钾低效品种的差
异也在逐渐变小。无论是钾高效还是钾低效，棉花
各时期的钾积累量存在明显差异，前期不施钾的钾
积累量品种间变异系数较大且差异显著，可作为理
想的筛选期。
89: 不同棉花品种各时期的干物重
表 :看出，不同棉花品种在各时期地上部干物
6B22 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 2B卷
重的积累有差异明显。在不施钾条件下，生长 !"、
#$"、#%" &，棉花干物重的变异系数为 $’("’)、
$#(*!)、+(+$)，表明不施钾条件下随着生育期的
延长棉花品种间的差异变小。新陆早 ’号、新陆中
#,号、新海 #’号的干物重显著高于石 -*和新陆早
#"号；.个时期的平均干物重，钾高效品种分别为
,(’,、*("*、#"(%$ / 0 12345，而低效品种型分别为
.(!$、,(#,、!(!" / 0 12345。可见在缺钾条件下，钾高
效基因型的干物重高于低效基因型且差异显著。
在施钾条件下，. 个生长时期的棉花干物重的
变异系数分别为 $.(’)、$"(*,)、+("+)，同样也表
明随着时期的延长不同品种棉花的干物重差异也在
变小。钾高效品种在各时期的平均干物重分别为
’(%$、*(+! 、#$($+ / 0 12345，而低效品种分别为 %(+.、
,(!!、#"(’% / 0 12345，显示在供钾条件下，钾高效基因
型的干物重也高于低效基因型。
本试验结果表明，随着生育期的延长，植物生长
加速，需钾量增加，在低钾土壤中钾素不能满足植物
生长的需要，缺钾会严重影响植物生长，施钾肥就显
得尤为重要。所以，在关键时期施用钾肥对棉花的
增产有着明显的作用。
表 ! 砂培条件下不同棉花品种在各时期的干物重（" # $%&’(）
)&*%+ ! ),+ -./ 0+1",( 23 (,+ -133+.+’( 42((2’ 5&.1+(1+6 1’ 6&’- 47%(7.+
品种
63789589:
培养时间 ;<258=3584/ 58>9（&）
!" #$" #%"
-" -# -" -# -" -#
新陆早 ’号 ?842<@3A ’ %(’. B; ,(#" B; ,(*" B; ’(," B; #"("" CD ##(+" BD
新陆中 #,号 ?842<@EA4/ #, ’(%. 3F *(,* 3F !(#% 3F +(". 3F #"(,* 3F #$($’ CFD
新海 #’号 ?84E38 #’ ,(!! CD ’(’" CD *(.! CD !(%" CD #"(*" 3F #$(*" 3F
石 -* GE8 -* %(%’ &H ,("! B; ,("* 9H ,(!! &H !(%" &H +(+* 9H
新陆早 #"号 ?842<@3A #" .(#* 9I %(*! &; ,($% &H ,(!* &H +($" B; ##(.# &;
变异系数 !"（)） $’("’ $.(’" $#(*! $"(*, +(+$ +("+
89: 不同棉花品种钾利用效率的差异
钾的利用效率一般指植株体内单位钾所生产的
生物量或经济产量，其中我们把单位钾生产的子粒
产量叫钾经济利用效率（I-JI）；而棉花单位钾所
生产的总生物量叫钾生物利用效率（D-JI）。钾利
用效率 -JI在评价作物钾利用效率时存在一个缺
点，即随着钾水平的提高，利用效率却降低，反之亦
然。
G8&&8K8和 L23::［#%］将其改进后提出了钾利用指
数（-JM，- <5828@358A4 84&9N）的概念，-JM指植株体内
每单位钾浓度所形成的生物学产量或经济学产量，
即：
钾利用指数（-JM）O地上部干物质量（或子粒
产量）0钾浓度
子粒钾利用指数称为经济钾利用指数，干物质
钾利用指数称为生物钾利用指数。
本试验采用生物钾利用指数这种指标，以期能
快速衡量棉花钾的利用。表 %为各个时期不同基因
型棉花在不同施钾条件下的生物利用指数情况。表
中看出，在前期生物钾利用指数新陆中 #,号和新海
#’号较大，石 -* 和新陆早 ’ 号较小。在中期新海
#’号最大，石 -* 较小。后期新陆中 #, 号最大，新
陆早 ’号较小。表明不同生育期棉花钾生物利用指
数存在变异。在生长前期吸钾能力强的品种，也表
现出较高的钾利用能力，到生长中后期，出现相反的
现象，说明单纯用钾利用指数来进行品种选育，存在
一定误差。
表 %还看出，供钾条件下各时期钾生物利用指
数（D-JM）与缺钾条件下相比大部分都有所下降。
植株的干物重和植株含钾量对钾生物利用指数有显
著影响，不同土壤的性状及供钾能力对棉花品种的
利用效率影响较大。不论钾高效或低效中都有钾利
用指数高的品种，吸收效率高的品种不一定利用效
率高。因此，评价植物的钾高效与否，不仅看钾利用
能力，更主要的要看低钾条件下是否能有较强的吸
收或获取较多钾素的能力以满足作物生长。植物的
吸钾能力、钾素利用效率是两个不同的概念。由于
不同品种棉花钾营养特性不同，所以钾高效吸收型
和钾高效利用型的棉花品种，都是优良的种质资源。
*,##,期 陈波浪，等：不同棉花品种钾素吸收利用差异的比较
表 ! 各时期不同棉花品种钾利用指数差异
"#$%& ! ’())&*&+,&- .) / 01(%(2#1(.+ (+3&4 .) 15& 3())&*&+1 ,.11.+ 6#*(&1(&-
品种
!"#$%&$%’
培养时间 ()*&$+"&$,- &$.%（/）
01 231 241
51 52 51 52 51 52
新陆早 6号 7$,*)8"9 6 2:;<0 =( 23><6 @AB 24:<; @( 2>3<1 =C 20:<1 /AB
新陆中 2:号 7$,*)8D9,- 2: 20><2 "EC 20:<4 "E 2?0<4 =@(AB 324<4 "E 3;4<4 "E 343<: "E
新海 26号 7$,D"$ 26 2??<0 "E 24?石 5> FD$ 5> 26:<1 =C( 2;3<; @C( 20;<1 @B 263<> @( 32><> "E 201<1 /B
新陆早 21号 7$,*)8"9 21 22><3 @A 230<: =C(A 263<> @( 333<0 "E 326<3 =C
平均值 ! 264<6 2446<1 32:<: 314<6
极差 " 03<6 :><: :3<6 6?<2 63<4 63<:
7 讨论与结论
以植物自身对营养元素吸收利用的遗传差异为
基础，逐步进行种质资源筛选、基因定位、分子克隆
与转基因的生物工程，是克服资源限制、提高植物
抵抗营养逆境能力的重要策略。但是典型材料的获
得必须在大量基因型中进行逐步和反复筛选。植物
吸收利用营养的筛选环境一般有大田、土培、砂培、
水培等，大田试验不仅耗时、费工、筛选效率低，而
且由于土壤在空间和时间上的变异性，增大了控制
试验条件的难度，液培法的优点是可以对培养介质
进行准确控制，能就某些形态或生理指标对大批量
基因型进行快速筛选，但其条件与田间差别很大，
如介质中的钾均为水溶性钾，无法反映植物利用缓
效性钾的能力，土培和砂培介于两者之间，砂培与土
培相比较条件更容易控制，且条件与大田相近，其试
验结果具有可行性。为了及时对苗期筛选的钾高效
和钾低效棉花品种进行验证比较，本试验在砂培上
的研究表明，不施钾条件下，新陆中 2:号体内的含
钾量、钾积累量、干物重均为最高，而新陆早 21号这
几项指标较小，这与苗期筛选的结果相吻合。说明
用苗期筛选的方法来判别不同棉花品种的吸钾率是
可行的。
同时，不同品种棉花在各时期的钾积累量差异
比较表明，施钾处理的钾积累量显著高于缺钾处理。
不施钾条件下，钾高效棉花品种显著高于钾低效品
种。无论是钾高效还是钾低效棉花品种，各时期的
钾积累量存在明显差异，前期不施钾处理的钾积累
量品种间变异系数较大且差异显著，可作为理想的
筛选期。
棉花钾高效包括吸收高效与利用高效两个方
面，仅用吸收指标或仅用利用指标来衡量钾高效存
在片面性。从本试验中存在高吸收低利用棉花品种
新陆早 6号，低吸收高利用棉花品种石 5>，高吸收
高利用棉花品种新陆中 2: 号和新海 26 号，可以认
为钾高效应包含钾吸收积累能力强和钾利用指数高
两个方面，二者缺一不可。不论是高效吸收或者是
高效利用的品种，都是农业生产可以利用的种质资
源。
参 考 文 献：
［2］ 中国农科院土壤肥料研究所 G中国化肥区划［H］G 北京：中国
农业科技出版社，2?06G
F9$* ",/ I%#&$*$&J K,’&$&)&%，(EEFG (D$,%’% L%#&$*$8%# /$+$’$9,［H］G
C%$M$,-：(D$," E-#$@)*&)#"* F@$%,&%@D N#%’’，2?06<
［3］ N%&&%#’’9, F，O%,’%, NG !"#$"&$9, ".9,- ’P%@$%’ ",/ +"#$%&$%’ $, )PQ
&"R% ",/ )&$*$8"&$9, 9L P9&"’’$).［O］G N*",& F9$*，2?0;，>3：3;2 S
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