史蛟華，陳寬，王曉麗，安夢潔，王開勇

(石河子大學農學院，新疆 石河子 832003)

葡萄屬于中度耐鹽植物,鹽堿脅迫會降低自根系葡萄果樹的生長發(fā)育,導致果實產量下降[1]。新疆光熱資源豐富，葡萄栽培面積近13萬hm2，是中國重要生產基地。新疆鹽漬化土壤覆蓋面積大、農業(yè)用水礦化度高、土壤次生鹽漬化加重，導致作物品質下降嚴重，甚至一些中重度鹽堿地短暫棄耕或改種其他經濟作物[2]。葡萄種植面積減少，生態(tài)環(huán)境效益及社會效益降低。鹽堿脅迫是一種持續(xù)性的非生物脅迫,是影響植物生長的一種重要因素。土壤調理劑通過改善土壤性質和植物水分和養(yǎng)分吸收情況，成為了最快速、最有效的改良方法。鉀是植物必需的營養(yǎng)元素，土壤是作物所需鉀素的主要來源[3]，土壤K+均勻分布在各粒徑的團聚體中[4]。土壤Na+是制約土壤K+利用率的主要因子[5]。在鹽堿脅迫下，作物因吸收過量Na+導致作物體內Na+含量過高，降低對K+的吸收[6]。研究[7]表明鹽堿脅迫下，葡萄體內Na+含量顯著增加，導致新梢、葉片生長顯著降低。為降低脅迫影響，作物通過選擇性吸收K+以保持K+/Na+值平衡,從而保證脅迫下植株正常生長和代謝所需[8]。也有研究表明，施加土壤調理劑可改善土壤理化性質、提高土壤養(yǎng)分含量[9]、緩解鹽堿脅迫對葡萄的傷害[10]。通過提高土壤交換性K+含量，改變作物對K+、Na+的吸收，改善植株生長環(huán)境，降低鹽堿土壤對葡萄果樹的脅迫[11]。目前對植株-土壤系統(tǒng)中K+、Na+的選擇性吸收和運輸方面的研究較少。其中植株K+、Na+與土壤各粒徑團聚體K+、Na+的關系尚不明確。本實驗以鹽堿地葡萄為研究對象，通過田間控制試驗分析施用不同土壤調理劑對鹽堿地K+、Na+轉運的影響，為綠洲區(qū)鹽堿化土壤改良與培肥和提高作物產量提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本概況

試驗于2019年在新疆石河子市總場二連進行(44°33′46.1″N，86°02′7.81″E)進行，該區(qū)域為溫帶干旱區(qū)大陸性氣候，年平均降雨量為210 mm，年平均蒸發(fā)量1660 mm。土壤類型為灌耕灰漠土、質地為壤土，田間持水量為18.6%，土壤理化性質如表1。

表1 試驗地土壤基礎理化性質

1.2 試驗材料

供試葡萄品種為紅提,為歐亞引進品種，供試土壤調理劑(F)為自主研制，主要由改性高分子材料、腐殖酸、表面活性物質及微量元素復配。對比使用的兩種土壤調理劑(P和K)為農戶常用的市售產品，分別為高分子型土壤調理劑及腐殖酸型土壤調理劑。

1.3 試驗設計

試驗設4個處理(見表2)，每個處理重復3次，每個處理區(qū)域為相鄰兩行葡萄架，100株葡萄。在葡萄花期前(2019年5月底)將土壤調理劑水溶根灌一次性施入。在施加處理后0、30、60、90 d取根區(qū)土層土樣用于測定根區(qū)土壤pH、鹽度、土壤K+、Na+；取葡萄新梢、枝干及葉片植株樣用于測定葡萄不同器官K+、Na+。在施加處理后90 d取根區(qū)土層土樣用于測定土壤不同粒徑團聚體K+、Na+。

表2 試驗處理

1.4 測定項目與方法

1.4.1 鉀、鈉的測定

土壤K+、Na+：將自封袋中土壤自然風干磨碎并過0.053 mm篩，采用火焰光度法測定土壤K+、Na+。無機離子測定前進行樣品預處理，同時作空白試驗，所有儀器測定條件均嚴格按照加儀器相關要求進行設定。

各粒徑團聚體K+、Na+將過8 mm的風干土壤置于孔徑依次為5.00、2.00、1.00、0.25、0.053 mm的套篩頂部，用震蕩式機械篩分儀器，在300次/min頻率下震蕩2 min。制備成>5、>2～5、>1～2、>0.5～1、>0.25～0.5、≤0.25 mm的土壤團聚體,用x1—x6表示，將各粒徑團聚體土壤磨碎并過0.053 mm篩，采用火焰光度法測定土壤K+、Na+。植株各器官K+、Na+：在施加處理后0、30、60、90 d時取CK、F、P、K處理統(tǒng)一的葡萄第5～7節(jié)新梢、枝干和葉片樣品，3～4株為一個重復，每個處理取樣重復3次。帶回后洗凈烘干。

葡萄不同器官的離子測定采用FP 640型號的火焰光度計測定葉片K+、Na+[12]。

1.4.2 鉀鈉吸收選擇性系數和運輸選擇性系數

葡萄鉀鈉吸收選擇性系數和運輸選擇性系數計算公式為：

SK,Na(吸收)={[K]n/[Na]n}/{[K]土/[Na]土}，

(1)

SK,Na(運輸)={[K]n/[Na]n}/{[K]m/[Na]m}，

(2)

式(1)、(2)中：n和m分別表示葡萄不同器官。對于鉀鈉吸收選擇性系數，S(枝干)、S(新梢)和S(葉片)分別以Sa、Sb、Sc表示。本文主要對葡萄的枝干/新梢、莖桿/葉片的選擇性運輸能力進行研究。其中S(枝干/新梢)和S(莖桿/葉片)分別以S1、S2表示。

1.4.3 土壤理化性質的測定

處理前在選定試驗田內“S形”采樣不同土層土壤(0～20、20～40 cm)測定基礎養(yǎng)分。在在葡萄花期前(2019年5月底)將土壤調理劑水溶根灌一次性施入。土壤樣品采集在施加處理后0、30、60、90 d在各個處理使用土鉆各取3鉆土樣并用四分法取其中1份裝入自封袋中待測。同時采集原狀土樣于塑料盒中，帶回實驗室過8 mm篩并風干。土壤pH，EC采用水、土體積比5∶1制備浸提液,土壤pH值使用通用型pH計測定，EC值采用電導率儀測定。

1.5 數據處理

文中數據都有3個重復的平均值和標準誤表示，數據輸入與整理采用Excel 2018，描述性統(tǒng)計與方差分析用SPSS 19.2軟件進行，其中方差分析選擇單因素方差分析(One-way ANOVA)，Ducan法進行多重比較(P<0.05),相關分析采用Pearson系數(雙側)，相關制圖采用Excel 2018、SPSS 19.2。

2 結果與分析

2.1 土壤pH、EC值變化

由圖1可以看出，施用不同土壤調理劑對鹽堿葡萄地土壤pH的影響十分明顯。隨施加處理時期的以長，CK呈現先升高后降低的趨勢，F、P和K處理土壤pH呈持續(xù)降低趨勢。在施加處理90 d時，與CK相比，各處理土壤pH下降量分別為2.15%、2.89%、2.23%。

圖1 不同土壤調理劑處理下土壤pH

由圖2可知，土壤EC表現為隨時間先上升后下降。與CK相比，土壤調理劑處理的土壤EC出現不同程度的上升。在0～60 d內，K處理的土壤EC高于其他處理。在90 d時，F、P、K處理土壤EC增加量分別為1.68%、2.07%、0.34%。

圖2 不同土壤調理劑處理下土壤EC

2.2 土壤K+、Na+含量變化

由圖3可知，CK處理土壤K+在90 d內無明顯變化。通過施加土壤調理劑，能有效提高土壤K+含量，F和K處理后的土壤K+30 d內有明顯上升，在30～60 d內趨于平緩，P處理的土壤K+在0～60 d內持續(xù)上升，各處理在60～90 d內有所下降，其中K處理土壤K+含量增加量最高為42.66%。

圖3 不同土壤調理劑處理下土壤K+、Na+含量

由圖4可以看出，CK處理土壤Na+含量在90 d內無明顯變化，施加土壤調理劑后的土壤Na+含量變化大致相同，在60 d內呈下降趨勢，在60～90 d內有所上升。其中K處理下的土壤Na+含量影響最大，土壤Na+含量減少了43.75%。

圖4 不同土壤調理劑處理下土壤Na+含量

2.3 各粒徑團聚體K+、Na+含量

由表3可知，施加土壤調理劑處理增強了不同粒徑團聚體土壤K+含量，降低了Na+含量，且調整了土壤K+、Na+在不同粒徑團聚體上的分配，表現為不同粒徑團聚體土壤K+含量變化大致相同，降低了>0.25～5 mm粒徑團集體中Na+含量。

表3 各處理不同粒徑土壤團聚體K+、Na+含量 單位：mg/g

土壤K+主要分布在≤0.25、>0.25～0.5、>1～2 mm粒徑團聚體中，土壤Na+含量隨土壤團聚體粒級的降低而升高。與CK相比，F、P、K處理提高了各粒徑團聚體土壤K+含量，并降低了中粒徑團聚體Na+含量，其中P、K處理顯著提高了>0.25～0.5、>1～2、>2～5 mm粒徑團聚體土壤K+含量；F、P處理顯著降低了>0.25～0.5、>0.5～1、>1～2 mm粒徑團聚體土壤Na+含量。

2.4 葡萄各器官K+、Na+含量變化

通過施加土壤調理劑能改善土壤肥效，有效提高植株各器官K+含量，促進植株庫器官對作物生長發(fā)育所需養(yǎng)分輸出(圖5)。同時降低植株各器官對Na+吸收積累，K+/Na+變大，減少Na+對植株器官細胞的損傷，緩解了脅迫傷害。不同土壤調理劑效果有所不同，其中K處理在0～30 d內效果最為明顯，P在60～90 d內效果強于其他處理。

圖5 葡萄各器官K+、Na+含量

對葡萄各器官來說，各器官K+含量隨葡萄生長發(fā)育在枝干、新梢和葉片中無明顯差異，各器官Na+隨葡萄生長發(fā)育在枝干、新梢和葉片中總量逐漸上升，造成各器官K+/Na+隨葡萄生育期的進行而增高。與CK處理相比，施加土壤調理劑處理，均提高了植株對K+的吸收,降低了Na+在葡萄各器官的積累。其中F處理對葉片器官效果最為明顯，P和K處理均提高各器官離子含量。

2.5 葡萄K+、Na+轉運系數變化

由表4可知，施加土壤調理劑能提高葡萄各器官對土壤K+的吸收，同時調整葡萄各器官之間對K+的分配運輸。主要表現為增強新梢和葉片器官對K+的吸收運輸，減弱莖部對新梢和葉片部位的Na+運輸，促使Na+在枝干部的積累，增強新梢和葉片的K+/Na+。

表4 各處理不同時期大田葡萄K+、Na+轉運系數

表4續(xù)

對于葡萄不同器官來說，與CK相比，在施加處理后的30 d,F、P、K處理均提高了新梢和葉片部的離子吸收選擇性系數，枝干部的吸收選擇性系數有降低，60～90 d，各處理離子的吸收選擇性系數變化相近，出現先降低后增高的趨勢。對于葡萄的離子運輸選擇性系數來說，F、P、K處理均增強了枝干部對新梢和葉片部的K+運輸，在施用前期，主要促進枝干器官對葉片器官的離子運輸，隨著施用時間的延長，提高了枝干器官對新梢器官的離子運輸，表現為新梢和葉片器官K+含量上升幅度顯著大于Na+含量，枝干器官離子含量均有所上升。各處理對離子轉運系數影響由強到弱表現為：F、K、P。

2.6 土壤調節(jié)劑對鹽堿地土壤-葡萄各指標的相關分析

對不同處理11個指標的均值進行主成分分析。共5個主成分，其中PC1、PC2分別為46.197%、38.513%，累計百分率達84.710%，可以充分概括大多數指標。

通過進一步相關分析表明(表5)，脅迫下，第一主成分PC1與土壤Na+、枝干Na+、葉片Na+、pH和團聚體K+、Na+呈負相關關系，與其他指標呈正相關關系。第二主成分PC2與土壤Na+、枝干Na+、新梢Na+、葉片Na+、pH、EC呈負相關關系，與其他指標呈正相關關系。對于K+、Na+轉運系數來說，K+、Na+吸收選擇性系數與土壤K+，新梢K+、葉片K+、EC和團聚體K+、Na+均呈正相關關系，與pH均呈負相關關系，葡萄各器官K+、Na+吸收選擇性系數相關性強弱表現為Sa>Sc>Sb。K+、Na+運輸選擇性系數與土壤K+、土壤Na+、枝干K+、新稍K+、葉片K+、新稍Na+、EC均呈正相關關系，與土壤pH均呈負相關關系，葡萄K+、Na+運輸選擇性系數相關性強弱表現為S1>S2。其中S1與x2K+、x3K+、x5K+和x1Na+呈顯著性負相關關系。S2與土壤K+、葉片K+、EC呈顯著性正相關關系。

表5 大田各指標相關性分析

表5續(xù)

3 討論

土壤調理劑不僅能影響各粒徑團聚體中的K+、Na+含量，而且會影響K+、Na+從土壤向植株中轉運。本研究發(fā)現通過對鹽堿葡萄地施加土壤調理劑能降低土壤pH值，但土壤EC值增大，可能是由于土壤調理劑的施加促進了土壤交換性離子的活性。這與陳士更等[13-14]研究結果相同，土壤交換性離子含量提高的主要原因是土壤調理劑的施加將土壤無效K+轉換為可溶性K+，提高了土壤交換性陽基離子的含量。有研究發(fā)現，結構穩(wěn)定、孔隙度大、容重低的土壤交換性K+含量要高于結構差的土壤[15]，土壤K+均勻分布在各粒徑的團聚體中[4]，施加調理劑處理能提高大團聚體K+含量，降低各粒徑團聚體Na+含量[16]。本研究土壤調理劑處理提高了各粒徑團聚體交換性K+含量，降低了中粒徑團聚體交換性Na+含量。其中F、K處理可能是由于通過改善土壤結構，增強了土壤交換性K+含量，從而提高各粒徑團聚體交換性K+含量。王廣印等[17]發(fā)現通過土壤調理劑改良處理，能有效降低番茄葉片Na+含量，可能是由于改變了植株對離子的選擇性吸收，降低了對Na+的吸收，從而有效緩解因鹽迫產生的滲透脅迫和離子脅迫(離子毒害、離子失衡)。宋陽[18]針對作物不同器官K+、Na+的研究發(fā)現，鹽分脅迫導致植株K+/Na+逐漸降低,誘發(fā)植物體進行滲透調節(jié),植株常會對K+進行選擇性吸收,K+/Na+越小,植物吸收K+所受到的抑制就越強,由鹽脅迫而造成的危害就越嚴重,當K+/Na+處于較高水平時,植物會阻止Na+過多地向其他器官轉運。這與本研究結果相近，土壤調理劑提高了各粒徑團聚體交換性K+含量，進而促進葡萄對K+的吸收，降低脅迫造成的植物體內離子失衡影響，同時由于減少了土壤膠體對交換性Na+的吸附，土壤Na+含量降低，提高了葡萄對K+/Na+離子的吸收選擇性系數。由各指標的相關分析可以看出，葡萄對土壤K+、Na+的吸收積累主要通過枝干器官，再由枝干器官對新梢、葉片器官的運輸，完成由土壤到植株的離子運移，降低了鹽堿脅迫對葡萄樹體的影響。其中枝干向新梢器官吸收的K+主要由土壤>0.25～0.5、>1～2、>2～5 mm粒徑團聚體提供，受>5 mm粒徑團聚體Na+含量影響，且枝干對新梢器官離子運輸的優(yōu)先級大于枝干對葉片器官。對于土壤調理劑來說，F、P、K處理均提高了土壤K+及葡萄各器官K+含量。因此，土壤調理劑通過改變土壤團聚體中K+、Na+活性，調控了植株中K+、Na+轉運。

4 結論

施加土壤調理劑能降低土壤pH，提高土壤交換性K+含量，降低土壤Na+含量，促進葡萄各器官對K+的吸收，緩解離子脅迫。葡萄各器官對離子的運輸主要由枝干向上轉運，對新梢運輸的優(yōu)先級大于葉片器官，影響K+、Na+轉運的主要是土壤>0.25～0.5、>1～2、>2～5 mm粒徑團聚體K+含量和>5 mm粒徑團聚體Na+含量。各土壤調理劑處理中K處理最優(yōu)。