钾肥对农作物品质的影响

钾肥对农作物品质的影响赵平，林克惠（云南农业大学农业科学技术学院，云南昆明650201）摘要：钾是影响作物品质的“品质因子”。在氮、磷充足的基础上施用钾肥，能提高农作物品质。钾能促进光合作用、碳水化合物的代谢及运输、蛋白质的合成。根据前人的资料和研究，对钾如何影响谷类作物，块根、块茎作物、蔬菜及烤烟品质的问题作了简要评述。中图分类号：S143.3文献标识码：A文章编号：1004-390X（2001）01-0056-04随着人民生活水平的提高，要求有更多优质的农产品供应市场。农作物品质的好坏也直接关系到人民的健康状况及生产者的收益。农作物的品质受许多因素的影响，具体可以分为两个方面：（1）遗传因素—即作物的品种特性，它是农作物品质的决定因子；（2）环境因素—包括气候因子（温度、光照、降雨等）和土壤因子（水分、养分状况等）。在目前人类还不能大规模控制气候条件的情况下，改善土壤的水分和养分状况是改善农作物品质的一项有效措施。众所周知，钾不但是作物生长发育不可缺少的营养元素之一，是影响作物品质的“品质因子”，大量的研究表明：在氮、磷充足的基础上施用钾肥，不但能够提高农作物的产量，而且能够改进农作物的品质。如钾可增加作物的含糖量，改进纤维的品质，增加蔬菜中维生素的含量等。以下就钾的主要功能及其对作物品质的影响作简要评述。1钾提高农产品品质的生理基础1.1钾是植物体内多种酶的催化剂自1943年Boyer等人首次报道丙酮酸激酶的活性需要钾离子以来，已证实有60多种酶需要钾离子来活化。这些酶分别属于合成酶类、氧化还原酶类和转移酶类。所以钾能够催化多种代谢反应，影响光能转化为化学能，从而影响淀粉、脂肪和蛋白质等化合物的形成。1.2钾能促进光合作用钾营养对光合作用及其相关过程的影响有两条途径。首先，钾影响光合能力。Ozbun等人报道叶片中钾的浓度通常在叶片展开时最高。可能由于钾影响蛋白质合成和植株发育过程，因而展开的叶片一旦缺钾，它的净碳交换速率（CER）会迅速受到抑制，结果是总的光合叶面积显著减小[1]。第二，钾影响光合系统的活性。近年来的研究表明缺钾会加大叶肉阻力，严重缺钾还会加大气孔阻力从而影响叶片对二氧化碳的通导性[1]。1.3钾能促进碳水化合物的代谢和运输缺钾会引起植株体内己糖（葡萄糖和果糖）的积累和双糖、多糖（蔗糖和淀粉）分解。植株体内碳水化合物的合成与利用或运出速率之间的平衡状态都受植株钾营养状况的影响。1.4钾能促进蛋白质的合成Blevin(1984)提出作物吸钾的多少与蛋白质含量有关，这种相关关系在一些饲料作物中非常明显[2]。Lott(1982)用电子微探针技术查明种子中含有大量的钾离子，且与蛋白质的多少有关[3]。影响这种相关关系的原因是：（1）钾促进氮的吸收和运输。钾作为伴随阳离子可以促进硝酸根离子的吸收和运输；还能够促进植物体内氨基酸的运输，尤其是运往种子。Mengel(1980)的试验发现高钾条件下韧皮部汁液流速高，且其中氨基酸的浓度没有改变[4]。钾的收获指数与籽粒蛋白质总量高度相关，相关系数（0.68）远远高于与氮的相关系数（0.17）[1]。（2）钾活化氮素代谢中的酶。这在前面已有阐述。最近Sodek等人报道：钾离子能够活化氮素代谢中一种很重要的酶—天冬酰胺酶[5]。（3）钾对蛋白质合成有直接影响。Evans和Wildes（1971）报道：不但蛋白质合成的主要步骤需要钾，且刚合成的蛋白质的稳定也需要钾，钾对酶蛋白的亚基结构和酶构象都有影响[6]。2钾对作物品质的影响2.1钾对谷类作物品质的影响谷类作物籽粒中蛋白质及必需氨基酸的含量是衡量作物品质的重要指标。蛋白质的营养价值决定于粗蛋白含量与必需氨基酸含量的比例。氨基酸中的亮氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和蛋氨酸被称为人体必需的氨基酸。在食品营养中这些氨基酸是其它氨基酸所不能代替的。谷类及玉米籽粒中赖氨酸的含量很低，蛋白质的质量差。近年来的研究表明：在氮磷肥的基础上施用钾肥可以提高谷类作物籽粒中必需氨基酸的含量。欧洲学者研究认为：钾促进小麦籽粒中氮的吸收及同化，增加蛋白质含量。Goodsell发现：含赖氨酸较高的谷类作物中钾的浓度比普通品种高出40％，认为谷类作物籽粒中钾的赖氨酸的含量之间可能存在着基因型的联系[7]。邹德乙、韩晓日的研究表明：（1）在钾素含量较高的棕壤土上施用钾肥，玉米籽粒中粗蛋白含量有明显增加。玉米籽粒粗蛋白含量与土壤钾素供应强度及容量关系密切；（2）在氮磷基础上施用钾肥，可提高玉米蛋白质中必需氨基酸的含量，且对提高玉米籽粒蛋白质中赖氨酸总含量有一定促进作用[8]。提高供钾水平可延长小麦、玉米、水稻等农作物的灌浆期，促进光合作用，增加千粒重[9]。冯献忠等的试验证明：钾处理能增加叶片干物质积累、促进同化物提早运输、延长灌浆期，有利于籽粒干重增加；钾处理对夏谷灌浆过程中蛋白质积累及可溶性蛋白质、游离氨基酸有较大的作用[10]。林克惠等的研究表明：在同一氮磷水平下，随着施钾量的增加，冬小麦籽粒中蛋白质的百分含量（％）、蛋白质产量（kg/hm2）和几种必需氨基酸含量皆有增加的趋势[11]。以上表明，施用钾肥可以在不同程度上增加谷类作物籽粒干物质积累，提高其蛋白质含量及产量，同时提高籽粒中必需氨基酸含量，从而改善谷类作物的品质。2.2钾对块根、块茎作物品质的影响钾能够促进光合作用，提高二氧化碳的同化效率，从而使更多的碳水化合物从营养器官转入贮藏器官，钾还能够活化淀粉合成酶，促进单糖合成蔗糖、淀粉，提高块根、块茎类作物的品质。施用钾肥还可以减轻马铃薯切片颜色变黑的情况。据Hughes和Swain（1962）研究马铃薯黑化现象的产生是由于形成了铁和氯原酸的化合物，柠檬酸有抑制这一化合物形成的作用。由于块茎内柠檬酸含量与钾含量相一致，施用钾肥可以减少马铃薯的黑化。武心如的试验表明增施钾肥能够促进莲藕生长，增加其淀粉含量，增强莲藕抗腐败病的能力[12]。Obigbesan发现钾不仅能够促进木薯块茎淀粉含量，还可以降低其中有毒的氰化物的含量[1]。糖用甜菜施用钾肥可以增加含糖量，减少水溶性氨基酸化合物和矿物质尤其是钠离子对提炼中结晶过程的干扰，改善糖的产量及品质。2.3钾对蔬菜品质的影响作为人类日常生活中具有特殊营养价值的农产品，蔬菜的品质日益受到人们的关注。人们对其外观、营养价值、口感、肉质、贮藏性甚至安全性（是否受微生物及有害物质的污染）等一系列品质都提出了具体的要求。蔬菜是喜钾作物，氮、磷、钾三要素中它对钾的吸收量最大。长期的实际和研究表明，施用钾肥能够改善蔬菜的品质。（1）钾能够改善蔬菜的营养价值及风味。表1表明，番茄施用钾肥后，果实中可溶性的固形物、可溶性糖、Vc和含钾量都有所提高，品质明显得到改善[13]。倪吾钟等人的研究表明：增施钾肥能够明显提高洋葱的干物质含量及蔬菜产品的Vc含量，增加其游离氨基酸总含量，其中以精氨酸、组氨酸、苏氨酸、丙氨酸及苯丙氨酸尤为显著[14]；施用钾肥可以提高大白菜叶邦和软叶中粗蛋白、氨基酸及Vc的含量。（2）施用钾肥可以降低蔬菜中硝酸盐，而人体摄入过多的硝酸盐会危害自身的健康。关于硝酸的毒害作用及机理的研究，国内外已有许多报道。Tremp(1979)认为人体摄入的硝酸盐中约有70％来自蔬菜[1]。如何降低蔬菜中硝酸盐的含量，将直接关系到蔬菜的品质。钾能够提高植物体内硝酸还原酶的活性，促进非蛋白态氮的转化，提高蛋白态氮的含量，减少硝酸盐的积累。倪吾钟等人的研究表明，增施钾肥能有效地降低大白菜软叶和叶邦中硝酸盐的含量，叶邦中硝酸盐含量与施钾量呈显著负相关，软叶中硝酸盐含量与施钾量呈极显著负相关[15]。同时施用钾肥可以提高蔬菜中Vc的含量，而Vc有抑制亚硝胺的形成，消除硝酸盐的潜在性危害。此外，钾可以使细胞壁增厚，表皮细胞硅质化增加，从而提高蔬菜的耐储性。刘胜利的试验表明，早番茄施用钾肥后，存放12d，腐烂率下降70％[16]。2.4钾肥对烤烟品质的影响国内外大量研究证明，钾营养对改善烟叶的品质尤为重要。钾与卷烟制品的燃烧性有关，也与烟叶的内质、香吃味、香气量有关。有资料报道，单施氮、磷肥，烟叶的燃烧性仅12s；施用1份钾肥时，燃烧性达28s；增施2份钾肥后，烟叶的燃烧时间可达104s。此外，烟叶含钾浓度与灼烧温度呈负相关，烟叶钾浓度为20g/kg时灼烧温度约为488℃，当浓度为45g/kg时灼烧温度降至458℃左右。灼烧温度的高低必将引起烟叶分解物种类和数量的显著变化，直接影响烟气的安全性。J.L.Sims(1985)报道，烟叶的含钾量与烟气中的有害化学成分呈负相关[17]。Aekhurst和曹志洪研究表明，含钾高的烟叶色泽呈橘黄色，香气足，吃味好；富于弹性和韧性，填充性强。林克惠等的研究认为，在每公顷施用180kgK2O的范围内，随着施钾量增加，烟叶含钾量增加，烟叶产值也随之增加，烟叶含量与烟叶产值之间呈极显著正相关（r=0.593,n=21）[18]。此外，钾素营养还能通过提高植物适应非生物（干旱、低温、高温、盐分和酸）胁迫和生物胁迫的能力来改善农作物的品质。如钾肥可以普遍降低病虫害对植物的危害，施木田（1992）总结了钾肥对作物抗各种类型病害的影响认为，钾可以普遍降低真菌、细菌、病毒对作物的危害[19]。Perrenond(1997)对报道的1209例文献进行统计结果表明钾对降低植物真菌和细菌病害的效果明显[20]。3小结如上所述，钾素营养不但可以改善农作物品质，还能够通过提高作物抗病虫害的能力来提高农作物的产量和品质。然而，影响农作物品质的因素很多，其中作物的品种特性是关键因子。只有在培育出优良品种的前提下，再配以良好的养分、水分等条件，才能够生产出高品质的农作物产品。且目前的工作大部分着重于钾肥对作物品质的影响，对其影响机制方面的报道不多；还有大多的报道只是定性的提出施用钾肥能够改善作物品质，却未具体提出钾肥用量与农作物品质之间的关系，这些都有待于进一步研究。