磷酸二氫鉀提升作物抗逆能力研究進展

中圖分類號： S143.4⁺3 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）14-0027-06

在全球氣候變暖背景下，農業生產中頻繁出現的低溫、高溫、干旱、漬水等非生物逆境與生物逆境嚴重影響了作物的生長發育和產量形成[1]。Asseng等研究發現，在當前全球平均溫度下，每升高 1^°C 分別將導致全球小麥、玉米產量減少約 6. 0% 、7.4%^[2-3] 。Ji 等預測，到2030年，全球約 16% 的水稻種植區域可能在生殖生長階段暴露于5d以上的高溫下，從而影響水稻的穗花發育[4]。Gutierrez 等研究發現，全球每年油菜生產中漬害受災面積約占播種總面積的 10%^[5-6] 。近年來，我國黃淮麥區倒春寒災害頻發、重發，一般受災年份小麥減產 10% 左右，嚴重時減產幅度可達 50% 以上[7]。因此，如何提高作物生產的抗逆能力，進而實現穩產、豐產、優質生產已經成為當前農業中亟待解決的關鍵問題。

1磷酸二氫鉀（ KH₂PO₄ ）相關研究進展

應用外源化控制劑是提高作物抗逆能力的重要手段。已有研究報道，脫落酸、2，4-表油菜素內酯、獨角金內酯、褪黑素等可提高作物的抗逆能力[8-10]，但是由于這些化控制劑生產成本較高，因而難以在農業生產中得以大面積推廣應用。磷酸二氫鉀（ KH₂PO₄ ）（圖1）為白色結晶或粉末，易溶于水，不溶于乙醇，溶于水后呈弱酸性[]。作為一種綠色、無毒、無殘留的磷鉀肥， KH₂PO₄ 具有促進作物生長發育及提高作物對低溫、高溫、干熱風等逆境脅迫抵抗能力的作用，因而被廣泛應用于農業生產中[12-15]。本研究根據1982 年1月至2024年6月公開發表的 KH₂PO₄ 提高作物抗逆能力的相關報道，比較分析了中和法、萃取法、離子交換法、復分解法、結晶法等5種 KH₂PO₄ 生產工藝的優缺點，總結了低溫脅迫、高溫脅迫、水分脅迫、鹽脅迫等不同逆境下 KH₂PO₄ 提高作物抗逆能力的作用機制和作用效果（表1），以期為農業生產過程中的防災減災提供理論支撐。

圖1磷酸二氫鉀的化學結構

有用出

2 KH₂PO₄ 的生產工藝

KH₂PO₄ 的生產方法主要有中和法[37-38]、萃取法[39-40]、離子交換法[41]、復分解法[42-43]、結晶法[44]等5種（表2）。中和法主要通過 H₃P0₄ 與KOH發生酸堿中和反應生成 KH₂PO₄ ，該方法流程簡單且操作方便[37-38]。萃取法包括有機萃取法與其他萃取法，其中有機萃取法指在加入原料后向體系內加入有機溶劑選擇性萃取出HCI，從而得到KH₂PO₄ 的方法[39-40]。離子交換法指通過離子交換樹脂分別對 K⁺ 、 H₂PO₄^- 進行吸附，進而生成KH₂PO₄ 的方法[41，該方法可分為陽離子交換法、陰離子交換法，二者除了采用的樹脂不同外，其余操作流程類似。復分解法通過原料發生反應使 K⁺ 與PO₄^3- 結合生成 KH₂PO₄ ，該方法流程簡單，但是（204 KH₂PO₄ 的轉化率較低，成本消耗較大[42-43]。結晶法指在 H₃P0₄ 和KCl體系中，利用 KH₂PO₄ 溶解度隨溫度變化的特點進行 KH₂PO₄ 結晶分離的方法[44]。目前的 KH₂PO₄ 生產工藝日趨成熟但仍存在不足，其中中和法雖然流程簡便，但是生產成本較高；萃取法提取產物的純度較高，但是萃取劑單一且成本較高;離子交換法成本低，但是提取產物的純度不高，且生產技術要求嚴格；復分解法反應溫和、操作簡單，但是原料消耗過大；結晶法反應溫和，但是產物純度低，且難以去除副產物。由此可見，工業生產中仍需加強 KH₂PO₄ 生產工藝優化的研究。

3 KH₂PO₄ 在作物抵御逆境脅迫中的作用

3.1 低溫脅迫

在低溫脅迫下，作物的細胞膜系統首先會受到傷害，脂膜透性增加，代謝能力下降；其次，細胞內活性氧清除酶活性降低，從而引起膜脂過氧化，影響細胞結構的完整性[45]。李效超等研究發現，在香蕉受到低溫脅迫 （7^°C） ）前施用15mmol/L KH₂PO₄ 可使葉片超氧化物歧化酶、過氧化物酶活性和可溶性蛋白含量分別較CK顯著提高 51.6%.59.0% 和28.3% ，丙二醛含量降低 30.0% [16]。蘇慧等研究發現，低溫脅迫前葉面噴施 KH₂PO₄ 可通過改變小麥主莖上部穗的糖組分與含量來緩解低溫對細胞的傷害，其中蔗糖、果糖含量分別降低了 5.6% ～63.1%12.2%～27.5% ，還原糖含量增加了4.4%～33.2%^[17] 。于曉東研究發現，低溫脅迫前使用 3000mg/LKH₂PO₄ 溶液浸泡花生種子，可使花生幼苗的主莖高度、葉面積分別較CK提高35.73%.14.87%^[18] 。葉英杰等研究發現，低溫脅迫后對番茄施用 0.3%KH₂PO₄ 可以增加葉片脯氨酸含量，從而維持細胞內滲透平衡[19]。由此可見，KH₂PO₄ 能提高低溫脅迫下作物體內抗氧化酶活性和可溶性糖、可溶性蛋白等滲透調節物質含量，從而緩解低溫對作物細胞膜系統的傷害。

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3.2 高溫脅迫

高溫脅迫指一定時期內作物因溫度升高導致體內抗氧化酶活性、滲透調節物質含量等發生變化，從而影響生長發育的現象[46]。徐亞楠等研究發現，高溫脅迫后噴施 KH₂PO₄ 可使小麥旗葉可溶性蛋白與可溶性糖含量、超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性分別較CK增加 7.43%～167.87%.8.88%～77.59% 10.42%～62.99%，6.94%～76.29%¹²⁰ 。楊軍等研究發現，在高溫脅迫下，葉面噴施 KH₂PO₄ 能使水稻劍葉脯氨酸含量、過氧化物酶與超氧化物歧化酶活性分別平均升高 12.0% .22.5% 和 12.7% ，丙二醛含量則降低 26.0%^[21] 。此外，研究發現 KH₂PO₄ 還可提高花后高溫脅迫下小麥的根系活力、抗氧化酶活性和旗葉葉綠素含量，降低丙二醛含量，從而延緩花后小麥根系的衰老，增強小麥葉片的光合作用能力[22-23]。因此可見， KH₂PO₄ 可通過調節作物體系抗氧化酶活性、滲透調節物質含量來緩解高溫脅迫對作物的傷害。

3.3 水分脅迫

水分脅迫是指在一定時期內作物因水分因素變化，造成不正常發育甚至減產的現象，一般可分為干旱、澇漬2種。二者均會對作物的生長發育產生負面影響，其中干旱會導致作物葉片的葉綠素、糖含量下降，從而影響代謝活動；澇漬則會影響根系呼吸，降低根系活力，導致有機物質運輸受阻[47-48]。Shubhra 等研究發現，干旱處理前施用KH₂PO₄ 可使菜豆種苗營養期的可溶性糖含量增加11.09%～21.97%^[24] 。王麗娟等研究發現，干旱脅迫前噴施 KH₂PO₄ 分別可使番茄幼苗的株幅、干物質總量較CK增加 6.1%.8.0%^[25] 。張麗娟等研究發現，干旱處理前對棉花葉面噴施 KH₂PO₄ 可使其蕾期、花鈴期的單株結鈴數、單鈴重等產量性狀較CK 提高 41.3%～44.7%，3.43%～5.53%^[26] 。朱珍勇等在研究水稻澇害時發現，在補救追施相同尿素的條件下噴施 KH₂PO₄ 可使水稻的產量提高7.25%～10.56%^[27] 。徐道青等研究發現，在棉花受到澇漬脅迫后追施 2.25kg/hm²KH₂PO₄ 9kg/hm² 尿素的復合肥可將其產量恢復至未受澇漬脅迫前的 。此外，邢邯等研究發現，使用 KH₂PO₄ 與尿素的復合肥可緩解大豆澇漬災害，將減產率降低 81.64%^[50] 。由此可見，噴施KH₂PO₄ 可提高作物的抗旱和抗澇漬能力。

3.4 鹽堿脅迫

鹽堿脅迫主要會造成離子毒害、滲透脅迫和營養脅迫等，從而影響作物的代謝活動，并影響作物的生長發育[51-52]。大量研究發現，外源施用KH₂PO₄ 能提高作物的抗鹽堿能力[28-30]。Kaya 等研究發現，在鹽脅迫條件下，草莓葉片的細胞內膜滲透性隨著NaCl濃度的升高而增大，而脅迫后葉面噴施 KH₂PO₄ 可使細胞滲透性降低，即 KH₂PO₄ 可有效緩解高濃度鹽分進入細胞干擾代謝活動[28]。在鹽脅迫作用下，K含量降低，噴施外源K元素可讓細胞內保持滲透平衡與高含水量。Akram等研究發現，鹽脅迫后噴施 KH₂P0₄ ，向日葵葉片細胞的葉綠素含量與未脅迫處理時無顯著差異[29]。此外，宋偉豐等研究發現，在鹽堿脅迫下施用 KH₂PO₄ 與0.01% 蕓苔素甾醇復配肥，分別可使耐鹽堿水稻通系926的穗粒數、千粒重增加4.13%、12.32%[30]因此可見，鹽堿脅迫會導致細胞內離子穩態紊亂，通過噴施 KH₂PO₄ 可有效促進細胞內離子穩態的恢復，進而緩解鹽堿脅迫環境帶來的負面影響。

3.5 其他脅迫

除了上述提到的幾種脅迫因素外，作物生長發育過程中還會面臨其他多種環境脅迫，如重金屬、酸雨、干熱風等。這些逆境脅迫對作物的生長發育、產量品質都會產生不同程度的影響。

重金屬脅迫是指當作物處于銅（Cu）鉻（Cr）、汞（ Hg） 、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鎳（Ni）等重金屬環境下時，自身根系生長發育受到危害的現象。但是有研究發現，噴施 KH₂PO₄ 能緩解重金屬脅迫對作物的危害。林寧等研究發現，在土壤中施用 0.8g/kg KH₂PO₄ ，可使土壤 ΔpH 值下降 14.32% ，并且顯著降低土壤中重金屬 Pb，Ni，Cr 的交換態含量，即減少重金屬離子在土壤中的遷移[53]。Liu 等研究發現，在 脅迫下施用 KH₂PO₄ 分別可使蘑菇中的MDA含量降低 4.39% 、53. 74% [31]。由此可見，KH₂PO₄ 可緩解重金屬脅迫對作物帶來的負面影響。

酸雨指工業排放和汽車尾氣等污染物質進入大氣中，經過化學反應后形成的酸性降水。酸雨會對葉片造成損傷，進而影響作物的生長發育和產量形成。楊繼云等研究發現，酸雨脅迫后噴施 0.5% KH₂PO₄ 可增強抽穗灌漿期水稻葉片的光合作用，提高結實率、千粒重，從而減輕酸雨造成的產量損失[32]。

干熱風指在高溫低濕氣候條件下，空氣中水分蒸發迅速導致作物葉片失水過多，出現葉片卷曲、枯黃等現象。干熱風大多與高溫脅迫同步出現，可導致作物產量大幅下降。 Xu 等研究發現，在干熱風脅迫下葉面噴施 KH₂PO₄ 可使冬小麥產量較CK提高 6.69% [33]。由此可見， KH₂PO₄ 能有效緩解干熱風帶來的危害。

3.6 生物脅迫

生物脅迫一般是指由病害等不利于作物本身生存的生物因素所帶來的影響，一般是由感染或競爭等因素引起的，可對作物生存造成極大威脅。大量研究發現，噴施 KH₂PO₄ 能緩解生物脅迫對作物造成的危害[34-36]。謝鑫等發現，葉面噴施 KH₂P0₄ 可減少煙草花葉病毒病斑的數量，抑制率較對照可達 38.39% ，提高對煙草花葉病毒的抗性[34]。此外，魯松霖等研究發現，根外噴施 KH₂PO₄ 不僅可以增強煙株的抗病能力，還能改善煙株農藝性狀，產量較CK的增幅可達 5.25% [35]。宋聚紅等研究發現，對不同品種的黃秋葵葉面噴施 0.2%KH₂PO₄ 可使病毒病與疫病發生率降低，其總產量較CK可增加 14.48%～29.97%^[36] 。因此可見， KH₂PO₄ 可提高作物對生物脅迫的抵抗能力。

4展望

KH₂PO₄ 作為一種綠色高效的肥料，在農業生產中的應用廣泛。本研究通過總結分析 KH₂PO₄ 在不同脅迫下的作用效果和作用機制，發現 KH₂PO₄ 可通過調節滲透物質含量、提高抗氧化酶活性等方式來緩解不同逆境對作物帶來的危害。目前關于KH₂PO₄ 提高不同作物抗逆能力的作用機制研究仍需進一步深入，未來可從以下3個方面展開深入的研究[54-55] 。

首先，加強 KH₂PO₄ 提高作物抗逆能力的機制研究。深入研究 KH₂PO₄ 在不同逆境脅迫下的作用機制，可以更好地了解其在調控作物生長發育中的關鍵作用，具體包括其在調節作物代謝、提高抗逆性及優化營養利用等方面的作用，從而為農業生產的防災減災提供理論支撐。其次，針對不同作物細化 KH₂PO₄ 的施用時期、劑量范圍及施用方法。在不同逆境下，不同作物的 KH₂PO₄ 施用方式不同，要結合作物特性來最大程度地發揮 KH₂PO₄ 的作用。此外，可結合無人機飛防來施用 KH₂PO₄ 。例如利用無人機高空噴灑，結合“一機多能或多機合作技術”、智慧農業監測計算系統等來明確 KH₂PO₄ 的施用時期、劑量范圍，從而實現精準施用、省肥高效。最后，應加強 KH₂PO₄ 生產工藝的研究與優化，如尋找綠色無污染原料、改善工藝以增加產品濃度等，不僅可提高生產效率，還可顯著降低能耗和污染，為農業發展注人新的活力。

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