氮磷鉀配施對谷子農(nóng)藝性狀及光合特性的影響

張蕙琪，王宏富，王彥雯

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801）

谷子獲得高產(chǎn)的必要條件之一是生殖生長時期維持較高的光合速率。谷子光合特性及產(chǎn)量的高低受到很多因素的共同調(diào)控，如谷子自身的遺傳特性、外界環(huán)境的光熱條件、土壤中的礦質(zhì)營養(yǎng)、不同的栽培技術(shù)和耕作制度等，其中，礦質(zhì)元素尤為重要。礦質(zhì)元素不僅構(gòu)成了葉綠體結(jié)構(gòu)，而且還是植物光合作用生化反應(yīng)的參與者和能量提供者[1]。氮、磷、鉀是谷子正常生長的三大必需營養(yǎng)元素，其中，氮元素積極參與植物體中的各種生命活動，氮元素充足時，光合作用的產(chǎn)物能快速轉(zhuǎn)化，合成核酸、酶、蛋白質(zhì)和葉綠素，為植株的生命活動提供物質(zhì)基礎(chǔ)；磷元素能促進(jìn)光合作用和二氧化碳的轉(zhuǎn)化，也能激活某些酶例如磷酸果糖激酶的活性，有助于糖的合成；鉀離子很容易進(jìn)入細(xì)胞，引起膜的去極化作用，促進(jìn)光合作用，并且是多種酶的催化劑，同時能促進(jìn)纖維素以及糖和脂肪的合成[2-3]。合理的氮磷鉀配施能夠很大程度上增強(qiáng)谷子的光合特性，并最終達(dá)到高產(chǎn)[4-10]。國內(nèi)外對谷子光合特性的研究主要集中在氮、鉀肥或氮、磷肥以及單一元素施肥，而氮磷鉀肥配施的研究還很少。

本試驗通過正交設(shè)計，研究不同氮磷鉀配施對谷子光合特性及產(chǎn)量的影響，以期得到可以最大限度促進(jìn)農(nóng)大8號光合特性和產(chǎn)量的最適施肥配比，為優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)谷子的合理施肥提供理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試谷子品種為農(nóng)大8號，為山西農(nóng)業(yè)大學(xué)谷子研究組選育的新品種。

試驗土壤為壤土，基本養(yǎng)分情況為：土壤有機(jī)質(zhì) 17.8 g/kg、全氮 0.94 g/kg、堿解氮 71.3 mg/kg、速效磷48 mg/kg、速效鉀94 mg/kg。供試肥料：氮肥為尿素（N≥46.4%），磷肥為顆粒過磷酸鈣（P205≥12%），鉀肥為硫酸鉀（K2O＝50%）。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2016年5—10月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)作站進(jìn)行，采用正交設(shè)計。試驗設(shè)氮、磷、鉀3個因素，4個水平，共16個處理，設(shè)3次重復(fù)。各處理施肥水平和施肥量如表1所示。磷鉀肥作基肥一次性施入，氮肥的40%作基肥、30%于拔節(jié)期追施、30%于孕穗期追施。小區(qū)面積為16 m2（4 m×4 m），隨機(jī)區(qū)組排列，等行種植，播種密度為33萬株/hm2。

表1 試驗因素水平

1.3 測定項目及方法

1.3.1 形態(tài)指標(biāo)的測定

1.3.1.1 株高 在農(nóng)大8號的拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期、灌漿期以及成熟期，從每小區(qū)中選有代表性的植株10株，用直尺測量其分蘗節(jié)至最長葉尖的長度。單位以cm表示，測定結(jié)果取平均值。

1.3.1.2 莖粗 在農(nóng)大8號的拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期、灌漿期以及成熟期，從每個小區(qū)中選有代表性的植株10株，使用游標(biāo)卡尺測量主莖地上部的第3節(jié)間中部莖的直徑。以cm表示，測定結(jié)果取平均值。

1.3.1.3 葉面積 在農(nóng)大8號的拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期、灌漿期以及成熟期，每小區(qū)選取具有代表性的植株10株，使用CI-203手持式激光葉面積儀測定谷子倒2的葉面積。

1.3.2 葉綠素含量的測定 在農(nóng)大8號的拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期、灌漿期以及成熟期，從各個小區(qū)選取10株具有代表性的植株，使用SPAD－502葉綠素測定儀，測定其倒2葉中間部分的相對葉綠素含量。每株重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

1.3.3 光合指標(biāo)的測定 在農(nóng)大8號的灌漿期內(nèi)，從各個小區(qū)選取10株具有代表性的植株，于晴朗無風(fēng)的9：00—11：00，用CI-340便攜式光合儀分別測定田間各小區(qū)谷子倒2葉的凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度等光合參數(shù)。每項指標(biāo)重復(fù)測量3次，結(jié)果取平均值。

1.3.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)的測定 谷子成熟后收獲前，從各個小區(qū)中取3個具有代表性的單位面積調(diào)查谷子的產(chǎn)量，統(tǒng)計單位面積上的谷子產(chǎn)量，將其轉(zhuǎn)化為每公頃的產(chǎn)量，結(jié)果取平均值。隨后從每個小區(qū)中隨機(jī)拔取10株，進(jìn)行室內(nèi)考種，測定穗長、穗粗、穗質(zhì)量、千粒質(zhì)量、穗粒質(zhì)量等。每個處理重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)用MS Excel 2010進(jìn)行整理及圖表繪制，用DPS7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對谷子株高、莖粗變化的影響

從圖1，2可以看出，農(nóng)大8號從拔節(jié)期開始進(jìn)入一個快速增長的過程，進(jìn)入孕穗期后，增長速度變緩，灌漿期達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在N1水平下，抽穗期P2K2和P3K3處理的株高分別較P1K1處理顯著增加了 10.3，10.0 cm（P＜0.05），其他生育時期的株高均沒有顯著性差異；莖粗方面，在拔節(jié)期、孕穗期、開花期均有顯著性差異，分別增加0.05～0.14，0.07～0.21 cm（P＜0.05）。在N2水平下，整個生育期內(nèi)各處理之間株高沒有顯著性差異，但各處理間在不同的生育時期差異性趨勢基本一致，P3K4處理長勢較好；在莖粗方面，P3K4處理在抽穗期、開花期、成熟期莖粗明顯高于其他3個處理，比P1K2，P2K1，P4K3處理分別增加 0.11～0.23，0.07～0.16，0.08～0.1 cm，且存在顯著性差異（P＜0.05）。

從圖1，2可以看出，在N3水平下，4個處理間株高差異性不顯著，只有P4K2處理在生育后期明顯低于其他3個處理；莖粗也基本一致。在N4水平下，各處理之間的株高基本上在整個生育期都有顯著性差異，以 P2K3處理長勢最佳，比 P1K4，P3K2，P4K1分別增加 1.00～8.00，2.00～8.00，9.00～10.67cm（P＜0.05）；在莖粗上各處理差異不明顯，但趨勢基本與株高相同，以P2K3處理長勢最佳，最粗為1.28 cm?？v觀圖1，2，在16個處理中，在氮肥的4個水平下，以 N1P3K3處理、N2P3K4處理、N3P2K4處理、N4P2K3處理長勢較為突出，以N44P2K3處理長勢最佳。說明單施磷鉀肥可以適當(dāng)增加農(nóng)大8號的莖粗，但對株高影響不大，在磷鉀肥的基礎(chǔ)上，隨著氮肥的增加，可以顯著提高農(nóng)大8號株高和莖粗，有利于谷子生長。

2.2 不同施肥處理對谷子葉面積的影響

由圖3可知，農(nóng)大8號葉面積從拔節(jié)期到成熟期呈先增加后減小的動態(tài)生長趨勢，生長速度先快后慢，在開花期葉面積達(dá)到最大值，開花期之后到成熟期逐步減小。由此說明，谷子生育前期生長速度較快，營養(yǎng)生長旺盛，為谷子的生殖生長奠定了很好的基礎(chǔ)，后期轉(zhuǎn)移了生長中心，營養(yǎng)生長與生殖生長協(xié)調(diào)發(fā)展，有利于谷穗生長。在N1水平下，P1K1處理的葉面積在孕穗期、抽穗期和成熟期分別比 P2K2，P3K3，P4K4處理顯著減小 7.89～9.98，14.36～22.91，16.14～16.90 cm2（P＜0.05），以P3K3處理長勢最佳。在N2水平下，P3K4處理的葉面積除拔節(jié)期外，在其他生育時期都是最大，比其他3個處理分別 大 0.73～2.83，5.18～7.82，4.79～8.21，2.45 ～4.72，0.22～5.74 cm2。在 N3水平下，雖然各處理間差異不顯著，但以P2K4處理下的葉面積最大，比其他 3個處理分別大 7.54～8.82，0.29～4.23，3.41～6.44，1.42～6.92，3.21～7.45，0.46～10.96 cm2。在 N4水平下，雖然只有在抽穗期P4K1處理與其他3個處理之間有顯著性差異，但是P2K3處理始終高于其他處理。16個處理中葉面積以N4P2K3處理最佳，與株高、莖粗結(jié)果一致。

2.3 不同施肥處理對谷子葉綠素含量的影響

由圖4可知，農(nóng)大8號的倒2葉相對葉綠素含量均呈先增加后減小的變化趨勢，在開花期達(dá)到最大值，后逐漸降低。這一生長動態(tài)與株高、莖粗和葉面積形態(tài)指標(biāo)的生長趨勢基本一致，體現(xiàn)了谷子生理生態(tài)活動的強(qiáng)弱以及植株的衰老進(jìn)程。不同施肥處理均能增加谷子葉片葉綠素含量，以N4P2K3處理下的谷子葉片葉綠素含量最高，比N1P1K1處理高出25.46%～34.40%，且達(dá)到顯著差異（P＜0.05），后期下降速度低于其他處理，保綠時間持久，衰老速度緩慢。

2.4 不同施肥處理對谷子光合特性的影響

從表2可以看出，施肥后谷子葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度都比不施肥N1P1K1處理的增加，胞間二氧化碳濃度基本上減少，各處理間在4項指標(biāo)上均具有顯著性差異，以N4P2K3處理最優(yōu)。與CK（N1P1K1）相比，各施肥處理的谷子凈光合速率分別提高12.50%～42.08%，蒸騰速率分別增加0.69%～105.98%，葉片氣孔導(dǎo)度分別增加4.44%～87.10%，胞間二氧化碳濃度分別減少12.30%～46.32%。這說明施肥有效地增加了谷子的光合能力，蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度的增加，加速了谷子無機(jī)離子以及有機(jī)質(zhì)的吸收和傳導(dǎo)，有利于光合產(chǎn)物的形成，并促進(jìn)了營養(yǎng)物質(zhì)向穗部籽粒轉(zhuǎn)運。

表2 不同施肥處理對農(nóng)大8號光合特性的影響

表3中的Ki表示為各因素同一水平下的凈光合速率之和，Ki表示為各因素同一水平下的凈光合速率的平均值。

表3 不同施肥處理對農(nóng)大8號凈光合速率影響的正交試驗結(jié)果

從表3可以看出，氮肥的K4和K4值均最大，以225 kg/hm2（N4）為最好；磷肥的K3和K3值均最大，以100 kg/hm2（P3）最優(yōu)；鉀肥的K3和K3值均最大，以60 kg/hm2（K3）為最好；得到的施肥最優(yōu)組合為 N4P3K3，即 N 225 kg/hm2，P2O5100 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2時，農(nóng)大8號的凈光合速率最大。根據(jù)極差R的大小可知，N對農(nóng)大8號的凈光合速率影響最大，K2O次之，P2O5的影響最小，影響農(nóng)大8號凈光合速率的主次順序為N＞K＞P。

2.5 不同施肥處理對谷子穗部性狀及產(chǎn)量的影響

從表4可以看出，不同施肥處理下的谷子穗部性狀和產(chǎn)量均存在很大差異，并且與不施肥的N1P1K1處理達(dá)到顯著性差異。在穗長、穗粗、穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量以及產(chǎn)量這幾個指標(biāo)上，N4P2K3處理均達(dá)到最大，與CK（N1P1K1）相比，變異極差分別為 7.18，0.94 cm 和 14.84，12.09，0.46 g，產(chǎn)量增加了54.97%。

從表5可以看出，氮肥的K4和K4值最大，以225 kg/hm2（N4）為最好；磷肥的K3和K3值最大，以100 kg/hm2（P3）為最優(yōu)；鉀肥的K3和K3值最大，以60 kg/hm2（K3）為最好；得到的施肥最優(yōu)組合為 N4P3K3，即 N 225 kg/hm2，P2O5100 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2時，農(nóng)大8號的產(chǎn)量最高。根據(jù)極差R的大小可知，N對農(nóng)大8號產(chǎn)量影響最大，K2O次之，P2O5的影響最小，影響農(nóng)大8號產(chǎn)量的主次順序為N＞K＞P。

表4 不同施肥處理對農(nóng)大8號主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

表5 不同施肥處理對農(nóng)大8號產(chǎn)量影響的正交試驗結(jié)果

3 結(jié)論與討論

3.1 不同施肥處理對谷子形態(tài)指標(biāo)的影響

光合作用的主要場所是葉片，它是植物合成有機(jī)物的主要器官。葉面積的大小是谷子光合作用強(qiáng)弱的重要形態(tài)指標(biāo)，它的生長發(fā)育決定并影響著谷子的生長發(fā)育及干物質(zhì)積累。適當(dāng)施肥會加快谷子葉片生長，使谷子有更大的葉面積來進(jìn)行光合作用。植株的株高決定了其在群體環(huán)境中是否能爭取更多的光能，而莖粗的大小對谷子抗倒伏起著至關(guān)重要的作用。

本研究表明，經(jīng)過施肥處理的谷子株高、莖粗、葉面積明顯高于未施肥處理，且高氮處理要高于低氮處理，但當(dāng)?shù)仕揭欢〞r，磷鉀肥過高過低都會使其下降，N4P2K3處理（即N 225 kg/hm2，P2O550 kg/hm2，K2O60 kg/hm2）對谷子生長最為有利。氮素是改善谷子株高、莖粗、葉面積的關(guān)鍵，磷鉀肥在氮肥基礎(chǔ)上才能發(fā)揮更大的作用，氮磷鉀肥三者間只有相互配合才能取得更好的效果，而只采用任意2種肥進(jìn)行的配比效果都不理想。

3.2 不同施肥處理對谷子光合參數(shù)的影響

光合作用是植物合成有機(jī)物為自身生命活動提供能量的重要途徑，它受很多因素影響，葉綠素含量的多少就是很重要的一項指標(biāo)[11-16]。

本研究表明，不同施肥處理均能增加谷子葉片葉綠素含量，N4P2K3處理（即N 225 kg/hm2，P2O550 kg/hm2，K2O60 kg/hm2）下的谷子葉片葉綠素含量最高，且后期下降速度低于其他處理，保綠時間持久，衰老速度緩慢。雖然葉綠素含量的高低不能絕對反映葉片光合能力的強(qiáng)弱，但葉綠素含量減少會導(dǎo)致葉片過早衰老，光合速率降低[17-19]；葉綠素含量的增加會促進(jìn)葉綠體對光能的吸收和轉(zhuǎn)化，從而增強(qiáng)光合作用。施肥后谷子葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度都比不施肥N1P1K1處理的增加，胞間二氧化碳濃度基本上減少。各處理間在4項指標(biāo)上均具有顯著性差異，以N4P2K3處理（即N225kg/hm2，P2O550 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2）最優(yōu)。與楊艷君[20]的研究結(jié)論一致。通過肥料用量與凈光合速率的正交分析得到，N對農(nóng)大8號的凈光合速率影響最大，K2O次之，P2O5的影響最小，得到的施肥最優(yōu)組合為 N4P3K3，即 N 225 kg/hm2，P2O5100 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2時，農(nóng)大8號的凈光合速率最優(yōu)。這與王帥[21]研究認(rèn)為的氮肥對光合性能以及產(chǎn)量的影響更加明顯結(jié)論相一致。主要是因為氮肥可以提高作物葉綠素含量，增強(qiáng)功能葉片對強(qiáng)光的利用率。本試驗中，氮元素和鉀元素較磷元素對農(nóng)大8號葉片的光合特性與產(chǎn)量影響更大，是因為氮元素是葉綠素的重要組成部分，能夠提高作物將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的速率；而鉀元素可以提高谷子葉片的光合速率，促進(jìn)碳同化及其運動。

3.3 不同施肥處理對谷子穗部性狀及產(chǎn)量的影響

本試驗研究結(jié)果表明，農(nóng)大8號在N4P2K3處理（即 N 225 kg/hm2，P2O550 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2）條件下，穗長、穗粗、穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量以及產(chǎn)量均高于其他處理；正交分析得知，N對農(nóng)大8號產(chǎn)量影響最大，K2O次之，P2O5的影響最小，施肥最優(yōu)組合為 N4P3K3，即 N225 kg/hm2，P2O5100 kg/hm2，K2O60 kg/hm2，與陳二影[22]的研究結(jié)論一致。這是因為氮能促進(jìn)植物細(xì)胞的分裂和生長，使枝葉茂盛[4]；磷可促進(jìn)幼苗的發(fā)育和花的開花，使果實、種子提前成熟[23]；鉀能夠使莖稈健壯，抗倒伏，促進(jìn)淀粉的形成[24-29]。谷子灌漿期是營養(yǎng)生長和生殖生長并進(jìn)時期，需要大量養(yǎng)分，土壤養(yǎng)分消耗劇增，若土壤肥力不夠，則會影響籽粒灌漿速率和灌漿水平；對植物進(jìn)行氮磷鉀肥的使用能夠提供充足的養(yǎng)分，對谷子根莖葉的生長起到促進(jìn)作用，增加光合產(chǎn)物的積累與運輸，使谷子最終達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。

4 結(jié)論

綜合不同氮磷鉀配施對谷子農(nóng)藝性狀和光合特性的影響，不同施肥處理可以提高谷子光合特性，增加株高、莖粗、葉面積、穗長、穗粗、穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量及產(chǎn)量。本試驗證明，理論施肥水平為 N 225 kg/hm2，P2O5100 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2時，可有效改善谷子的農(nóng)藝性狀和光合特性。光合作用的強(qiáng)弱是作物高產(chǎn)的至關(guān)點，而礦質(zhì)元素又是影響光合作用強(qiáng)弱的重要因素，合理地施肥能夠使植物保持充足的礦質(zhì)元素，枝繁葉茂，生長旺盛，提高光合利用率，有益于谷子達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

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