腐殖酸耦合性對(duì)河套灌區(qū)鹽堿地向日葵生長(zhǎng)及光合特性的影響

郝水源， 李林虎， 蘇曉東， 閆素珍， 苗三明， 王慧敏， 蘇　康

(1.河套學(xué)院，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000； 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市臨河區(qū)農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)辦，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市科技信息研究所，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000； 4.內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市臨河區(qū)農(nóng)業(yè)局，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000；5.內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市植保植檢站，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000； 6.內(nèi)蒙古環(huán)農(nóng)腐殖酸研究院，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000)

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)是我國(guó)重要的商品糧生產(chǎn)基地，也是我國(guó)主要的向日葵生產(chǎn)基地，2016年其播種面積為30萬hm2左右，約占河套灌區(qū)總播種面積的60%[1]。然而當(dāng)?shù)佧}漬化耕地面積約為39.4萬hm2，占耕地總面積的 68.65%，土壤鹽堿脅迫影響植物蛋白質(zhì)合成、呼吸作用、光合作用以及能量代謝等，是目前制約作物產(chǎn)量的主要逆境因素之一[2]。因此，土壤鹽堿化成為制約該地區(qū)作物可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一。

近年來，河套灌區(qū)向日葵生產(chǎn)化肥施用量過高而極少使用有機(jī)肥料，從而造成了土壤板結(jié)嚴(yán)重[2]。礦源性腐殖酸主要存在于褐煤中，是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一組天然高分子物質(zhì)，能通過根、莖和葉進(jìn)入植物體，對(duì)植物生長(zhǎng)有明顯的刺激作用，從而提高植物的抗旱、抗低溫和抗病能力[3]。腐殖酸的作用逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上逐漸得到應(yīng)用[4]。靳永勝等以菠菜和小油菜為材料對(duì)9種腐殖酸葉面肥的應(yīng)用效果進(jìn)行研究，結(jié)果指出腐殖酸能促進(jìn)菠菜和小油菜的生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)[5]；柳洪鵑等研究了腐殖酸能提高食用型甘薯塊根可溶性糖含量的內(nèi)在生理基礎(chǔ)[6]。然而，礦源性腐殖酸對(duì)河套灌區(qū)調(diào)控鹽堿脅迫下向日葵生育調(diào)控效應(yīng)機(jī)理的研究報(bào)道較少。因此，本研究以向日葵主栽品種SH363為研究材料，分析不同肥料耦合下向日葵葉片葉面積指數(shù)、葉片光合參數(shù)、向日葵干物質(zhì)累積特性和產(chǎn)量的變化，最終得出其最佳肥料耦合方式，為向日葵標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和栽培提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)地情況

試驗(yàn)基地選擇在內(nèi)蒙古巴彥淖爾市臨河區(qū)狼山鎮(zhèn)河套學(xué)院教學(xué)農(nóng)場(chǎng)，位于海拔1 054～1 020 m，為溫帶大陸性氣候，光熱資源豐富，氣候干燥，降雨稀少，晝夜溫差大，年太陽(yáng)總輻射量146～152 kJ/cm2，全年日照時(shí)數(shù)3 210.8～3 305.8 h，無霜期127～135 d，≥10 ℃有效積溫2 876～3 221 ℃，年均氣溫6.1～7.6 ℃，日平均氣溫13～14 ℃，年降水量150 mm，年均蒸發(fā)量2 200 mm。試驗(yàn)田土壤為灌淤土，耕作前0～20 cm土壤基礎(chǔ)理化性狀為：(1)土壤容重1.27 g/cm3；(2)有機(jī)質(zhì)含量9.6 g/kg；(3)全氮含量0.89 g/kg；(4)速效磷含量 18.5 mg/kg；(5)速效鉀含量92.4 mg/kg；(6)pH值7.7。

1.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)供試品種為當(dāng)?shù)叵蛉湛魍破贩NSH363。試驗(yàn)采用大區(qū)試驗(yàn)，不設(shè)重復(fù)，總面積1 hm2，地塊東西走向，試驗(yàn)設(shè)計(jì)F+C、E+C、G+C、F+HA、E+HA和G+HA共6個(gè)處理，其中，F(xiàn)、E和G分別為45%復(fù)合肥525 kg/hm2、磷酸二銨 375 kg/hm2和功能肥375 kg/hm2，結(jié)合播種分層以種肥的形式施入土壤；C和HA分別為46%尿素375 kg/hm2和礦源性液態(tài)腐殖酸150 kg/hm2，現(xiàn)蕾期施入，其他管理措施與當(dāng)?shù)刎S產(chǎn)向日葵田相同(表1)。覆膜播種機(jī)播種，1膜2行，大小行種植，大行80 cm，小行40 cm，株距50 cm，種植密度約 33 000株/hm2。

1.3　測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1葉面積指數(shù)的測(cè)定2016年于向日葵幼苗期(6月20日)、現(xiàn)蕾期(7月10日)、盛花期(8月10日)、成熟期(9月20日)，用打孔法測(cè)定葉面積，并計(jì)算葉面積指數(shù)[7]。

表1　向日葵施肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.3.2光合參數(shù)的測(cè)定2016年，利用美國(guó)Li-COR公司生產(chǎn)的Li-6400光合儀在向日葵各生育期進(jìn)行光合參數(shù)的測(cè)定，時(shí)間為09：00—11：00。由于各處理生育期相差3～5 d，因此在各個(gè)時(shí)期連續(xù)測(cè)定3 d，取平均值作為該時(shí)期光合參數(shù)，測(cè)定參數(shù)主要包括凈光合速率Pn、蒸騰速率Tr、氣孔導(dǎo)度Gs和胞間CO2濃度Ci，測(cè)定時(shí)使用LED(紅藍(lán)光源)和二氧化碳混合器，內(nèi)置光照設(shè)定為 800 μmol/(m2·s)，CO2濃度設(shè)定為400 μmol/mol，溫度為 25 ℃。每個(gè)小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的向日葵3株，在每株第1片完全展開葉的中間部位測(cè)定，每片葉讀數(shù)5次，取15次平均結(jié)果。

1.3.3產(chǎn)量及干物質(zhì)的測(cè)定收獲期，在各個(gè)區(qū)選取40 m2進(jìn)行實(shí)收測(cè)產(chǎn)，曬干后去除雜質(zhì)，折算成產(chǎn)量，在每區(qū)隨機(jī)取10株向日葵進(jìn)行考種，測(cè)量向日葵盤徑、單盤粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量、空秕率和葉片數(shù)等，于105 ℃恒溫箱中殺青30 min，而后將溫度降至60 ℃烘干至恒質(zhì)量，計(jì)算干物質(zhì)量。

1.4　統(tǒng)計(jì)分析

本研究利用Excel 2011和SPSS 17.0(SPSS Inc.，Chicago，IL，US)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，圖表采用Excel 2011和Sigmaplot 12制作。

2　結(jié)果與分析

2.1　不同施肥處理對(duì)向日葵葉面積指數(shù)的影響

由表2可知，不同施肥處理對(duì)向日葵各生育時(shí)期的葉面積指數(shù)存在顯著影響。苗期，各處理向日葵葉面積指數(shù)表現(xiàn)為F+C處理和F+HA處理顯著高于其他處理，表明速效氮肥是影響苗期葉面積指數(shù)的最重要因素之一?，F(xiàn)蕾期，各施肥處理之間葉面積指數(shù)差異不顯著。盛花期，各施肥處理葉面積指數(shù)都達(dá)到最大值，其中G+HA處理葉面積指數(shù)增加至5.49。成熟期，各施肥處理葉面積指數(shù)開始下降，其中F+HA處理下降的幅度最大，原因在于后期脫肥早衰，從而導(dǎo)致葉片黃化嚴(yán)重。腐殖酸處理(G+HA、E+HA和 F+HA)的葉面積指數(shù)均高于尿素追肥處理(G+C、E+C和F+C)，表明腐殖酸能顯著提高向日葵葉面積指數(shù)，其中以G+HA處理的葉面積指數(shù)最大，為1.76，顯著高于其他處理(P<0.05)，表明功能肥和腐殖酸的耦合有利于葉面積指數(shù)的增加。

2.2　不同施肥處理對(duì)向日葵葉片葉光合特性的影響

由圖1-a可知，各處理的向日葵葉片凈光合速率在各個(gè)生育期內(nèi)變化趨勢(shì)一致，苗期到現(xiàn)蕾期葉片凈光合速率變化不明顯，盛花期葉片凈光合速率急劇上升，達(dá)到峰值，介于40.53～50.23 μmol/(m2·s)之間，但處理之間差異不顯著。成熟期，腐殖酸處理(G+HA、E+HA和F+HA)葉片凈光合速率較尿素追肥處理(G+C、E+C和F+C)有不同程度的提高，其中以G+HA處理葉片凈光合速率最大，較處理 F+C 提高了34.2%，差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。圖1-b和圖1-c 中，向日葵葉片氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率在各生育期內(nèi)變化趨勢(shì)一致，即苗期到現(xiàn)蕾期，數(shù)值逐漸下降，到盛花期又逐步上升到最大值，收獲期逐漸下降。不同處理的差異主要體現(xiàn)在幼苗期和收獲期，幼苗期，F(xiàn)+C處理和F+HA處理氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率數(shù)值較其他處理平均提高了26.1%～54.6% 和25.7%～39.5%，而在收獲期G+HA處理開始增加，較其他處理提高了9.7%～41.9%和19.0%～46.8%。圖1-d中，從幼苗期到成熟期，各施肥處理的向日葵葉片胞間CO2濃度隨著發(fā)育天數(shù)的增加而增加，處理之間均表現(xiàn)為G+HA處理最高，收獲期達(dá)到最大值289.12 μmol/mol。

表2　不同施肥處理對(duì)不同生育期向日葵葉面積指數(shù)的影響

注：同列后標(biāo)有不同小寫字母表示在0.05水平下差異顯著。下表同。

2.3　不同施肥處理對(duì)單株干物質(zhì)積累特性的影響

表3顯示了不同施肥處理下向日葵單株干物質(zhì)積累特性。不同施肥處理最終干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為G+HA>E+HA>F+HA>G+C>E+C>F+C，表明腐殖酸與功能肥料耦合處理能夠顯著提高向日葵干物質(zhì)積累量，而且腐殖酸的功能效用顯著大于尿素。其中，腐殖酸的施用較尿素而言，顯著提高了向日葵發(fā)育期的干物質(zhì)直線增長(zhǎng)速率，G+HA處理的干物質(zhì)直線增長(zhǎng)速率最大，為14.12 g/(m2·d)，較F+C處理顯著提高了54%。從最大速率出現(xiàn)的時(shí)間上來看，腐殖酸與其他肥料耦合較尿素耦合處理推遲了生育期內(nèi)干物質(zhì)積累的最大速率出現(xiàn)時(shí)間。從直線拐點(diǎn)來看，腐殖酸與其他肥料耦合相比都有不同程度的推后，其中G+HA處理延長(zhǎng)的時(shí)間最多，為2 d。直線增長(zhǎng)期內(nèi)干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為G+HA>E+HA>F+HA>G+C>E+C>F+C，這和生育期內(nèi)向日葵干物質(zhì)的積累速率和積累時(shí)間有直接關(guān)系。

2.4　不同施肥處理對(duì)向日葵產(chǎn)量的影響

由表4可見，不同肥料耦合處理對(duì)向日葵盤徑大小、單盤粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量、空秕率、葉片數(shù)、產(chǎn)量等影響表現(xiàn)不同。向日葵實(shí)際產(chǎn)量為G+HA>E+HA>F+HA>G+C>E+C>F+C，腐殖酸追肥處理較尿素追肥處理實(shí)際產(chǎn)量提高了14.3%～16.4%，表明腐殖酸有利于向日葵產(chǎn)量的提高。G+HA 處理實(shí)際產(chǎn)量最高，達(dá)到4 713.41 kg/hm2，較 F+C 處理顯著提高了29.8%(P<0.05)。在產(chǎn)量構(gòu)成因素上，腐殖酸處理(G+HA、E+HA和F+HA)單盤粒質(zhì)量和百粒質(zhì)量顯著高于尿素追肥處理(G+C、E+C和F+C)，增幅分別介于8.1%～14.5%和4.8%～6.2%之間，其中以G+HA處理的單盤粒質(zhì)量和百粒質(zhì)量最大，較F+C處理分別提高了20.9%和10.5%，差異呈顯著水平(P<0.05)，腐殖酸的施入降低了向日葵空秕率，降低幅度達(dá)到7.7%，其中G+HA處理的空秕率最小，較F+C處理降低幅度達(dá)到13.9%。其他構(gòu)成因素例如盤徑和葉片數(shù)的差異均未達(dá)到5%顯著水平。

表3　不同施肥處理對(duì)向日葵單株干物質(zhì)積累特性的影響

表4　不同施肥處理對(duì)向日葵產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

3　結(jié)論與討論

植物的生長(zhǎng)依賴于葉片的光合作用，其生長(zhǎng)的實(shí)質(zhì)是光合產(chǎn)物的積累及干物質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程，這一過程不但受到植物體本身的遺傳特性影響，同時(shí)也受環(huán)境因素的制約[8]。本研究的結(jié)果表明，腐殖酸與功能肥耦合處理能夠提高向日葵葉片生育期內(nèi)光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度。腐殖酸能夠刺激植物體內(nèi)一些主要酶類如CAT、SOD、多酚氧化酶和轉(zhuǎn)化酶等活性的增強(qiáng)，提高作物的新陳代謝能力[9]。但是腐殖酸對(duì)其他作物的光合作用影響存在差異，丁鐘榮研究的腐植酸(主要是黃腐酸)能夠縮小菊花葉片的氣孔開張度，降低蒸騰速率，腐殖酸影響光合作用的內(nèi)在機(jī)理還需要進(jìn)一步研究[10]。葉面積指數(shù)也反映了光合作用氣體交換的作用面積，是與生產(chǎn)力相關(guān)的一個(gè)重要量度。葉面積指數(shù)過小，植株群體沒有足夠的綠色葉片來吸收光能，引起漏光損失，致使光能利用率低[11]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，腐殖酸耦合處理的向日葵葉面積指數(shù)較其他處理有顯著提高，該研究結(jié)果與前人研究結(jié)果[12]一致。

腐殖酸與功能肥搭配使用可以明顯提高肥料利用率，增加干物質(zhì)積累、提高作物產(chǎn)量，彌補(bǔ)單施無機(jī)肥料易造成土壤板結(jié)的不足[13]。很多研究資料已經(jīng)表明，腐殖酸對(duì)植物具有刺激生長(zhǎng)和增加產(chǎn)量的作用。本研究也表明腐殖酸耦合施肥有助于提高向日葵干物質(zhì)積累和產(chǎn)量，其主要體現(xiàn)在單盤粒質(zhì)量和百粒質(zhì)量的增加。張學(xué)智通過3年定位試驗(yàn)證明，腐殖酸和氮磷鉀復(fù)合肥連續(xù)施用，有提高春小麥產(chǎn)量、品質(zhì)和提高耕層土壤肥力的作用[14]。原因可能在于腐殖酸能夠吸附交換活化土壤中的礦質(zhì)元素，如磷、鉀、鈣、鎂等，使這些元素的有效性大大增加，從而改善了作物的營(yíng)養(yǎng)條件[15]。目前，腐殖酸作為一種無毒、無公害的綠色有機(jī)肥料，對(duì)調(diào)節(jié)植株的生理活性、改善作物品質(zhì)、提高產(chǎn)量等具有良好作用，未來在我國(guó)綠色低碳農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)⒄宫F(xiàn)獨(dú)特魅力。

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