施鉀量對(duì)膜下滴灌甜菜光合性能以及對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

黃春燕 蘇文斌 張少英 樊福義 郭曉霞 李 智菅彩媛 任霄云 宮前恒

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施鉀量對(duì)膜下滴灌甜菜光合性能以及對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

黃春燕1,2蘇文斌2張少英1,*樊福義2郭曉霞2李 智1,2菅彩媛2任霄云2宮前恒2

1內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 內(nèi)蒙古呼和浩特 010019;2內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院特色作物研究所, 內(nèi)蒙古呼和浩特 010031

膜下滴灌技術(shù)被廣泛應(yīng)用于內(nèi)蒙古冷涼干旱地區(qū)的甜菜生產(chǎn)中。為探明施鉀量對(duì)膜下滴灌甜菜光合生理特性和產(chǎn)質(zhì)量的影響及其適宜鉀肥用量, 于2014?2015年在內(nèi)蒙古涼城縣設(shè)K2O 0、90、180、270和360 kg hm–25個(gè)施肥處理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明, 鉀素能夠提高甜菜的光合性能, 如促進(jìn)株高、葉面積指數(shù)、凈光合速率的增加; 施鉀肥180、270和360 kg hm–2顯著提高了葉叢快速生長(zhǎng)期甜菜的凈光合速率, 影響凈光合速率的最主要因素是RuBPCase活性, 其次是氣孔導(dǎo)度, 凈光合速率與甜菜產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。適宜的鉀肥用量有利于塊根、葉柄和葉片干重的增加及產(chǎn)量增加, 但施鉀過(guò)量, 塊根干物質(zhì)分配比例下降, 含糖率下降, 塊根干物質(zhì)分配比例與甜菜含糖率呈顯著正相關(guān)。施鉀量270 kg hm–2時(shí)產(chǎn)量最高, 90 kg hm–2時(shí)含糖率最高, 當(dāng)施鉀量大于180 kg hm–2時(shí), 塊根中K+、Na+含量增加, 大于270 kg hm–2時(shí), 塊根中α-氨基酸含量增加, 施鉀量180 kg hm–2時(shí)產(chǎn)糖量最高。綜合考慮施鉀量對(duì)膜下滴灌甜菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響, 內(nèi)蒙古甜菜種植優(yōu)勢(shì)區(qū)域的鉀肥推薦施用量為180 kg hm–2。

施鉀量; 膜下滴灌; 甜菜; 光合性能; 產(chǎn)量和品質(zhì)

我國(guó)干旱半干旱地區(qū)面積約占全國(guó)土地總面積的52.5%, 從20世紀(jì)90年代初開(kāi)始, 滴灌技術(shù)在我國(guó)大面積推廣應(yīng)用, 并在此基礎(chǔ)上通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐形成了獨(dú)特的膜下滴灌技術(shù)[1], 該技術(shù)較常規(guī)灌溉可節(jié)約用水50%左右[2], 該技術(shù)直達(dá)根層的水分供應(yīng)特點(diǎn)及覆膜的增溫作用在節(jié)水增產(chǎn)方面表現(xiàn)出非常好的效果。近年來(lái)隨著農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性調(diào)整, 內(nèi)蒙古甜菜種植優(yōu)勢(shì)區(qū)域從光、熱、水資源較好的地區(qū), 逐步向干旱、冷涼的地區(qū)轉(zhuǎn)移[3], 膜下滴灌技術(shù)被廣泛應(yīng)用于甜菜生產(chǎn)。

甜菜是藜科甜菜屬二年生草本植物, 是世界兩大糖料作物之一, 具有耐旱、耐寒、耐鹽堿等特性, 是一種適應(yīng)性廣、抗逆性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的作物。甜菜主要以塊根收獲為主, 每形成1噸甜菜塊根, 需吸收氮素、磷素和鉀素的比例是(2.5~3.5)∶1∶(3.5~4.5)[4-5], 可見(jiàn), 甜菜是需鉀素較多的作物。長(zhǎng)期以來(lái)受土壤“缺氮、少磷、富鉀”觀念的影響, 形成了不施或少施鉀肥的習(xí)慣, 而鉀肥施用不足, 必然會(huì)影響甜菜的產(chǎn)量和品質(zhì)[6]。隨著種植甜菜比較效益的提高, 甜菜產(chǎn)量穩(wěn)步提高, 甜菜生產(chǎn)中施鉀量逐漸增加, 部分地區(qū)甚至出現(xiàn)了甜菜鉀肥施用過(guò)量的現(xiàn)象, 因此, 在甜菜生產(chǎn)中如何合理施用鉀肥成為當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。

膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用于甜菜生產(chǎn)以來(lái), 大量研究主要圍繞灌水方式[7]、灌水量及灌溉頻次[8-9]、水氮互作等展開(kāi), 而關(guān)于膜下滴灌甜菜鉀肥合理施用的理論基礎(chǔ)研究相對(duì)較少, 甚至沒(méi)有, 因此, 闡明膜下滴灌條件下鉀素與甜菜光合生理、干物質(zhì)積累和產(chǎn)質(zhì)量形成的關(guān)系, 可為甜菜鉀肥精準(zhǔn)管理提供理論依據(jù)。本研究以解決膜下滴灌甜菜鉀肥合理施用問(wèn)題為切入點(diǎn), 實(shí)現(xiàn)甜菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)為目標(biāo), 進(jìn)行鉀素對(duì)膜下滴灌甜菜產(chǎn)質(zhì)量的影響及其光合生理基礎(chǔ)研究, 豐富甜菜鉀素營(yíng)養(yǎng)生理理論, 并為合理施肥提供理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2014?2015年在內(nèi)蒙古烏蘭察布市涼城縣三蘇木杜家村進(jìn)行試驗(yàn), 該地處東經(jīng)112°28￠、北緯40°29￠, 屬于我國(guó)北方陰山丘陵冷涼干旱區(qū), 年平均氣溫5℃, 無(wú)霜期平均120 d左右, 年日均氣溫0℃以上持續(xù)時(shí)間193 d左右, 年平均日照時(shí)數(shù)3026 h, 有效積溫2600℃d, 年平均降水量392.37 mm, 年平均蒸發(fā)量1938 mm。土壤類型為栗鈣土, 土壤質(zhì)地為沙壤土, 肥力中低等, 前茬作物為玉米, 試驗(yàn)地0~30 cm土壤基礎(chǔ)肥力見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)肥力

供試品種為單粒種HI0474。采用單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì), 在施N 105 kg hm–2和P2O5135 kg hm–2的基礎(chǔ)上, 施K2O 0、90、180、270和360 kg hm–2, 分別以K0、K90、K180、K270和K360表示, 共5個(gè)處理, 4次重復(fù)。所有肥料均為基肥。種植方式為甜菜膜下滴灌紙筒育苗移栽。小區(qū)面積5 m×8 m = 40 m2, 行距50 cm, 株距27 cm, 10行區(qū)。于4月15日育苗, 5月25日移栽, 其他管理按甜菜高產(chǎn)田進(jìn)行。肥料為尿素(N 46%)、重過(guò)磷酸鈣(P2O546%)和硫酸鉀(K2O 50%)。采用幅寬100 cm和厚度0.008 mm 的聚乙烯吹塑農(nóng)用地膜, 滴灌帶內(nèi)徑16 mm, 滴頭間距20~21 cm、滴頭流量0.2 L h–1。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

除產(chǎn)質(zhì)量以外的其他指標(biāo), 分別于塊根分化形成期(6月15日)、葉叢快速生長(zhǎng)期(7月15日)、塊根及糖分增長(zhǎng)期(8月15日)和糖分積累期(9月15日)進(jìn)行取樣, 每處理每重復(fù)取5株植株樣品。

1.2.1 株高的測(cè)定 測(cè)量最長(zhǎng)葉片高度。

1.2.2 葉面積指數(shù)的測(cè)定 以葉片基部第一個(gè)側(cè)脈發(fā)出點(diǎn)作為葉片和葉柄的分界處, 選每個(gè)樣本有代表性的大、中、小葉片各10片, 用直徑4 cm的環(huán)刀在葉片尖端中脈三分之一處鉆孔取樣, 并稱鮮重計(jì)算之。

1.2.3 葉片氣體交換參數(shù)的測(cè)定 早上9:00—11:00用Li-6400便攜式光合系統(tǒng)(Li-Cor公司, USA)測(cè)定甜菜倒六葉的凈光合速率(n)、氣孔導(dǎo)度(s)、蒸騰速率(r)和胞間CO2濃度(i)。采用紅藍(lán)光源葉室(LED), 設(shè)LED光量子為1500 μmol m–2s–1。

1.2.4 RuBPCase活性的測(cè)定 參照張蜀秋[10]的分光度法測(cè)定, 以每分鐘固定的CO2微摩爾數(shù)(μmol g–1min–1)表示酶活力。

1.2.5 干重的測(cè)定 將植株分為塊根、葉柄和葉片3個(gè)部分, 在105℃殺青30 min, 60℃烘干至恒重, 稱重。

1.2.6 產(chǎn)質(zhì)量的測(cè)定 于10月11日收獲每處理每重復(fù)4行測(cè)產(chǎn), 利用德國(guó)維尼瑪公司的甜菜品質(zhì)分析儀進(jìn)行塊根含糖率、α-氨基酸、K+和Na+含量的測(cè)定。

產(chǎn)糖量(kg hm–2) = 產(chǎn)量(kg hm–2)×含糖率(%)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2007和SAS 9.0統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施鉀量對(duì)甜菜株高的影響

株高反映作物的長(zhǎng)勢(shì), 與作物光合作用及干物質(zhì)積累有著密切的關(guān)系。由表2可見(jiàn), 株高于2014年塊根分化形成期處理間差異不顯著, 葉叢快速生長(zhǎng)期K270顯著高于K0, 塊根及糖分增長(zhǎng)期K270顯著高于其他處理, 糖分積累期K180和K270顯著高于其他處理; 2015年塊根分化形成期K90和K270顯著高于K0, 葉叢快速生長(zhǎng)期K270顯著高于K0和K90, 塊根及糖分增長(zhǎng)期K270顯著高于K0, 糖分積累期K90、K180和K270顯著高于K0。說(shuō)明鉀素促進(jìn)了甜菜株高的增加, 但過(guò)量施鉀肥株高不增加。

表2 施鉀量對(duì)甜菜株高的影響

數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤, 同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示該數(shù)據(jù)差異達(dá)0.05顯著水平。

RDFS: root differentiating and forming stage; LGFS: leaves growing fast stage; RSIS: root and sugar increasing stage; SCAS: sugar content accumulated stage. Data are mean ± SE, values followed by different small letters in the same column are significantly different at the 0.05 probability level, respectively.

2.2 施鉀量對(duì)甜菜葉面積指數(shù)的影響

由表3可見(jiàn), 2014年塊根分化形成期處理間葉面積指數(shù)差異不顯著, 葉叢快速生長(zhǎng)期至塊根及糖分增長(zhǎng)期K270和K360均顯著高于K0、K90和K180, 糖分積累期K270顯著高于其他處理; 2015年塊根分化形成期K270顯著高于K0, 葉叢快速生長(zhǎng)期至糖分積累期K270和K360均顯著高于K0、K90和K180。說(shuō)明適宜的施鉀量有利于甜菜獲得高的葉面積指數(shù)。

2.3 施鉀量對(duì)甜菜葉片氣體交換參數(shù)的影響

從圖1可以看出, 2014年塊根分化形成期葉片凈光合速率, 各施鉀處理均顯著高于K0, 分別較K0提高12.96%、29.50%、24.59%和18.78%; 葉叢快速生長(zhǎng)期凈光合速率最高, 鉀素對(duì)凈光合速率影響也最大, K180、K270和K360顯著高于K0和K90, 分別較K0提高19.72%、23.21%和21.45%; 塊根及糖分增長(zhǎng)期K180、K270和K360顯著高于K0, 分別提高5.87%、15.04%和10.59%; 糖分積累期K180、K270和K360顯著高于K0, 分別提高8.19%、13.58%和11.21%。2015年塊根分化形成期、葉叢快速生長(zhǎng)期和糖分積累期與2014年表現(xiàn)一致, 塊根及糖分增長(zhǎng)期略有不同, 各施鉀處理均顯著高于K0, 分別較K0提高6.92%、13.82%、18.22%和12.96%。說(shuō)明施鉀肥能促進(jìn)甜菜凈光合速率的提高, 但并未隨著施鉀量的增加而持續(xù)升高。

表3 施鉀量對(duì)甜菜葉面積指數(shù)的影響

縮寫(xiě)同表2。數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤, 同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示該數(shù)據(jù)差異達(dá)0.05顯著水平。

Abbreviations are the same as those given in Table 2. Data are mean ± SE, values followed by different small letters in the same column are significantly different at the 0.05 probability level, respectively.

隨生育進(jìn)程, 甜菜氣孔導(dǎo)度呈單峰曲線變化, 在葉叢快速生長(zhǎng)期最大。隨著施鉀量的增加, 2014年塊根分化形成期K90和K180顯著高于K0、K270和K360, 分別較K0提高36.38%和31.72%; 葉叢快速生長(zhǎng)期各施鉀處理均顯著高于K0, 分別提高22.91%、26.83%、72.04%和50.52%; 塊根及糖分增長(zhǎng)期K270顯著高于K0, 提高18.89%; 糖分積累期K270和K360顯著高于K0, 分別提高58.75%和52.18%。2015年與2014年結(jié)果一致, 說(shuō)明鉀素促進(jìn)氣孔的張開(kāi), 但生育前期不需要太高的供應(yīng)量, 生育中后期較高的供應(yīng)量可增加氣孔開(kāi)度(圖1)。

2014年甜菜蒸騰速率各生育期處理間差異顯著, 其中, 塊根分化形成期各施鉀處理均顯著高于K0, 分別提高39.60%、25.31%、22.21%和15.30%; 葉叢快速生長(zhǎng)期K90、K180和K270均顯著高于K0和K360, 分別較K0提高20.34%、16.92%和10.69%; 塊根及糖分增長(zhǎng)期各施鉀處理均顯著高于K0, 分別提高22.35%、24.89%、46.26%和32.95%; 糖分積累期K270和K360顯著高于K0、K90和K180, 分別較K0提高34.44%和26.48%。2015年與2014年塊根及糖分增長(zhǎng)期略有不同, 其他生育期一致, 施鉀量對(duì)氣孔開(kāi)度的影響與蒸騰速率基本相同, 增加氣孔開(kāi)度的同時(shí)也增加了蒸騰速率(圖1)。

胞間CO2濃度的影響因素主要有外界CO2濃度、氣孔導(dǎo)度和葉肉光合強(qiáng)度。隨生育進(jìn)程甜菜胞間CO2濃度呈逐漸上升的變化趨勢(shì)。依施鉀量遞增, 各生育期表現(xiàn)為“低—高—低”的變化規(guī)律, 2年表現(xiàn)基本一致, 以2014年為例, 塊根分化形成期各施鉀處理均顯著高于K0, 分別提高28.84%、19.77%、12.96%和8.75%; 葉叢快速生長(zhǎng)期K180顯著高于K0, 提高13.30%; 塊根及糖分增長(zhǎng)期K180顯著高于其他處理, 較K0提高7.80%; 糖分積累期處理間差異不顯著, 說(shuō)明鉀素可以影響甜菜胞間CO2濃度, 且生育后期作用不明顯(圖1)。

2.4 施鉀量對(duì)甜菜RuBPCase活性的影響

從圖2可知, 施鉀量對(duì)甜菜RuBPCase活性的影響不同年份表現(xiàn)一致, 2014年全生育期各施鉀處理甜菜RuBPCase活性均顯著高于K0, 塊根分化形成期各處理依次提高17.45%、54.70%、41.85%和31.66%, 葉叢快速生長(zhǎng)期提高7.71%、23.81%、39.72%和29.85%, 塊根及糖分增長(zhǎng)期提高10.46%、23.86%、46.21%和35.20%, 糖分積累期提高23.03%、29.23%、45.48%和32.56%; 生育期RuBPCase活性平均值與施鉀量顯著正相關(guān), 相關(guān)系數(shù)為0.886, 說(shuō)明鉀素能增強(qiáng)甜菜葉片的RuBPCase活性, 提高葉片光合速率。

2.5 甜菜凈光合速率與氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、胞間CO2濃度、RuBPCase活性的相關(guān)性分析

由表4可見(jiàn), 甜菜凈光合速率與氣孔導(dǎo)度在葉叢快速生長(zhǎng)期和糖分積累期均呈極顯著正相關(guān), 在塊根及糖分增長(zhǎng)期呈顯著正相關(guān); 與蒸騰速率在塊根及糖分增長(zhǎng)期和糖分積累期均呈極顯著正相關(guān), 與胞間CO2濃度在葉叢快速生長(zhǎng)期和糖分積累期均呈顯著正相關(guān), 與RuBPCase活性在全生育期均呈極顯著正相關(guān), 說(shuō)明甜菜凈光合速率與氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、胞間CO2濃度和RuBPCase活性密切相關(guān), 不同鉀肥條件下, 對(duì)甜菜凈光合速率影響最大的因素是RuBPCase活性, 其次是氣孔導(dǎo)度。

2.6 施鉀量對(duì)甜菜干物質(zhì)積累與分配的影響

干物質(zhì)的積累是產(chǎn)量的基礎(chǔ), 通過(guò)施鉀肥來(lái)增加干物質(zhì)的積累, 將有利于作物產(chǎn)量的提高。由圖3可知, 適宜的施鉀量有利于甜菜塊根干重達(dá)到最大值, 如2014年, 塊根分化形成期K180顯著高于K270和K360, 與K0差異不顯著; 葉叢快速生長(zhǎng)期K270顯著高于其他處理; 塊根及糖分增長(zhǎng)期K270顯著高于K0和K360; 糖分積累期K270顯著高于K0和K90; 2015年呈類似趨勢(shì), 說(shuō)明鉀素供應(yīng)促進(jìn)了甜菜塊根干重的積累, 但過(guò)量施用鉀肥生育前期塊根干重反而低于不施鉀肥。

圖1 施鉀量對(duì)甜菜葉片氣體交換參數(shù)的影響

縮寫(xiě)同表2。Abbreviations are the same as those given in Table 2.

圖2 施鉀量對(duì)甜菜RuBPCase活性的影響

縮寫(xiě)同表2。Abbreviations are the same as those given in Table 2.

表4 甜菜Pn與Gs、Tr、Ci和RuBPCase活性的相關(guān)系數(shù)

縮寫(xiě)同表2。*和**分別表示達(dá)到0.05和0.01顯著水平。

Abbreviations are the same as those given in Table 2.*and**indicate significantly different at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

圖3 施鉀量對(duì)甜菜干物質(zhì)積累與分配的影響

縮寫(xiě)同表2。Abbreviations are the same as those given in Table 2.

隨著施鉀量的增加, 甜菜葉柄干重和葉片干重自葉叢快速生長(zhǎng)期至糖分積累期呈逐漸增加的趨勢(shì), 以葉片為例, 2014年葉叢快速生長(zhǎng)期K180、K270和K360顯著高于K0, 分別較K0提高18.95%、16.87%和19.68%; 塊根及糖分增長(zhǎng)期K180、K270和K360顯著高于K0和K90, 分別較K0提高22.74%、26.11%和26.37%; 糖分積累期K270和K360顯著高于K0、K90和 K180, 分別較K0提高20.41%和23.28%。2015年葉叢快速生長(zhǎng)期K270和K360顯著高于K0、K90和K180, 分別較K0提高21.79%和24.51%; 塊根及糖分增長(zhǎng)期也是K270和K360顯著高于K0、K90和K180, 分別較K0提高17.34%和19.73%; 糖分積累期K360顯著高于其他處理, 較K0提高24.81% (圖3)。說(shuō)明施鉀肥促進(jìn)了甜菜葉柄和葉片的干物質(zhì)積累, 隨著施鉀量的增加, 地上部干物質(zhì)積累量增加。

依施鉀量遞增, 塊根干物質(zhì)分配比例整體呈“低—高—低”的變化規(guī)律, 不同年份不同處理間差異較大。2014年塊根分化形成期K90最高, 顯著高于K270和K360, 說(shuō)明生育前期較低的施鉀量促進(jìn)了干物質(zhì)向塊根的分配; 葉叢快速生長(zhǎng)期K360顯著高于其他處理, 塊根及糖分增長(zhǎng)期K180顯著高于K0和K360, 糖分積累期K90和K180顯著高于K270和K360。2015年塊根分化形成期K90和K180顯著高于K360, 葉叢快速生長(zhǎng)期K180顯著高于K0、K270和K360, 塊根及糖分增長(zhǎng)期處理間差異不顯著, 糖分積累期K90顯著高于K270和K360 (圖3)。葉柄和葉片基本與塊根干物質(zhì)分配比例相反, 說(shuō)明中等的施鉀量有利于甜菜塊根干物質(zhì)分配比例的提高, 施鉀過(guò)量塊根干物質(zhì)分配比例反而下降, 不利于光合產(chǎn)物向收獲器官的運(yùn)輸與分配, 不利于甜菜產(chǎn)質(zhì)量的提高。

2.7 施鉀量對(duì)甜菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

與K0相比, 施鉀處理對(duì)2年甜菜產(chǎn)量均有顯著提高, 各施鉀處理2014年分別較K0增產(chǎn)7.98%、13.10%、16.98%和14.75%; 2015年增產(chǎn)7.95%、14.28%、19.20%和15.67% (表5)。2015年各處理的產(chǎn)量要高于2014年相同處理的產(chǎn)量, 這可能與年際間田間管理水平、土壤條件和氣候差異等有關(guān)。

含糖率是衡量甜菜加工品質(zhì)的主要指標(biāo), 而K+含量、Na+含量和α-氨基酸含量直接影響甜菜加工出糖率。由表5可知, 2014年、2015年K90和K180處理的甜菜含糖率均顯著高于K0、K270和K360, 說(shuō)明低鉀素供應(yīng)量甜菜含糖率最高, 過(guò)量施鉀反而下降。依施鉀量遞增, K+含量呈逐漸升高的趨勢(shì), 每增加1 kg鉀肥可增加塊根含鉀量0.30 μmol g–1FW。K180處理的Na+含量顯著高于K270和K360。α-氨基酸含量與K+含量的變化趨勢(shì)基本一致, 2年K360處理顯著高于K0、K90和K180。

部分指標(biāo)與產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析表明, 甜菜產(chǎn)量與凈光合速率的相關(guān)性極顯著; 含糖率與塊根干物質(zhì)分配比例的相關(guān)性顯著; K+含量與葉面積指數(shù)的相關(guān)性極顯著, 與葉柄干重和葉片干重的相關(guān)性均顯著; α-氨基酸含量與地上部生長(zhǎng)特性的相關(guān)性均顯著(表6)。說(shuō)明甜菜產(chǎn)質(zhì)量性能與光合生理特性密切相關(guān)。

綜合考慮甜菜產(chǎn)量和含糖率, K180產(chǎn)糖量最大, 2014年為11 423.46 kg hm–2, 2015年為12 533.12 kg hm–2。與K0相比, 2014年各施鉀處理產(chǎn)糖量分別提高14.09%、18.31%、17.25%和10.52%, 2015年分別提高14.28%、20.01%、18.68%和13.09%。K180和K270甜菜產(chǎn)糖量顯著高于其他處理, 說(shuō)明適宜的施鉀量有利于甜菜產(chǎn)糖量的提高, 但過(guò)量施鉀, 產(chǎn)糖量不增反降, 還造成鉀肥資源的浪費(fèi)。

表5 施鉀量對(duì)甜菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤; 同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示差異0.05顯著水平。

Data are mean ± SE. Values followed by different small letters in the same column are significantly different at the 0.05 probability level.

表6 部分指標(biāo)與甜菜產(chǎn)質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)

*和**分別表示達(dá)到0.05和0.01顯著水平。

*and**indicate significantly different at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

圖4 施鉀量對(duì)甜菜產(chǎn)糖量的影響

誤差線上不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平差異顯著。

Different letters above error bars indicate significant difference at the 0.05 probability level.

3 討論

光合作用是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ), 產(chǎn)量的提高是通過(guò)改善作物的光合生理特性來(lái)實(shí)現(xiàn)的[11-12]。鉀素不僅可以活化植物體內(nèi)酶活性, 提高光合速率[13], 還能有效調(diào)節(jié)植物氣孔運(yùn)動(dòng)[14], 影響其干物質(zhì)積累[15]以及光合產(chǎn)物的分配等[16]。葉片是光合作用的主要器官, 氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、胞間CO2濃度和RuBPCase活性是影響作物凈光合速率的主要生理指標(biāo)。本研究中, 適量增施鉀肥可顯著提高膜下滴灌甜菜的氣孔導(dǎo)度和RuBPCase活性, 提高凈光合速率和產(chǎn)量, 凈光合速率與甜菜產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。但施鉀肥360 kg hm–2的條件下, 可能由于對(duì)植株造成離子脅迫和滲透脅迫, 且不同營(yíng)養(yǎng)元素吸收不平衡, 使塊根分化形成期甜菜生長(zhǎng)較慢, 蒸騰速率、胞間CO2濃度、RuBPCase活性和凈光合速率顯著低于施鉀肥180 kg hm–2處理, 塊根干重降低, 塊根干物質(zhì)分配比例顯著低于施鉀肥90 kg hm–2處理, 盡管生育中后期與施鉀肥180 kg hm–2處理和270 kg hm–2處理之間差異不顯著, 但塊根干物質(zhì)積累量仍處于較低水平, 產(chǎn)量下降。適量供鉀可提高葉片可溶性碳水化合物的裝載效率和塊根可溶性碳水化合物的卸載效率, 促進(jìn)碳水化合物由葉片向塊根的運(yùn)輸, 提高塊根干物質(zhì)分配比例[17]及含糖率, 塊根干物質(zhì)分配比例與甜菜含糖率呈顯著正相關(guān)。

鉀素參與植物體內(nèi)的多種生理生化活動(dòng), 對(duì)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)具有明顯的調(diào)控作用[18-19]。甜菜是需鉀量較多的作物, 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中, 根據(jù)地域和作物類型給出適宜的施鉀肥建議是極其重要的, 為了精確作物產(chǎn)量預(yù)測(cè), 有必要就不同地區(qū)、不同作物做出供鉀量與產(chǎn)量響應(yīng)曲線。目前, 有關(guān)此類參考曲線的研究在內(nèi)蒙古甜菜種植優(yōu)勢(shì)區(qū)相對(duì)缺乏, 本研究經(jīng)擬合分別得出施鉀量與2年產(chǎn)量之間的一元二次回歸方程: 2014年=-0.11182+65.281+58400 (2=0.9909**); 2015年=-0.14012+81.278+64804 (2=0.9763**), 表明甜菜產(chǎn)量與施鉀量呈極顯著二次曲線關(guān)系。關(guān)于非膜下、非滴灌條件下, 施鉀量對(duì)甜菜產(chǎn)質(zhì)量的影響研究較少, 其中丁偉等[20]、曲揚(yáng)等[21]對(duì)直播甜菜的研究表明, 甜菜產(chǎn)量在施鉀肥200 kg hm–2時(shí)最高, 與施鉀量呈顯著的線性回歸關(guān)系。

含糖率是衡量甜菜品質(zhì)的最重要指標(biāo)[22], 對(duì)含糖率的研究表明, 施鉀肥90 kg hm–2時(shí)甜菜含糖率最高, 再增施鉀肥含糖率顯著下降。甜菜塊根中的灰分元素(Na+和K+)是降低甜菜加工品質(zhì)的重要因素, 其含量的提高直接導(dǎo)致塊根中蔗糖隨糖蜜流失量的增加, 而降低加工出糖率。α-氨基酸, 亦稱為“有害氮”, 即可溶性含氮化合物, 其含量越高, 甜菜出糖率越低, 塊根中10~20份的蔗糖將因1份有害氮的存在而形成糖蜜流失。本研究中, Na+含量在施鉀量180 kg hm–2時(shí)最大, K+含量和α-氨基酸含量隨著施鉀量的增加呈逐漸升高的趨勢(shì), 至360 kg hm–2時(shí)最大, 表明鉀素促進(jìn)了作物對(duì)氮素的吸收和利用, 有利于氨基酸的合成[23-24], 要兼顧甜菜產(chǎn)量和品質(zhì)不宜追求過(guò)量的鉀肥施用。

甜菜生產(chǎn)中, 由于盲目追求利益最大化, 以獲取最大化產(chǎn)量為目標(biāo), 而忽略了品質(zhì), 肥料配比不科學(xué), 越來(lái)越多的農(nóng)田出現(xiàn)了含糖率下降的現(xiàn)象。產(chǎn)糖量取決于甜菜產(chǎn)量和含糖率, 本試驗(yàn)條件下, 甜菜產(chǎn)糖量以施鉀量180 kg hm–2時(shí)最大。

4 結(jié)論

施鉀肥能改善膜下滴灌甜菜與光合產(chǎn)能、物質(zhì)積累有關(guān)的生物學(xué)特征, 如促進(jìn)株高、葉面積指數(shù)、凈光合速率和干重的增長(zhǎng)。鉀素影響甜菜凈光合速率的主要生育時(shí)期是葉叢快速生長(zhǎng)期, 不同鉀肥水平下, 影響凈光合速率的最大因素是RuBPCase活性, 其次是氣孔導(dǎo)度。適宜的鉀肥施用量提高了塊根、葉柄和葉片的干重, 產(chǎn)量增加, 但施鉀過(guò)量顯著抑制了光合產(chǎn)物向塊根的運(yùn)輸, 塊根干物質(zhì)分配比例下降, 含糖率下降。對(duì)于提高甜菜的產(chǎn)質(zhì)量, 內(nèi)蒙古甜菜種植優(yōu)勢(shì)區(qū)域的鉀肥推薦施用量為180 kg hm–2。

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Effects of Potassium Application on Photosynthetic Performance, Yield, and Quality of Sugar Beet with Mulching-drip Irrigation

HUANG Chun-Yan1,2, SU Wen-Bin2, ZHANG Shao-Ying1,*, FAN Fu-Yi2, GUO Xiao-Xia2, LI Zhi1,2, JIAN Cai-Yuan2, REN Xiao-Yun2, andGONG Qian-Heng2

1Agriculture College, Inner Mongolia Agriculture University, Hohhot 010019, Inner Mongolia, China;2Special Crops Institute, Inner Mongolia Academy of Agriculture and Animal Husbandry Sciences, Hohhot 010031, Inner Mongolia, China

The technology of drip irrigation under mulch is widely used for sugar beet cultivation in cold and arid region of Inner Mongolia. In order to investigate proper potassium application rate and effects of potassium on photosynthetic characteristics, yield and quality on sugar beet with mulching-drip irrigation, a field experiment was conducted at Liangcheng city of Inner Mongolia in 2014–2015 with five treatments (0, 90, 180, 270, and 360 kg ha–1)potassium application. The results indicated that potassium could increase the photosynthetic performance of sugar beet, enhancing plant height, leaf area index and net photosynthetic rate. The treatments of 180, 270, and 360 kg ha–1potassium fertilizer increased the net photosynthetic rate, which mainly affected by RuBPCase activity, followed by stomatal conductance. Proper potassium application benefited dry weigh increasing of roots, shootsand leaves, and yield increasing. But excessive application of potassium fertilizer significantly decreased the dry matter distribution to roots, and sugar content. There were the highest yield 270 kg ha–1potassium application, the highest sugar content in the treatment of 90 kg ha–1potassium and the largest economic benefits in the treatment of 180 kg ha–1potassium. When the application amount of potassium was more than 180 kg ha–1, the contents of K+and Na+increased in root. When the application amount of potassium was more than 270 kg ha–1, the content of α-amino acid in roots increased. According to the effects of potassium on sugar beet yield and quality, the recommended potassium fertilizer rate was 180 kg ha–1in the main sugar beet planting area in Inner Mongolia.

potassium application; mulching-drip irrigation; sugar beet; photosynthetic performance; yield and quality

2018-03-01;

2018-07-20;

2018-08-01.

10.3724/SP.J.1006.2018.01496

張少英, E-mail: syzh36@aliyun.com

E-mail: hcy86@aliyun.com

本研究由國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-210302), 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31260347)和內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院青年創(chuàng)新基金(2014QNJJN08)資助。

This study was supported by the China Agricultural Research System (CARS-210302), the National Natural Science Foundation of China (31260347), and the Youth Innovation Foundation of Inner Mongolia Academy of Agriculture and Animal Husbandry Sciences (2014QNJJN08).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20180801.0936.002.html