葉面噴施鐵肥對芋頭生長發(fā)育、產(chǎn)量及礦質元素的影響

王安　蔣瑩　羅敏　馮夢詩　敖雁　吳薇

摘要：以泰興香荷芋為材料，于10葉期葉面分別噴施0.25 mol/L（T1）、0.5 mol/L（T2）、0.75 mol/L（T3）和0 mol/L（對照T4）的FeSO4，研究FeSO4處理前后芋頭株高、葉面積指數(shù)、產(chǎn)量等性狀及不同器官礦質元素對鐵肥的響應。結果表明，葉面噴施鐵肥對株高的影響達到顯著水平，對葉面積指數(shù)的影響未達顯著水平;施鐵肥后12葉期葉片和葉柄鐵含量明顯增加。其中，T1～T3各處理葉片含鐵量分別為483.57、1 340.90、1 402.38 mg/kg，T2、T3處理顯著高于對照處理;各處理理論母芋、子孫芋產(chǎn)量變幅分別為4 455.45 kg/hm2（T2）～5 218.50 kg/hm2（T4）、10 517.55 kg/hm2（T2）～11 966.55 kg/hm2（T3），差異均未達顯著水平;在 T3處理下，子芋鐵、鈣、鉀、鎂含量均顯著高于T4處理;在T1、T2處理下，子芋的鐵、鈣、鉀、鎂含量對葉面鐵肥的反應因元素種類和鐵肥濃度而異。相關分析表明，子芋Fe含量與Ca、Mg含量呈極顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.98、0.85。

關鍵詞：芋頭;葉面鐵肥;礦質元素

中圖分類號： S632.306文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）08-0139-05

鐵（Fe）是生物體內最重要的營養(yǎng)元素之一，是多種蛋白質分子如血紅蛋白等的重要組成成分，也是氧化還原反應酶的激活劑。鐵與人類健康有著密切的關系，參與人體多種酶的活性調節(jié)，幾乎所有的組織結構中都含有鐵元素[1-3]。在植物中，鐵對植物生物膜的穩(wěn)定性及核酸、脂質的合成都有重要的影響[4]。鐵參與植物激素合成，能夠促進光合作用等，對植株的許多生理功能都有很重要的影響。缺鐵會導致葉綠素不能正常形成，常出現(xiàn)缺綠癥，首先癥狀表現(xiàn)在幼葉上，嚴重時，葉片呈現(xiàn)褐色斑點和壞死組織，并可能導致葉片死亡、脫落[5]。植物是人類獲取食物的重要來源之一，其對鐵元素的吸收主要依靠植物生長所處的土壤環(huán)境，而鐵是植株正常生長發(fā)育的限制性營養(yǎng)元素之一[6]。土壤中的鐵以Fe3+的形式為主，在中性和堿性土壤中的溶解度極低，從而限制了植株對土壤中鐵元素的有效吸收，此為植株缺鐵現(xiàn)象之根源。鐵缺乏是當今世界最為嚴重的缺素癥之一，目前報道的提高植株鐵含量的主要途徑有2種，一是通過遺傳改良或功能基因發(fā)掘，研究并改造作物品種的鐵吸收、轉運系統(tǒng);二是通過調控作物生長的環(huán)境因子來調控作物鐵吸收、轉運相關基因的表達進而調控植株對鐵的吸收累積[7-9]。通過調節(jié)外在環(huán)境中的鐵源量，促進作物吸收和轉運鐵元素相關的研究也取得了重要進展[10]。目前，國內外相關學者對小麥、大豆、水稻等作物的研究表明，通過土壤、葉面施鐵肥的方式來提高植株中鐵元素的含量，是一條可行的途徑[11-13]。常用的鐵肥形式以七水硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）為主，目前生產(chǎn)上，施用螯合鐵肥[螯合劑如乙二胺四乙酸（EDTA）]、有機復合鐵肥（如木質素磺酸鐵）也是提高植株鐵元素含量的有效途徑之一[14]。

芋頭[Colocasia esculenta （L.） Shott]，別稱芋艿，屬天南星科芋屬植物，主產(chǎn)區(qū)在非洲、中國、日本、印度、菲律賓等地[15]，近年來，隨著人們膳食結構的優(yōu)化，作為糧蔬兼用性的芋頭得到了越來越多的消費者青睞。芋頭營養(yǎng)豐富，含有大量的淀粉、礦物質及維生素，其中含有的黏液蛋白被人體吸收后能產(chǎn)生免疫球蛋白，或稱抗體球蛋白，可提高機體的抵抗力[16-18]。國外不少研究表明，芋頭含鐵量具有明顯的基因型差異。Mergedus等對位于墨西哥瓦努阿圖群島96份不同遺傳背景的芋頭鐵含量進行了測定，鐵含量最高的品種為 18.5 mg/kg，最低的為7.1 mg/kg，差異達到1.6倍[19]。芋頭鐵含量不僅與基因型有關，還與周圍環(huán)境條件有關，Luis-Gonzlez等通過對西班牙加那利群島42份不同芋頭樣品鐵含量進行測定，發(fā)現(xiàn)芋頭鐵含量平均為 3.818 mg/kg，遠低于墨西哥瓦努阿圖群島地區(qū)各芋頭平均含鐵量[20]。國內對芋頭研究的方向主要集中于栽培方式、氮磷鉀肥對生長發(fā)育、產(chǎn)量調控等方面，關于鐵肥對芋頭生長代謝、產(chǎn)量形成及礦質元素積累等方面的研究尚未見報道[21-23]。因此，本研究從葉面噴施鐵肥角度分析其對芋頭生長發(fā)育、產(chǎn)量結構及礦質元素的影響，采用不同濃度FeSO4對芋頭葉面噴施鐵肥，以期篩選出適宜長江中下游地區(qū)芋頭葉面噴施鐵肥的最佳濃度，為大面積生產(chǎn)實踐提供科學的葉面施肥技術。

1材料與方法

1.1試驗設計

試驗于2017年在泰州市農(nóng)業(yè)科學院試驗基地進行，供試品種為泰興香荷芋。前茬作物為水稻，耕作層0～20 cm。土壤養(yǎng)分含量如下：速效氮（N）29.1 mg/kg，速效鉀（K） 126.54 mg/kg，速效磷（P）45.13 mg/kg，鈣（Ca）10 337.51 mg/kg，鎂（Mg）6 174 mg/kg，銅（Cu）13.82 mg/kg，鐵（Fe）21 237 mg/kg，錳（Mn）317.62 mg/kg，鋅（Zn）88.5 mg/kg。前茬水稻收獲后冬擱閑田，芋頭播期為4月1日，播種前進行機械起壟，起壟后按照16 t/hm2的用量施用有機肥，試驗小區(qū)共3壟，壟寬1.3 m，壟長6 m，小區(qū)面積23.4 m2，芋頭播種方式為穴播，每壟種植2行，株距40 cm，密度為41 046株/hm2，靠壟中央播種，播完覆蓋黑色地膜（厚度為0.006 mm），試驗共設4個處理，分別為T1、T2、T3（FeSO4濃度分別為0.25、0.50、0.75 mol/L）和1個對照處理T4（等量清水），共4個重復，重復1用于取樣，其余重復小區(qū)用于測產(chǎn)，試驗采用隨機區(qū)組排列，于10葉期（7月21日，芋頭地下球莖膨大中期）對各小區(qū)芋頭葉面噴施等量硫酸亞鐵葉面肥。小區(qū)四周設保護行，施肥、澆水、病蟲害防治等田間管理按照泰興香荷芋高產(chǎn)優(yōu)質栽培技術要求進行。

1.2測定項目

（1）于硫酸亞鐵噴施前（8葉期，7月2日）、噴施后（12葉期，8月12日;16葉期，9月7日）取樣，取長勢較為一致的3株，分別測定其株高、葉面積指數(shù)（打孔法）、地上部鮮/干質量等農(nóng)藝性狀。

（2）于成熟期（11月15日）對小區(qū)母芋及子孫芋理論產(chǎn)量、實際產(chǎn)量進行測定。其中，理論產(chǎn)量測定方法為隨機選取連續(xù)10株芋頭，測定其質量并折算成小區(qū)理論產(chǎn)量，實際產(chǎn)量為各小區(qū)實收母芋及子孫芋產(chǎn)量加10株理論測產(chǎn)株產(chǎn)量。

（3）采用原子吸收光譜儀[24]測定8葉期、12葉期、16葉期的葉片、葉柄與成熟期芋頭子芋中礦質元素Fe、Ca、K、Mg含量，3次重復。

1.3數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007、SPSS 16.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，用Duncans新復極差法進行顯著性分析，采用GraphPad Prism 5進行圖表制作編輯。

2結果與分析

2.1葉面噴施鐵肥對芋頭主要農(nóng)藝性狀的影響

表1為芋頭株高、葉面積指數(shù)及地上部鮮質量在葉面噴施鐵肥前后的主要表現(xiàn)。方差分析結果表明，不同處理株高在8葉期變幅為51.53 cm（T4）～58.77 cm（T1），對應葉齡期的葉面積指數(shù)、地上部鮮質量變幅分別為2.03（T3）～2.64（T1）、219.1 g（T3）～263.75 g（T1），各處理間均無顯著差異;12葉期，各處理在噴施鐵肥后株高差異達到顯著水平，其中，T1處理株高最高，為93.17 cm，顯著高于T3、T4處理的 68.90 cm 與79.70 cm，與T2處理差異未達顯著水平。16葉期各處理株高差異亦達到顯著水平，但T2處理株高最高，為68.23 cm，僅顯著高于T3處理的42.37 cm;噴施鐵肥對各處理芋頭葉面積指數(shù)均無顯著影響，12葉期、16葉期T1～T3處理葉面積指數(shù)與對照T4差異不大;T3處理地上部鮮質量在12葉期、16葉期分別為399.61、89.17 g，均顯著低于其他處理，其他處理間12葉期、16葉期地上部鮮質量無顯著差異。上述結果表明，葉面噴施鐵肥對株高有顯著的影響，而對葉面積指數(shù)影響不顯著。T3處理株高、地上部鮮質量明顯低于其他處理，表明噴施鐵肥濃度太高可能會對芋頭植株造成一定的毒害作用。

2.2葉面噴施鐵肥對芋頭鐵元素含量的影響

2.2.1葉面噴施鐵肥對芋頭葉片F(xiàn)e含量的影響

8葉期各處理芋頭葉片F(xiàn)e含量無顯著差異，變幅為237.45 mg/kg（T2）～264.33 mg/kg（T4）;葉面噴施鐵肥后，部分處理間12葉期、16葉期的葉片含鐵量有顯著差異（圖1）。其中，T1～T3各處理12葉期葉片含鐵量分別為483.57、1 340.90、1 402.38 mg/kg，表明葉面含鐵量與噴施鐵肥濃度成正比，而T2、T3葉片含鐵量較為一致，表明在某一濃度范圍內存在正比例關系，超出該濃度后，芋頭葉片對鐵肥的吸收能力就會顯著降低;到16葉期，T2處理葉片鐵含量僅為1 340.90 mg/kg，顯著低于其他各處理，推測原因可能是噴施鐵肥后，隨著生育期的推進，葉片對鐵元素的吸收機制不再依靠葉片從外界攝入，而是從葉柄轉運鐵元素。另外，隨著生育期的推進，各處理葉片對鐵元素的吸收、積累越來越多。

2.2.2葉面噴施鐵肥對芋頭葉柄Fe含量的影響

圖2表明[CM（25]，各處理葉柄鐵含量在噴施鐵肥前的8葉期差異不顯著。

其中，T1處理葉柄含鐵量最高，為647.51 mg/kg，葉柄含鐵量最低的是T2處理，為553.67 mg/kg;噴施鐵肥后的12葉期，T1、T2、T3處理的葉柄鐵含量分別為747.82、897.41、1 021.31 mg/kg，均高于T4對照處理的654.12 mg/kg，其中T2、T3顯著高于T4，表明該葉期葉柄鐵含量與噴施鐵肥濃度成正比;16葉期T1～T3各處理葉柄鐵含量與T4相比，均有顯著差異，但T1～T3之間葉柄鐵含量與噴施鐵肥濃度無顯著相關性。隨著各處理生育期的推進，葉柄對鐵元素的吸收、積累越來越多。

2.2.3各處理土壤鐵含量的差異性分析

由于處理時土壤中鐵含量會干擾芋頭植株葉片、葉柄對葉面鐵肥的吸收，為此，對各處理在不同葉齡期及成熟期土壤中鐵含量進行了測定，表2的方差分析結果顯示，8葉期、12葉期、16葉期及成熟期的方差測驗值F值分別為0.937、1.323、1.017和0.743，對應的P值均高于0.05，表明各處理土壤鐵含量間無顯著差異，進一步表明芋頭葉柄、葉片中鐵元素含量的差異（圖1、圖2）是由葉面噴施鐵肥引起的。

2.3葉面噴施鐵肥對芋頭子芋發(fā)育動態(tài)的影響

8葉期為芋頭子芋開始發(fā)育形成初期，各處理子芋鮮質量在該時期較小，鮮質量均低于10 g/株，且處理間無顯著差異;8葉期到16葉期為芋頭子芋快速膨大時期。各處理子芋鮮質量在12葉期以T4處理最高，為98.29 g/株，最低的為T2處理的78.4 g/株，但與其他處理間差異未達到顯著水平;16葉期子芋鮮質量以T3處理最低，僅為119.97 g/株，顯著低于其他各處理，T2處理子芋鮮質量最高，為254 g/株（圖3）。以上結果表明，芋頭子芋形成與發(fā)育主要與其自身遺傳機制有關，與膨大期葉面噴施鐵肥無顯著相關性。

2.4葉面噴施鐵肥對產(chǎn)量結構的影響

從產(chǎn)量結構構成因子分析，各處理理論母芋產(chǎn)量間差異不顯著，均在4 400 kg/hm2以上，其中以T4處理最高，為5 218.50 kg/hm2;理論子孫芋產(chǎn)量均超過10 500 kg/hm2，以T3處理最高，為11 966.55 kg/hm2;各處理母芋、子孫芋實際產(chǎn)量均低于相應理論產(chǎn)量，其中，T3處理母芋實際產(chǎn)量為 3 034.65 kg/hm2，顯著高于T2處理的2 536.20 kg/hm2，子孫芋產(chǎn)量以T3處理最高，為8 159.85 kg/hm2，顯著高于T1、T2處理，但與對照差異未達顯著水平（表3）。總體上看，多數(shù)處理間母芋、子孫芋理論產(chǎn)量及實際產(chǎn)量差異未達顯著水平，表明葉面噴施鐵肥對芋頭產(chǎn)量結構影響不顯著。

2.5葉面噴施鐵肥對成熟期子芋礦質元素含量的影響

成熟期子芋不同礦質元素（Fe、Ca、K、Mg）含量對葉面噴施鐵肥的響應不一（圖4）。其中，子芋鐵元素含量以T2、T4處理較低，分別為646.75 、733.57 mg/kg，均顯著低于T1、T3處理的1 535.92、1 771.74 mg/kg;子芋Ca含量變化趨勢與Fe元素相似，T2、T4處理子芋鐵含量分別為3 023.20、3 036.38 mg/kg，顯著低于T1、T4處理;子芋K含量以T3處理最高，為14 318 mg/kg，顯著高于T1、T2、T4處理，而后三者在子芋K含量上無顯著差異，其含量值均在11 700 mg/kg左右;T1～T4處理子芋Mg含量分別為2 100.18、1 922.74、2 854.39、1 727.11 mg/kg，各處理間均有顯著差異，表明子芋Mg含量對鐵肥較敏感，極易受到鐵肥濃度影響。

2.6葉面噴施鐵肥后子芋不同元素含量的相關性

子芋Fe元素含量與Ca、K、Mg元素含量之間存在密切關系（表4）。具體表現(xiàn)為，F(xiàn)e與Ca、Mg以及Mg與K呈極顯著正[CM（25]相關，Mg與Ca呈顯著正相關，而K與Fe、Ca之間相關性未達到顯著水平，其相關系數(shù)分別為0.56、0.45。

3討論

試驗結果表明，12葉期T1、T2處理芋頭植株葉面噴施鐵肥與對照（T4）處理相比，植株株高、地上部鮮質量均有升高，但鐵肥濃度與株高、地上部鮮質量增減未發(fā)現(xiàn)顯著相關性，隨著鐵肥濃度的增加，當濃度為0.75 mol/L時，芋頭植株生長受到一定的抑制。從鐵肥處理對芋頭葉片、葉柄鐵元素含量的影響可以看出，12葉期各鐵肥處理葉片、葉柄鐵含量與對照相比均有顯著提高，且處理濃度越高，其鐵含量越高;成熟期T1、T3處理子芋鐵含量亦顯著高于T4處理，成熟期T2處理子芋鐵含量與對照無差別，可能原因是無機鐵肥FeSO4葉面噴施是改善芋頭植株缺鐵的速效方法， 但很難在較長時間內保持芋頭葉片吸收鐵的有效性[10]，這是因為葉面鐵肥滲透吸收機制較為復雜，不僅取決于植物葉片內部代謝系統(tǒng)，還與外界光照、溫度、風速環(huán)境有很大關系，光照過強、溫度過高或過低、風速過大均會降低葉片對養(yǎng)分的吸收[25]。但葉面噴施硫酸亞鐵濃度不宜太高，過高易導致植物葉片灼燒甚至葉片脫落[26]，本試驗結果表明，施用濃度以不超過 0.75 mol/L 為宜;在產(chǎn)量結構方面，施鐵處理（T1～T3）的理論產(chǎn)量、實際產(chǎn)量與對照無顯著差異，表明葉面噴施硫酸亞鐵對芋頭產(chǎn)量無顯著影響，目前國內外在芋頭作物上葉面噴施鐵肥的研究尚未有報道，很多研究表明葉面噴施硫酸亞鐵對小麥、水稻等地上作物具有顯著的增產(chǎn)作用[27-28]，其可能原因在于芋頭作為地下塊莖類作物，鐵元素的增產(chǎn)效應在其經(jīng)過葉片轉運到地下塊莖部長距離多種代謝途徑后不斷減弱，而小麥、水稻等作物從葉片轉運到籽粒所經(jīng)過的代謝轉運途徑較短。因此，在處理間芋頭產(chǎn)量無顯著差異條件下，葉面噴施硫酸亞鐵可作為外源鐵肥對芋頭植株進行補鐵。

鐵肥處理會影響芋頭子芋中其他元素的含量，但不同元素對鐵肥的響應不同?？傮w上，葉面噴施硫酸亞鐵能顯著提高子芋Fe、Ca、Mg含量，在相關性分析中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e與Ca、Mg之間存在極顯著正相關，即Fe與Ca、Mg之間存在相互促進的作用;T1、T2處理子芋K含量與T4處理無顯著差異，同時，K與Fe之間無顯著的相關性，進一步表明子芋K含量與10葉期（膨大期）葉面噴施鐵肥無相關性，其含量主要受其自身代謝相關機制影響。殷劍美等研究者亦認為，芋頭植株對鉀的吸收主要集中在地下球莖膨大期之前，主要聚集于葉柄處，持續(xù)時間較長，之后葉柄中鉀轉運分配于地下球莖中[29]。本研究僅局限于膨大期葉面施肥對芋頭植株生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響，而葉面施肥是否對芋頭生理生化、口感等指標有影響則有待更深一步研究。同時，鐵在植株體內的吸收、代謝、轉運作用機制十分復雜[30]。因此，下一步應系統(tǒng)研究不同時期葉面施肥對芋頭生理生化及其相關代謝途徑的影響，并通過對芋頭葉片、葉柄、地下球莖等不同器官鐵元素含量、轉運等相關特性進一步研究，為芋頭科學合理使用葉面肥提供參考依據(jù)。

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