不同施肥模式對花生Ca、Zn吸收、積累及分配的影響

王飛, 王建國, 李林*, 劉登望*, 萬書波, 張昊

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 長沙 410128; 2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心, 濟南 250100)

花生(ArachishypogaeaL.)是我國重要的油料作物和經(jīng)濟作物，是居民生活中重要的植物食用油和蛋白質(zhì)來源，也是我國重要的大宗出口農(nóng)產(chǎn)品。相對于大豆、油菜等，花生具有含油量高、產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)等特點。我國花生總產(chǎn)居世界第 1 位，我國食用油自給率卻不足35%[1]。因此，發(fā)展花生生產(chǎn)對保障食用油供給安全顯得日益重要。

合理施肥是提高花生產(chǎn)量和改善品質(zhì)的重要途徑。然而，為了獲得高產(chǎn)，在花生栽培過程中大量投入化肥、農(nóng)藥，不僅增加生產(chǎn)成本，花生品質(zhì)也得不到改善，甚至存在安全問題，還會造成資源浪費和環(huán)境污染?；ㄉ耘噙^程中，施用化肥比較普遍，還存在盲目施肥現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在施用數(shù)量、時期和施用方法等方面[2-3]。研究顯示，一些農(nóng)戶花生田長期只施復(fù)合肥750 kg·hm-2左右[4]。過量施氮造成了花生生長氮肥流失嚴重，氮肥利用率低，同時加大花生收獲期氮在土壤中的殘留[5]，甚至有可能引起N2O等溫室氣體的排放、地表水富營養(yǎng)化、地下水污染等環(huán)境問題[6]。土壤生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量關(guān)系到農(nóng)業(yè)安全，平衡施肥能有效改善農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量[7]。因此，花生平衡施肥施技術(shù)勢在必行。

鈣是花生第二大必需元素。研究表明，每形成100 kg莢果，吸收的鈣高達2.0～2.5 kg，比磷還多[8]。鈣在提高花生碳氮代謝、促進幼苗生長、提高葉綠素含量、提高光合速率等方面都有明顯效果[9-10]。研究顯示，鈣還能促進花生側(cè)枝、生育后期葉片、根系的生長，增加單株結(jié)果數(shù)和果重，提高莢果產(chǎn)量和莖稈質(zhì)量，改善花生品質(zhì)[11-13]。鋅也是植物生長所必需的微量元素，在植物體內(nèi)的生理代謝、激素調(diào)節(jié)和膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能等方面起著重要作用[14-15]。研究表明，花生種子經(jīng)硫酸鋅溶液浸種處理后，植株生長速度加快、株高、葉大、開花提前、花數(shù)多、產(chǎn)量高[16-17]。在花生高產(chǎn)栽培過程中，根瘤菌拌種葉是一項常規(guī)栽培技術(shù)，單獨研究根瘤菌以及鈣肥和鋅肥的比較多，但在施用根瘤菌的基礎(chǔ)上，同時施用鈣肥和鋅肥，其互作機理的研究相對較少。為探索花生綠色高產(chǎn)高效栽培的最佳施肥模式，本研究在氮、磷、鉀減半的情況下，通過增施鈣微肥以及覆膜栽培，研究花生各器官Ca、Zn積累量、莢果分配系數(shù)以及Ca和Zn的協(xié)同關(guān)系，探明鈣肥、鋅肥作用機理及其互作機理，為增加花生的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益、社會效益提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗地概況

供試花生品種為湘花2008，由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)旱地作物研究所提供。試驗于2017—2018年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園試驗基地進行，試驗地位于湖南省長沙市芙蓉區(qū)東部(E113°4′，N28°10′)，屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫16.8～17.2 ℃，年積溫5 457 ℃，年均降水量1 422.4 mm。試驗土壤為水稻土，堿解氮125.0 mg·kg-1，有效磷33.0 mg·kg-1，速效鉀55.0 mol·kg-1，交換性鈣6.3 cmol·kg-1，有效鋅3.3 mg·kg-1，是中等缺鈣土壤。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)7個施肥模式：T1—無肥處理；T2—高肥處理(45%復(fù)合肥750 kg·hm-2)；T3—中肥處理(45%復(fù)合肥375 kg·hm-2)；T4—中肥處理+根瘤菌(1.7 mL·kg-1利佐拌種)；T5—中肥處理+根瘤菌+鈣肥(熟石灰750 kg·hm-2)；T6—中肥處理+根瘤菌+鋅肥(0.36%的七水合硫酸鋅浸種)；T7—中肥處理+根瘤菌+鈣肥(熟石灰750 kg·hm-2+鋅肥(0.36%的七水合硫酸鋅浸種)。隨機區(qū)組排列，每處理重復(fù)3次。小區(qū)面積20 m2，采用起壟覆膜栽培，壟面寬50 cm，每壟種2行，行距25 cm，穴距10 cm。每穴播種1粒，催芽播種，其他栽培管理按花生高產(chǎn)要求進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1生物量測定 將植株分為根系、莖稈、葉片、果針、莢果等各個器官分別取樣，各樣品于烘箱105 ℃殺青1 h，然后80 ℃烘干，稱取干物質(zhì)重量。

1.3.2Ca、Zn含量的測定 采用FW100高速萬能粉碎機(天津市泰斯特儀器有限公司)粉碎樣品，濃HNO3消煮，超純水定容后，運用ICPE-9000電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(日本島津公司)測定。標準樣品購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

Ca、Zn積累量及莢果分配系數(shù)的計算公式[18]如下。

Ca積累量(mg·株-1)=植株各器官生物量×植株各器官Ca含量

莢果Ca分配系數(shù)=莢果Ca積累量/植株Ca積累量

Zn積累量(mg·株-1)=植株各器官生物量×植株各器官Zn含量

莢果Zn分配系數(shù)=莢果Zn積累量/植株Zn積累量

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003整理數(shù)據(jù)和作圖，利用IBM SPSS Statistics 21軟件進行數(shù)據(jù)分析，用LSD法進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥模式對花生植株Ca、Zn含量的影響

2.1.1不同施肥模式對花生植株Ca含量的影響

由表1可知，2017年，花生植株Ca含量以葉片(5.993～6.102 mg·g-1)最高，其次是莖稈、根系、果針，莢果的Ca含量最低。施鈣之后，各器官Ca含量都有一定程度的增加；施了鋅肥之后，莖稈和果針Ca含量升高，而根系、葉片和莢果Ca含量降低。其中，T5根系、莖稈、葉片、果針和莢果各器官Ca含量比T4分別提高了14.22%、35.88%、1.46%、4.89%和52.00%。與T4相比，T7除了根系Ca含量降低15.75%外，其余器官莖稈、葉片、果針和莢果Ca含量分別提高了48.66%、0.26%、19.11%和10.00%。2018年，花生植株Ca含量以葉片(5.196～7.060 mg·g-1)最高，其次是莖稈、根系、果針，莢果的Ca含量最低；施鈣之后，各器官Ca含量都有所增加，施了鋅肥之后，莖稈和果針Ca含量升高，而根系、葉片和莢果Ca含量降低，和2017年趨勢一樣。其中，T5根系、莖稈、葉片、果針和莢果各器官Ca含量比T3分別提高了74.21%、10.71%、22.91%、22.18%和64.71%。與T4相比，T7根系、莖稈、葉片、果針和莢果各器官Ca含量分別提高了28.49%、28.15%、16.31%、13.86%和6.85%。

表1 不同施肥模式對花生植株各器官Ca含量的影響Table 1 Effects of different fertilization modes on Ca content in various organs of peanut plants (mg·g-1)

2.1.2不同施肥模式對花生植株Zn含量的影響

由表2可知，2017年，花生植株Zn含量以莢果(3.084～4.888 mg·g-1)最高。各器官的Zn含量均為莢果>根系>葉片>莖稈>果針。施鈣降低了各器官Zn含量，施了鋅肥之后，各器官鋅含量明顯升高。其中，T6根系、莖稈、葉片、果針和莢果各器官Zn含量比T4分別提高了33.25%、0.49%、9.79%、13.93%和13.89%。與T4相比，T7除了莖稈Zn含量降低5.15%外，根系、葉片、果針和莢果各器官Zn含量比T4分別提高了1.97%、4.19%、7.10%、和8.64%。2018年，花生植株Zn含量以葉片(2.981～6.764 mg·g-1)最高。各器官的Zn含量均為葉片>根系>莢果>果針>莖稈。除葉片和莢果外，施鈣降低了各器官Zn含量。施了鋅肥之后，除了根系和莖稈，各器官鋅含量明顯升高。與T4相比，T6根系、莖稈、葉片、果針和莢果Zn含量分別提高了0.54%、3.08%、41.57%、13.53%和23.90%；與T4相比，T7根系和莖稈Zn含量分別降低了24.27%和36.24%，葉片、果針和莢果Zn含量分別提高了49.55%、5.68%和16.27%。

表2 不同施肥模式對花生植株各器官Zn含量的影響Table 2 Effects of different fertilization modes on Zn content in various organs of peanut plants (mg·g-1)

2.2 不同施肥模式對花生植株Ca、Zn積累與分配的影響

2.2.1不同施肥模式對花生植株Ca積累與分配的影響 由表3可知，2017年植株Ca積累量為51.973～82.696 mg·株-1，各處理營養(yǎng)體Ca積累量在11.080～21.066 mg·株-1，均高于生殖體。莢果Ca積累量為3.157～6.377 mg·株-1，莢果Ca分配系數(shù)在0.060～0.080之間。與T4相比，T5施鈣并沒有增加鈣的積累量，反而降低，同時施用鈣肥和鋅肥，鈣的積累量都有所增加。其中，整個植株、營養(yǎng)體、生殖體和莢果分別增加了25.57%、8.59%、31.68%和16.09%。2018年植株Ca積累量為77.231～154.905 mg·株-1，各處理營養(yǎng)體Ca積累量均高于生殖體。莢果Ca積累量為3.421～5.097 mg·株-1，莢果Ca分配系數(shù)在0.030～0.050之間。與T4相比，T5植株和營養(yǎng)體Ca積累量分別降低了3.02%和4.48%，生殖體和莢果Ca積累量分別增加了19.76%和30.56%，莢果Ca分配系數(shù)不變；與T4相比，T7整個植株、營養(yǎng)體Ca積累量分別降低了35.38%和63.44%，生殖體和莢果分別增加了16.24%和19.24%，莢果Ca分配系數(shù)增加66.67%。

表3 不同施肥模式對花生植株Ca積累與分配的影響Table 3 Effects of different fertilization modes on Ca accumulation and distribution in peanut plants

2.2.2不同施肥模式對花生植株Zn積累與分配的影響 由表4可知，2017年植株Zn積累量為446.344～920.109 mg·株-1，各處理生殖體Zn積累量均高于營養(yǎng)體。莢果Zn積累量為48.549～169.733 mg·株-1，莢果Zn分配系數(shù)在0.160～0.180之間。與T4相比，T6施用鋅肥，各器官鋅積累量增加明顯。其中，植株、莢果、生殖體和營養(yǎng)體鋅積累量分別增加了43.29%、22.89%、46.74%和46.79%。同時施用鈣肥和鋅肥，鋅的積累量均有所增加，分配系數(shù)也明顯提高，與處理T4相比，T7植株、營養(yǎng)體、生殖體和莢果Zn積累量分別增加了50.36%、26.86%、71.75%和75.22%，Zn分配系數(shù)增加了12.50%。2018年植株Zn積累量為505.205～1 180.847 mg·株-1，除T1處理外，各處理營養(yǎng)體Zn積累量均高于生殖體。莢果積累量為64.974～117.209 mg·株-1，莢果Zn分配系數(shù)在0.090～0.130之間。與T4相比，T6施用鋅肥，植株、營養(yǎng)體、生殖體和莢果Zn積累量增加明顯，分別增加了7.34%、9.55%、10.13%、21.76%，莢果Zn分配系數(shù)增加11.11%。同時施用鈣肥和鋅肥，鋅的積累量增加十分明顯，分配系數(shù)也有所提高。與T4相比，T7植株、營養(yǎng)體、生殖體和莢果鋅積累量分別增加了28.56%、44.20%、30.73%和45.14%，Zn分配系數(shù)增加了11.11%。

表4 不同施肥模式對花生植株Zn積累與分配的影響Table 4 Effects of different fertilization modes on Zn accumulation and distribution in peanut plants

2.3 花生植株Ca與Zn協(xié)同吸收關(guān)系

由圖1可知，2017年增施鈣肥和鋅肥后，花生植株Ca積累量呈波浪式變化，先增加后降低再增加。增施鋅肥能有效地促進鈣的吸收，鈣和鋅同時施用時，鈣的含量達到最高，效果更顯著，說明鈣和鋅有協(xié)同作用。2018年植株Ca積累量變化趨勢和2017年基本相同，但變化幅度比較緩和。兩年試驗期，T2鈣含量均較高，主要是由于T2施肥量較高，促進了植株生長，土壤中也含有一定量的鈣，所以單位植株鈣含量較高。2017年增施鈣肥和新肥后，花生植株Zn積累量也呈波浪式變化，先增加后降低再增加。增施鈣肥能有效地促進鋅的吸收，鈣和鋅同時施用時，鋅的含量達到最高，效果更顯著，說明鈣和鋅有協(xié)同作用。2018年植株Zn積累量變化趨勢和2017年基本相同，但變化幅度比較緩和。

3 討論

3.1 增施鈣肥、鋅肥對花生植株Ca、Zn營養(yǎng)的吸收效應(yīng)

本研究表明，同時施用鈣和鋅，花生營養(yǎng)體、生殖體、植株和莢果Ca、Zn積累量比單獨施用時有所提高，但Ca積累量增加更明顯，說明施用鋅肥能很好地促進鈣的吸收積累。施鈣和鋅提高了花生莢果Ca、Zn積累量及莢果Ca和Zn分配系數(shù)，說明此栽培措施下，Ca和Zn更多地向花生莢果中富集，進一步擴大了“庫容”。試驗所采用的覆膜栽培具有穩(wěn)溫作用，能夠改善土壤微生物環(huán)境[19-20]，且覆膜和鈣肥互作可促進元素吸收。本研究還發(fā)現(xiàn)，年份、施鈣和鋅三者間對莢果積累量及莢果Ca和Zn分配系數(shù)存在正交互作用。此外，植株總Ca積累量與Zn積累量呈極顯著正相關(guān)，存在協(xié)同吸收關(guān)系。這與王建國等[18]的研究結(jié)論相似。不同年份植株Ca積累量與Zn積累量間相關(guān)性存在差異，可能是由于土壤有效鈣和鋅偏低，具體原因還有待進一步驗證。

3.2 增施鈣肥、鋅肥的生產(chǎn)意義

本研究中，土壤中交換性鈣和有效鋅的含量分別為6.3 cmol·kg-1和3.3 mg·kg-1，相對含量較低，對試驗結(jié)果的影響可以忽略。試驗采用的是起壟覆膜栽培，加上試驗中鋅肥的施用方式是用硫酸鋅浸種，所以雨水對試驗結(jié)果的影響也可以忽略。試驗中施用的鈣肥是750 kg·hm-2，而鋅肥是采用0.36%的硫酸鋅浸種，相對于鈣的用量小得多，有土壤的緩沖作用，雖然兩者同為二價離子，不會產(chǎn)生拮抗作用。

本研究表明，在化肥減半的情況下，采用根瘤菌拌種，增施鈣肥和鋅肥，可顯著增加花生收獲期各器官鈣和鋅的含量和積累量，達到提高產(chǎn)量的目的。為花生減肥節(jié)本高產(chǎn)高效栽培及“雙減工程”提供了理論依據(jù)。但以下方面還有待進一步探究：一是，本研究所用的Zn肥采用的是硫酸鋅浸種，沒有作基肥施用，在鈣肥和鋅肥同時作基肥的情況下，試驗結(jié)果是否一樣，有待研究；二是，本研究未進行不同鈣肥和鋅肥以及不同施用量的研究，今后應(yīng)開展不同種類鈣肥、鋅肥試驗研究，以進一步明確Ca和Zn的作用及其互作作用。