葉面噴施尿素對谷子鄭農(nóng)谷09-6光合特性及產(chǎn)量的影響

王彥輝 韓燕麗 樊永強(qiáng) 劉勁哲 董亞南

摘要： 同土壤施肥相比，葉面噴施尿素具有作物吸收速度快、針對性強(qiáng)、應(yīng)用成本較低等優(yōu)點(diǎn)。為了確定鄭農(nóng)谷09-6噴施尿素的最佳用量及其對谷子肥害及產(chǎn)量的影響，以鄭農(nóng)谷09-6為試驗(yàn)材料，采用田間試驗(yàn)，設(shè)定0.5%、0.75%、1.5%、3%、6%共5個濃度的尿素溶液在谷子揚(yáng)花期進(jìn)行葉面噴施，測定谷子旗葉葉綠素含量（SPAD值）、旗葉葉面積、光合參數(shù)、葉片硝酸還原酶活性、穗部性狀以及產(chǎn)量。結(jié)果顯示，在噴施氮肥濃度為0.5%、0.75%、1.5%時能促進(jìn)葉片的光合作用，提高旗葉葉面積、SPAD值以及葉片硝酸還原酶活性，當(dāng)濃度為1.5%時促進(jìn)作用最強(qiáng)，當(dāng)噴施濃度為3%時，則表現(xiàn)為抑制作用且其抑制作用隨濃度增大而增強(qiáng)。噴施尿素濃度對谷子產(chǎn)量有顯著影響，當(dāng)濃度為1.5%時增產(chǎn)作用最強(qiáng)，較對照增產(chǎn)15.5%。谷子的產(chǎn)量變化趨勢與上述指標(biāo)趨勢一致。

關(guān)鍵詞： 谷子;尿素;SPAD值;光合作用;硝酸還原酶;產(chǎn)量

中圖分類號： S515.06? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）05-0092-05

谷子（Setaria italica Beauv）被列為小雜糧之首，起源于我國的黃河流域，谷子具有抗旱耐瘠薄的特點(diǎn)，并且對水利用效率較高、適應(yīng)性廣、化肥農(nóng)藥用量少等優(yōu)點(diǎn)，是典型的環(huán)境友好型作物[1-3]。我國谷子種植面積約100萬hm2，占世界谷子種植面積的80%，產(chǎn)量占世界谷子總產(chǎn)量的90%，谷子在我國主要集中在華北、東北、西北干旱和半干旱地區(qū)[4]。

傳統(tǒng)的土壤施肥的吸收速度比葉面噴施尿素較慢，而且葉面噴施尿素的針對性較強(qiáng)、應(yīng)用成本低且利用率較高等[5]。作物葉面噴施葉面肥可以在較短的時間內(nèi)被作物利用，研究表明，在不到24 h內(nèi)作物對肥料的利用率已超過70%，而且使用適當(dāng)濃度的葉面肥可減少土壤基肥施用量[6]。谷子苗期適度干旱有利于蹲苗，有幾個時期是需要肥料和水源的重要時期，比如抽穗期、揚(yáng)花期和灌漿期，所以在這幾個時期保證谷子所需肥料以及水的充足對其農(nóng)藝性狀、生理結(jié)構(gòu)的生長和發(fā)育以及產(chǎn)量的提高具有關(guān)鍵意義。

鄭農(nóng)谷09-6為新推出品種，夏播生育期 98.8 d，株高114.3 cm，株型緊湊，紡錘形穗，平均穗長19.94 cm，穗粗2.3 cm，穗質(zhì)量17.36 g，穗粒質(zhì)量13.95 g，千粒質(zhì)量2.69 g，出谷率79.97%，出米率79.41%，不早衰，淺黃谷，淺黃米，抗倒伏性較強(qiáng);粗蛋白含量為11.42%，粗脂肪含量為3.41%，總淀粉含量為78.2%，支鏈淀粉含量為63.3%，賴氨酸含量為0.269%[7];抗谷瘟病;中抗谷銹病、白發(fā)病;田間調(diào)查蛀莖率4.3%，適宜在河南省夏谷區(qū)種植。目前針對鄭農(nóng)谷09-6的噴施葉面肥的相關(guān)研究較少，根據(jù)農(nóng)作經(jīng)驗(yàn)，通過噴施一定濃度的葉面肥可以提高谷子的產(chǎn)量。尿素是一種比較常見的高濃度氮肥，不屬于緩釋肥料，可以在較短時間內(nèi)被作物吸收利用，而且成本比較低、使用方便，所以經(jīng)常被應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。本試驗(yàn)以鄭農(nóng)谷 09-6 為材料，在開花期利用不同濃度的尿素溶液對谷子葉片進(jìn)行噴施，研究噴施尿素后對旗葉葉綠素含量（SPAD值）、旗葉葉面積、旗葉硝酸還原酶活性、旗葉光合參數(shù)、產(chǎn)量以及產(chǎn)量組成要素的影響，探討鄭農(nóng)谷09-6葉面噴施尿素的最佳濃度，以提高氮肥利用率，為鄭農(nóng)谷09-6葉面噴施尿素的利用率和大規(guī)模推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種鄭農(nóng)谷09-6由鄭州市農(nóng)林科學(xué)研究所提供。尿素產(chǎn)自河南心連心化肥有限公司，總氮含量≥46.4%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年6—9月在鄭州市農(nóng)林科學(xué)研究所試驗(yàn)場進(jìn)行，該區(qū)屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均降水量為540.4 mm，平均氣溫14 ℃，無霜期 220 d，全年日照時間約2 400 h。耕層土壤速效氮含量為67.52 mg/kg，速效磷含量11.85 mg/kg，速效鉀含量128.6 mg/kg，pH值為7.5，田間持水量為25.65%，凋萎系數(shù)8.92。前茬為空白地，人工條播。播前旋耕并施基肥，施純氮150～195 kg/hm2、P2O5 90～105 kg/hm2、K2O 75～90 kg/hm2、充分腐熟的農(nóng)家肥35～50 m3/hm2，其余田間管理根據(jù)當(dāng)?shù)卦耘鄺l件常規(guī)進(jìn)行，各小區(qū)的田間管理活動完全一致，各個小區(qū)排列采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)。在谷子揚(yáng)花期（8月6日），即每個小區(qū)揚(yáng)花的小穗都已經(jīng)超過50%時，對各試驗(yàn)小區(qū)噴施不同濃度的尿素溶液，葉面噴施濃度分別為0（清水，CK）、0.5%（處理1）、0.75%（處理2）、1.5%（處理3）、3%（處理4）、6%（處理5）。噴施尿素的用水量為450 kg/hm2。每個處理重復(fù)3次，隨機(jī)排列，每個小區(qū)種8行，行長 3 m，行間距0.4 m，小區(qū)面積為3.2 m×3 m=9.6 m2。

1.3 數(shù)據(jù)測定

于鄭農(nóng)谷09-6葉面噴施尿素后7、17、27、37、47 d，即8月13日、8月23日、9月3日、9月13日、9月23日，在各個種植小區(qū)采用隨機(jī)取樣法，選取3株長勢均勻、高度一致的健康植株，使用 SPAD-502葉綠素含量測定儀測定3株谷子旗葉的葉綠素含量（SPAD值）;在噴施肥料后7、17、27 d，用直尺進(jìn)行葉面積的測定，單葉面積=長×寬×0.75;在噴施尿素后4 d，選取新鮮的谷子旗葉葉片，測定谷子旗葉硝酸還原酶的活性，所用試劑盒為硝態(tài)氮檢測試劑盒，來自青島捷世康生物科技有限公司，測定方法用磺胺比色法[8];在噴施尿素后7 d，用HM-GH20便攜式光合作用測定儀測定鄭農(nóng)谷 09-6旗葉的光合參數(shù)。于谷子蠟熟末期，在各種植試驗(yàn)小區(qū)選取中間種植行6行，測定中間6行谷子的實(shí)際產(chǎn)量，然后折算為每公頃產(chǎn)量。在每個種植小區(qū)選取長勢均勻、高度一致的健康谷子5株進(jìn)行室內(nèi)考種，測定穗長、穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量和千粒質(zhì)量等數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2013軟件和DPS軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和相關(guān)性分析，采用Duncans檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面噴施不同濃度尿素溶液對谷子旗葉SPAD值的影響

在谷子葉面表面噴施不同濃度尿素處理后，鄭農(nóng)谷09-6谷子旗葉SPAD值的變化如圖1所示。由圖1可見，在一定濃度范圍（濃度≤1.5%）內(nèi)，谷子旗葉的SPAD值隨著噴施尿素濃度的增大呈現(xiàn)上升的趨勢，濃度進(jìn)一步加大后，SPAD值開始下降;其中，處理2、處理3谷子旗葉SPAD值高于其他處理，處理3的谷子旗葉SPAD值在5次測定中與清水對照相比均差異顯著，5次測量分別上升7.21%、8.65%、7.63%、15.88%、21.41%。處理4中，噴施葉面尿素后7、17、37、47 d對谷子旗葉SPAD值均有促進(jìn)作用，但差異不顯著（P>0.05），當(dāng)噴施濃度為6%（處理5）時，谷子旗葉SPAD值和對照相比下降明顯。這說明當(dāng)尿素溶液濃度過高時，葉面肥會對谷子葉片葉綠素合成產(chǎn)生抑制作用，可能產(chǎn)生了肥害。在圖1中還可以發(fā)現(xiàn)，隨著灌漿期的結(jié)束、蠟熟期的到來，谷子的旗葉整體SPAD值在下降。

2.2 葉面噴施不同濃度尿素溶液對谷子旗葉面積的影響

由圖2可見，隨著葉面噴施尿素濃度的提高，鄭農(nóng)谷09-6的旗葉面積先變大后變小，在噴施后7、17、27 d，處理2以及處理3的谷子旗葉葉面積較清水對照有顯著提高（P<0.05），處理1的葉面積較對照相比有一定的提高，但差異不顯著。處理2的旗葉面積比清水對照的旗葉面積分別大5.30%、6.35%、8.76%，處理3的旗葉面積比清水對照的旗葉面積分別大11.11%、9.40%、14.91%，這說明葉面噴施的尿素溶液在一定濃度范圍，能夠較好地促進(jìn)谷子旗葉葉片的生長和發(fā)育。在噴施后7、17、27 d，處理4較清水對照對谷子旗葉面積促進(jìn)作用有所減弱，處理5較清水對照有了顯著減小，這說明用高濃度尿素溶液噴施葉片，不僅不會促進(jìn)葉片生長發(fā)育，還會抑制葉片的生長，在本試驗(yàn)中的具體表現(xiàn)有：葉片發(fā)育受阻，邊緣變得枯黃，葉寬變窄，葉長變短，其造成的肥害作用一直持續(xù)到噴施尿素后27 d時尚未恢復(fù)。

2.3 葉面噴施尿素對谷子旗葉硝酸還原酶活性的影響

由圖3可見，當(dāng)噴施的尿素溶液濃度在一定范圍（濃度≤1.5%）內(nèi)時，隨著噴施濃度的增加，谷子旗葉硝酸還原酶的活性不斷上升。處理1、處理2、處理3、處理4的硝酸還原酶活性比清水對照都上升，其中處理1、處理2以及處理3的硝酸還原酶活性較之清水對照上升且差異顯著（P<0.05），分別上升5.91%、6.45%、7.53%，這說明谷子旗葉的硝酸還原酶活性對噴施尿素較為敏感;處理4的硝酸還原酶活性與清水對照相比有一定的促進(jìn)作用，但是差異不顯著，提高了2.15%;處理5的硝酸還原酶活性與清水對照相比顯著降低（P<0.05），比對照降低了4.84%。處理3的硝酸還原酶活性最高，且與清水對照相比有顯著差異（P<0.05），這說明在配制的濃度中，處理3（1.5%）為最適濃度，能最好地提高谷子旗葉硝酸還原酶活性。

2.4 葉面噴施不同濃度尿素對葉片光合參數(shù)的影響

由表1可見，隨著噴施尿素溶液濃度的增大，谷子的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度均會受到影響，且變化明顯，3項(xiàng)指標(biāo)隨著噴施尿素濃度的提升先上升后下降。同清水對照相比，處理1、處理2、處理3的凈光合速率及蒸騰速率分別都有不同程度的上升，這表明在谷子葉面噴施一定濃度范圍內(nèi)的尿素可以促進(jìn)葉片光合作用，有利于作物積累干物質(zhì)。其中，處理3（1.5%）的上述3個指標(biāo)與對照相比均差異顯著（P<0.05），分別上升了36.73%、18.64%、19.99%，并且與其他噴施尿素的處理組相比較最高，這說明在配制的這些濃度梯度中，處理3（1.5%）為最適濃度，而處理5的上述各項(xiàng)指標(biāo)顯著低于清水對照（P<0.05），說明處理5（6%）的噴施濃度不僅不會促進(jìn)谷子葉片光合作用，反而會產(chǎn)生抑制作用。

胞間CO2濃度的變化與上述變化規(guī)律不同，與清水對照相比，在一定濃度范圍內(nèi)，噴施尿素處理的胞間CO2濃度均有下降，表明在葉片表面噴施尿素能提高谷子旗葉吸收CO2的能力。其中處理3（1.5%）的胞間CO2濃度最低，比清水對照降低了22.56%，說明處理3為最佳濃度，可以最大限度促進(jìn)作物吸收胞間CO2。

2.5 葉面噴施不同濃度尿素對產(chǎn)量性狀的影響

由表2可知，處理1、處理2、處理3以及處理4的穗長、穗質(zhì)量、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量較對照均有不同程度的提高。處理2、處理3的各項(xiàng)性狀與清水對照相比均差異顯著，其中處理3提高幅度最大，與對照相比分別提高19.13%、41.62%、12.37%、15.5%。但是在噴施濃度為3%（處理4）時，各項(xiàng)性狀與清水對照相比均有提高，然而千粒質(zhì)量和谷子產(chǎn)量雖有提高，但差異不顯著;噴施濃度為6%（處理5）時，穗質(zhì)量、千粒質(zhì)量比清水對照高，但穗長和谷子產(chǎn)量均低于對照。這說明在一定濃度范圍內(nèi)，葉面噴施的尿素濃度越高，越有利于谷子穗的生長和發(fā)育，但是，當(dāng)噴施尿素濃度過高時，谷子產(chǎn)量反而會下降。

3 討論

氮素是谷子生長發(fā)育所需營養(yǎng)的最重要因子之一，氮素在谷子的生長發(fā)育、光合特性和產(chǎn)量構(gòu)成中都起到極其明顯的作用[9-11]。在谷子的營養(yǎng)生長期、營養(yǎng)生長和生殖生長同時發(fā)生的時期[12-14]即最大有效期和生理敏感期，肥料應(yīng)重點(diǎn)供給。在某些情況下，葉面噴施肥料的效果比土壤施用肥料的效果更明顯、更直接、更有針對性。特別是在作物生長的中后期，根系活力變得不好，養(yǎng)分吸收能力下降，在這個階段，作物需要其他養(yǎng)分來維持其生長，而葉面肥的施用可以產(chǎn)生明顯的補(bǔ)充養(yǎng)分的效果。但如果葉面肥料噴施濃度過高，容易造成肥料對作物的損傷，進(jìn)而產(chǎn)生肥害。在本試驗(yàn)中，葉面噴施尿素濃度在不大于1.5%時，能較明顯地促進(jìn)谷子的葉綠素合成、提高谷子硝酸還原酶活性、促進(jìn)葉片光合作用，明顯提高谷子產(chǎn)量，然而當(dāng)葉片表面噴施的尿素濃度過高時，對上述各項(xiàng)指標(biāo)與清水對照相比均有不同程度的抑制作用，而且會降低小區(qū)產(chǎn)量，這與前人的研究結(jié)果相一致。

80%以上的光合作用產(chǎn)物由谷子的干物質(zhì)積累貢獻(xiàn)，而葉綠素是植物光合作用的主要色素，葉綠素的濃度對作物的光合作用具有重要意義。楊艷君認(rèn)為，氮素對于谷子葉片中的葉綠素合成有重要影響[15]。在本試驗(yàn)中，0.5%（處理1）、0.75%（處理2）、1.5%（處理3）的尿素可促進(jìn)葉片葉綠素合成的生長發(fā)育，提高葉片的SPAD值，為籽粒灌漿期提供保證，與以往的研究結(jié)果一致。在葉片上噴施尿素可以促進(jìn)旗葉的生長發(fā)育，提高硝酸還原酶的活性，增加旗葉在一定濃度范圍內(nèi)的面積，促進(jìn)效果先增強(qiáng)后隨著濃度的增加而減弱進(jìn)而產(chǎn)生抑制作用，這與李永旗的研究結(jié)果[16]一致。農(nóng)作物主要靠光合作用來積累生長發(fā)育所需要的干物質(zhì)，而CO2是光合作用的主要物質(zhì)來源[17-19]。在谷子葉片上噴施尿素明顯地促進(jìn)了谷穗生長發(fā)育以及籽粒灌漿，對谷粒灌漿和穗生長發(fā)育兩方面的促進(jìn)進(jìn)一步提高了谷子的產(chǎn)量，這與前人的研究結(jié)果[20-22]一致。相反，噴施6%尿素對谷子的SPAD值和光合參數(shù)有明顯的抑制作用，葉片中尿素濃度過高會對谷子的光合作用產(chǎn)生負(fù)面影響，進(jìn)而抑制葉片中的葉綠素合成，原因是高濃度的尿素高于葉片的滲透勢，導(dǎo)致葉片失水，燒傷葉片，從而使谷子葉片的正常生長和發(fā)育受到嚴(yán)重影響。用6%尿素噴灑的谷子葉子表面呈現(xiàn)出明顯的黃斑，葉片邊緣枯萎，葉片長度縮短，葉片寬度變窄，這些嚴(yán)重抑制了谷穗的正常生長、發(fā)育和灌漿，從而降低了谷子的產(chǎn)量。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，在谷子葉面噴施尿素能夠有效促進(jìn)鄭農(nóng)谷09-6葉片的生長發(fā)育以及葉綠素的合成、提高谷子葉片硝酸還原酶活性及葉片光合速率等，從而提高谷子產(chǎn)量。當(dāng)濃度較低時，隨著濃度的增加，促進(jìn)作用增強(qiáng)，本試驗(yàn)測定的最佳濃度為1.5%;當(dāng)噴施尿素濃度超過3%時，促進(jìn)作用會減弱甚至產(chǎn)生抑制作用;最高濃度6%會對葉面產(chǎn)生肥害，主要表現(xiàn)為葉片表面產(chǎn)生黃斑，葉片灼傷，葉片變短、變窄，其正常生長發(fā)育受到影響，葉綠素含量下降，葉片硝酸還原酶活性下降等，從而使谷子產(chǎn)量降低。

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收 稿日期：2018-12-25

基金項(xiàng)目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（編號：CARS-06-13.5-B24）。

作者簡介：王彥輝（1988—），男，河南溫縣人，碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向?yàn)樽魑镉N及推廣。E-mail：627195684@qq.com。

通信作者：董亞南，副研究員，研究方向?yàn)樽魑镉N及推廣。Tel：（0371）67883850;E-mail：dyn67883850@163.com。