冬小麥種植中化肥減施增效作用分析

葉舉中 劉鐵干 張菲菲 朱翠娟

（1.平頂山市農(nóng)業(yè)干校 ，河南 平頂山 467000；2.河南省農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校平頂山市分校 ，河南 平頂山 467400）

我國不僅是人口大國，也是農(nóng)業(yè)大國，維持糧食生產(chǎn)的穩(wěn)定性是我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的核心目標(biāo)。近年來，我國化肥的高投入為實(shí)現(xiàn)糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了可靠支撐，在實(shí)現(xiàn)國家糧食安全方面做出了巨大貢獻(xiàn)。冬小麥?zhǔn)呛幽鲜∑巾斏绞械闹饕r(nóng)作物之一，植株衰老過程和土壤肥力情況共同影響小麥產(chǎn)量。通過配施有機(jī)、無機(jī)肥，有助于提高氮肥的實(shí)際利用率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)健康發(fā)展。

既往研究指出，將適量木霉菌劑添加至種植土壤內(nèi)，不僅能起到延緩?fù)寥乐袎A解氮和有效磷消耗過程的作用，而且對(duì)農(nóng)作物健康生長發(fā)育能起到促進(jìn)作用，明顯增強(qiáng)其抗逆性。筆者通過開展小區(qū)試驗(yàn)，著重探究不同施肥處理方法下冬小麥的產(chǎn)量，并參照土壤速效養(yǎng)分含量及冬小麥主要生理性指標(biāo)改變情況，從拖延小麥衰老過程、增加其產(chǎn)量的角度探究化肥使用對(duì)小麥產(chǎn)量的影響機(jī)制。

1 化肥減施增效的作用

合理施用化肥能較好地滿足農(nóng)作物生長過程中對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的需求，也是使作物產(chǎn)量有所保障的有效方式之一。但是，過度施加化肥會(huì)破壞農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致土壤內(nèi)養(yǎng)分含量顯著降低，加速土壤環(huán)境惡化，危及農(nóng)作物健康生長。同時(shí)，當(dāng)農(nóng)作物過度依賴化肥時(shí)，會(huì)增加生產(chǎn)成本，不利于農(nóng)戶獲得較高的利潤。在此背景下，國家相關(guān)部門頒發(fā)了推行化肥減施增效的技術(shù)性政策。其實(shí)施的意義在于改善土壤生態(tài)環(huán)境，平穩(wěn)提升作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。長期以來，有機(jī)肥料代替?zhèn)鹘y(tǒng)化肥是常用的減施化肥的方法之一。有機(jī)化肥來源途徑廣，含有農(nóng)作物健康生長所需的多種營養(yǎng)物質(zhì)及有機(jī)質(zhì)?？茖W(xué)施用有機(jī)肥能實(shí)現(xiàn)對(duì)種植土壤酸堿平衡狀態(tài)的有效調(diào)控，改善土壤的部分生物學(xué)特性，強(qiáng)化土壤保肥、保水、透氣等屬性，為作物正常生長發(fā)育營造良好的土壤環(huán)境。施用有機(jī)肥對(duì)生態(tài)環(huán)境表現(xiàn)出一定的友好性，能為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)健康、持久發(fā)展保駕護(hù)航［1］。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

2016—2017年，在平頂山市某試驗(yàn)農(nóng)田開展試驗(yàn)。試驗(yàn)地土壤是褐土。當(dāng)?shù)啬昃鶜鉁?8.7 ℃，年均降水量817.5 mm，但灌溉條件較差。選擇的地塊有機(jī)質(zhì)含量1.10%，氮、磷、鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別約為0.78、0.54、18.72 g/kg。

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理（見表1），各處理試驗(yàn)面積均為667 m2，各處理項(xiàng)目均重復(fù)3次。試驗(yàn)中所用的木霉菌劑、有機(jī)肥均由正規(guī)機(jī)構(gòu)提供。試驗(yàn)田的管理可以依照當(dāng)?shù)氐娜粘９芾砹?xí)慣進(jìn)行，即在冬小麥的幾個(gè)關(guān)鍵時(shí)期進(jìn)行合理施肥、中耕除草等，但沒有進(jìn)行人為灌溉［2］。

表1 冬小麥?zhǔn)┓侍幚?g/m2

2.3 取樣和檢測(cè)

2.3.1 土壤。收割小麥時(shí)，對(duì)各處理隨機(jī)選4個(gè)采樣點(diǎn)，取表層土壤試樣0～20 cm，剔除雜質(zhì)后用2 mm網(wǎng)過篩以備用。按照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》［3］中提出的方法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷等含量。

2.3.2 小麥。于拔節(jié)期與灌漿期選出生長狀態(tài)大體一致且沒有病蟲害的植株，取用頂三葉分別5片，將其放進(jìn)冰壺內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室，清洗葉片表面，擦拭水分，剔除葉脈，充分混合均勻，剪成碎片（5 mm以下），測(cè)定相關(guān)指標(biāo)［4］。采用木酚比色法測(cè)定過氧化物酶（POD）活性，采用紫外分光光度法測(cè)定過氧化氫酶（CAT）活性，采用酸性茚三酮法測(cè)定游離脯氨酸含量，采用硫代巴比妥酸反應(yīng)法測(cè)定丙二醛（MDA）含量，采用Inskeep法檢測(cè)葉綠素含量，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測(cè)定根系活力。

3 結(jié)果與分析

3.1 小麥產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分含量的變化

收割小麥后，4種不同施肥處理的小麥產(chǎn)量見表2。相比之下，BF與OF處理能使冬小麥增產(chǎn)20%左右。BF處理形式下種植土壤內(nèi)氮、磷、鉀總量最低，可能是這種處理土壤中氮、磷、鉀元素輸入量偏低。OF處理方法有助于減少復(fù)合肥用量，但多數(shù)有機(jī)肥內(nèi)含有較多的氮磷鉀元素，且氮磷釋放遲緩，所以小麥?zhǔn)崭詈蠓N植土壤內(nèi)堿解氮、速效磷含量位居4種處理方法的第1位［5-6］。

表2 不同施肥處理情況

3.2 小麥生理指標(biāo)的變化

3.2.1 不同生長期小麥主要生長指標(biāo)檢測(cè)情況見圖1。POD、CAT采用清除H2O2的方式，防控膜脂發(fā)生過氧化，進(jìn)而延緩小麥衰老。活性指標(biāo)高低能呈現(xiàn)出作物細(xì)胞抗衰老能力強(qiáng)弱。試驗(yàn)結(jié)果表明，在冬小麥拔節(jié)期、灌漿期，不同施肥處理下冬小麥的POD、CAT活性改變趨勢(shì)表現(xiàn)出一致性（見圖1a和圖1b），CK、BF、CF處理小麥植株的POD、CAT活性均是灌漿期＜拔節(jié)期。進(jìn)入拔節(jié)期，不同處理下以上兩項(xiàng)活性指標(biāo)的大小排序BF＞CK＞CF＞OF，表明通過添加木霉菌劑能刺激以上兩種保護(hù)酶。灌漿期，OF與BF處理下以上2種保護(hù)酶活性高于其他2組。通過加入有機(jī)肥能提高以上2種保護(hù)酶的活性［7］。加入木霉菌盡管不能誘導(dǎo)以上2種酶活性增強(qiáng)，但其能在灌漿期使酶活性處于較高水平，進(jìn)而抑制植株衰老。綜合以上結(jié)果可以初步認(rèn)為，復(fù)合肥減施過程中添加有機(jī)肥或木霉菌對(duì)灌漿期小麥體內(nèi)POD、CAT水平均能起到較好的維持作用，減輕活性氧對(duì)植株造成的損害，強(qiáng)化自由基的清除能力，延緩衰老。同時(shí)，這一統(tǒng)計(jì)結(jié)果也證實(shí)有機(jī)肥對(duì)小麥作物的作用是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，經(jīng)OF處理后的冬小麥進(jìn)入生長后期時(shí)以上兩種保護(hù)酶均呈現(xiàn)出較高的活性。

3.2.2 游離脯氨酸和丙二醛（MDA）含量的變化。游離脯氨酸是一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，主要功能是增強(qiáng)細(xì)胞保水能力，維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果表明（見圖1c），灌漿期冬小麥內(nèi)游離脯氨酸含量明顯高于拔節(jié)期。OF與CF處理組灌漿期小麥植株內(nèi)游離脯氨酸含量高于BF處理，可能是因?yàn)樘砑幽久咕笱泳徚诵←湹乃ダ线^程，故而小麥中游離脯氨酸的合成量相應(yīng)減少。

MDA為在惡劣的生存環(huán)境下形成的一種細(xì)胞膜脂過氧化產(chǎn)物，其可能會(huì)對(duì)膜結(jié)構(gòu)與酶活性造成不同程度的損傷。該項(xiàng)指標(biāo)能呈現(xiàn)出胞膜脂過氧化的真實(shí)水平，表示出惡劣環(huán)境對(duì)小麥植株造成的損傷程度［8］。試驗(yàn)結(jié)果表明（見圖1d），在不同施肥處理下，拔節(jié)期冬小麥植株內(nèi)MDA水平相近，不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但是灌漿期OF處理小麥作物體中MDA含量明顯增高，位居4個(gè)處理方式之首。BF處理組小麥內(nèi)MDA含量最低，表明添加木霉菌能在小麥衰老過程中對(duì)植物中氧自由基含量水平產(chǎn)生明顯的抑制作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性與酶活性的有效保護(hù)。有機(jī)肥對(duì)小麥作物形成的影響作用是長期的，這也就預(yù)示著通過添加有機(jī)肥在短期內(nèi)不能快速應(yīng)答短期惡劣環(huán)境對(duì)作物造成的脅迫及損傷問題。

3.3 葉綠素含量與小麥根系活力的變化

觀察圖1e和圖1f，不難發(fā)現(xiàn)拔節(jié)期冬小麥葉片的葉綠素含量明顯高于灌漿期。既往已經(jīng)有很多研究證實(shí)，葉綠素水平降低是冬小麥作物葉片衰老的一項(xiàng)重要生理性指標(biāo)。不管是拔節(jié)期還是灌漿期，始終是BF處理小麥葉片葉綠素含量最高，添加木霉菌劑能在較長時(shí)間內(nèi)促進(jìn)小麥健康生長，誘導(dǎo)葉片內(nèi)葉綠素含量增加，增強(qiáng)作物的光合作用，并且能延遲葉片衰老，進(jìn)而使小麥作物灌漿期更長。既往有研究證實(shí)［9］，木霉孢子懸浮液有增加番茄葉片葉綠素含量的作用，與該研究所得結(jié)論一致。在冬小麥拔節(jié)期及灌漿期，BF與OF施肥處理的作物根系活力顯著強(qiáng)于其他2個(gè)處理，相比之下BF處理組的小麥植株根系活力最強(qiáng)。有報(bào)道稱，哈茨木霉本體的發(fā)酵產(chǎn)物不僅能增加豇豆葉片葉綠素含量，還能提高植物根系活力水平，這可能是因?yàn)樾←湺ㄖ埠?，添加木霉菌后能較明顯地優(yōu)化根系微環(huán)境，且能為植物根系茁壯生長提供黃酮萜類等諸多必需物質(zhì)，進(jìn)而促進(jìn)根系生長。OF施肥處理中添加有機(jī)肥，對(duì)冬小麥發(fā)育生長也能起到促進(jìn)作用，葉綠素含量及根系活力都處于較高水平［10］。

圖1 不同生長期小麥主要生長指標(biāo)檢測(cè)情況

4 結(jié)論

試驗(yàn)在平頂山市進(jìn)行，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉基礎(chǔ)條件不完善，冬小麥栽植后不再進(jìn)行灌溉。這就意味著小麥整個(gè)生長過程均承受著干旱的威脅。試驗(yàn)結(jié)果表明，在復(fù)合肥減施的基礎(chǔ)上加入適量有機(jī)肥與木霉菌劑，對(duì)冬小麥健康生長能起到較好的保障作用，使小麥增產(chǎn)約20.0%。與OF處理相比，采用BF處理方法能明顯降低種植土壤的氮磷鉀總量。經(jīng)BF處理后，土壤中堿解氮和速效磷含量顯著高于CK與CF處理情況，且BF組作物的生長狀態(tài)顯著改善，真正實(shí)現(xiàn)了減施增效的設(shè)計(jì)目標(biāo)。拔節(jié)期，不同處理方法下小麥植株的POD、CAT活性指標(biāo)排序?yàn)锽F＞CK＞CF＞OF，表明通過添加木霉菌劑能激發(fā)以上兩種保護(hù)酶的活性。相比之下，BF處理方法更能顯著提升小麥作物POD、CAT兩種保護(hù)酶的活性，進(jìn)而降低細(xì)胞膜脂過氧化水平。

綜合試驗(yàn)結(jié)果可以初步認(rèn)為，木霉菌劑能更有效地將種植土壤中結(jié)合態(tài)氮磷轉(zhuǎn)換成有機(jī)態(tài)氮磷，增加土壤內(nèi)堿解氮、速效磷的含量，使農(nóng)作物更高效地利用氮、磷元素，減少土壤中的氮、磷總量。