灌漿期噴施硫酸鋅對谷子光合特性及產量構成的影響

黃珊珊，王宏富，鄭培斌，梁竹花，董丹丹

（山西農業(yè)大學農學院，山西太谷030801）

谷子起源于我國，是傳統(tǒng)的糧食作物，抗旱和耐貧瘠能力較強[1]，對環(huán)境的影響較小。谷子中含有多種氨基酸和維生素，營養(yǎng)價值高[2-3]。其作為主食在我國北方的餐桌上占有較高地位，被列為小雜糧之首[4]。

鋅雖是微量元素，但對植物的生長起著重要作用[5]，不僅能夠增加碳酸酐酶活性，促進光合作用中的水合反應，而且還影響在光合作用中起重要作用的葉綠素的形成，進而促進干物質的累積。充足的微量元素能夠保證植物體內多種酶的合成，促進植物的新陳代謝過程，有利于植物的生長，間接地能夠促進植物對大量元素的吸收，還可以通過改善細胞原生質的膠體化學性質，進而提高原生質的濃度，增加作物對各種逆境和脅迫的抵抗能力。鋅參與植物體內200多種酶的合成[6]，是生物膜結構不可缺少的組成成分。低鋅和鋅過量都會導致小麥的生長發(fā)育受阻，過量的鋅會降低產量，嚴重的還會引起鋅肥的浪費及環(huán)境污染[7]。同時，鋅也是人體所必需的元素，鋅缺乏或攝入過量的鋅都會危害到人的健康，對生理功能產生重要影響[8]，嚴重的會引起神經系統(tǒng)疾病，造成免疫低下[9]。

葉面噴肥指在植物生長后期施肥的一種方式[10]，生長后期作物的植株較高，枝葉旺盛使得田間施肥很不方便，因而，需要葉面噴施。在作物生長后期，葉面衰老迅速，噴施適量的鋅能夠顯著提高谷子的光合作用，促進籽粒飽滿，提高谷子產量。

本試驗通過在谷子灌漿期葉面噴施鋅肥，探究其對谷子光合特性及產量性狀的影響，旨在為谷子高產栽培提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試谷子品種為農大8號，由山西農業(yè)大學農科院谷子課題組提供。

供試鋅肥為硫酸鋅（天津市風船化學試劑科技有限公司）。

1.2 試驗方法

試驗于2019年在山西農業(yè)大學農作站內進行，試驗地前茬作物是谷子，土壤為壤土。采用大田試驗，隨機區(qū)組設計，在谷子的灌漿期噴施硫酸鋅的質量濃度分別為0（CK）、0.002（T1）、0.004（T2）、0.008 g/L（T3），重復3次，共計12個小區(qū)，小區(qū)面積為20 m2，田間管理與大田常規(guī)管理相同。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 光合特性測定 在葉片噴施硫酸鋅后的第3、7、15、30天，利用SPAD-502相對葉綠素含量測定儀測量谷子倒二葉的相對葉綠素含量，每個小區(qū)重復3次。

在葉片噴施硫酸鋅后的第3、7、15、30天，每個小區(qū)選取10株具有代表性的谷子，利用CI-340便攜式光合儀（CID Bio-Science.Inc.USA）測定作物凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）。測定時光強為（1000±50）μmol/（m2·s），CO2濃度為（380±50）μmol/mol，葉片溫度在25～30℃，每小區(qū)3次重復。

1.3.2 熒光參數測定 在葉片噴施硫酸鋅后的第3、7、15、30天，使用便攜式熒光儀（PAM-2500，WALZ，Inc.Germany），將谷子葉片用葉夾暗適應30 min后，測定葉片的葉綠素熒光參數，包括光化學淬滅系數（qP）、PSⅡ實際光化學效率（φPSⅡ）、PSⅡ最大光化學量子產量（Fv/Fm）、表觀光合電子傳遞速率（ETR），重復3次，結果取其平均值。

1.3.3 產量測定 谷子成熟后，在每個小區(qū)選擇12 m2進行取樣。根據實際小區(qū)籽粒產量折算成實際公頃產量。在每個小區(qū)中取10個谷穗進行考種，測定穗長、穗粗、穗質量、穗碼數、千粒質量、產量，3次重復，結果取其平均值。

1.4 統(tǒng)計分析

使用Microsoft Excel 2016整理數據及繪制圖表，用SPSS 19.0軟件進行顯著性分析，方差分析采用Duncan新復極差法。

2 結果與分析

2.1 葉面噴施不同質量濃度硫酸鋅對谷子光合特性的影響

由圖1可知，農大8號谷子的SPAD值隨著時間的推移變化不大，在不同硫酸鋅質量濃度處理下，谷子的SPAD值表現出先升后降的趨勢，T2處理與對照間差異顯著，并在T3處理下SPAD值受到抑制。隨著時間的延長，硫酸鋅對谷子SPAD值的影響程度表現為先增高后降低，在第7天差異最顯著；T2處理下，噴施鋅肥后第3、7、15、30天的SPAD值分別較對照提高12%、15%、13%、9%。說明噴施適宜濃度的硫酸鋅能夠提高谷子的相對葉綠素含量。

由圖2可知，農大8號谷子的Pn值隨著時間的推移表現出逐漸降低的趨勢，不同硫酸鋅質量濃度處理下，同一測定時間下谷子的Pn值表現為先增高后降低的趨勢，T2處理與對照間差異顯著，并在T3處理下Pn受到了抑制。隨著時間的延長，硫酸鋅對谷子的影響程度表現為先增高后降低，在第7天差異最顯著；T2處理下，噴施鋅肥后第3、7、15、30天的Pn值分別較對照提高15%、17%、14%、12%。說明噴施適宜濃度的硫酸鋅能夠提高谷子的凈光合速率。

由圖3可知，農大8號谷子的Tr值隨著時間的推移呈現逐漸降低的趨勢，在不同硫酸鋅質量濃度處理下，同一測定時間下谷子的Tr值呈現先增高后降低的趨勢，T2處理與其他處理間差異顯著，并在T3處理下Tr受到了抑制。隨著時間的延長，硫酸鋅對谷子的影響程度表現為先增高后降低，且在第7天差異最顯著，隨著時間的推移，第15天開始差異不顯著。T2處理下，噴施鋅肥后第3、7、15、30天的Tr值分別較對照提高6%、9%、6%、3%。說明在噴施適量的硫酸鋅，隨硫酸鋅濃度的升高，蒸騰速率升高，且在T2處理下達到最高。

從圖4可以看出，農大8號谷子的Gs值隨著時間的推移呈現逐漸降低的趨勢，在不同硫酸鋅質量濃度處理下，同一測定時間下谷子的Gs值呈現先增高后降低的趨勢，T2處理與對照間差異顯著，并在T3處理下Gs受到了抑制。隨著時間的延長，硫酸鋅對谷子的影響程度表現為先增高后降低，且在第7天差異最顯著，T2處理下，噴施鋅肥后第3、7、15、30天的Gs值分別較對照提高6%、9%、7%、4%。

由圖5可知，農大8號谷子的Ci值隨著時間的推移表現出逐漸升高的趨勢，在不同硫酸鋅質量濃度處理下，同一測定時間下谷子的Ci值呈現先降后升的趨勢，T2處理與對照間差異顯著，并在T3處理下Ci顯著提高。隨著時間的延長，硫酸鋅對谷子的影響程度表現為先增大后降小，且在第7天差異最顯著；T2處理下噴施鋅肥后第3、7、15、30天的Ci值分別較對照降低4%、7%、3%、2%。

2.2 葉面噴施不同質量濃度硫酸鋅對谷子葉綠素熒光參數的影響

光化學淬滅系數反映了PSⅡ反應中心的開放程度，即植物光合活性的強度。由圖6可知，農大8號谷子的qP值隨著時間的推移呈現逐漸降低的趨勢，在不同硫酸鋅質量濃度處理下，同一測定時間下谷子的qP值呈現先增高后降低的趨勢，T2處理與對照間差異顯著，并在T3處理下qP值受到了抑制。隨著時間的延長，硫酸鋅對谷子的影響程度表現為先增高后降低，且在第7天差異最顯著，T2處理下噴施鋅肥后第3、7、15、30天的qP值分別較對照提高30%、42%、30%、15%。

φPSⅡ表示光合作用的能量效率。由圖7可知，農大8號谷子的φPSⅡ值隨著時間的推移呈現逐漸降低的趨勢，在不同硫酸鋅質量濃度處理下，同一測定時間下谷子的φPSⅡ值呈現先增高后降低的趨勢，T2處理與對照間差異顯著，并在T3處理φPSⅡ受到了抑制。隨著時間的延長，硫酸鋅對谷子φPSⅡ的影響表現為先增高后降低，在第7天差異最顯著，T2處理下噴施鋅肥后第3、7、15、30天的φPSⅡ值分別較對照提高11%、16%、13.6%、7%。

ETR是表示植物光合作用能力高低的重要因素之一。由圖8可知，農大8號谷子的ETR值隨著時間的推移呈現逐漸降低的趨勢，在不同硫酸鋅質量濃度處理下，同一測定時間下谷子的ETR值呈現先增高后降低的趨勢，T2處理與對照間差異顯著，并在T3處理下ETR受到了抑制。隨著時間的延長，硫酸鋅對谷子的影響程度表現為先增高后降低，且在第7天差異最顯著，T2處理下噴施鋅肥后第3、7、15、30天的ETR值分別較對照提高20.3%、28.0%、19.0%、16.0%。

Fv/Fm反映PSⅡ的最大量子產量，它的值升高就表明葉片吸收的光能越有效，如果降低表明光合作用過程受到抑制。由圖9可知，在不同硫酸鋅質量濃度處理下，同一測定時間下谷子的Fv/Fm值呈現先增高后降低的趨勢，T2處理與對照間差異顯著，并在T3處理下Fv/Fm受到了抑制。隨著時間的延長，硫酸鋅對谷子的影響程度表現為先增高后降低，且在第7天差異最顯著，T2處理下噴施鋅肥后第3、7、15、30天的Fv/Fm值分別較對照提高16%、21%、14%、11%。

2.3 葉面噴施不同濃度硫酸鋅對谷子穗部性狀及產量的影響

表1 硫酸鋅對谷子產量構成的影響

由表1可知，在噴施不同濃度硫酸鋅的條件下，谷子的產量構成因素與對照存在一定的差異，且均是T2處理下穗部性狀表現的最好。T1、T2處理下穗長分別較對照增加了2.7%、8.3%，T3處理降低了5.8%。T1、T2處理下穗粗分別較對照增加了2.5%、9.9%，T3處理降低了6.2%。T1、T2處理下穗碼數分別較對照增加了2.1%、11.5%，T3處理降低了5.9%；T1、T2處理下穗質量分別較對照增加了13.6%、7.6%，T3處理降低了6.5%；T1、T2處理下穗粒質量分別較對照增加了5.7%、7.5%，T3處理降低了4.0%；T1、T2處理下千粒質量分別較對照增加了7.9%、14.6%，T3處理降低了1.9%。T1、T2處理下產量分別較對照增加了1.1%、5.6%，T3處理降低了2.1%。由此可以說明，噴施不同濃度的硫酸鋅能夠在不同程度上影響谷子的穗部性狀和產量，且T2處理下的增產效果最好，而T3處理則會使谷子在一定程度上減產。

3 結論與討論

光合特性是衡量作物產量的重要指標，植物光合作用受到多種因素影響。鋅能夠直接影響作物的光合作用，其原因主要有2點：一是鋅會影響有關葉綠素合成的酶，進而間接增加植物內葉綠素的含量；二是因為在植物光合作用中的一些必不可少的酶的合成與鋅有關[11]。葉綠素是植物進行光合作用的重要色素，從光中吸收能量，轉化為植物生長所必需的碳水化合物。朱榮等[12]研究發(fā)現，谷子光合速率隨硫酸鋅濃度的增加表現出先升后降的趨勢，過量的硫酸鋅會使谷子光合作用減弱。本研究結果表明，在灌漿期噴施0.004 g/L硫酸鋅，谷子葉片相對葉綠素含量、凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率增大，而胞間CO2濃度降低，光化學淬滅系數、電子傳遞速率、PSⅡ實際光化學效率、PSⅡ的最大電子產量也均達到最大。這與朱榮等[12]研究結果相一致。

聶錄等[13]研究表明，施用鋅肥會對產量產生一定程度的影響，在一定范圍內水稻產量會隨著施用濃度的增加而增加，并且可以提高稻米的品質。蘇興智[14]研究發(fā)現，使用適量的硫酸鋅能增加花生的產量，而過量的硫酸鋅反而會使花生產量減少。汪洪等[15]研究發(fā)現，施鋅肥能顯著促進玉米地上部分的生長，且在土壤水分充足的條件下，施鋅對植株增長效果較明顯。李宇航等[16]研究發(fā)現，鋅肥的適量施用可顯著改善玉米的光合特性，提高干物質累積，進而提高產量。本研究結果表明，在灌漿期噴施0.004 g/L硫酸鋅，穗長、穗粗、穗碼數、穗質量、穗粒質量、千粒質量都有所增加，產量最高，較對照增產5.6%。這與郭俊[17]、昝亞玲等[18]的研究結果相一致。

施肥的重要性在于施鋅后植株的光合面積增大，進而促進植物的光合作用，植株的鮮質量和干質量都有所增加。鋅、硼肥配施對籽粒蛋白質和產量形成具有增效性[19]。影響谷子品質的因素有許多，包括谷子的自身遺傳特性，外界環(huán)境的光熱條件、土壤中的礦質營養(yǎng)、栽培技術和耕作制度的改變等等，因此，保證充足的礦質元素也非常重要。研究表明，礦質元素通過參與植株的呼吸作用、光合作用、酸合成、膜質合成以及糖代謝等眾多生理生化過程來影響作物的品質與產量[20-22]。

綜上所述，在谷子灌漿期葉面噴施0.004 g/L鋅肥最適宜，凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率增大，胞間CO2濃度降低，熒光最好，同時穗長、穗粗等也達到最大，產量較不施硫酸鋅增加5.6%，而噴施硫酸鋅濃度較高反而會使光合特性和產量性狀降低。