磷酸二銨施用量及方式對甜菜光合性能和產(chǎn)量的影響

張 婷 張博文 李國龍 曹 陽 李 悅 張少英

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)甜菜生理研究所，010018，內(nèi)蒙古呼和浩特）

甜菜（BetavulgarisL.）是我國第二大糖料作物，是我國北方重要經(jīng)濟(jì)作物之一，近年來，隨著種植密度和節(jié)水灌溉等栽培技術(shù)的改進(jìn)，我國甜菜單產(chǎn)逐年提高，但是，在追求高產(chǎn)的同時(shí)，不合理施肥也隨之出現(xiàn)，產(chǎn)量、質(zhì)量形成過于依賴施肥量，過多肥料投入導(dǎo)致肥料利用效率低、污染嚴(yán)重、產(chǎn)量增長停滯和品質(zhì)下降等問題。磷是影響作物生長發(fā)育及產(chǎn)量形成的關(guān)鍵元素之一，戚昕元等[1]和王聰宇[2]研究表明，磷肥分次施用下磷肥利用率及作物產(chǎn)量均高于磷肥一次性基施。何佩云等[3]研究得出，適當(dāng)減少磷肥施用量可以促進(jìn)甜蕎生長，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。岳俊芹等[4]研究得出，小麥籽粒產(chǎn)量與施磷量的關(guān)系呈拋物線型。

磷參與植物呼吸和光合代謝、生物膜等的構(gòu)建及ATP的形成，磷肥對光合性能的影響在多種作物上已有廣泛研究。Zhang等[5]研究認(rèn)為，磷肥施用量與玉米葉片光合速率之間存在有限的線性關(guān)系，過量施磷，光合速率不再隨施磷量增加而提高。肖旭峰等[6]研究認(rèn)為，適當(dāng)?shù)牡着涫┛梢源龠M(jìn)馬鈴薯植株呼吸和光合代謝，有利于ATP的形成。邢倩等[7]和張勉等[8]研究發(fā)現(xiàn)，施磷可促進(jìn)小麥葉綠素合成，顯著提高凈光合速率（Pn），施磷量的增加會增加小麥花后干物質(zhì)積累量及籽粒產(chǎn)量貢獻(xiàn)率。曹愛琴等[9]、金劍等[10]和Israel[11]研究表明，提供適宜磷能顯著提高大豆根系和地上部的干物質(zhì)積累。趙偉等[12]研究發(fā)現(xiàn)，弱光環(huán)境增施磷肥可增強(qiáng)葉片光合電子傳遞活性，提高光合速率和促進(jìn)干物質(zhì)積累，提高產(chǎn)量。前人研究已表明，施磷量及方式是調(diào)控作物光合面積、光合速率、干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)、產(chǎn)量和質(zhì)量的有效措施。目前，甜菜上磷肥多用作基肥一次性施入，關(guān)于甜菜高產(chǎn)目標(biāo)下施磷量及方式對甜菜光合、物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量的影響的研究鮮見報(bào)道。本研究通過設(shè)置不同施磷量及方式，研究其對甜菜光合特性、物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量的影響，以期篩選甜菜最佳施磷方式，為甜菜高產(chǎn)的磷肥管理奠定理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年在內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市涼城縣新州夭村（40°49′ N，112°33′ E）進(jìn)行。試驗(yàn)地區(qū)屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均日照3026h，有效積溫 2500°C，無霜期 125d，降水量392.37mm。試驗(yàn)田土壤養(yǎng)分含量及pH見表1。

表1 試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分及pHTable 1 Soil nutrients tatus and pH

1.2 試驗(yàn)材料

供試甜菜品種為 HI1003。肥料為尿素（N≥46%）、磷酸二銨（N︰P2O5=18%︰46%）和硫酸鉀（K2SO4≥50%）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置3種施磷方式（播種前全部基施；播種前基施 2/3，葉叢快速生長期追施1/3；播種前基施2/3，塊根糖分增長期追施1/3），每種施磷方式下設(shè)置5個(gè)施磷量60、90、120、150、180kg/hm2，對應(yīng)磷酸二銨用量為130、196、261、326和391kg/hm2，不施磷為空白對照，各處理施磷方式及施磷量見表2，重復(fù)4次，共64個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積30m2（6m×5m）。采用紙筒育苗移栽技術(shù)種植，于5月20日移栽，行距60cm，株距20cm。5個(gè)磷酸二銨施用量相應(yīng)尿素N量分別為97、85、73、61和 50kg/hm2，基施；各處理施 K 量均為150kg/hm2，基施。其他田間管理各處理一致。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Experiment design kg/hm2

1.4 測定指標(biāo)及方法

在甜菜苗期、葉叢快速生長期、塊根糖分增長期、糖分積累期4個(gè)生育時(shí)期每次取樣5株進(jìn)行形態(tài)指標(biāo)和光合指標(biāo)的測定，于10月7日進(jìn)行測產(chǎn)[13]。

用稱重法測定葉面積指數(shù)（leaf area index，LAI）。將甜菜葉片、葉柄和塊根陰干后在80℃烘箱中烘干至恒重，稱取甜菜各部位的干物質(zhì)重量。用LI-6400光合儀測定凈光合速率（Pn）。用SPAD-502葉綠素儀測定甜菜倒 3葉的相對葉綠素含量（SPAD值）[13]。按塊根切削標(biāo)準(zhǔn) GB/T 10496-2002[14]的規(guī)定進(jìn)行全小區(qū)測產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用SPSS進(jìn)行方差分析，用GraphPadPrism 5進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施磷量及方式對甜菜葉面積指數(shù)的影響

葉片是光合作用的主要器官，光合面積的大小是作物產(chǎn)量的決定因素。由表3得出，隨甜菜生育進(jìn)程，各處理LAI均呈先升高后平穩(wěn)的變化趨勢，于塊根糖分增長期達(dá)到最大值。相同施磷方式下，施磷量為150kg/hm2時(shí)，LAI達(dá)最高值；在塊根糖分增長期不同施磷量處理間 LAI差異最大，A4、B4和C4的LAI較相同施磷方式下其他施磷量分別提高 7.35%～14.53%、8.42%～32.54%和 0.66%～13.57%，處理B4的LAI最高，即每增施1kg/hm2的磷，LAI增加0.0189。相同施磷量條件下，苗期A4和A5處理LAI高于B和C處理，A處理基肥足量時(shí)，利于甜菜的養(yǎng)分吸收從而促進(jìn) LAI的增加；葉叢快速生長期至糖分積累期，B處理LAI最高，處理B4與A4、C4的LAI差異顯著（P＜0.05），在塊根糖分增長期處理B4的LAI分別較A4和C4提高20.37%和18.00%。

表3 不同施磷量及方式對甜菜LAI的影響Table 3 Effects of phosphorus application amount and method on LAI of sugar beet

2.2 施磷量及方式對甜菜葉片SPAD值的影響

由表4可知，甜菜生育過程各處理SPAD值均呈現(xiàn)“U”型變化趨勢，于塊根糖分增長期降幅最明顯并達(dá)到最低。相同施磷方式下，施磷量150kg/hm2時(shí)，各生育時(shí)期葉片SPAD值達(dá)到最大，之后再增加施磷量，葉片SPAD值不再增加，甚至在生育中后期B5的SPAD值有所下降。相同施磷量下，在苗期，A處理SPAD值大于B和C處理，其中A4的SPAD值顯著高于其他處理（P＜0.05），其他處理間差異不顯著，說明B、C處理基施的2/3磷肥可以滿足甜菜苗期的生理需求。葉叢快速生長期之后均是B處理SPAD值最高。

表4 不同施磷量及方式對甜菜葉片SPAD值的影響Table 4 Effects of phosphorus application amount and method on SPAD value of sugar beet leaves

2.3 施磷量及方式對甜菜葉片Pn的影響

由圖1可知，在甜菜生育期內(nèi)Pn隨施磷量的增加呈現(xiàn)單峰趨勢。相同施磷方式下，苗齡為60～90d時(shí)，B4與其他處理差異顯著（P＜0.05），B4較B1、B2、B3和B5分別提高55.79%、33.33%、27.53%和9.65%，說明適宜施磷量可以顯著提高甜菜葉片的Pn，過高的施磷量反而使Pn降低。相同施磷量下，在葉叢快速生長期，處理B4、A4和C4間差異顯著（P＜0.05），B4的Pn較A4和C4分別提高10.95%和14.69%，在塊根糖分增長期處理B5、A5和C5間差異顯著（P＜0.05），B5的Pn較A5和C5分別提高12.58%和6.63%，在葉叢快速生長期，B處理Pn的提高明顯優(yōu)于A處理，塊根糖分增長期的Pn表現(xiàn)為B處理＞C處理＞A處理，表明在甜菜生育后期追施磷肥同樣有助于甜菜Pn的提高。

圖1 不同施磷量及方式下對甜菜Pn的影響Fig.1 Effects of phosphorus application amount and method on Pn of sugar beet

2.4 施磷量及方式對甜菜干物質(zhì)積累與分配的影響

由表5得出，施磷方式相同時(shí)，在葉叢快速生長期，隨施磷量增加，甜菜單株干物質(zhì)積累量增加，且處理 B5與其他處理均達(dá)差異顯著水平（P＜0.05），其他3個(gè)生育時(shí)期甜菜單株干物質(zhì)積累量隨施磷量的增加逐漸提高或趨于穩(wěn)定，處理B4在糖分積累期達(dá)到最大值，單株干物質(zhì)含量為545.88g/株，表明適宜磷肥的施入利于甜菜干物質(zhì)的合成。施磷量相同時(shí)，葉叢快速生長期和糖分積累期，施磷量為120～180kg/hm2時(shí)，B處理顯著高于A和C處理（P＜0.05），在葉叢快速生長期，施磷量≥120kg/hm2時(shí)，3種施磷方式下單株干物質(zhì)積累量增加效果最明顯，B處理較A、C處理分別顯著提高14.21%～18.19%和 27.66%～33.24%，表明適宜時(shí)期追施磷肥利于甜菜的單株干物質(zhì)積累，從而為高產(chǎn)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。

表5 不同施磷量及方式對甜菜單株干物質(zhì)積累量的影響Table 5 Effects of phosphorus application amount and method on dry matter accumulation per plant of sugar beet g/株g/plant

根冠比（root-top ratio，R/T）反映甜菜植株物質(zhì)分配及生長中心的轉(zhuǎn)移。圖 2顯示，隨著甜菜生育進(jìn)程，各處理的 R/T不斷增長。相同施肥方式下，塊根糖分增長期至糖分積累期，施磷量為150或180kg/hm2時(shí)，R/T與其他施磷水平有顯著差異（P＜0.05），且各時(shí)期處理B4的R/T值最高。當(dāng)施磷量為150kg/hm2時(shí)，葉叢快速生長期至塊根糖分增長期B處理R/T均大于A和C處理；在葉叢快速生長期各處理間差別最明顯，B處理的R/T較A和C處理提高0.20%～9.38%和6.64%～11.58%，表明合理的追施磷肥可促進(jìn)生長中心的轉(zhuǎn)移，協(xié)調(diào)源庫平衡。

圖2 不同施磷量及方式對甜菜根冠比（鮮重）的影響Fig.2 Effects of phosphorus application amount and method on R/T (fresh weight) of sugar beet

2.5 施磷量及方式對甜菜產(chǎn)量的影響

由圖3和圖4可知，相同施磷方式下，在一定施磷量范圍內(nèi)，施磷量與甜菜產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，施磷量150kg/hm2時(shí)產(chǎn)量達(dá)到峰值，每增施1kg/hm2磷肥時(shí)，產(chǎn)量增加80.8kg/hm2，增施至180kg/hm2，產(chǎn)量呈下降趨勢，當(dāng)施磷量＞150kg/hm2，增產(chǎn)效果與施磷量呈負(fù)相關(guān)。相同施磷量條件下，追施磷肥處理（B、C）產(chǎn)量均高于磷肥全部基施處理（A），B處理產(chǎn)量最高，且與A、C處理差異顯著（P＜0.05），由此表明，追施磷肥對于甜菜產(chǎn)量的提高起到一定作用，且在葉叢快速生長期追施優(yōu)于在塊根糖分增長期追施。

圖3 不同施磷量及方式下的甜菜產(chǎn)量Fig.3 Effects of phosphorus application amount and method on yield of sugar beet

圖4 各施磷方式下施磷量與甜菜產(chǎn)量的關(guān)系Fig.4 Relationship between phosphorus application amount and sugar beet yield

3 討論

磷是植物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素[15]，參與甜菜光合、呼吸等生理代謝過程。前人研究[13]得出甜菜SPAD值在糖分積累期最低，本研究中各個(gè)處理的SPAD值隨生育期推進(jìn)均呈現(xiàn)出“U”型變化趨勢，在塊根糖分增長期為最小值，其原因可能是在甜菜塊根糖分增長期葉叢達(dá)到最大，相對于葉叢的生長速度，葉綠素的合成與積累較慢，導(dǎo)致葉片SPAD值降低，至糖分積累期，LAI不再增加，SPAD值有所增加。大量研究表明，隨著施磷量的增加，蓖麻[16]和水稻[17]等作物葉片Pn和氣孔導(dǎo)度（Gs）均有增加，而低量或過量施磷可引起以上參數(shù)的降低[18]。磷參與了光合酶的組成，直接影響植株光合效率[19]。本研究得出，隨施磷量的增加甜菜的Pn和LAI呈先升高后降低的趨勢，即在低量和過量施磷的情況下，甜菜Pn均較小。王國興等[20]研究得出，施用磷肥有效促進(jìn)了LAI的增加，本研究得出，處理B4在塊根糖分增長期LAI最高，表明磷肥能明顯促進(jìn)LAI的增加，為光合作用提供了“良好的場地”，從而為物質(zhì)合成與積累奠定了基礎(chǔ)。作物光合產(chǎn)物積累量及其分配對產(chǎn)量形成具有重要作用[21]，本研究得出，在葉叢快速生長期單株干物質(zhì)積累量在施磷量為180kg/hm2時(shí)達(dá)到最大，其他3個(gè)生育時(shí)期大部分處理均在施磷量為150kg/hm2時(shí)最高。葉叢快速生長期葉叢生長旺盛，代謝合成能力急劇增加，需肥量大，高施磷量可以促進(jìn)玉米生殖生長期營養(yǎng)器官的光合產(chǎn)物輸出和再分配[22]，本研究中甜菜單株干物質(zhì)積累量與 R/T的最大值均出現(xiàn)在施磷量為150kg/hm2或180kg/hm2。耿玉輝等[23]研究得出，春玉米產(chǎn)量與磷肥施用量呈典型拋物線關(guān)系，一定范圍內(nèi)隨施磷量增加，春玉米產(chǎn)量呈增加的趨勢，過量施用磷肥導(dǎo)致減產(chǎn)。且張勉等[8]研究得出，40cm土層施 150kg/hm2有利于提高旱地麥田孕穗期前0～100cm土層土壤水分含量，促進(jìn)小麥莖稈+莖鞘中的干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)和花后干物質(zhì)累積及其對籽粒的貢獻(xiàn)率，從而提高籽粒產(chǎn)量。本研究相同施磷方式下，隨著施磷量的增加，甜菜的產(chǎn)量先升高后降低，施磷量150kg/hm2時(shí)達(dá)最大值。

磷作為三大元素之一，甜菜生產(chǎn)實(shí)踐中多用作基肥，但由于甜菜生育期長、生物產(chǎn)量大、吸肥量大的特性，優(yōu)化磷肥施用方式是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的有效途徑之一[24-26]。本研究得出，葉叢快速生長期至糖分積累期，B處理LAI和SPAD值均較高，表明追施磷肥可以增加LAI和SPAD值。而在塊根糖分增長期，處理A5、C5、B5間的Pn差異達(dá)顯著水平（P＜0.05），由此推斷葉叢生長茂盛并達(dá)最大值，此時(shí)進(jìn)行旺盛的光合作用，而磷參與植物呼吸和光合代謝的過程，從而高施磷量促進(jìn)甜菜Pn的提高。合理的磷肥施用量、施用方式及肥料類型可提高作物花后干物質(zhì)積累量和轉(zhuǎn)運(yùn)量[27-29]，本研究得出，葉叢快速生長期追肥處理顯著優(yōu)于塊根糖分增長期追肥與磷肥全部基施處理下的單株干物質(zhì)積累量和R/T，表明甜菜葉叢快速生長期追肥優(yōu)于塊根糖分增長期追肥，甜菜在葉叢快速生長期生理代謝極為旺盛，需肥量大，此時(shí)追施磷肥利于合成大量含磷化合物，兩者相互促進(jìn)為甜菜生理活動(dòng)提供能量，促進(jìn)甜菜干物質(zhì)的積累及生長中心的轉(zhuǎn)移，有利于源庫平衡。王聰宇[2]關(guān)于玉米磷肥施用時(shí)期試驗(yàn)表明，磷肥分次追施要優(yōu)于一次性基施，本研究結(jié)果與上述研究相似，追肥處理（B、C）產(chǎn)量高于一次性基施（A）處理，葉叢塊速生長期追肥的處理增產(chǎn)效果要優(yōu)于塊根糖分增長期追肥。

4 結(jié)論

相同施磷方式下，施磷量150或180kg/hm2時(shí)可以提高甜菜的LAI、SPAD值、Pn、單株干物質(zhì)積累量、R/T及產(chǎn)量；在葉叢快速生長期追施磷肥處理的上述指標(biāo)均高于其他處理，從節(jié)本增效角度考慮，推薦高產(chǎn)甜菜施磷量為 150kg/hm2，于播種前基施2/3，葉叢快速生長期追施1/3。