生物技術(shù)在冬小麥種植過程中的化肥減施增效作用

河北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 安彥菁

前言

化肥減施增效是目前我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門所大力倡導(dǎo)的一種農(nóng)業(yè)政策。其主要目的是在保證農(nóng)作物產(chǎn)量提高的前提下，減少對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境的影響，積極改變土壤生態(tài)環(huán)境，降低農(nóng)業(yè)污染出現(xiàn)的概率。而在具體改善的過程中，要求相關(guān)科研人員加強(qiáng)對(duì)生物技術(shù)的應(yīng)用，研究出新型化肥原料，增強(qiáng)化肥使用的效率，最終逐步減少對(duì)化肥的使用。

1 化肥減施增效作用分析

小麥在生長(zhǎng)的過程中需要大量營養(yǎng)物質(zhì)作為補(bǔ)充，而某些地區(qū)由于土壤本身肥力較差，無法為冬小麥提供充足的營養(yǎng)物質(zhì)，使得冬小麥生長(zhǎng)受到阻礙。而化肥的使用能夠及時(shí)補(bǔ)充冬小麥在生長(zhǎng)時(shí)所需要的營養(yǎng)，是保證冬小麥產(chǎn)量提高的重要途徑之一，因此化肥的使用逐漸普及。但是化肥的過度使用使得當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境受到很大影響，土壤的養(yǎng)分含量會(huì)明顯下降，土地循環(huán)利用率逐年降低，使得農(nóng)作物生長(zhǎng)質(zhì)量逐漸下降。由此可見，化肥減施增效政策的提出對(duì)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展以及提高農(nóng)民生活水平有著諸多意義[1]。

化肥減施主要目的是為了改變當(dāng)前耕地的土壤環(huán)境，為農(nóng)作物生長(zhǎng)提供更加便利的條件，同時(shí)也是為了保證農(nóng)作物能夠循環(huán)在土地中生長(zhǎng)，持續(xù)增強(qiáng)農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。常用的減施化肥重要途徑就是將有機(jī)肥代替以往普通化肥。有機(jī)肥比普通化肥所蘊(yùn)含的營養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)更加豐富，更加有利于農(nóng)作物。同時(shí)也能夠有效改善當(dāng)?shù)赝寥乐兴N(yùn)含的酸堿度。另外通過生物技術(shù)所改變的有機(jī)肥使土壤中的微生物更加具有活力，保持土壤的透氣性，為冬小麥生長(zhǎng)以及其他農(nóng)作物的生長(zhǎng)創(chuàng)造有利環(huán)境，從而推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 生物技術(shù)在冬小麥種植過程中化肥減施的實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)材料應(yīng)用

以山東省棗莊市山亭區(qū)某農(nóng)作物耕田為例，根據(jù)相關(guān)分析顯示，當(dāng)?shù)馗锿寥乐饕院滞翞橹?，?dāng)?shù)仄骄鶜鉁爻Ｄ暝?9 度以上，年降水量在820 毫米左右，雖然降水較充足。但是在灌溉方面還存在一定缺陷，所實(shí)驗(yàn)的耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量大概在1.08%，氮物質(zhì)為0.89kg，磷物質(zhì)在 0.69 左右，鉀物質(zhì)在 18.89 左右[2]。

2.2 具體實(shí)驗(yàn)方法

當(dāng)?shù)卦趹?yīng)用生物技術(shù)時(shí)，通常具有四個(gè)處理階段。所使用的生物殺菌劑為木霉菌劑，有機(jī)肥采用的是億豐源牌有機(jī)肥。除了日常的處理方式外，冬小麥試驗(yàn)田的管理需要根據(jù)當(dāng)?shù)卦囼?yàn)田的日常管理情況進(jìn)行處理，實(shí)施科學(xué)施肥的管理手段，加強(qiáng)對(duì)雜草的清除，盡量減少人為灌溉方式的出現(xiàn)，具體處理方式如表1 所示。

表1 不同階段冬小麥?zhǔn)┓侍幚矸绞?/p>

從表1 中可以看出，各個(gè)階段都對(duì)復(fù)合肥的使用較多，對(duì)木霉菌劑以及有機(jī)肥的使用較少，需要加強(qiáng)注意。

2.3 具體測(cè)量方法

2.3.1 土壤測(cè)量方法

在測(cè)量之前，需要對(duì)土壤進(jìn)行采樣，當(dāng)小麥生長(zhǎng)到成熟階段并且可以收獲時(shí)，這時(shí)需要在試驗(yàn)田隨機(jī)選擇幾個(gè)不同的采樣點(diǎn)，然后在距離地面表層20 厘米左右的地方取土壤樣品，將存在的雜質(zhì)等去除掉，保證樣品的干凈程度，使分析結(jié)果更加具有準(zhǔn)確性。另外測(cè)定土壤有機(jī)物質(zhì)以及氮、磷、鉀含量時(shí)，可以按照其他的農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法進(jìn)行測(cè)定[3]。

2.3.2 冬小麥測(cè)量方法

冬小麥測(cè)量方法也有相關(guān)的要求，當(dāng)冬小麥處于拔節(jié)期以及灌漿期時(shí)，需要選擇無病蟲害以及生長(zhǎng)質(zhì)量較高的冬小麥，取下其中的幾個(gè)葉片后，需要代入到相關(guān)的儀器中再進(jìn)行分析。在進(jìn)行測(cè)量實(shí)驗(yàn)之前，將小麥葉片表面存在的雜質(zhì)清除掉，用吸水紙將表面存在的水分吸收掉，防止出現(xiàn)測(cè)量不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。然后去除葉脈混均，搗碎成直徑6 毫米左右的碎片，最后,再利用相關(guān)儀器對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行確定。

在對(duì)指標(biāo)分析的過程中，可以采用英斯基普法進(jìn)行測(cè)量，分析出冬小麥葉片的葉綠素含量，如果小麥葉片葉綠色含量符合農(nóng)業(yè)生長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)，說明當(dāng)?shù)赝寥赖姆柿^好。在分析完葉綠素的含量后，需要采用愈創(chuàng)木酚比色法去測(cè)量冬小麥葉片的過氧化物酶活性、采用硫化巴比妥酸反應(yīng)法去測(cè)量葉片二氨基甲烷的含量、采用紫外線測(cè)量法去分析葉片的過氧化氫酶、采用氯化三苯基法去分析小麥根系的活力，通常受化肥的影響，土壤肥力下降，導(dǎo)致小麥根系的活力受到影響，因此需要進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試。最后在采用三酮法去測(cè)量葉片的游離脯氨酸含量。如果上述分析后的指標(biāo)都達(dá)到了一定標(biāo)準(zhǔn)后，說明當(dāng)?shù)赝寥篮慷挤狭艘欢?biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而再采用相關(guān)的生物技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)。

3 對(duì)生物技術(shù)應(yīng)用的具體分析

3.1 不同施肥步驟對(duì)冬小麥產(chǎn)量以及土壤的影響

當(dāng)冬小麥開始成熟后，需要開始對(duì)小麥進(jìn)行四種不同階段的施肥處理，使小麥產(chǎn)量以及土壤中存在的營養(yǎng)物質(zhì)含量發(fā)生明顯變化，具體變化的效果如表2以及表3 所示。

表2 不同階段小麥產(chǎn)量指標(biāo)變化

表3 不同階段土壤營養(yǎng)物質(zhì)含量變化

從表1 和2 可以看出，第二階段和第三階段相比于其他階段產(chǎn)量能夠有效提高，并且在第二階段處理中，土壤中的氮、磷、鉀含量都處于最低值，這是因?yàn)榈诙幚磉^程中土壤三種元素的輸入量最低，再加上木霉菌劑的使用使得土壤中的結(jié)合態(tài)氮磷元素發(fā)生明顯變化，開始朝著破解氮以及速效磷形態(tài)發(fā)生改變，進(jìn)一步降低了氮磷的總量。另外在經(jīng)過相關(guān)的研究數(shù)據(jù)后可以得知，第二階段處理效果也是最佳，在降低土壤氮?dú)夂恳约傲缀坑兄用黠@的效果，不斷減少土壤中的氮磷總量，繼續(xù)增強(qiáng)了木霉菌劑的使用效果，繼續(xù)朝著氮磷形態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。在第三處理階段中，雖然降低了對(duì)復(fù)合肥的使用,但是所使用的有機(jī)肥含有大量的氮磷鉀元素，對(duì)氮磷的釋放效果不夠明顯。而在對(duì)冬小麥進(jìn)行收割后，第三處理階段中破解氨、速效磷以及速效鉀的含量最低，因此需要特別注意，盡量讓氮、磷、鉀元素都能夠符合一定標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到良好的處理效果[4]。

3.2 不同施肥處理中小麥生理指標(biāo)變化

3.2.1 過氧化物酶和過氧化氫酶的活性變化

過氧化物酶和過氧化氫酶一般通過二氧化碳清除的方式，使小麥農(nóng)作物中的膜脂發(fā)生氧化效果，進(jìn)一步延長(zhǎng)冬小麥的生長(zhǎng)壽命，延緩農(nóng)作物的衰老現(xiàn)象。從生物學(xué)的角度來看，過氧化物酶以及過氧化氫酶活性度的高低在很大程度上影響著冬小麥細(xì)胞的抗衰老能力。根據(jù)相關(guān)研究可以看出，由于各個(gè)處理階段的處理方式有所不同，使得過氧化物酶和過氧化氫酶活力的活性存在很大差異。但是在冬小麥拔節(jié)期和灌漿期的變化卻能夠保持一致，具有相同屬性。除了第三階段的施肥處理，其他階段中的施肥處理都集中體現(xiàn)在拔節(jié)期以及灌漿期，過氧化物酶以及過氧化氫酶的活性更加突出體現(xiàn)。另外通過實(shí)驗(yàn)研究可以得出，在冬小麥拔節(jié)期間，不同階段的過氧化物酶和過氧化氫酶活性處理效果順序?yàn)榈诙A段＞第一階段＞第四階段＞第三階段。通過該活性處理效果順序可以看出木霉菌劑使用具有較好的效果，可以刺激拔節(jié)期內(nèi)小麥植株的活性。在灌漿期內(nèi)不同施肥處理階段對(duì)小麥活性處理有著較大差異，第二階段和第四階段的活性效果要明顯高于第一和第三階段。通過生物技術(shù)改造下的有機(jī)肥加入可以提高過氧化物酶以及過氧化氫酶的活性，并且活性效果要始終高于拔節(jié)期。雖然木霉菌劑的使用不能刺激兩種酶的活性程度，但是卻可以使兩種酶的活性程度始終保持在較高的水平，從而繼續(xù)延長(zhǎng)冬小麥的生長(zhǎng)周期，延緩衰老過程。

通過對(duì)過氧化物酶和過氧化氫酶活性變化可以看出，在減少對(duì)復(fù)合肥使用的同時(shí)需要添加有機(jī)肥以及木霉菌劑。其目的是維持兩種酶的活性，防止冬小麥?zhǔn)艿交钚匝醯那趾Γ档投←湹纳L(zhǎng)效率，同時(shí)為了進(jìn)一步增強(qiáng)活性氧自由基的清除能力，控制小麥葉片的膜脂過氧化水平，提升小麥后期增長(zhǎng)的活性程度[5]。

3.2.2 脯氨酸與丙二醛含量變化

脯氨酸可以調(diào)節(jié)有機(jī)物質(zhì)的滲透程度，進(jìn)一步提高小麥葉片細(xì)胞的保水能力，使膜脂結(jié)構(gòu)能夠更加穩(wěn)定。通過以上表格數(shù)據(jù)可以看出在灌漿期內(nèi)，小麥植株的游離脯氨酸含量要明顯高于拔節(jié)期的含量，而在灌漿期第二階段的施肥處理中，要明顯低于第一階段和第四階段的脯氨酸含量。造成這一現(xiàn)象的主要原因是木霉菌劑的過量使用，雖然極大降低了小麥植株的衰老過程，提升了生長(zhǎng)壽命，但是卻減少了脯氨酸的合成效率，使得小麥生長(zhǎng)質(zhì)量可能受到一定影響。

丙二奎是指小麥在一定生長(zhǎng)環(huán)境下葉片表面細(xì)胞膜脂的過氧化產(chǎn)物，如果不稍加注意的話，很有可能導(dǎo)致小麥葉片的膜結(jié)構(gòu)和酶活性受到影響，降低小麥葉片的過氧化水平，影響小麥的生長(zhǎng)質(zhì)量。從上述數(shù)據(jù)可以看出小麥植株在拔節(jié)期內(nèi)丙二奎的含量不會(huì)發(fā)生明顯變化，但是一旦進(jìn)入到灌漿期，小麥植株內(nèi)的丙二奎含量會(huì)大大提升，這時(shí)需要注意加強(qiáng)對(duì)木霉菌劑量的使用，除了能夠抑制住小麥的衰老期，同時(shí)也會(huì)有效控制住植株內(nèi)的自由基含量，使細(xì)胞膜的表面結(jié)構(gòu)能夠更加完整，刺激各種酶的活性。

3.2.3 小麥葉片葉綠素含量與小麥根系活力強(qiáng)度變化

小麥葉綠素是影響小麥衰老的重要生理指標(biāo)之一，通常在拔節(jié)期內(nèi)，小麥葉綠素含量要明顯高于灌漿期內(nèi)，這是因?yàn)榘喂?jié)期內(nèi)和灌漿期內(nèi)施肥處理方法不同，導(dǎo)致葉綠素含量有所不同，如果在此期間發(fā)生較大的差異，并且小麥葉綠素含量出現(xiàn)了明顯的下滑，葉片表面出現(xiàn)泛黃現(xiàn)象，這時(shí)需要加強(qiáng)對(duì)木霉菌劑的使用，不僅能使小麥葉片葉綠素含量有所增加，同時(shí)對(duì)小麥的增長(zhǎng)起到促進(jìn)作用，延緩小麥葉片的衰老過程。另外從相關(guān)實(shí)驗(yàn)可以看出，木霉懸孢子浮液具有較強(qiáng)的效果，能夠有效大幅度提高各種農(nóng)作物的葉綠素含量，其中包括小麥種植物。

在拔節(jié)期內(nèi)和灌漿期內(nèi)，第二階段和第四處理階段后的小麥根系活力要明顯高于第一階段和第三階段。其中效果最明顯的就是哈茨木霉發(fā)酵產(chǎn)物的應(yīng)用，這種發(fā)酵產(chǎn)物可以明顯提高小麥葉片葉綠素的含量，進(jìn)一步增強(qiáng)根系活力。這是因?yàn)楫?dāng)小麥根系定植后，木霉可以有效改善小麥根系環(huán)境，同時(shí)為植物根系提供黃酮等營養(yǎng)物質(zhì)，這些營養(yǎng)物質(zhì)能夠有效促進(jìn)根系的增長(zhǎng)。另一方面有機(jī)肥的添加使用也積極促進(jìn)了小麥的生長(zhǎng)，使得小麥葉片的葉綠素含量和根系活力都處于一種較高的水平。

4 生物技術(shù)在冬小麥種植過程中達(dá)到減施增效效果的具體措施

4.1 利用生物技術(shù)去補(bǔ)充小麥所需要的營養(yǎng)物質(zhì)

冬小麥產(chǎn)量的高低不僅與自身質(zhì)量有著很大關(guān)系，同時(shí)和當(dāng)?shù)胤N植區(qū)域的土壤肥力有著直接關(guān)系。尤其是在灌漿期的生長(zhǎng)過程中對(duì)小麥產(chǎn)量有著很大影響。如果在灌漿期內(nèi)缺乏營養(yǎng)物質(zhì)的輸送，會(huì)直接導(dǎo)致小麥生長(zhǎng)質(zhì)量受到極大影響，產(chǎn)量會(huì)逐漸降低。因此需要相關(guān)的生物技術(shù)去補(bǔ)充小麥生長(zhǎng)過程中所欠缺的營養(yǎng)物質(zhì)。首先可以利用植物天然的光合作用去刺激土壤中存在的活性元素。其次是減少對(duì)復(fù)合肥的使用，以往種植戶對(duì)復(fù)合肥的大量使用導(dǎo)致土壤肥力下降，不僅影響了小麥本身的生長(zhǎng)質(zhì)量，同時(shí)對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成了進(jìn)一步的破壞。為此相關(guān)研究人員需要加強(qiáng)科研力度，充分發(fā)揮生物技術(shù)本身所帶來的優(yōu)勢(shì)，并且對(duì)天然有機(jī)肥和無機(jī)肥按照一定的比例進(jìn)行混合使用，逐漸降低對(duì)復(fù)合肥的使用程度，加強(qiáng)對(duì)有機(jī)肥的使用概率。最后利用生物技術(shù)可以在種植土壤上適當(dāng)增加一些氮元素以及磷元素，這些元素對(duì)小麥的生長(zhǎng)都有積極作用，有利于加強(qiáng)對(duì)病蟲害的抵抗能力。

4.2 加強(qiáng)對(duì)木酶和化肥的有機(jī)結(jié)合

木酶的使用可以提升土壤中氮元素以及磷元素的含量，并且保證植株更容易被吸收，在一定程度上提升了化肥的效果，使小麥能夠快速汲取化肥中的營養(yǎng)物質(zhì)，加快生長(zhǎng)效率，提升生長(zhǎng)質(zhì)量。有機(jī)肥料的使用能夠使小麥快速補(bǔ)充所需用的氮元素以及磷元素，提升對(duì)這種兩種元素的吸收能力。通過對(duì)兩者有機(jī)結(jié)合，能夠使小麥處于一種緩慢的生長(zhǎng)過程中，同時(shí)緩慢補(bǔ)充所需要的營養(yǎng)物質(zhì)。這種有機(jī)結(jié)合的方式不僅能夠提升小麥的生長(zhǎng)質(zhì)量，同時(shí)也能夠降低化肥的使用頻率，防止對(duì)小麥根部造成損害。對(duì)改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，提升小麥生長(zhǎng)質(zhì)量，促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展具有非凡的意義。

5 結(jié)語

綜上所述，本文主要對(duì)生物技術(shù)在冬小麥種植過程中的化肥減施增效作用進(jìn)行分析研究。通過相關(guān)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)可以看出，生物技術(shù)在化肥減施增效方面有著非常好的效果。要想提升冬小麥的產(chǎn)量與生長(zhǎng)質(zhì)量，需要通過生物技術(shù)進(jìn)行改善，增強(qiáng)對(duì)生物酶和有機(jī)肥的使用，代替以往化肥添加的現(xiàn)象，在滿足小麥生長(zhǎng)需要的同時(shí)，進(jìn)一步改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，最終確保實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。