硼肥和保水劑配施對甜菜硼吸收利用的影響

關(guān)鍵詞：甜菜；硼肥；保水劑；硼吸收利用

硼是大多數(shù)植物正常生長所必需的微量元素［1］。細胞中的硼有90％以上存在于細胞壁，與細胞中含順式羥基的碳水化合物和糖蛋白結(jié)合形成硼酯，參與細胞壁物質(zhì)的合成。硼在細胞膜上的含量雖比細胞壁少，但它在維持離子吸收方面起著關(guān)鍵作用，影響細胞膜的穩(wěn)定性［2］。此外，植物代謝如碳水化合物代謝、氮代謝、酚代謝以及植物繁殖和抗性等方面均與硼關(guān)系密切［3］。

土壤中多數(shù)硼難以被植物直接吸收利用，通常把少數(shù)可以被利用的水溶態(tài)硼當作有效硼［4］。溫度、水分、濕度、初始硼濃度、土壤pH值、交換性離子類型和數(shù)量、土壤類型等外部環(huán)境因素中，植物可吸收的硼與土壤水分關(guān)系尤為密切［5］。Moraghan［6］指出硼是干旱條件下植物最容易缺乏的營養(yǎng)元素。Scott［7］等認為干旱降低土壤溶液的流動性，造成硼的擴散作用下降。保水劑具有吸水及保水能力強的特點［8］，配合肥料使用可降低養(yǎng)分淋失，提高土壤水分、養(yǎng)分的有效性及水肥利用率，促進作物生長［9］。然而目前硼肥主要作為葉面肥使用，很少直接施用在土壤中，保水劑能否促進土壤中硼肥吸收尚不清楚。

甜菜是我國北方重要的糖料作物之一［10］。甜菜需硼量大且對硼敏感［11］，生育前期缺硼分生組織的細胞分化過程受到阻礙形成心腐?。?2］，生育后期缺硼影響蔗糖的合成與運轉(zhuǎn)［13］。新疆作為中國甜菜優(yōu)勢主產(chǎn)區(qū)之一，甜菜產(chǎn)量不斷增加，而土壤中硼含量逐漸降低。同時，新疆石灰性土壤和堿性土壤中硼的利用率較低，硼成為限制該區(qū)甜菜產(chǎn)量的主要因子之一。能否利用滴灌水肥一體化的技術(shù)優(yōu)勢，將硼肥和保水劑隨水滴施，在減少葉噴成本的同時保證硼肥利用率，對于指導新疆滴灌甜菜栽培具有重要意義。為此，本文以甜菜品種‘Beta796’和‘ST13092’為材料，通過硼肥和保水劑配施試驗明確其對甜菜硼利用效率和產(chǎn)量的影響，對于指導新疆滴灌甜菜硼肥利用提供支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2022年4月～10月在新疆農(nóng)科院瑪納斯農(nóng)業(yè)試驗站進行（86°26′E，44°31′N），瑪納斯屬于溫帶大陸性干旱半干旱氣候，無霜期165～172d，生育期平均降水量167.2mm。試驗區(qū)土壤類型為沙壤土，0～60cm耕層土壤全氮為0.98g·kg-1，速效磷21mg·kg-1，速效鉀146mg·kg-1，堿解氮75mg·kg-1，土壤有機質(zhì)為14.25g·kg-1，pH值為8.16，前茬作物為小麥。

1.2 試驗設計

采用裂區(qū)設計，以施硼量為主區(qū)［包括施硼量0kg·hm-2（M0）、1.2kg·hm-2（M1）、2.4kg·hm-2（M2）、4.8kg·hm-（2M3）］，保水劑為副區(qū)［包括保水劑施用量0kg·hm-（2Z0）、75kg·hm-（2Z1）］，每個處理重復三次。使用高糖型甜菜品種‘Beta796’和標準型甜菜品種‘ST13092’為試驗材料。硼肥使用分析純的硼酸（H3BO3），由北京化工廠生產(chǎn)。保水劑由課題組研制（發(fā)明專利號CN105801297），由聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、硫酸錳等合成高分子化合物，具有保水、緩釋、改善土壤結(jié)構(gòu)等功效。硼肥和保水劑于出苗后45d隨水滴施。

采用大田控制試驗，小區(qū)長7m，寬4m，共16個處理，各處理重復3次，小區(qū)間設置1m保護行。采用1管1行的滴灌模式，株行距配置為50cm×18cm（行距50cm，株距18cm）。N、P2O5和K2O施用量分別為150kg·hm-2、147kg·hm-2和105kg·hm-2，于播種前做基肥一次性施入。甜菜于2022年4月18日播種，4月21日滴出苗水52mm，4月28日出苗，10月10日收獲測產(chǎn)。各小區(qū)的其他管理一致。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 植株樣品的采集與處理 于出苗后75d和出苗后165d，各處理采集3株長勢一致有代表性的甜菜植株，分不同器官（葉片、葉柄、塊根）裝袋并標記，將樣品放在烘箱中105℃殺青30min后于75℃烘干至恒重。烘干后稱量各器官干重，再用粉樣機粉碎后過0.15mm篩，處理完成的樣品裝于自封袋中備用。

1.3.2 植株硼含量的測定 稱取0.200g甜菜烘干樣品于聚四氟乙烯消煮管中，加入7mL濃硝酸和2mL濃鹽酸過夜，上消煮爐慢升溫至消150℃至微沸。消解反應趨于穩(wěn)定后，調(diào)解消煮爐溫度為170℃消煮3h，開蓋趕酸至2～3mL。用超純水將消煮液轉(zhuǎn)入聚乙烯塑料瓶中，定容至50mL，待測，后用等離子體發(fā)射光譜儀測定。

硼積累量（mg·株-1）=硼含量（mg·kg-1）×干物質(zhì)量（kg·株-1）［14］

硼肥表觀利用率（%）=（施硼處理植株吸硼量-不施硼處理植株吸硼量）/硼肥施入量×100［15］1.3.3產(chǎn)量及產(chǎn)糖量的測定在甜菜收獲期拔出塊根后削去青頭，每處理選取2m2面積全部采收稱重測產(chǎn)，重復3次。含糖率使用糖度計（ATAGO，Japan）測量錘度值，產(chǎn)糖量為在采用糖度計測定甜菜的可溶性固形物含量后與產(chǎn)量的乘積，計算公式為：

含糖率（%）=錘度值×0.83［16］

產(chǎn)糖量（t·hm-2）=產(chǎn)量×含糖率［16］

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel2010（MicrosoftOffice）和SPSS25.0（IBMStatistics）進行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計分析，使用Duncan法進行數(shù)據(jù)差異顯著性檢驗（Plt;0.05），利用Origin2022進行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 硼肥和保水劑配施對甜菜不同器官硼含量的影響

甜菜硼含量隨施硼量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，M2處理的甜菜硼含量較其他處理提高8.85%～45.23%。與不施用保水劑相比，施用保水劑后甜菜硼含量提高10.25%～22.85%。與‘ST13092’相比，‘Beta796’甜菜硼含量提高1.86%～7.43%。葉叢期和收獲期甜菜各器官硼含量及其占比均表現(xiàn)為葉片gt;葉柄gt;塊根。隨著生育時期的推進，收獲期葉片硼含量上升，葉柄和塊根硼含量均下降，其中葉片硼含量占比提高4%～9%，葉柄和塊根硼含量占比分別降低2%～7%和1%～4%（圖1）。

2.2 硼肥和保水劑配施對甜菜不同器官硼積累量的影響

甜菜硼積累量隨施硼量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，M2處理的甜菜硼積累量較其他處理提高12.57%～93.67%。與不施用保水劑相比，施用保水劑后甜菜硼積累量提高19.87%～42.92%。與‘ST13092’相比，‘Beta796’甜菜硼積累量提高3.46%～9.91%。葉叢期甜菜各器官硼積累量表現(xiàn)為葉片gt;葉柄gt;塊根，收獲期表現(xiàn)為塊根gt;葉片gt;葉柄。隨著生育時期的推進，收獲期葉片和葉柄硼積累量均上升，塊根硼積累量下降，其中葉片和葉柄硼積累量占比分別降低8%～19%和3%～7%，塊根硼積累量占比提高14%～24%（圖2）。

2.3 硼肥和保水劑配施對甜菜硼肥表觀利用率的影響

隨著生育時期的推進，收獲期甜菜硼肥表觀利用率高于葉叢期。甜菜硼肥表觀利用率隨施硼量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，表現(xiàn)為M2gt;M1gt;M3。施用保水劑后，葉叢期和收獲期植株硼肥表觀利用率較不施加保水劑分別提高32.04%～46.44%和31.36%～40.73%。與‘ST13092’相比，‘Beta796’的硼肥表觀利用率提高2.52%～21.30%（圖3）。

2.4 硼肥和保水劑配施對甜菜含糖量和產(chǎn)量的影響

施用硼肥能顯著提高兩甜菜品種的含糖率、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量，且隨施硼量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，整體表現(xiàn)為M2gt;M3gt;M1gt;M0。M2處理的甜菜含糖率、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量相比其他處理分別提高2.92%～13.92%、3.25%～13.80%和5.00%～25.67%。施用保水劑后甜菜含糖率、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量較不施保水劑分別提高1.92%～6.05%、3.47%～5.79%和4.44%～12.22%。與‘ST13092’相比，‘Beta796’品種的含糖率、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量分別提高1.62%～11.05%、0%～5.18%和3.96%～12.05%（圖4）。

基于不同施硼水平對含糖率、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量進行回歸擬合表明，施加保水劑條件下，當硼肥使用量為3.5kg·hm-2時，‘Beta796’和‘ST13092’含糖率分別達到最大值16.39%和16.30%。當硼肥使用量為3.1kg·hm-2時，‘Beta796’和‘ST13092’產(chǎn)量分別達到最大值121.77t·hm-2和117.78t·hm-2。當硼肥使用量為3.3kg·hm-2時，‘Beta796’和‘ST13092’產(chǎn)糖量分別達到最大值19.99t·hm-2和19.10t·hm-2。不施保水劑條件下，當硼肥使用量分別為3.5kg·hm-2和3.3kg·hm-2時，‘Beta796’和‘ST13092’的含糖率分別達到最大值15.92%和15.44%。當硼肥使用量分別為3.4kg·hm-2和2.8kg·hm-2時，‘Beta796’和‘ST13092’的產(chǎn)量分別達到最大值115.72t·hm-2和113.07t·hm-2。當硼肥使用量分別為3.5kg·hm-2和3.1kg·hm-2時，‘Beta796’和‘ST13092’的產(chǎn)糖量分別達到最大值18.42t·hm-2和17.44t·hm-2。

3 討論

本研究結(jié)果表明葉叢期甜菜各器官硼積累量表現(xiàn)為葉片gt;葉柄gt;塊根，而收獲期表現(xiàn)為塊根gt;葉片gt;葉柄。宋柏權(quán)等研究表明同一硼素供給水平條件下，甜菜植株不同器官硼素含量表現(xiàn)為成熟葉片gt;幼葉片gt;成熟葉柄gt;幼嫩葉柄gt;根［17］。李鳴鳳等研究表明不同形態(tài)硼處理下棉花硼含量和累積分配比例均為葉gt;莖gt;根［18］。本研究與前人結(jié)果略有不同，一方面植物體內(nèi)硼含量變幅很大，含量在2～100mg/kg，通常繁殖器官高于營養(yǎng)器官［19］，雙子葉植物高于單子葉植物［20］。另一方面，可能與取樣時間以及收獲器官有關(guān)。甜菜生育時期長達150d，隨著生育時期的推進，甜菜生長中心逐漸從地上部分轉(zhuǎn)移至地下塊根，葉片和葉柄硼積累量有所下降，塊根硼積累量顯著增加。

本研究將硼肥隨水滴施后，甜菜硼含量和不同器官硼積累量隨著施硼量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。在硼肥施用方式上，前人多采用葉噴或者作為基肥一次性施用，其中葉片噴施硼肥能迅速提高甜菜葉片中硼元素含量［21］，硼肥全部基施后油菜各部位的硼含量基本上隨著施硼量的增加而不斷提高［22］。本試驗結(jié)果中甜菜硼肥表觀利用率在M2處理達到最大，進一步增加施硼量后硼肥表觀利用率降低，這與朱蕓等［23］在油菜上得到的結(jié)論基本一致，可能與適量施硼可顯著提高甜菜光合性能，過量施用硼肥會導致硼中毒，降低光合性能，抑制甜菜植株生長有關(guān)［24］。張曉文等［25］也發(fā)現(xiàn)，0和1250μmol·L-1硼濃度出現(xiàn)了不同程度的抑制，表現(xiàn)為植株矮小，葉片卷曲，而在50μmol·L-1硼濃度下，甜菜的各項生理指標達到最優(yōu)。

在我國西北地區(qū)，氮和硼是甜菜產(chǎn)量的最主要限制因子，各元素對甜菜產(chǎn)量的限制依次為Ngt;Bgt;Pgt;Kgt;Zn［26］。本研究結(jié)果表明，施硼顯著提高甜菜產(chǎn)量和含糖率，且施加保水劑后進一步提高效果。這可能由于硼參與了甜菜碳水化合物的合成、轉(zhuǎn)化和運輸，從而提高甜菜產(chǎn)量和含糖量［27］。此外，Cordeiro等［28］發(fā)現(xiàn)施硼能提高棉花產(chǎn)量。姜存?zhèn)}等［29］發(fā)現(xiàn)施用硼肥防治江西贛南臍橙葉片黃化，使臍橙增果增產(chǎn)。Khuong等［30］發(fā)現(xiàn)芝麻葉片噴施硼對其生長、產(chǎn)量和含油量有積極的影響，能促進植株的生長，提高植株的株高、葉數(shù)和色素含量，提高莢果數(shù)和含油量。此外，不施保水劑條件下，‘Beta796’品種的最適施硼量均高于‘ST13092’品種，施加保水劑后兩品種的最適施硼量基本一致，可能與‘Beta796’甜菜品種對硼更加敏感有關(guān)，這從本試驗中‘Beta796’和‘ST13092’品種的硼肥表觀利用率分別為9.20%～30.15%和8.98%～28.85%也可以得到證明，而保水劑有利于彌補硼肥利用率在品種間的差異。

4 結(jié)論

干旱區(qū)滴灌條件下，硼肥（3.1～3.5kg·hm-2）與保水劑（75kg·hm-2）在葉叢期配施，可以顯著提高甜菜硼積累量和硼肥表觀利用率，具有較好的增產(chǎn)增糖作用。