腐殖酸耦合性對河套灌區鹽堿地向日葵生長及光合特性的影響

郝水源， 李林虎， 蘇曉東， 閆素珍， 苗三明， 王慧敏， 蘇　康

(1.河套學院，內蒙古巴彥淖爾 015000； 2.內蒙古自治區巴彥淖爾市臨河區農業綜合開發辦，內蒙古巴彥淖爾 015000；3.內蒙古自治區巴彥淖爾市科技信息研究所，內蒙古巴彥淖爾 015000； 4.內蒙古自治區巴彥淖爾市臨河區農業局，內蒙古巴彥淖爾 015000；5.內蒙古自治區巴彥淖爾市植保植檢站，內蒙古巴彥淖爾 015000； 6.內蒙古環農腐殖酸研究院，內蒙古巴彥淖爾 015000)

內蒙古河套灌區是我國重要的商品糧生產基地，也是我國主要的向日葵生產基地，2016年其播種面積為30萬hm2左右，約占河套灌區總播種面積的60%[1]。然而當地鹽漬化耕地面積約為39.4萬hm2，占耕地總面積的 68.65%，土壤鹽堿脅迫影響植物蛋白質合成、呼吸作用、光合作用以及能量代謝等，是目前制約作物產量的主要逆境因素之一[2]。因此，土壤鹽堿化成為制約該地區作物可持續發展的主要因素之一。

近年來，河套灌區向日葵生產化肥施用量過高而極少使用有機肥料，從而造成了土壤板結嚴重[2]。礦源性腐殖酸主要存在于褐煤中，是結構復雜的一組天然高分子物質，能通過根、莖和葉進入植物體，對植物生長有明顯的刺激作用，從而提高植物的抗旱、抗低溫和抗病能力[3]。腐殖酸的作用逐漸被人們所認識，在農業生產上逐漸得到應用[4]。靳永勝等以菠菜和小油菜為材料對9種腐殖酸葉面肥的應用效果進行研究，結果指出腐殖酸能促進菠菜和小油菜的生長發育和品質[5]；柳洪鵑等研究了腐殖酸能提高食用型甘薯塊根可溶性糖含量的內在生理基礎[6]。然而，礦源性腐殖酸對河套灌區調控鹽堿脅迫下向日葵生育調控效應機理的研究報道較少。因此，本研究以向日葵主栽品種SH363為研究材料，分析不同肥料耦合下向日葵葉片葉面積指數、葉片光合參數、向日葵干物質累積特性和產量的變化，最終得出其最佳肥料耦合方式，為向日葵標準化生產和栽培提供技術支撐和理論依據。

1　材料與方法

1.1　試驗地情況

試驗基地選擇在內蒙古巴彥淖爾市臨河區狼山鎮河套學院教學農場，位于海拔1 054～1 020 m，為溫帶大陸性氣候，光熱資源豐富，氣候干燥，降雨稀少，晝夜溫差大，年太陽總輻射量146～152 kJ/cm2，全年日照時數3 210.8～3 305.8 h，無霜期127～135 d，≥10 ℃有效積溫2 876～3 221 ℃，年均氣溫6.1～7.6 ℃，日平均氣溫13～14 ℃，年降水量150 mm，年均蒸發量2 200 mm。試驗田土壤為灌淤土，耕作前0～20 cm土壤基礎理化性狀為：(1)土壤容重1.27 g/cm3；(2)有機質含量9.6 g/kg；(3)全氮含量0.89 g/kg；(4)速效磷含量 18.5 mg/kg；(5)速效鉀含量92.4 mg/kg；(6)pH值7.7。

1.2　試驗設計

本試驗供試品種為當地向日葵主推品種SH363。試驗采用大區試驗，不設重復，總面積1 hm2，地塊東西走向，試驗設計F+C、E+C、G+C、F+HA、E+HA和G+HA共6個處理，其中，F、E和G分別為45%復合肥525 kg/hm2、磷酸二銨 375 kg/hm2和功能肥375 kg/hm2，結合播種分層以種肥的形式施入土壤；C和HA分別為46%尿素375 kg/hm2和礦源性液態腐殖酸150 kg/hm2，現蕾期施入，其他管理措施與當地豐產向日葵田相同(表1)。覆膜播種機播種，1膜2行，大小行種植，大行80 cm，小行40 cm，株距50 cm，種植密度約 33 000株/hm2。

1.3　測定項目與方法

1.3.1葉面積指數的測定2016年于向日葵幼苗期(6月20日)、現蕾期(7月10日)、盛花期(8月10日)、成熟期(9月20日)，用打孔法測定葉面積，并計算葉面積指數[7]。

表1　向日葵施肥試驗設計方案

1.3.2光合參數的測定2016年，利用美國Li-COR公司生產的Li-6400光合儀在向日葵各生育期進行光合參數的測定，時間為09：00—11：00。由于各處理生育期相差3～5 d，因此在各個時期連續測定3 d，取平均值作為該時期光合參數，測定參數主要包括凈光合速率Pn、蒸騰速率Tr、氣孔導度Gs和胞間CO2濃度Ci，測定時使用LED(紅藍光源)和二氧化碳混合器，內置光照設定為 800 μmol/(m2·s)，CO2濃度設定為400 μmol/mol，溫度為 25 ℃。每個小區選取長勢一致的向日葵3株，在每株第1片完全展開葉的中間部位測定，每片葉讀數5次，取15次平均結果。

1.3.3產量及干物質的測定收獲期，在各個區選取40 m2進行實收測產，曬干后去除雜質，折算成產量，在每區隨機取10株向日葵進行考種，測量向日葵盤徑、單盤粒質量、百粒質量、空秕率和葉片數等，于105 ℃恒溫箱中殺青30 min，而后將溫度降至60 ℃烘干至恒質量，計算干物質量。

1.4　統計分析

本研究利用Excel 2011和SPSS 17.0(SPSS Inc.，Chicago，IL，US)軟件對數據進行處理和統計分析，圖表采用Excel 2011和Sigmaplot 12制作。

2　結果與分析

2.1　不同施肥處理對向日葵葉面積指數的影響

由表2可知，不同施肥處理對向日葵各生育時期的葉面積指數存在顯著影響。苗期，各處理向日葵葉面積指數表現為F+C處理和F+HA處理顯著高于其他處理，表明速效氮肥是影響苗期葉面積指數的最重要因素之一?，F蕾期，各施肥處理之間葉面積指數差異不顯著。盛花期，各施肥處理葉面積指數都達到最大值，其中G+HA處理葉面積指數增加至5.49。成熟期，各施肥處理葉面積指數開始下降，其中F+HA處理下降的幅度最大，原因在于后期脫肥早衰，從而導致葉片黃化嚴重。腐殖酸處理(G+HA、E+HA和 F+HA)的葉面積指數均高于尿素追肥處理(G+C、E+C和F+C)，表明腐殖酸能顯著提高向日葵葉面積指數，其中以G+HA處理的葉面積指數最大，為1.76，顯著高于其他處理(P<0.05)，表明功能肥和腐殖酸的耦合有利于葉面積指數的增加。

2.2　不同施肥處理對向日葵葉片葉光合特性的影響

由圖1-a可知，各處理的向日葵葉片凈光合速率在各個生育期內變化趨勢一致，苗期到現蕾期葉片凈光合速率變化不明顯，盛花期葉片凈光合速率急劇上升，達到峰值，介于40.53～50.23 μmol/(m2·s)之間，但處理之間差異不顯著。成熟期，腐殖酸處理(G+HA、E+HA和F+HA)葉片凈光合速率較尿素追肥處理(G+C、E+C和F+C)有不同程度的提高，其中以G+HA處理葉片凈光合速率最大，較處理 F+C 提高了34.2%，差異達顯著水平(P<0.05)。圖1-b和圖1-c 中，向日葵葉片氣孔導度和蒸騰速率在各生育期內變化趨勢一致，即苗期到現蕾期，數值逐漸下降，到盛花期又逐步上升到最大值，收獲期逐漸下降。不同處理的差異主要體現在幼苗期和收獲期，幼苗期，F+C處理和F+HA處理氣孔導度和蒸騰速率數值較其他處理平均提高了26.1%～54.6% 和25.7%～39.5%，而在收獲期G+HA處理開始增加，較其他處理提高了9.7%～41.9%和19.0%～46.8%。圖1-d中，從幼苗期到成熟期，各施肥處理的向日葵葉片胞間CO2濃度隨著發育天數的增加而增加，處理之間均表現為G+HA處理最高，收獲期達到最大值289.12 μmol/mol。

表2　不同施肥處理對不同生育期向日葵葉面積指數的影響

注：同列后標有不同小寫字母表示在0.05水平下差異顯著。下表同。

2.3　不同施肥處理對單株干物質積累特性的影響

表3顯示了不同施肥處理下向日葵單株干物質積累特性。不同施肥處理最終干物質積累量表現為G+HA>E+HA>F+HA>G+C>E+C>F+C，表明腐殖酸與功能肥料耦合處理能夠顯著提高向日葵干物質積累量，而且腐殖酸的功能效用顯著大于尿素。其中，腐殖酸的施用較尿素而言，顯著提高了向日葵發育期的干物質直線增長速率，G+HA處理的干物質直線增長速率最大，為14.12 g/(m2·d)，較F+C處理顯著提高了54%。從最大速率出現的時間上來看，腐殖酸與其他肥料耦合較尿素耦合處理推遲了生育期內干物質積累的最大速率出現時間。從直線拐點來看，腐殖酸與其他肥料耦合相比都有不同程度的推后，其中G+HA處理延長的時間最多，為2 d。直線增長期內干物質積累量表現為G+HA>E+HA>F+HA>G+C>E+C>F+C，這和生育期內向日葵干物質的積累速率和積累時間有直接關系。

2.4　不同施肥處理對向日葵產量的影響

由表4可見，不同肥料耦合處理對向日葵盤徑大小、單盤粒質量、百粒質量、空秕率、葉片數、產量等影響表現不同。向日葵實際產量為G+HA>E+HA>F+HA>G+C>E+C>F+C，腐殖酸追肥處理較尿素追肥處理實際產量提高了14.3%～16.4%，表明腐殖酸有利于向日葵產量的提高。G+HA 處理實際產量最高，達到4 713.41 kg/hm2，較 F+C 處理顯著提高了29.8%(P<0.05)。在產量構成因素上，腐殖酸處理(G+HA、E+HA和F+HA)單盤粒質量和百粒質量顯著高于尿素追肥處理(G+C、E+C和F+C)，增幅分別介于8.1%～14.5%和4.8%～6.2%之間，其中以G+HA處理的單盤粒質量和百粒質量最大，較F+C處理分別提高了20.9%和10.5%，差異呈顯著水平(P<0.05)，腐殖酸的施入降低了向日葵空秕率，降低幅度達到7.7%，其中G+HA處理的空秕率最小，較F+C處理降低幅度達到13.9%。其他構成因素例如盤徑和葉片數的差異均未達到5%顯著水平。

表3　不同施肥處理對向日葵單株干物質積累特性的影響

表4　不同施肥處理對向日葵產量及產量構成因素的影響

3　結論與討論

植物的生長依賴于葉片的光合作用，其生長的實質是光合產物的積累及干物質轉化的過程，這一過程不但受到植物體本身的遺傳特性影響，同時也受環境因素的制約[8]。本研究的結果表明，腐殖酸與功能肥耦合處理能夠提高向日葵葉片生育期內光合速率、蒸騰速率和氣孔導度。腐殖酸能夠刺激植物體內一些主要酶類如CAT、SOD、多酚氧化酶和轉化酶等活性的增強，提高作物的新陳代謝能力[9]。但是腐殖酸對其他作物的光合作用影響存在差異，丁鐘榮研究的腐植酸(主要是黃腐酸)能夠縮小菊花葉片的氣孔開張度，降低蒸騰速率，腐殖酸影響光合作用的內在機理還需要進一步研究[10]。葉面積指數也反映了光合作用氣體交換的作用面積，是與生產力相關的一個重要量度。葉面積指數過小，植株群體沒有足夠的綠色葉片來吸收光能，引起漏光損失，致使光能利用率低[11]。本試驗結果表明，腐殖酸耦合處理的向日葵葉面積指數較其他處理有顯著提高，該研究結果與前人研究結果[12]一致。

腐殖酸與功能肥搭配使用可以明顯提高肥料利用率，增加干物質積累、提高作物產量，彌補單施無機肥料易造成土壤板結的不足[13]。很多研究資料已經表明，腐殖酸對植物具有刺激生長和增加產量的作用。本研究也表明腐殖酸耦合施肥有助于提高向日葵干物質積累和產量，其主要體現在單盤粒質量和百粒質量的增加。張學智通過3年定位試驗證明，腐殖酸和氮磷鉀復合肥連續施用，有提高春小麥產量、品質和提高耕層土壤肥力的作用[14]。原因可能在于腐殖酸能夠吸附交換活化土壤中的礦質元素，如磷、鉀、鈣、鎂等，使這些元素的有效性大大增加，從而改善了作物的營養條件[15]。目前，腐殖酸作為一種無毒、無公害的綠色有機肥料，對調節植株的生理活性、改善作物品質、提高產量等具有良好作用，未來在我國綠色低碳農業領域將展現獨特魅力。

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