葉面噴施尿素對谷子鄭農谷09-6光合特性及產量的影響

王彥輝 韓燕麗 樊永強 劉勁哲 董亞南

摘要： 同土壤施肥相比，葉面噴施尿素具有作物吸收速度快、針對性強、應用成本較低等優點。為了確定鄭農谷09-6噴施尿素的最佳用量及其對谷子肥害及產量的影響，以鄭農谷09-6為試驗材料，采用田間試驗，設定0.5%、0.75%、1.5%、3%、6%共5個濃度的尿素溶液在谷子揚花期進行葉面噴施，測定谷子旗葉葉綠素含量（SPAD值）、旗葉葉面積、光合參數、葉片硝酸還原酶活性、穗部性狀以及產量。結果顯示，在噴施氮肥濃度為0.5%、0.75%、1.5%時能促進葉片的光合作用，提高旗葉葉面積、SPAD值以及葉片硝酸還原酶活性，當濃度為1.5%時促進作用最強，當噴施濃度為3%時，則表現為抑制作用且其抑制作用隨濃度增大而增強。噴施尿素濃度對谷子產量有顯著影響，當濃度為1.5%時增產作用最強，較對照增產15.5%。谷子的產量變化趨勢與上述指標趨勢一致。

關鍵詞： 谷子;尿素;SPAD值;光合作用;硝酸還原酶;產量

中圖分類號： S515.06? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）05-0092-05

谷子（Setaria italica Beauv）被列為小雜糧之首，起源于我國的黃河流域，谷子具有抗旱耐瘠薄的特點，并且對水利用效率較高、適應性廣、化肥農藥用量少等優點，是典型的環境友好型作物[1-3]。我國谷子種植面積約100萬hm2，占世界谷子種植面積的80%，產量占世界谷子總產量的90%，谷子在我國主要集中在華北、東北、西北干旱和半干旱地區[4]。

傳統的土壤施肥的吸收速度比葉面噴施尿素較慢，而且葉面噴施尿素的針對性較強、應用成本低且利用率較高等[5]。作物葉面噴施葉面肥可以在較短的時間內被作物利用，研究表明，在不到24 h內作物對肥料的利用率已超過70%，而且使用適當濃度的葉面肥可減少土壤基肥施用量[6]。谷子苗期適度干旱有利于蹲苗，有幾個時期是需要肥料和水源的重要時期，比如抽穗期、揚花期和灌漿期，所以在這幾個時期保證谷子所需肥料以及水的充足對其農藝性狀、生理結構的生長和發育以及產量的提高具有關鍵意義。

鄭農谷09-6為新推出品種，夏播生育期 98.8 d，株高114.3 cm，株型緊湊，紡錘形穗，平均穗長19.94 cm，穗粗2.3 cm，穗質量17.36 g，穗粒質量13.95 g，千粒質量2.69 g，出谷率79.97%，出米率79.41%，不早衰，淺黃谷，淺黃米，抗倒伏性較強;粗蛋白含量為11.42%，粗脂肪含量為3.41%，總淀粉含量為78.2%，支鏈淀粉含量為63.3%，賴氨酸含量為0.269%[7];抗谷瘟病;中抗谷銹病、白發病;田間調查蛀莖率4.3%，適宜在河南省夏谷區種植。目前針對鄭農谷09-6的噴施葉面肥的相關研究較少，根據農作經驗，通過噴施一定濃度的葉面肥可以提高谷子的產量。尿素是一種比較常見的高濃度氮肥，不屬于緩釋肥料，可以在較短時間內被作物吸收利用，而且成本比較低、使用方便，所以經常被應用在農業生產中。本試驗以鄭農谷 09-6 為材料，在開花期利用不同濃度的尿素溶液對谷子葉片進行噴施，研究噴施尿素后對旗葉葉綠素含量（SPAD值）、旗葉葉面積、旗葉硝酸還原酶活性、旗葉光合參數、產量以及產量組成要素的影響，探討鄭農谷09-6葉面噴施尿素的最佳濃度，以提高氮肥利用率，為鄭農谷09-6葉面噴施尿素的利用率和大規模推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種鄭農谷09-6由鄭州市農林科學研究所提供。尿素產自河南心連心化肥有限公司，總氮含量≥46.4%。

1.2 試驗設計

試驗于2017年6—9月在鄭州市農林科學研究所試驗場進行，該區屬北溫帶大陸性季風氣候，年均降水量為540.4 mm，平均氣溫14 ℃，無霜期 220 d，全年日照時間約2 400 h。耕層土壤速效氮含量為67.52 mg/kg，速效磷含量11.85 mg/kg，速效鉀含量128.6 mg/kg，pH值為7.5，田間持水量為25.65%，凋萎系數8.92。前茬為空白地，人工條播。播前旋耕并施基肥，施純氮150～195 kg/hm2、P2O5 90～105 kg/hm2、K2O 75～90 kg/hm2、充分腐熟的農家肥35～50 m3/hm2，其余田間管理根據當地栽培條件常規進行，各小區的田間管理活動完全一致，各個小區排列采用完全隨機設計。在谷子揚花期（8月6日），即每個小區揚花的小穗都已經超過50%時，對各試驗小區噴施不同濃度的尿素溶液，葉面噴施濃度分別為0（清水，CK）、0.5%（處理1）、0.75%（處理2）、1.5%（處理3）、3%（處理4）、6%（處理5）。噴施尿素的用水量為450 kg/hm2。每個處理重復3次，隨機排列，每個小區種8行，行長 3 m，行間距0.4 m，小區面積為3.2 m×3 m=9.6 m2。

1.3 數據測定

于鄭農谷09-6葉面噴施尿素后7、17、27、37、47 d，即8月13日、8月23日、9月3日、9月13日、9月23日，在各個種植小區采用隨機取樣法，選取3株長勢均勻、高度一致的健康植株，使用 SPAD-502葉綠素含量測定儀測定3株谷子旗葉的葉綠素含量（SPAD值）;在噴施肥料后7、17、27 d，用直尺進行葉面積的測定，單葉面積=長×寬×0.75;在噴施尿素后4 d，選取新鮮的谷子旗葉葉片，測定谷子旗葉硝酸還原酶的活性，所用試劑盒為硝態氮檢測試劑盒，來自青島捷世康生物科技有限公司，測定方法用磺胺比色法[8];在噴施尿素后7 d，用HM-GH20便攜式光合作用測定儀測定鄭農谷 09-6旗葉的光合參數。于谷子蠟熟末期，在各種植試驗小區選取中間種植行6行，測定中間6行谷子的實際產量，然后折算為每公頃產量。在每個種植小區選取長勢均勻、高度一致的健康谷子5株進行室內考種，測定穗長、穗質量、穗粒質量和千粒質量等數據。

1.4 數據處理和統計分析

采用Microsoft Excel 2013軟件和DPS軟件進行試驗數據的統計和相關性分析，采用Duncans檢驗法進行顯著性差異分析。

2 結果與分析

2.1 葉面噴施不同濃度尿素溶液對谷子旗葉SPAD值的影響

在谷子葉面表面噴施不同濃度尿素處理后，鄭農谷09-6谷子旗葉SPAD值的變化如圖1所示。由圖1可見，在一定濃度范圍（濃度≤1.5%）內，谷子旗葉的SPAD值隨著噴施尿素濃度的增大呈現上升的趨勢，濃度進一步加大后，SPAD值開始下降;其中，處理2、處理3谷子旗葉SPAD值高于其他處理，處理3的谷子旗葉SPAD值在5次測定中與清水對照相比均差異顯著，5次測量分別上升7.21%、8.65%、7.63%、15.88%、21.41%。處理4中，噴施葉面尿素后7、17、37、47 d對谷子旗葉SPAD值均有促進作用，但差異不顯著（P>0.05），當噴施濃度為6%（處理5）時，谷子旗葉SPAD值和對照相比下降明顯。這說明當尿素溶液濃度過高時，葉面肥會對谷子葉片葉綠素合成產生抑制作用，可能產生了肥害。在圖1中還可以發現，隨著灌漿期的結束、蠟熟期的到來，谷子的旗葉整體SPAD值在下降。

2.2 葉面噴施不同濃度尿素溶液對谷子旗葉面積的影響

由圖2可見，隨著葉面噴施尿素濃度的提高，鄭農谷09-6的旗葉面積先變大后變小，在噴施后7、17、27 d，處理2以及處理3的谷子旗葉葉面積較清水對照有顯著提高（P<0.05），處理1的葉面積較對照相比有一定的提高，但差異不顯著。處理2的旗葉面積比清水對照的旗葉面積分別大5.30%、6.35%、8.76%，處理3的旗葉面積比清水對照的旗葉面積分別大11.11%、9.40%、14.91%，這說明葉面噴施的尿素溶液在一定濃度范圍，能夠較好地促進谷子旗葉葉片的生長和發育。在噴施后7、17、27 d，處理4較清水對照對谷子旗葉面積促進作用有所減弱，處理5較清水對照有了顯著減小，這說明用高濃度尿素溶液噴施葉片，不僅不會促進葉片生長發育，還會抑制葉片的生長，在本試驗中的具體表現有：葉片發育受阻，邊緣變得枯黃，葉寬變窄，葉長變短，其造成的肥害作用一直持續到噴施尿素后27 d時尚未恢復。

2.3 葉面噴施尿素對谷子旗葉硝酸還原酶活性的影響

由圖3可見，當噴施的尿素溶液濃度在一定范圍（濃度≤1.5%）內時，隨著噴施濃度的增加，谷子旗葉硝酸還原酶的活性不斷上升。處理1、處理2、處理3、處理4的硝酸還原酶活性比清水對照都上升，其中處理1、處理2以及處理3的硝酸還原酶活性較之清水對照上升且差異顯著（P<0.05），分別上升5.91%、6.45%、7.53%，這說明谷子旗葉的硝酸還原酶活性對噴施尿素較為敏感;處理4的硝酸還原酶活性與清水對照相比有一定的促進作用，但是差異不顯著，提高了2.15%;處理5的硝酸還原酶活性與清水對照相比顯著降低（P<0.05），比對照降低了4.84%。處理3的硝酸還原酶活性最高，且與清水對照相比有顯著差異（P<0.05），這說明在配制的濃度中，處理3（1.5%）為最適濃度，能最好地提高谷子旗葉硝酸還原酶活性。

2.4 葉面噴施不同濃度尿素對葉片光合參數的影響

由表1可見，隨著噴施尿素溶液濃度的增大，谷子的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間CO2濃度均會受到影響，且變化明顯，3項指標隨著噴施尿素濃度的提升先上升后下降。同清水對照相比，處理1、處理2、處理3的凈光合速率及蒸騰速率分別都有不同程度的上升，這表明在谷子葉面噴施一定濃度范圍內的尿素可以促進葉片光合作用，有利于作物積累干物質。其中，處理3（1.5%）的上述3個指標與對照相比均差異顯著（P<0.05），分別上升了36.73%、18.64%、19.99%，并且與其他噴施尿素的處理組相比較最高，這說明在配制的這些濃度梯度中，處理3（1.5%）為最適濃度，而處理5的上述各項指標顯著低于清水對照（P<0.05），說明處理5（6%）的噴施濃度不僅不會促進谷子葉片光合作用，反而會產生抑制作用。

胞間CO2濃度的變化與上述變化規律不同，與清水對照相比，在一定濃度范圍內，噴施尿素處理的胞間CO2濃度均有下降，表明在葉片表面噴施尿素能提高谷子旗葉吸收CO2的能力。其中處理3（1.5%）的胞間CO2濃度最低，比清水對照降低了22.56%，說明處理3為最佳濃度，可以最大限度促進作物吸收胞間CO2。

2.5 葉面噴施不同濃度尿素對產量性狀的影響

由表2可知，處理1、處理2、處理3以及處理4的穗長、穗質量、千粒質量和產量較對照均有不同程度的提高。處理2、處理3的各項性狀與清水對照相比均差異顯著，其中處理3提高幅度最大，與對照相比分別提高19.13%、41.62%、12.37%、15.5%。但是在噴施濃度為3%（處理4）時，各項性狀與清水對照相比均有提高，然而千粒質量和谷子產量雖有提高，但差異不顯著;噴施濃度為6%（處理5）時，穗質量、千粒質量比清水對照高，但穗長和谷子產量均低于對照。這說明在一定濃度范圍內，葉面噴施的尿素濃度越高，越有利于谷子穗的生長和發育，但是，當噴施尿素濃度過高時，谷子產量反而會下降。

3 討論

氮素是谷子生長發育所需營養的最重要因子之一，氮素在谷子的生長發育、光合特性和產量構成中都起到極其明顯的作用[9-11]。在谷子的營養生長期、營養生長和生殖生長同時發生的時期[12-14]即最大有效期和生理敏感期，肥料應重點供給。在某些情況下，葉面噴施肥料的效果比土壤施用肥料的效果更明顯、更直接、更有針對性。特別是在作物生長的中后期，根系活力變得不好，養分吸收能力下降，在這個階段，作物需要其他養分來維持其生長，而葉面肥的施用可以產生明顯的補充養分的效果。但如果葉面肥料噴施濃度過高，容易造成肥料對作物的損傷，進而產生肥害。在本試驗中，葉面噴施尿素濃度在不大于1.5%時，能較明顯地促進谷子的葉綠素合成、提高谷子硝酸還原酶活性、促進葉片光合作用，明顯提高谷子產量，然而當葉片表面噴施的尿素濃度過高時，對上述各項指標與清水對照相比均有不同程度的抑制作用，而且會降低小區產量，這與前人的研究結果相一致。

80%以上的光合作用產物由谷子的干物質積累貢獻，而葉綠素是植物光合作用的主要色素，葉綠素的濃度對作物的光合作用具有重要意義。楊艷君認為，氮素對于谷子葉片中的葉綠素合成有重要影響[15]。在本試驗中，0.5%（處理1）、0.75%（處理2）、1.5%（處理3）的尿素可促進葉片葉綠素合成的生長發育，提高葉片的SPAD值，為籽粒灌漿期提供保證，與以往的研究結果一致。在葉片上噴施尿素可以促進旗葉的生長發育，提高硝酸還原酶的活性，增加旗葉在一定濃度范圍內的面積，促進效果先增強后隨著濃度的增加而減弱進而產生抑制作用，這與李永旗的研究結果[16]一致。農作物主要靠光合作用來積累生長發育所需要的干物質，而CO2是光合作用的主要物質來源[17-19]。在谷子葉片上噴施尿素明顯地促進了谷穗生長發育以及籽粒灌漿，對谷粒灌漿和穗生長發育兩方面的促進進一步提高了谷子的產量，這與前人的研究結果[20-22]一致。相反，噴施6%尿素對谷子的SPAD值和光合參數有明顯的抑制作用，葉片中尿素濃度過高會對谷子的光合作用產生負面影響，進而抑制葉片中的葉綠素合成，原因是高濃度的尿素高于葉片的滲透勢，導致葉片失水，燒傷葉片，從而使谷子葉片的正常生長和發育受到嚴重影響。用6%尿素噴灑的谷子葉子表面呈現出明顯的黃斑，葉片邊緣枯萎，葉片長度縮短，葉片寬度變窄，這些嚴重抑制了谷穗的正常生長、發育和灌漿，從而降低了谷子的產量。

4 結論

本試驗結果表明，在谷子葉面噴施尿素能夠有效促進鄭農谷09-6葉片的生長發育以及葉綠素的合成、提高谷子葉片硝酸還原酶活性及葉片光合速率等，從而提高谷子產量。當濃度較低時，隨著濃度的增加，促進作用增強，本試驗測定的最佳濃度為1.5%;當噴施尿素濃度超過3%時，促進作用會減弱甚至產生抑制作用;最高濃度6%會對葉面產生肥害，主要表現為葉片表面產生黃斑，葉片灼傷，葉片變短、變窄，其正常生長發育受到影響，葉綠素含量下降，葉片硝酸還原酶活性下降等，從而使谷子產量降低。

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收 稿日期：2018-12-25

基金項目：現代農業產業技術體系建設專項（編號：CARS-06-13.5-B24）。

作者簡介：王彥輝（1988—），男，河南溫縣人，碩士，研究實習員，研究方向為作物育種及推廣。E-mail：627195684@qq.com。

通信作者：董亞南，副研究員，研究方向為作物育種及推廣。Tel：（0371）67883850;E-mail：dyn67883850@163.com。