有機肥氮投入比例對大麥生理特性與產(chǎn)量的影響

徐一蘭，唐海明，李 超，肖小平，程凱凱，李微艷，文 麗

（1. 湖南生物機電職業(yè)技術學院，湖南 長沙 410127；2. 湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125）

農(nóng)田土壤的肥力水平及其物理化學和生物學特性等均與施肥模式密切相關，同時，施肥模式也影響著農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量。研究表明，有機肥配合施用化肥有利于增強土壤生物學特性，提高土壤養(yǎng)分，減少農(nóng)田面源污染，增強作物植株的生理特性，維持農(nóng)田土壤生態(tài)環(huán)境和農(nóng)田的可持續(xù)生產(chǎn)[1-2]。

大麥（Hordeum vulgareL.）是我國主要的糧食作物之一，也是我國畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的優(yōu)質(zhì)能量飼料和釀造啤酒的重要原料[3]。近年來，學者們就不同施肥模式對稻田土壤理化特性、大麥植株干物質(zhì)積累與分配、營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運和理化特性、產(chǎn)量等的影響開展了研究。徐一蘭等[4-5]研究認為，長期有機無機肥配施最有利于增加大麥生育期稻田土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性；同時，不同施肥處理間大麥根際土壤微生物群落多樣性均存在顯著差異，大麥根際土壤微生物群落利用的碳源主要為氨基酸類和糖類。唐海明等[6]研究結果顯示，有機無機肥配施處理有利于增加大麥生育期稻田土壤微生物生物量碳、氮含量，有利于培肥稻田土壤，獲得較高的大麥產(chǎn)量。張國良等[7]研究認為，在總施氮量為225.0 kg/hm2條件下，采取基肥∶穗肥為8∶2的施肥措施有利于改善大麥群體結構，獲得較高產(chǎn)量。徐一蘭等[8-9]研究結果表明，有機肥配合化肥長期施用有利于促進大麥植株各器官干物質(zhì)積累并合理分配，明顯改善產(chǎn)量構成因素，增加大麥產(chǎn)量。徐壽軍等[10]研究結果表明，大麥植株氮素積累量與施氮量呈顯著正相關，最佳的施氮量為212.42～261.97 kg/hm2。蔡劍等[11]研究結果表明，施氮量為225.0 kg/hm2時，有利于提高大麥葉片的光合特性，獲得最高產(chǎn)量。張立勤等[12]研究認為，在合理施肥的范圍內(nèi)，增施肥料有利于改善大麥的產(chǎn)量構成因素（千粒重和穗粒數(shù)），顯著增加大麥產(chǎn)量，提高水分利用效率。魯澤剛等[13]研究認為，獲得較高大麥產(chǎn)量最佳施肥量為N 117.3 kg/hm2、P2O5116.0～117.2 kg/hm2和K2O 37.5 kg/hm2。上述研究結果由于各試驗點的氣候條件、種植模式、施肥制度等各有不同而不具備普遍指導意義，各地應根據(jù)各自的地理氣候條件和管理措施探索適宜的施肥方式及水平。

湖南是我國主要的雙季稻糧食產(chǎn)區(qū)，該區(qū)域在我國糧食生產(chǎn)安全中具有十分重要的地位。大麥—雙季稻是我國南方雙季稻區(qū)主要的種植模式之一，因此，開展大麥—雙季稻三熟制種植模式條件下不同施肥處理對大麥植株葉片理化特性影響的研究具有重要的現(xiàn)實意義。筆者依托定位試驗田，系統(tǒng)研究了30%有機肥氮、60%有機肥氮和無肥3種不同施肥處理下大麥植株葉片理化特性和產(chǎn)量的變化特征，以期探明大麥獲得高產(chǎn)的生理基礎，為我國南方雙季稻區(qū)大麥高產(chǎn)栽培施肥模式選擇提供科學理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

定位試驗田位于湖南省寧鄉(xiāng)市農(nóng)技推廣中心內(nèi)（112°18′ E，28°07′ N），海拔36.1 m，年均氣溫16.8 ℃，年平均降雨量1 553.70 mm，年蒸發(fā)量1 353.9 mm，無霜期274 d。試驗田為典型的雙季稻主產(chǎn)區(qū)，周年種植制度為大麥—雙季稻。試驗田土壤為水稻土，河沙泥土種，土壤肥力中等，試驗前耕層土壤（0～20 cm）基礎理化特性請見前期研究成果[9,14]。供試大麥品種為通0612。所施用的化肥肥料種類分別為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀，有機肥種類為腐熟的雞糞。

1.2 試驗設計和田間管理措施

試驗包括3個施肥處理：（1）30%有機肥氮處理（LOM），有機肥氮含量占總施氮量30%，其余70%氮為化肥氮；（2）60%有機肥氮處理（HOM），有機肥氮含量占總施氮量60%，其余40%氮為化肥氮；（3）無肥對照處理（CK），不施用任何肥料。大麥生長季，30%有機肥氮和60%有機肥氮處理的N、P2O5、K2O施用量一致，分別為157.5、43.2和81.0 kg/hm2，各施肥處理具體的肥料種類、施用時期等措施以及早稻和晚稻季田間管理措施請見前期研究成果[9,14]。

大麥生長季的田間農(nóng)事操作安排如下，2018年11月5日耕地和施基肥，11月6日播種（播種量為250.0 kg/hm2，下同），2019年2月4日追肥，5月9日收獲；2019年11月7日耕地和施基肥，11月8日播種，2020年1月23日追肥，4月30日收獲。

1.3 樣品采集與測定方法

1.3.1 樣品采集 2018～2020年，分別于大麥的苗期、分蘗期、拔節(jié)期、齊穗期和成熟期5個時期每小區(qū)選擇15株采集植株樣品。苗期、分蘗期和拔節(jié)期，采集植株主莖頂部的第二展開葉；齊穗期和成熟期，采集植株主莖的旗葉。

1.3.2 葉片理化特性測定 葉片的理化特性測定均按照李合生[15]的方法進行，測定指標包括：丙二醛（MDA）和脯氨酸（Pro）含量，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性。

1.3.3 植株光合特性測定 大麥的苗期、分蘗期、拔節(jié)期、齊穗期和成熟期，每小區(qū)選擇10株，測定葉片的SPAD值、凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率。苗期、分蘗期和拔節(jié)期，測定植株主莖頂部第二片展開葉；齊穗期和成熟期，均測定植株主莖的旗葉。SPAD值采用葉綠素測定儀（SPAD-502型）測定葉片上部、中部和下部3個點，取平均值；同時，分別于各生育期9：00—11：00用Li-6400型光合測定系統(tǒng)（LI-COR公司，美國）測定植株葉片的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率。

1.3.4 大麥產(chǎn)量測定 成熟期，各小區(qū)單收單打，測定各小區(qū)大麥的實際產(chǎn)量，計算平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

文中相關數(shù)據(jù)采用Excel 2003和DPS 3.11軟件進行處理和統(tǒng)計分析，采用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 有機肥氮投入比例大麥葉片丙二醛含量的影響

由圖1可知，各處理植株葉片丙二醛（MDA）含量均隨著生育期的推進呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢；大麥整個生育時期，LOM和HOM處理植株葉片MDA含量均顯著低于CK處理（P＜0.05）；LOM處理植株葉片MDA含量均高于HOM處理，但均無顯著性差異。

2.2 有機肥氮投入比例大麥葉片脯氨酸含量的影響

由圖2可知，大麥整個生育期，各處理植株葉片脯氨酸（Pro）含量均于齊穗期達到峰值；LOM和HOM處理植株葉片Pro含量均顯著低于CK處理（P＜0.05）；LOM處理葉片Pro含量均高于HOM處理，但均無顯著性差異。

圖2 不同施肥模式下大麥植株葉片脯氨酸含量變化

2.3 有機肥氮投入比例大麥葉片保護性酶活性的影響

2.3.1 SOD活性 由圖3可知，大麥整個生育時期，各處理植株葉片SOD活性呈拋物線的變化趨勢，均于齊穗期達到峰值，2018—2019年LOM和HOM處理植株葉片SOD活性分別比CK處理增加18.23%和18.65%，2019—2020年LOM和HOM處理分別比CK處理增加40.03%和37.83%。大麥各生育時期，HOM處理植株葉片SOD活性均顯著高于LOM和CK處理（P＜0.05），LOM處理植株葉片SOD活性均顯著高于CK處理（P＜0.05）。

圖3 不同施肥模式下大麥植株葉片SOD活性變化

2.3.2 POD活性 由圖4可知，大麥各生育時期，各處理植株葉片POD活性呈拋物線的變化趨勢，均于齊穗期達到峰值，2018—2019年LOM和HOM處理植株葉片POD活性分別比CK處理增加30.53%和29.63%，2019—2020年LOM和HOM處理分別比CK處理增加41.87%和40.63%。大麥各生育時期，LOM和HOM處理植株葉片POD活性均顯著高于CK處理（P＜0.05），LOM和HOM處理間植株葉片POD活性均無顯著性差異。

圖4 不同施肥模式下大麥植株葉片POD活性變化

2.3.3 CAT活性 由圖5可知，大麥整個生育時期，各處理植株葉片CAT活性均于分蘗期達到峰值，2018—2019年LOM和HOM處理植株葉片CAT活性分別比CK處理增加35.71%和31.61%，2019—2020年LOM和HOM處理分別比CK處理增加58.23%和53.83%。大麥全生育期， HOM和LOM處理植株葉片CAT活性均顯著高于CK處理（P＜0.05），HOM處理植株葉片CAT活性均顯著高于LOM處理（P＜0.05）。

圖5 不同施肥模式下大麥植株葉片CAT活性變化

2.4 有機肥氮投入比例大麥葉片光合特性的影響

2.4.1 葉片SPAD值 由圖6可知，大麥整個生育時期，各處理植株葉片SPAD值均于齊穗期達到峰值。其中，HOM和LOM處理植株葉片SPAD值均顯著高于CK處理（P＜0.05），HOM和LOM處理間植株葉片SPAD值無顯著性差異。

圖6 不同施肥模式下大麥植株葉片SPAD值變化

2.4.2 葉片凈光合速率 由圖7可知，大麥各生育時期，各處理植株葉片凈光合速率（Pn）呈拋物線變化規(guī)律，均于齊穗期達到最高值，2018—2019年LOM和HOM處理植株葉片Pn分別比CK處理增加39.77%和40.07%，2019—2020年LOM和HOM處理分別比CK處理增加56.40%和57.18%。大麥各個主要生育時期，LOM和HOM處理植株葉片Pn均顯著高于CK處理（P＜0.05）；分蘗期到成熟期，各處理間植株葉片Pn均呈顯著性差異（P＜0.05）。

圖7 不同施肥模式下大麥植株葉片凈光合速率變化

2.4.3 葉片氣孔導度 由圖8可知，大麥各生育時期，各處理植株葉片氣孔導度（Cond）均于齊穗期達到最高值，其中LOM和HOM處理植株葉片Cond均顯著高于CK處理（P＜0.05）；分蘗期和拔節(jié)期，HOM處理植株葉片Cond均顯著高于LOM處理（P＜0.05）；齊穗期和成熟期，LOM和HOM處理間植株葉片Cond均無顯著性差異。

圖8 不同施肥模式下大麥植株葉片氣孔導度變化

2.4.4 葉片蒸騰速率 由圖9可知，大麥整個生育時期，不同施肥處理植株葉片蒸騰速率（Tr）均于齊穗期達到峰值。苗期，LOM和HOM處理植株葉片Tr均高于CK處理，但均無顯著性差異；分蘗期至成熟期，LOM和HOM處理植株葉片Tr均顯著高于CK處理（P＜0.05）；LOM和HOM處理間植株葉片Tr均無顯著性差異。

圖9 不同施肥模式下大麥植株葉片蒸騰速率變化

2.5 有機肥氮投入比例對大麥產(chǎn)量的影響

由圖10可知，不同年份各處理大麥產(chǎn)量由高到低排序依次為HOM＞LOM＞CK，HOM和LOM處理大麥產(chǎn)量均顯著高于CK處理（P＜0.05），HOM和LOM處理間大麥產(chǎn)量無顯著性差異；2018—2019年HOM和LOM處理大麥產(chǎn)量分別比CK處理增加90.36%和90.29%，2019—2020年HOM和LOM處理分別比CK處理增加83.22%和83.53%。

圖10 不同施肥模式下大麥的產(chǎn)量

3 結論與討論

不同有機肥氮素占總氮投入百分比對大麥—雙季稻三熟制種植模式條件下大麥各個主要生育時期植株葉片生理特性和產(chǎn)量均具有明顯的影響。大麥各生育時期，30%有機肥氮和60%有機肥氮處理均增強了植株葉片保護性酶活性（SOD、POD和CAT），降低了葉片MDA和Pro含量；增加了植株葉片葉綠素含量，增強了葉片的凈光合速率和光合生產(chǎn)能力。不同有機肥氮素占總氮投入百分比對大麥產(chǎn)量具有明顯的影響，以60%有機肥氮處理產(chǎn)量最高。

丙二醛和脯氨酸含量是作物響應外界環(huán)境變化的重要指標[16-17]，而保護酶系統(tǒng)能清除作物體內(nèi)的活性氧，減緩外界環(huán)境變化的不利影響[18]。光合作用所制造的產(chǎn)物是作物植株干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的主要來源，易受作物類型、種植模式、施肥制度、灌溉等因素的影響[11]，其中，施肥制度通過影響土壤理化特性，進而影響植株生理特性。試驗結果顯示，30%和60%有機肥氮處理較無肥處理均不同程度地降低了MDA和Pro含量，提高了大麥植株葉片保護酶活性，增強了葉片的光合特性，其中，以60%有機肥氮處理的效果更好。這與徐一蘭等[8]的研究結果相似。施用有機肥有利于增加土壤容重、改善土壤理化結構、培肥土壤[19]，為植株生長提供良好的土壤環(huán)境和充足的營養(yǎng)物質(zhì)，從而促進植株的生長發(fā)育，增強植株抗逆性和葉片光合特性，提高植株干物質(zhì)積累，為植株高產(chǎn)提供物質(zhì)保障[20-22]。

試驗僅針對大麥—雙季稻三熟制種植模式下不同有機肥氮占總氮投入百分比對大麥植株葉片保護酶活性、光合特性和產(chǎn)量的影響進行了初步研究，后續(xù)將針對不同有機肥氮占總氮投入百分比對大麥植株養(yǎng)分吸收分配規(guī)律等的影響開展進一步開展研究。