不同氮磷增效肥對(duì)小麥旗葉衰老及產(chǎn)量的影響

李武波，王依惠，姜雯，石巖

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 旱作技術(shù)山東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266109)

小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪饕募Z食作物之一，能夠提供人體健康所需要的多種營(yíng)養(yǎng)成分，全球有1/3的人口以小麥為主食。根據(jù)預(yù)測(cè)，到2050年世界人口將達(dá)到98億，預(yù)計(jì)對(duì)小麥的需求將會(huì)提高60%。要滿足這一需求，小麥產(chǎn)量的年增幅需提高至少1.6%。氮、磷元素在作物產(chǎn)量和品質(zhì)的形成過(guò)程中起了關(guān)鍵作用，氮素是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素和部分激素等生物大分子的重要組成成分，作物吸收的氮素經(jīng)過(guò)還原、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝等各種生理過(guò)程，與蛋白質(zhì)代謝和碳代謝相協(xié)調(diào)，形成植物生命活動(dòng)的基本過(guò)程。王月福等[1]研究顯示，適當(dāng)提高氮素水平可以提高源器官碳素同化能力和氮素同化能力，促進(jìn)同化物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)以及增加籽粒中淀粉合成有關(guān)酶的活性，使得小麥產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量同步增加。控釋尿素對(duì)增加小麥?zhǔn)斋@指數(shù)、產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥利用率方面效果明顯[2]。磷元素也是小麥生長(zhǎng)必不可少的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，磷元素是核酸、脂質(zhì)等物質(zhì)的重要組成部分。同時(shí)，磷元素在細(xì)胞的主要代謝過(guò)程、酶調(diào)節(jié)和信號(hào)級(jí)聯(lián)中也起著重要作用。胡田田等[3]研究表明，增效氮肥能夠增加土壤有效態(tài)氮含量，減少尿素氮的損失，增加作物對(duì)尿素氮的吸收量，進(jìn)而增產(chǎn)。小麥籽粒產(chǎn)量隨著施磷量的增加而增加，一定條件下產(chǎn)量與施磷量之間呈極顯著正相關(guān)。姜東等[4]的研究表明，若在氮肥充足的基礎(chǔ)上，再配合施用適量的磷肥，能夠促進(jìn)小麥籽粒蛋白質(zhì)和產(chǎn)量的同步提高。一定范圍內(nèi)，旱地冬小麥籽粒鋅含量和地上部吸收量與施氮量呈正相關(guān)關(guān)系[5]。單施磷肥能夠促進(jìn)小麥鋅吸收，提高籽粒鋅含量[6]。有研究[7]表明，在土壤基礎(chǔ)地力中上地區(qū)，磷肥用量過(guò)高或過(guò)低均不利于小麥生長(zhǎng)。目前，提高作物產(chǎn)量、減少環(huán)境污染、提高化肥利用率是全世界面臨的重要難題，而依靠使用肥料來(lái)提高單產(chǎn)使得糧食增產(chǎn)是重要的方法之一[6]。當(dāng)前新型肥料的發(fā)展主要包括兩個(gè)方面：一是對(duì)傳統(tǒng)肥料進(jìn)行改良加工，使其性質(zhì)能夠整體提升或者具備新的特性和功能；二是研發(fā)出新類型的肥料[8]。研究[9]顯示，氮肥增效劑可以促進(jìn)有效穗增加，提高成穗率；氮肥增效劑能提高氮肥利用率和小麥生產(chǎn)效率，節(jié)約肥料用量及成本，促進(jìn)小麥增產(chǎn)、增收。肥料增效劑可以減少土壤中養(yǎng)分的流失、激活土壤的理化性質(zhì)、促進(jìn)農(nóng)作物對(duì)養(yǎng)分進(jìn)行充分吸收和利用，并具有長(zhǎng)期、協(xié)同和穩(wěn)定的作用。將肥料增效劑應(yīng)用于小麥生產(chǎn)是當(dāng)前提高小麥養(yǎng)分利用效率的重要手段之一。然而，在作物實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，增效劑配合單一肥料或者復(fù)合肥料使用時(shí)，效果較優(yōu)的氮磷肥配比相關(guān)研究較少。本研究在前人研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)新型肥料增效劑，并通過(guò)大田、盆栽試驗(yàn)來(lái)探究不同氮磷肥配比對(duì)小麥旗葉衰老和產(chǎn)量的影響，并初步明確抗衰老及增產(chǎn)的作用機(jī)理，為氮磷增效肥在小麥生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和實(shí)踐基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料概況

試驗(yàn)分為大田試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)，于2017年10月至2019年6月進(jìn)行。大田試驗(yàn)于青島農(nóng)業(yè)大學(xué)青島西海岸新區(qū)試驗(yàn)基地(37°48′10″N，119°54′33″E)進(jìn)行；盆栽實(shí)驗(yàn)在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地(36°19′6″N，120°23′24″E)進(jìn)行，與大田試驗(yàn)同期進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)均屬于溫帶季風(fēng)氣候，年均降雨量650 mm，每年降雨主要集中在6—9月，試驗(yàn)地土壤為砂壤土。初始土壤理化性質(zhì)如下：土壤pH 6.36、堿解氮73.74 mg·kg-1、速效磷48.51 mg·kg-1、速效鉀220 mg·kg-1、土壤有機(jī)質(zhì)含量1.2%。盆栽試驗(yàn)用土取自大田試驗(yàn)基地。試驗(yàn)品種均為煙農(nóng)999，試驗(yàn)使用的復(fù)合肥為金大地牌復(fù)合肥(N-P2O5-K2O：15-15-15)。將配好的增效劑均勻噴于金大地復(fù)合肥肥料表面，經(jīng)過(guò)烘干之后做成增效肥，供大田試驗(yàn)使用；將增效劑噴于尿素、過(guò)磷酸鈣肥料表面，經(jīng)烘干之后制成增效肥，硫酸鉀不作處理，供盆栽試驗(yàn)使用；商品化增效肥均由青島市瑯琊臺(tái)集團(tuán)科海生物有限公司提供。

1.2 處理設(shè)計(jì)

大田試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積為30 m2(5 m×6 m)，小區(qū)間隔為1 m。在大田試驗(yàn)播種前，按照750 kg·hm-2的施用量施用金大地牌復(fù)合肥作底肥。第一年試驗(yàn)于2017年10月23日進(jìn)行小麥播種，播量為150 kg·hm-2，并于次年6月14日收獲；第二年試驗(yàn)于2018年10月11日小麥播種，播量為127.5 kg·hm-2，并于次年6月17日收獲。在整個(gè)小麥的生長(zhǎng)發(fā)育期間僅依靠自然降水。其中，CK一次性基施普通復(fù)合肥750 kg·hm-2；T1一次性基施增效復(fù)合肥750 kg·hm-2；T2一次性基施增效復(fù)合肥565 kg·hm-2；T3一次性基施普通增效肥375 kg·hm-2；T4一次性基施商品化增效復(fù)合肥750 kg·hm-2。大田試驗(yàn)栽培按照常規(guī)種植進(jìn)行。

盆栽試驗(yàn)選用直徑30 cm，高35 cm的塑料盆，每盆種植8株小麥。盆栽試驗(yàn)共設(shè)置了6個(gè)不同處理，每個(gè)處理重復(fù)10次。CK基施氮肥(含N為2.0 g)、磷肥(含P2O5為1.0 g)、鉀肥(含K2O為0.8 g)；T1基施增效尿素(含N為1.4 g)、增效過(guò)磷酸鈣(含P2O5為1.0 g)、鉀肥(含K2O為0.8 g)；T2基施增效尿素(含N為2.0 g)、增效過(guò)磷酸鈣(含P2O5為0.7 g)、鉀肥(含K2O為0.8 g)；T3基施增效尿素(含N為2.0 g)、增效過(guò)磷酸鈣(含P2O5為1.0 g)、鉀肥(含K2O為0.8 g)；T4基施增效尿素(含N為1.4 g)、增效過(guò)磷酸鈣(含P2O5為0.7 g)、鉀肥(含K2O為0.8 g)；T5基施商品化增效氮肥(含N為2.0 g)、商品化增效磷肥(含P2O5為1.0 g)、鉀肥(含K2O為0.8 g)。所有肥料摻混均勻作為基肥處理，各處理肥料氮磷鉀含量：CK，每盆N 2.0 g、P2O51.0 g、K2O 0.8 g；T1，每盆N 1.4 g、P2O51.0 g、K2O 0.8 g；T2，每盆N 2.0 g、P2O50.7 g、K2O 0.8 g；T3，每盆N 2.0 g、P2O51.0 g、K2O 0.8 g；T4，每盆N 1.4 g、P2O50.7 g、K2O 0.8 g；T5，每盆N 2.0 g、P2O51.0 g、K2O 0.8 g。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

旗葉衰老指標(biāo)主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)活性等，隨機(jī)選取有代表性的小麥植株旗葉鮮樣。按照鄰苯三酚自氧化法測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性；按比色法操作測(cè)定過(guò)氧化物酶(POD)活性；按照硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛(MDA)含量。

各處理小區(qū)內(nèi)選1 m2的完整小麥植株分別重復(fù)3次，進(jìn)行成穗數(shù)檢查，再計(jì)算每公頃穗數(shù)。自然風(fēng)干后進(jìn)行脫粒，考種后測(cè)定穗粒數(shù)和千粒重，并進(jìn)行產(chǎn)量換算。

本試驗(yàn)中，每個(gè)具體試驗(yàn)進(jìn)行3次生物學(xué)重復(fù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2019進(jìn)行整理，使用DPS 9.5進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮磷增效肥對(duì)SOD活性的影響

兩年實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)基本一致，本文以2017—2018年數(shù)據(jù)為主。如圖1所示，在不同氮磷增效肥處理?xiàng)l件下，大田小麥旗葉的SOD活性表現(xiàn)為逐漸下降，且在開(kāi)花后7～14 d下降幅度最大，在花后14～21 d時(shí)下降幅度最小。大田小麥在開(kāi)花后7 d，與CK相比，T1、T2和T4分別提高12.82、6.94和8.38 U·g-1，而T3比CK低7.67 U·g-1，CK與處理組之間差異顯著。而在花后21～28 d，CK與其他施加增效肥處理差異不顯著。盆栽小麥的各個(gè)趨勢(shì)與大田基本一致。

圖1 氮磷增效肥對(duì)小麥旗葉SOD活性的影響

2.2 不同氮磷增效肥對(duì)POD活性的影響

如圖2所示，在氮磷增效肥處理下，大田、盆栽小麥旗葉POD的活性呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，且POD活性在開(kāi)花后14 d達(dá)到最大值，之后開(kāi)始下降，但大田小麥在花后14 d下降速度較快，盆栽小麥的下降速度較為緩慢。在各生育時(shí)期內(nèi)，大田小麥旗葉POD活性表現(xiàn)為T1>T4>T2>CK>T3，CK與各處理之間的差異顯著；盆栽小麥的旗葉POD活性表現(xiàn)為T3>T2>T5>T1>CK>T4，且CK與T1、T2、T3、T5之間差異顯著。花后0～14 d，大田小麥旗葉CK的POD活性，比T1、T2和T4低26.40、13.10和22.82 U·min-1·g-1，但T1與T4之間差異不顯著。花后21 d，盆栽小麥CK與T4差異不顯著，T2與T3之間差異不顯著，T3與CK差異顯著。

圖2 氮磷增效肥對(duì)小麥旗葉POD活性的影響

2.3 不同氮磷增效肥對(duì)MDA含量的影響

如圖3所示，在氮磷增效肥處理下，大田小麥旗葉MDA含量呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，且在花后21～28 d的上升速度最快，T3的增幅最大，依次表現(xiàn)為T3>CK>T2>T4>T1。盆栽小麥的旗葉MDA含量與大田較為一致，且從花后21～28 d其MDA含量增幅最大，隨著花后天數(shù)的增加，盆栽小麥的旗葉MDA含量大小順序依次為T4>CK>T1>T5>T2>T3。花后14 d大田小麥MDA含量在CK與T2、T3之間彼此差異不顯著。盆栽小麥MDA含量T4增幅最快，CK和T2、T3差異不顯著，在花后21 d，CK與處理T1、T4間差異不顯著，與T3差異顯著。

圖3 氮磷增效肥對(duì)小麥旗葉MDA含量的影響

2.4 氮磷增效肥對(duì)小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表1可見(jiàn)，兩年產(chǎn)量趨勢(shì)一致。大田穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量表現(xiàn)為T1>T4>T2>CK>T3。就小麥穗數(shù)而言，2018年大田CK與其他各處理間差異不顯著，穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量在CK與T1之間差異顯著，2019年趨勢(shì)與2018年較為一致。2018年大田T1、T2、T4產(chǎn)量較CK分別高出630.75、271.80、319.50 kg·hm-2，而T3降低212.70 kg·hm-2；2019年T1、T2、T4則分別高出645.75、211.80、529.50 kg·hm-2，而T3降低377.7 kg·hm-2。

表1 氮磷增效肥對(duì)小麥產(chǎn)量因素的影響

3 小結(jié)與討論

本試驗(yàn)表明，與CK相比，在兩種種植環(huán)境下的小麥產(chǎn)量都有所提高。大田試驗(yàn)中，T1、T2、T4與CK相比，第一年產(chǎn)量分別提高630.75、271.8以及319.5 kg·hm-2，第二年產(chǎn)量分別提高645.75、211.80、529.50 kg·hm-2。兩年的T3產(chǎn)量降低，分別降低212.7、377.7 kg·hm-2。盆栽試驗(yàn)中，從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，T3、T2、T5、T1增產(chǎn)效應(yīng)是通過(guò)增加穗粒數(shù)以及千粒重所致。與CK相比，大田試驗(yàn)中T1、T2、T4以及盆栽試驗(yàn)中T1、T2、T3、T5的SOD、POD活性均增加，MDA含量降低，有助于延緩葉片的衰老。此外，本研究還表明施用增效氮磷肥能夠?qū)崿F(xiàn)“減量增效”，即通過(guò)施用增效肥來(lái)提高肥料利用率實(shí)現(xiàn)減量施肥是合理可行的。但是要注意的是，“減量”應(yīng)該控制在一定的范圍之內(nèi)，當(dāng)肥料可供給的有效養(yǎng)分含量低于適宜小麥生長(zhǎng)的最小養(yǎng)分含量的時(shí)候，即便是施用增效肥也會(huì)減產(chǎn)。

研究[9-14]顯示，每公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重是影響產(chǎn)量的3個(gè)重要因素，作物的產(chǎn)量受這3個(gè)因素的協(xié)調(diào)控制。在影響小麥產(chǎn)量的其他制約因素中，小麥品種、當(dāng)?shù)胤N植環(huán)境和措施、生態(tài)土壤環(huán)境是最重要的3個(gè)因素。小麥品種和栽培措施是人為可控因素[9]，控制肥料施用的合理化、專業(yè)化可以提高小麥產(chǎn)量。研究[13]表明，合理施用肥料能提高植株的凈光合速率和光合特性，能夠提高植株的水分利用率。先前研究結(jié)果表明，隨著施氮量的增加，產(chǎn)量和千粒重增加，產(chǎn)量和施肥表現(xiàn)出一定的正相關(guān)性，但隨著施氮量繼續(xù)增加，產(chǎn)量下降[14-16]，說(shuō)明施氮量并不是越多越好。小麥品種選擇和栽培措施是可控因素，研究表明，合理的施用肥料，對(duì)維持土壤中有效的營(yíng)養(yǎng)成分含量，促進(jìn)作物增產(chǎn)，有重要的作用[17-18]。也正因此，提高肥料的使用率，也就是單位施肥獲得更多的產(chǎn)量，才能為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)[19]。增效肥的使用有利于改善當(dāng)前復(fù)合肥用量高效率低的現(xiàn)狀，也是未來(lái)肥料的發(fā)展趨勢(shì)[20]。