叶面喷施腐植酸钾对张杂谷10号光合特性及产量的影响

肖晓璐，原向阳，董淑琦，宋喜娥，宁娜，闫政东，郭平毅

谷子是起源于中国的一种粮草兼用作物[1，2]，据考证已有8000年以上的栽培历史，有“百谷之长”之称，其具有耐旱、耐瘠、营养价值高等特点[3，4]。张杂谷10号具有高产、稳产、抗病、抗倒伏、分蘖能力强、米质优良等优点。光合作用与作物产量高低密切相关，小麦产量的90%～95%来自光合作用，玉米籽粒干重的95%左右直接或间接地来自光合作用。谷子产量形成与其光合特性密切相关，杨慧杰等[5]研究表明，拔节期弱光胁迫下，谷子光合生理受到抑制，产量显著降低；杜占池等[6]研究表明，谷子在90%的遮阴处理下减产20%左右。因此，可以通过改变谷子生育期内的光合特性来使其产量获得提高。

腐植酸钾是一种高效有机复合钾肥，可以促进作物生长、提高产量，在小麦、玉米、棉花、大豆、甘薯等作物上已经被证实。杨安民等[7～9]研究表明，在小麦拔节期和扬花期各喷施1次1 000 mg·kg-1的腐植酸钾，其株高、茎粗、穗粒数、千粒重及产量较对照均显著增加；用腐植酸钾对玉米浸种和叶面喷施，其成株性状、产量构成及产量均显著增加；通过叶面喷施腐植酸钾和灌根能显著促进棉花生长发育，增强抗旱抗逆能力，提高皮棉产量；王东方等[10]研究表明，以2 000 mg·kg-1腐植酸钾在大豆盛花期和结荚期各喷施1次，其产量比对照增加14.06%；王汝娟等[11]研究表明，甘薯生产中施用腐植酸钾，植株吸钾能力增强，块根产量显著提高。腐植酸对作物的光合特性也有一定的影响，刘伟等[12]研究表明，小麦在不同水分胁迫下，腐植酸水溶肥均能有效改善其光合特性；闫军营等[13]的研究表明，对小麦喷施含腐植酸水溶肥能提高其SPAD值，增强其光合速率；孟丽霞[14]的研究表明，对烤烟叶面喷施不同浓度的腐植酸钾后，在12 d叶绿素含量显著增加，30 d时光合参数均有提高但无显著性；徐和德[15]的研究表明，腐植酸被植物根部及叶片吸收后能促进钙、镁的吸收，所以腐植酸可以促进叶绿素的形成，提高光合作用效率。但是目前腐植酸钾对谷子光合特性及产量影响的研究鲜有报道。

本试验采用随机区组设计，研究了叶面喷施腐植酸钾对张杂谷10号光合特性和产量构成的影响，旨在为通过叶面喷施腐植酸钾提高谷子产量提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤：试验地土壤为碳酸盐褐土。0～20 cm土层内有机质平均含量为23.79 g·kg-1，速效氮为57.21 mg·kg-1，速效磷为9.45 mg·kg-1，速效钾为109.2 mg·kg-1，pH 8.12。

供试谷子品种：张杂谷10号，由河北省张家口市农科院提供。

供试肥料：腐植酸钾(有机腐植酸≥55%，黄腐酸≥30%，氧化钾≥12%)，由上海碧加嘉生物科技有限公司提供。

1.2 试验设计

试验于2016年5-10月在山西农业大学创新园区进行，采用随机区组设计，播前旋地并施基肥900 kg·hm-2(N∶P2O5∶K2O为18∶7∶5)，留苗密度39万株·hm-2。喷施浓度分别为CK：0、C1：0.05%、C2：0.1%、C3：0.2%、C4：0.4%、C5：0.8%。重复3次，共18个小区，小区面积为10 m2，在孕穗期(2016年7月12日)用手持压缩喷雾器均匀喷施，兑水量为375 kg·hm-2，喷施时间在下午4:00以后。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶绿素含量(SPAD值)的测定

于喷肥后12天、18天、24天用SPAD-502便携式叶绿素测定仪对谷子倒二叶叶绿素含量进行测定，每小区测3片叶子，每片叶子测定叶基部、中部和叶尖SPAD值，然后取平均值。

1.3.2 光合参数的测定

喷施腐植酸钾后12天，用便携式光合仪CI-340(思爱迪生态科学仪器有限公司)于晴天上午9:00～11:00对谷子倒二叶净光合速(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)进行测定，每小区选取3片生长一致、叶位相同且完全展开的叶片进行测定，测定时光强为(900±50) μmol·m-2·s-1，温度为(30±2) ℃，CO2浓度为(380±50) μmol·mol-1。

1.3.3 株高、茎粗及产量构成的测定

待谷子成熟期，每个小区随机取5株带回室内考种，对其株高、茎粗、穗长、穗粗、穗重、码数、穗粒重、千粒重进行测定。

1.4 数据处理

用Excel 2003和DPS 6.5软件对试验数据进行处理和分析，通过Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 叶面喷施腐植酸钾对谷子株高、茎粗的影响

图1显示，喷施不同浓度腐植酸钾后，谷子株高、茎粗的变化呈先升高后降低的趋势。C1、C2、C3处理后的株高与CK相比显著增加，增幅分别为2.15%、3.44%、2.78%，C2、C3处理后的茎粗也显著增加，增幅分别为9.93%、17.90%。C5浓度下的株高和茎粗与CK相比有所降低，说明喷施浓度过高对谷子株高、茎粗有抑制作用。

图1 叶面喷施腐植酸钾对谷子株高、茎粗的影响Fig.1 Effect of foliar application of HA-K on Plant height and Stem diameter

2.2 叶面喷施腐植酸钾对谷子叶片SPAD值的影响

由图2可知，与CK相比，谷子倒二叶SPAD值在喷施不同浓度腐植酸钾后均增加，但是其增加幅度随着喷施浓度的增大呈先升高后降低的趋势，且各处理间差异随着时间的推移逐渐减小。喷后12 d、18 d和24 d SPAD值均是在C3浓度时达到最大值。喷后12 d结果显示，处理C2、C3、C4、C5与CK之间存在显著差异(P<0.05)；喷后18 d结果显示，只有处理C3与CK之间存在显著差异(P<0.05)；喷后24 d结果显示各处理间无显著差异(P>0.05)。说明叶面喷施腐植酸钾后，其肥效随着时间的延长减弱。由此可见，腐植酸钾叶面肥能够在短时间内起到改善谷子叶片代谢的作用。

图2 叶面喷施腐植酸钾对SPAD值的影响Fig.2 Effect of foliar application of HA-K on SPAD value 注:柱上不同字母表示处理间差异达5%显著水平。Note：Different letters above bars are significantly different among treatments at the 5%.

2.3 叶面喷施腐植酸钾对谷子光合参数的影响

表1显示，谷子叶面喷施不同浓度腐植酸钾后，其倒二叶净光合速率(Pn)均增加，增加幅度为14.30%～26.38%。C3浓度增幅最大，与CK间差异显著(P<0.05)。C1、C2、C3、C4、C5之间差异不显著，且C1、C2、C4、C5与CK之间也无显著差异。浓度大于C3时，净光合速率只是增加幅度减小，并没有表现出抑制作用。试验表明叶面喷施腐植酸钾可以增加谷子倒二叶的净光合速率，有利于光合产物的形成。

表1 叶面喷施腐植酸钾对谷子光合参数的影响Table 1 Effect of foliar application of HA-K on photosynthetic parameters of foxtail millet

注: 同列数据后面不同小写字母表示各处理间在5%水平差异显著。同列数据不同大写字母表示各处理间在1%水平差异显著。

Note: Values followed by different small letters in same column indicate significantly different at 5% level. Values followed by different capital letters in same column indicate significanty different at 1% level.

与CK相比，叶片蒸腾速率(Tr)随着喷施浓度的增大先升高后降低。C1、C2、C3浓度的蒸腾速率与CK相比分别增加22.93%、25.23%、6.32%，其中处理C1、C2与CK间差异显著(P<0.05)；C4、C5浓度的蒸腾速率与CK相比则有所降低。表明浓度在C1～C3时，叶面喷施腐植酸钾可以提高谷子叶片蒸腾速率，浓度大于C3时蒸腾作用受到抑制。

叶面喷施不同浓度腐植酸钾后，叶片气孔导度(Gs)的变化趋势与蒸腾速率基本一致。在C2浓度时气孔导度达到最大值，与CK相比差异显著，增幅为24.31%。浓度大于C3时，气孔导度逐渐降低，在C5浓度时降到最低值，说明喷施高浓度的腐植酸钾叶面肥不利于气孔导度的提高。

不同处理下，胞间CO2浓度(Ci)的变化趋势与净光合速率相反，随着喷施浓度的增大先降低后升高，且各处理的Ci值均低于CK，表明喷施腐植酸钾后，谷子叶片同化利用CO2能力增强。在C3浓度，胞间CO2浓度达到最小值，与CK间存在显著差异。

2.4 叶面喷施腐植酸钾对谷子产量构成的影响

喷施不同浓度腐植酸钾后，谷子穗长、穗粗、穗重、码数、穗粒重、千粒重与CK相比均增加(表2)。经C1、C2、C3处理后的穗长较CK显著增加，增幅分别为5.44%、9.08%、16.15%，C2、C3、C4处理后的穗粗也显著增加，增幅分别为16.50%、24.55%、11.03%。经C3处理后的穗重与CK间差异显著，增幅为22%。各处理后的穗码值与CK间差异均未达到显著水平(P>0.05)。穗粒重在C3处理后显著增加，增幅分别为24.96%，千粒重在C2、C3、C4处理后显著增加，增幅分别为1.57%、2.19%、1.57%。

表2 叶面喷施腐植酸钾对谷子产量构成的影响Table 2 Effect of foliar application of HA-K on yield of foxtail millet

注: 同列数据后面不同小写字母表示各处理间在5%水平差异显著。同列数据不同大写字母表示各处理间在1%水平差异显著。

Note: Values followed by different small letters in same column indicate significantly different at 5% level. Values followed by different capital letters in same column indicate significanty different at 1% level.

3 讨论

叶绿素是绿色植物叶片的主要光合色素[17]，是植物进行光合作用的基础物质[18]，其具有吸收、传递及转化光能的作用[19]，绿色植物体内叶绿素含量对光合作用有直接影响。有研究表明，施用腐植酸类肥料可以提高植物叶片叶绿素含量[20]。本试验结果显示，叶面喷施腐植酸钾后，谷子叶片叶绿素含量增加，与前人的研究结果相一致，且随着时间的延长肥效减弱。适宜浓度的腐植酸能够促进植物对N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu等元素的吸收[21～23]。因此，叶面喷施腐植酸钾能够提高谷子叶片叶绿素含量，可能是因为腐植酸能够促进与叶绿素合成有关元素的吸收。

腐植酸类肥料对不同作物光合作用的影响不尽相同。刘伟等[12]在小麦上的研究表明，腐植酸水溶肥能够有效提高光合速率，降低蒸腾速率和气孔导度；孟丽霞[14]在烤烟上的研究表明，叶面喷施不同浓度腐植酸钾后，30 d时其光合参数均有提高但无显著性；张沁怡[24]研究表明，施用腐植酸肥后，水稻抽穗期剑叶净光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率、气孔导度均增加；刘伟等[20]的研究表明，水分胁迫条件下在燕麦上喷施腐植酸水溶肥，其光合速率增加，气孔导度、蒸腾速率均降低。本试验结果表明，在谷子孕穗期喷施腐植酸钾，其净光合速率增加，这与前人的研究结果相一致。同时，喷施浓度为C1～C3时能够提高谷子叶片蒸腾速率和气孔导度，降低胞间CO2浓度，表明在C1～C3浓度范围内，喷施腐植酸钾能够提高叶片蒸腾速率，调节气孔开闭，增强CO2同化能力，提高光合速率。

有研究表明，腐植酸对作物产量构成有积极作用。刘伟等[20]的研究表明，对燕麦喷施不同浓度腐植酸水溶肥，其穗数、穗粒数、千粒重及籽粒产量均增加；张沁怡等[24]研究表明，施用不同用量的腐植酸水稻产量均显著增加。本试验结果表明，喷施腐植酸钾能增加谷子穗长、穗粗、穗重、穗粒重、千粒重，这与前人研究结果相一致，说明可以通过喷施腐植酸钾来提高提高谷子产量。

4 结论

孕穗期喷施适宜浓度(0.05%～0.2%)的腐植酸钾，谷子叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、株高、茎粗及产量构成指标均增大。在0.2%浓度时，叶绿素含量、净光合速率以及与产量构成相关的参数均达到最高。

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