腐殖酸耦合性对河套灌区盐碱地向日葵生长及光合特性的影响

郝水源， 李林虎， 苏晓东， 闫素珍， 苗三明， 王慧敏， 苏　康

(1.河套学院，内蒙古巴彦淖尔 015000； 2.内蒙古自治区巴彦淖尔市临河区农业综合开发办，内蒙古巴彦淖尔 015000；3.内蒙古自治区巴彦淖尔市科技信息研究所，内蒙古巴彦淖尔 015000； 4.内蒙古自治区巴彦淖尔市临河区农业局，内蒙古巴彦淖尔 015000；5.内蒙古自治区巴彦淖尔市植保植检站，内蒙古巴彦淖尔 015000； 6.内蒙古环农腐殖酸研究院，内蒙古巴彦淖尔 015000)

内蒙古河套灌区是我国重要的商品粮生产基地，也是我国主要的向日葵生产基地，2016年其播种面积为30万hm2左右，约占河套灌区总播种面积的60%[1]。然而当地盐渍化耕地面积约为39.4万hm2，占耕地总面积的 68.65%，土壤盐碱胁迫影响植物蛋白质合成、呼吸作用、光合作用以及能量代谢等，是目前制约作物产量的主要逆境因素之一[2]。因此，土壤盐碱化成为制约该地区作物可持续发展的主要因素之一。

近年来，河套灌区向日葵生产化肥施用量过高而极少使用有机肥料，从而造成了土壤板结严重[2]。矿源性腐殖酸主要存在于褐煤中，是结构复杂的一组天然高分子物质，能通过根、茎和叶进入植物体，对植物生长有明显的刺激作用，从而提高植物的抗旱、抗低温和抗病能力[3]。腐殖酸的作用逐渐被人们所认识，在农业生产上逐渐得到应用[4]。靳永胜等以菠菜和小油菜为材料对9种腐殖酸叶面肥的应用效果进行研究，结果指出腐殖酸能促进菠菜和小油菜的生长发育和品质[5]；柳洪鹃等研究了腐殖酸能提高食用型甘薯块根可溶性糖含量的内在生理基础[6]。然而，矿源性腐殖酸对河套灌区调控盐碱胁迫下向日葵生育调控效应机理的研究报道较少。因此，本研究以向日葵主栽品种SH363为研究材料，分析不同肥料耦合下向日葵叶片叶面积指数、叶片光合参数、向日葵干物质累积特性和产量的变化，最终得出其最佳肥料耦合方式，为向日葵标准化生产和栽培提供技术支撑和理论依据。

1　材料与方法

1.1　试验地情况

试验基地选择在内蒙古巴彦淖尔市临河区狼山镇河套学院教学农场，位于海拔1 054～1 020 m，为温带大陆性气候，光热资源丰富，气候干燥，降雨稀少，昼夜温差大，年太阳总辐射量146～152 kJ/cm2，全年日照时数3 210.8～3 305.8 h，无霜期127～135 d，≥10 ℃有效积温2 876～3 221 ℃，年均气温6.1～7.6 ℃，日平均气温13～14 ℃，年降水量150 mm，年均蒸发量2 200 mm。试验田土壤为灌淤土，耕作前0～20 cm土壤基础理化性状为：(1)土壤容重1.27 g/cm3；(2)有机质含量9.6 g/kg；(3)全氮含量0.89 g/kg；(4)速效磷含量 18.5 mg/kg；(5)速效钾含量92.4 mg/kg；(6)pH值7.7。

1.2　试验设计

本试验供试品种为当地向日葵主推品种SH363。试验采用大区试验，不设重复，总面积1 hm2，地块东西走向，试验设计F+C、E+C、G+C、F+HA、E+HA和G+HA共6个处理，其中，F、E和G分别为45%复合肥525 kg/hm2、磷酸二铵 375 kg/hm2和功能肥375 kg/hm2，结合播种分层以种肥的形式施入土壤；C和HA分别为46%尿素375 kg/hm2和矿源性液态腐殖酸150 kg/hm2，现蕾期施入，其他管理措施与当地丰产向日葵田相同(表1)。覆膜播种机播种，1膜2行，大小行种植，大行80 cm，小行40 cm，株距50 cm，种植密度约 33 000株/hm2。

1.3　测定项目与方法

1.3.1叶面积指数的测定2016年于向日葵幼苗期(6月20日)、现蕾期(7月10日)、盛花期(8月10日)、成熟期(9月20日)，用打孔法测定叶面积，并计算叶面积指数[7]。

表1　向日葵施肥试验设计方案

1.3.2光合参数的测定2016年，利用美国Li-COR公司生产的Li-6400光合仪在向日葵各生育期进行光合参数的测定，时间为09：00—11：00。由于各处理生育期相差3～5 d，因此在各个时期连续测定3 d，取平均值作为该时期光合参数，测定参数主要包括净光合速率Pn、蒸腾速率Tr、气孔导度Gs和胞间CO2浓度Ci，测定时使用LED(红蓝光源)和二氧化碳混合器，内置光照设定为 800 μmol/(m2·s)，CO2浓度设定为400 μmol/mol，温度为 25 ℃。每个小区选取长势一致的向日葵3株，在每株第1片完全展开叶的中间部位测定，每片叶读数5次，取15次平均结果。

1.3.3产量及干物质的测定收获期，在各个区选取40 m2进行实收测产，晒干后去除杂质，折算成产量，在每区随机取10株向日葵进行考种，测量向日葵盘径、单盘粒质量、百粒质量、空秕率和叶片数等，于105 ℃恒温箱中杀青30 min，而后将温度降至60 ℃烘干至恒质量，计算干物质量。

1.4　统计分析

本研究利用Excel 2011和SPSS 17.0(SPSS Inc.，Chicago，IL，US)软件对数据进行处理和统计分析，图表采用Excel 2011和Sigmaplot 12制作。

2　结果与分析

2.1　不同施肥处理对向日葵叶面积指数的影响

由表2可知，不同施肥处理对向日葵各生育时期的叶面积指数存在显著影响。苗期，各处理向日葵叶面积指数表现为F+C处理和F+HA处理显著高于其他处理，表明速效氮肥是影响苗期叶面积指数的最重要因素之一。现蕾期，各施肥处理之间叶面积指数差异不显著。盛花期，各施肥处理叶面积指数都达到最大值，其中G+HA处理叶面积指数增加至5.49。成熟期，各施肥处理叶面积指数开始下降，其中F+HA处理下降的幅度最大，原因在于后期脱肥早衰，从而导致叶片黄化严重。腐殖酸处理(G+HA、E+HA和 F+HA)的叶面积指数均高于尿素追肥处理(G+C、E+C和F+C)，表明腐殖酸能显著提高向日葵叶面积指数，其中以G+HA处理的叶面积指数最大，为1.76，显著高于其他处理(P<0.05)，表明功能肥和腐殖酸的耦合有利于叶面积指数的增加。

2.2　不同施肥处理对向日葵叶片叶光合特性的影响

由图1-a可知，各处理的向日葵叶片净光合速率在各个生育期内变化趋势一致，苗期到现蕾期叶片净光合速率变化不明显，盛花期叶片净光合速率急剧上升，达到峰值，介于40.53～50.23 μmol/(m2·s)之间，但处理之间差异不显著。成熟期，腐殖酸处理(G+HA、E+HA和F+HA)叶片净光合速率较尿素追肥处理(G+C、E+C和F+C)有不同程度的提高，其中以G+HA处理叶片净光合速率最大，较处理 F+C 提高了34.2%，差异达显著水平(P<0.05)。图1-b和图1-c 中，向日葵叶片气孔导度和蒸腾速率在各生育期内变化趋势一致，即苗期到现蕾期，数值逐渐下降，到盛花期又逐步上升到最大值，收获期逐渐下降。不同处理的差异主要体现在幼苗期和收获期，幼苗期，F+C处理和F+HA处理气孔导度和蒸腾速率数值较其他处理平均提高了26.1%～54.6% 和25.7%～39.5%，而在收获期G+HA处理开始增加，较其他处理提高了9.7%～41.9%和19.0%～46.8%。图1-d中，从幼苗期到成熟期，各施肥处理的向日葵叶片胞间CO2浓度随着发育天数的增加而增加，处理之间均表现为G+HA处理最高，收获期达到最大值289.12 μmol/mol。

表2　不同施肥处理对不同生育期向日葵叶面积指数的影响

注：同列后标有不同小写字母表示在0.05水平下差异显著。下表同。

2.3　不同施肥处理对单株干物质积累特性的影响

表3显示了不同施肥处理下向日葵单株干物质积累特性。不同施肥处理最终干物质积累量表现为G+HA>E+HA>F+HA>G+C>E+C>F+C，表明腐殖酸与功能肥料耦合处理能够显著提高向日葵干物质积累量，而且腐殖酸的功能效用显著大于尿素。其中，腐殖酸的施用较尿素而言，显著提高了向日葵发育期的干物质直线增长速率，G+HA处理的干物质直线增长速率最大，为14.12 g/(m2·d)，较F+C处理显著提高了54%。从最大速率出现的时间上来看，腐殖酸与其他肥料耦合较尿素耦合处理推迟了生育期内干物质积累的最大速率出现时间。从直线拐点来看，腐殖酸与其他肥料耦合相比都有不同程度的推后，其中G+HA处理延长的时间最多，为2 d。直线增长期内干物质积累量表现为G+HA>E+HA>F+HA>G+C>E+C>F+C，这和生育期内向日葵干物质的积累速率和积累时间有直接关系。

2.4　不同施肥处理对向日葵产量的影响

由表4可见，不同肥料耦合处理对向日葵盘径大小、单盘粒质量、百粒质量、空秕率、叶片数、产量等影响表现不同。向日葵实际产量为G+HA>E+HA>F+HA>G+C>E+C>F+C，腐殖酸追肥处理较尿素追肥处理实际产量提高了14.3%～16.4%，表明腐殖酸有利于向日葵产量的提高。G+HA 处理实际产量最高，达到4 713.41 kg/hm2，较 F+C 处理显著提高了29.8%(P<0.05)。在产量构成因素上，腐殖酸处理(G+HA、E+HA和F+HA)单盘粒质量和百粒质量显著高于尿素追肥处理(G+C、E+C和F+C)，增幅分别介于8.1%～14.5%和4.8%～6.2%之间，其中以G+HA处理的单盘粒质量和百粒质量最大，较F+C处理分别提高了20.9%和10.5%，差异呈显著水平(P<0.05)，腐殖酸的施入降低了向日葵空秕率，降低幅度达到7.7%，其中G+HA处理的空秕率最小，较F+C处理降低幅度达到13.9%。其他构成因素例如盘径和叶片数的差异均未达到5%显著水平。

表3　不同施肥处理对向日葵单株干物质积累特性的影响

表4　不同施肥处理对向日葵产量及产量构成因素的影响

3　结论与讨论

植物的生长依赖于叶片的光合作用，其生长的实质是光合产物的积累及干物质转化的过程，这一过程不但受到植物体本身的遗传特性影响，同时也受环境因素的制约[8]。本研究的结果表明，腐殖酸与功能肥耦合处理能够提高向日葵叶片生育期内光合速率、蒸腾速率和气孔导度。腐殖酸能够刺激植物体内一些主要酶类如CAT、SOD、多酚氧化酶和转化酶等活性的增强，提高作物的新陈代谢能力[9]。但是腐殖酸对其他作物的光合作用影响存在差异，丁钟荣研究的腐植酸(主要是黄腐酸)能够缩小菊花叶片的气孔开张度，降低蒸腾速率，腐殖酸影响光合作用的内在机理还需要进一步研究[10]。叶面积指数也反映了光合作用气体交换的作用面积，是与生产力相关的一个重要量度。叶面积指数过小，植株群体没有足够的绿色叶片来吸收光能，引起漏光损失，致使光能利用率低[11]。本试验结果表明，腐殖酸耦合处理的向日葵叶面积指数较其他处理有显著提高，该研究结果与前人研究结果[12]一致。

腐殖酸与功能肥搭配使用可以明显提高肥料利用率，增加干物质积累、提高作物产量，弥补单施无机肥料易造成土壤板结的不足[13]。很多研究资料已经表明，腐殖酸对植物具有刺激生长和增加产量的作用。本研究也表明腐殖酸耦合施肥有助于提高向日葵干物质积累和产量，其主要体现在单盘粒质量和百粒质量的增加。张学智通过3年定位试验证明，腐殖酸和氮磷钾复合肥连续施用，有提高春小麦产量、品质和提高耕层土壤肥力的作用[14]。原因可能在于腐殖酸能够吸附交换活化土壤中的矿质元素，如磷、钾、钙、镁等，使这些元素的有效性大大增加，从而改善了作物的营养条件[15]。目前，腐殖酸作为一种无毒、无公害的绿色有机肥料，对调节植株的生理活性、改善作物品质、提高产量等具有良好作用，未来在我国绿色低碳农业领域将展现独特魅力。

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