有机肥氮投入比例对大麦生理特性与产量的影响

徐一兰，唐海明，李 超，肖小平，程凯凯，李微艳，文 丽

（1. 湖南生物机电职业技术学院，湖南 长沙 410127；2. 湖南省土壤肥料研究所，湖南 长沙 410125）

农田土壤的肥力水平及其物理化学和生物学特性等均与施肥模式密切相关，同时，施肥模式也影响着农田生态系统、作物的生长发育和产量。研究表明，有机肥配合施用化肥有利于增强土壤生物学特性，提高土壤养分，减少农田面源污染，增强作物植株的生理特性，维持农田土壤生态环境和农田的可持续生产[1-2]。

大麦（Hordeum vulgareL.）是我国主要的粮食作物之一，也是我国畜牧、水产养殖业的优质能量饲料和酿造啤酒的重要原料[3]。近年来，学者们就不同施肥模式对稻田土壤理化特性、大麦植株干物质积累与分配、营养物质转运和理化特性、产量等的影响开展了研究。徐一兰等[4-5]研究认为，长期有机无机肥配施最有利于增加大麦生育期稻田土壤微生物数量和土壤酶活性；同时，不同施肥处理间大麦根际土壤微生物群落多样性均存在显著差异，大麦根际土壤微生物群落利用的碳源主要为氨基酸类和糖类。唐海明等[6]研究结果显示，有机无机肥配施处理有利于增加大麦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，获得较高的大麦产量。张国良等[7]研究认为，在总施氮量为225.0 kg/hm2条件下，采取基肥∶穗肥为8∶2的施肥措施有利于改善大麦群体结构，获得较高产量。徐一兰等[8-9]研究结果表明，有机肥配合化肥长期施用有利于促进大麦植株各器官干物质积累并合理分配，明显改善产量构成因素，增加大麦产量。徐寿军等[10]研究结果表明，大麦植株氮素积累量与施氮量呈显著正相关，最佳的施氮量为212.42～261.97 kg/hm2。蔡剑等[11]研究结果表明，施氮量为225.0 kg/hm2时，有利于提高大麦叶片的光合特性，获得最高产量。张立勤等[12]研究认为，在合理施肥的范围内，增施肥料有利于改善大麦的产量构成因素（千粒重和穗粒数），显著增加大麦产量，提高水分利用效率。鲁泽刚等[13]研究认为，获得较高大麦产量最佳施肥量为N 117.3 kg/hm2、P2O5116.0～117.2 kg/hm2和K2O 37.5 kg/hm2。上述研究结果由于各试验点的气候条件、种植模式、施肥制度等各有不同而不具备普遍指导意义，各地应根据各自的地理气候条件和管理措施探索适宜的施肥方式及水平。

湖南是我国主要的双季稻粮食产区，该区域在我国粮食生产安全中具有十分重要的地位。大麦—双季稻是我国南方双季稻区主要的种植模式之一，因此，开展大麦—双季稻三熟制种植模式条件下不同施肥处理对大麦植株叶片理化特性影响的研究具有重要的现实意义。笔者依托定位试验田，系统研究了30%有机肥氮、60%有机肥氮和无肥3种不同施肥处理下大麦植株叶片理化特性和产量的变化特征，以期探明大麦获得高产的生理基础，为我国南方双季稻区大麦高产栽培施肥模式选择提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

定位试验田位于湖南省宁乡市农技推广中心内（112°18′ E，28°07′ N），海拔36.1 m，年均气温16.8 ℃，年平均降雨量1 553.70 mm，年蒸发量1 353.9 mm，无霜期274 d。试验田为典型的双季稻主产区，周年种植制度为大麦—双季稻。试验田土壤为水稻土，河沙泥土种，土壤肥力中等，试验前耕层土壤（0～20 cm）基础理化特性请见前期研究成果[9,14]。供试大麦品种为通0612。所施用的化肥肥料种类分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾，有机肥种类为腐熟的鸡粪。

1.2 试验设计和田间管理措施

试验包括3个施肥处理：（1）30%有机肥氮处理（LOM），有机肥氮含量占总施氮量30%，其余70%氮为化肥氮；（2）60%有机肥氮处理（HOM），有机肥氮含量占总施氮量60%，其余40%氮为化肥氮；（3）无肥对照处理（CK），不施用任何肥料。大麦生长季，30%有机肥氮和60%有机肥氮处理的N、P2O5、K2O施用量一致，分别为157.5、43.2和81.0 kg/hm2，各施肥处理具体的肥料种类、施用时期等措施以及早稻和晚稻季田间管理措施请见前期研究成果[9,14]。

大麦生长季的田间农事操作安排如下，2018年11月5日耕地和施基肥，11月6日播种（播种量为250.0 kg/hm2，下同），2019年2月4日追肥，5月9日收获；2019年11月7日耕地和施基肥，11月8日播种，2020年1月23日追肥，4月30日收获。

1.3 样品采集与测定方法

1.3.1 样品采集 2018～2020年，分别于大麦的苗期、分蘖期、拔节期、齐穗期和成熟期5个时期每小区选择15株采集植株样品。苗期、分蘖期和拔节期，采集植株主茎顶部的第二展开叶；齐穗期和成熟期，采集植株主茎的旗叶。

1.3.2 叶片理化特性测定 叶片的理化特性测定均按照李合生[15]的方法进行，测定指标包括：丙二醛（MDA）和脯氨酸（Pro）含量，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性。

1.3.3 植株光合特性测定 大麦的苗期、分蘖期、拔节期、齐穗期和成熟期，每小区选择10株，测定叶片的SPAD值、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率。苗期、分蘖期和拔节期，测定植株主茎顶部第二片展开叶；齐穗期和成熟期，均测定植株主茎的旗叶。SPAD值采用叶绿素测定仪（SPAD-502型）测定叶片上部、中部和下部3个点，取平均值；同时，分别于各生育期9：00—11：00用Li-6400型光合测定系统（LI-COR公司，美国）测定植株叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率。

1.3.4 大麦产量测定 成熟期，各小区单收单打，测定各小区大麦的实际产量，计算平均值。

1.4 数据处理

文中相关数据采用Excel 2003和DPS 3.11软件进行处理和统计分析，采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 有机肥氮投入比例大麦叶片丙二醛含量的影响

由图1可知，各处理植株叶片丙二醛（MDA）含量均随着生育期的推进呈现持续增加的趋势；大麦整个生育时期，LOM和HOM处理植株叶片MDA含量均显著低于CK处理（P＜0.05）；LOM处理植株叶片MDA含量均高于HOM处理，但均无显著性差异。

2.2 有机肥氮投入比例大麦叶片脯氨酸含量的影响

由图2可知，大麦整个生育期，各处理植株叶片脯氨酸（Pro）含量均于齐穗期达到峰值；LOM和HOM处理植株叶片Pro含量均显著低于CK处理（P＜0.05）；LOM处理叶片Pro含量均高于HOM处理，但均无显著性差异。

图2 不同施肥模式下大麦植株叶片脯氨酸含量变化

2.3 有机肥氮投入比例大麦叶片保护性酶活性的影响

2.3.1 SOD活性 由图3可知，大麦整个生育时期，各处理植株叶片SOD活性呈抛物线的变化趋势，均于齐穗期达到峰值，2018—2019年LOM和HOM处理植株叶片SOD活性分别比CK处理增加18.23%和18.65%，2019—2020年LOM和HOM处理分别比CK处理增加40.03%和37.83%。大麦各生育时期，HOM处理植株叶片SOD活性均显著高于LOM和CK处理（P＜0.05），LOM处理植株叶片SOD活性均显著高于CK处理（P＜0.05）。

图3 不同施肥模式下大麦植株叶片SOD活性变化

2.3.2 POD活性 由图4可知，大麦各生育时期，各处理植株叶片POD活性呈抛物线的变化趋势，均于齐穗期达到峰值，2018—2019年LOM和HOM处理植株叶片POD活性分别比CK处理增加30.53%和29.63%，2019—2020年LOM和HOM处理分别比CK处理增加41.87%和40.63%。大麦各生育时期，LOM和HOM处理植株叶片POD活性均显著高于CK处理（P＜0.05），LOM和HOM处理间植株叶片POD活性均无显著性差异。

图4 不同施肥模式下大麦植株叶片POD活性变化

2.3.3 CAT活性 由图5可知，大麦整个生育时期，各处理植株叶片CAT活性均于分蘖期达到峰值，2018—2019年LOM和HOM处理植株叶片CAT活性分别比CK处理增加35.71%和31.61%，2019—2020年LOM和HOM处理分别比CK处理增加58.23%和53.83%。大麦全生育期， HOM和LOM处理植株叶片CAT活性均显著高于CK处理（P＜0.05），HOM处理植株叶片CAT活性均显著高于LOM处理（P＜0.05）。

图5 不同施肥模式下大麦植株叶片CAT活性变化

2.4 有机肥氮投入比例大麦叶片光合特性的影响

2.4.1 叶片SPAD值 由图6可知，大麦整个生育时期，各处理植株叶片SPAD值均于齐穗期达到峰值。其中，HOM和LOM处理植株叶片SPAD值均显著高于CK处理（P＜0.05），HOM和LOM处理间植株叶片SPAD值无显著性差异。

图6 不同施肥模式下大麦植株叶片SPAD值变化

2.4.2 叶片净光合速率 由图7可知，大麦各生育时期，各处理植株叶片净光合速率（Pn）呈抛物线变化规律，均于齐穗期达到最高值，2018—2019年LOM和HOM处理植株叶片Pn分别比CK处理增加39.77%和40.07%，2019—2020年LOM和HOM处理分别比CK处理增加56.40%和57.18%。大麦各个主要生育时期，LOM和HOM处理植株叶片Pn均显著高于CK处理（P＜0.05）；分蘖期到成熟期，各处理间植株叶片Pn均呈显著性差异（P＜0.05）。

图7 不同施肥模式下大麦植株叶片净光合速率变化

2.4.3 叶片气孔导度 由图8可知，大麦各生育时期，各处理植株叶片气孔导度（Cond）均于齐穗期达到最高值，其中LOM和HOM处理植株叶片Cond均显著高于CK处理（P＜0.05）；分蘖期和拔节期，HOM处理植株叶片Cond均显著高于LOM处理（P＜0.05）；齐穗期和成熟期，LOM和HOM处理间植株叶片Cond均无显著性差异。

图8 不同施肥模式下大麦植株叶片气孔导度变化

2.4.4 叶片蒸腾速率 由图9可知，大麦整个生育时期，不同施肥处理植株叶片蒸腾速率（Tr）均于齐穗期达到峰值。苗期，LOM和HOM处理植株叶片Tr均高于CK处理，但均无显著性差异；分蘖期至成熟期，LOM和HOM处理植株叶片Tr均显著高于CK处理（P＜0.05）；LOM和HOM处理间植株叶片Tr均无显著性差异。

图9 不同施肥模式下大麦植株叶片蒸腾速率变化

2.5 有机肥氮投入比例对大麦产量的影响

由图10可知，不同年份各处理大麦产量由高到低排序依次为HOM＞LOM＞CK，HOM和LOM处理大麦产量均显著高于CK处理（P＜0.05），HOM和LOM处理间大麦产量无显著性差异；2018—2019年HOM和LOM处理大麦产量分别比CK处理增加90.36%和90.29%，2019—2020年HOM和LOM处理分别比CK处理增加83.22%和83.53%。

图10 不同施肥模式下大麦的产量

3 结论与讨论

不同有机肥氮素占总氮投入百分比对大麦—双季稻三熟制种植模式条件下大麦各个主要生育时期植株叶片生理特性和产量均具有明显的影响。大麦各生育时期，30%有机肥氮和60%有机肥氮处理均增强了植株叶片保护性酶活性（SOD、POD和CAT），降低了叶片MDA和Pro含量；增加了植株叶片叶绿素含量，增强了叶片的净光合速率和光合生产能力。不同有机肥氮素占总氮投入百分比对大麦产量具有明显的影响，以60%有机肥氮处理产量最高。

丙二醛和脯氨酸含量是作物响应外界环境变化的重要指标[16-17]，而保护酶系统能清除作物体内的活性氧，减缓外界环境变化的不利影响[18]。光合作用所制造的产物是作物植株干物质积累和产量的主要来源，易受作物类型、种植模式、施肥制度、灌溉等因素的影响[11]，其中，施肥制度通过影响土壤理化特性，进而影响植株生理特性。试验结果显示，30%和60%有机肥氮处理较无肥处理均不同程度地降低了MDA和Pro含量，提高了大麦植株叶片保护酶活性，增强了叶片的光合特性，其中，以60%有机肥氮处理的效果更好。这与徐一兰等[8]的研究结果相似。施用有机肥有利于增加土壤容重、改善土壤理化结构、培肥土壤[19]，为植株生长提供良好的土壤环境和充足的营养物质，从而促进植株的生长发育，增强植株抗逆性和叶片光合特性，提高植株干物质积累，为植株高产提供物质保障[20-22]。

试验仅针对大麦—双季稻三熟制种植模式下不同有机肥氮占总氮投入百分比对大麦植株叶片保护酶活性、光合特性和产量的影响进行了初步研究，后续将针对不同有机肥氮占总氮投入百分比对大麦植株养分吸收分配规律等的影响开展进一步开展研究。