不同类型铁肥改善花生缺铁效果研究

贾红霞刘风珍张秀荣朱素青张 昆 万勇善

(山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室,山东 泰安 271018)

花生是我国重要的油料作物和经济作物,2019年种植面积463万hm2,总产1700多万t,在保障我国油料供给安全中起着重要作用[1]。

铁是植物生长必须的微量元素[2],在多种生化反应中起重要作用,是许多功能蛋白的重要辅助因子[3]。铁是叶绿素合成过程中酶的活化剂,缺铁不仅会影响植物叶绿素的合成[4],还会导致叶绿体片层结构模糊或消失,类囊体解体[5],铁还是氮素代谢、生物固氮和氮磷吸收利用中不可缺少的微量元素[6],在植物生长发育中具有不可替代的作用。

全世界大约40%的耕地存在潜在性缺铁[7],虽然土壤中总铁的含量很高,但由于石灰性土壤上的pH 和碳酸盐含量较高,导致铁的溶解度严重降低,主要是以难溶性的三价铁形式存在。花生作为缺铁敏感性的双子叶植物,生产上缺铁黄化现象极其普遍[8-9],已经成为限制花生产量与品质的重要因子[10-11]。花生缺铁时会发生叶片黄化、根瘤发育差等现象,严重时出现植株矮小、产量降低甚至不结果等现象[12]。

石灰性土壤上花生基因型之间的耐缺铁能力存在显著的差异,选用铁高效基因型是解决花生黄化问题的途径之一[13-14]。改善土壤条件来活化难溶性铁是提高铁有效性的另一途径,其中合理有效地施用铁肥是改善花生缺铁问题进而提高产量的重要途径。目前,针对碱性土壤上花生存在的缺铁问题,国内外学者在玉米花生间作、利用混作等方式对改善花生铁营养状况方面开展了大量研究[15]。但如何通过合理有效地施用适宜铁肥、提高土壤供应有效铁的能力,改善花生缺铁问题等方面研究较少。因此研究施用不同类型铁肥对花生缺铁的改善效果,对指导花生生产、解决花生缺铁黄化问题具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年在泰安市山东农业大学岱岳试验基地进行,试验田土壤基本理化性质见表1。

表1 试验田土壤基本理化性质Table 1 The basic properties of soil used in test field

1.2 供试品种

鲁花12(珍珠豆型)、ICG6848(多粒型)。

1.3 试验设计

试验设7个处理(表2),每处理3次重复。每处理2垄,垄宽95 cm,垄长6.4 m,每垄2行,每行38穴,穴距17 cm。小区净面积为12.16 m2。施肥量为纯铁24 kg·hm-2。施肥方式为在垄正中开深沟施肥后人工起垄。FeSO4·7H2O(单体铁含量为16.4%)为天津市凯通化学试剂有限公司生产,EDTA 螯合铁肥(单体铁含量为13.0%)为山东磊林商贸有限公司生产,黄腐酸铁(单体铁含量为10.0%,黄腐酸含量为60%)、黄腐酸(黄腐酸含量为90%)由博威神农经营,牛粪取自山东省泰安市岱岳试验基地附近养牛场。

表2 不同肥料类型及施肥量Table 2 Different types and amounts of fertilizer

1.4 测定项目与方法

1.4.1 叶片相对叶绿素含量(SPAD 值) 分别于始花期、结荚期和饱果期用便携式叶绿素仪(Hansatech Model CL-01)测定花生主茎倒三叶SPAD 值,每小区测定10个叶片。

1.4.2 根、茎、叶干物质积累 结荚期和饱果期各小区分别取典型花生植株10株,将根、茎、叶分开,装入纸袋,于105℃杀青30 min,80℃烘至恒质量,测量记录根、茎、叶干物质量。

1.4.3 全铁含量 将称质量后根、茎、叶样品磨碎,采用邻菲啰啉分光光度法测定。

1.4.4 产量及产量相关性状 各小区实收晾晒后称质量记产,每小区随机称取500 g荚果,统计饱果数、秕果数、饱果质量与秕果质量,然后将500g荚果剥壳,统计籽仁的饱仁数、秕仁数、饱仁质量与秕仁质量。

1.4.5 品质测定 利用近红外品质分析仪(Perten DA7250)测定脂肪、蛋白质、油酸含量、亚油酸含量。

1.5 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2016进行数据整理统计、图表绘制,DPS v7.05、SPSS 21.0进行方差分析与相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同铁肥处理对花生不同时期叶片SPAD值影响

通过对不同处理花生叶片SPAD值分析(表3),在p＜0.05水平下,ICG6848在开花期各处理间没有显著差异,结荚期时Fe-FA 处理叶片相对叶绿素含量最高,SPAD 值为14.26,比不施肥处理增加了30.48%；鲁花12 号在Fe-EDTA 和Fe-FA 处理下SPAD 值较高,在开花期分别为19.31和19.33,在结荚期分别为20.60和18.91。饱果期叶片SPAD 值下降,鲁花12号在Fe-EDTA 处理下叶片SPAD 值最高为9.90,较不施肥处理增加了46.47%。螯合Fe-EDTA 肥料和黄腐酸铁肥料对提高花生相对叶绿素含量影响较大,在结荚期及其后具有显著影响。

表3 不同铁肥处理对不同生育时期的花生SPAD 值的影响Table 3 Effects of different iron fertilizer treatments on SPAD at different growth stages

2.2 不同铁肥处理对花生不同时期干物质积累的影响

对不同处理花生各营养器官的干物质积累量分析发现(表4),ICG6848在Fe-FA 处理下茎、叶干物质积累量较高,结荚期茎、叶干质量分别为11.57 g/株和8.63 g/株,饱果期分别为24.41 g/株和13.13 g/株。鲁花12在Fe-EDTA 处理下茎、叶干物质量均极显著高于不施肥处理,结荚期茎、叶干物质量分别增长了23.05%、16.88%,为8.90 g/株、9.00 g/株；饱果期分别增长了29.95%、16.00%,为9.88 g/株、9.38 g/株。

表4 不同铁肥处理对不同生育时期花生干物质积累量的影响 (g/株)Table 4 Effects of different iron fertilizer treatments on dry matter accumulation of peanut at different growth stages

施加铁肥会显著增加干物质积累量。由图1-A可知,饱果期,ICG6848在Fe和Fe-FA 处理下干物质积累量最多,分别为39.72 g/株和38.76 g/株,各处理总干物质积累量显著高于结荚期。由图1-B可知,鲁花12在Fe-EDTA 和Fe-FA 处理下总干物质积累量显著高于其他处理,结荚期分别为20.17 g/株、19.10 g/株,饱果期分别为18.79 g/株、18.39 g/株。

图1 不同铁肥处理对不同生育时期花生总干物质积累的影响Fig.1 Effects of different iron fertilizer treatments on total dry matter accumulation of peanut at different growth stages

2.3 不同铁肥处理花生各时期茎叶全铁含量的差异

由表5可以看出,植株全铁含量在饱果期显著高于结荚期,叶片全铁含量显著高于茎的全铁含量。ICG6848 在Fe-FA 处理下叶片全铁含量最高,结荚期为63.56 mg/kg,较不施肥处理增加69.22%；饱果期为39.86 mg/kg,较不施肥处理增加22.11%。鲁花12结荚期Fe-FA 处理下叶片全铁含量显著高于其他处理,为81.01 g/kg；饱果期Fe-EDTA 处理下叶片全铁含量最高,为273.54 mg/kg。

表5 不同铁肥处理对花生茎叶全铁含量的影响 (mg/kg)Table 5 Effect of different iron fertilizer treatments on the total iron content of peanut stem and leaf

2.4 不同铁肥处理对产量及产量相关性状的影响

施用铁肥会显著提高花生产量。如表6所示,ICG6848各个处理的产量在1011.80～1315.79 kg/hm2,鲁花12号各个处理的产量在3665.29～4033.55 kg/hm2,其中Fe-FA 处理下花生产量最高,ICG6848和鲁花12号的产量分别为1315.79 kg/hm2和4033.55 kg/hm2,较不施肥处理分别增加了30.04%和8.90%。NF处理产量有所下降,较不施肥减少1.04%。

表6 不同铁肥处理对花生产量及产量相关性状的影响Table 6 Effect of different iron fertilizer treatments on yield and yield-related characteristics of peanut

Fe-FA和Fe-EDTA 处理可显著提高花生的饱果率、饱仁率。在Fe-FA 处理下,ICG6848的数量比饱果率、质量比饱果率、数量比饱仁率与质量比饱仁率最高,分别为87.67%、90.58%、79.95%和87.94%；鲁花12号在Fe-FA处理下的数量比饱果率最高,为89.73%,Fe-EDTA 处理下的质量比饱果率、数量比饱仁率和质量比饱仁率最高,较不施肥处理分别增加了5.23%、17.28%、5.79%。

2.5 不同铁肥处理对花生籽仁品质的影响

通过对花生籽仁品质的分析发现(表7),不同铁肥处理对花生籽仁脂肪、蛋白质、油酸和亚油酸含量均无显著影响。各处理下,鲁花12号的蛋白质含量稳定在24.0%～24.66%之间,ICG6848的变化幅度稍大,在24.39%～26.52%之间。鲁花12号的脂肪含量在52.96%～54.37%之间,显著高于ICG6848(49.10%～50.31%)。两品种的油酸、亚油酸含量相似。

表7 不同铁肥处理对花生籽仁品质的影响 (%)Table 7 Effect of different iron fertilizer treatments on the quality of peanut seeds

3 结论与讨论

根据土壤有效态微量元素含量分级指标,土壤有效铁含量低于4.5 mg/kg时,植株会出现缺铁黄化现象[16-17]。本试验基地土壤有效铁含量16.59 mg/kg,花生依然出现缺铁黄化现象。有研究表明,当土壤pH 超过7时,就会有缺铁的可能性[18],施用钙肥会增加花生叶片叶绿素含量,改善光合特性[19-20],而石灰性土壤上花生缺铁失绿的主要原因是重碳酸钙含量高阻碍了铁向地上部的运输,从而造成花生生理性缺铁[21]。本试验基地的土壤p H值为7.52,交换性钙的含量较高,为8880 mg/kg,推测缺铁失绿现象是由于钙含量较高引发的,具体原因与机理需进一步探究。

Fe-EDTA 螯合肥的效果一直以来都被认为是效果较好的,因此本试验只选用鲁花12号作处理,作为一个对照参考,主要研究其他几类铁肥,肥效与Fe-EDTA 螯合肥作对比,以便筛选出肥效相似或更好的铁肥。柠檬酸是铁素运输和还原的天然载体[22],可溶性腐殖酸类物质能够与铁形成非常稳定的配合物从而增加铁的有效性[23],因此众多复混铁肥会含有柠檬酸、腐植酸等酸性螯合剂。土壤中有机质的含量也是影响土壤中铁含量的重要因子,土壤中铁的溶解度随螯合态铁含量的改变而改变[24],农业栽培管理中会将有机肥与化肥长期配合施用,主要目的是改变土壤中腐殖质的结合形态,提高土壤中有机质的含量。本试验结合目前国内外研究现状,选用含有黄腐酸螯合剂的铁肥、自制了添加铁的牛粪。试验中将牛粪制成球,一是不易随降水等流失,花生在生长时根系会下扎到牛粪球中,从而确保肥料利用率,二是在将硫酸亚铁与牛粪混合施用时,制成球更容易保证硫酸亚铁与牛粪的完全融合,减小因肥料损失等导致的试验误差。

本试验无论是在FeSO4·7H2O 中添加牛粪还是单独用牛粪,对花生干物质积累量及产量构成因素均无显著影响,这与牛粪自身的供铁特性有关,与他人结果一致[23],造成牛粪在土壤中短期施用对促进花生干物质积累、饱果形成等方面效果不显著。

综上所述,施用铁肥可提高花生叶片相对叶绿素含量,有利于花生干物质积累量、茎叶全铁含量及产量的增加,施用牛粪短时间内对于改善花生缺铁症状没有明显效果,施用Fe-EDTA 和黄腐酸铁肥料对改善花生黄化缺铁症状效果显著,其中黄腐酸铁处理花生叶片全铁含量和产量最高。