磷酸二铵施用量及方式对甜菜光合性能和产量的影响

张 婷 张博文 李国龙 曹 阳 李 悦 张少英

（内蒙古农业大学甜菜生理研究所，010018，内蒙古呼和浩特）

甜菜（BetavulgarisL.）是我国第二大糖料作物，是我国北方重要经济作物之一，近年来，随着种植密度和节水灌溉等栽培技术的改进，我国甜菜单产逐年提高，但是，在追求高产的同时，不合理施肥也随之出现，产量、质量形成过于依赖施肥量，过多肥料投入导致肥料利用效率低、污染严重、产量增长停滞和品质下降等问题。磷是影响作物生长发育及产量形成的关键元素之一，戚昕元等[1]和王聪宇[2]研究表明，磷肥分次施用下磷肥利用率及作物产量均高于磷肥一次性基施。何佩云等[3]研究得出，适当减少磷肥施用量可以促进甜荞生长，提高产量和品质。岳俊芹等[4]研究得出，小麦籽粒产量与施磷量的关系呈抛物线型。

磷参与植物呼吸和光合代谢、生物膜等的构建及ATP的形成，磷肥对光合性能的影响在多种作物上已有广泛研究。Zhang等[5]研究认为，磷肥施用量与玉米叶片光合速率之间存在有限的线性关系，过量施磷，光合速率不再随施磷量增加而提高。肖旭峰等[6]研究认为，适当的氮磷配施可以促进马铃薯植株呼吸和光合代谢，有利于ATP的形成。邢倩等[7]和张勉等[8]研究发现，施磷可促进小麦叶绿素合成，显著提高净光合速率（Pn），施磷量的增加会增加小麦花后干物质积累量及籽粒产量贡献率。曹爱琴等[9]、金剑等[10]和Israel[11]研究表明，提供适宜磷能显著提高大豆根系和地上部的干物质积累。赵伟等[12]研究发现，弱光环境增施磷肥可增强叶片光合电子传递活性，提高光合速率和促进干物质积累，提高产量。前人研究已表明，施磷量及方式是调控作物光合面积、光合速率、干物质积累与转运、产量和质量的有效措施。目前，甜菜上磷肥多用作基肥一次性施入，关于甜菜高产目标下施磷量及方式对甜菜光合、物质转运及产量的影响的研究鲜见报道。本研究通过设置不同施磷量及方式，研究其对甜菜光合特性、物质转运及产量的影响，以期筛选甜菜最佳施磷方式，为甜菜高产的磷肥管理奠定理论基础和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年在内蒙古自治区乌兰察布市凉城县新州夭村（40°49′ N，112°33′ E）进行。试验地区属温带半干旱大陆性季风气候，年平均日照3026h，有效积温 2500°C，无霜期 125d，降水量392.37mm。试验田土壤养分含量及pH见表1。

表1 试验地土壤养分及pHTable 1 Soil nutrients tatus and pH

1.2 试验材料

供试甜菜品种为 HI1003。肥料为尿素（N≥46%）、磷酸二铵（N︰P2O5=18%︰46%）和硫酸钾（K2SO4≥50%）。

1.3 试验设计

采用裂区试验设计，设置3种施磷方式（播种前全部基施；播种前基施 2/3，叶丛快速生长期追施1/3；播种前基施2/3，块根糖分增长期追施1/3），每种施磷方式下设置5个施磷量60、90、120、150、180kg/hm2，对应磷酸二铵用量为130、196、261、326和391kg/hm2，不施磷为空白对照，各处理施磷方式及施磷量见表2，重复4次，共64个小区，小区面积30m2（6m×5m）。采用纸筒育苗移栽技术种植，于5月20日移栽，行距60cm，株距20cm。5个磷酸二铵施用量相应尿素N量分别为97、85、73、61和 50kg/hm2，基施；各处理施 K 量均为150kg/hm2，基施。其他田间管理各处理一致。

表2 试验设计Table 2 Experiment design kg/hm2

1.4 测定指标及方法

在甜菜苗期、叶丛快速生长期、块根糖分增长期、糖分积累期4个生育时期每次取样5株进行形态指标和光合指标的测定，于10月7日进行测产[13]。

用称重法测定叶面积指数（leaf area index，LAI）。将甜菜叶片、叶柄和块根阴干后在80℃烘箱中烘干至恒重，称取甜菜各部位的干物质重量。用LI-6400光合仪测定净光合速率（Pn）。用SPAD-502叶绿素仪测定甜菜倒 3叶的相对叶绿素含量（SPAD值）[13]。按块根切削标准 GB/T 10496-2002[14]的规定进行全小区测产。

1.5 数据统计

采用Excel进行数据整理，利用SPSS进行方差分析，用GraphPadPrism 5进行作图。

2 结果与分析

2.1 施磷量及方式对甜菜叶面积指数的影响

叶片是光合作用的主要器官，光合面积的大小是作物产量的决定因素。由表3得出，随甜菜生育进程，各处理LAI均呈先升高后平稳的变化趋势，于块根糖分增长期达到最大值。相同施磷方式下，施磷量为150kg/hm2时，LAI达最高值；在块根糖分增长期不同施磷量处理间 LAI差异最大，A4、B4和C4的LAI较相同施磷方式下其他施磷量分别提高 7.35%～14.53%、8.42%～32.54%和 0.66%～13.57%，处理B4的LAI最高，即每增施1kg/hm2的磷，LAI增加0.0189。相同施磷量条件下，苗期A4和A5处理LAI高于B和C处理，A处理基肥足量时，利于甜菜的养分吸收从而促进 LAI的增加；叶丛快速生长期至糖分积累期，B处理LAI最高，处理B4与A4、C4的LAI差异显著（P＜0.05），在块根糖分增长期处理B4的LAI分别较A4和C4提高20.37%和18.00%。

表3 不同施磷量及方式对甜菜LAI的影响Table 3 Effects of phosphorus application amount and method on LAI of sugar beet

2.2 施磷量及方式对甜菜叶片SPAD值的影响

由表4可知，甜菜生育过程各处理SPAD值均呈现“U”型变化趋势，于块根糖分增长期降幅最明显并达到最低。相同施磷方式下，施磷量150kg/hm2时，各生育时期叶片SPAD值达到最大，之后再增加施磷量，叶片SPAD值不再增加，甚至在生育中后期B5的SPAD值有所下降。相同施磷量下，在苗期，A处理SPAD值大于B和C处理，其中A4的SPAD值显著高于其他处理（P＜0.05），其他处理间差异不显著，说明B、C处理基施的2/3磷肥可以满足甜菜苗期的生理需求。叶丛快速生长期之后均是B处理SPAD值最高。

表4 不同施磷量及方式对甜菜叶片SPAD值的影响Table 4 Effects of phosphorus application amount and method on SPAD value of sugar beet leaves

2.3 施磷量及方式对甜菜叶片Pn的影响

由图1可知，在甜菜生育期内Pn随施磷量的增加呈现单峰趋势。相同施磷方式下，苗龄为60～90d时，B4与其他处理差异显著（P＜0.05），B4较B1、B2、B3和B5分别提高55.79%、33.33%、27.53%和9.65%，说明适宜施磷量可以显著提高甜菜叶片的Pn，过高的施磷量反而使Pn降低。相同施磷量下，在叶丛快速生长期，处理B4、A4和C4间差异显著（P＜0.05），B4的Pn较A4和C4分别提高10.95%和14.69%，在块根糖分增长期处理B5、A5和C5间差异显著（P＜0.05），B5的Pn较A5和C5分别提高12.58%和6.63%，在叶丛快速生长期，B处理Pn的提高明显优于A处理，块根糖分增长期的Pn表现为B处理＞C处理＞A处理，表明在甜菜生育后期追施磷肥同样有助于甜菜Pn的提高。

图1 不同施磷量及方式下对甜菜Pn的影响Fig.1 Effects of phosphorus application amount and method on Pn of sugar beet

2.4 施磷量及方式对甜菜干物质积累与分配的影响

由表5得出，施磷方式相同时，在叶丛快速生长期，随施磷量增加，甜菜单株干物质积累量增加，且处理 B5与其他处理均达差异显著水平（P＜0.05），其他3个生育时期甜菜单株干物质积累量随施磷量的增加逐渐提高或趋于稳定，处理B4在糖分积累期达到最大值，单株干物质含量为545.88g/株，表明适宜磷肥的施入利于甜菜干物质的合成。施磷量相同时，叶丛快速生长期和糖分积累期，施磷量为120～180kg/hm2时，B处理显著高于A和C处理（P＜0.05），在叶丛快速生长期，施磷量≥120kg/hm2时，3种施磷方式下单株干物质积累量增加效果最明显，B处理较A、C处理分别显著提高14.21%～18.19%和 27.66%～33.24%，表明适宜时期追施磷肥利于甜菜的单株干物质积累，从而为高产奠定物质基础。

表5 不同施磷量及方式对甜菜单株干物质积累量的影响Table 5 Effects of phosphorus application amount and method on dry matter accumulation per plant of sugar beet g/株g/plant

根冠比（root-top ratio，R/T）反映甜菜植株物质分配及生长中心的转移。图 2显示，随着甜菜生育进程，各处理的 R/T不断增长。相同施肥方式下，块根糖分增长期至糖分积累期，施磷量为150或180kg/hm2时，R/T与其他施磷水平有显著差异（P＜0.05），且各时期处理B4的R/T值最高。当施磷量为150kg/hm2时，叶丛快速生长期至块根糖分增长期B处理R/T均大于A和C处理；在叶丛快速生长期各处理间差别最明显，B处理的R/T较A和C处理提高0.20%～9.38%和6.64%～11.58%，表明合理的追施磷肥可促进生长中心的转移，协调源库平衡。

图2 不同施磷量及方式对甜菜根冠比（鲜重）的影响Fig.2 Effects of phosphorus application amount and method on R/T (fresh weight) of sugar beet

2.5 施磷量及方式对甜菜产量的影响

由图3和图4可知，相同施磷方式下，在一定施磷量范围内，施磷量与甜菜产量呈显著正相关，施磷量150kg/hm2时产量达到峰值，每增施1kg/hm2磷肥时，产量增加80.8kg/hm2，增施至180kg/hm2，产量呈下降趋势，当施磷量＞150kg/hm2，增产效果与施磷量呈负相关。相同施磷量条件下，追施磷肥处理（B、C）产量均高于磷肥全部基施处理（A），B处理产量最高，且与A、C处理差异显著（P＜0.05），由此表明，追施磷肥对于甜菜产量的提高起到一定作用，且在叶丛快速生长期追施优于在块根糖分增长期追施。

图3 不同施磷量及方式下的甜菜产量Fig.3 Effects of phosphorus application amount and method on yield of sugar beet

图4 各施磷方式下施磷量与甜菜产量的关系Fig.4 Relationship between phosphorus application amount and sugar beet yield

3 讨论

磷是植物生长发育所必需的营养元素[15]，参与甜菜光合、呼吸等生理代谢过程。前人研究[13]得出甜菜SPAD值在糖分积累期最低，本研究中各个处理的SPAD值随生育期推进均呈现出“U”型变化趋势，在块根糖分增长期为最小值，其原因可能是在甜菜块根糖分增长期叶丛达到最大，相对于叶丛的生长速度，叶绿素的合成与积累较慢，导致叶片SPAD值降低，至糖分积累期，LAI不再增加，SPAD值有所增加。大量研究表明，随着施磷量的增加，蓖麻[16]和水稻[17]等作物叶片Pn和气孔导度（Gs）均有增加，而低量或过量施磷可引起以上参数的降低[18]。磷参与了光合酶的组成，直接影响植株光合效率[19]。本研究得出，随施磷量的增加甜菜的Pn和LAI呈先升高后降低的趋势，即在低量和过量施磷的情况下，甜菜Pn均较小。王国兴等[20]研究得出，施用磷肥有效促进了LAI的增加，本研究得出，处理B4在块根糖分增长期LAI最高，表明磷肥能明显促进LAI的增加，为光合作用提供了“良好的场地”，从而为物质合成与积累奠定了基础。作物光合产物积累量及其分配对产量形成具有重要作用[21]，本研究得出，在叶丛快速生长期单株干物质积累量在施磷量为180kg/hm2时达到最大，其他3个生育时期大部分处理均在施磷量为150kg/hm2时最高。叶丛快速生长期叶丛生长旺盛，代谢合成能力急剧增加，需肥量大，高施磷量可以促进玉米生殖生长期营养器官的光合产物输出和再分配[22]，本研究中甜菜单株干物质积累量与 R/T的最大值均出现在施磷量为150kg/hm2或180kg/hm2。耿玉辉等[23]研究得出，春玉米产量与磷肥施用量呈典型抛物线关系，一定范围内随施磷量增加，春玉米产量呈增加的趋势，过量施用磷肥导致减产。且张勉等[8]研究得出，40cm土层施 150kg/hm2有利于提高旱地麦田孕穗期前0～100cm土层土壤水分含量，促进小麦茎秆+茎鞘中的干物质向籽粒转运和花后干物质累积及其对籽粒的贡献率，从而提高籽粒产量。本研究相同施磷方式下，随着施磷量的增加，甜菜的产量先升高后降低，施磷量150kg/hm2时达最大值。

磷作为三大元素之一，甜菜生产实践中多用作基肥，但由于甜菜生育期长、生物产量大、吸肥量大的特性，优化磷肥施用方式是实现高产高效的有效途径之一[24-26]。本研究得出，叶丛快速生长期至糖分积累期，B处理LAI和SPAD值均较高，表明追施磷肥可以增加LAI和SPAD值。而在块根糖分增长期，处理A5、C5、B5间的Pn差异达显著水平（P＜0.05），由此推断叶丛生长茂盛并达最大值，此时进行旺盛的光合作用，而磷参与植物呼吸和光合代谢的过程，从而高施磷量促进甜菜Pn的提高。合理的磷肥施用量、施用方式及肥料类型可提高作物花后干物质积累量和转运量[27-29]，本研究得出，叶丛快速生长期追肥处理显著优于块根糖分增长期追肥与磷肥全部基施处理下的单株干物质积累量和R/T，表明甜菜叶丛快速生长期追肥优于块根糖分增长期追肥，甜菜在叶丛快速生长期生理代谢极为旺盛，需肥量大，此时追施磷肥利于合成大量含磷化合物，两者相互促进为甜菜生理活动提供能量，促进甜菜干物质的积累及生长中心的转移，有利于源库平衡。王聪宇[2]关于玉米磷肥施用时期试验表明，磷肥分次追施要优于一次性基施，本研究结果与上述研究相似，追肥处理（B、C）产量高于一次性基施（A）处理，叶丛块速生长期追肥的处理增产效果要优于块根糖分增长期追肥。

4 结论

相同施磷方式下，施磷量150或180kg/hm2时可以提高甜菜的LAI、SPAD值、Pn、单株干物质积累量、R/T及产量；在叶丛快速生长期追施磷肥处理的上述指标均高于其他处理，从节本增效角度考虑，推荐高产甜菜施磷量为 150kg/hm2，于播种前基施2/3，叶丛快速生长期追施1/3。