有机无机配施对甜菜幼苗生长及养分吸收的影响

楚尊超，李枚蔚，宋柏权，高中超，王中业，黄文功，王 艳，阿不都卡地尔·库尔班

(1.黑龙江大学现代农业与生态环境学院/国家糖料改良中心，哈尔滨 150080；2.黑龙江省黑土保护利用研究院，哈尔滨 150086；3.黑龙江省农垦科学院农作物开发研究所，黑龙江双鸭山 155811；4.黑龙江省农业科学院农产品质量安全研究所，哈尔滨 150086，5.新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830091)

0 引言

随着氮肥的过度使用，导致施肥报酬递减、土壤退化，农业面源污染、生态环境破坏等问题凸显[1]。有机肥因其有机质含量高、氮、磷、钾、钙、镁以及微量元素均衡等，与化肥配施既能为作物提供氮、磷、钾大量元素，也能补充作物必需的铜、锌、铁、锰等微量元素[2]，因而肥效持久，能满足作物生长的全面养分需求和维持土壤碳库稳定，有利于全面改善土壤理化性质和生物学特性[3]。研究表明，减施化肥下配施生物有机肥能够不同程度促进甜菜的生长发育[4]，有机肥在施肥措施中越来越受到重视。

甜菜(Beta vulgaris L.)是我国北方重要的经济作物，也是我国主要糖料作物之一[5]。甜菜具有耐旱、耐寒及耐盐碱等特点，是适应性广、抗逆性强的作物，甜菜产业在国民生产经济中占有重要地位[6]。甜菜是喜肥作物，合理的施肥量和施肥方式在甜菜栽培管理过程中显得尤为重要[7]。因此，明确化肥减施下有机肥替代部分化肥对维持土壤肥力，改善作物产。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验于2021年5月初在哈尔滨市呼兰区进行，供试甜菜品种为“KWS1176”，试验地气候类型属中温带大陆性季风气候，供试土壤类型为黑土，pH为6.82，有机质含量41.98 g/kg，全氮含量3.68 g/kg，速效氮含量91.52 mg/kg，全磷含量2.24 g/kg，速效磷含量111.85 mg/kg，全钾含量22.31 g/kg，速效钾含量315.92 mg/kg。田间试验共设4个处理：常规化肥(CK)、常规化肥-20%氮肥+20%有机肥(OF1)、常规化肥-40%氮肥+40%有机肥(OF2)、常规化肥-20%氮肥+40%有机肥(OF3)，试验处理详情见表1。小区10 m行长、6根垄、小区面积为39 m2，每个处理3次重复，随机排列。于幼苗期6月8日进行田间取样测定和分析。

表1 施肥措施方案表

1.2 测定项目和分析方法

1.2.1 形态指标测定

每小区选取长势一致的10株甜菜，用直尺、游标卡尺和分析天平分别测量甜菜的株高、叶厚、叶面积、根长、根粗和根体积。将甜菜幼苗分为地上部和地下部，于烘箱60℃烘干至恒重。

叶面积(cm2)=叶片长度×叶片宽度×0.802[8]。

1.2.2 SPAD的测定

于2021年6月8日9：00-11:00时，选取小区中间长势均匀的10株甜菜幼苗，用SPAD仪(叶绿素计SPAD-502日本)测定方向和部位相对一致的完全展开叶片，避开叶脉，于叶片1/3处测3次取平均值作为该叶片的SPAD值[9]。

1.2.3 光合指标的测定

叶片光合指标采用LI-6400(LI-COR Inc.美国)便携式光合作用测定系统测定，选择长势均匀、部位、方向、相对一致的中部功能叶片，于晴天9:00-11:30进行气体交换参数光合量、品质具有重要意义。在甜菜苗期，进行不同有机肥化肥配比处理，综合分析有机肥对甜菜生长、光合特性的影响，为进一步甜菜高产栽培提供指导依据。

速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)的测定,每个处理测定4株，取平均值。

1.2.4 叶绿素的测定

采用乙醇提取法进行测定，选取测定形态参数的叶片避开叶脉位置取样称取0.200 g鲜重叶片，用10 mL 95%的乙醇避光浸提，取上清液用紫外分光光度计(UV-800A)测定光合色素含量，叶绿素浓度用mg·g-1表示[9]。

1.2.5 微量元素提取与测定

称取甜菜样品0.200 g置于20 mL石英坩埚，放入马弗炉，先在230℃下灰化1 h，再加热至560℃灰化4 h。灰化完毕后加入1∶1 (V/V)硝酸溶液溶解灰分后无损地移入50 mL的容量瓶中，用蒸馏水定容，同时作空白。采用上海分析仪器厂生产的(TAS-990)型原子分光光度计测定Ca、Mg、Fe、Mn、Cu和Zn元素含量。

1.3 统计分析

试验数据采用Excel 2010和SPSS 25进行数据处理和统计分析、进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，采用OriginLab 2019进行图形绘制。

2 结果与分析

2.1 有机无机配施对甜菜苗期生长参数的影响

甜菜幼苗株高、叶厚、叶面积、根长等均呈现增长的趋势，与CK处理相比，OF1、OF2和OF3的株高分别增长23.46%、18.80%和26.95%(图1A)；叶厚分别增长9.57%、2.02%和21.41%(图1B)；叶面积分别增长6.91%、1.33%和15.74%(图1C)；主根长分别增长5.80%、3.46%和11.25%(图1D)；根粗分别增长10.09%、4.16%和28.68%(图1E)；根体积分别增长13.40%、3.09%和23.71%(图1F)。由此可得出，有机无机配施可有效促进甜菜叶片和根系的生长，在OF3处理下生长指数增长最为显著。

图1 有机无机配施对甜菜苗期农艺性状的影响Fig.1 Effect of organic-inorganic application on agronomic traits of sugar beet at seedling stage

2.2 有机无机配施对甜菜苗期鲜重和干重的影响

甜菜块根苗期鲜重及干物质积累量随施肥配比的变化而变化，与CK处理相比，有机无机配施处理显著增加了甜菜的地上部和地下部的鲜重(图2A、B)、干重(图2C、D)，且规律相对一致。由图(2)可知，OF3处理下甜菜地上部及地下部鲜重和干重呈现效果为最佳。与CK处理相比，OF1、OF2和OF3甜菜苗期地上鲜重提高了16.51%、3.81%和25.28%；地下鲜重提高了14.79%、9.24%和18.02%；地上干重提高了5.58%、2.58%和21.71%；地下干重提高了25%、15%和40%。由此可得出，有机无机配施可有效促进甜菜生物量的积累。

图2 有机无机配施对甜菜苗期鲜重和干重的影响Fig.2 Effect of organic-inorganic application on fresh and dry weight of sugar beet seedlings

2.3 有机无机配施对甜菜苗期SPAD值和光合色素的影响

在甜菜苗期，不同施肥处理条件下甜菜叶片的SPAD随施肥处理有明显的变化。有机无机配施条件下OF1、OF2、OF3叶片的SPAD值高于常规施肥处理OF，且OF3处理下甜菜的SPAD达到最大值。与CK相比，OF1、OF2和OF3甜菜苗期叶片的SPAD值提高了2.85%、1.30%和4.02%(图3A)。与CK相比OF1、OF2和OF3处理甜菜苗期叶绿素a含量增加了6.03%、5.20%和8.00%(图3B)；叶绿素b含量增加了25.36%、21.25%和33.01%(图3C)；类胡萝卜素也增加了50.25%、35.00%和87.34%(图3D)。总叶绿素增加了15.73%、12.94%和21.53%(图3E)；叶绿素/总叶绿素增加了8.32%、7.35%和9.44%(图3F)由此可知，有机无机配施处理后均可提高光合色素的含量，在OF3处理下达到最大值。

图3 有机无机配施对甜菜苗期SPAD值和光合色素影响Fig.3 Effect of organic-inorganic application on SPAD and photosynthetic pigments in sugar beet seedlings

2.4 有机无机配施对甜菜苗期光合性能的影响

配施处理使甜菜幼苗利用光强的能力提升，显著提高了甜菜苗期生长的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)，不同施肥处理间差异显著。较CK相比OF1、OF2和OF3蒸腾速率分别提高22.89%、14.44%和24.83%，净光合速率分别提高3.41%、3.00%和5.22%，气孔导度分别提高13.28%、1.23%和14.21%。

2.5 有机无机配施对甜菜养分吸收的影响

配施有机肥处理下，元素Ca和Mg呈增长的趋势(图4)，Ca地上部含量提高了17.23%、8.35%和25.13%，地下部含量提高了10.12%、5.59%和23.74%(图4A)；Mg地上部含量提高了7.29%、2.95%和10.59%，地下部含量提高8.63%、4.90%和14.72%(图4B)。

表2 有机无机配施对甜菜苗期光合性能的影响

图4 有机无机配施对甜菜苗期养分吸收的影响Fig.4 Effect of organic-inorganic application on nutrient uptake in sugar beet seedlings

微量元素Zn、Fe、Mn和Cu表现相同程度增长，Zn地上部含量提高了13.96%、5.95%和20.11%，地下部含量提高10.28%、5.93%和15.95%(图4C)；Fe地上部含量提高15.84%、6.06%和19.20%，地下部含量提高9.58%、6.20%和11.22%(图4D)；Mn地上部含量分别提高7.73%、3.26%和10.43%，地下部含量提高12.86%、6.69%和24.23%(图4E)；Cu地上部含量提高14.75%、5.88%和17.65%，地下部含量提高20.51%、11.59%和23.08%(图4F)。

在有机无机配施处理下甜菜幼苗地上部和地下部对矿质养分的吸收存在显著差异，地上部和地下部对矿质养分含量增加的趋势为：OF3>OF1>OF2>CK。

3 讨论

有机肥作为传统农业施肥方式，能够持续供给作物生长发育所需的各种养分[10]。郭喜军等[11]认为，将有机无机肥以适宜的比例和用量配施，既可维持高产，又可避免大量施用无机氮肥造成的一系列问题。有机肥替代部分化肥能显著促进韭菜生长、提高产量和改善品质促进土壤养分平衡[12]。李玫蔚[13]等研究发现有施用有机肥处理促进了幼苗期甜菜壮苗形成。本研究结果表明，有机无机配施处理下，可以有效改善甜菜的株高、叶面积、根体积和主根长等生长参数，与上述研究结果基本一致。

光合作用是植物进行生命活动的生理代谢基础，叶片作为植物光合作用的主要器官，叶绿素含量高低可以反映植物叶片生理活性、营养状况及衰老程度[14]。本研究在甜菜苗期不同配施处理光合色素含量表现为OF3>OF1>OF2>CK，叶绿素的含量影响着光能的吸收和转换，叶绿素a和叶绿素b的比值(chl a/b)的变化能反映叶片光合活性的强弱及植物对光能利用的多少[15]。相关研究表明，减氮配施有机物料处理下，白菜和玉米苗期的SPAD分别增加42.7%和13.5%、净光合速率分别增加11.1%和12.7%[16]，这与本研究结果相似。胞间CO2浓度与叶片光合速率和气孔导度的变化趋势相反，这可能是非气孔因素使CO2的利用率降低，造成了CO2的积累[17]。

有机肥既能为作物提供大量元素(氮、磷、钾)也能补充作物必需的微量元素(铜、锌、铁、锰等)，是作物生长发育与产量品质提高的物质基础。崔楠楠[18]等研究发现动物源有机肥都不同程度地提高了核桃幼树中的铁、锰、铜、锌含量，改善了叶片中各养分的平衡关系。赵强[19]研究表明，生物有机肥处理的旱柳叶片Zn、Mn分别提高了5.68 mg/kg和5.78 mg/kg。与本试验结论相对一致。本试验中有机无机配施促进了甜菜地上部和地下部对微量元素的吸收，促进了甜菜苗期的生长。

4 结论

有机无机配施施肥措施均能促进甜菜幼苗生长和养分吸收，显著提高了甜菜幼苗生长参数、光合性能和养分吸收，促进了幼苗期甜菜壮苗形成。其中OF3处理效果最优但与OF1差异不显著，且OF3施用有机肥为OF1的两倍，在综合考虑甜菜幼苗生长与经济效益和生产中可实施性的基础上，推荐施肥方案为常规化肥减施20%的氮肥同时配施20%的有机肥(OF1)，该研究结果可为黑龙江地区甜菜生产提供科学施肥理论依据。