葉面噴硼對紫云英結(jié)實特性的影響

鄭春風(fēng)，劉春增，李本銀，呂玉虎，潘茲亮，曹衛(wèi)東

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002；2.信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 信陽 464000； 3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京100081)

紫云英(Astragalussinicus)又名紅花草、翹搖、草籽等，為豆科黃芪屬綠肥作物，是中國傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植綠肥作物之一，具有改善土壤理化性狀、增加土壤微生物數(shù)量和多樣性及提高土壤肥力的作用[1-3]。隨著綠肥作物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不同領(lǐng)域的大量應(yīng)用，紫云英的種子生產(chǎn)已成為發(fā)展綠肥生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)[4-5]。目前，紫云英種子生產(chǎn)基礎(chǔ)性研究投入不足，其高產(chǎn)理論和配套技術(shù)研究相對薄弱，導(dǎo)致種子產(chǎn)量低且不穩(wěn)定[6-8]。因此，如何保證長期穩(wěn)定地提供紫云英生產(chǎn)用種，將是十分重大的課題，也是從事綠肥研究的重要工作，對于提高我國綠肥品種資源的活力，擴大品種資源的儲備與利用以及緩解化肥污染環(huán)境壓力，也具有現(xiàn)實意義[9-11]。

紫云英種子生產(chǎn)過程中，不僅需要N、P、K等大量元素，而且需要微量元素的供給，盡管微量元素在植株體內(nèi)含量很少，但在新陳代謝過程中對能量交換和物質(zhì)轉(zhuǎn)運卻起著重要的調(diào)控作用。目前紫云英施肥研究主要集中在大量元素(氮、磷、鉀)常規(guī)肥料的施用[12-13]，而微量元素對其生長發(fā)育的作用研究較少。微量元素硼在植物體內(nèi)比較集中分布在柱頭、子房等花器官中，能促進根系生長，對光合作用的產(chǎn)物—碳水化合物的合成與轉(zhuǎn)運有重要作用。硼素營養(yǎng)狀況與作物雄蕊發(fā)育的關(guān)系極為密切[14-16]，缺硼可導(dǎo)致小麥雄性不育，籽粒發(fā)育成粒受礙[15]。陳述明等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在苜蓿(Medicagosativa)現(xiàn)蕾期葉面噴硼，能夠增加其單莢種子數(shù)和千粒重，從而提高其種子產(chǎn)量。有研究指出，在紫云英孕蕾期葉面噴施硼酸和鉬酸銨溶液，可以促進植株生長，提高鮮草產(chǎn)量[18]。前人有關(guān)硼對紫云英生長、養(yǎng)分含量及其經(jīng)濟性狀研究已有報道[19-20]，然而關(guān)于硼肥對紫云英花莢結(jié)實特性的調(diào)控研究尚未見報道。本研究擬通過開花前葉面噴施硼肥，探究其對紫云英花莢結(jié)實成粒的調(diào)控效應(yīng)及其途徑，以期為提高紫云英種子產(chǎn)量的調(diào)控技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

本研究于2016-2018年在河南省正陽縣蘭青鄉(xiāng)大余莊(32°16′ N, 114°11′ E)進行田間試驗。試驗田土壤類型為砂姜黑土，土壤質(zhì)地為粘壤，0～20 cm土層有機質(zhì)含量為17.20 g·kg-1，全氮為0.9 g·kg-1，速效氮為102.98 mg·kg-1，有效磷為28.7 mg·kg-1，速效鉀為125.42 mg·kg-1，有效硼為0.41 mg·kg-1，低于土壤有效硼>0.5 mg·kg-1缺硼臨界值[21]。播前每hm2施復(fù)合肥(N∶P∶K=24∶11∶10)187.5 kg，以信紫1號為供試材料，兩年試驗材料均于9月15號播種，播種量為22.5 kg·hm-2，播種時將種子與細沙混勻后撒播，每處理小區(qū)面積為20 m2(5 m×4 m)，試驗田栽培管理同一般高產(chǎn)田。硼肥采用含量為99.5%的硼砂(Na2B4O7·10H2O，含硼11.3%)，在開花前(第1層花序開花之前)，葉面噴施硼砂水溶液[500 (T1)、1000 (T2)、2000 (T3)、4000 (T4)、6000 mg·L-1(T5)]各1次，噴量為750 kg·hm-2，均以葉面表層形成一層水霧但不下滴為準，對照區(qū)葉面噴施清水(CK)，重復(fù)4次。

1.2 測定指標與方法

根據(jù)信紫1號生長特性，自下而上將其分為6個花序?qū)?圖1)，其中，6層及其以上花序?qū)咏y(tǒng)稱為第6層花序。

成熟期每小區(qū)隨機取1 m2(每處理重復(fù)4次)，常規(guī)法考種其有效株數(shù)(即成熟期存活的株數(shù))、一級分枝數(shù)(即在主莖子葉的葉腋長出的分枝，通常在成熟期可以存活)、不同層花序的有效花序數(shù)(即在花莢脫落階段未脫落且在成熟期能夠結(jié)莢的花序)、結(jié)莢數(shù)[結(jié)實莢數(shù)、不孕莢數(shù)(癟莢)]、籽粒數(shù)及粒重，并實收2 m2計產(chǎn)。根據(jù)考種結(jié)果計算單位面積的各層花序平均單莢籽粒數(shù)、莢果結(jié)實率。

每層花序平均單莢籽粒數(shù)=每層花序籽粒數(shù)/每層花序結(jié)莢數(shù)

每層花序莢果結(jié)實率=每層花序結(jié)實莢數(shù)/每層花序結(jié)莢數(shù)×100%

圖1 植株形態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Plant morphological structure diagram

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003和PASW Statistics 18.0軟件對兩年數(shù)據(jù)進行處理分析，采用兩年數(shù)據(jù)平均值繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴硼對紫云英不同層次花序數(shù)的影響

在第1和2層花序上，各噴施處理與對照之間的單位面積花序數(shù)差異不顯著(圖2)。在第3～6層花序上，各噴施處理與對照之間總體上表現(xiàn)出T3>T2>T4>T5>T1>CK。其中，T3處理與對照之間差異達到顯著水平，其單位面積花序數(shù)較對照分別提高31.87%、40.79%、37.49%和44.99%，其他各處理與對照之間差異不顯著(P>0.05)。

2.2 噴硼對紫云英不同層花序結(jié)莢數(shù)的影響

在第1和2層花序上，各噴施處理與對照之間的單位面積結(jié)莢數(shù)差異不顯著(圖3)。但在第3～6層花序上，T3處理與對照之間差異達到顯著水平(P<0.05)，其他各處理與對照之間差異不顯著(P>0.05)。在第3～6層花序上，T3處理的單位面積結(jié)莢數(shù)較對照分別提高27.89%、32.69%、35.92%和25.84%。

2.3 噴硼對紫云英不同層花序單莢籽粒數(shù)的影響

在第1和2層花序上，各噴施處理與對照之間的單莢籽粒數(shù)差異不顯著(P>0.05)(圖4)。但在第3～6花序?qū)由希琓3處理與對照之間差異達到顯著水平(P<0.05)，其單莢籽粒數(shù)較對照分別提高20.69%、23.54%、23.24%和22.03%，其他各處理與對照之間差異不顯著。

圖2 紫云英不同層花序上的花序數(shù)Fig.2 Number of inflorescences in different inflorescence layers of Chinese milk vetch 不同字母表示處理在0.05水平差異顯著，下同。 Different lowercase letters above the bars indicate significant differences among treatments at P<0.05, the same below.

圖3 紫云英不同層花序上的結(jié)莢數(shù)Fig.3 Number of pods in different inflorescence layers of Chinese milk vetch

圖4 紫云英不同層花序上的平均單莢籽粒數(shù)Fig.4 The average grain numbers per pod in different inflorescence layers of Chinese milk vetch

2.4 噴硼對紫云英不同層花序莢果結(jié)實率的影響

在第1和2層花序上，各噴施處理與對照之間的莢果結(jié)實率差異不顯著(圖5)。但在第3～6層花序上，T3處理與對照之間差異達到顯著水平(P<0.05)，其莢果結(jié)實率較對照分別增加2.95%、2.56%、3.49%和4.51%，而其他各處理與對照之間差異不顯著(P>0.05)。

圖5 紫云英不同層花序上的莢果結(jié)實率Fig.5 The grain set percentage of pods in different inflorescence layers of Chinese milk vetch

2.5 噴硼對紫云英產(chǎn)量構(gòu)成的影響

從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，噴施不同濃度硼肥處理與對照在單位面積有效株數(shù)、一級分枝數(shù)、單株一級分枝數(shù)和千粒重上差異均不顯著(表1)。各噴施處理在單位面積花序數(shù)、一級分枝花序數(shù)、每有效花序結(jié)莢數(shù)和每莢粒數(shù)上均表現(xiàn)為T3>T2>T4>T5>T1>CK，其中，T3處理與對照之間差異達到顯著水平，其他各處理與對照之間差異不顯著(P>0.05)。

表1 噴硼對紫云英產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 1 Yield components of spraying B and control treatments in Chinese milk vetch

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。

Note: Values followed by different lowercase letters in the same column indicate significant differences between CK and treatments atP<0.05.

3 討論

紫云英各花序開花的順序是由下而上陸續(xù)進行的[22-23]，并以此順序先后結(jié)莢。紫云英花莢脫落基本上也是按此順序先后發(fā)生的。同一花序上的小花，開放順序是由外向內(nèi)進行的，其結(jié)莢和脫落的順序基本上也是按此順序先后發(fā)生的[22]。紫云英莖枝的中下部花序上著生的小花數(shù)較頂部多，特別是基部花序著生的小花數(shù)最多[22]。花莢脫落比率根據(jù)花在莖枝上著生部位的高低，一般表現(xiàn)為下部花序花莢脫落率較低，上部花序較高[23]。本研究發(fā)現(xiàn)，紫云英的單位面積花序數(shù)和結(jié)莢數(shù)隨花序?qū)拥脑黾幼韵露铣尸F(xiàn)逐漸減少的趨勢，這與前人研究結(jié)果相一致[22-23]。

紫云英的開花期延續(xù)時間較長，因而出現(xiàn)落花落莢的時間也較長，可延續(xù)38～43 d，大部分是在盛花期到終花末期間脫落，且此間的落花率高達85%左右，落莢率高達75%左右[22,24]。因此，通過對紫云英花莢脫落問題的初步探討，鐘山[24]研究指出，在栽培上對于留種紫云英如若想促進種子高產(chǎn)，應(yīng)當(dāng)將重點放在如何提高植株各部位花序的花莢結(jié)實上，促使保花增莢結(jié)實。本試驗發(fā)現(xiàn)，葉面噴施2000 mg·L-1硼肥處理可顯著促進紫云英中上層花序單位面積花序數(shù)、結(jié)莢數(shù)、莢果結(jié)實率和單莢籽粒數(shù)的提高，進而促進種子產(chǎn)量的提高，這與前人提出的研究觀點相應(yīng)證[24]。本試驗不僅探索了葉面噴硼對旱地紫云英種子產(chǎn)量提高的調(diào)控效應(yīng)，還篩選出了適合紫云英種子高產(chǎn)的適宜硼肥噴施濃度以及具體的調(diào)控途徑，為紫云英種子高產(chǎn)的栽培調(diào)控技術(shù)應(yīng)用提供參考。

隨著植株生殖器官的不斷出現(xiàn)、營養(yǎng)器官繼續(xù)的迅速增長，植株體內(nèi)養(yǎng)分供應(yīng)不足或分配失調(diào)，是造成花莢大量脫落的主要生理原因。目前，有關(guān)紫云英花莢發(fā)育與植株體內(nèi)同化物營養(yǎng)分配的關(guān)系尚未見報道，但馬元喜等[25]在針對冬小麥小花發(fā)育的研究中曾提到在冬小麥(Triticumaestivum)小花退化高峰前采取一定調(diào)控措施可減少小花退化，促進結(jié)實。Demotes-Mainard等[26]研究指出冬小麥籽粒數(shù)與小花發(fā)育期穗部氮素積累量呈顯著正相關(guān)。文祥朋等[27]在對冬小麥小花發(fā)育成粒的研究中指出可孕花的形成與同化物在穗部和營養(yǎng)器官的分配比例密切相關(guān)。Scarisbrick等[28]通過對油菜(Brassicanapus)進行多效唑處理發(fā)現(xiàn)，其莢果結(jié)實增多與生殖器官中積累物質(zhì)的增多有關(guān)。基于前人的研究推測，在紫云英花莢脫落開始之前，葉面噴硼可能調(diào)控了花莢發(fā)育過程中不同部位同化物的供應(yīng)與分配，或促進了花器官的發(fā)育成熟，從而有利于中上層花序莢果的發(fā)育與結(jié)實，其內(nèi)在的生理機制需進行進一步的探究。

4 結(jié)論

在紫云英花莢脫落開始之前，采取葉面噴施硼肥(2000 mg·L-1)，可明顯促進中上層花序單位面積花序數(shù)、結(jié)莢數(shù)、莢果結(jié)實率和單莢籽粒數(shù)的增加。通過本研究得知葉面噴施硼肥在提高紫云英花序數(shù)、結(jié)莢數(shù)、籽粒數(shù)等產(chǎn)量構(gòu)成因素方面有較大的調(diào)控潛力。由此建議，在紫云英生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)各生態(tài)區(qū)土壤硼供應(yīng)狀況，關(guān)注硼肥的施用，葉面噴硼不失為一項投入少、增粒效果好的技術(shù)措施。