冬小麥種植中化肥減施增效作用分析

葉舉中 劉鐵干 張菲菲 朱翠娟

（1.平頂山市農業干校 ，河南 平頂山 467000；2.河南省農業廣播電視學校平頂山市分校 ，河南 平頂山 467400）

我國不僅是人口大國，也是農業大國，維持糧食生產的穩定性是我國現代農業生產的核心目標。近年來，我國化肥的高投入為實現糧食高產穩產提供了可靠支撐，在實現國家糧食安全方面做出了巨大貢獻。冬小麥是河南省平頂山市的主要農作物之一，植株衰老過程和土壤肥力情況共同影響小麥產量。通過配施有機、無機肥，有助于提高氮肥的實際利用率，促進農業健康發展。

既往研究指出，將適量木霉菌劑添加至種植土壤內，不僅能起到延緩土壤中堿解氮和有效磷消耗過程的作用，而且對農作物健康生長發育能起到促進作用，明顯增強其抗逆性。筆者通過開展小區試驗，著重探究不同施肥處理方法下冬小麥的產量，并參照土壤速效養分含量及冬小麥主要生理性指標改變情況，從拖延小麥衰老過程、增加其產量的角度探究化肥使用對小麥產量的影響機制。

1 化肥減施增效的作用

合理施用化肥能較好地滿足農作物生長過程中對營養物質的需求，也是使作物產量有所保障的有效方式之一。但是，過度施加化肥會破壞農業生態環境，導致土壤內養分含量顯著降低，加速土壤環境惡化，危及農作物健康生長。同時，當農作物過度依賴化肥時，會增加生產成本，不利于農戶獲得較高的利潤。在此背景下，國家相關部門頒發了推行化肥減施增效的技術性政策。其實施的意義在于改善土壤生態環境，平穩提升作物的產量與品質。長期以來，有機肥料代替傳統化肥是常用的減施化肥的方法之一。有機化肥來源途徑廣，含有農作物健康生長所需的多種營養物質及有機質。科學施用有機肥能實現對種植土壤酸堿平衡狀態的有效調控，改善土壤的部分生物學特性，強化土壤保肥、保水、透氣等屬性，為作物正常生長發育營造良好的土壤環境。施用有機肥對生態環境表現出一定的友好性，能為現代農業健康、持久發展保駕護航［1］。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

2016—2017年，在平頂山市某試驗農田開展試驗。試驗地土壤是褐土。當地年均氣溫18.7 ℃，年均降水量817.5 mm，但灌溉條件較差。選擇的地塊有機質含量1.10%，氮、磷、鉀質量分數分別約為0.78、0.54、18.72 g/kg。

2.2 試驗方法

試驗共設置4個處理（見表1），各處理試驗面積均為667 m2，各處理項目均重復3次。試驗中所用的木霉菌劑、有機肥均由正規機構提供。試驗田的管理可以依照當地的日常管理習慣進行，即在冬小麥的幾個關鍵時期進行合理施肥、中耕除草等，但沒有進行人為灌溉［2］。

表1 冬小麥施肥處理 g/m2

2.3 取樣和檢測

2.3.1 土壤。收割小麥時，對各處理隨機選4個采樣點，取表層土壤試樣0～20 cm，剔除雜質后用2 mm網過篩以備用。按照《土壤農業化學分析方法》［3］中提出的方法測定土壤有機質、有效磷等含量。

2.3.2 小麥。于拔節期與灌漿期選出生長狀態大體一致且沒有病蟲害的植株，取用頂三葉分別5片，將其放進冰壺內帶回實驗室，清洗葉片表面，擦拭水分，剔除葉脈，充分混合均勻，剪成碎片（5 mm以下），測定相關指標［4］。采用木酚比色法測定過氧化物酶（POD）活性，采用紫外分光光度法測定過氧化氫酶（CAT）活性，采用酸性茚三酮法測定游離脯氨酸含量，采用硫代巴比妥酸反應法測定丙二醛（MDA）含量，采用Inskeep法檢測葉綠素含量，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測定根系活力。

3 結果與分析

3.1 小麥產量及土壤養分含量的變化

收割小麥后，4種不同施肥處理的小麥產量見表2。相比之下，BF與OF處理能使冬小麥增產20%左右。BF處理形式下種植土壤內氮、磷、鉀總量最低，可能是這種處理土壤中氮、磷、鉀元素輸入量偏低。OF處理方法有助于減少復合肥用量，但多數有機肥內含有較多的氮磷鉀元素，且氮磷釋放遲緩，所以小麥收割后種植土壤內堿解氮、速效磷含量位居4種處理方法的第1位［5-6］。

表2 不同施肥處理情況

3.2 小麥生理指標的變化

3.2.1 不同生長期小麥主要生長指標檢測情況見圖1。POD、CAT采用清除H2O2的方式，防控膜脂發生過氧化，進而延緩小麥衰老。活性指標高低能呈現出作物細胞抗衰老能力強弱。試驗結果表明，在冬小麥拔節期、灌漿期，不同施肥處理下冬小麥的POD、CAT活性改變趨勢表現出一致性（見圖1a和圖1b），CK、BF、CF處理小麥植株的POD、CAT活性均是灌漿期＜拔節期。進入拔節期，不同處理下以上兩項活性指標的大小排序BF＞CK＞CF＞OF，表明通過添加木霉菌劑能刺激以上兩種保護酶。灌漿期，OF與BF處理下以上2種保護酶活性高于其他2組。通過加入有機肥能提高以上2種保護酶的活性［7］。加入木霉菌盡管不能誘導以上2種酶活性增強，但其能在灌漿期使酶活性處于較高水平，進而抑制植株衰老。綜合以上結果可以初步認為，復合肥減施過程中添加有機肥或木霉菌對灌漿期小麥體內POD、CAT水平均能起到較好的維持作用，減輕活性氧對植株造成的損害，強化自由基的清除能力，延緩衰老。同時，這一統計結果也證實有機肥對小麥作物的作用是一個循序漸進的過程，經OF處理后的冬小麥進入生長后期時以上兩種保護酶均呈現出較高的活性。

3.2.2 游離脯氨酸和丙二醛（MDA）含量的變化。游離脯氨酸是一種滲透調節物質，主要功能是增強細胞保水能力，維持細胞膜結構的穩定性。試驗結果表明（見圖1c），灌漿期冬小麥內游離脯氨酸含量明顯高于拔節期。OF與CF處理組灌漿期小麥植株內游離脯氨酸含量高于BF處理，可能是因為添加木霉菌后延緩了小麥的衰老過程，故而小麥中游離脯氨酸的合成量相應減少。

MDA為在惡劣的生存環境下形成的一種細胞膜脂過氧化產物，其可能會對膜結構與酶活性造成不同程度的損傷。該項指標能呈現出胞膜脂過氧化的真實水平，表示出惡劣環境對小麥植株造成的損傷程度［8］。試驗結果表明（見圖1d），在不同施肥處理下，拔節期冬小麥植株內MDA水平相近，不具有統計學意義，但是灌漿期OF處理小麥作物體中MDA含量明顯增高，位居4個處理方式之首。BF處理組小麥內MDA含量最低，表明添加木霉菌能在小麥衰老過程中對植物中氧自由基含量水平產生明顯的抑制作用，進而實現對細胞結構完整性與酶活性的有效保護。有機肥對小麥作物形成的影響作用是長期的，這也就預示著通過添加有機肥在短期內不能快速應答短期惡劣環境對作物造成的脅迫及損傷問題。

3.3 葉綠素含量與小麥根系活力的變化

觀察圖1e和圖1f，不難發現拔節期冬小麥葉片的葉綠素含量明顯高于灌漿期。既往已經有很多研究證實，葉綠素水平降低是冬小麥作物葉片衰老的一項重要生理性指標。不管是拔節期還是灌漿期，始終是BF處理小麥葉片葉綠素含量最高，添加木霉菌劑能在較長時間內促進小麥健康生長，誘導葉片內葉綠素含量增加，增強作物的光合作用，并且能延遲葉片衰老，進而使小麥作物灌漿期更長。既往有研究證實［9］，木霉孢子懸浮液有增加番茄葉片葉綠素含量的作用，與該研究所得結論一致。在冬小麥拔節期及灌漿期，BF與OF施肥處理的作物根系活力顯著強于其他2個處理，相比之下BF處理組的小麥植株根系活力最強。有報道稱，哈茨木霉本體的發酵產物不僅能增加豇豆葉片葉綠素含量，還能提高植物根系活力水平，這可能是因為小麥定植后，添加木霉菌后能較明顯地優化根系微環境，且能為植物根系茁壯生長提供黃酮萜類等諸多必需物質，進而促進根系生長。OF施肥處理中添加有機肥，對冬小麥發育生長也能起到促進作用，葉綠素含量及根系活力都處于較高水平［10］。

圖1 不同生長期小麥主要生長指標檢測情況

4 結論

試驗在平頂山市進行，當地農業灌溉基礎條件不完善，冬小麥栽植后不再進行灌溉。這就意味著小麥整個生長過程均承受著干旱的威脅。試驗結果表明，在復合肥減施的基礎上加入適量有機肥與木霉菌劑，對冬小麥健康生長能起到較好的保障作用，使小麥增產約20.0%。與OF處理相比，采用BF處理方法能明顯降低種植土壤的氮磷鉀總量。經BF處理后，土壤中堿解氮和速效磷含量顯著高于CK與CF處理情況，且BF組作物的生長狀態顯著改善，真正實現了減施增效的設計目標。拔節期，不同處理方法下小麥植株的POD、CAT活性指標排序為BF＞CK＞CF＞OF，表明通過添加木霉菌劑能激發以上兩種保護酶的活性。相比之下，BF處理方法更能顯著提升小麥作物POD、CAT兩種保護酶的活性，進而降低細胞膜脂過氧化水平。

綜合試驗結果可以初步認為，木霉菌劑能更有效地將種植土壤中結合態氮磷轉換成有機態氮磷，增加土壤內堿解氮、速效磷的含量，使農作物更高效地利用氮、磷元素，減少土壤中的氮、磷總量。