灌漿期噴施硫酸鋅對(duì)谷子光合特性及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

黃珊珊，王宏富，鄭培斌，梁竹花，董丹丹

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801）

谷子起源于我國(guó)，是傳統(tǒng)的糧食作物，抗旱和耐貧瘠能力較強(qiáng)[1]，對(duì)環(huán)境的影響較小。谷子中含有多種氨基酸和維生素，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高[2-3]。其作為主食在我國(guó)北方的餐桌上占有較高地位，被列為小雜糧之首[4]。

鋅雖是微量元素，但對(duì)植物的生長(zhǎng)起著重要作用[5]，不僅能夠增加碳酸酐酶活性，促進(jìn)光合作用中的水合反應(yīng)，而且還影響在光合作用中起重要作用的葉綠素的形成，進(jìn)而促進(jìn)干物質(zhì)的累積。充足的微量元素能夠保證植物體內(nèi)多種酶的合成，促進(jìn)植物的新陳代謝過程，有利于植物的生長(zhǎng)，間接地能夠促進(jìn)植物對(duì)大量元素的吸收，還可以通過改善細(xì)胞原生質(zhì)的膠體化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而提高原生質(zhì)的濃度，增加作物對(duì)各種逆境和脅迫的抵抗能力。鋅參與植物體內(nèi)200多種酶的合成[6]，是生物膜結(jié)構(gòu)不可缺少的組成成分。低鋅和鋅過量都會(huì)導(dǎo)致小麥的生長(zhǎng)發(fā)育受阻，過量的鋅會(huì)降低產(chǎn)量，嚴(yán)重的還會(huì)引起鋅肥的浪費(fèi)及環(huán)境污染[7]。同時(shí)，鋅也是人體所必需的元素，鋅缺乏或攝入過量的鋅都會(huì)危害到人的健康，對(duì)生理功能產(chǎn)生重要影響[8]，嚴(yán)重的會(huì)引起神經(jīng)系統(tǒng)疾病，造成免疫低下[9]。

葉面噴肥指在植物生長(zhǎng)后期施肥的一種方式[10]，生長(zhǎng)后期作物的植株較高，枝葉旺盛使得田間施肥很不方便，因而，需要葉面噴施。在作物生長(zhǎng)后期，葉面衰老迅速，噴施適量的鋅能夠顯著提高谷子的光合作用，促進(jìn)籽粒飽滿，提高谷子產(chǎn)量。

本試驗(yàn)通過在谷子灌漿期葉面噴施鋅肥，探究其對(duì)谷子光合特性及產(chǎn)量性狀的影響，旨在為谷子高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試谷子品種為農(nóng)大8號(hào)，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)科院谷子課題組提供。

供試鋅肥為硫酸鋅（天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2019年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)作站內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)地前茬作物是谷子，土壤為壤土。采用大田試驗(yàn)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，在谷子的灌漿期噴施硫酸鋅的質(zhì)量濃度分別為0（CK）、0.002（T1）、0.004（T2）、0.008 g/L（T3），重復(fù)3次，共計(jì)12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為20 m2，田間管理與大田常規(guī)管理相同。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 光合特性測(cè)定 在葉片噴施硫酸鋅后的第3、7、15、30天，利用SPAD-502相對(duì)葉綠素含量測(cè)定儀測(cè)量谷子倒二葉的相對(duì)葉綠素含量，每個(gè)小區(qū)重復(fù)3次。

在葉片噴施硫酸鋅后的第3、7、15、30天，每個(gè)小區(qū)選取10株具有代表性的谷子，利用CI-340便攜式光合儀（CID Bio-Science.Inc.USA）測(cè)定作物凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）。測(cè)定時(shí)光強(qiáng)為（1000±50）μmol/（m2·s），CO2濃度為（380±50）μmol/mol，葉片溫度在25～30℃，每小區(qū)3次重復(fù)。

1.3.2 熒光參數(shù)測(cè)定 在葉片噴施硫酸鋅后的第3、7、15、30天，使用便攜式熒光儀（PAM-2500，WALZ，Inc.Germany），將谷子葉片用葉夾暗適應(yīng)30 min后，測(cè)定葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)，包括光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率（φPSⅡ）、PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv/Fm）、表觀光合電子傳遞速率（ETR），重復(fù)3次，結(jié)果取其平均值。

1.3.3 產(chǎn)量測(cè)定 谷子成熟后，在每個(gè)小區(qū)選擇12 m2進(jìn)行取樣。根據(jù)實(shí)際小區(qū)籽粒產(chǎn)量折算成實(shí)際公頃產(chǎn)量。在每個(gè)小區(qū)中取10個(gè)谷穗進(jìn)行考種，測(cè)定穗長(zhǎng)、穗粗、穗質(zhì)量、穗碼數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量，3次重復(fù)，結(jié)果取其平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

使用Microsoft Excel 2016整理數(shù)據(jù)及繪制圖表，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行顯著性分析，方差分析采用Duncan新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面噴施不同質(zhì)量濃度硫酸鋅對(duì)谷子光合特性的影響

由圖1可知，農(nóng)大8號(hào)谷子的SPAD值隨著時(shí)間的推移變化不大，在不同硫酸鋅質(zhì)量濃度處理下，谷子的SPAD值表現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，T2處理與對(duì)照間差異顯著，并在T3處理下SPAD值受到抑制。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，硫酸鋅對(duì)谷子SPAD值的影響程度表現(xiàn)為先增高后降低，在第7天差異最顯著；T2處理下，噴施鋅肥后第3、7、15、30天的SPAD值分別較對(duì)照提高12%、15%、13%、9%。說明噴施適宜濃度的硫酸鋅能夠提高谷子的相對(duì)葉綠素含量。

由圖2可知，農(nóng)大8號(hào)谷子的Pn值隨著時(shí)間的推移表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，不同硫酸鋅質(zhì)量濃度處理下，同一測(cè)定時(shí)間下谷子的Pn值表現(xiàn)為先增高后降低的趨勢(shì)，T2處理與對(duì)照間差異顯著，并在T3處理下Pn受到了抑制。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，硫酸鋅對(duì)谷子的影響程度表現(xiàn)為先增高后降低，在第7天差異最顯著；T2處理下，噴施鋅肥后第3、7、15、30天的Pn值分別較對(duì)照提高15%、17%、14%、12%。說明噴施適宜濃度的硫酸鋅能夠提高谷子的凈光合速率。

由圖3可知，農(nóng)大8號(hào)谷子的Tr值隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，在不同硫酸鋅質(zhì)量濃度處理下，同一測(cè)定時(shí)間下谷子的Tr值呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)，T2處理與其他處理間差異顯著，并在T3處理下Tr受到了抑制。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，硫酸鋅對(duì)谷子的影響程度表現(xiàn)為先增高后降低，且在第7天差異最顯著，隨著時(shí)間的推移，第15天開始差異不顯著。T2處理下，噴施鋅肥后第3、7、15、30天的Tr值分別較對(duì)照提高6%、9%、6%、3%。說明在噴施適量的硫酸鋅，隨硫酸鋅濃度的升高，蒸騰速率升高，且在T2處理下達(dá)到最高。

從圖4可以看出，農(nóng)大8號(hào)谷子的Gs值隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，在不同硫酸鋅質(zhì)量濃度處理下，同一測(cè)定時(shí)間下谷子的Gs值呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)，T2處理與對(duì)照間差異顯著，并在T3處理下Gs受到了抑制。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，硫酸鋅對(duì)谷子的影響程度表現(xiàn)為先增高后降低，且在第7天差異最顯著，T2處理下，噴施鋅肥后第3、7、15、30天的Gs值分別較對(duì)照提高6%、9%、7%、4%。

由圖5可知，農(nóng)大8號(hào)谷子的Ci值隨著時(shí)間的推移表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，在不同硫酸鋅質(zhì)量濃度處理下，同一測(cè)定時(shí)間下谷子的Ci值呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，T2處理與對(duì)照間差異顯著，并在T3處理下Ci顯著提高。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，硫酸鋅對(duì)谷子的影響程度表現(xiàn)為先增大后降小，且在第7天差異最顯著；T2處理下噴施鋅肥后第3、7、15、30天的Ci值分別較對(duì)照降低4%、7%、3%、2%。

2.2 葉面噴施不同質(zhì)量濃度硫酸鋅對(duì)谷子葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

光化學(xué)淬滅系數(shù)反映了PSⅡ反應(yīng)中心的開放程度，即植物光合活性的強(qiáng)度。由圖6可知，農(nóng)大8號(hào)谷子的qP值隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，在不同硫酸鋅質(zhì)量濃度處理下，同一測(cè)定時(shí)間下谷子的qP值呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)，T2處理與對(duì)照間差異顯著，并在T3處理下qP值受到了抑制。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，硫酸鋅對(duì)谷子的影響程度表現(xiàn)為先增高后降低，且在第7天差異最顯著，T2處理下噴施鋅肥后第3、7、15、30天的qP值分別較對(duì)照提高30%、42%、30%、15%。

φPSⅡ表示光合作用的能量效率。由圖7可知，農(nóng)大8號(hào)谷子的φPSⅡ值隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，在不同硫酸鋅質(zhì)量濃度處理下，同一測(cè)定時(shí)間下谷子的φPSⅡ值呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)，T2處理與對(duì)照間差異顯著，并在T3處理φPSⅡ受到了抑制。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，硫酸鋅對(duì)谷子φPSⅡ的影響表現(xiàn)為先增高后降低，在第7天差異最顯著，T2處理下噴施鋅肥后第3、7、15、30天的φPSⅡ值分別較對(duì)照提高11%、16%、13.6%、7%。

ETR是表示植物光合作用能力高低的重要因素之一。由圖8可知，農(nóng)大8號(hào)谷子的ETR值隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，在不同硫酸鋅質(zhì)量濃度處理下，同一測(cè)定時(shí)間下谷子的ETR值呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)，T2處理與對(duì)照間差異顯著，并在T3處理下ETR受到了抑制。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，硫酸鋅對(duì)谷子的影響程度表現(xiàn)為先增高后降低，且在第7天差異最顯著，T2處理下噴施鋅肥后第3、7、15、30天的ETR值分別較對(duì)照提高20.3%、28.0%、19.0%、16.0%。

Fv/Fm反映PSⅡ的最大量子產(chǎn)量，它的值升高就表明葉片吸收的光能越有效，如果降低表明光合作用過程受到抑制。由圖9可知，在不同硫酸鋅質(zhì)量濃度處理下，同一測(cè)定時(shí)間下谷子的Fv/Fm值呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)，T2處理與對(duì)照間差異顯著，并在T3處理下Fv/Fm受到了抑制。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，硫酸鋅對(duì)谷子的影響程度表現(xiàn)為先增高后降低，且在第7天差異最顯著，T2處理下噴施鋅肥后第3、7、15、30天的Fv/Fm值分別較對(duì)照提高16%、21%、14%、11%。

2.3 葉面噴施不同濃度硫酸鋅對(duì)谷子穗部性狀及產(chǎn)量的影響

表1 硫酸鋅對(duì)谷子產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表1可知，在噴施不同濃度硫酸鋅的條件下，谷子的產(chǎn)量構(gòu)成因素與對(duì)照存在一定的差異，且均是T2處理下穗部性狀表現(xiàn)的最好。T1、T2處理下穗長(zhǎng)分別較對(duì)照增加了2.7%、8.3%，T3處理降低了5.8%。T1、T2處理下穗粗分別較對(duì)照增加了2.5%、9.9%，T3處理降低了6.2%。T1、T2處理下穗碼數(shù)分別較對(duì)照增加了2.1%、11.5%，T3處理降低了5.9%；T1、T2處理下穗質(zhì)量分別較對(duì)照增加了13.6%、7.6%，T3處理降低了6.5%；T1、T2處理下穗粒質(zhì)量分別較對(duì)照增加了5.7%、7.5%，T3處理降低了4.0%；T1、T2處理下千粒質(zhì)量分別較對(duì)照增加了7.9%、14.6%，T3處理降低了1.9%。T1、T2處理下產(chǎn)量分別較對(duì)照增加了1.1%、5.6%，T3處理降低了2.1%。由此可以說明，噴施不同濃度的硫酸鋅能夠在不同程度上影響谷子的穗部性狀和產(chǎn)量，且T2處理下的增產(chǎn)效果最好，而T3處理則會(huì)使谷子在一定程度上減產(chǎn)。

3 結(jié)論與討論

光合特性是衡量作物產(chǎn)量的重要指標(biāo)，植物光合作用受到多種因素影響。鋅能夠直接影響作物的光合作用，其原因主要有2點(diǎn)：一是鋅會(huì)影響有關(guān)葉綠素合成的酶，進(jìn)而間接增加植物內(nèi)葉綠素的含量；二是因?yàn)樵谥参锕夂献饔弥械囊恍┍夭豢缮俚拿傅暮铣膳c鋅有關(guān)[11]。葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要色素，從光中吸收能量，轉(zhuǎn)化為植物生長(zhǎng)所必需的碳水化合物。朱榮等[12]研究發(fā)現(xiàn)，谷子光合速率隨硫酸鋅濃度的增加表現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，過量的硫酸鋅會(huì)使谷子光合作用減弱。本研究結(jié)果表明，在灌漿期噴施0.004 g/L硫酸鋅，谷子葉片相對(duì)葉綠素含量、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率增大，而胞間CO2濃度降低，光化學(xué)淬滅系數(shù)、電子傳遞速率、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率、PSⅡ的最大電子產(chǎn)量也均達(dá)到最大。這與朱榮等[12]研究結(jié)果相一致。

聶錄等[13]研究表明，施用鋅肥會(huì)對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生一定程度的影響，在一定范圍內(nèi)水稻產(chǎn)量會(huì)隨著施用濃度的增加而增加，并且可以提高稻米的品質(zhì)。蘇興智[14]研究發(fā)現(xiàn)，使用適量的硫酸鋅能增加花生的產(chǎn)量，而過量的硫酸鋅反而會(huì)使花生產(chǎn)量減少。汪洪等[15]研究發(fā)現(xiàn)，施鋅肥能顯著促進(jìn)玉米地上部分的生長(zhǎng)，且在土壤水分充足的條件下，施鋅對(duì)植株增長(zhǎng)效果較明顯。李宇航等[16]研究發(fā)現(xiàn)，鋅肥的適量施用可顯著改善玉米的光合特性，提高干物質(zhì)累積，進(jìn)而提高產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明，在灌漿期噴施0.004 g/L硫酸鋅，穗長(zhǎng)、穗粗、穗碼數(shù)、穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量都有所增加，產(chǎn)量最高，較對(duì)照增產(chǎn)5.6%。這與郭俊[17]、昝亞玲等[18]的研究結(jié)果相一致。

施肥的重要性在于施鋅后植株的光合面積增大，進(jìn)而促進(jìn)植物的光合作用，植株的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量都有所增加。鋅、硼肥配施對(duì)籽粒蛋白質(zhì)和產(chǎn)量形成具有增效性[19]。影響谷子品質(zhì)的因素有許多，包括谷子的自身遺傳特性，外界環(huán)境的光熱條件、土壤中的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、栽培技術(shù)和耕作制度的改變等等，因此，保證充足的礦質(zhì)元素也非常重要。研究表明，礦質(zhì)元素通過參與植株的呼吸作用、光合作用、酸合成、膜質(zhì)合成以及糖代謝等眾多生理生化過程來影響作物的品質(zhì)與產(chǎn)量[20-22]。

綜上所述，在谷子灌漿期葉面噴施0.004 g/L鋅肥最適宜，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率增大，胞間CO2濃度降低，熒光最好，同時(shí)穗長(zhǎng)、穗粗等也達(dá)到最大，產(chǎn)量較不施硫酸鋅增加5.6%，而噴施硫酸鋅濃度較高反而會(huì)使光合特性和產(chǎn)量性狀降低。