有機(jī)肥氮投入比例對(duì)大麥生理特性與產(chǎn)量的影響

徐一蘭，唐海明，李 超，肖小平，程凱凱，李微艷，文 麗

（1. 湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410127；2. 湖南省土壤肥料研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125）

農(nóng)田土壤的肥力水平及其物理化學(xué)和生物學(xué)特性等均與施肥模式密切相關(guān)，同時(shí)，施肥模式也影響著農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量。研究表明，有機(jī)肥配合施用化肥有利于增強(qiáng)土壤生物學(xué)特性，提高土壤養(yǎng)分，減少農(nóng)田面源污染，增強(qiáng)作物植株的生理特性，維持農(nóng)田土壤生態(tài)環(huán)境和農(nóng)田的可持續(xù)生產(chǎn)[1-2]。

大麥（Hordeum vulgareL.）是我國(guó)主要的糧食作物之一，也是我國(guó)畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的優(yōu)質(zhì)能量飼料和釀造啤酒的重要原料[3]。近年來，學(xué)者們就不同施肥模式對(duì)稻田土壤理化特性、大麥植株干物質(zhì)積累與分配、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和理化特性、產(chǎn)量等的影響開展了研究。徐一蘭等[4-5]研究認(rèn)為，長(zhǎng)期有機(jī)無機(jī)肥配施最有利于增加大麥生育期稻田土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性；同時(shí)，不同施肥處理間大麥根際土壤微生物群落多樣性均存在顯著差異，大麥根際土壤微生物群落利用的碳源主要為氨基酸類和糖類。唐海明等[6]研究結(jié)果顯示，有機(jī)無機(jī)肥配施處理有利于增加大麥生育期稻田土壤微生物生物量碳、氮含量，有利于培肥稻田土壤，獲得較高的大麥產(chǎn)量。張國(guó)良等[7]研究認(rèn)為，在總施氮量為225.0 kg/hm2條件下，采取基肥∶穗肥為8∶2的施肥措施有利于改善大麥群體結(jié)構(gòu)，獲得較高產(chǎn)量。徐一蘭等[8-9]研究結(jié)果表明，有機(jī)肥配合化肥長(zhǎng)期施用有利于促進(jìn)大麥植株各器官干物質(zhì)積累并合理分配，明顯改善產(chǎn)量構(gòu)成因素，增加大麥產(chǎn)量。徐壽軍等[10]研究結(jié)果表明，大麥植株氮素積累量與施氮量呈顯著正相關(guān)，最佳的施氮量為212.42～261.97 kg/hm2。蔡劍等[11]研究結(jié)果表明，施氮量為225.0 kg/hm2時(shí)，有利于提高大麥葉片的光合特性，獲得最高產(chǎn)量。張立勤等[12]研究認(rèn)為，在合理施肥的范圍內(nèi)，增施肥料有利于改善大麥的產(chǎn)量構(gòu)成因素（千粒重和穗粒數(shù)），顯著增加大麥產(chǎn)量，提高水分利用效率。魯澤剛等[13]研究認(rèn)為，獲得較高大麥產(chǎn)量最佳施肥量為N 117.3 kg/hm2、P2O5116.0～117.2 kg/hm2和K2O 37.5 kg/hm2。上述研究結(jié)果由于各試驗(yàn)點(diǎn)的氣候條件、種植模式、施肥制度等各有不同而不具備普遍指導(dǎo)意義，各地應(yīng)根據(jù)各自的地理氣候條件和管理措施探索適宜的施肥方式及水平。

湖南是我國(guó)主要的雙季稻糧食產(chǎn)區(qū)，該區(qū)域在我國(guó)糧食生產(chǎn)安全中具有十分重要的地位。大麥—雙季稻是我國(guó)南方雙季稻區(qū)主要的種植模式之一，因此，開展大麥—雙季稻三熟制種植模式條件下不同施肥處理對(duì)大麥植株葉片理化特性影響的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。筆者依托定位試驗(yàn)田，系統(tǒng)研究了30%有機(jī)肥氮、60%有機(jī)肥氮和無肥3種不同施肥處理下大麥植株葉片理化特性和產(chǎn)量的變化特征，以期探明大麥獲得高產(chǎn)的生理基礎(chǔ)，為我國(guó)南方雙季稻區(qū)大麥高產(chǎn)栽培施肥模式選擇提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

定位試驗(yàn)田位于湖南省寧鄉(xiāng)市農(nóng)技推廣中心內(nèi)（112°18′ E，28°07′ N），海拔36.1 m，年均氣溫16.8 ℃，年平均降雨量1 553.70 mm，年蒸發(fā)量1 353.9 mm，無霜期274 d。試驗(yàn)田為典型的雙季稻主產(chǎn)區(qū)，周年種植制度為大麥—雙季稻。試驗(yàn)田土壤為水稻土，河沙泥土種，土壤肥力中等，試驗(yàn)前耕層土壤（0～20 cm）基礎(chǔ)理化特性請(qǐng)見前期研究成果[9,14]。供試大麥品種為通0612。所施用的化肥肥料種類分別為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀，有機(jī)肥種類為腐熟的雞糞。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和田間管理措施

試驗(yàn)包括3個(gè)施肥處理：（1）30%有機(jī)肥氮處理（LOM），有機(jī)肥氮含量占總施氮量30%，其余70%氮為化肥氮；（2）60%有機(jī)肥氮處理（HOM），有機(jī)肥氮含量占總施氮量60%，其余40%氮為化肥氮；（3）無肥對(duì)照處理（CK），不施用任何肥料。大麥生長(zhǎng)季，30%有機(jī)肥氮和60%有機(jī)肥氮處理的N、P2O5、K2O施用量一致，分別為157.5、43.2和81.0 kg/hm2，各施肥處理具體的肥料種類、施用時(shí)期等措施以及早稻和晚稻季田間管理措施請(qǐng)見前期研究成果[9,14]。

大麥生長(zhǎng)季的田間農(nóng)事操作安排如下，2018年11月5日耕地和施基肥，11月6日播種（播種量為250.0 kg/hm2，下同），2019年2月4日追肥，5月9日收獲；2019年11月7日耕地和施基肥，11月8日播種，2020年1月23日追肥，4月30日收獲。

1.3 樣品采集與測(cè)定方法

1.3.1 樣品采集 2018～2020年，分別于大麥的苗期、分蘗期、拔節(jié)期、齊穗期和成熟期5個(gè)時(shí)期每小區(qū)選擇15株采集植株樣品。苗期、分蘗期和拔節(jié)期，采集植株主莖頂部的第二展開葉；齊穗期和成熟期，采集植株主莖的旗葉。

1.3.2 葉片理化特性測(cè)定 葉片的理化特性測(cè)定均按照李合生[15]的方法進(jìn)行，測(cè)定指標(biāo)包括：丙二醛（MDA）和脯氨酸（Pro）含量，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性。

1.3.3 植株光合特性測(cè)定 大麥的苗期、分蘗期、拔節(jié)期、齊穗期和成熟期，每小區(qū)選擇10株，測(cè)定葉片的SPAD值、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率。苗期、分蘗期和拔節(jié)期，測(cè)定植株主莖頂部第二片展開葉；齊穗期和成熟期，均測(cè)定植株主莖的旗葉。SPAD值采用葉綠素測(cè)定儀（SPAD-502型）測(cè)定葉片上部、中部和下部3個(gè)點(diǎn)，取平均值；同時(shí)，分別于各生育期9：00—11：00用Li-6400型光合測(cè)定系統(tǒng)（LI-COR公司，美國(guó)）測(cè)定植株葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率。

1.3.4 大麥產(chǎn)量測(cè)定 成熟期，各小區(qū)單收單打，測(cè)定各小區(qū)大麥的實(shí)際產(chǎn)量，計(jì)算平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

文中相關(guān)數(shù)據(jù)采用Excel 2003和DPS 3.11軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥氮投入比例大麥葉片丙二醛含量的影響

由圖1可知，各處理植株葉片丙二醛（MDA）含量均隨著生育期的推進(jìn)呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢(shì)；大麥整個(gè)生育時(shí)期，LOM和HOM處理植株葉片MDA含量均顯著低于CK處理（P＜0.05）；LOM處理植株葉片MDA含量均高于HOM處理，但均無顯著性差異。

2.2 有機(jī)肥氮投入比例大麥葉片脯氨酸含量的影響

由圖2可知，大麥整個(gè)生育期，各處理植株葉片脯氨酸（Pro）含量均于齊穗期達(dá)到峰值；LOM和HOM處理植株葉片Pro含量均顯著低于CK處理（P＜0.05）；LOM處理葉片Pro含量均高于HOM處理，但均無顯著性差異。

圖2 不同施肥模式下大麥植株葉片脯氨酸含量變化

2.3 有機(jī)肥氮投入比例大麥葉片保護(hù)性酶活性的影響

2.3.1 SOD活性 由圖3可知，大麥整個(gè)生育時(shí)期，各處理植株葉片SOD活性呈拋物線的變化趨勢(shì)，均于齊穗期達(dá)到峰值，2018—2019年LOM和HOM處理植株葉片SOD活性分別比CK處理增加18.23%和18.65%，2019—2020年LOM和HOM處理分別比CK處理增加40.03%和37.83%。大麥各生育時(shí)期，HOM處理植株葉片SOD活性均顯著高于LOM和CK處理（P＜0.05），LOM處理植株葉片SOD活性均顯著高于CK處理（P＜0.05）。

圖3 不同施肥模式下大麥植株葉片SOD活性變化

2.3.2 POD活性 由圖4可知，大麥各生育時(shí)期，各處理植株葉片POD活性呈拋物線的變化趨勢(shì)，均于齊穗期達(dá)到峰值，2018—2019年LOM和HOM處理植株葉片POD活性分別比CK處理增加30.53%和29.63%，2019—2020年LOM和HOM處理分別比CK處理增加41.87%和40.63%。大麥各生育時(shí)期，LOM和HOM處理植株葉片POD活性均顯著高于CK處理（P＜0.05），LOM和HOM處理間植株葉片POD活性均無顯著性差異。

圖4 不同施肥模式下大麥植株葉片POD活性變化

2.3.3 CAT活性 由圖5可知，大麥整個(gè)生育時(shí)期，各處理植株葉片CAT活性均于分蘗期達(dá)到峰值，2018—2019年LOM和HOM處理植株葉片CAT活性分別比CK處理增加35.71%和31.61%，2019—2020年LOM和HOM處理分別比CK處理增加58.23%和53.83%。大麥全生育期， HOM和LOM處理植株葉片CAT活性均顯著高于CK處理（P＜0.05），HOM處理植株葉片CAT活性均顯著高于LOM處理（P＜0.05）。

圖5 不同施肥模式下大麥植株葉片CAT活性變化

2.4 有機(jī)肥氮投入比例大麥葉片光合特性的影響

2.4.1 葉片SPAD值 由圖6可知，大麥整個(gè)生育時(shí)期，各處理植株葉片SPAD值均于齊穗期達(dá)到峰值。其中，HOM和LOM處理植株葉片SPAD值均顯著高于CK處理（P＜0.05），HOM和LOM處理間植株葉片SPAD值無顯著性差異。

圖6 不同施肥模式下大麥植株葉片SPAD值變化

2.4.2 葉片凈光合速率 由圖7可知，大麥各生育時(shí)期，各處理植株葉片凈光合速率（Pn）呈拋物線變化規(guī)律，均于齊穗期達(dá)到最高值，2018—2019年LOM和HOM處理植株葉片Pn分別比CK處理增加39.77%和40.07%，2019—2020年LOM和HOM處理分別比CK處理增加56.40%和57.18%。大麥各個(gè)主要生育時(shí)期，LOM和HOM處理植株葉片Pn均顯著高于CK處理（P＜0.05）；分蘗期到成熟期，各處理間植株葉片Pn均呈顯著性差異（P＜0.05）。

圖7 不同施肥模式下大麥植株葉片凈光合速率變化

2.4.3 葉片氣孔導(dǎo)度 由圖8可知，大麥各生育時(shí)期，各處理植株葉片氣孔導(dǎo)度（Cond）均于齊穗期達(dá)到最高值，其中LOM和HOM處理植株葉片Cond均顯著高于CK處理（P＜0.05）；分蘗期和拔節(jié)期，HOM處理植株葉片Cond均顯著高于LOM處理（P＜0.05）；齊穗期和成熟期，LOM和HOM處理間植株葉片Cond均無顯著性差異。

圖8 不同施肥模式下大麥植株葉片氣孔導(dǎo)度變化

2.4.4 葉片蒸騰速率 由圖9可知，大麥整個(gè)生育時(shí)期，不同施肥處理植株葉片蒸騰速率（Tr）均于齊穗期達(dá)到峰值。苗期，LOM和HOM處理植株葉片Tr均高于CK處理，但均無顯著性差異；分蘗期至成熟期，LOM和HOM處理植株葉片Tr均顯著高于CK處理（P＜0.05）；LOM和HOM處理間植株葉片Tr均無顯著性差異。

圖9 不同施肥模式下大麥植株葉片蒸騰速率變化

2.5 有機(jī)肥氮投入比例對(duì)大麥產(chǎn)量的影響

由圖10可知，不同年份各處理大麥產(chǎn)量由高到低排序依次為HOM＞LOM＞CK，HOM和LOM處理大麥產(chǎn)量均顯著高于CK處理（P＜0.05），HOM和LOM處理間大麥產(chǎn)量無顯著性差異；2018—2019年HOM和LOM處理大麥產(chǎn)量分別比CK處理增加90.36%和90.29%，2019—2020年HOM和LOM處理分別比CK處理增加83.22%和83.53%。

圖10 不同施肥模式下大麥的產(chǎn)量

3 結(jié)論與討論

不同有機(jī)肥氮素占總氮投入百分比對(duì)大麥—雙季稻三熟制種植模式條件下大麥各個(gè)主要生育時(shí)期植株葉片生理特性和產(chǎn)量均具有明顯的影響。大麥各生育時(shí)期，30%有機(jī)肥氮和60%有機(jī)肥氮處理均增強(qiáng)了植株葉片保護(hù)性酶活性（SOD、POD和CAT），降低了葉片MDA和Pro含量；增加了植株葉片葉綠素含量，增強(qiáng)了葉片的凈光合速率和光合生產(chǎn)能力。不同有機(jī)肥氮素占總氮投入百分比對(duì)大麥產(chǎn)量具有明顯的影響，以60%有機(jī)肥氮處理產(chǎn)量最高。

丙二醛和脯氨酸含量是作物響應(yīng)外界環(huán)境變化的重要指標(biāo)[16-17]，而保護(hù)酶系統(tǒng)能清除作物體內(nèi)的活性氧，減緩?fù)饨绛h(huán)境變化的不利影響[18]。光合作用所制造的產(chǎn)物是作物植株干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的主要來源，易受作物類型、種植模式、施肥制度、灌溉等因素的影響[11]，其中，施肥制度通過影響土壤理化特性，進(jìn)而影響植株生理特性。試驗(yàn)結(jié)果顯示，30%和60%有機(jī)肥氮處理較無肥處理均不同程度地降低了MDA和Pro含量，提高了大麥植株葉片保護(hù)酶活性，增強(qiáng)了葉片的光合特性，其中，以60%有機(jī)肥氮處理的效果更好。這與徐一蘭等[8]的研究結(jié)果相似。施用有機(jī)肥有利于增加土壤容重、改善土壤理化結(jié)構(gòu)、培肥土壤[19]，為植株生長(zhǎng)提供良好的土壤環(huán)境和充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而促進(jìn)植株的生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)植株抗逆性和葉片光合特性，提高植株干物質(zhì)積累，為植株高產(chǎn)提供物質(zhì)保障[20-22]。

試驗(yàn)僅針對(duì)大麥—雙季稻三熟制種植模式下不同有機(jī)肥氮占總氮投入百分比對(duì)大麥植株葉片保護(hù)酶活性、光合特性和產(chǎn)量的影響進(jìn)行了初步研究，后續(xù)將針對(duì)不同有機(jī)肥氮占總氮投入百分比對(duì)大麥植株養(yǎng)分吸收分配規(guī)律等的影響開展進(jìn)一步開展研究。