不同類型鐵肥改善花生缺鐵效果研究

賈紅霞劉風珍張秀榮朱素青張 昆 萬勇善

(山東農業大學農學院/作物生物學國家重點實驗室,山東 泰安 271018)

花生是我國重要的油料作物和經濟作物,2019年種植面積463萬hm2,總產1700多萬t,在保障我國油料供給安全中起著重要作用[1]。

鐵是植物生長必須的微量元素[2],在多種生化反應中起重要作用,是許多功能蛋白的重要輔助因子[3]。鐵是葉綠素合成過程中酶的活化劑,缺鐵不僅會影響植物葉綠素的合成[4],還會導致葉綠體片層結構模糊或消失,類囊體解體[5],鐵還是氮素代謝、生物固氮和氮磷吸收利用中不可缺少的微量元素[6],在植物生長發育中具有不可替代的作用。

全世界大約40%的耕地存在潛在性缺鐵[7],雖然土壤中總鐵的含量很高,但由于石灰性土壤上的pH 和碳酸鹽含量較高,導致鐵的溶解度嚴重降低,主要是以難溶性的三價鐵形式存在。花生作為缺鐵敏感性的雙子葉植物,生產上缺鐵黃化現象極其普遍[8-9],已經成為限制花生產量與品質的重要因子[10-11]。花生缺鐵時會發生葉片黃化、根瘤發育差等現象,嚴重時出現植株矮小、產量降低甚至不結果等現象[12]。

石灰性土壤上花生基因型之間的耐缺鐵能力存在顯著的差異,選用鐵高效基因型是解決花生黃化問題的途徑之一[13-14]。改善土壤條件來活化難溶性鐵是提高鐵有效性的另一途徑,其中合理有效地施用鐵肥是改善花生缺鐵問題進而提高產量的重要途徑。目前,針對堿性土壤上花生存在的缺鐵問題,國內外學者在玉米花生間作、利用混作等方式對改善花生鐵營養狀況方面開展了大量研究[15]。但如何通過合理有效地施用適宜鐵肥、提高土壤供應有效鐵的能力,改善花生缺鐵問題等方面研究較少。因此研究施用不同類型鐵肥對花生缺鐵的改善效果,對指導花生生產、解決花生缺鐵黃化問題具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年在泰安市山東農業大學岱岳試驗基地進行,試驗田土壤基本理化性質見表1。

表1 試驗田土壤基本理化性質Table 1 The basic properties of soil used in test field

1.2 供試品種

魯花12(珍珠豆型)、ICG6848(多粒型)。

1.3 試驗設計

試驗設7個處理(表2),每處理3次重復。每處理2壟,壟寬95 cm,壟長6.4 m,每壟2行,每行38穴,穴距17 cm。小區凈面積為12.16 m2。施肥量為純鐵24 kg·hm-2。施肥方式為在壟正中開深溝施肥后人工起壟。FeSO4·7H2O(單體鐵含量為16.4%)為天津市凱通化學試劑有限公司生產,EDTA 螯合鐵肥(單體鐵含量為13.0%)為山東磊林商貿有限公司生產,黃腐酸鐵(單體鐵含量為10.0%,黃腐酸含量為60%)、黃腐酸(黃腐酸含量為90%)由博威神農經營,牛糞取自山東省泰安市岱岳試驗基地附近養牛場。

表2 不同肥料類型及施肥量Table 2 Different types and amounts of fertilizer

1.4 測定項目與方法

1.4.1 葉片相對葉綠素含量(SPAD 值) 分別于始花期、結莢期和飽果期用便攜式葉綠素儀(Hansatech Model CL-01)測定花生主莖倒三葉SPAD 值,每小區測定10個葉片。

1.4.2 根、莖、葉干物質積累 結莢期和飽果期各小區分別取典型花生植株10株,將根、莖、葉分開,裝入紙袋,于105℃殺青30 min,80℃烘至恒質量,測量記錄根、莖、葉干物質量。

1.4.3 全鐵含量 將稱質量后根、莖、葉樣品磨碎,采用鄰菲啰啉分光光度法測定。

1.4.4 產量及產量相關性狀 各小區實收晾曬后稱質量記產,每小區隨機稱取500 g莢果,統計飽果數、秕果數、飽果質量與秕果質量,然后將500g莢果剝殼,統計籽仁的飽仁數、秕仁數、飽仁質量與秕仁質量。

1.4.5 品質測定 利用近紅外品質分析儀(Perten DA7250)測定脂肪、蛋白質、油酸含量、亞油酸含量。

1.5 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2016進行數據整理統計、圖表繪制,DPS v7.05、SPSS 21.0進行方差分析與相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同鐵肥處理對花生不同時期葉片SPAD值影響

通過對不同處理花生葉片SPAD值分析(表3),在p＜0.05水平下,ICG6848在開花期各處理間沒有顯著差異,結莢期時Fe-FA 處理葉片相對葉綠素含量最高,SPAD 值為14.26,比不施肥處理增加了30.48%；魯花12 號在Fe-EDTA 和Fe-FA 處理下SPAD 值較高,在開花期分別為19.31和19.33,在結莢期分別為20.60和18.91。飽果期葉片SPAD 值下降,魯花12號在Fe-EDTA 處理下葉片SPAD 值最高為9.90,較不施肥處理增加了46.47%。螯合Fe-EDTA 肥料和黃腐酸鐵肥料對提高花生相對葉綠素含量影響較大,在結莢期及其后具有顯著影響。

表3 不同鐵肥處理對不同生育時期的花生SPAD 值的影響Table 3 Effects of different iron fertilizer treatments on SPAD at different growth stages

2.2 不同鐵肥處理對花生不同時期干物質積累的影響

對不同處理花生各營養器官的干物質積累量分析發現(表4),ICG6848在Fe-FA 處理下莖、葉干物質積累量較高,結莢期莖、葉干質量分別為11.57 g/株和8.63 g/株,飽果期分別為24.41 g/株和13.13 g/株。魯花12在Fe-EDTA 處理下莖、葉干物質量均極顯著高于不施肥處理,結莢期莖、葉干物質量分別增長了23.05%、16.88%,為8.90 g/株、9.00 g/株；飽果期分別增長了29.95%、16.00%,為9.88 g/株、9.38 g/株。

表4 不同鐵肥處理對不同生育時期花生干物質積累量的影響 (g/株)Table 4 Effects of different iron fertilizer treatments on dry matter accumulation of peanut at different growth stages

施加鐵肥會顯著增加干物質積累量。由圖1-A可知,飽果期,ICG6848在Fe和Fe-FA 處理下干物質積累量最多,分別為39.72 g/株和38.76 g/株,各處理總干物質積累量顯著高于結莢期。由圖1-B可知,魯花12在Fe-EDTA 和Fe-FA 處理下總干物質積累量顯著高于其他處理,結莢期分別為20.17 g/株、19.10 g/株,飽果期分別為18.79 g/株、18.39 g/株。

圖1 不同鐵肥處理對不同生育時期花生總干物質積累的影響Fig.1 Effects of different iron fertilizer treatments on total dry matter accumulation of peanut at different growth stages

2.3 不同鐵肥處理花生各時期莖葉全鐵含量的差異

由表5可以看出,植株全鐵含量在飽果期顯著高于結莢期,葉片全鐵含量顯著高于莖的全鐵含量。ICG6848 在Fe-FA 處理下葉片全鐵含量最高,結莢期為63.56 mg/kg,較不施肥處理增加69.22%；飽果期為39.86 mg/kg,較不施肥處理增加22.11%。魯花12結莢期Fe-FA 處理下葉片全鐵含量顯著高于其他處理,為81.01 g/kg；飽果期Fe-EDTA 處理下葉片全鐵含量最高,為273.54 mg/kg。

表5 不同鐵肥處理對花生莖葉全鐵含量的影響 (mg/kg)Table 5 Effect of different iron fertilizer treatments on the total iron content of peanut stem and leaf

2.4 不同鐵肥處理對產量及產量相關性狀的影響

施用鐵肥會顯著提高花生產量。如表6所示,ICG6848各個處理的產量在1011.80～1315.79 kg/hm2,魯花12號各個處理的產量在3665.29～4033.55 kg/hm2,其中Fe-FA 處理下花生產量最高,ICG6848和魯花12號的產量分別為1315.79 kg/hm2和4033.55 kg/hm2,較不施肥處理分別增加了30.04%和8.90%。NF處理產量有所下降,較不施肥減少1.04%。

表6 不同鐵肥處理對花生產量及產量相關性狀的影響Table 6 Effect of different iron fertilizer treatments on yield and yield-related characteristics of peanut

Fe-FA和Fe-EDTA 處理可顯著提高花生的飽果率、飽仁率。在Fe-FA 處理下,ICG6848的數量比飽果率、質量比飽果率、數量比飽仁率與質量比飽仁率最高,分別為87.67%、90.58%、79.95%和87.94%；魯花12號在Fe-FA處理下的數量比飽果率最高,為89.73%,Fe-EDTA 處理下的質量比飽果率、數量比飽仁率和質量比飽仁率最高,較不施肥處理分別增加了5.23%、17.28%、5.79%。

2.5 不同鐵肥處理對花生籽仁品質的影響

通過對花生籽仁品質的分析發現(表7),不同鐵肥處理對花生籽仁脂肪、蛋白質、油酸和亞油酸含量均無顯著影響。各處理下,魯花12號的蛋白質含量穩定在24.0%～24.66%之間,ICG6848的變化幅度稍大,在24.39%～26.52%之間。魯花12號的脂肪含量在52.96%～54.37%之間,顯著高于ICG6848(49.10%～50.31%)。兩品種的油酸、亞油酸含量相似。

表7 不同鐵肥處理對花生籽仁品質的影響 (%)Table 7 Effect of different iron fertilizer treatments on the quality of peanut seeds

3 結論與討論

根據土壤有效態微量元素含量分級指標,土壤有效鐵含量低于4.5 mg/kg時,植株會出現缺鐵黃化現象[16-17]。本試驗基地土壤有效鐵含量16.59 mg/kg,花生依然出現缺鐵黃化現象。有研究表明,當土壤pH 超過7時,就會有缺鐵的可能性[18],施用鈣肥會增加花生葉片葉綠素含量,改善光合特性[19-20],而石灰性土壤上花生缺鐵失綠的主要原因是重碳酸鈣含量高阻礙了鐵向地上部的運輸,從而造成花生生理性缺鐵[21]。本試驗基地的土壤p H值為7.52,交換性鈣的含量較高,為8880 mg/kg,推測缺鐵失綠現象是由于鈣含量較高引發的,具體原因與機理需進一步探究。

Fe-EDTA 螯合肥的效果一直以來都被認為是效果較好的,因此本試驗只選用魯花12號作處理,作為一個對照參考,主要研究其他幾類鐵肥,肥效與Fe-EDTA 螯合肥作對比,以便篩選出肥效相似或更好的鐵肥。檸檬酸是鐵素運輸和還原的天然載體[22],可溶性腐殖酸類物質能夠與鐵形成非常穩定的配合物從而增加鐵的有效性[23],因此眾多復混鐵肥會含有檸檬酸、腐植酸等酸性螯合劑。土壤中有機質的含量也是影響土壤中鐵含量的重要因子,土壤中鐵的溶解度隨螯合態鐵含量的改變而改變[24],農業栽培管理中會將有機肥與化肥長期配合施用,主要目的是改變土壤中腐殖質的結合形態,提高土壤中有機質的含量。本試驗結合目前國內外研究現狀,選用含有黃腐酸螯合劑的鐵肥、自制了添加鐵的牛糞。試驗中將牛糞制成球,一是不易隨降水等流失,花生在生長時根系會下扎到牛糞球中,從而確保肥料利用率,二是在將硫酸亞鐵與牛糞混合施用時,制成球更容易保證硫酸亞鐵與牛糞的完全融合,減小因肥料損失等導致的試驗誤差。

本試驗無論是在FeSO4·7H2O 中添加牛糞還是單獨用牛糞,對花生干物質積累量及產量構成因素均無顯著影響,這與牛糞自身的供鐵特性有關,與他人結果一致[23],造成牛糞在土壤中短期施用對促進花生干物質積累、飽果形成等方面效果不顯著。

綜上所述,施用鐵肥可提高花生葉片相對葉綠素含量,有利于花生干物質積累量、莖葉全鐵含量及產量的增加,施用牛糞短時間內對于改善花生缺鐵癥狀沒有明顯效果,施用Fe-EDTA 和黃腐酸鐵肥料對改善花生黃化缺鐵癥狀效果顯著,其中黃腐酸鐵處理花生葉片全鐵含量和產量最高。