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化肥减施配施生物有机肥对花生生长、保护酶活性及产量的影响

2021-12-09张敏陈佳佳杨正李林兰时乐

江苏农业科学 2021年21期
关键词:生物有机肥农艺性状花生

张敏 陈佳佳 杨正 李林 兰时乐

摘要:为探讨化肥减施配施生物有机肥对花生叶片叶绿素含量、主要农艺性状、干物质积累及分配、保护酶活性、丙二醛(MDA)含量、产量构成因素的影响,采用田间小区试验,以湘花9760为研究对象,设置不施肥(CK)、纯化肥(H)、80%化肥+20%生物有机肥(I)、60%化肥+40%生物有机肥(J)、40%化肥+60%生物有机肥(K)、20%化肥+80%生物有机肥(L)、纯生物有机肥(M)7个不同的处理。结果表明,化肥减施配施生物有机肥处理下的花生叶片叶绿素SPAD值、主茎高、第一侧枝长较纯化肥组和对照组提高整个生育期各处理根、茎、叶干物质积累量及生物总量均高于对照组;配施40%生物有机肥组成熟期叶片中SOD、POD、CAT活性均高于对照组,MDA含量低于对照组;饱果数、饱果率、单株荚果产量、百仁质量均高于对照组。生物有机肥代替40%的化肥,每667 m2产量较对照组和纯化肥组分别提高16.65%、11.28%。表明,适宜的化肥减施可提高花生产量。

关键词:化肥减施;花生;生物有机肥;农艺性状;保护酶活性;花生产量

中图分类号: S565.2.06  文献标志码: A

文章编号:1002-1302(2021)21-0086-08

收稿日期:2021-02-22

基金项目:国家重点研发计划(编号:2018YFD0201009)。

作者简介:张 敏(1970—),女,湖南桃江人,农艺师,主要从事农业技术推广和作物栽培研究。E-mail:2481454317@qq.com。

通信作者:兰时乐,硕士,副教授,主要从事微生物资源开发利用研究,E-mail:875540378@qq.com;李 林,博士,教授,主要从事花生栽培研究,E-mail:lilindw@163.com。

花生(Arachis hypogaea)属于豆科落花生属,为一年生植物[1]。作為我国重要的油料作物,花生栽培面积居油料作物中第2位,仅次于油菜,产量居油料作物总产量第2位。2018年花生播种面积达到462万hm2,是油料作物总播种面积的35.89%,花生总产量为1 693.0万t,占油料作物总产量的50.48%[2]。随着人们消费方式的改变,花生油在日常植物油消费中已占有重要地位,需求量不断增加。施肥是提高作物产量的主要方式。目前我国花生种植过程中普遍存在滥施化肥、轻施有机肥的问题,导致肥料贡献率下降,污染地下水体,破坏土壤结构和生态平衡[3-5],降低了花生的品质和市场竞争力。

近年来,在农作物栽培上化肥减施已成为研究热点。施用生物有机肥不仅能改善土壤理化性状和土壤有益微生物种群结构,减少作物病虫害的发生,而且还能促进作物生长,提高作物产量和改善农产品品质。黄志鹏等研究化肥减施对花生根际土壤微生物菌群结构的影响,发现化肥减施50%时,花生根际土壤细菌群落最丰富[6];余金富研究减施化肥对花生产量的影响,结果表明,减施10%、20%的化肥后,花生荚果产量较对照组分别增加13.6%和17.6%[7];李丹娥利用有机肥替减化肥进行大田试验,获得了有机肥配施化肥可提高花生产量和土壤肥力的结果[8]。本研究通过田间小区试验,利用生物有机肥替代不同比例的化肥,研究化肥减施配施生物有机肥对花生主要农艺性状、 干物质积累及分配、光合特性、保护酶活性和花生经济性状的影响,以期为花生生产中的化肥减施提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试花生品种为湘花9760;供试肥料为生物有机肥(N+P2O5+K2O含量≥5%,有机质含量≥45%,岳阳农博生物科技有限公司生产);三元复合肥(N ∶P2O5 ∶K2O=15 ∶15 ∶15,湖南隆科肥业有限公司生产)。

1.2 主要仪器与设备

DH101电热恒温干燥箱(天津中环实验电炉有限公司)、SPAD-502叶绿素仪(浙江托普云农科技股份有限公司)、MDF-U74V超低温冰箱[松下电器(中国)有限公司]、 UV-1750紫外分光光度计(上海捷辰仪器有限公司)、FP6410火焰分光光度计(上海精密科学仪器有限公司)、Kjeltec 2100凯式定氮仪、 Thermo LYNX6000超低温冷冻离心机(上海纳锘实业有限公司)、SQP分析天平[赛多利斯科学仪器(北京)有限公司]。

1.3  主要药品

K2Cr2O7、FeSO4·7H2O、NaOH、HCl、CaCO3、EDTA-2Na、H2SO4、H3BO3、KMnO4、K2SO4、CuSO4·5H2O、C8H4K2O12Sb2、(NH4)6Mo7O24、KH2PO4、CH3CH2OH、KCl、NH4H2PO4、CH3COONH4、NH3·H2O(分析纯,国药集团化学试剂有限公司);邻啡罗啉指示剂(分析纯,天津市恒兴化学试剂制造有限公司);萘酚绿B、甲基红、溴甲酚绿、还原铁粉、硒粉、2,4-二硝基苯酚、锌粉、阿拉伯树胶粉(国药集团化学试剂有限公司);左旋抗坏血酸(西安千叶草生物科技有限公司)。

1.4 试验地概况

供试地点为湖南农业大学耘园基地试验田,试验土壤类型为第四纪红土发育的水稻土,肥力较好,偏黏性。试验地点处于亚热带季风湿润气候区,温和湿润。全年平均气温约为18.3 ℃,最低气温出现在1月,气温平均值约为4.6 ℃,最高气温出现在7月,气温平均值约为29.5 ℃。试验田土壤基本理化性质见表1。

1.5 试验设计

试验采用大田小区试验,小区面积20 m2,垄高为15~20 cm,垄宽为85~90 cm,垄长为5 m,垄上播2行花生,每穴播种1粒,重复3次,随机排列。试验共设7个处理:CK(不施肥)、H(100%化肥)、I(80%化肥+20%有机肥)、J(60%化肥+40%有机肥)、K(40%化肥+60%有机肥)、L(20%化肥+80%有机肥)、M(100%有机肥)。化肥施用量为600 kg/hm2,有机肥施用量为15 000 kg/hm2。肥料按试验方案于花生种植前一次性施入。试验期间按花生生产方法进行日常管理。

1.6 样品的采集与处理

将每个小区分为5垄,每垄种植花生100株。其中3垄作为定点标记观测区,共300株,标记6株(每垄标记2株),每次观测尽量不碰触定点标记植株,标记株的前后均应有不取样的单株2株以上作为微环境保持区;2垄作为完整测产区和品质分析区,共200株。

1.7 测定项目与方法

叶绿素含量的测定:用SPAD-502叶绿素测定仪分别测定花生各生育期主茎倒3叶片的叶绿素含量。

主要农艺性状测定:测定花生植株主茎高度、第1侧枝长,并计数植株总分支数。

干物质积累量及分配:将花生地上部分于 105 ℃ 下杀青30 min,然后75 ℃烘干至恒质量,用分析天平称量花生各部分干物质质量。计算根冠比[9]、生殖器官干物质量/营养器官干物质量(R/V)[10]、收获指数[11]。

植株保护酶活力及丙二醛(MDA)含量测定:于花生各生育期采集花生主茎倒3叶叶片,迅速置于液氮中,带回实验室后于-80 ℃冰箱内保存,按照南京建成生物工程研究所生产的过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和丙二醛试剂盒说明书分别测定CAT、SOD、POD活性及MDA含量。

花生经济性状测定:于花生成熟期每小区分别取20株生长良好的花生植株,带回实验室后,摘果,于晴天晒至恒质量后称质量,计数单株总果、饱果、秕果、芽、烂、空果数;称量单株饱果质量、单株秕果质量、单株饱仁质量、单株秕仁质量,并计算单株荚果产量、百果质量、百仁质量、果仁饱和度、出仁率、饱果数率、饱果质量率,并分小区计算产量。

1.8 数据处理方法

数据采用Excel 2010进行常规计算处理,不同处理间的试验数据采用SPSS 25.0软件进行方差分析和多重比较,试验重复3次。

2 结果与分析

2.1 不同处理对花生叶片叶绿素SPAD值变化的影响

植物体内的叶绿素是植物进行光合作用的重要物质,其含量的高低直接影响光合作用的强度,并且直观反映叶片营养状况以及衰老程度。不同处理各生育期花生叶片叶绿素SPAD值见表2。

由表2可知,同一处理随着花生生育期的推进,叶片中叶绿素SPAD值大体呈先升后降的趋势。花生苗期,随着生物有机肥施用量的增加,叶绿素SPAD值随之升高,M处理组叶片中叶绿素SPAD值最高,较对照组和纯化肥组(H)分别提高25.74%、22.07%,说明减施化肥配施生物有机肥能有效提高花生叶片中叶绿素含量。花生花针期,除K处理外,其他各处理组叶绿素SPAD值均低于对照组,其中以J处理组叶绿素SPAD值最低,为39.80。花生结荚期,各处理叶绿素SPAD值均高于对照组,其中以I处理组叶绿素SPAD值最高,为46.86。花生成熟期,除H处理组外,其他各处理组叶绿素SPAD值均高于对照组,以J处理组最高,较对照组和纯化肥组(H)分别提高3.29%和4.19%,研究结果与王红丽等的研究结果[12]相似。

2.2 不同处理对花生主要农艺性状的影响

由表3可知,除I处理组成熟期分枝数外,其他各处理组的主茎高、侧枝长和分枝数均高于对照组和H组,说明减施化肥配施生物有机肥能促进花生的生长,与张欣昕等的研究结果[13]一致。花生苗期主茎高最大的是M处理组,较对照组、H组分别提高25.12%、28.60%,侧枝长最大的是L处理组,较对照组、H组分别提高71.29%、67.13%,分枝数最大的是K处理组,较对照组、纯化肥组分别提高28.12%、23.30%;花针期主茎高和侧枝长最大的是M处理组,较对照组和纯化肥组分别提高19.51%、12.04%和29.66%、18.66%,而分枝数最大的是J处理组,较对照组和纯化肥组分别提高25.15%、24.39%;花生结荚期主茎高和侧枝长最大的是L处理组,较对照组和纯化肥组分别提高13.78%、19.20%和15.48%、18.61%,分枝数最大的是J处理组,较对照组和纯化肥组分别提高20.31%、12.28%;成熟期主茎高和侧枝长最大的是L处理组,较对照组和纯化肥组分别提高17.27%、19.52%和19.89%、21.30%,而分枝数最大的是M处理组,较对照组和纯化肥组分别提高14.06%、25.47%。各处理组在不同生育期出现分枝数不同的现象,主要原因是取样误差所致。

2.3 不同处理对花生干物质积累及分配的影响

由表4可知,花生苗期根、茎、叶及生物总量均随生物有机肥施用量的增加呈现先升后降的变化趋势。各处理干物质积累量和生物总量均高于对照组、纯化肥处理组,其中,K处理组根干物质积累量最大,较对照、纯化肥处理组分别提高48.00%、32.14%,L处理组的茎、叶干物质积累量、生物总量最高,较对照组和纯化肥处理组分别提高60.95%、39.67%,85.03%、47.86%和72.96%、43.23%,说明施用适量的生物有机肥有助于花生苗期植株各器官干物质的积累。而苗期花生根冠比以CK组最高,随化肥使用量比例的减少而降低,说明施用适量的生物有机肥会促进花生苗期将干物质量转移至地上营养器官部分。

花针期各指标的变化趋势与苗期各指标的变化趋势基本一致。K处理组的根、茎干物质积累量最大,较对照组分别提高34.44%、62.44%,但根干物质积累量各处理组之间与对照组差异不显著(P>0.05);J处理组的叶干物质积累量、果干物质积累量、生物总量、R/V、收获指数较大,较对照组分别提高36.32%、36.95%、40.91%、7.37%、6.54%,此時各处理间根冠比差距与苗期相比缩小。

花针期至结荚期是花生的生长旺盛期,茎叶增加,荚果发育,花生植株生物总量大幅度增加。结荚期各指标呈现出苗期和花针期同样的变化趋势,但指标最高点有差异。根、茎、叶干物质积累量均高于纯化肥处理组,其中以L处理组为最高,而果干物质积累量和生物总量以K处理组最高;花生结荚期的R/V和收获指数大幅度增加,说明花生生长后期植株光合产物不断向地下部转移,形成经济产量,且结果显示随化肥施用量比例的减少呈现先升后降的趋势,最大的是J处理组,分别为69.20%、40.78%,说明化肥减施配施生物有机肥可以促进花生干物质积累以及促进将光合产物分配至荚果,进而提高花生产量。

成熟期植株各部分器官干物质积累量除根外最高的是M处理组。原因可能为生物有机肥养分释放慢,肥效长,能够供给作物后期生长充足的营养,进而导致花生生长后期营养生长较为旺盛。收获指数最高的为K处理组,其次是I处理组。

2.4 不同处理对花生植株保护酶活性及MDA含量的影响

2.4.1 不同处理对SOD活性的影响 由表5可知,不同处理对花生叶片中SOD活性的影响较大,除苗期外,各处理花针期、结荚期叶片中的SOD活性均高于对照组和纯化肥组。苗期叶片中SOD活性最高的是J处理组,较对照组和纯化肥组分别提高47.26%、74.15%;花针期叶片中SOD活性最高的是L处理组,较对照组和纯化肥组分别提高104.75%、88.43%;结荚期叶片中SOD活性最高的是I处理组,较对照组和纯化肥组分别提高25.48%、17.88%;成熟期叶片中SOD活性最高的是J处理组。说明减施适量的化肥并配施生物有机肥,有利于提高植株叶片中SOD活性,从而避免叶片中过多的积累O-2·对植物造成的氧化损伤。

2.4.2 不同处理对POD活性的影响

作为植物逆境条件下酶促防御系统的重要关键酶,POD能够分解活性氧及因自由基氧化而产生的过氧化氢和过氧化物,消除O-2·、羟自由基(·OH)等对细胞的伤害,可以作为衡量植株衰老的一种生理指标。不同处理叶片中POD活性测定结果见表6。

由表6可知,同一处理不同生育期叶片中POD活性呈先降后升的变化趋势。苗期除J处理组POD活性略高于对照组外,其他各处理组均低于对照组和纯化肥组;花针期I处理组POD活性高于对照组,但差异不显著(P>0.05),除K处理组外,其他各处理组POD活性均高于纯化肥组;结荚期I处理组POD活性最高,较对照组和纯化肥组分别提高24.75%、40.00%;成熟期叶片中POD活性较结荚期大幅度提高,最高的是J处理组,为 22.06 U/mg,说明适量的减施化肥配施生物有机肥,可以延缓花生植株的衰老,及时有效地将SOD歧化反应生成的H2O2降解为H2O和O2。

2.4.3 不同处理对CAT活性的影响

由表7可知,随着花生生育期的推进,叶片中CAT活性总体呈下降趋势。苗期各处理组叶片中CAT活性均高于对照组,但低于纯化肥组,其中CAT活性最高的是K处理组,较对照组提高1 024.19;花针期各处理叶片中CAT活性均低于对照组而高于纯化肥组,但各处理间差异不显著,其中活性最高的是I处理组,较化肥处理组提高52.94%;结荚期除M处理组外,其他各处理組叶片中CAT活性均高于对照组和纯化肥组,其中最高的是J处理组;成熟期K处理组CAT活性最低,M处理组CAT活性最高,较对照和纯化肥组分别提高421.95%、275.44%。说明适量减少化肥施用并配施生物有机肥能提高花生不同生育期叶片中CAT活性,避免因H2O2等的积累对花生植株造成氧化伤害。本研究结果与余高等的研究结果[14]一致。

2.4.4 不同处理对MDA含量变化的影响

膜脂过氧化的最终产物为MDA,毒性很强,可与核酸或蛋白质反应,抑制蛋白质的合成,也可与酶反应,使酶失活。MDA含量高低不但能体现花生植株生理代谢的强弱和抗氧化能力,而且能反映植物受逆境伤害的程度[15-16]。植株中MDA含量高,说明花生植株细胞膜质过氧化程度高,细胞膜受到的伤害严重,MDA含量测定结果见表8。苗期、花针期各处理组叶片中MDA含量与对照组和纯化肥组之间差异不显著(P>0.05)。苗期各处理叶片中MDA含量均低于纯化肥组,花针期、结荚期各处理叶片中MDA含量均低于对照组,花针期以K处理组MDA含量最低;结荚期各处理组均低于对照组,以J处理组MDA含量最低,较对照组和纯化肥组分别降低81.82%、50.00%;成熟期各处理叶片中MDA含量均低于对照组和纯生物有机肥组,但高于纯化肥组。原因为对照组和纯生物有机肥组处理在生育期的后期,花生生长所需要的氮磷钾等主要营养元素缺乏,导致花生植株过早衰老,从而使花生叶片细胞中MDA含量增加。

2.5 不同处理对花生产量及其构成因素的影响

由表9可知,不同的化肥减施措施对花生经济性状影响较大。花生单株总荚果数各处理均比对照大,其中以J处理组单株总荚果数和饱果数最大,分别达21.03、10.07个/株,较对照组和纯化肥组分别提高18.61%、25.09%和4.89%、13.53%;各处理组饱果数率均高于纯化肥处理组,以J处理组最高,分别较对照及单施化肥处理组升高2.48百分点、3.65百分点;饱果质量率以I处理组最大,分别较对照组和纯化肥组提高2.71%、4.24%,且饱果质量率随生物有机肥施用量增加(化肥施用量减少)呈现先升后降的趋势;L处理组果仁饱和度最高,为86.17%;烂果率均低于纯化肥处理组。说明适当减少化肥施用量并配施生物有机肥,可以有效地改善花生的经济性状。研究结果与王宁等的研究结果[17]类似。

由表10可知,不同化肥减施处理对花生产量构成因素的影响不同。各处理的单株荚果产量均高于对照组和纯化肥处理组,其中以J处理组最高,较对照组和纯化肥处理组分别提高16.04%、19.66%,J处理组百果质量较对照组和纯化肥组分别提高5.97%、1.16%;K处理组的百仁质量较对照组和纯化肥组分别提高5.52%、3.17%,但各处理之间差异不显著。随着有机肥施用量的增加,花生产量呈先增后减的趋势,其中以J处理组的小区产量和单位面积产量最高,分别为10.15 kg/区和 338.31 kg/666.7 m2,单位面积产量分别较纯化肥处理组和对照组增产11.28%、16.65%,差异达到显著水平,但与K处理组差异不显著,说明花生种植过程中减施40%~60%的化肥,并配施生物有机肥具有较好的增产效果,同时发现生物有机肥施用量越高,花生生长后期越旺盛,且花生结果数少。主要原因为生物有机肥肥效释放缓慢,导致花生营养生长期过长而影响花生的产量因素构成和产量。试验结果与陈平等的研究结果[18-19]一致。

3 讨论与结论

化肥减施配施生物有机肥可以提高花生叶片叶绿素SPAD值,尤其对苗期花生叶绿素SPAD值影响最为显著。随着有机肥施用量的增加,花生叶片叶绿素含量增加,比纯化肥组增加了9.54%~22.07%,比不施肥组(对照组)提高了12.83%~25.74%。花生主茎高、第一侧枝长分别较不施肥组(对照组)提高了4.81%~25.12%、23.92%~71.29%,较纯化肥组提高了7.72%~26.51%、20.92%~67.13%。

化肥减施配施生物有机肥可以促进花生植株干物质量的积累,并且有利于花生植株将光合产物分配至荚果。试验表明,试花生植株生物总量随生物有机肥用量比例的增加而增加。当化肥减施 20%~60%配施生物有机肥时,可以提高R/V及收获指数,降低根冠比,促进花生生长后期将光合产物分配至荚果,进而提高花生产量。

化肥减施配施生物有机肥可以提高花生叶片中保护酶的活性,降低叶片中MDA含量。试验表明,试验组花生叶片中SOD、POD、CAT活性较对照组和纯化肥组提高。表明化肥减施配施生物有机肥,可以有效降低花生植株中H2O2和过氧化物等的含量,从而避免了因H2O2等的积累对花生植株造成氧化伤害。

试验结果表明,使用生物有机肥替代化肥,花生饱果数、饱果率、单株莢果产量、百仁质量均高于对照组。生物有机肥替代40%的化肥,单株荚果产量、单位面积产量较对照组和纯化肥处理组分别提高16.04%、19.66%和16.65%、11.28%。

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