楚尊超，李枚蔚，宋柏權(quán)，高中超，王中業(yè)，黃文功，王 艷，阿不都卡地爾·庫爾班

(1.黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院/國家糖料改良中心，哈爾濱 150080；2.黑龍江省黑土保護(hù)利用研究院，哈爾濱 150086；3.黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)作物開發(fā)研究所，黑龍江雙鴨山 155811；4.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全研究所，哈爾濱 150086，5.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引言

隨著氮肥的過度使用，導(dǎo)致施肥報酬遞減、土壤退化，農(nóng)業(yè)面源污染、生態(tài)環(huán)境破壞等問題凸顯[1]。有機(jī)肥因其有機(jī)質(zhì)含量高、氮、磷、鉀、鈣、鎂以及微量元素均衡等，與化肥配施既能為作物提供氮、磷、鉀大量元素，也能補(bǔ)充作物必需的銅、鋅、鐵、錳等微量元素[2]，因而肥效持久，能滿足作物生長的全面養(yǎng)分需求和維持土壤碳庫穩(wěn)定，有利于全面改善土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)特性[3]。研究表明，減施化肥下配施生物有機(jī)肥能夠不同程度促進(jìn)甜菜的生長發(fā)育[4]，有機(jī)肥在施肥措施中越來越受到重視。

甜菜(Beta vulgaris L.)是我國北方重要的經(jīng)濟(jì)作物，也是我國主要糖料作物之一[5]。甜菜具有耐旱、耐寒及耐鹽堿等特點，是適應(yīng)性廣、抗逆性強(qiáng)的作物，甜菜產(chǎn)業(yè)在國民生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)中占有重要地位[6]。甜菜是喜肥作物，合理的施肥量和施肥方式在甜菜栽培管理過程中顯得尤為重要[7]。因此，明確化肥減施下有機(jī)肥替代部分化肥對維持土壤肥力，改善作物產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

本試驗于2021年5月初在哈爾濱市呼蘭區(qū)進(jìn)行，供試甜菜品種為“KWS1176”，試驗地氣候類型屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，供試土壤類型為黑土，pH為6.82，有機(jī)質(zhì)含量41.98 g/kg，全氮含量3.68 g/kg，速效氮含量91.52 mg/kg，全磷含量2.24 g/kg，速效磷含量111.85 mg/kg，全鉀含量22.31 g/kg，速效鉀含量315.92 mg/kg。田間試驗共設(shè)4個處理：常規(guī)化肥(CK)、常規(guī)化肥-20%氮肥+20%有機(jī)肥(OF1)、常規(guī)化肥-40%氮肥+40%有機(jī)肥(OF2)、常規(guī)化肥-20%氮肥+40%有機(jī)肥(OF3)，試驗處理詳情見表1。小區(qū)10 m行長、6根壟、小區(qū)面積為39 m2，每個處理3次重復(fù)，隨機(jī)排列。于幼苗期6月8日進(jìn)行田間取樣測定和分析。

表1 施肥措施方案表

1.2 測定項目和分析方法

1.2.1 形態(tài)指標(biāo)測定

每小區(qū)選取長勢一致的10株甜菜，用直尺、游標(biāo)卡尺和分析天平分別測量甜菜的株高、葉厚、葉面積、根長、根粗和根體積。將甜菜幼苗分為地上部和地下部，于烘箱60℃烘干至恒重。

葉面積(cm2)=葉片長度×葉片寬度×0.802[8]。

1.2.2 SPAD的測定

于2021年6月8日9：00-11:00時，選取小區(qū)中間長勢均勻的10株甜菜幼苗，用SPAD儀(葉綠素計SPAD-502日本)測定方向和部位相對一致的完全展開葉片，避開葉脈，于葉片1/3處測3次取平均值作為該葉片的SPAD值[9]。

1.2.3 光合指標(biāo)的測定

葉片光合指標(biāo)采用LI-6400(LI-COR Inc.美國)便攜式光合作用測定系統(tǒng)測定，選擇長勢均勻、部位、方向、相對一致的中部功能葉片，于晴天9:00-11:30進(jìn)行氣體交換參數(shù)光合量、品質(zhì)具有重要意義。在甜菜苗期，進(jìn)行不同有機(jī)肥化肥配比處理，綜合分析有機(jī)肥對甜菜生長、光合特性的影響，為進(jìn)一步甜菜高產(chǎn)栽培提供指導(dǎo)依據(jù)。

速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)的測定,每個處理測定4株，取平均值。

1.2.4 葉綠素的測定

采用乙醇提取法進(jìn)行測定，選取測定形態(tài)參數(shù)的葉片避開葉脈位置取樣稱取0.200 g鮮重葉片，用10 mL 95%的乙醇避光浸提，取上清液用紫外分光光度計(UV-800A)測定光合色素含量，葉綠素濃度用mg·g-1表示[9]。

1.2.5 微量元素提取與測定

稱取甜菜樣品0.200 g置于20 mL石英坩堝，放入馬弗爐，先在230℃下灰化1 h，再加熱至560℃灰化4 h?；一戤吅蠹尤?∶1 (V/V)硝酸溶液溶解灰分后無損地移入50 mL的容量瓶中，用蒸餾水定容，同時作空白。采用上海分析儀器廠生產(chǎn)的(TAS-990)型原子分光光度計測定Ca、Mg、Fe、Mn、Cu和Zn元素含量。

1.3 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 25進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析、進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)，采用OriginLab 2019進(jìn)行圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)無機(jī)配施對甜菜苗期生長參數(shù)的影響

甜菜幼苗株高、葉厚、葉面積、根長等均呈現(xiàn)增長的趨勢，與CK處理相比，OF1、OF2和OF3的株高分別增長23.46%、18.80%和26.95%(圖1A)；葉厚分別增長9.57%、2.02%和21.41%(圖1B)；葉面積分別增長6.91%、1.33%和15.74%(圖1C)；主根長分別增長5.80%、3.46%和11.25%(圖1D)；根粗分別增長10.09%、4.16%和28.68%(圖1E)；根體積分別增長13.40%、3.09%和23.71%(圖1F)。由此可得出，有機(jī)無機(jī)配施可有效促進(jìn)甜菜葉片和根系的生長，在OF3處理下生長指數(shù)增長最為顯著。

圖1 有機(jī)無機(jī)配施對甜菜苗期農(nóng)藝性狀的影響Fig.1 Effect of organic-inorganic application on agronomic traits of sugar beet at seedling stage

2.2 有機(jī)無機(jī)配施對甜菜苗期鮮重和干重的影響

甜菜塊根苗期鮮重及干物質(zhì)積累量隨施肥配比的變化而變化，與CK處理相比，有機(jī)無機(jī)配施處理顯著增加了甜菜的地上部和地下部的鮮重(圖2A、B)、干重(圖2C、D)，且規(guī)律相對一致。由圖(2)可知，OF3處理下甜菜地上部及地下部鮮重和干重呈現(xiàn)效果為最佳。與CK處理相比，OF1、OF2和OF3甜菜苗期地上鮮重提高了16.51%、3.81%和25.28%；地下鮮重提高了14.79%、9.24%和18.02%；地上干重提高了5.58%、2.58%和21.71%；地下干重提高了25%、15%和40%。由此可得出，有機(jī)無機(jī)配施可有效促進(jìn)甜菜生物量的積累。

圖2 有機(jī)無機(jī)配施對甜菜苗期鮮重和干重的影響Fig.2 Effect of organic-inorganic application on fresh and dry weight of sugar beet seedlings

2.3 有機(jī)無機(jī)配施對甜菜苗期SPAD值和光合色素的影響

在甜菜苗期，不同施肥處理條件下甜菜葉片的SPAD隨施肥處理有明顯的變化。有機(jī)無機(jī)配施條件下OF1、OF2、OF3葉片的SPAD值高于常規(guī)施肥處理OF，且OF3處理下甜菜的SPAD達(dá)到最大值。與CK相比，OF1、OF2和OF3甜菜苗期葉片的SPAD值提高了2.85%、1.30%和4.02%(圖3A)。與CK相比OF1、OF2和OF3處理甜菜苗期葉綠素a含量增加了6.03%、5.20%和8.00%(圖3B)；葉綠素b含量增加了25.36%、21.25%和33.01%(圖3C)；類胡蘿卜素也增加了50.25%、35.00%和87.34%(圖3D)?？?cè)~綠素增加了15.73%、12.94%和21.53%(圖3E)；葉綠素/總?cè)~綠素增加了8.32%、7.35%和9.44%(圖3F)由此可知，有機(jī)無機(jī)配施處理后均可提高光合色素的含量，在OF3處理下達(dá)到最大值。

圖3 有機(jī)無機(jī)配施對甜菜苗期SPAD值和光合色素影響Fig.3 Effect of organic-inorganic application on SPAD and photosynthetic pigments in sugar beet seedlings

2.4 有機(jī)無機(jī)配施對甜菜苗期光合性能的影響

配施處理使甜菜幼苗利用光強(qiáng)的能力提升，顯著提高了甜菜苗期生長的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)和氣孔導(dǎo)度(Gs)，不同施肥處理間差異顯著。較CK相比OF1、OF2和OF3蒸騰速率分別提高22.89%、14.44%和24.83%，凈光合速率分別提高3.41%、3.00%和5.22%，氣孔導(dǎo)度分別提高13.28%、1.23%和14.21%。

2.5 有機(jī)無機(jī)配施對甜菜養(yǎng)分吸收的影響

配施有機(jī)肥處理下，元素Ca和Mg呈增長的趨勢(圖4)，Ca地上部含量提高了17.23%、8.35%和25.13%，地下部含量提高了10.12%、5.59%和23.74%(圖4A)；Mg地上部含量提高了7.29%、2.95%和10.59%，地下部含量提高8.63%、4.90%和14.72%(圖4B)。

表2 有機(jī)無機(jī)配施對甜菜苗期光合性能的影響

圖4 有機(jī)無機(jī)配施對甜菜苗期養(yǎng)分吸收的影響Fig.4 Effect of organic-inorganic application on nutrient uptake in sugar beet seedlings

微量元素Zn、Fe、Mn和Cu表現(xiàn)相同程度增長，Zn地上部含量提高了13.96%、5.95%和20.11%，地下部含量提高10.28%、5.93%和15.95%(圖4C)；Fe地上部含量提高15.84%、6.06%和19.20%，地下部含量提高9.58%、6.20%和11.22%(圖4D)；Mn地上部含量分別提高7.73%、3.26%和10.43%，地下部含量提高12.86%、6.69%和24.23%(圖4E)；Cu地上部含量提高14.75%、5.88%和17.65%，地下部含量提高20.51%、11.59%和23.08%(圖4F)。

在有機(jī)無機(jī)配施處理下甜菜幼苗地上部和地下部對礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收存在顯著差異，地上部和地下部對礦質(zhì)養(yǎng)分含量增加的趨勢為：OF3>OF1>OF2>CK。

3 討論

有機(jī)肥作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)施肥方式，能夠持續(xù)供給作物生長發(fā)育所需的各種養(yǎng)分[10]。郭喜軍等[11]認(rèn)為，將有機(jī)無機(jī)肥以適宜的比例和用量配施，既可維持高產(chǎn)，又可避免大量施用無機(jī)氮肥造成的一系列問題。有機(jī)肥替代部分化肥能顯著促進(jìn)韭菜生長、提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)促進(jìn)土壤養(yǎng)分平衡[12]。李玫蔚[13]等研究發(fā)現(xiàn)有施用有機(jī)肥處理促進(jìn)了幼苗期甜菜壯苗形成。本研究結(jié)果表明，有機(jī)無機(jī)配施處理下，可以有效改善甜菜的株高、葉面積、根體積和主根長等生長參數(shù)，與上述研究結(jié)果基本一致。

光合作用是植物進(jìn)行生命活動的生理代謝基礎(chǔ)，葉片作為植物光合作用的主要器官，葉綠素含量高低可以反映植物葉片生理活性、營養(yǎng)狀況及衰老程度[14]。本研究在甜菜苗期不同配施處理光合色素含量表現(xiàn)為OF3>OF1>OF2>CK，葉綠素的含量影響著光能的吸收和轉(zhuǎn)換，葉綠素a和葉綠素b的比值(chl a/b)的變化能反映葉片光合活性的強(qiáng)弱及植物對光能利用的多少[15]。相關(guān)研究表明，減氮配施有機(jī)物料處理下，白菜和玉米苗期的SPAD分別增加42.7%和13.5%、凈光合速率分別增加11.1%和12.7%[16]，這與本研究結(jié)果相似。胞間CO2濃度與葉片光合速率和氣孔導(dǎo)度的變化趨勢相反，這可能是非氣孔因素使CO2的利用率降低，造成了CO2的積累[17]。

有機(jī)肥既能為作物提供大量元素(氮、磷、鉀)也能補(bǔ)充作物必需的微量元素(銅、鋅、鐵、錳等)，是作物生長發(fā)育與產(chǎn)量品質(zhì)提高的物質(zhì)基礎(chǔ)。崔楠楠[18]等研究發(fā)現(xiàn)動物源有機(jī)肥都不同程度地提高了核桃幼樹中的鐵、錳、銅、鋅含量，改善了葉片中各養(yǎng)分的平衡關(guān)系。趙強(qiáng)[19]研究表明，生物有機(jī)肥處理的旱柳葉片Zn、Mn分別提高了5.68 mg/kg和5.78 mg/kg。與本試驗結(jié)論相對一致。本試驗中有機(jī)無機(jī)配施促進(jìn)了甜菜地上部和地下部對微量元素的吸收，促進(jìn)了甜菜苗期的生長。

4 結(jié)論

有機(jī)無機(jī)配施施肥措施均能促進(jìn)甜菜幼苗生長和養(yǎng)分吸收，顯著提高了甜菜幼苗生長參數(shù)、光合性能和養(yǎng)分吸收，促進(jìn)了幼苗期甜菜壯苗形成。其中OF3處理效果最優(yōu)但與OF1差異不顯著，且OF3施用有機(jī)肥為OF1的兩倍，在綜合考慮甜菜幼苗生長與經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)中可實施性的基礎(chǔ)上，推薦施肥方案為常規(guī)化肥減施20%的氮肥同時配施20%的有機(jī)肥(OF1)，該研究結(jié)果可為黑龍江地區(qū)甜菜生產(chǎn)提供科學(xué)施肥理論依據(jù)。