郭美俊 白亞青 楊艷君 武玉珍 郭平毅

摘要：為探明微量元素鉬對谷子干物質(zhì)積累分配及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響，采用田間試驗(yàn)，以晉谷21號為試驗(yàn)材料，于不同生育時(shí)期（拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期）噴施不同濃度鉬（0.04%、0.08%、0.10%、0.15%），分別在處理后測定谷子株高、葉面積、SPAD值、光合參數(shù)、干物質(zhì)積累、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量及產(chǎn)量和產(chǎn)量指標(biāo)的變化，并分析了鉬肥處理下谷子光合特性參數(shù)與谷子生長、干物質(zhì)積累與產(chǎn)量的相關(guān)性。與對照相比，噴施不同濃度鉬均促進(jìn)了谷子株高、葉面積、SPAD值、凈光合速率和氣孔導(dǎo)度，而胞間CO2濃度的變化呈相反趨勢。同時(shí)，不同濃度鉬處理均提高了谷子可溶性糖和可溶性蛋白含量，且SPAD值與可溶性蛋白含量呈極顯著正相關(guān)；而胞間CO2濃度與可溶性糖、可溶性蛋白含量呈負(fù)相關(guān)。此外，葉面噴施0.08%鉬于拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期均可顯著增加地上部、地下部生物量；鉬濃度高于0.10%時(shí)，地上部、地下部生物量較對照均有所下降，其中抽穗期下降幅度與對照相比差異顯著。谷子的產(chǎn)量與其產(chǎn)量指標(biāo)測定結(jié)果表明，各時(shí)期在0.08%處理下，均能一定程度上提高谷子的穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量，且產(chǎn)量均達(dá)到最大值，其中抽穗期同比拔節(jié)期、灌漿期增產(chǎn)效果明顯，較對照增加了5.89%，增幅達(dá)最大值。相關(guān)性分析結(jié)果表明，SPAD值與株高、葉面積、穗長和產(chǎn)量均表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)。光合速率與穗質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，與地上部生物量呈顯著正相關(guān)。結(jié)合主成分法綜合分析可知，谷子栽培生產(chǎn)中，抽穗期葉面噴施0.08%鉬肥效果最佳。

關(guān)鍵詞：谷子；螯合鉬；鉬肥；光合作用；干物質(zhì)積累；綜合評價(jià)

中圖分類號：S515.06??文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A??文章編號：1002-1302（2023）09-0103-09

基金項(xiàng)目：山西省高等學(xué)校科技創(chuàng)新項(xiàng)目（編號：2021L486）；晉中學(xué)院博士基金（編號：J20200620）；省部共建有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（編號：YJHZKF2107）。

作者簡介：郭美俊（1989—），女，山西壽陽人，博士，講師，主要從事作物化學(xué)調(diào)控與逆境生理研究，E-mail：guomeijun1989@126.com；共同第一作者：白亞青（1993—），女，山西壽陽人，碩士，主要從事作物化學(xué)調(diào)控與逆境生理研究，E-mail：2227670621@qq.com。

通信作者：楊艷君，博士，教授，主要從事作物化學(xué)調(diào)控與逆境生理研究。E-mail：yyj1210@sina.com。

谷子［Setaria italica （L.） Beauv］被譽(yù)為“五谷之首”，具有抗旱耐貧瘠、適應(yīng)性強(qiáng)、營養(yǎng)價(jià)值高等特性，是我國北方旱作農(nóng)業(yè)的主要糧食作物之一。土壤作為谷子生長的培養(yǎng)載體，為其提供整個(gè)生長周期中所需要的各種營養(yǎng)。其中，土壤中微量元素的含量及有效性對作物的生長發(fā)育有很大影響，可對作物產(chǎn)量和品質(zhì)造成直接影響［1-2］。

國內(nèi)外大量研究表明，微量元素與生命活動密切相關(guān)，而微量元素肥料對作物生長和產(chǎn)量構(gòu)成有重要影響。鉬具有加速機(jī)體代謝過程、排除有害元素、提高細(xì)胞免疫力的作用，是人體和動物所必需的微量元素之一。近些年來，國內(nèi)外關(guān)于平衡施肥技術(shù)的快速發(fā)展，鉬在作物生長發(fā)育中的重要作用也得到了證實(shí)。有研究表明，鉬的穩(wěn)態(tài)平衡不僅可以提高氮利用率，緩解肥料的不合理施用造成的氮肥利用率低、土壤酸化等問題，而且對作物的生長、產(chǎn)量及品質(zhì)產(chǎn)生不同程度的影響［3］。鉬肥增施不僅可以提高需鉬含量較高的經(jīng)濟(jì)類作物以及豆科作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，同樣也可以應(yīng)用于禾本科作物。大量研究發(fā)現(xiàn)，高氮條件下冬小麥田配施鉬酸銨能促進(jìn)出苗數(shù)、冬至苗數(shù)和穗數(shù)，增加株高、穗長、植株及麥穗整齊度［4］；施鉬肥能有效地提高玉米大豆間作中玉米的產(chǎn)量，玉米產(chǎn)量可達(dá)到 7 452.406 kg/hm2［5］；鉬、鋅配施或鉬肥單施能夠有效提高干物質(zhì)積累速率，促進(jìn)小麥、玉米穗粒數(shù)增加［6］。

目前，土壤缺鉬現(xiàn)象在我國仍然存在，且隨著土壤酸化的發(fā)生，鉬缺乏問題有潛在增長趨勢。由于土壤環(huán)境的差異，植物對于微量元素的吸收、轉(zhuǎn)化能力也有很大的不同。山西省屬于黃土母質(zhì)，全省土壤有效鉬含量偏低，導(dǎo)致植株吸收鉬的主要途徑受阻。因此，生產(chǎn)中通過鉬肥拌種、浸種、葉面噴施等方法提高植株器官中的鉬含量。前人研究表明，用0.1%鉬肥處理花生種12 h，不僅能顯著增產(chǎn)花生果，增加花生仁蛋白質(zhì)的含量，而且能有效促進(jìn)根瘤菌的繁殖和生長［7］；大豆田，硼肥（184.5 g/hm2）配施鉬肥（36 g/hm2）可以促進(jìn)菜用大豆2～3粒莢的比例，提高大豆有效單粒數(shù)［8］；鉬酸浸種能增加苜蓿中粗蛋白質(zhì)含量，降低粗纖維含量，提高苜蓿的營養(yǎng)價(jià)值［9］；煙葉還苗期、團(tuán)顆期分別噴施不同濃度鉬，能促進(jìn)云南烤煙生長，協(xié)同干物質(zhì)分配，提高煙葉產(chǎn)量［10］；單施鉬或鉬、鋅配施均可影響白菜的生長發(fā)育，如可溶性糖、蛋白質(zhì)、維生素含量和產(chǎn)量的提高，以及硝酸鹽含量顯著降低［11］。

本研究以晉谷21號為材料，在谷子拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期進(jìn)行施鉬處理，從農(nóng)藝性狀、葉綠素含量、光合特性和干物質(zhì)積累量進(jìn)行研究，探究葉面施鉬對谷子產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響，明確鉬肥在晉谷21號上應(yīng)用的最適濃度及最佳時(shí)期，為鉬的科學(xué)應(yīng)用提供理論價(jià)值和實(shí)踐意義。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)材料

供試谷子品種為優(yōu)質(zhì)谷子晉谷21號，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)作物研究所提供。

供試鉬肥為濃縮鉬（螯合鉬成分≥99%，單一微量元素），由東立信生物工程有限公司生產(chǎn)。

1.2?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018—2019年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)申奉村試驗(yàn)基地進(jìn)行，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，供試土壤為碳酸鹽褐土，有效鉬含量為0.12 mg/kg。分別于谷子拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期噴施不同濃度的螯合鉬，噴施濃度為T1（0.04%）、T2（0.08%）、T3（0.10%）、T4（0.15%），以清水作為對照（T0），兌水量為 900 L/hm2。試驗(yàn)重復(fù)3次，共45個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為6 m2。

1.3?測定指標(biāo)及方法

1.3.1?株高及葉面積?分別于拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期噴施鉬肥后7 d和14 d，選取生長態(tài)勢一致的谷子植株，用直尺進(jìn)行株高的測定（植株基部到旗葉的高度）。利用CI-203手持式激光葉面積儀測定葉面積。

1.3.2?SPAD值和光合參數(shù)?于晴天10：00—11：00 用SPAD儀器和便攜式光合儀（CI-340，美國思愛迪生態(tài)科學(xué)儀器有限公司）測定谷子倒2葉的葉綠素含量和凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度。

1.3.3?可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)?參照申潔的方法測定可溶性糖和可溶性蛋白含量［12］。

1.3.4?干物質(zhì)積累?在谷子成熟期，取拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期處理的長勢均勻的植株4穴，4次重復(fù)。帶回實(shí)驗(yàn)室，將植株樣品分為穗、葉片+莖鞘（地上部）、根（地下部），裝入牛皮紙袋并做好標(biāo)記，放入烘干箱105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量。

1.3.5?產(chǎn)量及其構(gòu)成因素?在谷子成熟期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集30穗用于估算產(chǎn)量指標(biāo)（穗粗、穗長、千粒質(zhì)量等）。對各處理小區(qū)進(jìn)行單打單收，測其籽粒質(zhì)量，從而計(jì)算該小區(qū)的理論產(chǎn)量。

1.4?數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用DPS 7.05分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性分析，用Sigma Plot軟件作圖。

2?結(jié)果與分析

2.1?不同生育時(shí)期噴施鉬肥對谷子農(nóng)藝性狀的影響

葉面噴施鉬肥后，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，谷子株高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢（圖1）。在拔節(jié)期噴施鉬肥7、14 d后，谷子在T2處理下較對照分別增加了6.13%、4.70%，且與對照存在顯著差異。谷子抽穗期噴施鉬肥7、14 d后，T2處理與對照相比分別顯著增加了2.37%、2.86%，其余各處理差異不顯著。谷子灌漿期噴施鉬肥后，各處理間無顯著差異。說明拔節(jié)期噴施鉬肥有利于促進(jìn)谷子營養(yǎng)生長，而灌漿期肥效不明顯。

噴施鉬肥7、14 d后，拔節(jié)期、抽穗期各處理葉面積同比對照增幅分別為1.98%～7.91%、0.87%～6.50%，其中T0、T1處理間差異不顯著。在抽穗期、灌漿期噴施鉬肥7、14 d后，谷子葉面積在T2處理下較對照分別增加了4.92%、6.50%和4.43%、4.31%，且與對照存在顯著差異?？傮w上看，T2處理在谷子各時(shí)期與對照相比均達(dá)到顯著性差異，說明以T2濃度噴施鉬肥可以提高群體葉面積，提高葉片截光率，延長葉片功能期。

2.2?不同生育時(shí)期噴施鉬肥對谷子SPAD值和光合特性的影響

由圖2可知，隨著鉬肥濃度的增加，谷子葉片SPAD值均高于對照，且呈先增加后減小的趨勢。拔節(jié)期和灌漿期噴施鉬肥后，谷子葉片SPAD值在T3處理下較對照分別增加了14.95%、6.94%，且均達(dá)到最大值；谷子抽穗期噴施鉬肥后，T4處理下，谷子葉片SPAD值達(dá)最大值，與對照相比顯著增加6.99% 與其余處理間差異顯著。 在拔節(jié)期和抽穗期噴施鉬肥后，T2處理下，谷子葉片凈光合速率均呈現(xiàn)最大值，與對照相比顯著增加30.98%、24.65%。拔節(jié)期和抽穗期噴施鉬肥后，谷子葉片氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度與對照相比均存在顯著差異。谷子灌漿期噴施鉬肥后，谷子葉片氣孔導(dǎo)度在T2、T3處理下較對照分別顯著增加了26.86%、41.74%，胞間CO2濃度在T3處理下與對照相比顯著減少16.06%。由此表明，噴施適宜濃度鉬肥能有效提高谷子葉片葉綠素含量，進(jìn)而促進(jìn)谷子的光合作用。

2.3?不同生育時(shí)期噴施鉬肥對谷子可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

由表1可知，拔節(jié)期噴施鉬肥后，T3、T4處理下可溶性糖、可溶性蛋白含量與對照相比分別顯著增加了22.30%、21.85%和43.76%、40.86%。抽穗期噴施鉬肥后，與對照相比，T4處理下可溶性糖含量增加了4.52%，其余各處理均與對照存在顯著差異；T3處理下可溶蛋白含量顯著增加了21.26%，其余各處理與對照差異不顯著。灌漿期噴施鉬肥后，與對照相比，各處理下可溶性糖含量均差異不顯著；T3處理下可溶蛋白含量顯著增加了35.01%，其余各處理差異不顯著。相關(guān)性分析結(jié)果（圖3和圖4）表明，葉片氣孔導(dǎo)度、SPAD值與可溶性糖、可溶性蛋白含量呈正相關(guān)，且SPAD值與可溶性蛋白含量呈極顯著正相關(guān)；胞間CO2濃度與可溶性糖、可溶性蛋白含量呈負(fù)相關(guān)；凈光合速率與可溶性糖含量呈正相關(guān) 與可溶性蛋白含量呈負(fù)相關(guān)。由此說明，谷子通過調(diào)節(jié)光合作用，進(jìn)而促進(jìn)可溶性糖和可溶性蛋白的積累。

2.4?不同生育時(shí)期噴施鉬肥對谷子干物質(zhì)積累的影響

由圖5可知，葉面噴施鉬肥后，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，谷子地上部生物量、地下部生物量均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，其中在T2處理下達(dá)最大值，與對照相比差異顯著。拔節(jié)期噴施鉬肥后，T2處理下地上部生物量、地下部生物量與對照相比分別顯著增加了13.77%、37.03%，且與其余各處理差異顯著；與對照相比，T2處理下穗質(zhì)量增加了8.50%。抽穗期噴施鉬肥后，T2處理下地上部生物量、地下部生物量與對照相比分別顯著增加了9.12%、76.31%，且T2處理地下部生物量與其余各處理差異顯著。灌漿期噴施鉬肥后，T2處理下地上部生物量、地下部生物量與對照相比分別顯著增加了28.45%、25.00%；除T3處理外，T2處理下地上部生物量、地下部生物量與其余各處理均存在顯著差異。抽穗期、灌漿期谷子穗質(zhì)量在T2、T3處理下與對照相比分別顯著增加了10.81%、8.92%和10.55%、15.73%，其余處理與對照差異均不顯著。T4處理下，與對照相比，拔節(jié)期谷子地上部生物量、地下部生物量均增加；抽穗期、灌漿期谷子地上部生物質(zhì)量、地下部生物量均降低，且地上部生物量與對照相比存在顯著差異。結(jié)果表明，鉬在谷子不同生育期下積累、分配、轉(zhuǎn)運(yùn)存在差異性是不同時(shí)期噴施鉬對谷子生物量產(chǎn)生差異的原因。

2.5?不同生育時(shí)期噴施鉬肥對谷子產(chǎn)量及其相關(guān)因素的影響

從表2和圖6可以看出，隨著鉬肥施用劑量的增加，谷子的產(chǎn)量增幅逐漸減少。拔節(jié)期噴施鉬肥后，隨著鉬肥濃度的增加，谷子穗長、穗粗、千粒質(zhì)量與對照相比均差異不顯著，且穗粗、千粒質(zhì)量處理間無顯著差異；在T2處理下，產(chǎn)量較對照顯著增加了2.86%，其余各處理差異不顯著。抽穗期噴施鉬肥后，T2、T3、T4處理與對照相比產(chǎn)量存在顯著差異，分別增加5.89%、3.36%、4.71%；穗長、千粒質(zhì)量與對照相比均差異不顯著，且穗長各處理間無顯著差異。灌漿期噴施鉬肥后，穗長各處理間無顯著差異；T2、T3處理下穗粗與對照相比差異顯著，分別增加了8.67%、6.58%；產(chǎn)量在T2、T3、T4處理下與對照相比顯著增加了3.41%、2.03%、2.18%。說明在不同時(shí)期噴施鉬肥均能帶來增產(chǎn)效應(yīng)，其中在抽穗期效果最佳。

2.6?不同生育時(shí)期鉬肥處理下光合特性參數(shù)與谷子生長、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的關(guān)系

由表3可知，SPAD值與株高、葉面積、穗長和產(chǎn)量均表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)。光合速率與穗質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，與地上部生物量呈顯著正相關(guān)。除產(chǎn)量外，氣孔導(dǎo)度與株高、葉面積、地上部生物量、地下部生物量、穗質(zhì)量、穗長、穗粗、千粒質(zhì)量均不相關(guān)。胞間CO2濃度與產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與株高、葉面積、地上部生物量、地下部生物量、穗質(zhì)量、穗長、穗粗、千粒質(zhì)量均不相關(guān)?？梢?，SPAD值和光合速率對谷子干物質(zhì)積累分配具有更為積極的作用。

2.7?不同生育時(shí)期噴施鉬肥對谷子生長及產(chǎn)量的綜合評價(jià)

主成分分析結(jié)果（表4）表明，前4個(gè)主成分特征值的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)92.426 9%，包括了谷子主要產(chǎn)量性狀的絕大多數(shù)信息，因此提取前4個(gè)主成分。由表4可知，F(xiàn)1的特征值是4.113 8，對總遺傳信息的貢獻(xiàn)率最大為45.709 1%；F2的特征值是2.563 1，貢獻(xiàn)率為28.479 2%；F3的特征值為0.925 9，貢獻(xiàn)率為10.287 3%；F4的特征值是0.715 6，貢獻(xiàn)率為7.951 2%。從表5可以看出，各時(shí)期在0.08%處理下，產(chǎn)量均達(dá)到最大值，其中抽穗期同比拔節(jié)期、灌漿期增產(chǎn)效果明顯。綜合噴施鉬肥對谷子各方面影響分析，抽穗期噴施0.08%的鉬肥在谷田施用具有較好的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

3?討論

葉面噴施適宜濃度的鉬肥對作物的生長具有明顯的促進(jìn)作用，可以加快作物營養(yǎng)器官的干物質(zhì)積累，促進(jìn)作物產(chǎn)量構(gòu)成因素的增加，最終導(dǎo)致作物產(chǎn)量的提高［13-16］。研究表明，噴施鉬不僅能顯著加快小麥營養(yǎng)期內(nèi)植株干物質(zhì)累積速率及累積量，而且也提高小麥后期微量元素從營養(yǎng)器官向籽粒分配和運(yùn)輸?shù)谋壤?］。岳桂華研究發(fā)現(xiàn)，施鉬可以顯著增加大豆葉片葉綠素含量［17］；Ali等的研究表明，通過鉬肥浸種提高玉米葉綠素含量可以抵抗不良因素對玉米造成的影響［18］。

植物的生長狀況會通過植物的形態(tài)指標(biāo)直觀地反映出來，其中株高和葉面積是判斷植物生長狀況的重要農(nóng)藝指標(biāo)。葉片作為植物進(jìn)行光合作用的主要器官，其葉面積大小能直接影響作物的光能吸收、轉(zhuǎn)化及碳水化合物的合成［19］。本研究表明，不同生育期噴施鉬肥，谷子的株高、葉面積、地上部和地下部生物量都有一定程度的提高作用，與前人研究結(jié)果［19］一致。

葉綠素含量的高低在一定程度上反映了光合作用的強(qiáng)弱，是植物進(jìn)行光合作用的基礎(chǔ)，能有效體現(xiàn)植物的生長狀況，進(jìn)而保障干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的形成［20］。有研究發(fā)現(xiàn)，鉬能顯著增加植物葉片中的色素含量，如葉面噴施適宜濃度的鉬肥能顯著促進(jìn)煙葉葉綠素含量，進(jìn)而提高葉片凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度，最終影響煙葉的生長［21］。本研究表明，葉面噴施螯合鉬對谷子葉片SPAD值有不同程度的促進(jìn)作用，且與凈光合速率的變化趨勢基本一致，表明葉綠素含量的增加是引起凈光合速率升高的重要原因。同時(shí)，葉面噴施鉬可以促進(jìn)葉綠素含量的增加，保持葉片持綠性，延長灌漿時(shí)間，進(jìn)而提高谷子的光合能力，最終影響產(chǎn)量，與前人研究結(jié)果［20-21］一致。

產(chǎn)量是檢驗(yàn)糧食作物栽培管理措施是否有效的最直接的指標(biāo)之一，其變化情況可以直接反映作物生長是否良好［22-23］。國內(nèi)外大量研究表明，鉬肥對作物生長和產(chǎn)量構(gòu)成有重要影響。適量增施鉬肥可以顯著提高作物的產(chǎn)量，且在小麥、大豆、玉米等多種作物上均有報(bào)道［24-27］。朱旺沖等的研究表明，鉬肥拌種、始花期葉面施鉬均能顯著提高大豆單株有效莢數(shù)，較對照相比分別增加14.87%、23.32%［28］。李歡歡等研究發(fā)現(xiàn)，施用鉬肥能提高小麥產(chǎn)量，其增產(chǎn)幅度達(dá)3.52%［29］。與前人研究結(jié)果一致，本研究中在谷子生育期內(nèi)不同階段（拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期）施鉬，隨鉬濃度的增加，與對照相比，晉谷21的產(chǎn)量均有所增加；此外，葉面噴施鉬濃度為0.08%時(shí)可有效增加谷子產(chǎn)量，產(chǎn)量呈最大值。運(yùn)用主成分分析對不同時(shí)期施用鉬處理下谷子的生長及產(chǎn)量指標(biāo)的變化進(jìn)行綜合評價(jià)，前4個(gè)主成分因子的累積貢獻(xiàn)率已經(jīng)達(dá)到92.426 9%，包括了谷子主要產(chǎn)量性狀的絕大多數(shù)信息。綜合得分情況說明，抽穗期噴施0.08%的鉬肥在谷田施用具有較好的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

4?結(jié)論

鉬肥在谷子生長發(fā)育中的需求量較少，但鉬肥對其生長發(fā)育的作用卻十分關(guān)鍵。通過葉面噴施鉬可以有效增加葉面積，促進(jìn)谷子營養(yǎng)生長。不同處理時(shí)期對谷子增產(chǎn)效果進(jìn)行比較，同一濃度噴施鉬所呈現(xiàn)的增產(chǎn)效果不同，抽穗期增產(chǎn)效果最明顯。綜合分析，谷子大田栽培生產(chǎn)中，鉬肥提高產(chǎn)量的最佳處理時(shí)期及濃度為抽穗期噴施0.08%的鉬肥。

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