吳冬強，馮 萌，于 成，李天銀，吳德斌，郭正剛

(1.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室，甘肅 蘭州 730020；2.甘肅省亞盛田園牧歌草業(yè)集團公司，甘肅 玉門 735213)

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鐵、鋅配施對紫花苜蓿生物量和光合特征的影響

吳冬強1，馮 萌1，于 成1，李天銀2，吳德斌2，郭正剛1

(1.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室，甘肅 蘭州 730020；2.甘肅省亞盛田園牧歌草業(yè)集團公司，甘肅 玉門 735213)

微量元素對紫花苜蓿(Medicagosativa)栽培草地維系產(chǎn)量具有重要意義。本研究采用大田試驗，分析了鐵、鋅配施對紫花苜蓿栽培草地生物量和光合特征的影響。結(jié)果表明，鐵、鋅以及鐵鋅配施均顯著提高了紫花苜蓿的生物量(P<0.05)。鐵對紫花苜蓿株高影響不明顯，但顯著增加了紫花苜蓿分枝數(shù)(P<0.05)，紫花苜蓿地上生物量增幅為11.43%～12.89%；鋅對紫花苜蓿株高沒有影響，但增加了紫花苜蓿分枝數(shù)，紫花苜蓿生物量增幅為6.31%～10.77%，且當(dāng)鋅肥添加量為15 kg·hm-2(Z1)時，紫花苜蓿的葉莖比最大；鐵鋅配施既沒有影響紫花苜蓿的株高，也沒有影響紫花苜蓿的分枝數(shù)，但改善了紫花苜蓿光合作用，從而增加了紫花苜蓿生物量，其中鐵鋅配比為F1Z1(即Fe和Zn分別為9、15 kg·hm-2)時紫花苜蓿地上生物量最大，較對照的地上生物量增加了28.77%，此時葉莖比也最大。

鐵；鋅；紫花苜蓿；生物量；光合特征

微量元素鐵和鋅是植物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素[1]，其中鐵主要參與葉綠素的形成[2]，而鋅則通過調(diào)節(jié)植物體內(nèi)CO2的供應(yīng)和基質(zhì)中的pH影響光合作用[3]。一般而言，鋅和植物可利用的有效鐵在土壤中含量較少[4]，往往通過影響光合效率而影響作物生物量[5]。因此，添加鐵或鋅成為作物增產(chǎn)的主要管理途徑之一。添加鐵肥能夠提高小麥(Triticumaestivum)[6]、大豆(Glycinemax)[7]、玉米(Zeamays)[7]等作物的產(chǎn)量，增加柑橘(Citrusreticulata)[8]的糖酸比；合理添加鋅肥能夠提高小麥、玉米和水稻(Oryzasativa)的產(chǎn)量[9]，改善茄子(Solanummelongena)的營養(yǎng)品質(zhì)和礦物質(zhì)含量[10]。不但鐵、鋅分別單獨添加能夠影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，而且鐵鋅互作也能影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，已有研究表明，鐵鋅配施可以提高水稻產(chǎn)量[11]、豌豆(Pisumsativum)籽實中的維生素C和可溶性糖含量[12]。不同作物收獲的目標(biāo)存在差異，有些作物主要收獲籽實[9]，有些主要收獲果實[10]，而有些則主要收獲營養(yǎng)體[13]。目前，雖然已經(jīng)研究證實了鐵鋅配施能夠提高籽實作物的產(chǎn)量和經(jīng)濟作物的品質(zhì)，但鐵鋅配施對營養(yǎng)體作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響目前尚不清晰。

紫花苜蓿(Medicagosativa)是一種多年生優(yōu)質(zhì)豆科牧草，主要以營養(yǎng)體為生產(chǎn)目標(biāo)。因紫花苜蓿產(chǎn)量高、品質(zhì)好，根系具有防風(fēng)固土和改良土壤的作用[13]，其在我國集約化畜牧業(yè)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)中具有極其重要的作用。紫花苜蓿栽培草地面積不斷擴大，而合理的施肥管理是維系紫花苜蓿栽培草地產(chǎn)量的核心措施之一。目前，關(guān)于紫花苜蓿栽培施肥管理的研究主要集中于氮、磷、鉀[14-15]的效應(yīng)或鐵、鋅等微量元素的單施效應(yīng)[16-17]，而鐵鋅配施對紫花苜蓿栽培草地的效應(yīng)是否遵循籽實作物和經(jīng)濟作物的規(guī)律，尚需要科學(xué)試驗提供證據(jù)。本研究采用大田試驗，分析紫花苜蓿栽培草地地上生物量和光合特征對鐵鋅配施的響應(yīng)，以期為紫花苜蓿栽培草地施肥管理提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料和方法

1.1試驗地概況

田間試驗于甘肅農(nóng)墾集團生地灣農(nóng)場進行，處于甘肅省酒泉市金塔縣境內(nèi)，地處98°34′ E，40°13′ N，海拔1 236 m，年降水量59.8 mm，年蒸發(fā)量2 560 mm，無霜期141～175 d；年日照時數(shù)約3 300 h；年平均氣溫為8.5 ℃；≥10 ℃有效積溫3 292 ℃·d；土壤為砂壤土質(zhì)，耕層土壤有機質(zhì)含量9.76 g·kg-1，堿解氮含量54.86 mg·kg-1，速效磷含量19.3 mg·kg-1，速效鉀含量129 mg·kg-1，有效鐵含量9.03 mg·kg-1、有效鋅0.62 mg·kg-1。

1.2試驗設(shè)計

試驗采用雙因素設(shè)計，分別為添加鐵肥量和鋅肥量。鐵肥源為FeSO4·7H2O(AR級)，添加量分別為0、9、18 kg·hm-2，用F0、F1、F2表示；鋅肥源為ZnSO4·7H2O(AR級)，添加量分別為0、15、30 kg·hm-2，用Z0、Z1、Z2表示；共計形成9個處理，即F0Z0、F0Z1、F0Z2、F1Z0、F1Z1、F1Z2、F2Z0、F2Z1、F2Z2，每個處理重復(fù)3次，共計27個小區(qū)，隨機區(qū)組排列。小區(qū)面積為5 m×4 m，小區(qū)間有0.6 m的隔離帶，每個小區(qū)四周建有土壟，壟寬0.05 m。試驗所用紫花苜蓿品種為亮苜2號(Liangmu No.2，美國)，小區(qū)苜蓿于2014年5月初種植，采用條播，行距30 cm，播深1 cm，播量15 kg·hm-2。第一年紫花苜蓿栽培草地產(chǎn)量不穩(wěn)定，因此，當(dāng)年不做微肥處理，2015年開展微肥試驗。2015年4月初，在紫花苜蓿返青前將鐵肥和鋅肥按試驗設(shè)計均勻撒于各小區(qū)土壤表面，并用耙子進行人工淺層翻耕，翻耕深度為2～3 cm。小區(qū)管理不增施其它任何肥料，其余管理方式采用當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶管理紫花苜蓿栽培草地的方式。

1.3指標(biāo)測定

光合特征測定：在紫花苜蓿始花期選擇一個晴天，于每個小區(qū)中間位置設(shè)置0.5 m×0.5 m的樣方，在樣方內(nèi)隨機選擇3個植株進行光合特征的測定。在光合作用有效輻射率約為1400 μmol·(m2·s)-1，大氣CO2濃度為(400±10) μmol·mol-1，大氣溫度為(30±2) ℃的條件下，每株選擇3片完全展開的健康葉，采用LI-6400光合測定儀(LI-COR，美國)測定其蒸騰速率[Tr，mmol H2O·(m2·s)-1]、氣孔導(dǎo)度[Gs，mmol H2O·(m2·s)-1]和凈光合速率[Pn，μmol CO2·(m2·s)-1]，每個植株3個葉片的平均值作為該植株的平均蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和凈光合速率，重復(fù)測定3株，取其平均值作為該小區(qū)植株的平均蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和凈光合速率。

株高、分枝數(shù)和葉莖比測定：樣方內(nèi)隨機選擇10株植株，分別測定其自然高度和一級分枝數(shù)，然后這10株植株齊地刈割，分離莖和葉(花序包含至葉內(nèi))，分別帶回實驗室烘干稱重。10株的平均高度與一級分枝數(shù)表示該小區(qū)的植株高度和一級分枝數(shù)。

生物量測定：測定完株高、分株數(shù)和葉莖比后，齊地刈割樣方內(nèi)的剩余植株地上生物量，帶回實驗室烘干稱重。樣方生物量為剩余植株、用來測定葉莖比的10株植株莖的生物量與葉的生物量的總和。

1.4數(shù)據(jù)分析

將添加鐵肥量和添加鋅肥量作為變量，采用SPSS 19.0軟件先進行Two-way ANOVA方差分析，若具有顯著作用，則采用Duncan比較法進行多重比較分析，若無顯著作用，則不進行多重比較。

2　結(jié)果

2.1鐵、鋅配施對紫花苜蓿生物量的影響

鐵肥、鋅肥以及鐵鋅互作對紫花苜蓿生物量具有顯著影響(表1)。鐵肥和鋅肥均顯著提高了紫花苜蓿生物量(P<0.01)，鐵肥增幅為11.43%～12.89%，鋅肥增幅為6.31%～10.77%，但鐵肥添加量F1和F2，鋅肥添加量Z1和Z2間差異均不顯著(P>0.05)。鐵鋅配施時紫花苜蓿生物量整體呈現(xiàn)增加的趨勢，其中配施組合F1Z1的生物量增幅最大為28.77%(P<0.05)。

2.2鐵、鋅配施對紫花苜蓿單株分枝數(shù)和株高的影響

單株分枝數(shù)和株高對鐵肥和鋅肥的響應(yīng)出現(xiàn)明顯的分異，表現(xiàn)為鐵肥、鋅肥對單株分枝數(shù)有顯著影響(P<0.05)，鐵鋅互作對單株分枝數(shù)無顯著影響(P>0.05)(表2)，但鐵肥、鋅肥以及鐵鋅互作對株高均沒有明顯影響(圖1)。紫花苜蓿分枝數(shù)隨施鐵量的增加而先升高后降低，鐵肥添加量為F1(9 kg·hm-2)時紫花苜蓿分枝數(shù)顯著大于F0的分枝數(shù)，F(xiàn)0的分枝數(shù)顯著大于F2的分枝數(shù)(P<0.05)。紫花苜蓿分枝數(shù)隨施鋅量的增加也呈先增加后降低，鋅肥添加量為Z1(15 kg·hm-2)時的紫花苜蓿分枝數(shù)最多，顯著大于Z0和Z2的分枝數(shù)(P<0.05)。

2.3鐵、鋅配施對紫花苜蓿葉莖比的影響

單施鋅肥和鐵鋅互作顯著影響了紫花苜蓿的葉莖比(P<0.05)，但鐵肥對紫花苜蓿葉莖比沒有明顯影響(P>0.05)(表3)。紫花苜蓿葉莖比隨鋅肥添加量增加表現(xiàn)為先增加后降低，鋅肥添加量為Z1(15 kg·hm-2)時紫花苜蓿葉莖比顯著大于Z0的葉莖比(P<0.05)，且Zo和Z2(30 kg·hm-2)間差異不顯著。鐵鋅配施時紫花苜蓿葉莖比整體呈現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，其中配施組合為F1Z1的葉莖比最大。

表1　鐵、鋅配施對紫花苜蓿生物量(kg·hm-2)的影響

注：*和** 分別表示該處理在0.05和0.01具有顯著效應(yīng)，下同。不同小寫字母表示不同處理間的差異顯著(P<0.05)。

Note: *, ** indicate significant difference at 0.05 and 0.01 level, respectively. The same below. Different lower case letters indicate significant difference among treatments at 0.05 level.

表2　鐵鋅配施對紫花苜蓿單株分枝數(shù)的影響

注：ns表示該處理無顯著效應(yīng)(P>0.05)。下同。同行或同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note: ns indicate no significant difference at 0.05 level. The same below. Different lower case letters within the same row or column indicate significant difference at 0.05 level.

圖1　Fe、Zn配施對紫花苜蓿株高的影響

注：P>0.05表示該處理不是顯著效應(yīng)。

Note:P>0.05 indicate no significant difference.

表3　Fe、Zn配施對紫花苜蓿葉莖比的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。表4同。

Note: Different lower case letters withibn the same column indicate significant difference at 0.05 level. The same in Table 4.

2.4鐵、鋅配施對紫花苜蓿光合特征的影響

鐵肥和鋅肥對紫花苜蓿葉片蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和凈光合速率均沒有明顯影響，但鐵鋅配施對紫花苜蓿葉片蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和凈光合速率均具有顯著影響(P<0.05)(表4)。不同鐵鋅組合下，紫花苜蓿葉片的蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和凈光合速率變化較為復(fù)雜，其中F0Z2配施組合下紫花苜蓿的蒸騰速率最高，F(xiàn)1Z1配施組合下紫花苜蓿的氣孔導(dǎo)度和凈光合速率最高。

3　討論與結(jié)論

鐵和鋅元素是植物生長發(fā)育所必需的微量元素[1]，其通過參與植物體光合作用等一系列生理生化過程，影響作物產(chǎn)量高低和品質(zhì)[5]。本研究表明，鐵肥能夠顯著提高紫花苜蓿生物量，這與鐵肥能夠增加小麥[6]、玉米[7]等農(nóng)作物籽實產(chǎn)量的結(jié)果趨同，說明鐵肥不僅能增加植物的籽實產(chǎn)量，而且能夠增加植物營養(yǎng)體的產(chǎn)量。本研究在有效鋅含量為0.62 mg·kg-1的土壤上施用鋅肥顯著提高了紫花苜蓿的生物量，這與北京周邊地區(qū)有效鋅含量低于1.8 mg·kg-1的土壤上建植紫花苜蓿，施鋅肥能夠增加生物量的結(jié)果趨同[18]。鐵鋅配施對紫花苜蓿生物量有顯著影響，這不僅與鐵鋅互作增加水稻[11]、小麥[19]等籽實作物生物量的結(jié)果一致，而且與鄭州地區(qū)鐵鋅配施增加紫花苜蓿生物量的結(jié)果趨同[20]，說明鐵鋅交互作用不僅可以提高籽實作物的生物量，而且可以提高以營養(yǎng)體為收獲目標(biāo)的紫花苜蓿產(chǎn)量。本研究表明,鐵鋅配施對紫花苜蓿生物量的增大效應(yīng)大于單施鐵肥和鋅肥，但鄭州地區(qū)鐵鋅互作對紫花苜蓿生物量的增大效應(yīng)高于單施鋅肥，低于單施鐵肥[20]，主要原因是鄭州地區(qū)土壤有效鐵含量為1.47 mg·kg-1，不能滿足紫花苜蓿正常生長的需求，而研究地區(qū)土壤有效鐵含量為9.03 mg·kg-1，遠遠大于鄭州地區(qū)土壤有效鐵含量，其可能已經(jīng)將要達到紫花苜蓿正常生長對有效鐵的需求，因此,本研究地區(qū)增施鐵肥對紫花苜蓿產(chǎn)量的影響效果降低。

表4　Fe、Zn配施對紫花苜蓿光合特征的影響

分枝數(shù)和株高是反映紫花苜蓿地上生物量的構(gòu)成要素[21]，其往往作為評價紫花苜蓿栽培草地生長狀況和產(chǎn)量的重要指標(biāo)[22]。本研究表明，鋅肥和鐵肥雖然沒有影響紫花苜蓿株高，但顯著影響了紫花苜蓿分枝數(shù)，而鐵鋅對紫花苜蓿分枝數(shù)的影響存在明顯的劑量效應(yīng)，即施入適當(dāng)?shù)蔫F肥(9 kg·hm-2)和鋅肥(15 kg·hm-2)能夠刺激紫花苜蓿分枝，但當(dāng)施入量相對較大時，如鐵和鋅分別為18、30 kg·hm-2時，紫花苜蓿分枝數(shù)反而有所降低，這與北京周邊地區(qū)[18]和盆栽試驗條件下[23]紫花苜蓿對鐵鋅的響應(yīng)結(jié)果趨同。鐵鋅影響了紫花苜蓿分枝數(shù)，從而影響了紫花苜蓿產(chǎn)量，但紫花苜蓿分枝數(shù)對鐵鋅的響應(yīng)存在計量效應(yīng)，而紫花苜蓿產(chǎn)量對鐵鋅的響應(yīng)卻沒有表現(xiàn)出計量效應(yīng)，主要原因是紫花苜蓿株高對鐵鋅的響應(yīng)不明顯，這一定程度上抵消了紫花苜蓿分枝數(shù)對紫花苜蓿生物量的貢獻，從而形成紫花苜蓿地上生物量對鐵鋅的響應(yīng)沒有明顯的劑量效應(yīng)。鐵沒有影響紫花苜蓿葉莖比，而紫花苜蓿葉莖比隨鋅添加量的增加表現(xiàn)為先增加后降低，即適當(dāng)添加鋅能夠增加單位面積內(nèi)紫花苜蓿地上生物量內(nèi)的葉片生物量比例，一定程度上改良了紫花苜蓿栽培草地的品質(zhì)，這與鋅肥改善茄子營養(yǎng)品質(zhì)和礦質(zhì)品質(zhì)的結(jié)果趨同[10]，但過量的鋅元素會傷害植物根系，干擾植物葉綠素的合成，對紫花苜蓿的正常生長造成毒害[23]，因此鋅添加量30 kg·hm-2時紫花苜蓿的葉片生物量反而有所降低，從而降低了葉莖比。合理鐵鋅配置能夠增加紫花苜蓿的葉莖比，說明鐵鋅配施比例適當(dāng)時能夠改良紫花苜蓿品質(zhì)，這與鐵鋅互作提高了豌豆籽實品質(zhì)的結(jié)果一致[12]，因此施入適當(dāng)鋅肥，或者合理鐵鋅配施，不僅能夠提高經(jīng)濟作物品質(zhì)，而且能夠提高牧草品質(zhì)。

植物產(chǎn)量的90%～95%來自于光合作用產(chǎn)物[24]，然而鐵鋅單獨使用時并沒有影響紫花苜蓿的光合特征，但鐵鋅配施顯著影響了紫花苜蓿的光合特征，主要原因是適量鐵能促進葉綠素含量增加，而葉綠素合成需要更多鋅的參與，進而促進鋅的吸收，但當(dāng)植株葉綠素含量增大一定程度后限制了鋅的吸收，同時適量鋅也對葉片鐵素積累起促進作用，但高鋅處理則不利于鐵素積累，因此鐵鋅脅迫能破壞葉綠素合成蛋白酶的活性導(dǎo)致葉綠素含量降低，影響光合作用的正常進行[25]。本研究表明，鐵和鋅分別以9、15 kg·hm-2配施時紫花苜蓿的氣孔導(dǎo)度和凈光合速率都最大，說明適量的鐵和鋅配施能提高紫花苜蓿的光合特征，從而使紫花苜蓿的生物量增大。

綜上所述，單施鐵肥和鋅肥通過刺激紫花苜蓿分枝而顯著增加紫花苜蓿地上生物量，但適量鐵和鋅配施則通過改善紫花苜蓿光合特征過程而增加紫花苜蓿地上生物量。鐵鋅配施對紫花苜蓿生物量的增產(chǎn)效應(yīng)與單施鐵肥和鋅肥的增產(chǎn)效應(yīng)，與土壤有效鐵和有效鋅的含量密切相關(guān)，因此，在紫花苜蓿鐵和鋅微量元素施肥時，應(yīng)考慮土壤本底微量元素的含量。

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(責(zé)任編輯武艷培)

Effects of Fe and Zn fertilizer on biomass and photosynthetic characteristics of alfalfa

Wu Dong-qiang1, Feng Meng1, Yu Cheng1, Li Tian-yin2, Wu De-bin2, Guo Zheng-gang1

(1.State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems College of Pastoral Agriculture Science and Technology, Lanzhou University, Gansu Lanzhou 730020, China;2.Gansu Yasheng pastoral industry group company, Gansu Yumen 735213, China)

Trace elements are considered an important factor maintaining the production of alfalfa (Medicagosativa) pasture. A field experiment was carried out to determine the effects of Fe and Zn on the biomass and photosynthetic characteristics of alfalfa pasture. The results showed that application of Fe, Zn and mixture of Fe and Zn significantly increased the biomass of alfalfa pasture. Application of Fe or Zn didn’t have significant effects on alfalfa height, but significantly increased the branches per plant, and the biomass of alfalfa pasture increased by 11.43%～12.89% and 6.31%～10.77% with Fe and Zn, respectively. Leaf stem ratio was the biggest when Zn was 15 kg·hm-2. Mixture of Fe and Zn didn’t have significant effects on the height and branches per plant of alfalfa pasture, but improved the photosynthesis and increased the biomass of alfalfa pasture. The aboveground biomass and leaf stem ratio of alfalfa reached the maximum value when 9 kg·hm-2Fe and 15 kg·hm-2Zn was mixed, in which the biomass increased by 28.77% when compared with control.

Fe; Zn; alfalfa; biomass; photosynthetic characteristics

Guo Zheng-gangE-mail:guozhg@lzu.edu.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0243

2016-05-09接受日期：2016-06-24

甘肅省科技重大專項項目(2013GS05907)；蘭州大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(lzujbky-2016-189；lzujbky-2016-190)

吳冬強(1992-)，男，甘肅榆中人，在讀碩士生，主要從事草業(yè)科學(xué)研究。E-mail:wudq15@lzu.edu.cn

郭正剛(1973-)，男，甘肅岷縣人，教授，博士，主要從事草業(yè)科學(xué)和生態(tài)學(xué)研究。E-mail: guozhg@lzu.edu.cn

S685.21

A

1001-0629(2016)8-1604-07

吳冬強,馮萌,于成,李天銀,吳德斌,郭正剛.鐵、鋅配施對紫花苜蓿生物量和光合特征的影響.草業(yè)科學(xué),2016,33(8)：1604-1610.

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