摘要:為了提升谷子產(chǎn)量和品質(zhì),采用大田試驗(yàn)并測(cè)定不同施肥量條件下谷子葉片的光合指標(biāo)及產(chǎn)量構(gòu)成因素,通過隸屬函數(shù)公式計(jì)算綜合評(píng)價(jià)值對(duì)各施肥處理進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,施肥后谷子葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度均比對(duì)照處理有所增加,胞間二氧化碳濃度基本上呈減少趨勢(shì),各處理間在各指標(biāo)上均具有顯著性差異且以N3P1K2處理最優(yōu);產(chǎn)量隨著無機(jī)肥施入量的增加出現(xiàn)先上升后下降的動(dòng)態(tài)趨勢(shì),N3P1K2處理下谷子穗粗、穗長(zhǎng)、穗重、穗粒重、千粒重以及產(chǎn)量均高于其他處理,其凈光合速率較未施肥處理提升42.06%,蒸騰速率提升105.91%,氣孔導(dǎo)度提升87.04%,胞間CO2濃度降低29.37%,產(chǎn)量提升31.03%。正交分析得出,N對(duì)產(chǎn)量影響最大,K2O次之,P2O5的影響作用最小。綜上,氮肥施用量為225 kg·hm-2,磷肥施用量為50 kg·hm-2,鉀肥施用量為60 kg·hm-2時(shí),谷子的光合能力較高,產(chǎn)量較為理想。
關(guān)鍵詞:谷子;氮、磷、鉀配施比例;光合指標(biāo);凈光合速率;產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo);綜合評(píng)價(jià)
收稿日期:2024-02-23
基金項(xiàng)目:齊齊哈爾市科技計(jì)劃創(chuàng)新激勵(lì)項(xiàng)目(CNYGG-2023028,CNYGG-2023025)。
第一作者:趙富陽(1984-),男,碩士,助理研究員,從事谷子育種與栽培研究。E-mail:zfyhhz@126.com。
谷子起源于中國,作為重要的雜糧作物及栽培歷史最悠久的作物之一,至今已有 8 000 多年的種植歷史,具有抗旱節(jié)水、耐瘠薄、耐儲(chǔ)藏等特點(diǎn),主要栽培于亞熱帶和熱帶地區(qū)。谷子籽粒富含纖維素、淀粉、維生素、蛋白質(zhì)、鈣、鋅、鎂、銅、硒、鐵等礦物質(zhì)及微量元素,其蛋白質(zhì)含量在11%~13%之間,可作為人體 8 種必需氨基酸的良好來源[1-3]。外界礦質(zhì)元素供給的豐缺程度將直接影響谷子產(chǎn)量的高低和籽粒品質(zhì)的優(yōu)劣,盡管谷子的耐瘠薄性較強(qiáng),但施肥量不足、不合理的施肥方式仍是目前限制谷子生產(chǎn)推廣的重要因素[4-7]。生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明合理施肥既可以提高谷子對(duì)肥料的利用效率,又可以提升谷子產(chǎn)量及品質(zhì),進(jìn)而有效增加肥料的經(jīng)濟(jì)效益,達(dá)到降低生產(chǎn)成本且增產(chǎn)增收的目的。
玉米[8]、小麥[9-10]、水稻[11-12]等主要農(nóng)作物關(guān)于施肥量對(duì)作物品質(zhì)、產(chǎn)量及生理的影響已有較多的報(bào)道,目前谷子施肥相關(guān)研究主要集中在肥料運(yùn)籌[4,13-15],氮、磷、鉀配施比例[5-7,16],有機(jī)肥、無機(jī)肥料配施比例[17-20],施肥量對(duì)谷子生長(zhǎng)發(fā)育的影響等方面[21-24]。為應(yīng)對(duì)目前谷子種植面積下滑的趨勢(shì),谷子產(chǎn)量的提升和品質(zhì)的優(yōu)化尤為重要,本研究通過測(cè)定不同施肥處理?xiàng)l件下谷子的葉片光合指標(biāo)、產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)的變化,運(yùn)用模糊隸屬函數(shù)對(duì)各施肥處理進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),旨在為谷子高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)相關(guān)研究提供一定理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 材料
供試品種為黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院育成的谷子品種嫩選18,千粒重3.1 g,稈高127 cm,生育日數(shù)120 d左右。
供試肥料有尿素(含N:46%),重過磷酸鈣(含P2O5 :40%),硫酸鉀(含K2O:50%)。
1.2 方法
1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)地點(diǎn)位于齊齊哈爾市富拉爾基區(qū)科研基地(47°15′48.58″N, 123°41′18.64″E),前茬作物為玉米。試驗(yàn)地于2023年4月21日滅茬、旋耕、起壟,5月12日機(jī)械開溝后進(jìn)行人工條播,播后機(jī)械鎮(zhèn)壓,6月11日定苗,留苗密度為40萬株·hm-2。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),3次重復(fù),試驗(yàn)小區(qū)為6行區(qū),壟距0.65 m,行長(zhǎng)4.00 m,等行種植,小區(qū)面積為15.6 m2,設(shè)2行保護(hù)行。
試驗(yàn)設(shè)置氮、磷、鉀肥為試驗(yàn)因素具體施用量為4水平,用L16(43)3因素4水平16個(gè)處理的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),具體情況詳見表1和表2。其中磷、鉀肥作為底肥一次性施入,氮肥40%作為底肥施入,拔節(jié)期追施30%尿素,孕穗期追施30%尿素。
1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法 光合指標(biāo)的測(cè)定:每小區(qū)選定并標(biāo)記10株代表性植株,于各關(guān)鍵生育期使用光合作用測(cè)定儀測(cè)定所標(biāo)記植株的倒二葉中間部位的胞間CO2濃度(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、凈光合速率(Pn)。
產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)的測(cè)定:谷子成熟后從各處理?。硞€(gè)有代表性的1 m2調(diào)查谷子產(chǎn)量。每小區(qū)隨機(jī)取10株考種測(cè)定其產(chǎn)量構(gòu)成因素等指標(biāo),3次重復(fù),取平均值。
施肥處理的綜合評(píng)價(jià):將原始數(shù)據(jù)運(yùn)用模糊隸屬函數(shù)將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后采用均方差系數(shù)賦予權(quán)重的方法綜合評(píng)價(jià)參試品種的光周期敏感度,具體公式如下:
Uij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)(1)
式中,Uij代表第j個(gè)指標(biāo)隸屬函數(shù)值;Xij代表第j個(gè)指標(biāo)值;Xjmin、Xjmax分別代表j指標(biāo)的最小值和最大值。
式中,Wj代表所測(cè)定的j指標(biāo)相對(duì)于所有指標(biāo)的權(quán)重;Pj代表j指標(biāo)的均方差系數(shù)。
式中,Di為i處理的綜合評(píng)價(jià)值。
1.2.3 數(shù)據(jù)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2019、SPSS 19.0等軟件進(jìn)行錄入、計(jì)算、分析和圖表繪制。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同施肥處理對(duì)谷子光合參數(shù)的影響
由表3可知,各施肥處理谷子的胞間二氧化碳濃度(Ci)較對(duì)照處理有所降低,而凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)有所提高,即施肥后谷子葉片的Pn、Tr、Gs得到提升進(jìn)而加快了無機(jī)養(yǎng)分的吸收從而利于光合產(chǎn)物的形成,進(jìn)而有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)由源向庫的轉(zhuǎn)運(yùn)。與不施肥對(duì)照處理比較各處理谷子葉片Pn提高12.50%~42.06%,Gs提高4.40%~87.04%,Tr提高3.72%~105.91%,Ci降低12.30%~46.32%。N3P1K2在各項(xiàng)光合作用指標(biāo)上測(cè)定的數(shù)據(jù)均優(yōu)于其他處理。
由表4可知,氮元素的K3和K3值最大,說明氮肥在225 kg·hm-2時(shí)光合作用能力最優(yōu);磷元素的K2和K2值最大,說明磷肥在100 kg·hm-2時(shí)光合作用能力最優(yōu);鉀元素的K2和K2值最大,說明鉀肥在60 kg·hm-2時(shí)光合作用能力最優(yōu);根據(jù)極差R可知氮肥對(duì)凈光合速率影響最大,鉀肥次之,磷肥影響最小,主次順序?yàn)镹>K>P。
2.2 施肥量對(duì)谷子穗部性狀及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響
由表5可知,各施肥處理間谷子產(chǎn)量及穗部性狀較對(duì)照處理有所提高。與不施肥對(duì)照處理比較各處理谷子穗長(zhǎng)提高4.73%~28.11%,穗粗提高8.82%~36.40%,穗重提高5.66%~50.73%,穗粒重提高9.27%~54.96%,千粒重提高1.90%~16.77%,產(chǎn)量提高1.72%~31.03%, N3P1K2在穗粒重、穗重、千粒重、穗長(zhǎng)、穗粗、產(chǎn)量上均優(yōu)于其他處理。
由表6可知,氮元素的K3和K3值最大,說明氮肥在225 kg·hm-2時(shí)產(chǎn)量表現(xiàn)最優(yōu);磷元素的K1、K2和K1,K2值最大,說明磷肥在50和100 kg·hm-2時(shí)產(chǎn)量表現(xiàn)最優(yōu);鉀元素的K2和K2值最大,說明鉀肥在60 kg·hm-2時(shí)產(chǎn)量表現(xiàn)最優(yōu);根據(jù)極差R的大小可知,氮肥對(duì)產(chǎn)量的影響最大,鉀肥次之,磷肥的影響最小,主次順序?yàn)镹>K>P。
2.3 運(yùn)用隸屬函數(shù)對(duì)各施肥處理綜合評(píng)價(jià)
2.3.1 光合能力綜合評(píng)價(jià) 通過均方差系數(shù)賦予權(quán)重的方法對(duì)各處理谷子光合作用參數(shù)、相關(guān)產(chǎn)量性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。利用公式(4)計(jì)算出各處理的綜合評(píng)價(jià)值(D值),并依據(jù)D值的大小對(duì)各處理光合能力進(jìn)行評(píng)價(jià),D值越大,表明其光合作用能力越強(qiáng),反之越弱。依據(jù)D值大小,對(duì)16個(gè)處理的谷子光合作用強(qiáng)度進(jìn)行排序(表7)。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示,光合作用較強(qiáng)的前3個(gè)處理分別為N3P1K2、N3P2K1和N2P1K3,D值分別為0.36,0.35和0.32。
2.3.2 產(chǎn)量的綜合評(píng)價(jià) 依據(jù)D值大小,對(duì)16個(gè)處理的相關(guān)產(chǎn)量性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)(表8)。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示,產(chǎn)量表現(xiàn)突出的前3個(gè)處理分別為N3P1K2、N3P2K1和N3P0K3,D值分別為0.59,0.49和0.48。
根據(jù)產(chǎn)量及光合作用的D值排序可知,N3P1K2和N3P2K1的光合作用及產(chǎn)量表現(xiàn)均較為突出,N2P1K3的光合作用能力較強(qiáng)而產(chǎn)量卻稍低于N3P0K3,表明磷元素可以提高光合作用能力,而氮肥用量的增加對(duì)提高產(chǎn)量的貢獻(xiàn)度更高。
3 討論
3.1 不同施肥量對(duì)谷子葉片光合作用指標(biāo)的影響
光合作用作為自養(yǎng)生物合成有機(jī)物從而為生命體提供物質(zhì)和能量基礎(chǔ)的重要途徑受到多種因素影響,本研究與多數(shù)前人研究一致,均發(fā)現(xiàn)通過合理的施肥處理能夠顯著提高谷子的光合速率,光合速率的提升是作物產(chǎn)量增加的重要基礎(chǔ)。本研究表明各施肥處理谷子葉片的蒸騰速率、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度均高于對(duì)照處理而胞間二氧化碳濃度有所降低,N3P1K2處理的光合作用各指標(biāo)均表現(xiàn)最佳,表明適宜的氮、磷、鉀肥配比能夠提升谷子葉片光合能力。通過施肥量與凈光合速率的正交分析結(jié)果可知,氮肥對(duì)谷子葉片凈光合速率影響最顯著,鉀肥次之,磷肥的影響最小,表明氮肥對(duì)提高谷子葉片葉綠素含量、提高谷子葉片對(duì)光的利用效率方面有顯著作用??赡芤?yàn)榈厥侨~綠素的重要組成元素,隨著氮元素濃度的提高可以促進(jìn)葉綠素分子的合成,從而增強(qiáng)葉片固定無機(jī)碳的能力,鉀元素能夠通過提高谷子葉片的光合速率而促進(jìn)碳元素的同化及轉(zhuǎn)運(yùn)。
3.2 不同施肥量對(duì)谷子產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響
影響作物產(chǎn)量的因素是多方面的,施肥量作為影響產(chǎn)量最為重要的因素對(duì)谷子的穗長(zhǎng)、穗重、穗粗和千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素指標(biāo)均產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,各產(chǎn)量構(gòu)成因素間合理的協(xié)同互作是促進(jìn)谷子產(chǎn)量、提升小米品質(zhì)的基礎(chǔ)和先決條件。本研究與多數(shù)前人研究均指出,合理的施肥處理能夠顯著提升谷子的產(chǎn)量。本研究更具體地量化了施肥處理對(duì)產(chǎn)量提升的貢獻(xiàn)度,通過實(shí)際產(chǎn)量數(shù)據(jù)對(duì)比和統(tǒng)計(jì)分析方法得出具體的增產(chǎn)百分比。本研究通過對(duì)比分析不同施肥處理下谷子的產(chǎn)量表現(xiàn),確定最優(yōu)施肥方案為N3P1K2處理,谷子的穗長(zhǎng)、穗粒重、穗重、穗粗、千粒重及產(chǎn)量均高于其他處理;N2P1K3處理的光合作用能力較強(qiáng)而產(chǎn)量卻稍低于N3P0K3,表明磷元素可以提高谷子光合作用能力,而氮元素的提高對(duì)谷子產(chǎn)量提高的貢獻(xiàn)度更高。正交分析結(jié)果表明,氮肥對(duì)谷子產(chǎn)量影響最高,其次為鉀肥,而磷肥對(duì)谷子產(chǎn)量的影響最小,此結(jié)果與陳二影等[25]的研究結(jié)論一致。氮、磷、鉀肥料的均衡配比能夠促進(jìn)谷子植株的協(xié)調(diào)生長(zhǎng)進(jìn)而提高光合作用能力、加快光合產(chǎn)物的積累與轉(zhuǎn)運(yùn),最終達(dá)到增加產(chǎn)量、提升品質(zhì),進(jìn)而提高谷子種植經(jīng)濟(jì)效益的目的。根據(jù)不同施肥量對(duì)谷子葉片光合作用能力和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響,確定最佳施肥配比方案為N3P1K2。
目前本研究沒有調(diào)查各施肥量對(duì)米質(zhì)產(chǎn)生的影響,接下來應(yīng)探明不同施肥量對(duì)品質(zhì)產(chǎn)生的影響,并進(jìn)一步在大面積示范區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)本研究受限于試驗(yàn)條件和時(shí)間,未能全面考慮所有可能的影響因素,如土壤類型、灌溉制度、作物品種等。后續(xù)可進(jìn)一步拓展至長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤理化性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)及谷子植株根際微環(huán)境的影響研究; 此外探索智能化施肥技術(shù),根據(jù)谷子生長(zhǎng)需求實(shí)時(shí)調(diào)整施肥方案,以提高施肥精準(zhǔn)度和資源利用效率,進(jìn)一步促進(jìn)谷子產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。
4 結(jié)論
施肥后各處理谷子葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度比對(duì)照處理均有所增加,胞間二氧化碳濃度基本上減少,各處理間在各指標(biāo)上均具有顯著性差異且以N3P1K2處理最優(yōu),其凈光合速率達(dá)28.64 mmol·(m2·s)-1; 谷子產(chǎn)量隨無機(jī)肥施入量的增加出現(xiàn)先上升后下降的動(dòng)態(tài)趨勢(shì),N3P1K2處理?xiàng)l件下穗粗、穗長(zhǎng)、穗重、穗粒重、千粒重以及產(chǎn)量均高于其他處理,產(chǎn)量達(dá)到0.76 kg·m-2,正交分析得知N對(duì)谷子產(chǎn)量影響最大,K2O次之,P2O5的影響因素最小。
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ZHAO Fuyang,YAN Feng,DONG Yang,HOU Xiaomin,LI Qingquan,WANG Zhanyu,ZHU Yueying,LIU Cong
(Qiqihar Branch,Heilongjiang Academy of Agricultural Scicnccs,Qiqihar 161006,China)
Abstract:In order to improve the yield and quality of millet,this study used field experiments to determine the photosynthetic indicators and yield components of foxtail millet leaves under different fertilization conditions. Fuzzy membership functions were used to comprehensively evaluate each fertilization treatment. The results showed that after fertilization applied, the ability photosynthetic, the rate of transpiration, and the conductance of stomatal of foxtail millet leaves increased compared to the CK treatment, but the concentration of carbon dioxide of intercellular basically decreased. And there were significant differences in various indicators among the treatments, all the results of indicators of N3P1K2 treatment owned the best values; As fertilizer increased, there was a dynamic trend of first increasing and then decreasing the yield indicators showed. Under the N3P1K2 treatment, the ear diameter, ear length, ear weight, ear grain weight, thousand grain weight, and yield were all higher than other treatments. The net photosynthetic rate increased by 42.06% compared to the unfertilized treatment, transpiration rate increased by 105.91%, stomatal conductance increased by 87.04%, and intercellular CO2 concentration decreased by 29.37%.The yield was 31.03% higher than the non fertilized treatment. Orthogonal analysis shows that N has the greatest impact on yield, followed by K2O, and P2O5 has the smallest influencing factor.In summary, when the nitrogen fertilizer application rate is 225 kg·ha-1, the phosphorus fertilizer application rate is 50 kg·ha-1, and the potassium fertilizer application rate is 60 kg·ha-1, the photosynthetic capacity of foxtail millet is higher and the yield is more ideal.
Keywords:millet; the proportion of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer; photosynthetic index; net photosynthetic rate; yield composition indicators; comprehensive evaluation