鉬肥噴施對谷子生長生理及干物質積累分配的影響

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積累分配及產量構成因素的影響，采用田間試驗，以晉谷21號為試驗材料，于不同生育時期（拔節期、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、干物質積累、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量及產量和產量指標的變化，并分析了鉬肥處理下谷子光合特性參數與谷子生長、干物質積累與產量的相關性。與對照相比，噴施不同濃度鉬均促進了谷子株高、葉面積、SPAD值、凈光合速率和氣孔導度，而胞間CO2濃度的變化呈相反趨勢。同時，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；而胞間CO2濃度與可溶性糖、可溶性蛋白含量呈負相關。此外，葉面噴施0.08%鉬于拔節期、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，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。谷子的產量與其產量指標測定結果表明，各時期在0.08%處理下，均能一定程度上提高谷子的穗質量、穗粒質量，且產量均達到最大值，其中抽穗期同比拔節期、灌漿期增產效果明顯，較對照增加了5.89%，增幅達最大值。相關性分析結果表明，SPAD值與株高、葉面積、穗長和產量均表現為極顯著正相關。光合速率與穗質量呈極顯著正相關，與地上部生物量呈顯著正相關。結合主成分法綜合分析可知，谷子栽培生產中，抽穗期葉面噴施0.08%鉬肥效果最佳。

關鍵詞：谷子；螯合鉬；鉬肥；光合作用；干物質積累；綜合評價

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

基金項目：山西省高等學?？萍紕撔马椖浚ň幪枺?021L486）；晉中學院博士基金（編號：J20200620）；省部共建有機旱作農業國家重點實驗室（編號：YJHZKF2107）。

作者簡介：郭美?。?989—），女，山西壽陽人，博士，講師，主要從事作物化學調控與逆境生理研究，E-mail：guomeijun1989@126.com；共同第一作者：白亞青（1993—），女，山西壽陽人，碩士，主要從事作物化學調控與逆境生理研究，E-mail：2227670621@qq.com。

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

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

國內外大量研究表明，微量元素與生命活動密切相關，而微量元素肥料對作物生長和產量構成有重要影響。鉬具有加速機體代謝過程、排除有害元素、提高細胞免疫力的作用，是人體和動物所必需的微量元素之一。近些年來，國內外關于平衡施肥技術的快速發展，鉬在作物生長發育中的重要作用也得到了證實。有研究表明，鉬的穩態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、產量及品質產生不同程度的影響［3］。鉬肥增施不僅可以提高需鉬含量較高的經濟類作物以及豆科作物的產量和品質，同樣也可以應用于禾本科作物。大量研究發現，高氮條件下冬小麥田配施鉬酸銨能促進出苗數、冬至苗數和穗數，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量，玉米產量可達到 7 452.406 kg/hm2［5］；鉬、鋅配施或鉬肥單施能夠有效提高干物質積累速率，促進小麥、玉米穗粒數增加［6］。

目前，土壤缺鉬現象在我國仍然存在，且隨著土壤酸化的發生，鉬缺乏問題有潛在增長趨勢。由于土壤環境的差異，植物對于微量元素的吸收、轉化能力也有很大的不同。山西省屬于黃土母質，全省土壤有效鉬含量偏低，導致植株吸收鉬的主要途徑受阻。因此，生產中通過鉬肥拌種、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，不僅能顯著增產花生果，增加花生仁蛋白質的含量，而且能有效促進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）可以促進菜用大豆2～3粒莢的比例，提高大豆有效單粒數［8］；鉬酸浸種能增加苜蓿中粗蛋白質含量，降低粗纖維含量，提高苜蓿的營養價值［9］；煙葉還苗期、團顆期分別噴施不同濃度鉬，能促進云南烤煙生長，協同干物質分配，提高煙葉產量［10］；單施鉬或鉬、鋅配施均可影響白菜的生長發育，如可溶性糖、蛋白質、維生素含量和產量的提高，以及硝酸鹽含量顯著降低［11］。

本研究以晉谷21號為材料，在谷子拔節期、抽穗期、灌漿期進行施鉬處理，從農藝性狀、葉綠素含量、光合特性和干物質積累量進行研究，探究葉面施鉬對谷子產量及產量構成的影響，明確鉬肥在晉谷21號上應用的最適濃度及最佳時期，為鉬的科學應用提供理論價值和實踐意義。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

供試谷子品種為優質谷子晉谷21號，由山西農業大學經濟作物研究所提供。

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。

1.2?試驗設計

試驗于2018—2019年在山西農業大學申奉村試驗基地進行，采用隨機區組設計，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。試驗重復3次，共45個小區，小區面積為6 m2。

1.3?測定指標及方法

1.3.1?株高及葉面積?分別于拔節期、抽穗期、灌漿期噴施鉬肥后7 d和14 d，選取生長態勢一致的谷子植株，用直尺進行株高的測定（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?于晴天10：00—11：00 用SPAD儀器和便攜式光合儀（CI-340，美國思愛迪生態科學儀器有限公司）測定谷子倒2葉的葉綠素含量和凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度。

1.3.3?可溶性糖和可溶性蛋白質?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?干物質積累?在谷子成熟期，取拔節期、抽穗期、灌漿期處理的長勢均勻的植株4穴，4次重復。帶回實驗室，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記，放入烘干箱105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質量。

1.3.5?產量及其構成因素?在谷子成熟期，每個小區隨機采集30穗用于估算產量指標（穗粗、穗長、千粒質量等）。對各處理小區進行單打單收，測其籽粒質量，從而計算該小區的理論產量。

1.4?數據處理

利用Microsoft Excel 2010軟件進行數據處理，利用DPS 7.05分析軟件進行數據統計分析，用Duncans新復極差法進行顯著性分析，用Sigma Plot軟件作圖。

2?結果與分析

2.1?不同生育時期噴施鉬肥對谷子農藝性狀的影響

葉面噴施鉬肥后，隨著生育時期的推進，谷子株高呈現先升高后降低的趨勢（圖1）。在拔節期噴施鉬肥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。說明拔節期噴施鉬肥有利于促進谷子營養生長，而灌漿期肥效不明顯。

噴施鉬肥7、14 d后，拔節期、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處理在谷子各時期與對照相比均達到顯著性差異，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最大值，與對照相比顯著增加30.98%、24.65%。拔節期和抽穗期噴施鉬肥后，谷子葉片氣孔導度和胞間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，進而促進谷子的光合作用。

2.3?不同生育時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。相關性分析結果（圖3和圖4）表明，葉片氣孔導度、SPAD值與可溶性糖、可溶性蛋白含量呈正相關，且SPAD值與可溶性蛋白含量呈極顯著正相關；胞間CO2濃度與可溶性糖、可溶性蛋白含量呈負相關；凈光合速率與可溶性糖含量呈正相關 與可溶性蛋白含量呈負相關。由此說明，谷子通過調節光合作用，進而促進可溶性糖和可溶性蛋白的積累。

2.4?不同生育時期噴施鉬肥對谷子干物質積累的影響

由圖5可知，葉面噴施鉬肥后，隨著生育時期的推進，谷子地上部生物量、地下部生物量均呈現先升高后降低的趨勢，其中在T2處理下達最大值，與對照相比差異顯著。拔節期噴施鉬肥后，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。結果表明，鉬在谷子不同生育期下積累、分配、轉運存在差異性是不同時期噴施鉬對谷子生物量產生差異的原因。

2.5?不同生育時期噴施鉬肥對谷子產量及其相關因素的影響

從表2和圖6可以看出，隨著鉬肥施用劑量的增加，谷子的產量增幅逐漸減少。拔節期噴施鉬肥后，隨著鉬肥濃度的增加，谷子穗長、穗粗、千粒質量與對照相比均差異不顯著，且穗粗、千粒質量處理間無顯著差異；在T2處理下，產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處理與對照相比產量存在顯著差異，分別增加5.89%、3.36%、4.71%；穗長、千粒質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%。說明在不同時期噴施鉬肥均能帶來增產效應，其中在抽穗期效果最佳。

2.6?不同生育時期鉬肥處理下光合特性參數與谷子生長、干物質積累及產量的關系

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

2.7?不同生育時期噴施鉬肥對谷子生長及產量的綜合評價

主成分分析結果（表4）表明，前4個主成分特征值的累計貢獻率達92.426 9%，包括了谷子主要產量性狀的絕大多數信息，因此提取前4個主成分。由表4可知，F1的特征值是4.113 8，對總遺傳信息的貢獻率最大為45.709 1%；F2的特征值是2.563 1，貢獻率為28.479 2%；F3的特征值為0.925 9，貢獻率為10.287 3%；F4的特征值是0.715 6，貢獻率為7.951 2%。從表5可以看出，各時期在0.08%處理下，產量均達到最大值，其中抽穗期同比拔節期、灌漿期增產效果明顯。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濟和生態效益。

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作用，可以加快作物營養器官的干物質積累，促進作物產量構成因素的增加，最終導致作物產量的提高［13-16］。研究表明，噴施鉬不僅能顯著加快小麥營養期內植株干物質累積速率及累積量，而且也提高小麥后期微量元素從營養器官向籽粒分配和運輸的比例［6］。岳桂華研究發現，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指標直觀地反映出來，其中株高和葉面積是判斷植物生長狀況的重要農藝指標。葉片作為植物進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弱，是植物進行光合作用的基礎，能有效體現植物的生長狀況，進而保障干物質積累和產量的形成［20］。有研究發現，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煙葉葉綠素含量，進而提高葉片凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度，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，葉面噴施鉬可以促進葉綠素含量的增加，保持葉片持綠性，延長灌漿時間，進而提高谷子的光合能力，最終影響產量，與前人研究結果［20-21］一致。

產量是檢驗糧食作物栽培管理措施是否有效的最直接的指標之一，其變化情況可以直接反映作物生長是否良好［22-23］。國內外大量研究表明，鉬肥對作物生長和產量構成有重要影響。適量增施鉬肥可以顯著提高作物的產量，且在小麥、大豆、玉米等多種作物上均有報道［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，較對照相比分別增加14.87%、23.32%［28］。李歡歡等研究發現，施用鉬肥能提高小麥產量，其增產幅度達3.52%［29］。與前人研究結果一致，本研究中在谷子生育期內不同階段（拔節期、抽穗期、灌漿期）施鉬，隨鉬濃度的增加，與對照相比，晉谷21的產量均有所增加；此外，葉面噴施鉬濃度為0.08%時可有效增加谷子產量，產量呈最大值。運用主成分分析對不同時期施用鉬處理下谷子的生長及產量指標的變化進行綜合評價，前4個主成分因子的累積貢獻率已經達到92.426 9%，包括了谷子主要產量性狀的絕大多數信息。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濟和生態效益。

4?結論

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

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