2. 南京农业大学资源与环境科学学院, 江苏 南京 210095;
3. 江苏省农业技术推广总站, 江苏 南京 210036
2. College of Resources and Environmental Science, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China;
3. Jiangsu Agricultural Technology Extension Station, Nanjing 210036, China
小麦(Hordeum vulgare)是世界3大谷物之一，几乎全作食用，仅约有1/6作为饲料使用[1]。我国是世界上最早种植小麦的国家之一，小麦作为我国主要的粮食作物之一，其总产量和种植面积约占我国粮食作物总产量和种植面积的1/5和1/4，是我国最重要的商品粮和战略性粮食储备品种[2]。从目前来看，高效合理施肥是小麦高产的基础，化肥增产效益是反映施肥是否合理的重要指标。合理施肥、提高化肥养分效率仍然是各区域小麦增产的重要途径。化肥的不合理施用会造成小麦产量和品质下降，肥料利用率低，生产成本增加，还会带来一系列环境问题，如水体富营养化、温室效应和雾霾等[2-3]。建立切实可行的小麦科学施肥技术体系，实施兼顾农业高产、高效和农田可持续性的养分管理已成为现代农业资源管理研究的热点[4]。
农业的可持续发展促使各种养分配比的复混肥料、保水型复混肥、水溶性肥料和叶面肥等化肥品种日渐增多，各类化肥性质和效果各异。当土壤处于限制作物根系吸收营养状态，或者作物处于快速生长期时，叶面肥的施用效果明显，可直接供应作物叶片营养[5]。而且，如果叶面肥含有促生物质或抗胁迫物质，不失为一种抵抗逆境的方法[6]。叶面肥含氨基酸，不仅可以明显促进作物生长，而且还可以协助作物抵抗逆境，如干旱等[5]。随着农作物产量的不断提高，对土壤中各类营养元素特别是对微量元素的需求也迅速增加[7]，因此，合理利用微量元素，减少土壤微量元素的损失，提高其利用效率，对维持农业可持续增产具有重要意义。到目前为止，已对多种氨基酸肥料和微量元素肥料进行研发和应用，但是氨基酸螯合微量元素肥料的研究并不多，叶面肥作为对土壤肥料的补充，其研发时间并不长，其复合多功能化施用的研究也需要加强[5]。旗叶是小麦抽穗前生长出的最后一片叶子，旗叶的萌出是小麦进入孕穗期的标志，其光合作用产生的同化物是籽粒物质最重要的来源，旗叶对小麦籽粒产量的贡献率可达1/3[8]。可见，旗叶对籽粒产量的形成十分关键，是小麦关键源器官。在籽粒灌浆期，旗叶的早衰会影响籽粒发育并最终限制作物产量。笔者以“扬麦16号”为材料，探讨新研发的兴欣安利素液体叶面肥(含氨基酸和微量元素)在小麦上“一喷三防”(防病虫害、防干热风、防倒伏)的效果，即在小麦抽穗扬花期和齐穗期喷施1次或2次不同剂量的肥料，并结合多菌灵的施用，探讨延长叶片功能期和抗早衰的机制，评价叶面肥对小麦生长发育及增产的剂量效应和施用方法，为新型氨基酸螯合微量元素叶面肥的施用提供理论依据和技术方法，为该肥料的合理施用提供有力的科学指导。
1 材料与方法 1.1 试验材料小麦品种：扬麦16号。供试肥料：兴欣安利素，由江苏农林生化有限公司提供，产品类型为水剂。兴欣安利素为含氨基酸水溶肥料(微量元素型)的液体叶面肥，氨基酸质量浓度≥100 g·L-1，微量元素(铜、铁、锰、锌、硼等)质量浓度≥20 g·L-1。多菌灵由江阴市福达农化有限公司生产和提供。使用的喷雾器为3WBD-16型背负式电动喷雾器(台州市路桥喷农喷雾器厂)。
1.2 试验设计与处理试验于2016年4月至6月在江宁区湖熟绿煜农场进行。一次性施用农场池塘底泥作为基肥，除试验处理用肥外，未施用其他任何肥料。在小麦抽穗扬花期(4月13日)喷施1次，或在齐穗期(4月27日)再追施1次(共2次)，喷施时间为16:30—17:30。每次喷施叶面肥剂量为750(低剂量安利素，LA)和1 500 g·hm-2(高剂量安利素，HA)，均兑水450 kg。多菌灵(carbendazim，缩写为C)用量为w=25%的可湿性粉1 500 g，兑水450 kg。对照为清水喷施。按照上述因素喷施1和2次组合10个处理(表 1)。每个处理设置4个平行小区，每个小区面积为3 m× 7 m。在喷施处理后7、14、21和28 d时取旗叶分析相关指标，并于2016年5月31日收获、测产，并做籽粒品质分析。
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表 1 供试肥料和多菌灵试验处理设计 Table 1 Test design of fertilizer and carbendazim |
将采回的土壤于室内通风阴干，样品风干后研细，全部过830 μm孔径筛子。充分混匀后用四分法分成4份，选取1份进一步研细，全部过150 μm孔径筛子，保存待用。按照文献[9]所述方法测定以下各指标。土壤水溶性盐测定采用电导法[9]178-200；土壤全氮含量测定采用半微量开氏法[9]42-48；土壤全磷含量采用HClO4-H2SO4法消煮，再用钼锑抗比色法[9]71-78测定；土壤全钾含量采用HClO4-H2SO4法消煮，再用ICP-OES原子发射光谱仪(Agilent 710，澳大利亚)测定[9]100-102；土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法-外加热法[9]25-38测定；土壤有效磷含量采用0.5 mol·L-1 NaHCO3法浸提，再用钼锑抗比色法[9]79-89测定；土壤速效氮含量测定采用碱解扩散法[9]56-60；土壤有效钾含量采用1 mol·L-1 NH4OAc浸提，再用ICP-OES原子发射光谱仪(Agilent 710，澳大利亚)测定[9]103-109。
1.4 小麦叶片特性参数测定植株旗叶叶绿素含量采用可持式SPAD叶绿素仪(SPAD502-plus，中国)测定。丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法[10]260-261测定，MDA在酸性和高温条件下可与TBA反应，形成在532 nm波长处有最大光吸收的有色三甲基复合物，MDA浓度(n，μmol·L-1)计算公式为n=6.45(A532-A600)-0.56A450。可溶性蛋白(SP)含量采用Bradford方法[10]184-185测定，即考马斯亮蓝比色法。
1.5 小麦叶片酶活性测定3种抗氧化酶活性采用比色法[11]测定，酶活性测定试剂盒由苏州科铭生物技术有限公司提供。超氧化物歧化酶(SOD)活性测定依据的原理是通过黄嘌呤及黄嘌呤氧化酶反应系统产生超氧阴离子(O2-·)，O2-·可还原氮蓝四唑生成蓝色甲臜，蓝色甲臜在560 nm波长处有吸收，SOD可清除O2-·，从而抑制甲臜的形成，当样本(以鲜重计)的黄嘌呤氧化酶偶联反应体系中抑制率为50%时，将反应体系中SOD活性定义为1个酶活单位(U·g-1)。利用抗坏血酸过氧化物酶(APX)在H2O2存在条件下使抗坏血酸(AsA)量减少的原理测定APX活性，1 mg蛋白1 min氧化1 μmol AsA为1个酶活单位(U·g-1·min-1)。
谷胱甘肽还原酶(GR)活性测定依据的原理是GR能催化NADPH还原GSSG，生成GSH，同时NADPH脱氢生成NADP+；NADPH在340 nm处有特征吸收峰，相反NADP+在该波长处无吸收峰，通过测定340 nm处吸光度下降速率来测定NADPH脱氢速率，从而计算GR活性。该试剂盒中按照样本(以鲜重计)计算GR活性是指在一定温度、pH 8.0条件下，1 g样品1 min催化1 nmol NADPH氧化为1个酶活性单位(nmol·g-1·min-1)。
1.6 小麦籽粒千粒重、产量和品质指标测定于小麦成熟期收获，进行测产及室内考种。籽粒收获储存3个月后，用1241型近红外谷物成分分析仪(Foos公司，丹麦)测定小麦籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值和稳定时间。
1.7 数据处理采用Microsoft Excel 2013软件、SPSS 13.0软件进行试验数据的统计和相关性分析，数据以平均值±标准差形式表示，采用Duncan检验法进行差异显著性分析。
2 结果与分析 2.1 江宁区湖熟绿煜农场试验田土壤特性参数的测定供试大田土壤基本参数：w(可溶性盐)为0.48‰，w(有机质)、w(全氮)、w(全磷)和w(全钾)分别为21.11、1.39、0.92和14.34 g·kg-1，w(速效氮)、w(速效磷)和w(有效钾)分别为82.13、12.7和84.62 mg·kg-1，pH值为7.04。参照第二次全国土壤普查土壤养分分级标准[12]356-357，土壤养分分级标准为6级，试验区土壤有机质含量属于Ⅲ级(20~30 g·kg-1)，全氮含量属于Ⅲ级(1~1.5 g·kg-1)，速效氮含量属于Ⅳ级(60~90 mg·kg-1)，速效磷含量属于Ⅲ级(10~20 mg·kg-1)，速效钾含量属于Ⅳ级(50~100 mg·kg-1)。
2.2 叶面肥施用对小麦后期旗叶叶绿素含量的影响图 1显示，在小麦抽穗期不同剂量喷施1次叶面肥后7 d，所有处理叶绿素含量均显著高于对照，增加范围为7.7%~12.8%，但喷施叶面肥各处理间无显著差异(P>0.05)；喷施14和21 d时，发现结合多菌灵喷施的肥料处理叶绿素含量高于单纯肥料处理，但差异均未达显著水平(P>0.05)。
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各处理含义见表 1。同一组直方柱上方英文小写字母不同表示同一时间不同处理间叶绿素含量差异显著(P < 0.05)。 图 1 小麦抽穗期喷施叶面肥1次对小麦旗叶叶绿素含量的影响 Fig. 1 Effects of one time foliar fertilizer spraying on chlorophyll content in flag leaves of wheat at heading stage |
喷施21 d时，低剂量(750 g·hm-2)和高剂量(1 500 g·hm-2)喷施肥料，小麦旗叶叶绿素含量分别比对照增加16.2%和26.6%，结合多菌灵施用，分别比对照增加23.7%和30.5%。喷施28 d时，所有喷施叶面肥处理均显著高于对照，但处理间无显著差异，增加范围为27.1%~36.2%。处理35 d时，试验区小麦叶片均褪绿干枯。
表 2显示，小麦旗叶叶绿素含量5月4日和5月11日的测定结果表明，相同处理方式下，喷施2次的植株旗叶叶绿素含量与喷施1次的差异均未达显著水平(t检验，P>0.05)。与各自对照相比，5月11日施肥处理植株叶片叶绿素含量增幅高于5月4日施肥处理。例如，喷施2次后7 d(5月4日)，LA-2、HA-2、LAC-2和HAC-2处理小麦旗叶叶绿素含量比对照增加23%、33%、23%和33%，而喷施2次后11 d(5月11日)，LA-2、HA-2、LAC-2和HAC-2处理小麦旗叶叶绿素含量比对照增加41%、43%、51%和48%。
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表 2 叶面肥不同喷施剂量和次数对小麦旗叶叶绿素含量的影响 Table 2 Effects of foliar fertilizer spraying by different dose and times on chlorophyll content in flag leaves of wheat |
图 2显示，喷施叶面肥和施用多菌灵明显降低小麦旗叶MDA含量，而相同处理方式下喷施1次和喷施2次之间均无显著差异(t检验，P>0.05)。5月4日取样测定结果表明，与仅喷施低剂量叶面肥处理(LA-1，LA-2)相比，结合多菌灵处理(LAC-1，LAC-2)植株旗叶MDA含量显著降低(P < 0.05)，其他施肥处理与各自结合多菌灵处理相比，无显著差异(P>0.05)。
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各处理含义见表 1。叶片质量以鲜质量计。同一组直方柱上方英文小写字母不同表示同一时间不同处理间某指标差异显著(P < 0.05)。 图 2 叶面肥不同喷施次数对小麦旗叶丙二醛和可溶性蛋白含量的影响 Fig. 2 Effects of foliar fertilizer spraying by different times on MDA content and soluble protein content in flag leaves of wheat |
5月11日取样测定结果表明，与各自对照相比，喷施叶面肥处理小麦旗叶MDA含量显著降低(P < 0.05)，但是否结合多菌灵，无显著差异(P>0.05)。图 2显示，喷施叶面肥处理可显著增加旗叶SP含量，喷施2次植株旗叶SP含量增加更明显。随着喷施后时间的延续，叶片SP含量明显下降，但喷施叶面肥促进叶片SP含量的效应依然保持。施肥条件下，结合多菌灵处理提升植株旗叶SP的作用只在5月11日喷施2次高剂量叶面肥情况下更显著外，其他施肥处理与各自结合多菌灵的处理相比，旗叶SP含量均无显著差异(P>0.05)。
2.4 叶面肥喷施对小麦后期旗叶抗氧化酶活性的影响图 3表明，喷施叶面肥处理小麦旗叶SOD、APX和GR活性明显提高。5月4日取样测定结果表明，喷施1次，LA-1、HA-1、LAC-1和HAC-1处理SOD活性比对照分别增加7%、16%、12%和14%，APX活性比对照分别增加23%、38%、34%和44%，GR活性比对照分别增加26%、54%、50%和74%，喷施2次与各自对照相比，各酶活性也有所上升。5月11日取样测定结果表明，喷施1次，LA-1、HA-1、LAC-1和HAC-1处理SOD活性比对照分别增加16%、19%、22%和28%，APX活性比对照分别增加57%、70%、81%和90%，GR活性比对照分别增加25%、86%、75%和116%，喷施2次与各自对照相比，各酶活性也有不同程度上升。
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各处理含义见表 1。叶片质量以鲜质量计。同一组直方柱上方英文小写字母不同表示同一时间不同处理间某指标差异显著(P < 0.05)。 图 3 叶面肥喷施不同次数对小麦旗叶SOD、APX和GR活性的影响 Fig. 3 Effects of foliar fertilizer spraying by different times on activities of SOD, APX and GR in flag leaves of wheat |
表 3显示，喷施叶面肥处理明显提高小麦籽粒千粒重，结合多菌灵施肥处理的促进效果更明显。喷施1次，LA-1、HA-1、LAC-1和HAC-1处理籽粒千粒重分别比对照增加3.4%、6.4%、5.1%和8.6%；喷施2次，LA-2、HA-2、LAC-2和HAC-2处理分别比对照增加3.4%、7.3%、6.9%和10.8%。喷施叶面肥也显著提高小麦籽粒产量，喷施1次，LA-1、HA-1、LAC-1和HAC-1处理籽粒产量分别比对照增加3.8%、6.5%、5.4%和8.3%，喷施2次，LA-2、HA-2、LAC-2和HAC-2处理产量分别比对照增加4.3%、7.6%、7.0%和10.9%。
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表 3 叶面肥不同喷施剂量和次数对小麦籽粒千粒重和产量的影响 Table 3 Effects of foliar fertilizer spraying by different dose and times on 1 000-grain weight and grain yield of wheat |
喷施叶面肥处理不同程度地提高了小麦籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值和稳定时间，结合多菌灵的施肥处理促进效果更明显。喷施1次，HAC-1处理小麦籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值和稳定时间分别比对照增加4.1%、19.0%、31.8%和10.7%(表 4)。
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表 4 叶面肥不同喷施剂量和次数对小麦籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值和稳定时间的影响 Table 4 Effects of foliar fertilizer spraying by different dose and times on contents of protein and wet gluten, sedimentation and stabilization time of wheat grains |
叶面肥施用在提高产量和品质方面具有明显效果，是农业生产上很有效的农艺措施。叶面肥的施用可以补充根部施肥的不足，迅速补充营养，充分发挥肥效，更重要的是可以减轻对土壤的污染[6]。WANG等[13]研究表明，在小麦乳熟前期，喷施Zn肥(3 g·L-1 ZnSO4·7H2O)，冬小麦产量提高16%，但籽粒蛋白质含量无明显改变；结合氮素喷施叶面肥(3 g·L-1 ZnSO4·7H2O +17 g·L-1脲)，小麦籽粒产量增加24%，籽粒蛋白质含量增加15%。BLANDINO等[14]研究表明，在小麦开花中期，与不施肥相比，喷施叶面肥(含大量元素和微量元素)处理小麦籽粒千粒重增加4.2%，单位面积总产量提高8.2%，籽粒蛋白质含量增加16.7%，病害指数下降60.3%；喷施甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂，小麦籽粒千粒重增加3.0%，总产量提高8.1%，籽粒蛋白质含量增加15.9%，病害指数下降52.7%；叶面肥和杀菌剂联合喷施，小麦籽粒千粒重增加5.4%，总产量增加8.2%，籽粒蛋白质含量增加18.2%，病害指数下降55.8%。有关叶面肥施用调控稻麦等作物的叶片衰老程度进而促进产量和品质的文献并不多[15]。笔者研究表明，供试土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量等均属于土壤肥力Ⅲ和Ⅳ级，可认定该土壤肥力为中等[12]356-357。小麦扬花期和齐穗期喷施含氨基酸和微量元素的叶面肥明显提高小麦籽粒千粒重和产量，仅在扬花期喷施新型叶面肥(主要含氨基酸和微量元素)750和1 500 g·hm-2，籽粒千粒重分别增加3.4%和6.4%，产量增加3.8%和6.5%，结合多菌灵喷施，增产更明显，表明该新型叶面肥在小麦上“一喷三防”的效果是确定的。笔者研究还表明，叶面肥的施用还可以明显提高小麦籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值和稳定时间。崔志伟等[16]也发现喷施适宜浓度氨基酸和微量元素有助于增加金银花产量和品质，但是该研究没有探讨氨基酸和微量元素联合施用的效果。
籽粒的充实程度必然会受到植物早衰的影响，在农业生产实践中，一些因素如高温、干旱、病虫害等会导致小麦、水稻和玉米等禾谷类作物叶片在生育期内生理生化过程的衰老提前和光合作用同化能力降低，缩短籽粒灌浆时间，减少籽粒干物质积累量，影响结实率和千粒重，从而对其产量及品质有很大影响。小麦早衰是生产过程中的主要灾害之一，MAN等[17]研究发现补充灌溉可明显提高小麦的叶绿素含量、光合能力和抗氧化酶活性，延缓衰老，提高籽粒灌浆能力，从而增强小麦抗旱性并提高产量。吴安昌等[18]发现在拔节、孕穗期追氮比返青、起身期更能提高小麦产量，其中，在拔节期追氮对小麦产量的提高作用尤为明显。在拔节期追氮显著提高产量的原因在于追氮显著提高叶片叶绿素含量，提高植株光合能力。ABID等[19]发现在干旱条件下，增施氮肥显著提高小麦叶片叶绿素含量、核酮糖-1, 5-二磷酸羧化酶/加氧酶含量，提高叶片SOD、APX活性。笔者研究表明，在小麦生育后期，喷施叶面肥可以明显提高旗叶的叶绿素含量，维持较高的光合能力，同时也提高可溶性蛋白含量。笔者发现，叶面肥施用提高了旗叶SOD、APX和GR活性，但叶片MDA含量明显下降。崔志伟等[16]发现微量元素的叶面喷施和氨基酸叶面喷施在提高金银花全氮、可溶性糖含量方面具有同样的效果，从而促进植株细胞代谢活力。
综上所述，兴欣安利素液体叶面肥(含氨基酸和微量元素)在小麦生长后期的喷施，明显改善旗叶的生理功能，提高旗叶的抗氧化能力，加大籽粒灌浆能力，从而提高小麦产量。但该叶面肥在作物不同生长发育阶段施用的时间效应和浓度效应还需要进一步探讨。
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