磷石膏和有机肥对盐碱地糜子叶片光合特性的影响

张盼盼，郭亚宁，王小林，高明心，张 雄

（1.榆林学院生命科学学院，陕西榆林719000；2.黑龙江八一农垦大学农学院，黑龙江大庆163319）

糜子（Panicum miliaceum L.）隶属于禾本科黍属，为一年生短日照C4 草本植物，具有抗旱、耐热、耐瘠且耐温喜光等特点[1-2]。糜子富含蛋白质和各种氨基酸，是一种营养价值和经济价值并重的粮食作物，在未来农业发展中占有重要地位[3]。然而一直以来，我国糜子生产水平低，种植产量低，质量低，基础性研究比较薄弱[4]。根据以往研究，东北地区也很适合糜子的生长发育，其中，糜子是黑龙江西部地区主要的特色杂粮作物之一。但是，黑龙江省盐碱地总面积约188.73 万hm2，其中，盐碱化耕地面积56.7 万hm2，主要分布于松嫩平原，特别是该平原的西部，已成为世界三大盐碱地集中分布区之一[5]。因此，盐碱危害是制约该区糜子产量提高和品质改善的主要问题。

土地的盐碱化对作物的生长状况以及产量具有非常大的影响。近年来，国内外主要集中研究如何通过改良盐碱地来确保作物正常生长。研究发现，施用有机肥和磷石膏能提高盐碱土壤肥力，改善土壤理化性状[6]；种植绿肥也可以提高土壤肥力，改良盐碱土。在重度盐碱地，需采用种植耐盐碱绿肥的方式改良盐碱地[7]。利用化学药剂改良盐碱地，可以提高作物产量，且效果极为显著。化学改良方法主要利用高价离子置换吸附在土壤颗粒上的一价钠离子，从而增加钠离子的迁移率和颗粒间的结合力，形成颗粒结构，由此利于农业生产[8]。黄鸿翔等[9]研究认为，合理施用有机肥可增加土壤中多种生物活性物质和土壤有机质含量，并且可以改善土壤理化性质和生物学特性，提高土壤肥力。有研究发现，石膏能够降低土壤pH 值。梁成华等[10]研究表明，磷石膏改良碱土在一定程度上降低了土壤中的水溶性氟含量[11]。利用脱硫石膏改良盐碱土，对土壤盐分、碱度、孔隙度、土壤酶活性、微生物活性、根系活力、光合作用、水分利用效率、产量和品质等均有显著影响[12]。张盼盼等[13]研究结果表明，单施有机肥、磷石膏和有机肥混合施用能够有效调控糜子灌浆后期叶片可溶性蛋白含量，促进叶片糖分积累，从而提高糜子产量。目前，有关磷石膏和有机肥对盐碱地糜子叶片光合特性影响的研究未曾见相关报道。

本试验采用粘丰5 号和内糜8 号为材料，通过使用磷石膏、有机肥以及磷石膏和有机肥的混合施用对盐碱地进行改良，研究糜子叶片光合特性在不同处理条件下的变化，旨在为糜子在盐碱地条件下的种植提供依据，同时也为改良盐碱地提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试糜子材料采用黑龙江省农科院齐齐哈尔分院提供的粘丰5 号和内蒙古自治区鄂尔多斯市农科所提供的内糜8 号。

1.2 试验方法

试验于2016 年在黑龙江省大庆市国家杂粮工程技术研究中心试验田进行。2014 年4 月进行盐碱地改良，采用大庆地区腐熟发酵的牛粪作为有机肥，其全氮28.70 g/kg，全磷7.86 g/kg，全钾20.86 g/kg，pH 值为7.45，有机质为325.20 g/kg。磷石膏主要成分为：Fe2O 30.97 g/kg，P2O51.72 g/kg，CaO 30.90 g/kg，SiO23.56 g/kg。在2014，2015 年，本试验田进行了食用豆的种植，且于2016 年5 月12 日取0～15 cm耕层土样进行送检，土壤组分的测定情况如表1 所示，在此基础上，开展糜子方面的研究。2016 年5 月13 日进行播种，每个处理重复3 次，随机区组排列，各小区均为5 垄，垄长4 m，垄宽0.65 m，在试验田四周设置保护行，且田间管理同常规管理水平。

本试验共设置3 个处理，分别为：磷石膏（L）60.00 t/hm2；有机肥（Y）187.50 t/hm2；磷石膏和有机肥混施（L＋Y）60.00 t/hm2＋87.50 t/hm2。以盐碱地作为对照。

表1 不同处理下土壤组分

1.3 测定项目及方法

在糜子始花期选取生长一致的植株进行挂牌标记，并分别于开花期7，28 d 进行光合特性的测定。净光合速率、胞间CO2浓度、叶片蒸腾速率和气孔导度测定参照文献[14]利用美国Li-6400 型光合作用测定系统进行活体监测。于9：00—11：00 进行糜子主茎倒二叶叶片光合特性的测定，每个处理测定3 片倒二叶。

采用SPAD-502 叶绿素仪[15]测定糜子倒二叶叶片的叶绿素相对含量，每个叶片测定基部、中部和上部，求其平均值代表该叶片的叶绿素相对含量，每个处理重复3 次。

成熟期，参照文献[16]进行糜子株高、穗数、穗粒数、千粒质量的测定。取各小区中间行1 m 垄长糜子植株，进行脱粒、风干、称质量，并折合成公顷产量。

1.4 数据分析

采用Excel 软件对数据进行整理及制图，SPSS 17.0 软件进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 磷石膏和有机肥对盐碱地糜子叶片净光合速率的影响

由图1 可知，粘丰5 号在开花后7 d，Y 处理下净光合速率高于其他处理，而在开花后28 d，以L＋Y 处理下净光合速率最高；在L 处理下，糜子开花后7，28 d 叶片净光合速率在3 个处理中均为最低值。对于内糜8 号，在开花后7，28 d，Y 处理下叶片净光合速率高于其他处理。根据方差分析可知，粘丰5 号在开花后7 d，Y 处理与L 处理间差异显著，Y 处理与L＋Y 处理间差异未达到显著水平；在开花后28 d，L＋Y，Y 处理与L 处理间均存在显著性差异，但L＋Y 处理与Y 处理间差异不显著。内糜8 号在开花后7 d，叶片净光合速率在Y 处理下显著高于L 处理；在开花后28 d，各处理间不存在显著性差异。

2.2 磷石膏和有机肥对盐碱地糜子叶片蒸腾速率的影响

从图2 可以看出，粘丰5 号品种开花后7 d，Y处理下叶片蒸腾速率达到最大值，L＋Y 处理为3 个处理中的最小值，但较CK 处理仍对叶片的蒸腾速率起到促进作用；开花后28 d，L＋Y 处理对叶片蒸腾速率的促进作用效果最为明显。对于内糜8 号品种，在开花后7，28 d，L＋Y 处理下叶片蒸腾速率值均为最大，但在开花后7 d，L＋Y 处理对叶片蒸腾速率较28 d 促进效果要好。根据方差分析可知，粘丰5 号开花后7 d，3 个处理下的叶片蒸腾速率均显著高于CK，而3 个处理间差异不显著；在开花后28 d，L＋Y，Y 处理与L 处理间差异达到显著水平。对于内糜8 号，在开花后7 d，L＋Y，Y 处理下叶片蒸腾速率与L 处理间均存在显著差异；在开花后28 d，L＋Y 处理与L，Y 处理之间差异显著。

2.3 磷石膏和有机肥对盐碱地糜子叶片胞间CO2浓度的影响

从图3 可以看出，粘丰5 号和内糜8 号品种，开花后7，28 d，叶片胞间CO2浓度在3 种改良处理下均高于CK，且不同处理间以L＋Y 处理最高，其次为Y 处理，最后为L处理。根据方差分析可知，2 个糜子品种在开花后7，28 d，各处理之间差异均达显著水平。开花后7 d，L＋Y，Y，L 处理下粘丰5 号叶片胞间CO2浓度较CK 分别高78.97，63.83，21.87 μmol/mol，内糜8 号的叶片胞间CO2浓度较CK 分别高80.13，40.37，16.07 μmol/mol；开花后28 d，L＋Y，Y，L 处理下粘丰5 号的叶片胞间CO2浓度较CK分别高159.83，104.1，34.2 μmol/mol，内糜8 号的叶片胞间CO2浓度较CK 分别高141.33，81.53，35.33 μmol/mol。

2.4 磷石膏和有机肥对盐碱地糜子叶片气孔导度的影响

从图4 可以看出，2 个品种在开花后7，28 d，气孔导度在不同处理间均表现为L＋Y＞Y＞L，且3 个处理相比CK 均对叶片的气孔导度起到促进作用。根据方差分析可知，粘丰5 号在开花后7 d，L，Y，L＋Y 处理条件下，叶片的气孔导度不存在显著差异；在开花后28 d，L＋Y 处理显著高于L，Y 处理。内糜8 号在开花后7 d，L＋Y 处理下的气孔导度显著高于L，Y 处理；在开花后28 d，L＋Y 处理与L，Y 处理的叶片气孔导度存在显著差异。

2.5 磷石膏和有机肥对盐碱地糜子叶片叶绿素相对含量的影响

从图5 可以看出，粘丰5 号在开花后7 d，Y 处理下叶绿素相对含量高于L，L＋Y 和CK；而在开花后28 d，L＋Y 处理下叶绿素相对含量最高；对于内糜8 号品种，在开花后7，28 d，L＋Y 处理条件下叶片的叶绿素相对含量值均为最大；并且3 个处理较CK 均能够增加叶片的叶绿素相对含量。根据方差分析可知，粘丰5 号在开花后7 d，3 个处理下叶片叶绿素相对含量与CK 之间均存在显著差异；在开花后28 d，L＋Y，Y 处理与CK 之间存在显著差异，而L 处理与CK 之间差异不显著。内糜8 号在开花后7 d，L＋Y，Y 处理的叶绿素相对含量与L 处理、CK 之间存在显著差异，但L 处理与CK 间不存在显著差异；在开花后28 d，各处理间均存在显著差异。

2.6 磷石膏和有机肥对盐碱地糜子农艺性状和产量构成因素的影响

从表2 可以看出，2 个品种的株高与CK 相比，除内糜8 号L 处理外，其余处理均显著增高，其中，以Y 处理株高最高，其次为L＋Y 处理；在穗数中，2 个品种L，Y 和L＋Y 处理均显著高于CK；2 个品种CK 的穗粒数均显著高于其余处理，并且不同处理间均存在显著差异。粘丰5 号千粒质量表现为L＞CK＞Y＞L＋Y，而在内糜8 号中表现为L＞L＋Y ＞Y ＞CK。2 个品种产量在不同处理下表现趋势相同，即L＋Y＞Y＞L＞CK；方差分析表明，L＋Y处理下2 个糜子品种的产量与Y，L 和CK 之间均存在显著差异，并且Y，L 处理均与CK 之间存在显著差异。

表2 磷石膏和有机肥对盐碱地糜子农艺性状和产量构成因素的影响

3 结论与讨论

许多研究表明，盐碱土地区的土壤含盐量高，会造成植物生理干旱，抑制气孔开度[17]，阻碍CO2供应[18]，并破坏植物叶片的叶绿体结构[19-20]，引起光合能力的减弱[21-22]。本试验结果表明，开花后7 d，Y处理下粘丰5 号叶片净光合速率显著高于L 处理，而在开花后28 d，粘丰5 号净光合速率以L＋Y 处理为最高；内糜8 号中净光合速率Y 处理在开花后7 d 可以保持糜子叶片具有较高的净光合速率，但在开花后28 d 净光合速率与其他处理间没有显著差异。不同处理下蒸腾速率与净光合速率表现趋势相同，但差异显著性不同，对于粘丰5 号Y 处理叶片蒸腾速率与L＋Y 处理无显著差异；内糜8 号在开花后7 d，Y 处理和L＋Y 处理的叶片蒸腾速率显著高于L 处理，到开花后28 d，L＋Y 处理显著高于Y，L 处理。植物在逆境条件下会导致叶片中胞间CO2浓度的变化，会影响植物进行光合作用的发生[23]。本研究中，2 个品种胞间CO2浓度在L＋Y 处理下显著高于Y 处理和L 处理；尤其是在开花后28 d，L＋Y 处理对叶片胞间CO2浓度提高最为明显。气孔导度是植物进行光合反应速率的指标，通过试验发现，粘丰5 号开花后7 d 的气孔导度在L，Y 和L＋Y 处理之间没有显著差异，但在开花后28 d 存在显著差异。而内糜8 号叶片气孔导度在3 个处理中均高于CK，且3 个处理间均存在显著差异；进一步比较发现，3 种盐碱地改良措施对内糜8 号叶片气孔导度促进效果优于粘丰5 号。2 个糜子品种在开花后7，28 d 叶绿素相对含量在L，Y，L＋Y处理下均高于CK，说明3 种盐碱地改良措施均能提高糜子生育后期叶片功能性[24]，为产量增加提供更多的碳水化合物。

比较农艺性状和产量构成因素表明，3 种处理能够明显提高2 个糜子品种植株高度，有效增加其穗数，而对穗粒数具有降低的效果；对于千粒质量的影响在2 个品种中表现不一致，在粘丰5 号中Y，L＋Y 处理降低了千粒质量，而在内糜8 号中，3 种处理均增加了千粒质量。产量在2 个品种中均表现为L＋Y ＞Y ＞L＞CK，并且发现3 种盐碱地改良处理通过同时改善穗数和千粒质量对内糜8 号产量的增加效果高于粘丰5 号。

总体来说，3 种盐碱地改良处理对糜子叶片的净光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度、气孔导度以及叶片的叶绿素相对含量均有调节作用。单施有机肥处理相比单施磷石膏处理、磷石膏有机肥混施处理对叶片的净光合速率以及蒸腾速率具有更好的促进作用；而对于2 个糜子品种叶片的胞间CO2浓度、气孔导度以及叶绿素相对含量，在磷石膏有机肥混施处理下促进效果最为明显。因此，磷石膏有机肥混施处理对糜子叶片光合特性调控效果最佳，从而促进产量的增加效果最优。