增施硅肥对枸杞生理代谢、产量及品质的影响
2021-01-27闫鹏科纪立东
王 晶，李 磊，闫鹏科，纪立东，孙 权，王 锐
(1. 宁夏大学 农学院，银川 750021；2. 宁夏农林科学院 农业资源与环境研究所，银川 750002)
枸杞作为宁夏优势特色作物，其种植面积已超过6.67万hm2，在当地农业生态系统稳定和产业富民上发挥着重要作用。在枸杞栽培过程中，长期大水大肥的粗放管理模式忽略了中微量及有益营养元素补充，导致土壤中大量元素营养过剩、中微量及有益元素不足、病虫害多发、枸杞营养生长过剩等问题，以至于枸杞树体生长不良，稳产性差、果实品质竞争力弱，严重制约了当地枸杞产业的健康可持续发展[1]。
硅以二氧化硅的形态在土壤中的储量十分丰富，但可被植物直接吸收利用的有效硅含量极低[2]。硅作为植物生长的有益元素之一，能增强植物抗氧化系统的酶活性，同时抑制果实表面菌丝体、提高果实硬度、增强植物抗性等[3-4]。此外，施用硅肥有利于促进作物的光合作用和叶绿素合成、调节作物体内通道、促进有机物积累、调节叶片气孔开闭、抑制水分蒸腾，继而改善作物品质，预防裂果、缩果和畸形果[5-9]。研究表明，罗汉果树每株施用150g硅肥能够显著提高罗汉果的光合能力，其干质量和皂苷V的含量分别提高了10.6%和16.1%[10]；青蒜苗上施用硅肥能显著增强青蒜苗的光合速率，增加植株鲜质量、株高、假茎长和假茎粗，提高可溶性糖和维生素C(VC)含量等[11]；硅肥滴灌配合喷施方式能有效提高酿酒葡萄果实中可溶性固形物和花色苷含量[12]；硅肥基施能促进石榴叶片中叶绿素、果实中VC、可溶性固形物、总糖含量分别比对照增加13.18%、18.52%、8.87%、9.02%[13]；此外，硅肥还可以促进苹果对微量元素的吸收，降低桃果缺素症发生，有效地改善果实品质[4,14]。
本研究以提高枸杞产量、改善枸杞品质、增加经济效益为目的，明确枸杞在常规施肥的基础上，增施硅肥用量和使用方式。探讨增施硅肥对枸杞生长代谢、光合特性、产量、品质以及经济效益的影响，以期为宁夏枸杞高效优质栽培的施肥管理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
本试验于2018年4月至10月在宁夏同心县润德枸杞基地(37°18′91″N，105°71′63″E)进行，该区属于温带大陆性半干旱气候，年均气温8.8 ℃，干旱少雨，年均降水量268 mm，年均蒸发量多在2 325 mm以上。光热资源丰富，≥10 ℃期间累积日照时数在1 550 h左右，≥10 ℃的有效积温为3 300 ℃，无霜期120～218 d。该地土壤类型为干旱土纲，灰钙土类，淡灰钙土亚类，供试土壤化学性质如表1所示。
表1 土壤理化性状
1.2 试验设计
本试验在常规滴灌施肥(0.45 t尿素、0.45 t磷酸二氢铵、1 t磷酸二氢钾)基础上增施硅肥，采用单因素随机区组设计，共设4个处理，分别是叶面喷施+滴灌清水(CK)、叶面喷施硅肥+滴施清水(T1)(以下简称为“叶喷硅”)、叶面喷清水+滴灌增施硅肥(T2)(以下简称为“滴灌硅”)、叶面喷施+滴灌增施硅肥(T3)(以下简称为“叶喷+滴灌硅”)，以当地常规管理的3 a生‘宁杞7号’为研究对象，南北行向定植，株行距1 m×3 m，行长60 m，小区面积为180 m2，重复3次，共12个小区。硅肥来源于烟台裕原生物有限公司，有效硅(以SiO2计)含量≥360 g·L-1。叶面喷施SiO2的质量为5.4 kg·hm-2，总体积为15 L·hm-2，即施用喷施裕原硅肥3桶·hm-2(每桶5 L)，喷施前以1∶400倍的比例溶于水中，然后均匀喷于枸杞叶面；滴灌施肥SiO2的质量为129.6 kg·hm-2，总质量为360 kg·hm-2，即施用冲施裕原硅肥72桶·hm-2(每桶5 L)，随滴灌系统施入。
施肥在展叶期(4月15日)、开花期(5月15日)各施肥一次，夏果期共施肥两次，分别在幼果期(6月20日)和采果初期(6月30日)各施肥一次，全生育期统一滴灌，灌溉定额为2 850 m3·hm-2。
1.3 测定项目及方法
1.3.1 生理指标 于枸杞盛果期内晴朗无云日9:00-11:00，在顶部、中部、底部枝条上分别随机选择长势均勾、健康且受光角度一致的完全展开的1片叶，每个处理选5株进行测定，每株重复5次，连续测定3 d。分别用SPAD-502叶绿素计和NDVI-1000测定枸杞叶片SPAD和植被覆盖指数(NDVI)值；枸杞叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、叶片气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)采用CIRAS-2(英国)光合仪测定[15]，水分利用率(WUE)采用Pn/E方式计算。
1.3.2 果实品质 各处理随机挑选50粒鲜果枸杞用液氮速冻后保存至-80 ℃冰箱，用于品质测定。鲜果可溶性固形物用手持折光仪测定，可溶性糖采用蒽酮比色法测定；还原性糖用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；总酸用NaOH滴定法测定；VC采用2，4-二硝基苯肼比色法测定[16]。
1.3.3 产量 在不同处理区域随机采集长势均匀的5棵枸杞树的果实，并计算其单株的平均质量，其理论产量由每个处理小区总株数×单株质量得到。
1.4 数据分析
以Excel 2003软件整理数据，以OriginPro 8作图，用SPSS 21.0软件进行统计分析，并用最小显著差数法(LSD)进行多重比较，显著性水平为P<0.05，n=5，表中数据为“平均值±标准误”。
2 结果与分析
2.1 增施硅肥对枸杞生长指标的影响
由表2可得，通过对枸杞增施硅肥，其叶片纵径、横径分别在滴灌、滴灌+叶喷硅处理中最显著，叶喷硅处理次之，其中叶片纵径在滴灌硅、叶喷+滴灌硅处理中较CK分别增加9.96%和 8.20%，同样，叶片横径在滴灌硅、叶喷+滴灌硅处理中分别增加13.28%、11.17%；枸杞的百叶鲜质量为叶喷+滴灌硅(16.17%)>滴灌硅 (6.83%)>叶喷硅(4.77%)>CK，枸杞的百叶干质量为叶喷+滴灌硅(47.15%)>滴灌硅 (37.05%)>叶喷硅(13.24%)>CK，因此百叶鲜干比在滴灌硅、叶喷+滴灌硅处理中较CK显著降低 22.13%、21.09%；枸杞的叶绿素含量各处理表现为滴灌硅(9.52%)>叶喷+滴灌硅 (8.69%)>叶喷硅(4.11%)>CK；NDVI(植被覆盖指数)的测定中，叶喷+滴灌硅(4.70%)>叶喷硅(3.53%)>滴喷硅(2.35%)>CK。
表2 不同处理枸杞叶片的主要性状
2.2 增施硅肥对枸杞光合特性的影响
由表3可得，在施硅处理中，滴灌硅、叶喷+滴灌硅处理能明显提高净光合速率(Pn)，较CK处理分别提高16.92%、17.52%，同时显著降低蒸腾速率(Tr)，相比CK处理分别显著降低 8.03%、10.24%，叶喷硅与CK处理无显著性差异；气孔导度(Gs)在叶喷+滴灌硅处理中较CK显著提高16.98%，而叶喷硅处理下的含量较CK显著降低了18.50%，滴灌硅处理与CK处理无显著性差异；胞间CO2浓度(Ci)在叶喷硅、滴灌硅处理中较CK分别显著降低63.11%、 56.53%，叶喷+滴灌硅处理降低1.7%；水分有效利用率(WUE)在滴灌硅、叶喷+滴灌硅处理下较CK处理分别显著提高11.64%、10.27%，叶喷硅较CK提高8.22%。
表3 不同处理枸杞光合特性
2.3 增施硅肥对枸杞产量及经济效益的影响
由表4和表5可知，枸杞产量与增施硅肥呈正相关，产量为叶喷+滴灌硅(24.57%)>滴灌硅(13.00%)>叶喷硅(3.46%)>CK；总投入随着增施硅肥而增加，相比CK处理依次分别增加 2.76%、13.02%和21.00%。各处理的经济效益高低顺序依次为叶喷+滴灌硅>滴灌硅>叶喷 硅>CK，经济效益从27 832.2元·hm-2提升到 35 270.8元·hm-2，增幅为26.73%。
表4 不同处理成本投入
表5 不同处理枸杞产量与经济效益
2.4 增施硅肥对枸杞品质的影响
由表6可知，增施硅肥对枸杞可溶性固形物、可溶性糖、还原性糖、VC均有提高的趋势。施硅处理下的可溶性固形物含量分别为叶喷+滴灌硅(1.90%)>滴灌硅(1.03%)>叶喷硅(0.63%)>CK；枸杞可溶性糖的含量为叶喷+滴灌硅 (2.08%)>滴灌硅(1.19%)>叶喷硅(0.79%)>CK；其还原性糖含量为叶喷+滴灌硅(8.51%)>滴灌硅(1.9%)>叶喷硅(1.17%)>CK；施硅处理显著降低了枸杞的总酸含量，具体为叶喷+滴灌硅(1.12%)<滴灌硅(0.85%)<叶喷硅 (0.67%)
表6 不同处理枸杞产量与品质
3 讨 论
硅肥通过光能利用能力和水分调节能力促进作物的生长发育[17]。前人研究表明，在一定的施用量下，硅肥在青蒜[11]、蕃茄[18]、黄瓜[19-20]、韭菜叶片[21]上均能显著提高其光合速率，以及各作物生物量均有增加。本研究发现，在常规施肥的基础上，增施硅肥处理的枸杞植株生长量显著增高，NDVI及SPAD均增加，鲜干比显著降低。同时，在叶面喷施配合滴灌增施硅肥处理下光合速率(Pn)、叶片气孔导度(Gs)、水分利用率(WUE)较对照处理分别提高17.52%、16.93%和10.72%，但蒸腾速率(Tr)显著降低10.24%，胞间CO2浓度(Ci)在硅肥叶面喷施处理和硅肥滴灌处理下也显著降低。这与前人研究结果一致，由于硅肥一方面可以增加叶面积和叶绿素含量从而促进光合磷酸化，同时抑制叶肉细胞光合活性的降低，另一方面可能是硅化细胞增加阳光吸收从而促进光合作用；此外，硅抑制植株体内的蒸腾作用，这可能是因为硅不仅促进作物表皮细胞硅质化，而且植株体内硅胶对水分具有很强的吸附能力，从而降低水分蒸腾，提高水分利用率，进一步提高枸杞的抗旱保水能力[22]。
施用硅肥可以显著提高作物的产量，同时，硅是品质元素，对改善作物的品质和外观有较好的作用[23-25]。王耀晶等[25]研究表明，施硅肥可提高草莓产量，产量增幅为11.13%～33.40%，同时，提高VC、可溶性固形物、总糖含量，改善果实风味；此外，增施硅肥处理提高苹果果实可溶性固形物和VC含量，降低可滴定酸含量[26]；在黄瓜上进行硅肥叶面喷施，其生长得到显著的促进，单株产量增加，同时提高了果实果糖、葡萄糖和VC含量[27]。本研究表明，枸杞在常规施肥的基础上增施硅肥，产量、可溶性固形物、可溶性糖、还原性糖、VC含量显著提高，总酸含量显著降低。与前人研究结果一致，一方面这可能是因为施硅能使根系发育，并通过提高光合速率，提高养分运输能力，从而提高产量，另外硅能降低作物体内转化酶、过氧化氢酶、腺苷三磷酸酶的活性，从而达到糖的累积[28]，进而提高枸杞品质；另一方面可能是由于硅肥不仅有利于枸杞本身的生长，而且还可以调节作物在不同阶段对氮、磷、钾等其他元素的营养要求，从而提高枸杞的营养品质[29]。
4 结 论
在宁夏中部干旱区，增施硅肥明显促进枸杞生长发育、产量及品质，尤其在叶面喷施硅肥配合滴灌硅肥处理下的效果最为显著，枸杞鲜果产量高达4 801.60 kg·hm-2，经济效益达到最大，为35 270.8元·hm-2，增幅为26.73%，同时增强了枸杞叶片的光合作用，提高了NDVI指数和干物质累积量，果实VC含量也提高了2.34倍。可见，增施硅肥对枸杞在提质增效方面效果显著，尤以叶面喷施硅肥配合滴灌硅肥的方式对枸杞的生产应用有较大的推广价值。
