不同氮磷钾配比水溶肥对生姜光合生理特性及产量的影响

2024-01-15付丽军王永存张璐闫红波段惠敏周禹

安徽农业科学 2024年1期

付丽军王永存张璐闫红波段惠敏周禹

摘要以“冀姜5號”为试材，在生姜小培土至根茎膨大期施用高氮型（T1，N-P-K=30-10-20）、高钾型（T2，N-P-K=15-6-30）和高磷型（T3，N-P-K=10-30-20）3种水溶肥处理，研究不同水溶肥对生姜生长、光合生理特性以及产量的影响。结果表明，各处理中以T2处理茎粗、分枝数和叶面积最高，株高与其他处理差异不显著。与常规施肥（CK）相比，T2处理显著提高了生姜叶片叶绿素含量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，叶片蔗糖合成酶、谷氨酰胺合成酶和硝酸还原酶活性明显升高，单株根茎鲜重和产量显著增加。与CK相比，T1处理生姜株高显著增加，茎粗显著降低，净光合速率显著提高，叶绿素含量和碳氮代谢相关酶活性与CK无显著差异，产量显著低于T2处理，与CK差异不显著。T3处理各生长指标及光合生理指标均与CK无显著差异，产量显著低于T2和T1处理，与CK差异不显著。因此，在小培土至根茎膨大期，建议施用高钾型水溶肥（N-P-K=15-6-30），能够有效促进生姜生长，提高叶片叶绿素含量、光合效率及碳氮代谢相关酶活性，有利于生姜增产。

关键词生姜；水溶肥；光合；生理特性；产量

中图分类号 S632.5 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2024）01-0151-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.01.033

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Different N， P and K Ratios of Water-soluble Fertilizer on Photosynthetic Physiological Characteristics and Yield of Ginger

FU Li-jun， WANG Yong-cun， ZHANG Lu et al

（Tangshan Academy of Agricultural Sciences， Tangshan， Hebei 063001）

Abstract Taking “Jijiang No. 5” as the test material， three kinds of water-soluble fertilizers including high nitrogen type （T1， N-P-K=30-10-20）， high potassium type （T2， N-P-K=15-6-30） and high phosphorus type （T3， N-P-K=10-30-20） were applied during the period from earthing to rhizome expansion to study the effects of different water-soluble fertilizers on the growth， photosynthetic physiological characteristics and yield of ginger. The results showed that T2 treatment had the highest stem diameter， branch number and leaf area， and had no significant difference in plant height compared with other treatments. Compared with conventional fertilization （CK）， T2 treatment significantly improved the chlorophyll content， net photosynthetic rate， stomatal conductance and transpiration rate of ginger leaves， the activities of sucrose synthease， glutamine synthetase and nitrate reductase in leaves of T2 treatment were improved， the fresh weight and yield of rhizome of T2treatment were increased significantly. Compared with CK， T1 treatment significantly increased ginger plant height， significantly decreased stem diameter. The net photosynthetic rate of T1 treatment was significantly increased， and there had no significant difference in yield with CK. The growth indexes and photosynthetic physiological indexes of T3 treatment had no significant difference with CK， the yield in T3 treatment was significantly lower than T2 and T1 treatments， but no significant difference with CK. Therefore， it is recommended to apply high potassium water-soluble fertilizer （N-P-K=15-6-30） during the period from earthing to rhizome expansion， which can effectively promote ginger growth， improve leaf chlorophyll content， photosynthetic efficiency and carbon and nitrogen metabolism related enzyme activities， and is conductive to ginger yield.

Key words Ginger;Water-soluble fertilizer;Photosynthesis;Physiological characteristics;Yield

基金项目河北省“三三三人才工程”资助项目（A202001094）；河北省农业科技成果转化项目（21626405D）；唐山市农业科学研究院与中国农业科学院合作项目。

作者简介付丽军（1984—），女，河北唐山人，副研究员，硕士，从事蔬菜新品种选育及栽培技术研究。

*通信作者，正高级农艺师，硕士，从事农产品质量检测及品质评价研究。

收稿日期 2023-01-02；修回日期 2023-01-16

生姜富含姜辣素、姜油等多种活性物质，辛辣风味浓郁，是人们日常生活中重要的调味蔬菜之一［1］。生姜属于高需肥作物，科学合理施肥是生姜增产的前提。水溶性肥料因配方针对性强、肥料利用率高、省工省力等优点，近年来在河北、山东等生姜产区推广应用，为推进生姜减肥增效、高效生产提供了重要的保障［2］。然而市面上水溶性肥料种类繁多，部分种植户在肥料选择上多关注肥料用量，而忽视了肥料配比，导致土壤养分比例失调，肥料利用率降低，从而影响了生姜产量和效益的提高［3］。

研究表明，合理的氮磷钾配施在生姜生长发育过程中起着重要作用［4］。在甜瓜［5］、西兰花［6］等作物上研究发现，施用适宜氮磷钾配比水溶肥可有效促进植物组织分生、叶片生长，提高植物光合效率以及碳水化合物运输，显著提高作物的产量和品质。然而关于不同氮磷钾配比水溶肥对生姜光合生理特性及产量影响的研究尚未见报道。因此，笔者以常规施肥为对照，通过设置高氮型、高钾型、高磷型3种水溶肥处理，探究不同氮磷钾配比水溶肥对生姜生长、光合特性、碳氮代谢相关酶活性以及产量的影响，以期为生姜科学精准施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年4—10月在唐山市农业科学研究院试验大棚进行。地处118°13′E、39°37′N，年平均气温12.4 ℃，年降水量 1 086 mm，无霜期190 d。试验区土壤为壤土，前茬作物为黄瓜，0～20 cm耕层土壤有机质10.6 g/kg，pH 7.2，全氮0.83 g/kg，速效磷26.84 mg/kg，速效钾97.51 mg/kg。

1.2 试验材料

供试生姜品种为“冀姜5号”，由唐山市农业科学研究院生姜课题组提供。供试肥料为2种颗粒型复合肥N-P-K=17-17-17和N-P-K=15-5-25，分别由金正大集团和河北沣田宝农业科技有限公司提供。3种大量元素水溶肥为高氮型水溶肥（N-P-K=30-10-20）、高钾型水溶肥（N-P-K=15-6-30）和高磷型水溶肥（N-P-K=10-30-20），分别由以色列海法中国化学集团有限公司、河北沣田宝农业科技有限公司和四川爱隆植物营养科技有限公司提供。

1.3 试验方法

播种前施用腐熟有机肥15 000 kg/hm2，复合肥（N-P-K=17-17-17）750 kg/hm2作为基肥，旋耕，开沟做垄。2021年4月11日播种，行距68 cm，株距20 cm，10月25日收获。设置4个处理，CK，常规施肥，分别于小培土期、大培土期、根茎膨大前期、根茎膨大中期和根茎膨大后期施用复合肥（N-P-K=15-5-25），总施肥量2 700 kg/hm2。T1，高氮型水溶肥（N-P-K=30-10-20），T2，高钾型水溶肥（N-P-K=15-6-30），T3，高磷型水溶肥（N-P-K=10-30-20），自小培土期至根茎膨大后期，每隔7 d施肥一次，水肥一体化管理，T1、T2和T3处理总养分施入量与对照相同。小区面积38 m2，每小区种植280株，随机区组设计，3次重复。其他栽培技术措施按当地生姜常规管理方式进行。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 生姜农艺性状和产量。生姜收获后，每小区随机选取10株，用米尺测量株高、根茎长、根茎宽，用游标卡尺测量茎粗、子姜粗，用叶面积仪（YMJ-B）测量叶面积，调查分枝数和姜球数，称量单株根茎鲜重，按小区测产并折合单位产量。

1.4.2 叶绿素含量和光合指标。于9月10日取生姜上部展开叶，每小区称量5 g，去叶脉、剪碎，采用丙酮∶无水乙醇=2∶1提取，至叶片完全变白后使用紫外分光光度计（UV-2100）测量叶绿素a、b 和总叶绿素含量。于生姜旺盛生长期选晴天09：00—11：00，使用LI-COR Inc便携式光合仪，避开叶脉测定上数第三片叶的净光合速率等光合参数，每处理测量10株，取平均值。

1.4.3 叶片酶活性。于生姜三杈期（7月11日）、发棵期（8月10日）、根茎膨大期（9月18日）和收获期（10月25日）选取上部新鲜叶片，参照张薇［7］的方法测定生姜叶片蔗糖合成酶、谷氨酰胺合成酶和硝酸还原酶活性。

1.5 數据分析

采用Microsoft Excel 2010进行数据处理和图表绘制；DPS7.05软件进行方差分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对生姜生长的影响

由表1可知，高钾型水溶肥（T2）处理对生姜生长有较好的促进作用，植株茎粗、分枝数、叶面积均为最高，分别较CK显著提高7.16%、12.07%、8.26%，株高较CK提高1.90%，但差异不显著。T1处理株高和叶面积分别较CK显著提高7.71%和6.38%，分枝数与CK无显著差异，茎粗较CK显著降低6.83%。T3处理各生长指标均与CK无显著差异。

2.2 不同处理对生姜光合生理特性的影响

2.2.1 不同处理对生姜叶绿素含量的影响。

由图1可知，各处理叶绿素b含量无显著差异。叶绿素a含量以T2处理最高，较CK显著增加5.10%，T1、T3处理叶绿素a含量与CK无显著差异。T2处理总叶绿素含量最高，较CK显著增加7.38%，T1和T3处理总叶绿素含量与CK差异不显著。表明施用不同氮磷钾配比水溶肥对生姜叶绿素含量有一定的影响，高钾水溶肥（T2）有利于生姜叶片叶绿素含量的提高。

2.2.2 不同处理对生姜光合特性的影响。

由图2可知，T2处理的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均显著高于其他处理，分别较CK显著提高22.74%、47.06%和34.56%。T1处理净光合速率较CK显著提高14.11%，气孔导度和蒸腾速率与CK无显著差异。T1、T2和T3处理胞间CO2浓度均显著低于CK，且以T2处理胞间CO2最低，显著低于T1和T3处理。T3处理的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率与CK差异不显著。52卷1期付丽军等不同氮磷钾配比水溶肥对生姜光合生理特性及产量的影响

2.2.3 不同处理对生姜叶片碳氮代谢相关酶活性的影响。

由图3可知，蔗糖合成酶、谷氨酰胺合成酶和硝酸还原酶活性均呈先升高后降低的趋势，至生姜根茎膨大期（9 月 18日）达到最大。此时T2处理蔗糖合成酶活性最高，较CK、T1处理分别显著增加27.85%、23.17%，与T3处理差异不显著；谷氨酰胺合成酶活性也以T2处理最高，较CK、T3处理分别显著增加18.89%、22.69%，与T1处理差异不显著。T1、T3处理的蔗糖合成酶活性和谷氨酰胺合成酶活性均与CK无显著差异。硝酸还原酶活性表现为T2>T1>CK>T3，T2处理较CK显著增加23.82%，T1和 T3处理硝酸还原酶活性与CK无显著差异。

2.3 不同处理对生姜产量及产量构成的影响

由表2可知，不同氮磷钾配比水溶肥对生姜产量的影响较大。其中T2处理生姜产量最高，显著高于其他处理，较CK增产21.09%；其次为T1处理，较CK增产6.00%，但差异不显著；T3处理生姜产量较CK降低2.97%，但未达显著差异。

从产量构成来看，T2处理的根茎长、姜球数和子姜粗均高于其他处理，单株根茎鲜重最高；T1处理的根茎宽显著高于CK和T3处理，根茎长和姜球数与CK无显著差异，子姜粗显著低于T2和T3处理，与CK差异不显著，单株根茎鲜重位居第二；T3处理的子姜较粗，但根茎长、根茎宽和姜球数在4个处理中均为最低，单株根茎鲜重显著低于T1和T2处理，与CK差异不显著。施用高钾型水溶肥（T2）生姜产量高，姜块肥大，姜球数多，有利于获得高产。

3 结论与讨论

合适的氮磷钾肥料配比可以显著提高作物产量，促进植株营养生长和生殖生长［8］。因作物的遗传和生长发育规律不同，对氮磷钾的需求比例也不同。研究发现，生姜对于氮、钾的需求量较大，适宜的氮钾配施有利于增加生姜根茎鲜重，显著提高生姜产量，但过量施钾易造成钾的奢侈吸收，对根茎形成不利［9］。同样，增施氮肥能显著促进生姜茎叶生长，但过量施用氮肥，则会导致生姜减产［10］。该研究中，长期单一施用高氮型水溶肥（N-P-K=30-10-20）因氮素供应过量，导致生姜地上部旺长，姜块肥度降低，产量显著低于高钾水溶肥处理。而高钾型水溶肥（N-P-K=15-6-30）处理的生姜植株茎秆粗壮，分枝数增多，姜块肥大，产量显著高于其他处理。高磷水溶肥处理（N-P-K=10-30-20）生姜产量在各处理中最低，与常规施肥差异不显著。由此可见，生姜对钾的需求量最大，其次为氮，对磷的需求量较少，这与前人研究结果一致［11］。氮磷钾配比为15-6-30的水溶肥处理能够有效促进生姜生长，有利于生姜产量的提高。

研究表明，适宜氮肥能够提高生姜叶绿素含量，增强叶片光合速率，而氮肥过量会导致植物营養失衡，叶绿素形成受阻，光合速率下降［12-13］。氮磷钾优化施肥可明显改善作物冠层结构，优化光能在植株体内分配，有效协调氮磷钾营养与光合效应［14］。该研究中，高钾型水溶肥处理提高了生姜的叶绿素a含量和总叶绿素含量，叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著高于其他处理，说明适宜比例的氮磷钾能促进生姜叶绿素的合成和积累，减缓叶片衰老，增强植株对光能的吸收和利用，提升叶片的光合效率。与高钾水溶肥相比，高氮型和高磷型水溶肥处理下，生姜叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均明显下降，而胞间CO2浓度显著升高，说明氮或磷供应过量而钾供应不足会导致生姜叶片利用CO2的能力下降，从而影响光合效率，导致光合产物减少，最终影响生姜产量［6］。

蔗糖合成酶是植物碳代谢过程中糖转化与积累的关键酶，其活性直接反映了植物体内蔗糖合成能力［15］。谷氨酰胺合成酶和硝酸还原酶是植物氮代谢的关键调节酶和限速酶，直接影响植物体内氨基酸与蛋白质的合成［16］。该研究结果表明，施用高钾型水溶肥有助于提高生姜叶片蔗糖合成酶、谷氨酰胺合成酶和硝酸还原酶的活性，对促进生姜体内碳氮代谢产物的合成和积累起到了积极的作用，进而促进了生姜的生长发育和产量的形成［7］。

综上所述，施用高钾型水溶肥（N-P-K=15-6-30）可以提高生姜叶片的叶绿素含量、光合作用和碳氮代谢相关酶活性，促进生姜茎叶生长和地下根茎的膨大，显著提高生姜产量。因此，在生姜水肥一体化栽培中建议施用高钾型水溶肥，以促进生姜高效生长。

参考文献

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