硼肥和保水剂配施对甜菜硼吸收利用的影响

关键词：甜菜；硼肥；保水剂；硼吸收利用

硼是大多数植物正常生长所必需的微量元素［1］。细胞中的硼有90％以上存在于细胞壁，与细胞中含顺式羟基的碳水化合物和糖蛋白结合形成硼酯，参与细胞壁物质的合成。硼在细胞膜上的含量虽比细胞壁少，但它在维持离子吸收方面起着关键作用，影响细胞膜的稳定性［2］。此外，植物代谢如碳水化合物代谢、氮代谢、酚代谢以及植物繁殖和抗性等方面均与硼关系密切［3］。

土壤中多数硼难以被植物直接吸收利用，通常把少数可以被利用的水溶态硼当作有效硼［4］。温度、水分、湿度、初始硼浓度、土壤pH值、交换性离子类型和数量、土壤类型等外部环境因素中，植物可吸收的硼与土壤水分关系尤为密切［5］。Moraghan［6］指出硼是干旱条件下植物最容易缺乏的营养元素。Scott［7］等认为干旱降低土壤溶液的流动性，造成硼的扩散作用下降。保水剂具有吸水及保水能力强的特点［8］，配合肥料使用可降低养分淋失，提高土壤水分、养分的有效性及水肥利用率，促进作物生长［9］。然而目前硼肥主要作为叶面肥使用，很少直接施用在土壤中，保水剂能否促进土壤中硼肥吸收尚不清楚。

甜菜是我国北方重要的糖料作物之一［10］。甜菜需硼量大且对硼敏感［11］，生育前期缺硼分生组织的细胞分化过程受到阻碍形成心腐病［12］，生育后期缺硼影响蔗糖的合成与运转［13］。新疆作为中国甜菜优势主产区之一，甜菜产量不断增加，而土壤中硼含量逐渐降低。同时，新疆石灰性土壤和碱性土壤中硼的利用率较低，硼成为限制该区甜菜产量的主要因子之一。能否利用滴灌水肥一体化的技术优势，将硼肥和保水剂随水滴施，在减少叶喷成本的同时保证硼肥利用率，对于指导新疆滴灌甜菜栽培具有重要意义。为此，本文以甜菜品种‘Beta796’和‘ST13092’为材料，通过硼肥和保水剂配施试验明确其对甜菜硼利用效率和产量的影响，对于指导新疆滴灌甜菜硼肥利用提供支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2022年4月～10月在新疆农科院玛纳斯农业试验站进行（86°26′E，44°31′N），玛纳斯属于温带大陆性干旱半干旱气候，无霜期165～172d，生育期平均降水量167.2mm。试验区土壤类型为沙壤土，0～60cm耕层土壤全氮为0.98g·kg-1，速效磷21mg·kg-1，速效钾146mg·kg-1，碱解氮75mg·kg-1，土壤有机质为14.25g·kg-1，pH值为8.16，前茬作物为小麦。

1.2 试验设计

采用裂区设计，以施硼量为主区［包括施硼量0kg·hm-2（M0）、1.2kg·hm-2（M1）、2.4kg·hm-2（M2）、4.8kg·hm-（2M3）］，保水剂为副区［包括保水剂施用量0kg·hm-（2Z0）、75kg·hm-（2Z1）］，每个处理重复三次。使用高糖型甜菜品种‘Beta796’和标准型甜菜品种‘ST13092’为试验材料。硼肥使用分析纯的硼酸（H3BO3），由北京化工厂生产。保水剂由课题组研制（发明专利号CN105801297），由聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、硫酸锰等合成高分子化合物，具有保水、缓释、改善土壤结构等功效。硼肥和保水剂于出苗后45d随水滴施。

采用大田控制试验，小区长7m，宽4m，共16个处理，各处理重复3次，小区间设置1m保护行。采用1管1行的滴灌模式，株行距配置为50cm×18cm（行距50cm，株距18cm）。N、P2O5和K2O施用量分别为150kg·hm-2、147kg·hm-2和105kg·hm-2，于播种前做基肥一次性施入。甜菜于2022年4月18日播种，4月21日滴出苗水52mm，4月28日出苗，10月10日收获测产。各小区的其他管理一致。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 植株样品的采集与处理 于出苗后75d和出苗后165d，各处理采集3株长势一致有代表性的甜菜植株，分不同器官（叶片、叶柄、块根）装袋并标记，将样品放在烘箱中105℃杀青30min后于75℃烘干至恒重。烘干后称量各器官干重，再用粉样机粉碎后过0.15mm筛，处理完成的样品装于自封袋中备用。

1.3.2 植株硼含量的测定 称取0.200g甜菜烘干样品于聚四氟乙烯消煮管中，加入7mL浓硝酸和2mL浓盐酸过夜，上消煮炉慢升温至消150℃至微沸。消解反应趋于稳定后，调解消煮炉温度为170℃消煮3h，开盖赶酸至2～3mL。用超纯水将消煮液转入聚乙烯塑料瓶中，定容至50mL，待测，后用等离子体发射光谱仪测定。

硼积累量（mg·株-1）=硼含量（mg·kg-1）×干物质量（kg·株-1）［14］

硼肥表观利用率（%）=（施硼处理植株吸硼量-不施硼处理植株吸硼量）/硼肥施入量×100［15］1.3.3产量及产糖量的测定在甜菜收获期拔出块根后削去青头，每处理选取2m2面积全部采收称重测产，重复3次。含糖率使用糖度计（ATAGO，Japan）测量锤度值，产糖量为在采用糖度计测定甜菜的可溶性固形物含量后与产量的乘积，计算公式为：

含糖率（%）=锤度值×0.83［16］

产糖量（t·hm-2）=产量×含糖率［16］

1.4 数据处理与分析

采用Excel2010（MicrosoftOffice）和SPSS25.0（IBMStatistics）进行数据整理和统计分析，使用Duncan法进行数据差异显著性检验（Plt;0.05），利用Origin2022进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 硼肥和保水剂配施对甜菜不同器官硼含量的影响

甜菜硼含量随施硼量的增加呈现先增加后降低的趋势，M2处理的甜菜硼含量较其他处理提高8.85%～45.23%。与不施用保水剂相比，施用保水剂后甜菜硼含量提高10.25%～22.85%。与‘ST13092’相比，‘Beta796’甜菜硼含量提高1.86%～7.43%。叶丛期和收获期甜菜各器官硼含量及其占比均表现为叶片gt;叶柄gt;块根。随着生育时期的推进，收获期叶片硼含量上升，叶柄和块根硼含量均下降，其中叶片硼含量占比提高4%～9%，叶柄和块根硼含量占比分别降低2%～7%和1%～4%（图1）。

2.2 硼肥和保水剂配施对甜菜不同器官硼积累量的影响

甜菜硼积累量随施硼量的增加呈现先增加后降低的趋势，M2处理的甜菜硼积累量较其他处理提高12.57%～93.67%。与不施用保水剂相比，施用保水剂后甜菜硼积累量提高19.87%～42.92%。与‘ST13092’相比，‘Beta796’甜菜硼积累量提高3.46%～9.91%。叶丛期甜菜各器官硼积累量表现为叶片gt;叶柄gt;块根，收获期表现为块根gt;叶片gt;叶柄。随着生育时期的推进，收获期叶片和叶柄硼积累量均上升，块根硼积累量下降，其中叶片和叶柄硼积累量占比分别降低8%～19%和3%～7%，块根硼积累量占比提高14%～24%（图2）。

2.3 硼肥和保水剂配施对甜菜硼肥表观利用率的影响

随着生育时期的推进，收获期甜菜硼肥表观利用率高于叶丛期。甜菜硼肥表观利用率随施硼量的增加呈现先增加后降低的趋势，表现为M2gt;M1gt;M3。施用保水剂后，叶丛期和收获期植株硼肥表观利用率较不施加保水剂分别提高32.04%～46.44%和31.36%～40.73%。与‘ST13092’相比，‘Beta796’的硼肥表观利用率提高2.52%～21.30%（图3）。

2.4 硼肥和保水剂配施对甜菜含糖量和产量的影响

施用硼肥能显著提高两甜菜品种的含糖率、产量和产糖量，且随施硼量的增加呈现先增加后降低的趋势，整体表现为M2gt;M3gt;M1gt;M0。M2处理的甜菜含糖率、产量和产糖量相比其他处理分别提高2.92%～13.92%、3.25%～13.80%和5.00%～25.67%。施用保水剂后甜菜含糖率、产量和产糖量较不施保水剂分别提高1.92%～6.05%、3.47%～5.79%和4.44%～12.22%。与‘ST13092’相比，‘Beta796’品种的含糖率、产量和产糖量分别提高1.62%～11.05%、0%～5.18%和3.96%～12.05%（图4）。

基于不同施硼水平对含糖率、产量和产糖量进行回归拟合表明，施加保水剂条件下，当硼肥使用量为3.5kg·hm-2时，‘Beta796’和‘ST13092’含糖率分别达到最大值16.39%和16.30%。当硼肥使用量为3.1kg·hm-2时，‘Beta796’和‘ST13092’产量分别达到最大值121.77t·hm-2和117.78t·hm-2。当硼肥使用量为3.3kg·hm-2时，‘Beta796’和‘ST13092’产糖量分别达到最大值19.99t·hm-2和19.10t·hm-2。不施保水剂条件下，当硼肥使用量分别为3.5kg·hm-2和3.3kg·hm-2时，‘Beta796’和‘ST13092’的含糖率分别达到最大值15.92%和15.44%。当硼肥使用量分别为3.4kg·hm-2和2.8kg·hm-2时，‘Beta796’和‘ST13092’的产量分别达到最大值115.72t·hm-2和113.07t·hm-2。当硼肥使用量分别为3.5kg·hm-2和3.1kg·hm-2时，‘Beta796’和‘ST13092’的产糖量分别达到最大值18.42t·hm-2和17.44t·hm-2。

3 讨论

本研究结果表明叶丛期甜菜各器官硼积累量表现为叶片gt;叶柄gt;块根，而收获期表现为块根gt;叶片gt;叶柄。宋柏权等研究表明同一硼素供给水平条件下，甜菜植株不同器官硼素含量表现为成熟叶片gt;幼叶片gt;成熟叶柄gt;幼嫩叶柄gt;根［17］。李鸣凤等研究表明不同形态硼处理下棉花硼含量和累积分配比例均为叶gt;茎gt;根［18］。本研究与前人结果略有不同，一方面植物体内硼含量变幅很大，含量在2～100mg/kg，通常繁殖器官高于营养器官［19］，双子叶植物高于单子叶植物［20］。另一方面，可能与取样时间以及收获器官有关。甜菜生育时期长达150d，随着生育时期的推进，甜菜生长中心逐渐从地上部分转移至地下块根，叶片和叶柄硼积累量有所下降，块根硼积累量显著增加。

本研究将硼肥随水滴施后，甜菜硼含量和不同器官硼积累量随着施硼量的增加呈现先增加后降低的趋势。在硼肥施用方式上，前人多采用叶喷或者作为基肥一次性施用，其中叶片喷施硼肥能迅速提高甜菜叶片中硼元素含量［21］，硼肥全部基施后油菜各部位的硼含量基本上随着施硼量的增加而不断提高［22］。本试验结果中甜菜硼肥表观利用率在M2处理达到最大，进一步增加施硼量后硼肥表观利用率降低，这与朱芸等［23］在油菜上得到的结论基本一致，可能与适量施硼可显著提高甜菜光合性能，过量施用硼肥会导致硼中毒，降低光合性能，抑制甜菜植株生长有关［24］。张晓文等［25］也发现，0和1250μmol·L-1硼浓度出现了不同程度的抑制，表现为植株矮小，叶片卷曲，而在50μmol·L-1硼浓度下，甜菜的各项生理指标达到最优。

在我国西北地区，氮和硼是甜菜产量的最主要限制因子，各元素对甜菜产量的限制依次为Ngt;Bgt;Pgt;Kgt;Zn［26］。本研究结果表明，施硼显著提高甜菜产量和含糖率，且施加保水剂后进一步提高效果。这可能由于硼参与了甜菜碳水化合物的合成、转化和运输，从而提高甜菜产量和含糖量［27］。此外，Cordeiro等［28］发现施硼能提高棉花产量。姜存仓等［29］发现施用硼肥防治江西赣南脐橙叶片黄化，使脐橙增果增产。Khuong等［30］发现芝麻叶片喷施硼对其生长、产量和含油量有积极的影响，能促进植株的生长，提高植株的株高、叶数和色素含量，提高荚果数和含油量。此外，不施保水剂条件下，‘Beta796’品种的最适施硼量均高于‘ST13092’品种，施加保水剂后两品种的最适施硼量基本一致，可能与‘Beta796’甜菜品种对硼更加敏感有关，这从本试验中‘Beta796’和‘ST13092’品种的硼肥表观利用率分别为9.20%～30.15%和8.98%～28.85%也可以得到证明，而保水剂有利于弥补硼肥利用率在品种间的差异。

4 结论

干旱区滴灌条件下，硼肥（3.1～3.5kg·hm-2）与保水剂（75kg·hm-2）在叶丛期配施，可以显著提高甜菜硼积累量和硼肥表观利用率，具有较好的增产增糖作用。