不同類型鐵肥改善花生缺鐵效果研究

賈紅霞劉風(fēng)珍張秀榮朱素青張 昆 萬(wàn)勇善

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 泰安 271018)

花生是我國(guó)重要的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物,2019年種植面積463萬(wàn)hm2,總產(chǎn)1700多萬(wàn)t,在保障我國(guó)油料供給安全中起著重要作用[1]。

鐵是植物生長(zhǎng)必須的微量元素[2],在多種生化反應(yīng)中起重要作用,是許多功能蛋白的重要輔助因子[3]。鐵是葉綠素合成過(guò)程中酶的活化劑,缺鐵不僅會(huì)影響植物葉綠素的合成[4],還會(huì)導(dǎo)致葉綠體片層結(jié)構(gòu)模糊或消失,類囊體解體[5],鐵還是氮素代謝、生物固氮和氮磷吸收利用中不可缺少的微量元素[6],在植物生長(zhǎng)發(fā)育中具有不可替代的作用。

全世界大約40%的耕地存在潛在性缺鐵[7],雖然土壤中總鐵的含量很高,但由于石灰性土壤上的pH 和碳酸鹽含量較高,導(dǎo)致鐵的溶解度嚴(yán)重降低,主要是以難溶性的三價(jià)鐵形式存在。花生作為缺鐵敏感性的雙子葉植物,生產(chǎn)上缺鐵黃化現(xiàn)象極其普遍[8-9],已經(jīng)成為限制花生產(chǎn)量與品質(zhì)的重要因子[10-11]?；ㄉ辫F時(shí)會(huì)發(fā)生葉片黃化、根瘤發(fā)育差等現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)植株矮小、產(chǎn)量降低甚至不結(jié)果等現(xiàn)象[12]。

石灰性土壤上花生基因型之間的耐缺鐵能力存在顯著的差異,選用鐵高效基因型是解決花生黃化問(wèn)題的途徑之一[13-14]。改善土壤條件來(lái)活化難溶性鐵是提高鐵有效性的另一途徑,其中合理有效地施用鐵肥是改善花生缺鐵問(wèn)題進(jìn)而提高產(chǎn)量的重要途徑。目前,針對(duì)堿性土壤上花生存在的缺鐵問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外學(xué)者在玉米花生間作、利用混作等方式對(duì)改善花生鐵營(yíng)養(yǎng)狀況方面開展了大量研究[15]。但如何通過(guò)合理有效地施用適宜鐵肥、提高土壤供應(yīng)有效鐵的能力,改善花生缺鐵問(wèn)題等方面研究較少。因此研究施用不同類型鐵肥對(duì)花生缺鐵的改善效果,對(duì)指導(dǎo)花生生產(chǎn)、解決花生缺鐵黃化問(wèn)題具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年在泰安市山東農(nóng)業(yè)大學(xué)岱岳試驗(yàn)基地進(jìn)行,試驗(yàn)田土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗(yàn)田土壤基本理化性質(zhì)Table 1 The basic properties of soil used in test field

1.2 供試品種

魯花12(珍珠豆型)、ICG6848(多粒型)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)7個(gè)處理(表2),每處理3次重復(fù)。每處理2壟,壟寬95 cm,壟長(zhǎng)6.4 m,每壟2行,每行38穴,穴距17 cm。小區(qū)凈面積為12.16 m2。施肥量為純鐵24 kg·hm-2。施肥方式為在壟正中開深溝施肥后人工起壟。FeSO4·7H2O(單體鐵含量為16.4%)為天津市凱通化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn),EDTA 螯合鐵肥(單體鐵含量為13.0%)為山東磊林商貿(mào)有限公司生產(chǎn),黃腐酸鐵(單體鐵含量為10.0%,黃腐酸含量為60%)、黃腐酸(黃腐酸含量為90%)由博威神農(nóng)經(jīng)營(yíng),牛糞取自山東省泰安市岱岳試驗(yàn)基地附近養(yǎng)牛場(chǎng)。

表2 不同肥料類型及施肥量Table 2 Different types and amounts of fertilizer

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 葉片相對(duì)葉綠素含量(SPAD 值) 分別于始花期、結(jié)莢期和飽果期用便攜式葉綠素儀(Hansatech Model CL-01)測(cè)定花生主莖倒三葉SPAD 值,每小區(qū)測(cè)定10個(gè)葉片。

1.4.2 根、莖、葉干物質(zhì)積累 結(jié)莢期和飽果期各小區(qū)分別取典型花生植株10株,將根、莖、葉分開,裝入紙袋,于105℃殺青30 min,80℃烘至恒質(zhì)量,測(cè)量記錄根、莖、葉干物質(zhì)量。

1.4.3 全鐵含量 將稱質(zhì)量后根、莖、葉樣品磨碎,采用鄰菲啰啉分光光度法測(cè)定。

1.4.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀 各小區(qū)實(shí)收晾曬后稱質(zhì)量記產(chǎn),每小區(qū)隨機(jī)稱取500 g莢果,統(tǒng)計(jì)飽果數(shù)、秕果數(shù)、飽果質(zhì)量與秕果質(zhì)量,然后將500g莢果剝殼,統(tǒng)計(jì)籽仁的飽仁數(shù)、秕仁數(shù)、飽仁質(zhì)量與秕仁質(zhì)量。

1.4.5 品質(zhì)測(cè)定 利用近紅外品質(zhì)分析儀(Perten DA7250)測(cè)定脂肪、蛋白質(zhì)、油酸含量、亞油酸含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)、圖表繪制,DPS v7.05、SPSS 21.0進(jìn)行方差分析與相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鐵肥處理對(duì)花生不同時(shí)期葉片SPAD值影響

通過(guò)對(duì)不同處理花生葉片SPAD值分析(表3),在p＜0.05水平下,ICG6848在開花期各處理間沒有顯著差異,結(jié)莢期時(shí)Fe-FA 處理葉片相對(duì)葉綠素含量最高,SPAD 值為14.26,比不施肥處理增加了30.48%；魯花12 號(hào)在Fe-EDTA 和Fe-FA 處理下SPAD 值較高,在開花期分別為19.31和19.33,在結(jié)莢期分別為20.60和18.91。飽果期葉片SPAD 值下降,魯花12號(hào)在Fe-EDTA 處理下葉片SPAD 值最高為9.90,較不施肥處理增加了46.47%。螯合Fe-EDTA 肥料和黃腐酸鐵肥料對(duì)提高花生相對(duì)葉綠素含量影響較大,在結(jié)莢期及其后具有顯著影響。

表3 不同鐵肥處理對(duì)不同生育時(shí)期的花生SPAD 值的影響Table 3 Effects of different iron fertilizer treatments on SPAD at different growth stages

2.2 不同鐵肥處理對(duì)花生不同時(shí)期干物質(zhì)積累的影響

對(duì)不同處理花生各營(yíng)養(yǎng)器官的干物質(zhì)積累量分析發(fā)現(xiàn)(表4),ICG6848在Fe-FA 處理下莖、葉干物質(zhì)積累量較高,結(jié)莢期莖、葉干質(zhì)量分別為11.57 g/株和8.63 g/株,飽果期分別為24.41 g/株和13.13 g/株。魯花12在Fe-EDTA 處理下莖、葉干物質(zhì)量均極顯著高于不施肥處理,結(jié)莢期莖、葉干物質(zhì)量分別增長(zhǎng)了23.05%、16.88%,為8.90 g/株、9.00 g/株；飽果期分別增長(zhǎng)了29.95%、16.00%,為9.88 g/株、9.38 g/株。

表4 不同鐵肥處理對(duì)不同生育時(shí)期花生干物質(zhì)積累量的影響 (g/株)Table 4 Effects of different iron fertilizer treatments on dry matter accumulation of peanut at different growth stages

施加鐵肥會(huì)顯著增加干物質(zhì)積累量。由圖1-A可知,飽果期,ICG6848在Fe和Fe-FA 處理下干物質(zhì)積累量最多,分別為39.72 g/株和38.76 g/株,各處理總干物質(zhì)積累量顯著高于結(jié)莢期。由圖1-B可知,魯花12在Fe-EDTA 和Fe-FA 處理下總干物質(zhì)積累量顯著高于其他處理,結(jié)莢期分別為20.17 g/株、19.10 g/株,飽果期分別為18.79 g/株、18.39 g/株。

圖1 不同鐵肥處理對(duì)不同生育時(shí)期花生總干物質(zhì)積累的影響Fig.1 Effects of different iron fertilizer treatments on total dry matter accumulation of peanut at different growth stages

2.3 不同鐵肥處理花生各時(shí)期莖葉全鐵含量的差異

由表5可以看出,植株全鐵含量在飽果期顯著高于結(jié)莢期,葉片全鐵含量顯著高于莖的全鐵含量。ICG6848 在Fe-FA 處理下葉片全鐵含量最高,結(jié)莢期為63.56 mg/kg,較不施肥處理增加69.22%；飽果期為39.86 mg/kg,較不施肥處理增加22.11%。魯花12結(jié)莢期Fe-FA 處理下葉片全鐵含量顯著高于其他處理,為81.01 g/kg；飽果期Fe-EDTA 處理下葉片全鐵含量最高,為273.54 mg/kg。

表5 不同鐵肥處理對(duì)花生莖葉全鐵含量的影響 (mg/kg)Table 5 Effect of different iron fertilizer treatments on the total iron content of peanut stem and leaf

2.4 不同鐵肥處理對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響

施用鐵肥會(huì)顯著提高花生產(chǎn)量。如表6所示,ICG6848各個(gè)處理的產(chǎn)量在1011.80～1315.79 kg/hm2,魯花12號(hào)各個(gè)處理的產(chǎn)量在3665.29～4033.55 kg/hm2,其中Fe-FA 處理下花生產(chǎn)量最高,ICG6848和魯花12號(hào)的產(chǎn)量分別為1315.79 kg/hm2和4033.55 kg/hm2,較不施肥處理分別增加了30.04%和8.90%。NF處理產(chǎn)量有所下降,較不施肥減少1.04%。

表6 不同鐵肥處理對(duì)花生產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響Table 6 Effect of different iron fertilizer treatments on yield and yield-related characteristics of peanut

Fe-FA和Fe-EDTA 處理可顯著提高花生的飽果率、飽仁率。在Fe-FA 處理下,ICG6848的數(shù)量比飽果率、質(zhì)量比飽果率、數(shù)量比飽仁率與質(zhì)量比飽仁率最高,分別為87.67%、90.58%、79.95%和87.94%；魯花12號(hào)在Fe-FA處理下的數(shù)量比飽果率最高,為89.73%,Fe-EDTA 處理下的質(zhì)量比飽果率、數(shù)量比飽仁率和質(zhì)量比飽仁率最高,較不施肥處理分別增加了5.23%、17.28%、5.79%。

2.5 不同鐵肥處理對(duì)花生籽仁品質(zhì)的影響

通過(guò)對(duì)花生籽仁品質(zhì)的分析發(fā)現(xiàn)(表7),不同鐵肥處理對(duì)花生籽仁脂肪、蛋白質(zhì)、油酸和亞油酸含量均無(wú)顯著影響。各處理下,魯花12號(hào)的蛋白質(zhì)含量穩(wěn)定在24.0%～24.66%之間,ICG6848的變化幅度稍大,在24.39%～26.52%之間。魯花12號(hào)的脂肪含量在52.96%～54.37%之間,顯著高于ICG6848(49.10%～50.31%)。兩品種的油酸、亞油酸含量相似。

表7 不同鐵肥處理對(duì)花生籽仁品質(zhì)的影響 (%)Table 7 Effect of different iron fertilizer treatments on the quality of peanut seeds

3 結(jié)論與討論

根據(jù)土壤有效態(tài)微量元素含量分級(jí)指標(biāo),土壤有效鐵含量低于4.5 mg/kg時(shí),植株會(huì)出現(xiàn)缺鐵黃化現(xiàn)象[16-17]。本試驗(yàn)基地土壤有效鐵含量16.59 mg/kg,花生依然出現(xiàn)缺鐵黃化現(xiàn)象。有研究表明,當(dāng)土壤pH 超過(guò)7時(shí),就會(huì)有缺鐵的可能性[18],施用鈣肥會(huì)增加花生葉片葉綠素含量,改善光合特性[19-20],而石灰性土壤上花生缺鐵失綠的主要原因是重碳酸鈣含量高阻礙了鐵向地上部的運(yùn)輸,從而造成花生生理性缺鐵[21]。本試驗(yàn)基地的土壤p H值為7.52,交換性鈣的含量較高,為8880 mg/kg,推測(cè)缺鐵失綠現(xiàn)象是由于鈣含量較高引發(fā)的,具體原因與機(jī)理需進(jìn)一步探究。

Fe-EDTA 螯合肥的效果一直以來(lái)都被認(rèn)為是效果較好的,因此本試驗(yàn)只選用魯花12號(hào)作處理,作為一個(gè)對(duì)照參考,主要研究其他幾類鐵肥,肥效與Fe-EDTA 螯合肥作對(duì)比,以便篩選出肥效相似或更好的鐵肥。檸檬酸是鐵素運(yùn)輸和還原的天然載體[22],可溶性腐殖酸類物質(zhì)能夠與鐵形成非常穩(wěn)定的配合物從而增加鐵的有效性[23],因此眾多復(fù)混鐵肥會(huì)含有檸檬酸、腐植酸等酸性螯合劑。土壤中有機(jī)質(zhì)的含量也是影響土壤中鐵含量的重要因子,土壤中鐵的溶解度隨螯合態(tài)鐵含量的改變而改變[24],農(nóng)業(yè)栽培管理中會(huì)將有機(jī)肥與化肥長(zhǎng)期配合施用,主要目的是改變土壤中腐殖質(zhì)的結(jié)合形態(tài),提高土壤中有機(jī)質(zhì)的含量。本試驗(yàn)結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,選用含有黃腐酸螯合劑的鐵肥、自制了添加鐵的牛糞。試驗(yàn)中將牛糞制成球,一是不易隨降水等流失,花生在生長(zhǎng)時(shí)根系會(huì)下扎到牛糞球中,從而確保肥料利用率,二是在將硫酸亞鐵與牛糞混合施用時(shí),制成球更容易保證硫酸亞鐵與牛糞的完全融合,減小因肥料損失等導(dǎo)致的試驗(yàn)誤差。

本試驗(yàn)無(wú)論是在FeSO4·7H2O 中添加牛糞還是單獨(dú)用牛糞,對(duì)花生干物質(zhì)積累量及產(chǎn)量構(gòu)成因素均無(wú)顯著影響,這與牛糞自身的供鐵特性有關(guān),與他人結(jié)果一致[23],造成牛糞在土壤中短期施用對(duì)促進(jìn)花生干物質(zhì)積累、飽果形成等方面效果不顯著。

綜上所述,施用鐵肥可提高花生葉片相對(duì)葉綠素含量,有利于花生干物質(zhì)積累量、莖葉全鐵含量及產(chǎn)量的增加,施用牛糞短時(shí)間內(nèi)對(duì)于改善花生缺鐵癥狀沒有明顯效果,施用Fe-EDTA 和黃腐酸鐵肥料對(duì)改善花生黃化缺鐵癥狀效果顯著,其中黃腐酸鐵處理花生葉片全鐵含量和產(chǎn)量最高。