磷酸二銨施用量及方式對甜菜光合性能和產量的影響

張 婷 張博文 李國龍 曹 陽 李 悅 張少英

（內蒙古農業大學甜菜生理研究所，010018，內蒙古呼和浩特）

甜菜（BetavulgarisL.）是我國第二大糖料作物，是我國北方重要經濟作物之一，近年來，隨著種植密度和節水灌溉等栽培技術的改進，我國甜菜單產逐年提高，但是，在追求高產的同時，不合理施肥也隨之出現，產量、質量形成過于依賴施肥量，過多肥料投入導致肥料利用效率低、污染嚴重、產量增長停滯和品質下降等問題。磷是影響作物生長發育及產量形成的關鍵元素之一，戚昕元等[1]和王聰宇[2]研究表明，磷肥分次施用下磷肥利用率及作物產量均高于磷肥一次性基施。何佩云等[3]研究得出，適當減少磷肥施用量可以促進甜蕎生長，提高產量和品質。岳俊芹等[4]研究得出，小麥籽粒產量與施磷量的關系呈拋物線型。

磷參與植物呼吸和光合代謝、生物膜等的構建及ATP的形成，磷肥對光合性能的影響在多種作物上已有廣泛研究。Zhang等[5]研究認為，磷肥施用量與玉米葉片光合速率之間存在有限的線性關系，過量施磷，光合速率不再隨施磷量增加而提高。肖旭峰等[6]研究認為，適當的氮磷配施可以促進馬鈴薯植株呼吸和光合代謝，有利于ATP的形成。邢倩等[7]和張勉等[8]研究發現，施磷可促進小麥葉綠素合成，顯著提高凈光合速率（Pn），施磷量的增加會增加小麥花后干物質積累量及籽粒產量貢獻率。曹愛琴等[9]、金劍等[10]和Israel[11]研究表明，提供適宜磷能顯著提高大豆根系和地上部的干物質積累。趙偉等[12]研究發現，弱光環境增施磷肥可增強葉片光合電子傳遞活性，提高光合速率和促進干物質積累，提高產量。前人研究已表明，施磷量及方式是調控作物光合面積、光合速率、干物質積累與轉運、產量和質量的有效措施。目前，甜菜上磷肥多用作基肥一次性施入，關于甜菜高產目標下施磷量及方式對甜菜光合、物質轉運及產量的影響的研究鮮見報道。本研究通過設置不同施磷量及方式，研究其對甜菜光合特性、物質轉運及產量的影響，以期篩選甜菜最佳施磷方式，為甜菜高產的磷肥管理奠定理論基礎和實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年在內蒙古自治區烏蘭察布市涼城縣新州夭村（40°49′ N，112°33′ E）進行。試驗地區屬溫帶半干旱大陸性季風氣候，年平均日照3026h，有效積溫 2500°C，無霜期 125d，降水量392.37mm。試驗田土壤養分含量及pH見表1。

表1 試驗地土壤養分及pHTable 1 Soil nutrients tatus and pH

1.2 試驗材料

供試甜菜品種為 HI1003。肥料為尿素（N≥46%）、磷酸二銨（N︰P2O5=18%︰46%）和硫酸鉀（K2SO4≥50%）。

1.3 試驗設計

采用裂區試驗設計，設置3種施磷方式（播種前全部基施；播種前基施 2/3，葉叢快速生長期追施1/3；播種前基施2/3，塊根糖分增長期追施1/3），每種施磷方式下設置5個施磷量60、90、120、150、180kg/hm2，對應磷酸二銨用量為130、196、261、326和391kg/hm2，不施磷為空白對照，各處理施磷方式及施磷量見表2，重復4次，共64個小區，小區面積30m2（6m×5m）。采用紙筒育苗移栽技術種植，于5月20日移栽，行距60cm，株距20cm。5個磷酸二銨施用量相應尿素N量分別為97、85、73、61和 50kg/hm2，基施；各處理施 K 量均為150kg/hm2，基施。其他田間管理各處理一致。

表2 試驗設計Table 2 Experiment design kg/hm2

1.4 測定指標及方法

在甜菜苗期、葉叢快速生長期、塊根糖分增長期、糖分積累期4個生育時期每次取樣5株進行形態指標和光合指標的測定，于10月7日進行測產[13]。

用稱重法測定葉面積指數（leaf area index，LAI）。將甜菜葉片、葉柄和塊根陰干后在80℃烘箱中烘干至恒重，稱取甜菜各部位的干物質重量。用LI-6400光合儀測定凈光合速率（Pn）。用SPAD-502葉綠素儀測定甜菜倒 3葉的相對葉綠素含量（SPAD值）[13]。按塊根切削標準 GB/T 10496-2002[14]的規定進行全小區測產。

1.5 數據統計

采用Excel進行數據整理，利用SPSS進行方差分析，用GraphPadPrism 5進行作圖。

2 結果與分析

2.1 施磷量及方式對甜菜葉面積指數的影響

葉片是光合作用的主要器官，光合面積的大小是作物產量的決定因素。由表3得出，隨甜菜生育進程，各處理LAI均呈先升高后平穩的變化趨勢，于塊根糖分增長期達到最大值。相同施磷方式下，施磷量為150kg/hm2時，LAI達最高值；在塊根糖分增長期不同施磷量處理間 LAI差異最大，A4、B4和C4的LAI較相同施磷方式下其他施磷量分別提高 7.35%～14.53%、8.42%～32.54%和 0.66%～13.57%，處理B4的LAI最高，即每增施1kg/hm2的磷，LAI增加0.0189。相同施磷量條件下，苗期A4和A5處理LAI高于B和C處理，A處理基肥足量時，利于甜菜的養分吸收從而促進 LAI的增加；葉叢快速生長期至糖分積累期，B處理LAI最高，處理B4與A4、C4的LAI差異顯著（P＜0.05），在塊根糖分增長期處理B4的LAI分別較A4和C4提高20.37%和18.00%。

表3 不同施磷量及方式對甜菜LAI的影響Table 3 Effects of phosphorus application amount and method on LAI of sugar beet

2.2 施磷量及方式對甜菜葉片SPAD值的影響

由表4可知，甜菜生育過程各處理SPAD值均呈現“U”型變化趨勢，于塊根糖分增長期降幅最明顯并達到最低。相同施磷方式下，施磷量150kg/hm2時，各生育時期葉片SPAD值達到最大，之后再增加施磷量，葉片SPAD值不再增加，甚至在生育中后期B5的SPAD值有所下降。相同施磷量下，在苗期，A處理SPAD值大于B和C處理，其中A4的SPAD值顯著高于其他處理（P＜0.05），其他處理間差異不顯著，說明B、C處理基施的2/3磷肥可以滿足甜菜苗期的生理需求。葉叢快速生長期之后均是B處理SPAD值最高。

表4 不同施磷量及方式對甜菜葉片SPAD值的影響Table 4 Effects of phosphorus application amount and method on SPAD value of sugar beet leaves

2.3 施磷量及方式對甜菜葉片Pn的影響

由圖1可知，在甜菜生育期內Pn隨施磷量的增加呈現單峰趨勢。相同施磷方式下，苗齡為60～90d時，B4與其他處理差異顯著（P＜0.05），B4較B1、B2、B3和B5分別提高55.79%、33.33%、27.53%和9.65%，說明適宜施磷量可以顯著提高甜菜葉片的Pn，過高的施磷量反而使Pn降低。相同施磷量下，在葉叢快速生長期，處理B4、A4和C4間差異顯著（P＜0.05），B4的Pn較A4和C4分別提高10.95%和14.69%，在塊根糖分增長期處理B5、A5和C5間差異顯著（P＜0.05），B5的Pn較A5和C5分別提高12.58%和6.63%，在葉叢快速生長期，B處理Pn的提高明顯優于A處理，塊根糖分增長期的Pn表現為B處理＞C處理＞A處理，表明在甜菜生育后期追施磷肥同樣有助于甜菜Pn的提高。

圖1 不同施磷量及方式下對甜菜Pn的影響Fig.1 Effects of phosphorus application amount and method on Pn of sugar beet

2.4 施磷量及方式對甜菜干物質積累與分配的影響

由表5得出，施磷方式相同時，在葉叢快速生長期，隨施磷量增加，甜菜單株干物質積累量增加，且處理 B5與其他處理均達差異顯著水平（P＜0.05），其他3個生育時期甜菜單株干物質積累量隨施磷量的增加逐漸提高或趨于穩定，處理B4在糖分積累期達到最大值，單株干物質含量為545.88g/株，表明適宜磷肥的施入利于甜菜干物質的合成。施磷量相同時，葉叢快速生長期和糖分積累期，施磷量為120～180kg/hm2時，B處理顯著高于A和C處理（P＜0.05），在葉叢快速生長期，施磷量≥120kg/hm2時，3種施磷方式下單株干物質積累量增加效果最明顯，B處理較A、C處理分別顯著提高14.21%～18.19%和 27.66%～33.24%，表明適宜時期追施磷肥利于甜菜的單株干物質積累，從而為高產奠定物質基礎。

表5 不同施磷量及方式對甜菜單株干物質積累量的影響Table 5 Effects of phosphorus application amount and method on dry matter accumulation per plant of sugar beet g/株g/plant

根冠比（root-top ratio，R/T）反映甜菜植株物質分配及生長中心的轉移。圖 2顯示，隨著甜菜生育進程，各處理的 R/T不斷增長。相同施肥方式下，塊根糖分增長期至糖分積累期，施磷量為150或180kg/hm2時，R/T與其他施磷水平有顯著差異（P＜0.05），且各時期處理B4的R/T值最高。當施磷量為150kg/hm2時，葉叢快速生長期至塊根糖分增長期B處理R/T均大于A和C處理；在葉叢快速生長期各處理間差別最明顯，B處理的R/T較A和C處理提高0.20%～9.38%和6.64%～11.58%，表明合理的追施磷肥可促進生長中心的轉移，協調源庫平衡。

圖2 不同施磷量及方式對甜菜根冠比（鮮重）的影響Fig.2 Effects of phosphorus application amount and method on R/T (fresh weight) of sugar beet

2.5 施磷量及方式對甜菜產量的影響

由圖3和圖4可知，相同施磷方式下，在一定施磷量范圍內，施磷量與甜菜產量呈顯著正相關，施磷量150kg/hm2時產量達到峰值，每增施1kg/hm2磷肥時，產量增加80.8kg/hm2，增施至180kg/hm2，產量呈下降趨勢，當施磷量＞150kg/hm2，增產效果與施磷量呈負相關。相同施磷量條件下，追施磷肥處理（B、C）產量均高于磷肥全部基施處理（A），B處理產量最高，且與A、C處理差異顯著（P＜0.05），由此表明，追施磷肥對于甜菜產量的提高起到一定作用，且在葉叢快速生長期追施優于在塊根糖分增長期追施。

圖3 不同施磷量及方式下的甜菜產量Fig.3 Effects of phosphorus application amount and method on yield of sugar beet

圖4 各施磷方式下施磷量與甜菜產量的關系Fig.4 Relationship between phosphorus application amount and sugar beet yield

3 討論

磷是植物生長發育所必需的營養元素[15]，參與甜菜光合、呼吸等生理代謝過程。前人研究[13]得出甜菜SPAD值在糖分積累期最低，本研究中各個處理的SPAD值隨生育期推進均呈現出“U”型變化趨勢，在塊根糖分增長期為最小值，其原因可能是在甜菜塊根糖分增長期葉叢達到最大，相對于葉叢的生長速度，葉綠素的合成與積累較慢，導致葉片SPAD值降低，至糖分積累期，LAI不再增加，SPAD值有所增加。大量研究表明，隨著施磷量的增加，蓖麻[16]和水稻[17]等作物葉片Pn和氣孔導度（Gs）均有增加，而低量或過量施磷可引起以上參數的降低[18]。磷參與了光合酶的組成，直接影響植株光合效率[19]。本研究得出，隨施磷量的增加甜菜的Pn和LAI呈先升高后降低的趨勢，即在低量和過量施磷的情況下，甜菜Pn均較小。王國興等[20]研究得出，施用磷肥有效促進了LAI的增加，本研究得出，處理B4在塊根糖分增長期LAI最高，表明磷肥能明顯促進LAI的增加，為光合作用提供了“良好的場地”，從而為物質合成與積累奠定了基礎。作物光合產物積累量及其分配對產量形成具有重要作用[21]，本研究得出，在葉叢快速生長期單株干物質積累量在施磷量為180kg/hm2時達到最大，其他3個生育時期大部分處理均在施磷量為150kg/hm2時最高。葉叢快速生長期葉叢生長旺盛，代謝合成能力急劇增加，需肥量大，高施磷量可以促進玉米生殖生長期營養器官的光合產物輸出和再分配[22]，本研究中甜菜單株干物質積累量與 R/T的最大值均出現在施磷量為150kg/hm2或180kg/hm2。耿玉輝等[23]研究得出，春玉米產量與磷肥施用量呈典型拋物線關系，一定范圍內隨施磷量增加，春玉米產量呈增加的趨勢，過量施用磷肥導致減產。且張勉等[8]研究得出，40cm土層施 150kg/hm2有利于提高旱地麥田孕穗期前0～100cm土層土壤水分含量，促進小麥莖稈+莖鞘中的干物質向籽粒轉運和花后干物質累積及其對籽粒的貢獻率，從而提高籽粒產量。本研究相同施磷方式下，隨著施磷量的增加，甜菜的產量先升高后降低，施磷量150kg/hm2時達最大值。

磷作為三大元素之一，甜菜生產實踐中多用作基肥，但由于甜菜生育期長、生物產量大、吸肥量大的特性，優化磷肥施用方式是實現高產高效的有效途徑之一[24-26]。本研究得出，葉叢快速生長期至糖分積累期，B處理LAI和SPAD值均較高，表明追施磷肥可以增加LAI和SPAD值。而在塊根糖分增長期，處理A5、C5、B5間的Pn差異達顯著水平（P＜0.05），由此推斷葉叢生長茂盛并達最大值，此時進行旺盛的光合作用，而磷參與植物呼吸和光合代謝的過程，從而高施磷量促進甜菜Pn的提高。合理的磷肥施用量、施用方式及肥料類型可提高作物花后干物質積累量和轉運量[27-29]，本研究得出，葉叢快速生長期追肥處理顯著優于塊根糖分增長期追肥與磷肥全部基施處理下的單株干物質積累量和R/T，表明甜菜葉叢快速生長期追肥優于塊根糖分增長期追肥，甜菜在葉叢快速生長期生理代謝極為旺盛，需肥量大，此時追施磷肥利于合成大量含磷化合物，兩者相互促進為甜菜生理活動提供能量，促進甜菜干物質的積累及生長中心的轉移，有利于源庫平衡。王聰宇[2]關于玉米磷肥施用時期試驗表明，磷肥分次追施要優于一次性基施，本研究結果與上述研究相似，追肥處理（B、C）產量高于一次性基施（A）處理，葉叢塊速生長期追肥的處理增產效果要優于塊根糖分增長期追肥。

4 結論

相同施磷方式下，施磷量150或180kg/hm2時可以提高甜菜的LAI、SPAD值、Pn、單株干物質積累量、R/T及產量；在葉叢快速生長期追施磷肥處理的上述指標均高于其他處理，從節本增效角度考慮，推薦高產甜菜施磷量為 150kg/hm2，于播種前基施2/3，葉叢快速生長期追施1/3。