桂　丕　廖宗文　汪立梅　毛小云

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院新肥料資源研究中心　廣州　510642）

摘　要：在弱光條件下，研究了不含氮的有機(jī)碳(糖、酸、醇)對(duì)水稻生物量的積累及氮素代謝的影響。結(jié)果表明，在弱光條件下葉面噴施有機(jī)碳源有促進(jìn)水稻生長(zhǎng)的作用，反映在生物量增長(zhǎng)及相關(guān)氮代謝的生理參數(shù)上。不同的有機(jī)碳源效果不同。3種有機(jī)碳中以酸的效果最好。試驗(yàn)表明，不含氮的有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)顯示了可克服弱光及碳不足對(duì)作物生長(zhǎng)的制約效果。

關(guān)鍵詞：弱光照　有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)　水稻　生長(zhǎng)

Effect of Organic Carbon Nutrition on Rice Growth under Weak Light Conditions

Gui Pi, Liao Zongwen, Wang Limei, Mao Xiaoyun

(New Fertilizer Resources Research Centre, College of Natural Resources and Environment, South China Agricultural University, Guangzhou, 510642)

Abstract: The accumulation of rice biomass and nirogen metabolism under weak light conditions was investigated in a batch system by considering the effects of no nitrogen organic carbon (sucrose, α-ketoglutarate, glycerol).The results showed that foliar spray organic carbon source promoted the growth of rice under weak light conditions, which reflected in the biomass growth and related physiological parameters of nitrogen metabolism.Different organic carbon sources show different effects.α-ketoglutarate works best in these three kinds of organic carbon.Therefore, the nutrition of no nitrogen organic carbon shows that it can overcome the restriction of weak light and low carbon on crop growth.

Key words: weak light; organic carbon nutrition; rice; growth

水稻平衡施肥關(guān)注的重點(diǎn)是氮、磷、鉀肥，而碳營(yíng)養(yǎng)卻鮮有考慮[1]。碳約占植物干物質(zhì)的50%[2]，數(shù)倍于氮、磷、鉀元素之和?？靠諝庵蠧O2自然補(bǔ)充，僅為其需求量1/5[3，4]。遠(yuǎn)未能滿足作物的生長(zhǎng)需要而成為營(yíng)養(yǎng)短板。在低溫寡照時(shí)，碳短板對(duì)于作物高產(chǎn)的制約更為嚴(yán)重。據(jù)此分析，在弱光條件下，光合作用減弱，碳水化合物的合成將會(huì)進(jìn)一步降低而影響作物生長(zhǎng)。那么在弱光條件，補(bǔ)充有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)有可能消除光照不足的影響。深入探討這些問(wèn)題對(duì)植物營(yíng)養(yǎng)理論、平衡施肥及有機(jī)碳肥的開(kāi)發(fā)應(yīng)用均有重要意義。

本文擬通過(guò)水稻盆栽試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證：(1)光照不足時(shí)，補(bǔ)充有機(jī)碳對(duì)于水稻生長(zhǎng)是否有效；(2)探討3種不同類型的水溶性有機(jī)碳(糖、酸、醇)的效果。選用的均為不含氮的有機(jī)物，以免與有機(jī)氮產(chǎn)生概念混淆而誤判為有機(jī)氮的作用；(3)施用有機(jī)碳對(duì)于氮吸收及相關(guān)生理代謝有何影響，并進(jìn)一步討論有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)在養(yǎng)分平衡和高產(chǎn)栽培中的作用。

1　材料與方法

1.1　材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2013年11月至2014年1月在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)室內(nèi)光照培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行，供試水稻品種為粵香優(yōu)169，供試土壤為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)試驗(yàn)田水稻土。盆栽試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，其中1個(gè)對(duì)照，每個(gè)處理設(shè)4個(gè)重復(fù)，各處理的氮、磷，鉀的施用量相等，分別為N 50 mg/kg、P2O5 150 mg/kg、K2O 150 mg/kg；光照培養(yǎng)箱(GXZ-280A型，光照度Max：4000 LX，寧波市新江南儀器有限公司生產(chǎn))控制光照度為66%；噴不含氮的有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)為蔗、酸、醇，濃度均為50 mg/L，每隔5天葉面噴施一次，每次體積為1.50毫升/盆，共噴5次后收獲植株進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1　試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)

1.2　測(cè)定方法

水稻生物量的測(cè)定：采收植物樣后，將地上部和地下部洗凈擦干，鮮重用分析天平稱量，然后將地上部和地下部放入烘箱中，105 ℃殺青15 min，在80 ℃下烘至恒重，用分析天平稱取干重。

水稻全氮、水溶性氮的測(cè)定：水稻全氮按中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2017-2011測(cè)定。水稻水溶性氮測(cè)定:稱取2.50 g左右鮮樣，加入20 mL去離子蒸餾水，用研磨棒搗碎，在常溫下震蕩30 min，連續(xù)浸提2次，合并2次浸提液，取10 mL待測(cè)液于沸水浴蒸干，后續(xù)步驟參照有機(jī)肥料NY-2012標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel(2003)和SAS 9.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，多重比較采用Duncan法(P=0.05)。

2　結(jié)果與分析

2.1　噴施水溶性有機(jī)碳對(duì)水稻生物量的影響

如圖1所示，不同的有機(jī)碳源效果不同。噴施糖、醇的處理與CK比，其生物量變化不大，無(wú)顯著性差異，但噴施酸的處理水稻生物量最大，而且與其他處理有顯著性差異。與CK相比，增幅高達(dá)33.12%，表明在弱光條件下，水稻葉面噴酸可彌補(bǔ)因光合作用不足所導(dǎo)致碳的缺乏而促進(jìn)生長(zhǎng)，所以生物量大幅度增加。

2.2　有機(jī)碳對(duì)水稻的水溶性氮、全氮及水溶性氮/全氮的影響

如圖2所示，噴施有機(jī)碳可顯著降低水稻苗的水溶性氮，不同的有機(jī)碳源效果不同：其中以噴施酸的降低效果最為明顯，降幅為36.51%，并且其全氮值比CK增加了22.82%，表明在弱光條件下，酸有利于水稻吸收氮，所以全氮增加。而且氮的合成代謝加強(qiáng)，更多轉(zhuǎn)化成高分子有機(jī)物，水溶性氮降。

圖1　葉噴有機(jī)碳對(duì)水稻生物量的影響

Fig.1 Effect of foliar spray organic carbon on rice biomass
注：圖中的不同字母表示處理間差異達(dá)到5%顯著水平，下同。

圖2　葉噴有機(jī)碳對(duì)水稻水溶性氮和全氮的影響

Fig.2 Effect of foliar spray organic carbon on water-soluble nitrogen and total nitrogen of rice

如圖3所示，噴施的3種有機(jī)碳均可顯著降低水稻幼苗水溶性氮占全氮的比例，低比例水溶性氮/全氮是氮素合成代謝較強(qiáng)的反映，表明氮素合成代謝受到促進(jìn)。其中，以噴施酸的處理最為顯著，水溶性氮/全氮的降幅達(dá)48.31%，說(shuō)明在弱光的條件下，噴施酸等有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)不僅可促進(jìn)水稻對(duì)氮素的吸收，還可促進(jìn)所吸收氮的合成代謝，使之更多地由水溶性小分子向大分子轉(zhuǎn)化。這一結(jié)果顯示，有機(jī)碳對(duì)于弱光條件下的水稻的碳、氮代謝具有較好的調(diào)節(jié)作用，因而有利于生物量的增長(zhǎng)。

圖3　葉噴有機(jī)碳對(duì)水稻水溶性氮/全氮的影響

Fig.3 Effect of foliar spray organic carbon on water-soluble N/Total N of rice

3　討論與結(jié)論

3.1　在弱光條件下有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)可促進(jìn)水稻生長(zhǎng)

有機(jī)碳對(duì)水稻的促進(jìn)作用在生物量增長(zhǎng)及相關(guān)氮代謝的生理參數(shù)上都能反映出來(lái)。但是效果不同的有機(jī)碳源而異。其差異與幾種有機(jī)碳在水稻代謝生理中的不同作用有關(guān)。3種有機(jī)碳中，酸處理的效果最好，在生物量和吸氮量水溶性氮等氮代謝生理參數(shù)上均有明顯的表現(xiàn)。

3.2　有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)能夠影響水稻對(duì)氮的吸收及相關(guān)生理代謝

研究表明，3種有機(jī)碳能明顯促進(jìn)水稻對(duì)氮素的吸收及其合成代謝，因而降低了其體內(nèi)水溶性氮/全氮的比例。其中噴施酸所表現(xiàn)出的效果最突出。其原因可能是，酸是水稻氨同化必須的碳架及信號(hào)分子，其廣泛參與了水稻碳、氮代謝的調(diào)節(jié)，是協(xié)調(diào)碳、氮兩大代謝系統(tǒng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)物質(zhì)[5]。在弱光條件下，水稻碳水化合物合成減弱，導(dǎo)致體內(nèi)碳營(yíng)養(yǎng)不足。噴酸為其體內(nèi)補(bǔ)充碳源，促進(jìn)了其對(duì)氮素的吸收及轉(zhuǎn)化，使水稻的碳、氮代謝更為協(xié)調(diào)，有利于作物生物量的積累。糖處理的吸氮量和水溶性氮兩個(gè)指標(biāo)與CK差異不明顯，但是其水溶性N/全氮的指標(biāo)差異明顯。由此分析，水溶性N/全氮是一個(gè)更靈敏地反映有機(jī)碳效果的指標(biāo)。

酸在水稻的前期其生長(zhǎng)階段表現(xiàn)出明顯效果，但在以后的生長(zhǎng)階段(中后期)可能因生長(zhǎng)階段生理而有所變化，尚需進(jìn)行驗(yàn)證。同樣糖、醇前期表現(xiàn)不如酸，但在以后生長(zhǎng)階段作用是否變化？尚需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。

3.3　有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)有助于克服碳不足及弱光對(duì)作物生長(zhǎng)的制約

缺碳、弱光是作物生長(zhǎng)的兩大制約因素，也是高產(chǎn)的兩大障礙。除大棚內(nèi)施二氧化碳和人工補(bǔ)光照外，在大田條件下這二大自然因素很難用人工改變。但是本實(shí)驗(yàn)顯示，施用有機(jī)碳則能在相當(dāng)程度上消除這二大因素的制約而有利于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。二氧化碳這一補(bǔ)碳途徑必須經(jīng)過(guò)光合反應(yīng)才能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，而有機(jī)碳肥補(bǔ)碳則跳過(guò)了光合反應(yīng)，這樣光合能可節(jié)省下來(lái)而用于后續(xù)的系列生化反應(yīng)。在陰雨天光照不足時(shí)，有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)這一優(yōu)點(diǎn)更為明顯。這種節(jié)省光合能的作用，是一般氮磷鉀化肥所不能比擬的。腐植酸是一種高端有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)，同樣具有節(jié)省光合能的作用，而且這一優(yōu)點(diǎn)更為突出。據(jù)此分析，在低溫寡照條件下，腐植酸增產(chǎn)效果將更為明顯。

今后，深入研究有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)與其他養(yǎng)分之間的優(yōu)化組合，以及施用濃度、施用頻率等，將有助于養(yǎng)分平衡理論的發(fā)展及高產(chǎn)施肥技術(shù)的提升。腐植酸具有多種突出的功能，如改良土壤、促進(jìn)生長(zhǎng)、提高作物抗病蟲(chóng)、抗旱等，從植物營(yíng)養(yǎng)的角度分析，都是有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)的作用，更準(zhǔn)確地說(shuō)，是其中大量的高端有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)的作用。深入研究腐植酸的有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)作用，將使腐植酸的生產(chǎn)技術(shù)水平及使用的技術(shù)水平提升到一個(gè)新的高度。

3.4　有機(jī)氮與有機(jī)碳不能混為一談

含氮的有機(jī)物如氨基酸等對(duì)作物高產(chǎn)的貢獻(xiàn)已多有報(bào)道，但是在深入研究時(shí)，還應(yīng)同時(shí)考慮有機(jī)碳中碳架的作用，才能對(duì)有機(jī)氮的作用有全面認(rèn)識(shí)。

由于目前缺乏對(duì)有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)的認(rèn)識(shí)[1]，許多含氮的有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)，諸如氨基酸等營(yíng)養(yǎng)液多標(biāo)為有機(jī)氮，其肥效則歸于有機(jī)氮的貢獻(xiàn)[6]，這種“以偏概全”的概念混淆對(duì)于開(kāi)展有機(jī)碳研究是很不利的。近年來(lái)一些文獻(xiàn)在實(shí)踐的基礎(chǔ)上已經(jīng)提出了有機(jī)碳肥概念和施碳增產(chǎn)的觀點(diǎn)[1,7]，但是由于有機(jī)碳肥中有氮，往往被片面地歸于有機(jī)氮的貢獻(xiàn)而忽略了有機(jī)碳。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇了糖、酸、醇等3種有機(jī)碳均不含氮，這樣就可驗(yàn)證不含氮的有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)對(duì)水稻的重要效果，這有助于糾正“見(jiàn)氮不見(jiàn)碳”的片面觀點(diǎn)。作為肥效明顯的高端有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)——腐植酸[8]，對(duì)于其營(yíng)養(yǎng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)尚有不足，往往模糊地把肥效歸結(jié)于生理刺激作用，未能從碳營(yíng)養(yǎng)角度正確地揭示其肥效貢獻(xiàn)。今后應(yīng)該重視研究腐植酸中有機(jī)碳的重要作用，這對(duì)于腐植酸的機(jī)理研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及使用技術(shù)都有重要意義。

3.5　結(jié)論

本研究結(jié)果證實(shí)，在弱光條件下噴施有機(jī)碳有促進(jìn)水稻生長(zhǎng)的作用，反映在生物量增長(zhǎng)及相關(guān)氮代謝的生理參數(shù)上。但是其效果因不同的有機(jī)碳源而異。3種有機(jī)碳中以酸的效果最好。不含氮的有機(jī)碳營(yíng)養(yǎng)顯示了可克服碳不足及弱光對(duì)作物生長(zhǎng)的制約效果，在高產(chǎn)施肥中有重要的研究?jī)r(jià)值。

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