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有机物料还田对夏玉米穗位叶光合性能及氮代谢的影响
裴丽珍, 陈远学, 张雯雯, 肖华, 张森, 周元, 徐开未
作物学报    2022, 48 (8): 2115-2124.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.13048
摘要   (333 HTML21 PDF(pc) (909KB)(329)  

明晰不同物料还田对夏玉米穗位叶光合性能及氮代谢的影响, 为有效利用农业废弃物提供理论依据。2018—2019年在川中丘陵区石灰性紫色土上进行大田试验, 设置无物料还田(CK)、蚕豆秸秆还田(faba bean straw, FS)、油菜秸秆还田(rape straw, RS)、猪粪还田(pig manure, PM) 4个处理, 研究不同物料还田下夏玉米产量、叶片光合性能及氮代谢的特征。结果表明: (1) 不同有机物料还田第2年FS处理的玉米籽粒增产效果最佳, 比CK显著增加24.85%。 (2) 各物料还田处理的夏玉米叶面积指数、叶面积积累速率、群体光合势和光合色素含量, 随生育期推进均呈先增后降的趋势。与CK比, FS、PM处理提高叶面积指数、叶面积积累速率和群体光合势, 但RS处理有降低效果; 夏玉米六叶期光合色素含量在处理间差异不显著, 吐丝期叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量均是RS处理比CK显著增加, 但吐丝后20 d时FS处理的叶绿素ab、总叶绿素含量分别比RS处理显著增加34.67%、42.08%、36.24%。(3) 有机物料还田显著增加夏玉米穗位叶硝酸还原酶活性, 各还田处理的营养器官氮素积累与转运表现为FS、PM > RS。主成分分析结果表明, 不同物料还田下夏玉米光合性能、氮代谢能力表现为FS > PM > CK > RS。综上, 不同有机物料还田对玉米光合性能和氮代谢影响不同, 对比无物料还田和油菜秸秆还田, 蚕豆秸秆和猪粪还田更有利于提高叶片光合氮代谢能力, 促进营养器官中的光合代谢产物向籽粒运输, 从而为夏玉米籽粒产量的增加奠定基础。


主成分
Principal component
特征值Eigenvalue 贡献率
Contribution rate (%)
累积贡献率
Cumulative contribution rate (%)
PC1 6.344 70.485 70.485
PC2 1.348 14.980 85.465
PC3 0.664 7.378 92.843
PC4 0.374 4.156 96.999
PC5 0.179 1.991 98.990
PC6 0.058 0.643 99.633
PC7 0.014 0.160 99.792
PC8 0.011 0.117 99.909
PC9 0.008 0.091 100.000
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表4 有机物料还田下夏玉米光合性能、氮代谢的主成分方差贡献
正文中引用本图/表的段落
川中丘陵区位于四川盆地中部, 以旱耕地为主, 面积约为1050万公顷, 是四川粮食主产区之一[1]。此区玉米传统种植以春玉米间套作体系为主, 但近十多年来, 由于大量农村劳动力转移, 耗工耗时的间套作模式面积逐渐减少, 加上种粮大户的快速发展和适合机械化生产的不断推进, 相对省工省时的轮作模式逐渐占据主流, 如冬小麦-夏玉米、冬油菜-夏玉米、冬豆(蚕豆、豌豆)-夏玉米等将成为川渝丘陵区玉米种植的主要模式[2]。玉米高产需要提高土壤基础地力, 目前西南地区玉米土壤基础地力产量平均为4.4 t hm-2, 表现为贵州(4.7 t hm-2) > 四川(4.3 t hm-2) > 重庆(3.9 t hm-2), 其中四川基础地力表现为成都平原 > 丘陵区[3-4]。四川丘陵旱地存在土层浅薄、质地黏重、土壤结构与耕作性能差等问题[5]。四川的作物秸秆、畜禽粪便等农业废弃物资源量也很丰富, 2008—2010年四川秸秆量位居西南地区首位, 年产4060万吨; 2016年四川猪畜禽粪便量1.64亿吨, 位居全国第二[6-7]。
营养器官氮积累与转运: 于2018年吐丝期(7月22日)、收获期(8月30日), 2019年吐丝期(7月20日)、收获期(9月13日), 每小区随机选取4~5株长势均匀, 具有代表性的植株样品带回室内, 将采集的样品擦拭干净, 吐丝期分为茎、叶、鞘、穗4个部分, 收获期分为茎、叶、鞘、苞叶、穗芯、籽粒6个部分分别制样, 于105℃杀青30 min, 75℃烘干至恒重。采用浓H2SO4-H2O2消煮, 凯氏定氮法测定样品氮含量[18]。各指标计算公式如下:
经SPSS 25.0检验, KMO值为0.700 (> 0.500), Bartlett球形检验极显著(P < 0.01), 适宜进行主成分分析[19]。对变量—叶面积指数(LAI)、叶面积积累速率(LAAI)、群体光合势(LAD)、叶绿素a (Chl a)、叶绿素b (Chl b)、类胡萝卜素(Carotin)、穗位叶全氮(TN)、硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)进行主成分分析, 得到主成分方差贡献、主成分载荷矩阵和特征向量, 结果如表4和表5所示。
特征值为每个主成分方差, 特征值越大, 方差百分比越大, 意味着该主成分对原始变量解释度越大, 包含的信息越多, 根据累计贡献率不低于80%的原则, 选取主成分个数[20]。根据表4, 提取了前2个主成分, 其累积贡献率为85.465%, 表示前2个主成分代表有机物料还田下土壤肥力指标总信息的85.465%。
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