平衡施肥對桑樹產(chǎn)量與品質(zhì)的影響及其施肥模型的建立.pdf

1、繭絲綢業(yè)是我國具有5000多年歷史的傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，是為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和出口創(chuàng)匯做出過重大貢獻(xiàn)，并且在國際市場上處于壟斷地位的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。桑樹是蠶絲產(chǎn)業(yè)重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，單位面積桑園桑葉產(chǎn)量的高低、質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到家蠶的生長發(fā)育及繭絲、蠶種的產(chǎn)量和質(zhì)量，進(jìn)而影響到整個(gè)蠶桑行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。桑樹又是重要的多年生經(jīng)濟(jì)林木樹種，具有很高的生態(tài)價(jià)值，同時(shí)，桑樹營養(yǎng)價(jià)值高，適口性好，無采食障礙，消化率高，除了可以用作家蠶的飼料外，是目前最具開發(fā)潛力的木

2、本飼用植物，可以用作畜禽的優(yōu)質(zhì)飼料開發(fā)。加之桑葉富含1-DNJ、黃酮等天然活性成分，具有顯著的降血糖、抗氧化、防衰老的作用，因此，桑樹在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域的多用途開發(fā)也極具發(fā)展?jié)摿?。而單位面積桑園桑葉、枝條的產(chǎn)量、品質(zhì)及其活性成分含量高低不僅與品種、修剪、灌溉有關(guān)外，與桑園養(yǎng)分管理及桑樹營養(yǎng)特性密不可分。
　　 本文針對四川丘陵蠶桑主產(chǎn)區(qū)桑樹施肥中存在的問題，采用現(xiàn)代肥料二次回歸“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過田間試驗(yàn)，主要研究了氮磷鉀對

3、桑樹生長發(fā)育及干物質(zhì)積累、桑樹光合特性、桑樹保護(hù)酶活性及膜脂過氧化作用、養(yǎng)分吸收利用與分配、桑葉質(zhì)量及活性成分含量的影響，揭示其生長發(fā)育規(guī)律、養(yǎng)分吸收與分配規(guī)律、品質(zhì)形成規(guī)律、產(chǎn)量形成規(guī)律，對桑樹施肥參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，構(gòu)建桑樹優(yōu)質(zhì)高效施肥模型，為本地區(qū)桑樹的合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。獲得的主要結(jié)果如下：
　　 1.氮磷鉀對桑樹生長發(fā)育及其干物質(zhì)積累的影響
　　 本研究以加促進(jìn)桑樹生長發(fā)育，提高單位面積桑園桑葉產(chǎn)量及其干物質(zhì)積

4、累量為目的，對夏伐式修剪、多年生試驗(yàn)桑園采用現(xiàn)代肥料二次回歸“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，研究氮磷鉀不同施肥處理對桑樹不同生育期葉片、枝條、新梢、單株產(chǎn)葉量等生長發(fā)育指標(biāo)及春秋兩季干物質(zhì)積累量的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著生長發(fā)育進(jìn)程的推進(jìn)，桑樹主要生長發(fā)育指標(biāo)呈逐漸增大的趨勢，且前期生長發(fā)育旺盛、后期生長發(fā)育減慢，適量的氮磷鉀肥能促進(jìn)桑樹的生長發(fā)育，肥料施用不足或過量施肥并不利于桑樹正常的生長發(fā)育。春秋兩季單株產(chǎn)葉量調(diào)查分析表明，全年單株產(chǎn)葉

5、量秋季明顯高于春季，隨著氮磷鉀肥施用量的增加，單株產(chǎn)葉量逐漸增加，且均在2水平時(shí)達(dá)到最大值，再增施肥料，單株產(chǎn)葉量反而降低，氮肥對單株產(chǎn)葉量的影響表現(xiàn)為N2>N3>N1>N0，磷肥和鉀肥對單株產(chǎn)葉量的影響均表現(xiàn)為P2>P1>P3>P0、K2>K1>K3>K0。
　　 春秋兩季干物質(zhì)積累量分析表明，干物質(zhì)積累量葉片>枝條>新梢，葉片中干物質(zhì)積累量秋季>春季，枝條中干物質(zhì)積累量春季>秋季；氮肥對桑葉干物質(zhì)積累量的影響為N2>N3>N

6、1>N0，對春季新梢干物質(zhì)積累量的影響表現(xiàn)為N3>N2>N1>N0，對春季、秋季枝條干物質(zhì)積累量的影響表現(xiàn)為N2>N1>N0>N3、N3>N2>N1>N0；磷肥對桑葉干物質(zhì)積累量的影響表現(xiàn)為P2>P1>P3>P0，對春季新梢干物質(zhì)積累量的影響表現(xiàn)為P2=P3>P1>P0，對春季、秋季枝條干物質(zhì)積累量的影響表現(xiàn)為P2>P3>P1>P0、P3>P2>P1>P0；鉀肥對桑葉干物質(zhì)積累量的影響表現(xiàn)為K2>K1>K3>K0，對春季新梢干物質(zhì)積累量

7、的影響表現(xiàn)為K3>K1>K0>K2，對春季、秋季枝條干物質(zhì)積累量的影響表現(xiàn)為K3>K2>K1>K0、K2>K1>K3>K0。
　　 通過建立以公頃桑干物質(zhì)積累量為函數(shù)，氮、磷、鉀施肥量為因子的肥料效應(yīng)方程，桑葉干物質(zhì)積累量、新梢干物質(zhì)積累量、枝條干物質(zhì)積累量與施肥量的肥料效應(yīng)方程的P值<0.05，方程擬合成功，分別獲得桑葉干物質(zhì)積累量推薦施肥量為694.36 Kg/hm2N、198.15 Kg/hm2P2O5、274.26 Kg

8、/hm2K2O，最大值為8045.04Kg/hm2；枝條干物質(zhì)積累量推薦施肥量為1000.05 Kg/hm2N、242.04 Kg/hm2P2O5、218.01Kg/hm2K2O，最大值為5969.05 Kg/hm2；春季新稍干物質(zhì)積累量的推薦施肥量為883.76 Kg/hm2N、204.48 Kg/hm2P2O5、426.59Kg/hm2K2O，最大值1410.24Kg/hm2。該最佳施肥方案通過生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證后，可為四川丘陵蠶區(qū)優(yōu)質(zhì)桑

9、園建設(shè)提供參考。
　　 2.氮磷鉀對桑樹光合特性的影響
　　 光合作用是桑樹重要的生理過程之一，桑樹干物質(zhì)90％以上來源于桑葉的光合作用，光合作用的強(qiáng)弱直接影響到桑葉的產(chǎn)量和質(zhì)量。光合作用除了受作物本身的遺傳特性影響外，還受包括濕度、溫度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、礦物質(zhì)營養(yǎng)等諸多環(huán)境因素影響，目前，關(guān)于桑樹光合作用的基本特性以及光合速率對光強(qiáng)、溫度、CO2濃度等微氣象因子的響應(yīng)，各種逆境脅迫和人工栽培技術(shù)的實(shí)施對桑樹光合

10、特性的影響等研究較多，而礦質(zhì)營養(yǎng)元素尤其是氮磷鉀配合施用對桑樹的光合生理報(bào)道較少。隨著光合測定儀在我國的發(fā)展與應(yīng)用，國內(nèi)外學(xué)者就不同施肥處理對農(nóng)作物光合特性的影響進(jìn)行了深入廣泛的研究。為此，本研究從光合生理入手，以探討桑樹葉片的光合特性及不同施肥處理對桑樹光合作用的調(diào)控效應(yīng)為目的，采用Li-6400xt型便攜式光合測定系統(tǒng)，通過活體測定，以對夏伐式修剪、多年生試驗(yàn)桑園川826桑樹品種為試驗(yàn)材料，研究氮磷鉀肥及其施用量與桑樹功能葉片葉綠素

11、含量、葉面積指數(shù)、凈光合速率、葉片氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率之間的關(guān)系。結(jié)果表明：隨著桑樹的生長發(fā)育，春季桑樹葉片葉綠素含量(Chla+b)、葉片氣孔導(dǎo)度(Cond)隨著生育期的推進(jìn)逐漸升高，秋季呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢；凈光合速率(Pn)在春秋兩季均呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢；葉面積指數(shù)(LAI)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)在春秋兩季均呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。氮磷鉀不同施肥水平對桑樹光合指標(biāo)具有顯著影響，適宜

12、氮、磷、鉀施肥量可以提高桑樹LAI、Chla+b、Pn、Cond、Tr，而缺少或過量施肥使其光合能力降低；不施肥處理桑樹葉片Ci顯著高于施肥處理。適宜的氮、磷、鉀施用水平N2P2K2(N600kg.hm-2、P2O5210 kg.hm-2、K2O300kg.hm-2)可保持桑樹功能葉適宜的光合狀態(tài)，并能保持較長的高光合持續(xù)期。本研究可為優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)桑園建設(shè)提供理論依據(jù)。
　　 3.氮磷鉀對桑樹葉片保護(hù)酶活性及膜脂過氧化的影響

13、　　 植物逆境生理是研究植物在逆境條件下的生理生化變化及其機(jī)制，對植物產(chǎn)生重要影響的逆境主要有水分虧缺、低溫、高溫、鹽堿、環(huán)境污染等理化逆境，病蟲雜草等生物逆境，此外，礦質(zhì)營養(yǎng)元素施用不當(dāng)也會對作物造成養(yǎng)分脅迫。養(yǎng)分脅迫下植物體內(nèi)活性氧代謝失調(diào)，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)被破壞。超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)及過氧化氫酶(CAT)等作為生物體內(nèi)的一種保護(hù)酶，對于清除逆境下產(chǎn)生的有害自由基有一定的作用，丙二醛(MDA)是膜脂過氧化作用的

14、主要產(chǎn)物，其含量高低反映了植物細(xì)胞膜脂過氧化程度。近年來，關(guān)于桑樹施肥研究的較多，但關(guān)于肥料對葉片保護(hù)酶活性及膜脂過氧化作用研究的尚未見報(bào)道。為此，本文以桑樹為研究材料，通過氮磷鉀施肥配比對桑樹功能葉片保護(hù)酶活性及膜脂過氧化作用進(jìn)行系統(tǒng)研究，以揭示桑樹葉片衰老機(jī)制，旨在獲得四川丘陵地區(qū)最佳施肥方案，為提高桑葉品質(zhì)和延長桑葉功能期提供理論依據(jù)。研究結(jié)果表明：春季隨著桑樹的生長發(fā)育，氮磷鉀不同施肥處理桑葉中可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性

15、、過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性和丙二醛含量均隨之提高；秋季隨著桑樹的生長發(fā)育，氮磷鉀不同施肥處理桑葉中可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性、過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性均呈現(xiàn)先升后降的趨勢，而丙二醛含量則呈現(xiàn)逐步升高的趨勢；在整個(gè)生長期，同一施肥處理隨著施肥量的增加，桑葉中可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性、過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性均會顯著提高，而丙二醛含量均會顯著下降，且均在2水平(N2P2K2)時(shí)達(dá)到最佳。所以科學(xué)的氮磷鉀配

16、比及施入量N2P2K2：(N600kg/hm2、P2O5210kg/hm2、K2O300kg/hm2)能顯著提高桑葉中保護(hù)酶活性，降低膜脂過氧化程度，有效延緩桑葉衰老。
　　 4.平衡施肥對桑樹養(yǎng)分吸收與分配的影響
　　 氮、磷、鉀是植物生長發(fā)育長必不可少的肥料三要素，植株N、P、K養(yǎng)分含量、吸收量及其分配等營養(yǎng)特性是科學(xué)施肥的主要依據(jù)，多數(shù)研究表明，氮磷鉀及其配合施用能明顯促進(jìn)農(nóng)作物的生長發(fā)育，提高植株養(yǎng)分含量，增加其

17、養(yǎng)分吸收和積累。施肥對桑樹NPK含量及養(yǎng)分吸收量的影響研究較少，國內(nèi)研究側(cè)重于盆栽試驗(yàn)，田間試驗(yàn)較少，且施肥水平設(shè)計(jì)過少，很難得出精確的結(jié)論。為此，本文以夏伐式桑樹為研究材料，以揭示氮磷鉀對桑樹養(yǎng)分吸收和分配規(guī)律為目的，通過田間試驗(yàn)，研究氮磷鉀不同施肥處理對春秋兩季桑樹葉片、枝條、新梢等不同部位NPK含量、吸收量及其分配的影響，研究結(jié)果表明，從肥料種類來看，桑樹不同部位養(yǎng)分含量及養(yǎng)分吸收量均為N>K>P，從養(yǎng)分分配來看，春季葉片>新梢>

18、枝條，秋季葉片>枝條，全年養(yǎng)分分配葉片>枝條。施用不同數(shù)量的氮磷鉀肥對春秋季桑葉、枝條、新梢N、P、K含量和養(yǎng)分吸收積累量、養(yǎng)分分配有明顯影響，氮磷鉀施肥處理2水平、3水平養(yǎng)分含量和吸收量顯著高于1水平、0水平，合理增施氮磷鉀肥有利于提高桑樹各部位N、P、K含量和養(yǎng)分吸收量。
　　 春季隨氮肥施用量的增加，新梢和葉片生長旺盛，反而抑制了枝條的生長及氮的吸收，其含N量表現(xiàn)為N2>N3>N1>N0，由于氮肥對春季枝條干物質(zhì)積累量的影

19、響為N2>N1>N0>N3，因此，春季枝條氮的吸收量總體表現(xiàn)為N2>N1>N3>N0；春季新梢、秋季枝條及桑葉含氮量隨著氮肥施用量的增加而升高，總體表現(xiàn)為N3>N2>N1>N0；在春季新梢和秋季枝條中干物質(zhì)積累量也是隨著氮肥施用量的增加而升高，因此其氮的吸收量也表現(xiàn)為N3>N2>N1>N0，而桑葉干物質(zhì)積累量以2水平時(shí)最高(N2>N3>N1>N0)，因此其氮的吸收量總體也表現(xiàn)為N2>N3>N1>N0。春季桑樹枝條、新梢含P量及其吸收量均

20、隨著施磷量的增加而升高，表現(xiàn)為P3>P2>P1>P0，秋季夏伐后桑樹枝條含P量及其吸收量隨著施磷量的增加先升高后降低，表現(xiàn)為P2>P3>P1>P0；春、秋季桑葉中含P量和磷的吸收量分別表現(xiàn)為P2>P1>P3>P0、P1>P2>P3>P0，說明適量的磷有利于桑葉的生長，高濃度磷則抑制葉片的生長，減少干物質(zhì)的積累，從而影響磷的吸收量。桑樹含K量及其吸收量隨著鉀肥施用量的增加先升高后降低，以K2水平最高，表現(xiàn)為K2>K3>K1>K0，全年僅秋

21、季葉片含K量隨著鉀肥施用量的增加而升高。
　　 5.平衡施肥對桑葉品質(zhì)及其活性成分含量的影響
　　 課題組對四川丘陵蠶桑主產(chǎn)區(qū)桑園養(yǎng)分管理狀況進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)查研究，結(jié)果表明：四川桑園立地條件差、土壤肥力低，另外肥料使用不科學(xué)，造成土壤營養(yǎng)元素缺乏和不平衡，氮、磷肥利用率低致使桑葉產(chǎn)量低、質(zhì)量差，嚴(yán)重制約了四川蠶桑生產(chǎn)的發(fā)展。同時(shí)，國內(nèi)外對桑樹營養(yǎng)的研究重在不同肥料對桑葉產(chǎn)量、質(zhì)量及蠶繭產(chǎn)量和質(zhì)量等方面，而采用平衡施肥技術(shù)

22、對桑葉質(zhì)量，尤其是桑葉中黃酮類化合物、1-脫氧野尻霉素等生物活性成分的含量及其產(chǎn)量的影響迄今尚未見相關(guān)報(bào)道?，F(xiàn)代醫(yī)藥學(xué)研究表明，桑樹富含1-脫氧野尻霉素(1-deoxynojirimycin，DNJ)和黃酮類化合物(Flavonoid)等主要活性物質(zhì)，具有降血糖、抗氧化、防衰老等多種保健和治療功效。本文以夏伐式桑樹為研究材料，以揭示氮磷鉀對桑葉品質(zhì)及主要活性成分形成規(guī)律為目的，采用“3414”平衡施肥方法，研究氮磷鉀不同施肥處理對春秋兩

23、季桑葉桑葉中黃酮類化合物、1-脫氧野尻霉素、粗蛋白、可溶性糖的含量和產(chǎn)量的影響。研究結(jié)果表明，隨著氮磷鉀單一肥料施用量的增加，成熟桑葉中測定指標(biāo)的含量均隨之顯著增加，但過量施用則會導(dǎo)致其含量沒有顯著變化或顯著降低；通過進(jìn)一步擬合桑葉的測定指標(biāo)產(chǎn)量與氮磷鉀的肥料效應(yīng)方程，獲得其最高產(chǎn)量和推薦施肥參數(shù)。黃酮類化合物、1-脫氧野尻霉素、粗蛋白、可溶性糖的最高產(chǎn)量和推薦施肥參數(shù)分別為：(147.90 Kg/hm2；675.96Kg/hm2N、3

24、26.49Kg/hm2P2O5、462.90 Kg/hm2K2O)、(13.55Kg/hm2；720.93Kg/hm2N、225.11Kg/hm2P2O5、323.63 Kg/hm2K2O)、(1816.83Kg/hm2；718.46Kg/hm2N、220.11Kg/hm2P2O5、305.23 Kg/hm2K2O)、(1042.65Kg/hm2；666.54Kg/hm2N、204.41Kg/hm2P2O5、243.18 Kg/hm2K

25、2O)。本實(shí)驗(yàn)可為四川地區(qū)大力發(fā)展的桑樹綜合開發(fā)及建立特定目標(biāo)產(chǎn)物的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)桑園提供理論參考和指導(dǎo)。
　　 6.四川丘陵地區(qū)桑樹平衡施肥數(shù)學(xué)模型的建立
　　 施肥模型是施肥技術(shù)的核心內(nèi)容之一，其中肥料效應(yīng)函數(shù)模型屬于統(tǒng)計(jì)模型，能揭示多元肥料的相互作用，可以求算出理論上達(dá)到最高和最佳產(chǎn)量的最高和最佳施肥量以及可以評價(jià)肥料間的相互作用?！?414”肥料試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案既吸收了回歸最優(yōu)設(shè)計(jì)處理少、效率高的優(yōu)點(diǎn)，又符合肥料試驗(yàn)和施肥

26、決策的專業(yè)要求。為此，本研究針對四川丘陵蠶桑主產(chǎn)區(qū)桑園養(yǎng)分管理過程中存在的問題，以提高單位面積桑園桑葉產(chǎn)量與生產(chǎn)效益，采用現(xiàn)代肥料二次回歸“3414”設(shè)計(jì)方案，分別以桑葉產(chǎn)量為目標(biāo)函數(shù)，選取對桑樹生長發(fā)育影響較大的肥料元素氮(N)、磷(P)、鉀(K)的施肥水平為調(diào)控因子，模擬桑樹產(chǎn)葉量與N、P、K之間的回歸關(guān)系。結(jié)果表明，氮磷鉀對桑葉產(chǎn)量性狀的貢獻(xiàn)為P>K>N，由此說明磷肥是桑樹生產(chǎn)上需要重點(diǎn)控制的因子，且氮磷鉀雙因子之間均有交互作用，

27、其交互效應(yīng)表現(xiàn)為PK>NP>NK。通過模擬尋優(yōu)，分別得到氮、磷、鉀的三元二次、二元二次、一元二次共3種7類N、P、K肥料效應(yīng)函數(shù)，各類型函數(shù)獲得最佳桑樹產(chǎn)葉量的肥料因素權(quán)重表現(xiàn)為K>PK>P>NPK>NK>N>NP，最佳產(chǎn)投比的肥料因素權(quán)重表現(xiàn)為K>PK>NPK>P>NK>NP>N。其中三元二次肥料效應(yīng)函數(shù)(Y=20313+0.25X1+43.48X2+34.47X3-0.01X12-0.14X22-0.06X32+0.05X1X2+0

28、.02X1X3-0.07X2X3，其中X1、X2、X3分別為N、P、K肥料因子)為全因子模型，可作為桑園的推薦施肥方案。單因素效應(yīng)分析顯示K肥對桑樹產(chǎn)葉量及產(chǎn)投比的影響最大，因而在所有模擬的函數(shù)中K肥因子的一元二次肥料效應(yīng)方程(Y=25002.27+44.728X3-0.084X32)獲得的最佳產(chǎn)量和產(chǎn)投比最高，用(N600 kg/hm2、P2O5210 kg/hm2、K2O254.33kg/hm2)的最佳施肥方案，獲得的桑樹的最佳經(jīng)濟(jì)