氮磷鉀硼缺乏對(duì)稻茬油菜生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收的影響

冀保毅， 潘鵬亮， 肖榮英， 衛(wèi)云飛， 王 娟

(1.信陽(yáng)農(nóng)林學(xué)院/豫南植物有害生物綠色防控院士工作站，河南信陽(yáng) 464000； 2.湖北生物科技職業(yè)學(xué)院，湖北武漢 430070)

油菜是我國(guó)主要的油料作物之一[1]。豫南稻茬油菜產(chǎn)區(qū)屬于亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡區(qū)，光、熱、水等資源充足，處于長(zhǎng)江流域冬油菜主產(chǎn)區(qū)內(nèi)。稻茬油菜生產(chǎn)在減少冬季“白茬田”面積、提高農(nóng)民收入、保障食用油供應(yīng)安全等方面具有重要作用。但是豫南稻茬油菜產(chǎn)量一直處于較低水平，施肥技術(shù)落后是主要原因，嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)氐静缬筒水a(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。前人研究結(jié)果表明，油菜生育期長(zhǎng)，需肥量相對(duì)較高，冬季直播油菜對(duì)氮磷鉀養(yǎng)分的需求量分別達(dá)到217.6、39.9、219.8 kg/hm2[2]。油菜對(duì)氮素的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)土壤供應(yīng)能力，必須通過(guò)施肥進(jìn)行補(bǔ)充。氮肥用量不足會(huì)抑制油菜生長(zhǎng)發(fā)育，用量過(guò)多則會(huì)帶來(lái)利用率低下和環(huán)境污染等問(wèn)題[3]。油菜對(duì)土壤中磷素敏感，缺磷會(huì)抑制油菜生長(zhǎng)，但是油菜對(duì)當(dāng)季施用的磷肥利用量較少，長(zhǎng)期過(guò)量施用磷肥還會(huì)對(duì)油菜生長(zhǎng)帶來(lái)不利影響[4]。鉀能促進(jìn)作物光合作用，維持植物細(xì)胞滲透壓[5]，施用鉀肥是當(dāng)前油菜高產(chǎn)栽培的重要措施之一。油菜生長(zhǎng)過(guò)程中需硼量高且對(duì)缺硼敏感，我國(guó)油菜產(chǎn)區(qū)土壤缺硼現(xiàn)象突出，常有油菜“花而不實(shí)”現(xiàn)象發(fā)生。前人研究表明，氮磷鉀硼合理組配施用能夠促進(jìn)油菜生長(zhǎng)，提高油菜產(chǎn)量[6-7]。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)曾開(kāi)展大量的研究，并根據(jù)湖北省土壤狀況提出油菜的合理施肥方案[8-10]。上述研究的地域范圍有限，不能滿(mǎn)足當(dāng)前豫南稻茬油菜施肥技術(shù)需求。本研究設(shè)置肥料配比試驗(yàn)，在豫南稻茬油菜主產(chǎn)區(qū)開(kāi)展大田試驗(yàn)，以期為稻茬油菜生產(chǎn)合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)田概況

試驗(yàn)于2014—2015年，在河南省信陽(yáng)市潢川縣九里鎮(zhèn)試驗(yàn)地進(jìn)行，質(zhì)地為重壤土，前茬為水稻，水稻收獲后犁田，碎土整地，開(kāi)廂，開(kāi)行移栽。移栽前測(cè)定耕層土壤養(yǎng)分，養(yǎng)分含量分別為有機(jī)質(zhì)含量16.22 g/kg，堿解氮含量87.5 mg/kg，全氮含量0.61 g/kg，速效磷含量8.55 mg/kg，速效鉀含量 102.32 mg/kg，有效硼含量0.23 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)實(shí)施

本試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，分別為氮磷鉀硼(NPKB)、缺N(PKB)、缺P(pán)(NKB)、缺K(NPB)、缺B(NPK)。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積60 m2，3次重復(fù)。施純氮180 kg/hm2，磷、鉀、硼肥分別為90、120、15 kg/hm2。試驗(yàn)用氮肥為尿素(純N含量46%)，磷肥為鈣鎂磷肥(P2O5含量18%)，鉀肥為氯化鉀(K2O含量60%)，硼肥為硼砂(硼含量11.3%)。氮肥的60%，鉀肥的62.5%和磷硼肥作基肥，充分混勻后施于移栽行中，肥土拌勻后栽苗。剩余的氮肥和鉀肥作追肥，結(jié)合松土施入。第1次追肥在越冬期，施入氮肥20%，鉀肥16.7%；第2次追肥在抽薹前期，施入氮肥20%，鉀肥16.7%。為保證肥效，每次追肥后均在追肥位置澆水。供試油菜品種為華雜6號(hào)、中油821。9月15日播種育苗，10月25日移栽，苗齡 40 d，小區(qū)行長(zhǎng) 10 m，行距0.5 m，株距0.22 m，密度9萬(wàn)株/hm2，小區(qū)間走道寬1 m，重復(fù)間溝寬0.4 m，四周設(shè)有保護(hù)行。全生育期中耕培土2次，防蟲(chóng)1次，5月14日成熟收獲，全生育期226 d。收獲時(shí)各小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn)，曬干后折合單產(chǎn)。

1.3 取樣分析

試驗(yàn)布置前用“S”形5點(diǎn)取樣法取0～20 cm耕層土壤，風(fēng)干后磨碎過(guò)20、60目土篩，測(cè)定基礎(chǔ)肥力。pH值采用電位法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定；堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；全氮含量采用加混合加速劑消煮，定容過(guò)濾后，由流動(dòng)注射分析儀測(cè)定；速效磷含量采用 0.5 mol/L 碳酸氫鈉法測(cè)定；速效鉀含量采用1 mol/L中性醋酸銨-火焰光度計(jì)法測(cè)定；有效硼含量采用沸水浸提-姜黃素比色法測(cè)定。

采用美國(guó)產(chǎn)CCM-200型葉綠素計(jì)讀取的葉片SPAD值，國(guó)產(chǎn)Yaxin-1102光合蒸騰作用測(cè)定系統(tǒng)在9：00—11：00測(cè)定光合參數(shù)，空氣溫度為(36.9±1.9)℃，空氣二氧化碳濃度為(445.5±3.2)μmol/mol，光照度設(shè)定為 1 000 μmol/(m2·s)。籽粒產(chǎn)量以各小區(qū)實(shí)收計(jì)量，角殼及莖稈產(chǎn)量由取樣植株角殼、莖稈與籽粒的比例計(jì)算得出。收獲時(shí)，對(duì)試驗(yàn)所有小區(qū)均取樣，每個(gè)處理的所有小區(qū)均取中間2行中部10株，地上部各部分烘干粉碎后測(cè)定N、P、K含量。養(yǎng)分吸收量(kg/hm2)=籽粒產(chǎn)量×籽粒養(yǎng)分含量+莖稈產(chǎn)量×莖稈養(yǎng)分含量+角殼產(chǎn)量×角殼養(yǎng)分含量。農(nóng)田養(yǎng)分平衡狀況=各處理的養(yǎng)分投入-養(yǎng)分支出。農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)=(NPKB區(qū)產(chǎn)量-缺素區(qū)產(chǎn)量)/施用量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性分析，置信水平為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物量積累與產(chǎn)量

從表1可以看出，氮磷鉀硼缺乏明顯降低油菜的籽粒產(chǎn)量，其中缺氮影響最大，缺硼其次，缺磷、鉀影響最小。氮、磷、鉀、硼缺乏時(shí)油菜籽粒產(chǎn)量的下降幅度分別為50.0%、7.2%、14.3%、16.7%。氮磷鉀硼缺乏均可顯著降低油菜莖稈和角殼產(chǎn)量，其中以缺氮降幅最大，缺硼次之，缺磷的降幅最小，缺氮、磷、鉀、硼時(shí)油菜莖稈和角殼產(chǎn)量分別降低44.1%、13.7%、17.6%、22.5%。磷鉀硼缺乏對(duì)油菜收獲指數(shù)的影響不顯著。氮、磷、鉀、硼肥料的農(nóng)學(xué)利用率分別為1.75、0.50、0.75、7.00 kg/kg。

表1 氮磷鉀硼缺乏對(duì)油菜生物量積累與產(chǎn)量的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

2.2 株高和產(chǎn)量性狀

從表2可以看出，氮鉀硼缺乏顯著降低油菜的株高，其中缺氮影響最大，硼鉀影響其次，氮、鉀、硼缺乏時(shí)油菜株高的下降幅度分別為15.1%、6.2%、5.4%，缺磷對(duì)油菜株高的影響不顯著。氮鉀硼缺乏使油菜一級(jí)分枝數(shù)量降幅達(dá)20%，而缺磷對(duì)油菜一級(jí)分枝數(shù)量影響不顯著。氮鉀硼缺乏降低油菜的單株角果數(shù)，其中缺氮影響最大，硼、鉀影響其次，磷影響最小。氮、磷、鉀、硼缺乏時(shí)油菜單株角果數(shù)的下降幅度分別為42.8%、10.3%、19.7%、22.3%。氮鉀硼缺乏對(duì)油菜每角粒數(shù)和千粒質(zhì)量的影響不顯著。

表2 氮磷鉀硼缺乏對(duì)油菜株高和產(chǎn)量性狀的影響

2.3 光合特性

從表3可以看出，與配方施肥比較，氮素缺乏時(shí)油菜功能葉片的SPAD值下降26.1%，凈光合速率下降42.8%，氣孔導(dǎo)度下降28.3%，蒸騰速率和細(xì)胞間隙二氧化碳濃度變化不顯著。磷缺乏時(shí)油菜葉片的SPAD值升高4.4%，凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和細(xì)胞間隙二氧化碳濃度變化不顯著。鉀缺乏時(shí)油菜葉片SPAD值下降21.5%，凈光合速率下降39.0%，氣孔導(dǎo)度下降26.1%，蒸騰速率和細(xì)胞間隙二氧化碳濃度變化不顯著。硼缺乏時(shí)油菜葉片SPAD值下降 11.7%，凈光合速率下降22.3%，氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和細(xì)胞間隙二氧化碳濃度變化不顯著。

表3 氮磷鉀硼缺乏對(duì)油菜光合特性的影響

2.4 油菜不同部位養(yǎng)分含量

從表4可以看出，與配方施肥比較，氮缺乏時(shí)油菜籽粒中氮、磷、鉀含量分別下降23.7%、7.2%、24.4%；莖稈中氮、磷、鉀含量分別下降36.5%、15.8%、32.5%；角殼中氮、磷、鉀含量分別下降37.2%、28.8%、28.9%。磷缺乏時(shí)油菜籽粒中氮、鉀含量分別下降9.5%、26.3%；莖稈中氮、磷、鉀含量分別下降45.9%、10.5%、26.3%；角殼中氮含量下降19.5%。鉀缺乏時(shí)油菜籽粒中氮、磷、鉀含量分別下降17.0%、20.6%、25.6%；莖稈中氮、磷、鉀含量分別下降20.0%、31.6%、33.2%；角殼中氮、磷含量分別下降22.2%、55.8%。硼缺乏時(shí)油菜籽粒中氮、鉀含量分別下降23.7%、25.6%；莖稈中氮、磷、鉀含量分別下降24.7%、10.5%、23.0%；角殼中氮、磷、鉀含量分別下降35.2%、38.5%、25.9%。

表4 氮磷鉀硼缺乏對(duì)油菜不同部位養(yǎng)分含量的影響

2.5 農(nóng)田養(yǎng)分平衡狀況

由表5可以推算，推薦施肥處理農(nóng)田氮、磷養(yǎng)分平衡為正值，分別達(dá)67.07、64.31 kg/hm2，而農(nóng)田鉀養(yǎng)分平衡為負(fù)值，為61.62 kg/hm2。缺氮處理農(nóng)田磷、鉀養(yǎng)分平衡為正值，分別達(dá)71.28、0.84 kg/hm2，而農(nóng)田氮養(yǎng)分平衡為負(fù)值，為 67.19 kg/hm2。缺磷處理農(nóng)田氮養(yǎng)分平衡為正值，為 88.01 kg/hm2，而農(nóng)田磷、鉀養(yǎng)分平衡為負(fù)值，分別達(dá)25.01、19.67 kg/hm2。缺鉀處理農(nóng)田氮、磷養(yǎng)分平衡為正值，分別達(dá)108.79、77.46 kg/hm2，而農(nóng)田鉀養(yǎng)分平衡為負(fù)值，為 124.60 kg/hm2(表5)。

表5 氮磷鉀硼缺乏對(duì)農(nóng)田養(yǎng)分平衡狀況的影響

3 討論與結(jié)論

缺氮對(duì)稻茬油菜的影響。缺氮顯著降低油菜葉片的SPAD值和凈光合速率，使油菜不同器官生物量及其養(yǎng)分含量顯著降低。氮能維持油菜葉片葉綠素含量、提高光合速率和延長(zhǎng)葉片功能期，在適宜范圍內(nèi)作物的凈光合速率與施氮量呈正相關(guān)關(guān)系[11]，缺氮時(shí)油菜生長(zhǎng)緩慢、光合效率低[12]，影響作物各器官的養(yǎng)分積累[13]。本研究表明，缺氮條件下油菜SPAD值下降26.1%，光合速率下降42.8%，株高和角果數(shù)分別降低15.1%、42.8%，籽粒產(chǎn)量下降50.0%，籽粒中氮、磷、鉀含量分別下降23.7%、7.2%、24.4%。稻田土壤長(zhǎng)期處于淹水狀態(tài)，表層土壤和水面處于氧化狀態(tài)，中下層土壤均處于還原狀態(tài)，從而加劇農(nóng)田中銨態(tài)氮肥的氣態(tài)損失[14]。同時(shí)，稻田土壤在氧化和還原狀態(tài)均能進(jìn)行反硝化過(guò)程，4周內(nèi)硝態(tài)氮肥的氣態(tài)損失量可達(dá)60%～80%[15]。因此對(duì)稻茬油菜施用氮肥效果相對(duì)較好，本試驗(yàn)中氮肥的農(nóng)學(xué)利用效率達(dá)1.75 kg/kg。

缺磷對(duì)稻茬油菜的影響。缺磷對(duì)稻茬油菜葉片光合作用、生物量積累和養(yǎng)分分配均有影響。磷是植物生命活動(dòng)所需的重要元素之一[16]，缺磷會(huì)導(dǎo)致作物生長(zhǎng)受阻，產(chǎn)量下降，促進(jìn)植物根長(zhǎng)和根表面積的增加，提高其利用土壤磷素的能力[17-18]。磷素供應(yīng)過(guò)多同樣不利于作物各器官生物量的積累[19]。作物對(duì)當(dāng)季施用的磷肥利用率較低，長(zhǎng)期過(guò)量施用磷肥還可能出現(xiàn)磷素流失現(xiàn)象[20-21]。本研究中，缺磷條件下油菜葉片的SPAD值升高，光合速率等相關(guān)參數(shù)卻顯著下降，而油菜籽粒產(chǎn)量卻沒(méi)受到缺磷影響，而磷肥的農(nóng)學(xué)利用效率僅為0.5 kg/kg，表明在氮磷鉀硼4要素中油菜對(duì)磷的需要程度相對(duì)最低，磷肥施用效果相對(duì)較差。

缺鉀對(duì)稻茬油菜的影響。鉀能維持作物細(xì)胞的正常代謝，促進(jìn)作物光合作用，提高作物抗逆性，是作物生長(zhǎng)必需的礦物質(zhì)元素之一。鉀能夠維持植物細(xì)胞滲透壓[5]，保障酶活性，調(diào)節(jié)氣孔開(kāi)閉[22]，促進(jìn)光合作用[23]。缺鉀導(dǎo)致葉片光合速率下降，會(huì)造成作物減產(chǎn)[24]。本研究中，缺鉀處理油菜葉片的光合速率下降39.0%，氣孔導(dǎo)度下降26.1%，SPAD值下降 21.5%，而細(xì)胞間隙二氧化碳濃度變化不顯著，可能是因?yàn)橛筒巳扁洉r(shí)光合速率下降僅與氣孔開(kāi)閉發(fā)生變化有關(guān)。雖然鉀與作物合成的碳水化合物在韌皮部運(yùn)輸相關(guān)，鉀可以促進(jìn)光合產(chǎn)物向籽粒和塊根等器官中轉(zhuǎn)移，但在本研究中鉀并沒(méi)有影響到不同器官間養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移，其機(jī)制還有待進(jìn)一步探索。

缺硼對(duì)稻茬油菜的影響。缺硼降低葉片的光合速率和氣孔傳導(dǎo)率[25]，會(huì)造成油菜“花而不實(shí)”現(xiàn)象發(fā)生，抑制油菜根系生長(zhǎng)[26]。本研究中，缺硼處理油菜葉片的凈光合速率下降22.3%，SPAD值下降11.7%，而氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、細(xì)胞間隙二氧化碳濃度變化不顯著，缺硼對(duì)作物光合的影響需要進(jìn)一步研究。油菜是需硼較多的作物，土壤中適宜的有效硼含量為0.5～0.9 mg/kg[27]。本試驗(yàn)中土壤有效硼含量為 0.23 mg/kg，遠(yuǎn)低于適宜的硼含量，屬于缺硼土壤，硼肥的農(nóng)學(xué)利用效率高達(dá)7.00 kg/kg。

氮磷鉀硼缺乏均可影響稻茬油菜地上部分生物量，其中以缺氮對(duì)地上部分影響最大，缺硼鉀次之，缺磷的影響最小。氮磷鉀硼4種肥料配合施用油菜籽粒產(chǎn)量相對(duì)較高，NPKB處理平均產(chǎn)量為630.5 kg/hm2，分別比缺N、缺P(pán)、缺K和缺B處理增產(chǎn)315、45、90、105 kg/hm2。氮、磷、鉀、硼肥料的農(nóng)學(xué)利用率分別為1.75、0.50、0.75、7.00 kg/kg。氮肥是稻茬油菜增產(chǎn)的關(guān)鍵，硼肥農(nóng)學(xué)利用率最高，氮磷鉀硼配合施用增產(chǎn)效果顯著。

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