葛永申 張麗佳 楊軍 岳緒國
摘要:為了解不同施氮水平下雙低油菜新品種鎮(zhèn)油8號干物質(zhì)積累分配及生長發(fā)育情況,于2018—2019年在江蘇省句容市設(shè)置150kg/hm2(N150)、225kg/hm2(N225)、300kg/hm2(N300)、375kg/hm2(N375)、450kg/hm2(N450)5個施氮處理。結(jié)果表明,合理施氮能促進鎮(zhèn)油8號的生長發(fā)育,高于375kg/hm2施氮量不利于終花期后單株干物質(zhì)積累,造成投入氮素的浪費?;ê蟾髌鞴俑晌镔|(zhì)積累分配在同時期下與施氮量變化密切相關(guān),高氮投入水平下莖稈和角果殼干物質(zhì)分配率的提高是制約籽粒產(chǎn)量進一步提高的重要因素?;ê蟾晌镔|(zhì)對籽粒轉(zhuǎn)移量是影響籽粒產(chǎn)量形成的主要因素,對籽粒貢獻率高達50%以上。施氮300~375kg/hm2有利于鎮(zhèn)油8號主要產(chǎn)量構(gòu)成因子的形成和發(fā)育,可最大程度地運轉(zhuǎn)花后干物質(zhì),促進油菜籽粒產(chǎn)量的形成,從而獲得較高的收獲指數(shù)及產(chǎn)量。
關(guān)鍵詞:油菜;施氮量;干物質(zhì);生長發(fā)育
中圖分類號:S634.306文獻標(biāo)志碼:A
文章編號:1002-1302(2020)22-0090-05
作者簡介:葛永申(1991—),男,江蘇寶應(yīng)人,碩士,研究實習(xí)員,主要從事油菜遺傳育種與高產(chǎn)栽培技術(shù)研究。E-mail:1157985072@qq.com。
通信作者:岳緒國,副研究員,主要從事油菜遺傳育種與栽培推廣研究。E-mail:13815163085@163.com。
油菜是需氮量很高的作物,油菜生長發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)均與施氮量密切相關(guān)[1-3]。合理充足的施氮量可有效提高植株氮的積累量,增加植株干物質(zhì)累積量和籽粒產(chǎn)量[4],但過量施氮會抑制作物生長發(fā)育并對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生威脅[5-6]。干物質(zhì)積累總量和花后干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運量是油菜產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ),而施氮量高低是干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運的重要影響因素[7-10]。油菜前期氮素供應(yīng)不足,會導(dǎo)致花前干物質(zhì)積累量過低,影響后期角果形成;氮素供應(yīng)過剩,會導(dǎo)致植株營養(yǎng)生長過旺,影響花后干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運,降低氮肥利用率,造成產(chǎn)量損失[11-12]。
江蘇省一直是我國重要的冬油菜主產(chǎn)區(qū),近年來隨著勞動力及農(nóng)資成本的大幅攀升,油菜生產(chǎn)效益逐年走低,油菜種植面積大幅縮水。油菜生產(chǎn)中的肥料投入占農(nóng)資成本一半以上,施肥措施到位與否直接影響油菜籽產(chǎn)量和收入。然而,由于農(nóng)民在種植過程中缺乏對油菜新品種特性的了解,不合理施肥現(xiàn)象依然普遍。因此,明確油菜新品種產(chǎn)量形成和干物質(zhì)積累分配規(guī)律,降低生產(chǎn)成本,充分發(fā)揮生物學(xué)潛力對油菜增產(chǎn)增效是十分有必要的。
鎮(zhèn)油8號是目前正在江蘇地區(qū)推廣種植的油菜新品種,2018年通過國家非主要農(nóng)作物登記,具有機械化適應(yīng)性強、[JP+1]綜合抗病性好、優(yōu)質(zhì)雙低等優(yōu)點。本試驗以鎮(zhèn)油8號為材料,研究不同施氮量對單株干物質(zhì)積累量、花后各器官干物質(zhì)積累分配、花前花后干物質(zhì)對籽粒貢獻及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響,進一步探討雙低優(yōu)質(zhì)油菜新品種不同施氮水平下的干物質(zhì)積累分配和產(chǎn)量變化規(guī)律,為氮高效油菜新品種選育及雙低優(yōu)質(zhì)油菜高產(chǎn)栽培提供科學(xué)依據(jù)。
1材料與方法
1.1試驗概況
試驗材料為鎮(zhèn)油8號,由江蘇丘陵地區(qū)鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育提供。本試驗于2018—2019年在江蘇省句容市鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新中心(31°58′N,119°17′E)進行,前茬為空閑田,土壤質(zhì)地為板漿白土,pH值為7.1,有機質(zhì)含量為17.8g/kg、全氮含量為1.1g/kg、堿解氮含量為84.6mg/kg、速效磷含量為35.7mg/kg、速效鉀含量為71.4mg/kg。
1.2試驗設(shè)計
施氮量設(shè)5個處理,分別為150、225、300、375、450kg/hm2(以N150、N225、N300、N375、N450表示),所用肥料品種為尿素(N含量為46%)。氮肥運籌為基肥∶苗肥∶薹肥=5∶3∶2,分3次人工撒施。每小區(qū)面積為13.32m2(寬為3.33m、長為4.00m),每個施氮處理3次重復(fù),隨機區(qū)組排列,共15個小區(qū)。整地后將過磷酸鈣(折合P2O572kg/hm2)、氯化鉀(折合K2O72kg/hm2)、硼砂(7.5kg/hm2)在移栽前作基肥一次性施入。
采用育苗移栽方式,行距為40cm,密度為11.25萬株/hm2,2018年9月20日育苗,10月28日移栽,翌年5月24日統(tǒng)一收獲測產(chǎn)。油菜生育期內(nèi)田間管理按當(dāng)?shù)爻R?guī)方法進行。
1.3測定項目及方法
1.3.1相關(guān)指標(biāo)測定
干物質(zhì)質(zhì)量測定:于苗期(2018-12-13)、薹期(2019-03-04)、初花期(2019-03-18)、終花期(2019-04-18)、成熟期(2019-05-10)分別采集樣品,各小區(qū)取有代表性的連續(xù)5株植株,去除地下部根系,將地上部不同器官分別在105℃下殺青30min后于80℃下烘干至恒質(zhì)量,冷卻后取出,迅速測定各器官干物質(zhì)質(zhì)量。
農(nóng)藝性狀于成熟期每小區(qū)隨機選取非邊行5株植株,按照油菜考種標(biāo)準(zhǔn)進行考種。測定指標(biāo)包括株高、一次分枝數(shù)、二次分枝數(shù)、有效角果數(shù)、每角粒數(shù)、千粒質(zhì)量、單株粒質(zhì)量等,以小區(qū)實收計產(chǎn)。
1.3.2相關(guān)指標(biāo)計算花后各器官干物質(zhì)分配率、花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移效率、對籽粒貢獻率和花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量、對籽粒貢獻率根據(jù)以下公式計算[10,13]:
干物質(zhì)分配率=植株器官干物質(zhì)質(zhì)量/植株干物質(zhì)總質(zhì)量×100%;
花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量(g)=開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)量-成熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì)量;
花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率=花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)量×100%;
花前干物質(zhì)對籽粒的貢獻率=花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/成熟期籽粒干物質(zhì)量×100%;
花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量(g)=成熟期籽粒干物質(zhì)量-花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量;
花后干物質(zhì)對籽粒的貢獻率=花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/成熟期籽粒干物質(zhì)量×100%;
收獲指數(shù)指成熟期油菜單株籽粒產(chǎn)量與植株地上干物質(zhì)累積總量之比。計算公式如下:收獲指數(shù)=單株籽粒產(chǎn)量/植株地上干物質(zhì)總積累量。
1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計
采用Excel2013和SPSS22.0軟件進行相關(guān)試驗數(shù)據(jù)錄入處理與統(tǒng)計分析。
2結(jié)果與分析
2.1施氮量對鎮(zhèn)油8號單株干物質(zhì)積累的影響
由圖1可知,施氮能促進鎮(zhèn)油8號的生長發(fā)育,各施氮處理單株總干物質(zhì)質(zhì)量隨生育進程不斷增加,至成熟期達最大值,說明施氮量不能改變油菜單株干物質(zhì)不斷積累的總體態(tài)勢。
苗期至初花期,施氮量的增加能不斷提高各時期單株總干物質(zhì)質(zhì)量;低于等于300kg/hm2施氮水平時,單株總干物質(zhì)質(zhì)量隨施氮量提高增加顯著;高于300kg/hm2施氮水平時,增加不顯著。終花期至成熟期,各時期單株總干物質(zhì)質(zhì)量隨施氮量提高呈先升后降趨勢,施氮水平為375kg/hm2處理下最高;低于375kg/hm2施氮水平時,單株總干物質(zhì)質(zhì)量隨施氮量提高增加顯著;375kg/hm2與450kg/hm2施氮水平間差異不顯著。結(jié)果表明,高于375kg/hm2施氮量雖對鎮(zhèn)油8號苗期、薹期以及初花期植株的生長發(fā)育有一定的促進作用,卻不能進一步促進終花期和成熟期植株的生長發(fā)育,造成投入氮素的浪費。
2.2施氮量對鎮(zhèn)油8號花后各器官干物質(zhì)積累分配的影響
由表1可知,各施氮處理下,鎮(zhèn)油8號葉干物質(zhì)積累量及分配率整體隨生育進程不斷下降,莖稈干物質(zhì)積累量及分配率先升后降,角果干物質(zhì)積累量和分配率不斷上升,說明施氮量不能改變油菜花前營養(yǎng)器官積累的養(yǎng)分在花后逐漸向生殖器官轉(zhuǎn)運的總體態(tài)勢。
初花期,葉和角果(花)干物質(zhì)積累量及分配率隨施氮量增加總體呈增加趨勢;高于300kg/hm2施氮水平時,干物質(zhì)積累量增加不顯著。莖稈干物質(zhì)積累量隨施氮水平增加先增后降,施氮水平為375kg/hm2處理下干物質(zhì)積累量最大;分配率總體呈下降趨勢。說明初花期莖稈在高氮投入水平下對氮素吸收利用能力不如葉和角果。
終花期,地上部各器官干物質(zhì)積累量隨施氮量增加呈先增后降趨勢,與終花期單株總干物質(zhì)質(zhì)量變化趨勢一致;施氮水平為375kg/hm2處理下達到峰值,葉、莖稈和角果干物質(zhì)積累量分別為13.88、63.98、48.22g,比低氮水平(N150和N225)處理增加顯著。終花期葉干物質(zhì)分配率隨施氮量的增加總體呈增加趨勢,但相比初花期各施氮水平下葉干物質(zhì)分配率下降明顯;莖稈干物質(zhì)分配率隨施氮量的增加總體呈先降后升的趨勢,與初花期相比有所提高;角果干物質(zhì)分配率隨施氮量增加呈先增后降的趨勢,與初花期相比提高明顯。說明花前期葉積累的干物質(zhì)主要促進了終花期角果的生長發(fā)育。
成熟期地上部器官主要是莖稈和角果,角果由籽粒和角果殼組成,各器官干物質(zhì)積累量隨施氮量的增加先增加后緩慢下降,與成熟期單株總干物質(zhì)質(zhì)量變化趨勢一致。莖稈、籽粒和角果殼在N150處理下干物質(zhì)積累量最低,N375處理下最高;高氮水平(N375和N450處理)較低氮水平(N150和N225處理)增加明顯。莖稈干物質(zhì)分配率隨施氮量的增加先降后升,與角果干物質(zhì)分配率相反;高于300kg/hm2施氮水平時,角果殼干物質(zhì)分配率隨施氮量的增加不斷提高,籽粒干物質(zhì)分配率卻不斷下降。說明高氮投入水平下莖稈和角果殼干物質(zhì)分配率的提高是制約籽粒產(chǎn)量進一步提高的重要影響因素。
2.3施氮量對鎮(zhèn)油8號收獲指數(shù)及花前花后干物質(zhì)貢獻的影響
收獲指數(shù)反映了作物群體光合同化物轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟產(chǎn)品的能力,是作物源庫關(guān)系的重要指標(biāo)[14]。由表2可知,鎮(zhèn)油8號在各施氮水平下收獲指數(shù)為0.27~0.30,各處理間差異不顯著;隨著施氮量的增加呈先升后降趨勢,N300處理下最大,說明更多的氮肥投入不能顯著提高收獲指數(shù)。
花前干物質(zhì)主要指營養(yǎng)器官(葉和莖稈)干物質(zhì),其中花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量隨施氮量呈提高總體呈先升后降趨勢;花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率及對籽粒貢獻率與轉(zhuǎn)移量變化趨勢一致,其中N225處理時值最大,說明施氮225kg/hm2左右時可以最大程度地運轉(zhuǎn)花前干物質(zhì),促進油菜籽粒產(chǎn)量的形成。
花后干物質(zhì)包括營養(yǎng)器官和生殖器官,其中花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量隨著施氮水平的增高總體呈波動變化趨勢,高氮水平(N375和N450處理)較低氮水平(N150和N225處理)增加顯著;花后干物質(zhì)對籽粒貢獻率與轉(zhuǎn)移量變化趨勢一致,均在N375處理時值最大?;ê蟾晌镔|(zhì)轉(zhuǎn)移量及對籽粒貢獻率在各施氮處理下明顯高于花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量及對籽粒貢獻率,其中花后干物質(zhì)對籽粒貢獻率達50%以上。結(jié)果表明,最終籽粒產(chǎn)量的形成主要受花后干物質(zhì)對籽粒轉(zhuǎn)移量的影響,施氮375kg/hm2左右時可以最大程度地運轉(zhuǎn)花后干物質(zhì),促進油菜籽粒產(chǎn)量的形成。
2.4施氮量對鎮(zhèn)油8號成熟期主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響
由表3可知,鎮(zhèn)油8號株高隨施氮量的增加呈波動上升趨勢;一次分枝數(shù)、二次分枝數(shù)、有效角果數(shù)、每角粒數(shù)、千粒質(zhì)量、單株粒質(zhì)量及產(chǎn)量隨施氮量的增加呈先升后降變化趨勢。在N300處理時,株高、二次分枝數(shù)、有效角果數(shù)達最大值,各處理差異不顯著;N375處理時,一次分枝數(shù)、千粒質(zhì)量、單株粒質(zhì)量及產(chǎn)量達最大值;高氮水平(N375和N450處理)下千粒質(zhì)量、單株粒質(zhì)量及產(chǎn)量較低氮水平(N150和N225處理)增加顯著。有效角果數(shù)、每角粒數(shù)和千粒質(zhì)量是構(gòu)成油菜產(chǎn)量的主要因子,施氮300~375kg/hm2有利于鎮(zhèn)油8號主要產(chǎn)量構(gòu)成因子的形成和發(fā)育,獲得較高產(chǎn)量水平。
3結(jié)論與討論
油菜生長發(fā)育中干物質(zhì)的積累轉(zhuǎn)運是氮素營養(yǎng)積累和轉(zhuǎn)運變化的直觀表現(xiàn),是油菜產(chǎn)量形成的重要物質(zhì)基礎(chǔ),其主要與品種[15-16]、種植密度[17-18]及施氮量[19]相關(guān)。在各施氮水平下,優(yōu)質(zhì)雙低油菜新品種鎮(zhèn)油8號單株總干物質(zhì)質(zhì)量隨生育進程不斷增加,成熟期達最大值,與前人研究結(jié)果[7,20]一致,但也有研究結(jié)果表明,油菜干物質(zhì)積累總量在成熟期略有下降[15,21],可能與試驗品種特性相關(guān)。施氮量高于375kg/hm2時,鎮(zhèn)油8號單株總干物質(zhì)質(zhì)量在終花期和成熟期呈下降趨勢,高施氮量投入不能有效提高干物質(zhì)積累總量,與李志玉等研究結(jié)果[22]一致。
油菜開花是營養(yǎng)生長向生殖生長的轉(zhuǎn)變過程,花后各器官中干物質(zhì)積累及分配率也隨之發(fā)生顯著變化[23-24]。在各施氮處理下,鎮(zhèn)油8號花后葉干物質(zhì)積累量及分配率隨生育進程不斷下降,角果干物質(zhì)積累量及分配率不斷增加,莖稈干物質(zhì)積累量及分配率先升后降,與湯亮等的研究結(jié)果[25]一致。就花后各器官干物質(zhì)積累量及分配率與施氮量響應(yīng)而言,本研究中鎮(zhèn)油8號初花期莖稈在高氮投入水平下對氮素吸收利用能力不如葉和角果,花前期葉積累的干物質(zhì)主要促進終花期角果的生長發(fā)育。此外,在氮高效育種過程中,可通過降低成熟期莖稈及角果殼干物質(zhì)分配率來提高高氮水平下的籽粒干物質(zhì)積累。
油菜花前、花后干物質(zhì)貢獻量均會影響籽粒產(chǎn)量的形成,其中以花后干物質(zhì)貢獻量的影響較大[10],本研究結(jié)果與之一致。本研究中花后干物質(zhì)對籽粒貢獻率達50%以上,遠高于花前干物質(zhì)對籽粒貢獻率。已有研究表明,葉片所積累的干物質(zhì)首先傳到莖稈,再由莖稈傳送到角果,而角果皮光合產(chǎn)物是后期油菜干物質(zhì)積累的主要來源[26]。因此,花前干物質(zhì)部分傳送到角果中,是造成花前干物質(zhì)對籽粒貢獻率低于花后干物質(zhì)的原因。
施氮可增加植株干物質(zhì)累積,有利于增加分枝數(shù)和總角果數(shù)從而提高籽粒產(chǎn)量[4]。與本研究施氮處理結(jié)果相同。不同施氮水平下,鎮(zhèn)油8號主要產(chǎn)量構(gòu)成因子及產(chǎn)量水平隨施氮量的增加呈先升后降趨勢,與前人研究結(jié)果[7,22]一致。本研究結(jié)果表明,在試驗區(qū)同等土壤肥力條件下,鎮(zhèn)油8號移栽措施下適宜氮肥管理為施氮量300~375kg/hm2,在避免氮素營養(yǎng)流失的同時,還能有利產(chǎn)量因子形成,獲得較高的收獲指數(shù)及產(chǎn)量水平,提高油菜種植效益。
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