曾 濤, 魏 盛, 付敬鋒, 魏鵬程, 陳 杜, 鄭迎霞, 李 蕾, 韋海龍, 張 軍, 宋 碧
(1.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院,貴州貴陽(yáng) 550025; 2.黔南州農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,貴州都勻 558000)
薏苡(Coixlachryma-jobiL.)是我國(guó)古老的藥糧兼用作物,具有極高的藥用價(jià)值和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[1-3]。貴州是我國(guó)薏苡主產(chǎn)區(qū),近5年種植面積及產(chǎn)量均位居全國(guó)第一,種植面積達(dá)6.67萬(wàn)hm2,年產(chǎn)量30萬(wàn)t,占全國(guó)2/3左右[4]。氮(N)、磷(P)、鉀(K)是作物生長(zhǎng)發(fā)育必需的三大營(yíng)養(yǎng)元素,其吸收利用率直接影響作物生長(zhǎng)發(fā)育,作物在不同生育階段對(duì)各營(yíng)養(yǎng)元素的需求量不同,因此研究薏苡生長(zhǎng)過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)元素含量的變化動(dòng)態(tài),根據(jù)各生育期的需肥特性進(jìn)行合理施肥對(duì)實(shí)現(xiàn)薏苡高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要作用。目前,關(guān)于薏苡在種質(zhì)資源、化學(xué)成分及藥理等方面的研究多有報(bào)道[5-6]。另外,在不同地區(qū)對(duì)薏苡栽培模式和優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)[7-8]、肥料配比優(yōu)化、光合生理特征等方面也不乏有益的探索和總結(jié)[9-12]。羅光瓊等的研究表明,密度對(duì)薏仁產(chǎn)量有較大影響,氮、磷、鉀3種營(yíng)養(yǎng)元素缺乏或過(guò)量均會(huì)使薏苡產(chǎn)量大幅度降低[7];鄒軍等研究提出密度為13.3萬(wàn)株/hm2,氮肥、磷肥、鉀肥施用量分別為375、405、540 kg/hm2條件下薏苡可獲高產(chǎn)[8];陳光能等的研究表明,當(dāng)施氮量為 225 kg/hm2時(shí),有利于薏苡千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率及群體產(chǎn)量的增加,過(guò)高或過(guò)低均不利于薏苡增產(chǎn)[13];趙楊景等的研究表明,N、P、K營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)薏苡莖葉干質(zhì)量的影響順序?yàn)镹>P>K,而對(duì)根干質(zhì)量的影響則表現(xiàn)為N>K>P,缺少N、P、K 3種營(yíng)養(yǎng)元素中的任何一種,均使植株內(nèi)相應(yīng)的元素含量顯著降低[14]。目前,關(guān)于薏苡干物質(zhì)積累及其養(yǎng)分吸收特性的研究甚少。本研究以3個(gè)薏苡品種為材料,分析其生長(zhǎng)過(guò)程中N、P、K各養(yǎng)分積累、分配以及不同生育時(shí)期養(yǎng)分需求特性,以期為貴州省興仁市及同類地區(qū)不同薏苡品種大田生產(chǎn)中科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。
本試驗(yàn)于2020年4—10月在貴州省興仁市(36°56′N,105°15′E)下山鎮(zhèn)、巴鈴鎮(zhèn)、屯腳鎮(zhèn)、城北街道(8個(gè)試點(diǎn))進(jìn)行,試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為8個(gè)試點(diǎn)的平均值,各試點(diǎn)平均海拔1 200 m,屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,供試土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。
表1 各試點(diǎn)土壤基本理化性質(zhì)
采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),供試品種共3個(gè),分別為貴薏苡1號(hào)、師宗小黑殼和興仁小白殼,各試點(diǎn)3個(gè)品種,每個(gè)品種3次重復(fù),小區(qū)面積60 m2(10 m×6 m),采用等行距種植,種植密度為2.25萬(wàn)穴/hm2,種肥施用復(fù)合肥300 kg/hm2,分蘗期追施尿素 300 kg/hm2,拔節(jié)、孕穗期施用復(fù)合肥600 kg/hm2。2020年4月1日播種,10月6日收貨,其他栽培措施同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。
1.3.1 生物量 薏苡于拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期、成熟期在各試點(diǎn)隨機(jī)選取3穴具有代表性的植株,按各器官(根、莖鞘、葉片、籽粒)分開(kāi)后于 105 ℃ 殺青30 min,80 ℃烘干至恒質(zhì)量后測(cè)定其干物質(zhì)質(zhì)量。樣品粉碎過(guò)篩待測(cè)。
1.3.2 養(yǎng)分含量 全氮、全磷、全鉀含量分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法、火焰光度計(jì)法測(cè)定[15]。
1.3.3 相關(guān)參數(shù)計(jì)算
干物質(zhì)凈積累量(kg/hm2)=某時(shí)期干物質(zhì)積累量-上一時(shí)期干物質(zhì)積累量;
養(yǎng)分強(qiáng)度比=生育期吸收某一養(yǎng)分的總量/該生育期生產(chǎn)的生物學(xué)產(chǎn)量×100%;
養(yǎng)分日吸收力[kg/(d·hm2)]=某生育期養(yǎng)分凈積累量/該生育期天數(shù);
養(yǎng)分干物質(zhì)生產(chǎn)量(kg/kg)=某生育時(shí)期干物質(zhì)積累量/該時(shí)期某養(yǎng)分積累量;
百千克籽粒需肥量(kg)=成熟期某養(yǎng)分積累量/產(chǎn)量×100。
C/N、C/P、C/K是某生育時(shí)期干物質(zhì)中碳(C)積累量與該時(shí)期N、P、K積累量之比。
采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)采用DPS v7.05版數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
2.1 不同薏苡品種各生育時(shí)期干物質(zhì)積累與分配
由表2可知,通過(guò)比較3個(gè)薏苡品種各生育時(shí)期根、莖鞘、葉片、籽粒干物質(zhì)積累量發(fā)現(xiàn),師宗小黑殼各器官干物質(zhì)積累量均顯著高于貴薏苡1號(hào)和興仁小白殼,差異達(dá)顯著水平(P<0.05),但干物質(zhì)分配比例差異大多不顯著。
表2 不同品種薏苡各生育時(shí)期不同器官干物質(zhì)積累與分配
各品種莖鞘、葉片干物質(zhì)積累量和分配比例與生育時(shí)期呈二次曲線關(guān)系,莖鞘積累量均在灌漿期達(dá)到峰值,分別為4 510.8、7 561.9、5 318.4 kg/hm2,莖鞘干物質(zhì)分配比例均在抽穗期達(dá)最大值,分別為70.3%、71.2%、72.3%,三者差異不顯著;葉片干物質(zhì)積累量中,貴薏苡1號(hào)和興仁小白殼在孕穗期達(dá)到最大值,分別為1 296.4、1 248.5 kg/hm2,師宗小黑殼在抽穗期達(dá)最大值,為2 001.0 kg/hm2,顯著高于前2個(gè)品種,3個(gè)品種葉片干物質(zhì)分配比例均在拔節(jié)期達(dá)到最大值,隨著生育進(jìn)程延長(zhǎng)分配比例逐步降低。在籽粒干物質(zhì)積累中,3個(gè)品種均在抽穗期開(kāi)始結(jié)實(shí),成熟期達(dá)到最大值,分別為1 803.0、3 266.8、2 383.9 kg/hm2,三者差異達(dá)到顯著水平。
成熟期3個(gè)品種各器官分配比例一致,即莖鞘>籽粒>葉片>根。師宗小黑殼莖鞘、葉片、籽粒干物質(zhì)積累量都顯著高于貴薏苡1號(hào)和興仁小白殼,且差異達(dá)到顯著水平(P<0.05),興仁小白殼的莖鞘和籽粒干物質(zhì)積累量顯著高于貴薏苡1號(hào),而兩者葉片干物質(zhì)積累量差異不顯著。由圖1可知,在全株干物質(zhì)積累量中,3個(gè)品種積累量與播種后天數(shù)呈顯著二次曲線關(guān)系,拔節(jié)期3個(gè)品種的總干物質(zhì)積累量差異不顯著,孕穗、抽穗、灌漿、成熟期小黑殼總積累量均顯著高于興仁小白殼和貴薏苡1號(hào),其中孕穗期分別高出2 410.8 kg/hm2(56.2%)和 1 831.1 kg/hm2(37.6%),抽穗期分別高出 3 369.8 kg/hm2(49.1%)和4 522.8 kg/hm2(78.1%),灌漿期分別高出3 473.6 kg/hm2(50.2%)和5 297.9 kg/hm2(78.2%),成熟期分別高出3 644.8 kg/hm2(52.6%)和5 339.4 kg/hm2(73.9%)。
由表3可知,3個(gè)品種(貴薏苡1號(hào)、師宗小黑殼和興仁小白殼)的莖鞘N素積累量均在抽穗期達(dá)到最大值,分別為39.72、47.85、47.13 kg/hm2,且貴薏苡1號(hào)顯著低于其他2個(gè)品種,葉片積累量均在孕穗期達(dá)到最大值,分別為32.80、36.43、31.56 kg/hm2,師宗小黑殼顯著高于其他2個(gè)品種。在P素積累中,師宗小黑殼和興仁小白殼莖鞘積累量在抽穗期達(dá)到最大值,分別為15.40、8.31 kg/hm2,貴薏苡1號(hào)在灌漿期達(dá)到最大值,為9.42 kg/hm2,3個(gè)品種葉片積累量均在孕穗期達(dá)到最大值,分別為7.03、4.72、4.62 kg/hm2。在K素積累中,師宗小黑殼莖鞘在抽穗期達(dá)到最大值,為89.01 kg/hm2,葉片在灌漿期達(dá)到最大值,為46.32 kg/hm2,貴薏苡1號(hào)和興仁小白殼莖鞘在灌漿期達(dá)到最大值,分別為97.25、98.55 kg/hm2,葉片在孕穗期達(dá)最大值,分別為26.63、26.78 kg/hm2。各品種籽粒養(yǎng)分積累量均是成熟期達(dá)到最大值,且?guī)熥谛『跉ゐB(yǎng)分積累量均顯著高于其他2個(gè)品種。
表3 不同薏苡品種各生育時(shí)期養(yǎng)分積累量
在全株N、P、K養(yǎng)分積累量中,隨著生育進(jìn)程延長(zhǎng)其養(yǎng)分積累量逐步增加,凈積累量在逐步降低,于成熟期達(dá)到最大值。其中,師宗小黑殼N、P、K養(yǎng)分積累量在生育后期均大于貴薏苡1號(hào)和興仁小白殼,且差異達(dá)顯著水平,在成熟期,興仁小白殼的N、K積累量均顯著高于貴薏苡1號(hào),而P積累量沒(méi)有顯著差異。
2.3 不同薏苡品種各生育時(shí)期養(yǎng)分強(qiáng)度比與吸收力
由表4可知,不同品種干物質(zhì)凈積累量、日積累量及養(yǎng)分凈積累量與播種后天數(shù)呈顯著二次曲線關(guān)系,且3個(gè)品種(貴薏苡1號(hào)、師宗小黑殼、興仁小白殼)均在拔節(jié)期—孕穗期(105 d)達(dá)到最大值,其中各品種干物質(zhì)凈積累量分別為4 133.84、5 721.31、3 714.01 kg/hm2,三者差異達(dá)顯著水平,日積累量分別為125.26、173.37、112.54 kg/hm2,說(shuō)明在該階段薏苡生長(zhǎng)最為迅速。成熟期比較各品種養(yǎng)分凈積累量發(fā)現(xiàn),N素凈積累量最大的是貴薏苡1號(hào)和興仁小白殼,分別為22.36、23.25 kg/hm2,兩者差異不顯著,師宗小黑殼凈積累量最??;P素和K素凈積累量最大的均是師宗小黑殼,分別為5.07、9.36 kg/hm2,而貴薏苡1號(hào)和興仁小白殼差異不顯著。3個(gè)薏苡品種養(yǎng)分凈積累量均在灌漿—成熟期達(dá)到最大值,且均明顯大于其他時(shí)期,師宗小黑殼和興仁小白殼的N素強(qiáng)度比在孕穗—抽穗期為最小值,而貴薏苡1號(hào)在拔節(jié)—孕穗期最??;3個(gè)薏苡品種P素強(qiáng)度比均在拔節(jié)—孕穗期達(dá)到最小值,K素強(qiáng)度比在抽穗—灌漿期達(dá)到最小值。比較灌漿—成熟期發(fā)現(xiàn),興仁小白殼N、P、K養(yǎng)分強(qiáng)度比均最大。通過(guò)養(yǎng)分強(qiáng)度比分析,3個(gè)品種N、P、K營(yíng)養(yǎng)臨界期均在灌漿期,師宗小黑殼和興仁小白殼N素最大效率期在孕穗期,貴薏苡1號(hào)在拔節(jié)期,3個(gè)品種的P素最大效率期均在拔節(jié)期,K素最大效率期均在抽穗期。
表4 不同薏苡品種各生育期養(yǎng)分強(qiáng)度比及養(yǎng)分吸收力
2.4 不同品種薏苡干物質(zhì)生產(chǎn)量及養(yǎng)分需求特征
表5可知,3個(gè)薏苡品種(貴薏苡1號(hào)、師宗小黑殼、興仁小白殼)N素干物質(zhì)生產(chǎn)量在各生育時(shí)期均呈現(xiàn)單峰趨勢(shì),即在拔節(jié)期最小,隨著生育時(shí)期進(jìn)行,于抽穗期達(dá)到最大值,分別為84.29、110.50、83.55 kg/kg,而后又逐漸減小。在P素干物質(zhì)生產(chǎn)量中貴薏苡1號(hào)在孕穗期達(dá)到最大值,為495.16 kg/kg,而師宗小黑殼和興仁小白殼在拔節(jié)期達(dá)到最大值,分別為558.40、455.32 kg/kg,最小值均在成熟期。3個(gè)品種K素干物質(zhì)生產(chǎn)量均在拔節(jié)期最小,其中貴薏苡1號(hào)在抽穗期最大,而師宗小黑殼和興仁小白殼在灌漿期最大。通過(guò)比較成熟期3個(gè)品種各養(yǎng)分干物質(zhì)生產(chǎn)量發(fā)現(xiàn),師宗小黑殼的N、K素干物質(zhì)生產(chǎn)量均顯著大于其他2個(gè)品種,P素干物質(zhì)生產(chǎn)量最大的是興仁小白殼。
表5 不同薏苡品種各生育時(shí)期干物質(zhì)生產(chǎn)量及百千克籽粒需肥量
成熟期比較3個(gè)品種百千克籽粒需肥量發(fā)現(xiàn),需肥量最大的是師宗小黑殼,N、P、K養(yǎng)分吸收量分別為4.04、1.08、4.41 kg,興仁小白殼次之,分別為3.25、0.68、3.72 kg,貴薏苡1號(hào)最小,分別為2.67、0.59、3.06 kg,師宗小黑殼百千克籽粒需肥量顯著高于貴薏苡1號(hào)和興仁小白殼,而貴薏苡1號(hào)和興仁小白殼需P和需K量差異不顯著。
2.5 不同品種薏苡各生育時(shí)期的C/N、C/P、C/K及 C、N、P、K積累的相關(guān)性
在薏苡產(chǎn)量形成過(guò)程中, 光合同化固定的C是其產(chǎn)量形成的基礎(chǔ),也是吸收其他養(yǎng)分的基本構(gòu)架,薏苡生長(zhǎng)過(guò)程固定的C、N、P和K比例合適與否將直接影響植株生長(zhǎng)發(fā)育。由表6可知,3個(gè)薏苡品種C/N在各個(gè)生育時(shí)期變化趨勢(shì)相同,即在拔節(jié)期最小,隨著生育時(shí)期的進(jìn)行,C/N不斷增加,其中,貴薏苡1號(hào)在孕穗期達(dá)到最大值,而師宗小黑殼和興仁小白殼在抽穗期均達(dá)到峰值,而后又逐漸降低。師宗小黑殼和興仁小白殼,C/P變化規(guī)律一致,即在拔節(jié)期最大,隨著生育進(jìn)程的延長(zhǎng)逐步減小,在成熟期達(dá)到最小值,而貴薏苡1號(hào)在孕穗期達(dá)到最大值。3個(gè)品種C/K隨生育時(shí)期的進(jìn)行呈單峰趨勢(shì),即在拔節(jié)期最小,灌漿期達(dá)到最大值,到成熟期又逐漸降低。
表6 不同品種薏苡各生育時(shí)期的C/N、C/P、C/K
成熟期比較3個(gè)品種的C/N、C/P、C/K,其中在C/N方面中,師宗小黑殼最大,為87.34,顯著高于其他2個(gè)品種, 而貴薏苡1號(hào)(63.56)和興仁小白殼(69.32)差異不顯著;C/P中,師宗小黑殼(327.06)和興仁小白殼(331.41)差異不顯著,貴薏苡1號(hào)(285.35)最小,顯著低于前面2個(gè)品種;在C/K中,師宗小黑殼(80.19)顯著大于其他2個(gè)品種,貴薏苡1號(hào)(55.39)和興仁小白殼(60.50)差異不顯著。
通過(guò)對(duì)3個(gè)薏苡品種各生育時(shí)期C、N、P 和 K積累量進(jìn)行相關(guān)性分析可知,薏苡生長(zhǎng)過(guò)程吸收固定的C、N、P 和 K之間均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(表7),表明在薏苡栽培時(shí)須合理施肥,以確保薏苡正常生長(zhǎng),為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
表7 不同品種薏苡 C、N、P和 K積累量的相關(guān)性
干物質(zhì)積累是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ),一定程度上決定著產(chǎn)量的高低,而氮、磷、鉀養(yǎng)分是制約作物生長(zhǎng)發(fā)育的首要因素, 二者相互作用對(duì)作物的產(chǎn)量形成至關(guān)重要[16-17]。趙楊景等初步研究了氮、磷、鉀元素對(duì)薏苡干物累積及養(yǎng)分含量的影響,結(jié)果表明,氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)薏苡莖葉干質(zhì)量的影響順序?yàn)镹>P>K,而對(duì)根干質(zhì)量的影響順序?yàn)镹>K>P[14]。李祥棟等的研究結(jié)果表明,隨著生育時(shí)期進(jìn)行,薏苡干物質(zhì)積累量在不斷增加,成熟期達(dá)到最大值,在抽穗揚(yáng)花至成熟期,整個(gè)植株其對(duì)N、 P、K元素的吸收和積累量均有增加,植株N、P、K的吸收量平均為183.93、62.57、320.56 kg/hm2,整體表現(xiàn)為K>N>P[18]。本研究發(fā)現(xiàn),3個(gè)薏苡品種各生育時(shí)期干物質(zhì)積累與養(yǎng)分積累變化規(guī)律呈極顯著相關(guān)性,即隨著生育進(jìn)程,積累量均表現(xiàn)為“S”形曲線,在拔節(jié)期最小,成熟期最大。且養(yǎng)分積累順序?yàn)镵>N>P。本研究還發(fā)現(xiàn),植株在整個(gè)生育時(shí)期的N、P、K平均吸收量分別為128.61、30.19、144.71 kg/hm2,吸收量整體表現(xiàn)為K>N>P,這與李祥棟等的研究結(jié)果[18]一致,但在養(yǎng)分吸收量上略小,這可能是由于品種以及種植密度的差異造成的。
養(yǎng)分強(qiáng)度比指作物在某一生育期吸收某一養(yǎng)分的總量與該生育期生產(chǎn)的生物學(xué)產(chǎn)量的百分比,某生育時(shí)期養(yǎng)分強(qiáng)度比越大,說(shuō)明該生育期達(dá)到其生物學(xué)產(chǎn)量標(biāo)準(zhǔn)所需要的養(yǎng)分量愈大。養(yǎng)分吸收力指單位面積作物根系在不同生育期1 d內(nèi)所吸收的養(yǎng)分?jǐn)?shù)量。養(yǎng)分吸收力愈大,說(shuō)明該時(shí)期薏苡根系每日從土壤中吸收養(yǎng)分的數(shù)量愈多。通常將養(yǎng)分強(qiáng)度比與養(yǎng)分吸收力綜合考慮來(lái)確定養(yǎng)分最大效率期的追肥時(shí)期[19-20]。吳國(guó)梁等通過(guò)對(duì)小麥需肥特性研究發(fā)現(xiàn),其氮素日吸收力出現(xiàn)2個(gè)高峰,分別在分蘗期和孕穗期,呈“M”形,磷素和鉀素日吸收力較為平穩(wěn),且峰值均出現(xiàn)在拔節(jié)—孕穗期[21]。本研究發(fā)現(xiàn),3個(gè)薏苡品種各生育時(shí)期養(yǎng)分強(qiáng)度比變化規(guī)律基本一致,各品種N、P、K營(yíng)養(yǎng)臨界期均在灌漿期,師宗小黑殼和興仁小白殼的N素最大效率期在孕穗期,貴薏苡1號(hào)在拔節(jié)期,3個(gè)品種的P素最大效率期均在拔節(jié)期,K素最大效率期均在抽穗期。本研究還發(fā)現(xiàn),3個(gè)薏苡品種N、P、K養(yǎng)分日吸收力變化規(guī)律相似,在整個(gè)生育期內(nèi)隨著播種天數(shù)增加,各養(yǎng)分日吸收力出現(xiàn)2個(gè)高峰,養(yǎng)分吸收力在播種—拔節(jié)期最小,在拔節(jié)—孕穗期達(dá)到最大值,而后又在灌漿—成熟期達(dá)到一個(gè)小高峰,養(yǎng)分日吸收力與干物質(zhì)日增長(zhǎng)量變化規(guī)律相吻合,在播種—拔節(jié)期吸收力小的原因可能是由于該期間日均氣溫較低,根系活力較小而致。日吸收力大的時(shí)期吸收養(yǎng)分最多,是薏苡吸收養(yǎng)分最大的時(shí)期,此期與養(yǎng)分最大效率期相重合或部分重合。需肥量大,是施肥的關(guān)鍵時(shí)期,對(duì)薏苡科學(xué)施肥具有重要的生產(chǎn)意義。
本試驗(yàn)結(jié)果初步闡明了薏苡各品種養(yǎng)分積累與吸收特性以及后期科學(xué)合理追肥的關(guān)鍵時(shí)期,對(duì)薏苡高產(chǎn)栽培具有重要的理論基礎(chǔ),但不同薏苡品種各時(shí)期合理的施肥量以及施肥配比有待進(jìn)一步研究。
薏苡每100 kg籽粒N、P、K養(yǎng)分需求量分別為2.67~4.04、0.59~1.08、3.06~4.41 kg,平均吸收比例為4.34 ∶1 ∶4.91。經(jīng)養(yǎng)分強(qiáng)度比和吸收力綜合分析,各品種的N素吸收在孕穗期和灌漿期均出現(xiàn)2個(gè)高峰,而在苗期和成熟期吸收量相對(duì)較低,即N素吸收規(guī)律呈現(xiàn)“M”形。3個(gè)品種的P、K素吸收量在拔節(jié)—孕穗期均出現(xiàn)了1個(gè)高峰,但P素在各生育時(shí)期吸收量相對(duì)平穩(wěn),K素在拔節(jié)—孕穗期顯著高于其他時(shí)期,說(shuō)明在孕穗期保證N肥供應(yīng)的前提下P肥采用前后均勻補(bǔ)施,孕穗期著重追施K肥。