氮、磷、钾用量与种植密度对油菜产量和品质的影响

2012-08-31 02:15曾宇雷雅丽李京胡立勇
植物营养与肥料学报 2012年1期
关键词:肥力主茎分枝

曾宇,雷雅丽,李京,胡立勇

(华中农业大学植物科技学院,农业部华中作物生理生态与栽培重点开放实验室,武汉430070)

施肥量,尤其施氮量是影响油菜产量与品质的重要因子。合理施肥具有提高油菜生物量、分枝数、角果数、籽粒产量与收获指数等方面的作用。但前人对施肥效应的研究以单因子试验为多,特别是关于氮素单因子的研究,且多数研究提出油菜施氮量在180 ~ 360 kg/hm2范围内可获得较高产量[1-4]。但是,在一定范围内单一改变施氮量会存在磷、钾量不平衡的问题,因此,一些学者相继开展了氮、磷、钾适宜配合施用比例的研究[5-7]。对油菜品质的研究表明,单纯增施氮肥会降低籽粒含油量,增加蛋白质含量,增施磷钾肥则有提高含油量的趋势[1,8-11]。

改变种植密度实际上是改变了单位面积土壤内可提供给植株养分量的多少,合理的种植密度能在一定范围内协调个体与群体的矛盾,充分利用地力和光能。较长时间内,由于采用育苗移栽技术,长江流域油菜种植密度的研究范围大多在12~22万株/hm2[4,8,12],近年来随着直播技术的发展,密度增加到45万株/hm2左右,但是仅个别研究的密度达到了90 万株/hm2[13]。张子龙等[8]提出随种植密度增加,种子蛋白质含量下降。但密度对含油量、硫甙及脂肪酸组成的影响,不同研究则结论不尽相同。

在不同土壤肥力及施肥水平条件下,种植密度对油菜生长的影响效应是不同的。在较高肥力条件下,由于个体发育良好,增加密度的效应相对变小,甚至可能会因为群体过于拥挤而减产;在肥力较低的条件下,密度对油菜的增产效应及范围增大,但在过于贫瘠、养分极度缺乏的土壤上,增加密度由于缺少植物必需的养分条件,也会因个体发育不良使增产效应减小。因此,目前有关油菜生产中施肥量与密度之间相互关系的研究报道尚少,而且由于各种原因,以往多数研究所选择的施肥或密度范围也相对较窄,所得结论存在多方面局限性,甚至是错误的。为此,本文在保证油菜养分平衡供给的前提下,设置了随施氮量改变,按一定配比同时改变磷、钾用量的试验处理,同时增大了两因素的水平差距,与不同种植密度组合进行大田试验,以节肥增密为出发点,探讨油菜产量及品质变化的规律,以期为油菜生产中合理施肥和科学调控群体结构提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试验设计

供试品种为甘蓝型双低杂交油菜“华油杂9号”,华中农业大学选育,2003年通过湖北省农作物品种审定委员会审定。种子由华中农业大学油菜研究室提供。

大田试验于2009~2010年度在武汉市华中农业大学植物科技学院试验基地进行(东经114°28'35.4″,北纬 30°28'40.7″)。该地区全年平均气温 15~17℃,年平均降水量1140~1265 mm,年平均蒸发量1400~1570 mm。试验田土壤类型为黄棕壤,前茬为玉米。土壤养分含量:铵态氮20.67 mg/kg、硝态氮7.48 mg/kg、速效磷18.09 mg/kg、速效钾168 mg/kg、pH 为 7.26。

前人在不同试验研究条件下提出的油菜N∶P2O5∶K2O的适宜比例多在1∶(0.3~0.6)∶(0.5~1.0)范围内变化[4-6]。本试验供试土壤的速效磷含量中等,速效钾略高,配合本试验较高施氮水平,确定氮(N)∶磷(P2O5)∶钾(K2O)比例为1∶0.55∶0.80。施肥处理设置施氮量为 N 135、225、315 kg/hm23个水平,按1∶0.55∶0.80的比例确定磷、钾用量,分别用 F1、F2、F3 表示。设置 15、45、75 万株/hm23个种植密度水平,分别用 M1、M2、M3表示。施肥与密度处理组合共9个处理,3次重复。小区面积16 m2。

2009年10月7 日播种,播后充分灌水直至出苗,三叶期按照设定密度定苗。2010年5月7日收获。试验用氮、磷、钾肥分别为尿素(含N 46%)、过磷酸钙(含P2O512%)、氯化钾(含K2O 60%),同时使用硼砂15 kg/hm2。以50%N、50%K2O、100%P2O5及100% 硼肥作基肥;氮、钾肥分别按基肥∶苗肥∶薹肥为5∶2∶3的比例施用,其中苗肥于2009年12月22日结合松土施入;薹肥在2010年2月10日施入。苗期及时中耕除草,初花期喷施菌核净防治菌核病,其它田间管理按常规方法进行。

1.2 数据调查及测定分析方法

在播种前一周,以“S”形多点采集试验田耕层土壤,混匀风干后磨碎测定基础土壤理化性状。土壤养分指标采用常规方法测定[14]。

成熟期收获前2~3 d,每个小区在中间3行取有代表性的植株10株,按照油菜区域试验方法测定株高、茎粗、分枝部位、主花序长、单株有效分枝数、单株有效角果数、每角粒数、千粒重、单株籽粒产量、生物产量等指标。由取样植株籽粒产量占生物产量的重量比值计算收获指数,按小区实际收获籽粒晒干称重计算大田产量。

对取样株的籽粒分主茎、分枝及整株进行品质测定,采用近红外分析扫描仪(Foss-NIR system)[15-16]分析脂肪、蛋白质、硫代葡萄糖苷(简称硫苷)和芥酸含量。

利用Excel和SAS统计软件进行数据整理与统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥量与种植密度对油菜经济性状的影响

由表1可以看出,相同密度条件下,株高随施肥量增大而升高的规律很明显;但在相同肥力下则表现为施肥水平F1时,密度M1的株高最高,施肥水平F2、F3时密度M2的株高最高。双因素综合比较,株高最低为F1M3处理,最高为F3M2处理,两处理间株高差值达24.1 cm,差异极显著。

茎粗、主花序长、单株分枝数随施肥量增大而增加,随密度增大而减小;分枝部位则随施肥量与密度增大而升高。相同肥力条件下,茎粗、分枝部位、有效分枝数在密度M1与M3处理之间达到极显著差异水平,主花序长在不同密度间达到显著差异水平。相同密度下,仅M1条件下茎粗、有效分枝数在F1与F3处理间达到显著差异。茎粗、主花序长、有效分枝数的最大值出现在F3M1处理,最低值与株高相同,仍然是F1M3处理;分枝部位最大值为F3M3处理,最低值为F1M1处理。

相比之下,在相同施肥条件下不同密度之间的茎粗、分枝部位、主花序长、单株有效分枝数的最大差值分别达到0.51~0.69 cm、35.6~40.5 cm、11.8~14.4 cm、4.5~5.7个,明显大于相同密度下不同施肥量之间的0.16~0.34 cm、4.4~11.4 cm、0.7~3.3 cm、1.1~2.9个。进一步计算可知,每公顷种植密度每增加30万株单株有效分枝数降低1.7~3.8个,肥力越高不同密度之间分枝数与角果数差异越大。即在本试验处理范围内,除株高外,密度间差异对主要经济性状的影响超过了施肥量的差异。

表1 不同施肥量与密度处理下油菜经济性状比较Table 1 Comparison of economical characters of rapeseed under different fertilizer amount and planting density treatments

2.2 不同施肥量与种植密度对油菜产量构成因素的影响

表2表明,相同施肥条件下,单株籽粒产量在不同密度间都达到显著差异水平;单株有效角果数达到极显著差异。各肥力下单株生物产量、籽粒产量、有效角果数均表现为 M1>M2>M3,最大值均为F3M1处理,表明提高密度降低单株角果数的作用很大。计算结果显示,每公顷种植密度每增加30万株,单株有效角果数降低100.1~233.1个,且肥力越高,增加密度降低单株有效角果数的作用越明显。施肥水平为F1、F2、F3时,密度M3的单株有效角果数比M1分别少242.1、251.9、332.6个。

不同密度下单株生物产量、籽粒产量、有效角果数均表现为施肥量F1<F2<F3。且密度为M1时,三者在F1、F2与F3处理间达到显著差异。增加肥力有提高单株有效角果数的作用,但只在M1水平的F1与F3处理之间达到极显著水平。

各处理间,千粒重、每角果粒数差异显著性低于单株有效角果数。在相同密度下有肥力越高千粒重越大的趋势,特别是F1与F3处理之间存在显著差异;而不同密度间的影响较小。相同肥力下密度越高,每角果粒数越低,其中低肥力F1条件下的M1与M3处理之间存在显著差异,中高肥力F2、F3的不同密度间差异不显著。收获指数有随密度增大而降低、随施肥量增大而升高的趋势;在相同肥力条件下,密度75万株/hm2(M3)处理的收获指数显著低于15万株/hm2(M1)处理;以F3M1处理的收获指数最大,达到0.318。从施肥与密度的交互效应看,仅单株角果数差异达到显著水平。

表2 油菜不同施肥量与密度处理的产量构成因素比较Table 2 Comparison of yield components of rapeseed under different fertilizer amount and planting density treatments

2.3 不同施肥量与种植密度对油菜产量的影响

方差分析表明,在不同施肥量与密度条件下,油菜籽粒产量存在较大差异,总的趋势表现为随密度、肥力的增大而升高(表3)。F3与F1相比较,田间平均产量增加730.4 kg/hm2,增产率为19.88%;而M3比M1平均产量增加393.6 kg/hm2,为11.33%,即在本试验范围内,施肥量不同使产量变化的绝对差值大于种植密度。在3个施肥水平下,密度M1与M3处理间的产量差异达到极显著水平;其中低肥力F1条件下3个密度差异都达到了显著水平,而中、髙肥力 F2、F3条件下在密度 45万株/hm2(M2)、75(M3)万株/hm2处理之间的产量差异不显著。比较相同密度下的产量,3个肥力水平间的差异都达到了显著水平。

从施肥量与密度的互作效应可以看出,F1M3处理的产量比F2M1处理高,与F2M2处理无显著差异;F2M3处理的产量与F3M1处理无显著差异。说明在一定肥力范围内,可以通过提高密度来替代施肥提高产量,以密补肥。本试验结果也表明,施用氮肥量增加到N 315 kg/hm2,同时配合增施磷、钾肥,种植密度提高到75万株/hm2,仍有一定增产效果,产量水平达到了3835.7 kg/hm2。可见,前人不少研究得出高肥力下,密度过大油菜会出现倒伏、减产的现象[4],可能有部分原因是单纯增施氮肥而出现的结果。

增加施肥量与降低密度均会增加分枝产量的份额。表3表明,相同施肥水平下,随密度提高主茎与分枝产量比例大幅增加,M1、M2、M3处理平均为0.28、0.51、0.79;其中 F1M3 处理最高为 0.97,主茎与分枝产量几乎相当。同一施肥水平下,主茎产量在M1、M3处理间有显著差异,而分枝产量在不同密度间差异均达到显著水平。主茎与分枝产量比值的差异在密度处理间以及两因素交互效应均达到极显著水平,相同密度下,M1处理不同肥力间无显著差异,M2处理下F1与F2和F3处理间差异极显著,M3处理下,不同肥力水平间主茎与分枝产量比值达到极显著差异水平。而大田产量、单株产量方面交互作用不显著。

表3 不同施肥量与密度处理的籽粒产量比较Table 3 Comparison of yield under different fertilizer amount and planting density treatments

2.4 不同施肥量与种植密度对油菜籽品质的影响

不同施肥量与种植密度对油菜主茎、分枝及整株混合籽粒的品质会产生不同的影响(表4)。

2.4.1 对含油量的影响 无论主茎、分枝及整株籽粒的含油量均表现为随施肥量的增大而下降,随密度加大而升高的趋势。相同肥力条件下,主茎、整株及分枝籽粒含油量的F1施肥水平其密度处理M1与M3之间表现为极显著差异。而相同密度下不同肥力间的差异较小。不同处理分枝籽粒含油量平均低于主茎1.1个百分点,施肥与密度的互作效应相比较,分枝与主茎籽粒含油量差值最大为F3M2处理,达到1.5个百分点,最小的为F3M1处理,差值为0.3个百分点。

2.4.2 对蛋白质含量的影响 分枝籽粒的蛋白质含量略高于主茎。施肥量、密度对籽粒蛋白质含量的影响与含油量呈相反的趋势。其中,主茎籽粒F2、F3处理比F1处理平均高0.26%、1.52%,且F3与F1处理间存在极显著差异。说明在本研究范围内,虽然同时增施磷、钾肥,但增施氮肥促进籽粒蛋白质和硫苷合成的作用仍然存在。随种植密度的提高籽粒蛋白质含量有降低趋势,在F2、F3肥力条件下,主茎籽粒蛋白质含量在M1与M3处理之间的差异达到极显著水平。

2.4.3 对硫苷含量的影响 分枝籽粒的硫苷含量大大高于主茎籽粒。施肥对籽粒硫苷含量的影响趋势与蛋白质相同,特别是主茎籽粒所产生的差异远高于蛋白质含量。表4表明,F1、F2、F3处理3个密度主茎籽粒硫苷含量平均为13.77、16.80、25.55 μmol/g,且F3与F2和F1间的差异达到极显著水平。F1、F2、F3处理的分枝籽粒硫苷含量比主茎籽粒平均高14.5、11.8、7.2 μmol/g,即随肥力增高,主茎与分枝籽粒的硫苷含量的差异变小。整株籽粒硫苷含量在F3与F1处理间达到极显著差异水平,施肥引起的增幅介于主茎与分枝之间。与籽粒蛋白质含量不同的是,密度增加使主茎籽粒的硫苷含量增加,特别是在中、低肥力下M1与M3处理之间达到极显著差异。分枝籽粒硫苷含量也有这种趋势但差异不显著。整株籽粒数据则相反,随密度增加呈下降趋势并存在显著差异。作者认为,出现这一结果的主要原因是不同密度处理的分枝数差异较大所致。

2.4.4 对芥酸含量的影响 分枝籽粒的芥酸含量高于主茎籽粒。不同肥力处理间,分枝比主茎籽粒芥酸含量平均高出1.3~1.5个百分点。增加施肥量及密度有使主茎籽粒芥酸含量降低的趋势,相同密度比较,F1与F3处理间籽粒芥酸含量的差异达到了极显著水平;同肥力水平比较,M1与M3处理的差异达到显著水平。但不同处理对分枝、整株籽粒芥酸含量的影响没有明显的规律。

主茎籽粒硫苷含量、分枝与整株籽粒芥酸含量的互作效应均达到显著或极显著水平。

表4 不同施肥量与密度处理对油菜籽粒品质的影响Table 4 Effects of different fertilizer amount and planting density treatments on quality of rapeseed

3 讨论

适当增加密度,减少施肥量是节本增效、持续发展作物生产的必要选择。增加施肥量通过促进个体发育及增加单株分枝与角果数增加产量,但品质略有降低;增加密度则由于增加群体主茎数与分枝数,同时提高产量与品质。本试验结果表明在施氮量N 135~315 kg/hm2范围内,增加施肥量提高产量的幅度大于增加种植密度,但我国目前的施肥量已经偏高,作物生产投入大,肥料使用不当造成环境污染、农产品安全问题已经十分严峻。因此坚持在一定肥力范围内,减少施肥量,通过提高密度来替代施肥提高产量,以密补肥,同时还有利于提高品质。合理密植是需要进一步深入研究的问题。从个体发育的角度来说,增加施肥与增加密度的效应相反,所以本文的双因素互作效应分析多数达不到显著水平。但毫无疑问,密度效应受不同肥力水平的影响较大。

施肥与密度对油菜株高的影响不能用一个简单的结论来描述。在肥力偏高时,株高最大值不是出现在密度最低的15万株/hm2,而是以中间密度45万株/hm2处理最大,这一结果与前人对密度进行单因素研究[12-13]而得到的株高随密度增大而增加的结果有所不同。作者认为前人密度试验一般在12~22万株/hm2,正常肥力下能够满足个体生长发育,但存在一定的群体竞争效应使株高增加。本试验中高密度处理达到45万株/hm2以上,低肥力135 kg/hm2组合养分供给对中高密度个体生长发育显然有所限制,因而株高随密度增加而降低,继续增加肥力则株高增长,但在高密度75万株/hm2下则继续表现为下降趋势。

种植密度对品质的影响主要由分枝数量差异所决定,油菜主茎籽粒含油量高于分枝,蛋白质、硫苷含量低于分枝籽粒,这已被前人研究所证实。由于随种植密度的增加单株分枝数大大减少,群体主茎角果比例增大,因而随密度增大籽粒含油量提高。但是如果在品质测定取样时没有考虑主茎与分枝比例,采用充分混匀的样本,可能会得出相反的结论。籽粒硫苷含量的变化更复杂一些,可能与主茎以及植株不同部位分枝的籽粒硫苷含量差别比含油量更大有关。本试验测定出主茎、分枝与整株籽粒硫苷含量变化不一致,作者认为主要是由于当密度低时,油菜籽粒产量主要来自分枝,由于分枝籽粒的硫苷含量比主茎的平均高56.79%(表4),从而使整株混合籽粒的硫苷含量相对增加。而增大密度时,来自于主茎的籽粒比例增大,使整株籽粒硫苷含量相对降低,但分枝籽粒硫苷含量仍高于主茎籽粒。以往的研究由于所设置密度差距太小,样本本身差异小,取样的误差影响增大,所以会得出不一致的结果或出现无规律变化的结论。本研究由于扩大了不同施肥量及密度之间的间距,双因素交互作用分析,并将主茎、分枝、整株分开考察籽粒品质指标的变化,从而得出与前人研究有所不同的结果。这一结果可为生产上通过栽培措施提高油菜产量、改善品质提供有意义的参考依据。

4 结论

株高随施肥量增大明显升高,但仅在较低肥力水平时随密度增加而下降。茎粗、主花序长、单株有效分枝数随施肥量增大而增加,随密度增大而降低;分枝部位则反之。相同肥力下单株角果数在不同密度间差异达到极显著水平。随肥力水平的增加,千粒重、收获指数有增大趋势,随密度增大二者降低。施肥与密度显著影响分枝数与角果数,双因素影响条件下单株分枝数的变化范围为4.9~10.2个,单株角果数为158.5~532.4个,以增加密度使二者的降低效应更大。施肥与密度对单株角果数的互作效应达到了显著水平。

主茎籽粒含油量高于分枝,蛋白质及硫苷含量低于分枝;分枝籽粒平均硫苷含量为29.32 μmol/g,比主茎的18.70 μmol/g高56.79%。随施肥量增加籽粒含油量下降,硫苷、蛋白质含量上升,主茎籽粒芥酸含量也呈下降趋势。与施肥效应相反,随密度增大,籽粒含油量上升,蛋白质含量下降;主茎与分枝籽粒的硫苷含量增加,但整株籽粒的硫苷含量随密度增加而下降。施肥和密度双因素影响下整株籽粒含油量最高值为F1M3处理的41.4%,蛋白质、硫苷含量的最高值分别为F3M1处理的24.5%、30.0 μmol/g。提高密度有利于提高籽粒含油量,降低籽粒硫苷含量。

籽粒产量随施肥量、密度的增大而增加;增肥的增产幅度大于增密。在较低肥力条件下不同密度间的产量差异更显著,具有以密补肥作用。不同肥力下密度每增加30万株/hm2,单株有效分枝数降低1.7~3.8个,主茎籽粒产量比例明显提高,可同时提高产量与品质。在减少施肥量的前提下,作者建议氮磷钾比例为1∶0.55∶0.80,每公顷施纯氮135~225 kg/hm2,在45~75万株/hm2范围内适当增加种植密度,可望获得3000 kg/hm2以上籽粒产量。

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