施氮对胡麻磷素营养状况的影响

郭丽琢，杨 波，高玉红，牛俊义

（1甘肃农业大学农学院，兰州 730070；2省部共建干旱生境作物学国家重点实验室，兰州 730070；3甘肃省陇南市农业技术推广总站，甘肃 武都 746000）

0 引言

胡麻即油用亚麻的俗称，是一种世界性的特色小宗油料作物[1]。90%以上的不饱和脂肪酸含量[2]和高达45%～65%的α-亚麻酸含量[3]，确立了胡麻油在食用油中营养、安全的健康油领军地位；籽粒富含的木酚素、黄酮、植物甾醇等特色功能性生理活性物质[4]的高值化开发和消费，受重视程度日益增加[5]。2010—2019年间，国内胡麻籽消费量保持了年均11.8%的增长率[5]。2010年以来，中国已成为世界第二大胡麻籽进口国，2018年以来的贸易量占世界总量的近1/4[4]。提高国内原料供给的产质，可就近满足市场需求并带动区域经济的发展。中国胡麻的产量低而不稳，肥料施用的不尽合理是其主因之一。胡麻虽然耐瘠，但单位产量形成吸收的氮素和磷素较禾本科作物高30%～57%和21%[6]，氮磷肥施用的增产效果显著[7]，且氮肥对大多数产量相关性状的影响大于磷肥，随施氮量及施磷量的增加，产量分别平均可提高28%和21%[8]，合理运筹氮磷肥对于胡麻种植的节肥增产至关重要。氮磷的吸收具有一定的协同作用[9]。一定的氮肥用量范围内，粳稻、杂交棉、水蓼等的磷素积累量随施氮量的增加而提高[10-12]，增施氮肥有利于磷素效应的发挥。磷素积累对氮肥施用的响应还因施用时期及比例而有较大差异，水稻氮肥的基肥:蘖肥:穗肥由2:8:0渐变为2:6:2、2:5:3、2:4:4时，成熟期的吸磷量分别增加了6.4%、16.1%、20.6%，增加穗肥比例显著促进了磷的吸收[13]。胡麻是需氮较多而又不耐高氮的作物[14]，产质形成对氮肥供给的响应敏感性较强[7-8,14]，而氮在植物生理代谢中与磷等限制性元素密切耦合[15]，但胡麻氮磷肥互作的研究中，多涉及肥料配比的产量效应，氮肥施用对磷的吸收累积鲜有报道。已有研究初步表明，现蕾前后是胡麻氮素吸收强度较大的阶段，氮的累积主要集中在生殖生长阶段[16]，氮肥基肥追肥结合并适当增加追肥比例，增产效果良好[17-18]，但增产的营养基础并未得以解析。探讨氮肥施用及其时期、比例对营养元素吸收的影响，可为发挥肥料互作效应的增产潜力奠定理论基础及实践依据。本研究通过土培试验，分析了施氮量及氮肥的基追比例对胡麻磷素积累的影响，以期探讨氮肥运筹在调控胡麻磷素营养方面的潜力，为优化增产节肥的养分管理措施提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

胡麻：‘陇亚杂1号’品种。

1.2 试验设计

试验一：探讨氮肥用量对磷素积累的影响，通过土培试验于甘肃农业大学温室进行。共4个处理，N0：0 gN/kg土；N1：0.1 g N/kg土，全做基肥；N2a：0.2 g N/kg土，全做基肥；N2b：0.2 g N/kg土，2/3基肥+1/3现蕾追肥。氮肥为尿素；各处理均施0.2 g P2O5/kg土及0.2 g K2O/kg土，肥料品种分别为过磷酸钙和硫酸钾，均全部做基肥。

过2 mm筛的土壤4.8 kg，与基肥充分混匀后装入内径23 cm、高17.5 cm的盆钵中。装盆后灌足水分，待水分含量下降至适宜水平时进行播种，出苗后定苗至30株/盆。培养期间，控制土壤水分含量为田间持水量的75%～80%，定期调换盆钵的位置。于盛花期和成熟期采样，各处理每次采样时均重复6次，各处理均种植12盆，共计48盆。

试验二：探讨氮肥的施用时期、比例对磷素积累的影响，通过土培试验于甘肃农业大学温室进行。共6个处理，F0：不施氮肥；F1：0.2 g N/kg土，全做基肥；F2：0.2 g N/kg土，2/3基肥+1/3现蕾追肥；F3：0.2 g N/kg土，1/2基肥+1/2现蕾追肥；F4：0.2 g N/kg土，1/6基肥+5/6枞形追肥；F5：0.2 g N/kg土，1/6基肥+1/3枞形追肥+1/2现蕾追肥。氮肥为尿素；各处理均施0.2 g P2O5/kg土及0.15 g K2O/kg土，肥料品种分别为过磷酸钙和硫酸钾，均全部做基肥。

过筛、装盆、播种及管理方法同试验一，但盆钵为32 cm×24 cm（内径×高），装土量13 kg，定苗量46株/盆。于枞形、现蕾、青果和成熟期采样（注：采样当期若有追肥，追肥于样品采集后进行），各处理每次采样时均重复6次，各处理均种植24盆，共计144盆。

1.3 测定指标与方法

干物质：烘干法。

籽粒产量：成熟期收获计产。

全磷：H2SO4-H2O2消煮，钒钼黄比色法测定[19]。

沙集站发电装机容量2 000 kW，共装设5台立式机组，单机流量10 m3/s，设计水头9.5 m，电站两侧布置设计流量为200 m3/s的节制闸，全部工程按Ⅰ级水工建筑物设计，抗震标准按9度地震烈度设防。沙集站站身为堤身式块基型结构，出水流道采用肘形管道，进出水流道采用平直管，快速门断流，进水流道进口设置检修闸门。该站设计水位组合：上游21.5 m，下游12.0 m。

磷素吸收及利用参数[20]：磷素吸收效率、磷素干物质生产效率、磷素籽粒生产效率和磷肥偏生产力。

1.4 数据处理与统计分析

采用Microsoft Excel 2003、SPSS 17.0统计软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 施氮对胡麻磷素积累的影响

2.1.1 氮肥用量对胡麻磷素积累的影响 施氮显著增加了植株体内的磷素积累量（图1），N0、N1及N23个氮肥水平间，各器官及整株的磷素积累量均呈现随施氮量的增加而增加的趋势（图2），但整株的增幅，N2a较N1的盛花期和成熟期分别为3.57%和7.53%，N1较N0的盛花期和成熟期分别为25.37%和24.83%，前者显著小于后者，表明等剂量的氮肥在同样的基肥施用方式下，对磷素积累量的促进作用具有报酬递减现象。

图1 不同施氮水平下胡麻的磷素积累量

图2 施氮后胡麻磷素积累量的增幅

和N2a相比，N2b的整株磷素积累量，盛花期和成熟期分别增加了12.64%和31.00%，表明等量的氮肥，采用基肥+追肥的两次施用方式，较全部作为基肥施用，显著改善了植株的磷素营养状况，且其改善效果随着生育时期的推进而增加。

可见，施氮改善了胡麻的磷素营养状况，氮磷的吸收具有协助作用，一定范围内氮肥用量的增加提高了氮磷之间的协助作用，等剂量的氮肥作基肥一次施用且基肥量较高时，协助吸收效果降低。

2.1.2 氮肥施用时期对胡麻磷素积累的影响 等量氮肥的施用时期及其分配比例影响胡麻的磷素积累量（表1）。

表1 不同氮肥施用时期下胡麻的磷素积累量 mg/株

枞形期的磷素积累量，F1最低，显著低于其他4个施肥的处理F2、F3、F4、F5，甚至低于不施肥的F0；F2和F3之间呈现前者小于后者的趋势，且F2的叶比F3显著降低9.43%；表明氮肥的基肥比例高于2/3不利于器官及整株的磷素积累，100%基肥下的抑制吸收更为突出，其根、茎、叶及整株比基追肥结合分别降低了9.10%～22.10%、28.47%～34.89%、17.89%～52.17%和14.17%～32.60%，亦比不施氮肥降低了17.89%、26.11%、29.17%和23.30%。F0时的器官及整株的磷素积累量呈现高于F1、F2、F3的趋势，除了茎秆之间与后三者无显著差异外，根系、叶片及整株分别显著高于后三者10.89%～21.79%、8.31%～41.18%和 9.35%～30.38%；F4、F5、F0的器官及整株间均无显著差异；表明不施基肥氮肥较1/6的基肥氮肥并未显著降低植株的磷素累积量，且较1/2的基肥显著提高了磷素的积累量。综上，枞形期植株的磷素积累量随氮肥基肥用量的增加而降低，不施氮肥基肥时最有利于枞形之前磷素的吸收。

现蕾期，F1与F4的氮肥已经100%施入，而F3与F5的氮肥均已施入50%。此期，器官及整株的磷素积累量均呈现 F5＞F4＞F3＞F2＞F1＞F0的趋势。F0除与 F1的根系间差异不显著之外，其与F1、F2、F3、F4、F5的器官间差异均达到显著水平(P＜0.05)，整株磷素积累量比上述5个处理依次降低了8.43%、16.23%、27.99%、39.92%和44.90%，是否施用氮肥对现蕾期磷素累积的影响一反枞形期的结果，施用氮肥显著提高了此期植株体内的磷素吸收量，但其提高效果随氮肥施用量的增加呈现报酬递减效应，且氮肥100%作为基肥依然较基肥追肥配合不利于改善现蕾期的磷素营养状况。现蕾期的磷素积累量，根、茎、叶、花蕾及整株，F4比F1提高了68.75%、43.45%、45.62%、47.60%和52.42%(P＜0.05)，F5比F3提高了 49.00%、13.80%、19.78%、33.42%和30.70%(P＜0.05)，表明等剂量的氮肥分基肥和枞形期追肥配合施用时，基肥占比越高，氮磷之间的协助吸收作用越小。

现蕾期的样品采集之后，所有施用氮肥的处理，其施氮量均已100%入土。青果期和成熟期的磷素积累量，施用氮肥与不施氮肥两类处理之间、F4与F1之间，其关系均保持现蕾期的趋势，整株的磷素积累量，施肥较不施肥分别提高了20.18%～73.82%和9.96%～44.09%，F4较F1分别提高了27.31%和18.40%，其间的差异均随生育进程的推进而逐渐缩小。现蕾期追施氮肥的3个处理F2、F3和F5，器官的磷素累积量呈现F5＞F3、F3＞F2的趋势；整株的磷素累积量，青果期和成熟期，F5较 F3分别提高了 13.18%(P＜0.05)和 18.31%(P＜0.05)，F3较 F2分别提高了 27.79%(P＜0.05)和5.84%。F3和F2的氮肥施用均为基肥加现蕾期追肥，但F3的基肥比例小于 F2、追肥比例大于 F2；F5和 F3的现蕾期追肥比例均占1/2，但F5的基肥比例小于F3，F5为枞形期追肥占比为1/3的3次施肥。以上结果表明，现蕾期追施氮肥对于改善植株的磷素营养状况较为重要，且其占比1/2左右时可有效协助磷素的吸收；基肥氮占比≤1/2有利于改善植株的磷素营养状况，占比越低，效果越大。

施用氮肥亦显著提高了籽粒中的磷素积累量，较不施肥提高6.86%～29.34%；籽粒中的磷素积累量呈现F5＞F4及 F3＞F2、F1的趋势，表明现蕾期追施氮肥且占比1/2左右、基肥比例≤1/2亦利于磷素在籽粒中的积累。

2.2 施氮对胡麻磷素利用的影响

2.2.1 氮肥用量对胡麻磷素吸收及利用的影响 氮肥用量影响磷素的吸收及利用效率（表2）。N1、N2a较N0，磷素吸收效率提高了28.86%～30.29%，磷素干物质生产效率降低了9.05%～10.14%，磷肥偏生产力提高了10.00%～30.00%；而N1和N2a间的磷素吸收效率和磷素干物质生产效率无显著差异；磷素籽粒生产效率，N1和N0间无显著差异，而N2a较N0降低了15.52%。以上结果表明，一定范围内，施用氮肥可协同促进磷素的吸收，提高植株体内的磷素积累量，但进一步提高施氮量，协同效果无显著增加；施氮后的磷素干物质生产效率及磷素籽粒生产效率均呈降低趋势，这是由于虽然施氮均增加了植株磷素积累量（图1）、干物质积累量和籽粒产量（表2），但其增加不够同步，后二者的增幅显著小于前者所致；一定范围内，施氮导致的磷肥偏生产力增加呈现报酬递减效应。

表2 不同施氮水平下胡麻的干物质积累及磷素吸收利用

2.2.2 氮肥施用时期对胡麻磷素吸收及利用的影响 从表3可以看出，F0的磷素吸收效率、磷肥偏生产力显著小于其他5个处理，而磷素干物质生产效率及磷素籽粒生产效率则相反，这再次表明了施氮协同提高了磷素吸收效率及磷肥偏生产力，施氮后的干物质积累量及籽粒产量的增加与磷素积累量的增加不同步。

等量氮肥的施用时期及比例影响植株的磷素吸收及利用（表3）。F1、F2、F3、F4、F5的磷素吸收效率呈递增趋势，F3较 F1、F4较F3、F5较 F4分别增加了 10.76%、6.99%、10.58%(P＜0.05)，表明氮肥中基肥比例的降低及追肥比例的增加，包括等量追肥时追施次数的增加，均可促进施入的磷肥的吸收作用。与F1相比，F2、F3、F4、F5的磷素干物质生产效率及磷素籽粒生产效率均呈降低趋势，分别以F5和F4的降幅最高，分别达7.43%(P＜0.05)和21.92%(P＜0.05)，F5的磷素籽粒生产效率亦比F3降低7.37%；而磷肥的偏生产力，F5较F3、F4分别高9.59%和23.02%。虽然F5的整株干物质积累量、籽粒产量及植株磷积累量均最高（表3、表1），且这种既改善植株磷素营养又促生的氮肥运筹方式，磷肥的偏生产力最高，即单位施磷量能够形成的经济产量最高，但其却是植株体内磷素生产效率较低的氮肥施用分配方式。

表3 不同氮肥施用时期下胡麻的干物质积累及磷素吸收利用

3 讨论

磷素参与作物的碳氮代谢和能量代谢[21]，是调控作物生长及其生产力的关键养分因子[22]，改善作物的磷素营养在高产优质中举足轻重。而磷又是众多陆生生态系统中有效性最低的营养元素[21,23]，故常成为限制作物生长的营养元素[24]，提高土壤及肥料磷的有效性具有重大的经济和生态效应，发挥养分吸收间的协助作用是提高环境磷素有效性的重要举措[9]。

3.1 氮肥施用量对作物磷素积累及利用效率的影响

氮通常能促进磷的吸收，因为氮代谢与磷代谢相互联系、相互促进[25]，即氮磷在植物体内具有较强的耦合关系[15]，故生产上氮磷肥配合通常具有正交互作用。与不施氮肥相比，施氮可显著提高水稻、小麦、玉米、棉花等作物植株磷素的吸收量[10-11,26-27]；随施氮量的逐步增加，磷素累积量呈现先显著提升、之后基本稳定不再显著增加的趋势[10-11,26-27]；且增施氮肥对水稻磷吸收的协同效应具有随生育进程的推进减弱的趋势[10]。当氮肥用量过高时，氮磷比例失调，影响养分的平衡吸收，磷素积累甚至降低[10]。在磷肥用量120 kg P2O5/hm2的基础上增施180 kg N/hm2的氮肥后，胡麻成熟期植株的磷素积累量增加了16.27%[28]。本研究也证实，一定范围内增施氮肥有利于促进胡麻植株的磷素累积。

磷素干物质生产效率和磷素籽粒生产效率对氮肥用量的响应因作物而异。0～1.12 mmol/株的氮水平范围内，枫香的磷素干物质生产效率呈现随氮素供应的增加而增加的变化趋势，但因种源而表现不尽一致[29]；0～300 kg N/hm2的施氮范围内，杂交棉的磷素籽粒生产效率亦随氮肥用量的增加而略有提高[11]；而0～337.5 kg N/hm2的范围内，水稻的磷素籽粒生产效率随施氮量的增加呈降低趋势，只是300～337.5 kg N/hm2之间的差异不显著[10]。本研究结果表明，0～0.2 g N/kg土的施氮水平间，胡麻的磷素干物质生产效率和磷素籽粒生产效率均呈随施氮量的增加而降低的趋势。作物的磷素生产效率对氮肥用量响应的种间差异，与种质的干物质积累、干物质在籽粒中的分配及磷素积累对氮肥用量的响应不尽同步密切相关。

充足的氮素供应能增加植物对磷素的吸收和利用，可能是由于氮增加了磷从共质体向木质部的转运[30-32]，也和氮素形态引起的植物生理生化反应增强了磷的吸收和运转有关[26,33-35]，SMITH等[33-34]用(NH4)2SO4预处理增加了玉米根系对磷的最大吸收速率而增强了对磷的吸收，水稻NH4+营养较NO3-营养增强了植株对磷的吸收及磷由根系向地上部的运转[35]。总之，适宜施氮可促进植物对磷的积累。

3.2 氮肥施用时期及比例对作物磷素积累及利用效率的影响

不同作物的磷素积累及利用对等量氮肥的时期及比例分配的响应不同。稻田土壤水分高增加了氮肥表面施用的氨挥发及径流损失的风险，使得225 kgN/hm2的氮肥，40%基肥+30%分蘖肥+30%穗肥的习惯施肥方式较多种根区一次施用的条施和穴施方式，植株磷素积累量由无显著差异到降幅高达32.93%，磷素籽粒生产效率亦由无显著差异到降幅达13.28%[36]；而同为基追结合的习惯施肥方式，适宜降低氮素基蘖肥比例而增加穗肥比例，利于水稻拔节至齐穗期、齐穗至成熟期的磷素阶段吸收量与总吸收量的增加[13]。玉米生产上，126 kg N/hm2的氮肥，1/3基肥+2/3大喇叭口期追肥和全部作为基肥施用两种方式间，植株磷素积累量无显著差异[26]；而180 kg N/hm2的氮肥，分2次追肥（2/5基施+3/5于拔节期和抽雄期分2次追施）和3次追肥（2/5基施+3/5于拔节期、抽雄期和抽雄后15天分3次追施）较一次性全部基施，磷素积累量增加了4.2%～10.7%；而2次追肥和3次追肥间无显著差异[37]。马铃薯180 kg N/hm2的氮肥，基肥:块茎形成初期追肥:块茎形成末期追肥分别为3:2:0、1:1:0、1:2:0、1:0:1、1:0:2和1:1:1 6种分配方式间，1:0:1的块茎磷积累量较3:2:0和1:1:1分别提高了18.8%、38.8%，分配比例提高了9.4%、20.6%[38]。本研究也表明，氮肥的基肥和追肥结合较全部作为基肥有利于提高胡麻植株的磷素积累量；等量氮肥基肥和追肥结合施用时，施用时期及比例显著影响磷素的积累量及磷素利用效率。

可见，旱作作物上，施氮时基肥和追肥的适宜结合利于促进磷素的吸收，而适宜的时期及比例的确定依赖于作物本身的养分吸收、累积规律及环境养分的供给状况。随着施氮水平的增加甚至过量施用[39]，中国大田作物的供氮能力普遍增强[40]，氮肥施用上总量控制、基肥比例适当下调并分次追肥成为许多作物进一步改善营养状况和增产的有效途径[40]。胡麻现蕾前后氮素吸收强度较大，氮素累积主要集中在生殖生长阶段[16]。适当降低基肥的比例，加强盛花前的追肥，特别是现蕾期追肥占比1/2左右，是胡麻较为合理的氮肥运筹方式，不仅利于改善胡麻的氮素营养状况[16]，而且利于促进磷素的吸收和累积。

4 结论

一定的氮肥用量范围内，胡麻植株的磷素积累量随施氮量的增加而增加；等量氮肥的基肥追肥结合施用较全部作为基肥有利于促进磷素的吸收；降低氮肥的基肥比例至≤1/3，加强开花前的追肥，特别是现蕾期追肥占比1/2左右，利于促进胡麻的磷素吸收和累积；胡麻的磷素干物质生产效率及磷素籽粒生产效率并未随磷素积累量同步增加。