播種量和施肥水平對春播甜蕎光合特性及產(chǎn)量的影響

汪 燦， 王詩雪， 李 曼， 楊 浩， 胡 丹， 阮仁武， 袁曉輝， 易澤林

(西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院， 重慶市蕎麥產(chǎn)業(yè)體系創(chuàng)新團(tuán)隊， 重慶 400716)

甜蕎(FagopyrumesculentumMoench)起源于中國，既是一種重要的雜糧兼藥用作物，又是很好的救災(zāi)填閑作物和重要的蜜源作物[1]。目前，甜蕎從國內(nèi)市場到外貿(mào)出口都比較緊缺，且產(chǎn)量較低，僅為1000 kg/hm2左右[2]。因此，研究播種量和施肥水平對西大花蕎春播凈光合速率、 葉綠素含量及產(chǎn)量的影響，優(yōu)化甜蕎栽培措施，為實(shí)現(xiàn)甜蕎高產(chǎn)高效提供理論依據(jù)。作物產(chǎn)量、 凈光合速率、 葉綠素含量與播種量和施肥水平有密切關(guān)系[3-4]。播種量和施肥水平都是影響蕎麥產(chǎn)量的重要因素。毛春[5]、 梅艷[6-7]、 馬俊[8]、 阮培均[9]等在貴州的研究發(fā)現(xiàn)苦蕎產(chǎn)量均隨播種量、 N、 P2O5、 K2O施用量的增加表現(xiàn)為先增加后減少； 張俊科[10]、 馬寧[11]、 候迷紅[12-13]等認(rèn)為甜蕎產(chǎn)量隨播種量和施肥水平的增加表現(xiàn)為先增后減的趨勢； 蔡妙珍[14]等認(rèn)為配施鈣或硅能提高蕎麥葉綠素含量，并使葉片的凈光合速率保持在較高的水平； 陳磊慶[15]和戴麗瓊[16]認(rèn)為蕎麥葉片葉綠素SPAD含量隨播種量和施肥量的增加呈先增加后降低的趨勢。目前，關(guān)于播種量和施肥水平對作物光合特性和產(chǎn)量影響的研究多數(shù)是針對玉米、 水稻和小麥等[17-23]主要作物進(jìn)行的，而有關(guān)播種量和施肥水平對甜蕎光合特性和產(chǎn)量影響方面的研究尚未有系統(tǒng)的報道。為此，本試驗(yàn)研究播種量和施肥水平對春播西大花蕎凈光合速率、 葉綠素含量及產(chǎn)量的影響，確定甜蕎的最佳栽培措施，以期為蕎麥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種為西大花蕎，由重慶市蕎麥產(chǎn)業(yè)體系創(chuàng)新團(tuán)隊提供； 供試肥料氮肥為尿素(含N 46%)、 磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)、 鉀肥為硫酸鉀(含K2O 53%)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

表1 試驗(yàn)因素水平(kg/hm2)

1.3 測定項目與方法

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 19統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，用Surfer 8軟件作兩因子互作效應(yīng)的等值線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量對肥力水平和播種量的響應(yīng)

試驗(yàn)結(jié)構(gòu)矩陣及試驗(yàn)結(jié)果見表2。建立4個因素與西大花蕎產(chǎn)量的回歸方程為y=1621.07-97.44x1-10.19x2-8.69x3+44.06x4-70.13x12-44.44x22-62.25x32-58.13x42+52.22x1x2+29.16x1x3-39.47x1x4+39.09x2x3+32.72x2x4+26.53x3x4，決定系數(shù)0.751。方程的F檢驗(yàn)P值為0.0123(<0.05)，失擬項檢驗(yàn)不顯著(P=0.1127)，說明模型的預(yù)測值與實(shí)際值吻合較好。得到西大花蕎產(chǎn)量最大的農(nóng)藝方案為x1=-1、 x2=-1、 x3=0、 x4=0。即播種量為37.5 kg/hm2、 施N 17.25 kg/hm2、 施P2O546.8 kg/hm2、 施K2O 52.50 kg/hm2，此時產(chǎn)量為1656.16 kg/hm2。

播種量(P=0.0002)和K2O(P=0.0407)對產(chǎn)量有顯著影響，N和P2O5的影響不顯著(P>0.05)，由各一次項回歸系數(shù)絕對值的大小可判斷其影響為播種量>K2O>N>P2O5。圖1a可以看出，西大花蕎的產(chǎn)量隨播種量的增加呈先緩慢上升后迅速降低的趨勢； 隨鉀肥用量的增加，西大花蕎的產(chǎn)量先迅速上升，后緩慢下降； N和P2O5的影響相似，均隨肥料用量的增加呈現(xiàn)先增后減的對稱拋物線變化。

播種量與N(P=0.0368)、 K2O(P=0.0423)之間及N與K2O(P=0.0447)之間均存在顯著的交互作用。圖2a可知，當(dāng)P2O5、 K2O固定在零水平時，在高播種量水平下，產(chǎn)量隨施氮量的增加而迅速增長，當(dāng)施氮量超過一定值后開始緩慢下降，在低播種量水平下，施氮量對凈光合速率的作用不明顯，說明在播種量充足時，增施一定量的氮會提高產(chǎn)量； 播種量的作用在低氮水平下對產(chǎn)量的增加效應(yīng)明顯，說明在缺氮時，適當(dāng)減少播種量會提高產(chǎn)量，而在氮充足時，播種量的增減對凈光合速率的增加無明顯效應(yīng)； 圖2b說明，當(dāng)N和P2O5固定在零水平時，無論在高鉀還是低鉀水平下，產(chǎn)量隨著播種量的減少先迅速增加后緩慢減小，說明要想獲得較高產(chǎn)量，必須適當(dāng)控制播種量； 在高播種量水平下，產(chǎn)量隨著鉀施用量的增加先迅速增加后迅速減小，而在低播種量水平下，產(chǎn)量隨著施鉀量的增加呈現(xiàn)先迅速增加后緩慢下降的趨勢； 圖2c可知，當(dāng)播種量和P2O5固定在零水平時，在高鉀水平下，產(chǎn)量隨著施氮量的增加表現(xiàn)先迅速增加后迅速降低，在低鉀水平下，產(chǎn)量隨著施氮量的增加先緩慢增加后緩慢減小，在高氮和低氮水平下，產(chǎn)量隨施鉀量的變化趨勢一致，均隨著施鉀量的增加先迅速增加后緩慢下降。無論在高鉀還是低鉀水平下，產(chǎn)量隨著播種量的減少先迅速增加后緩慢減小，說明要想獲得較高產(chǎn)量，必須適當(dāng)控制播種量； 在高播種量水平下，產(chǎn)量隨著鉀肥施用量的增加先迅速增加后迅速減小，而在低播種量水平下，產(chǎn)量隨著施鉀量的增加呈現(xiàn)先迅速增加后緩慢下降的趨勢。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

圖1 各單因素對西大花蕎產(chǎn)量、 凈光合速率及葉綠素含量的影響Fig.1 Effects of the single factors on yield, net photosynthetic and chlorophyll content of Xidahuaqiao

2.2 凈光合速率對肥力水平和播種量的響應(yīng)

建立4個因素與西大花蕎凈光合速率的回歸方程: y=16.18-0.89x1-0.17x2-0.05x3+0.39 x4-0.70x12-0.45x22-0.62x32-0.58x42+0.55x1x2+0.28x1x3-0.30x1x4+0.42x2x3+0.18x2x4+0.39x3x4，決定系數(shù)為0.739。方程的F檢驗(yàn)P值為0.0164(<0.05)，失擬項檢驗(yàn)不顯著(P=0.1058)，說明模型的預(yù)測值與實(shí)際值吻合較好。建議獲得西大花蕎凈光合速率最大的農(nóng)藝方案為x1=-1、 x2=-1、 x3=0、 x4=0，即播種量為37.5 kg/hm2、 施N 17.25 kg/hm2、 施P2O546.8 kg/hm2、 施K2O 52.50 kg/hm2，此時凈光合速率為16.46 μmol/(m2·s)。

播種量(P=0.0003)、 N(P=0.0419)、 K2O(P=0.0278)對凈光合速率有顯著影響，P2O5(P=0.0861)的影響未達(dá)到顯著水平，依據(jù)各一次項回歸系數(shù)絕對值的大小可判斷其影響為播種量>K2O>N>P2O5。圖1b可以看出，凈光合速率隨播種量的增加先緩慢增加后迅速降低； 隨鉀的增加先迅速增加后緩慢降低； 氮和磷的影響相似，均隨施肥量的增加呈現(xiàn)先增后減的對稱拋物線變化。

播種量和N(P=0.0461)之間存在顯著的交互作用，其他因素之間的交互作用不顯著(P>0.05)。圖2d表明，當(dāng)P2O5、 K2O固定在零水平時，在高播種量水平下，凈光合速率隨施氮量的增加先迅速增長后緩慢下降，在低播種量水平下，施氮量對凈光合速率的作用不明顯，在高氮水平時，凈光合速率隨播種量的增減無明顯變化，在低氮水平時，凈光合速率隨播種量的減少總體表現(xiàn)為增加，這與光合面積的增大有關(guān)[24]。

2.3 葉綠素含量對肥力水平和播種量的響應(yīng)

圖2 因子交互作用對西大花蕎凈光合速率、 葉綠素含量及產(chǎn)量的影響Fig.2 Effects of the mutual interaction on net photosynthetic rate, chlorophyll content and yield of Xidahuaqiao

建立4個因素與西大花蕎葉綠素含量的回歸方程: y=54.19-3.17x1-0.35x2-0.21x3+1.55x4-2.37x12-1.52x22-2.09x32-1.97x42+1.87x1x2+ 0.97x1x3-1.31x1x4+1.41x2x3+1.20x2x4+0.88x3x4，決定系數(shù)為0.759。方程的F檢驗(yàn)P值為0.0102(<0.05)，失擬項檢驗(yàn)不顯著(P=0.0694)，說明模型的預(yù)測值與實(shí)際值吻合較好。得到西大花蕎葉綠素含量(SPAD值)最大的農(nóng)藝方案為x1=-1、 x2= -1、 x3=0、 x4=0。即播種量為37.5 kg/hm2、 施N 17.25 kg/hm2、 施P2O546.8 kg/hm2、 施K2O 52.50 kg/hm2，此時葉綠素含量(SPAD值)為55.34。

播種量(P=0.0001)、 N(P=0.0475)、 K2O(P=0.0232)對葉綠素含量有顯著影響，P2O5(P=0.0740)的影響未達(dá)到顯著水平，依據(jù)各一次項回歸系數(shù)絕對值的大小可判斷其影響為播種量>K2O>N>P2O5。由圖1c可知，葉綠素含量隨播種量的增加表現(xiàn)為先緩慢增加后迅速降低，隨K2O的增加先迅速增加后緩慢降低，隨N的變化和隨P2O5的變化趨勢一致，均呈開口向下的對稱拋物線型。

播種量和N (P=0.0245)、 N和P2O5(P=0.0437)之間存在顯著的交互作用，圖2-e表明，當(dāng)P2O5、 K2O固定在零水平時，在高播種量水平下，葉綠素含量隨N的增加表現(xiàn)為先迅速增加后緩慢降低的趨勢； 在低播種量水平下，葉綠素隨N增減的變化不明顯。在高N水平下，葉綠素含量隨播種量的增加表現(xiàn)為先緩慢增加后緩慢降低； 在低N水平下，葉綠素含量的增加效應(yīng)明顯，說明在缺N時，適當(dāng)減少播種量會提高葉綠素含量。圖2f表明，當(dāng)播種量和K2O固定在零水平時，在高N水平下，葉綠素含量隨P2O5的增加表現(xiàn)為先迅速增加后緩慢降低； 在低N水下，葉綠素含量隨P2O5的增加表現(xiàn)為先緩慢增加后迅速降低。在高P2O5水平下，葉綠素含量隨施N量增加表現(xiàn)為先緩慢增加后迅速降低； 在低P2O5水平下，葉綠素含量隨施N量的增加表現(xiàn)為先迅速增加后緩慢降低的趨勢。

2.4 西大花蕎農(nóng)藝措施的驗(yàn)證

2012年篩選的最佳水平組合包含在所設(shè)計的31個試驗(yàn)處理組合中，為了進(jìn)一步對該農(nóng)藝措施進(jìn)行驗(yàn)證，在播種量為37.5 kg/hm2、 施N 17.25 kg/hm2、 施P2O546.8 kg/hm2、 施K2O 52.50 kg/hm2的條件下， 2013年選取面積為10 m2(2 m × 5 m)的3個小區(qū)，得到西大花蕎平均產(chǎn)量為1703.28 kg/hm2、 凈光合速率為16.84 μmol/(m2·s)、 葉綠素含量(SPAD值)為60.15。同時零水平10 m2(2 m × 5 m)的3個小區(qū)，得到3個零水平小區(qū)平均產(chǎn)量為1668.50 kg/hm2、 凈光合速率為16.06 μmol/(m2·s)、 葉綠素含量(SPAD值)為56.99，最佳水平組合比零水平組合在產(chǎn)量、 凈光合速率和葉綠素含量上分別增加2.08%、 4.86%、 5.54%，進(jìn)一步驗(yàn)證了西大花蕎栽培措施模型的實(shí)用性。

3 討論

3.1 產(chǎn)量對肥力水平和播種量的響應(yīng)

有關(guān)播種量和氮、 磷、 鉀施肥水平對蕎麥產(chǎn)量影響的相關(guān)研究很多，但受土壤肥力、 氣候差異等因素的影響，結(jié)果不盡相同。張俊科等[10]認(rèn)為甜蕎產(chǎn)量均隨N、 P2O5、 K2O施用量的增加表現(xiàn)為先增加后減少。馬寧等[11]認(rèn)為各因子對甜蕎產(chǎn)量影響的大小為N>P>K，且隨各因子水平的增加表現(xiàn)為先增加后減少，N和K2O對產(chǎn)量有顯著影響，P2O5的影響不顯著，各因子間的交互效應(yīng)均不顯著。侯迷紅等[12-13]認(rèn)為隨施氮量和施鉀量的增加甜蕎籽粒產(chǎn)量呈先升高再降低的趨勢。毛春等[5]認(rèn)為苦蕎黔黑1號春播產(chǎn)量均隨播種量和N、 P2O5、 K2O施用量的增加表現(xiàn)為先增加后減少，且影響大小為播種量>K2O>N> P2O5，播種量與N、 P2O5、 K2O之間及N與K2O之間的交互效應(yīng)顯著。梅艷等[6]認(rèn)為各因素對苦蕎黔黑1號秋播產(chǎn)量的影響均呈開口向下的二次拋物線型，播種量對產(chǎn)量的影響顯著，且播種量>鉀肥>磷肥>氮肥，各因子間的交互效應(yīng)均不顯著。馬俊等[8]認(rèn)為苦蕎黔黑2號春播產(chǎn)量均隨播種量和N、 P2O5、 K2O施用量的增加表現(xiàn)為先增加后減少，播種量對產(chǎn)量的影響顯著，且播種量>K2O>N> P2O5，各因子間的交互效應(yīng)均不顯著。本研究結(jié)果表明，西大花蕎的產(chǎn)量隨播種量的增加呈先緩慢上升后迅速降低的趨勢，隨鉀肥用量的增加，西大花蕎的產(chǎn)量先迅速上升，后緩慢下降，產(chǎn)量均隨N和P2O5施用量的增加呈現(xiàn)先增后減的對稱拋物線變化，這與前人的結(jié)果基本一致，說明春播種植甜蕎時，應(yīng)選用適應(yīng)的播種量和施肥水平； 各因子對產(chǎn)量的影響大小為播種量>K2O>N> P2O5，這與毛春等[5]和馬俊等[8]的結(jié)果相同，說明春播種植甜蕎時，首先應(yīng)控制密度，其次是鉀肥和氮肥的合理施用，再考慮磷肥的施用； 播種量和K2O對產(chǎn)量有顯著影響，播種量與N、 K2O之間及N與K2O之間均存在顯著的交互作用，這與前人的研究結(jié)果存在不同程度的差異，其原因可能是重慶地區(qū)進(jìn)入夏季后溫度驟升，因此，春播種植甜蕎時，在滿足播種量的前提下，施肥水平一定要與所追求的產(chǎn)量水平相協(xié)調(diào)[25]，以增施鉀為主，通過增鉀補(bǔ)氮，以氮促鉀，配合施用，才能增產(chǎn)增收。

3.2 光合特性對肥力水平和播種量的響應(yīng)

光合速率又稱光合強(qiáng)度，其中凈光合速率與產(chǎn)量關(guān)系密切[24]。目前，關(guān)于播種量和施肥水平對蕎麥凈光合速率影響的研究還未見報道。本研究結(jié)果表明，播種量、 N、 K2O對凈光合速率有顯著影響，凈光合速率隨播種量的增加先緩慢增加后迅速降低，這與呂麗華等[17]在玉米上的研究結(jié)果相似； 凈光合速率隨K2O的增加先迅速增加后緩慢降低； N和P2O5的影響相似，均隨肥料的增加呈先增后減的對稱拋物線變化，這與王俊花等[18]在玉米上和李廷亮等[21]在冬小麥上的研究結(jié)果均有相似之處； 各因素的影響表現(xiàn)為播種量>K2O>N> P2O5，播種量和N之間存在顯著的交互作用。說明只有在適宜的密度下合理施肥才能有效利用密肥的交互作用，提高光合效能。

葉片葉綠素含量是反映生理活性變化的重要指標(biāo)之一，與葉片光合性能的大小密切相關(guān)[17]。本研究結(jié)果表明，播種量、 N、 K2O對葉綠素含量有顯著影響，葉綠素含量隨播種量的增加表現(xiàn)為先緩慢增加后迅速降低，隨K2O的增加先迅速增加后緩慢降低，隨N的變化和隨P2O5的變化趨勢一致，均呈開口向下的對稱拋物線變化，這與呂麗華等[17]在玉米上和王繼玥等[22]在油菜上的研究結(jié)果相似； 各因素的影響表現(xiàn)為播種量>K2O>N> P2O5，播種量和N、 N和P2O5之間存在顯著的交互作用。

對產(chǎn)量、 凈光合速率和葉綠素含量進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明，產(chǎn)量與凈光合速率和葉綠素含量均呈極顯著的正相關(guān)(r=0.9904, 0.9987，P<0.0001)。

4 結(jié)論

播種量、 氮、 磷、 鉀及其相互作用對西大花蕎產(chǎn)量、 凈光合速率、 葉綠素含量有一定影響。產(chǎn)量與凈光合速率和葉綠素含量呈極顯著正相關(guān)； 在本試驗(yàn)條件下，推薦西大花蕎的最佳農(nóng)藝方案為播種量37.5 kg/hm2、 施N 17.25 kg/hm2、 施P2O546.8 kg/hm2、 施K2O 52.50 kg/hm2，此條件下，預(yù)期產(chǎn)量為1656.16 kg/hm2，凈光合速率為16.46 μmol/(m2·s)，葉綠素含量(SPAD值)為55.34。

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