李素美,張 娜,郭 慶,張曉軍,趙長星,王銘倫,王月福
(青島農(nóng)業(yè)大學(xué),山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266109)
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根土空間對花生營養(yǎng)器官氮、磷、鉀吸收積累變化的影響
李素美,張娜,郭慶,張曉軍,趙長星,王銘倫,王月福
(青島農(nóng)業(yè)大學(xué),山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島266109)
摘要:為探討花生高產(chǎn)適宜根系的大小,確定作物根系生長的合理空間范圍,為花生高產(chǎn)新品種選育和栽培提供理論依據(jù)。以高產(chǎn)花生品種青花7號為試材,設(shè)長×寬×深分別為40 cm×20 cm×20 cm、40 cm×20 cm×40 cm、40 cm×20 cm×60 cm、40 cm×20 cm×80 cm 4種大小不等的根土空間,采用網(wǎng)袋法,研究了根土空間對花生營養(yǎng)器官氮、磷、鉀吸收積累變化的影響。結(jié)果表明,根土空間過小限制了花生根莖葉生物量、氮磷鉀含量和積累量的提高,當(dāng)限根深度超過60 cm后,根土空間大小對花生根莖葉生物量、氮磷鉀含量和積累量的影響變小。說明限根深度超過60 cm后,根土空間大小已不是限制花生吸收氮磷鉀素的關(guān)鍵因素,限根深度不小于60 cm的根土空間是花生獲得較高產(chǎn)量水平的一個(gè)必要條件。
關(guān)鍵詞:花生;根土空間;氮;磷;鉀
花生是我國重要的經(jīng)濟(jì)、油料和出口創(chuàng)匯作物,在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和對外貿(mào)易中占有重要地位。作為多次性開花結(jié)實(shí)植物,花生具有無限生長習(xí)性。生產(chǎn)中,隨著地力和產(chǎn)量水平的不斷提高,營養(yǎng)生長過旺,抑制生殖生長,表現(xiàn)為瘋長或貪青晚熟,甚至倒伏,導(dǎo)致嚴(yán)重減產(chǎn)和降低品質(zhì)。因此,協(xié)調(diào)好營養(yǎng)生長與生殖生長的關(guān)系成為進(jìn)一步提高高產(chǎn)花生產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。
根系是作物吸收水分和養(yǎng)分的主要器官,又是激素、有機(jī)酸和氨基酸合成的重要場所,其形態(tài)特征、生理特性與產(chǎn)量及地上部生長發(fā)育均有密切的關(guān)系[1]。有研究認(rèn)為發(fā)達(dá)的根系總是伴隨著地上部的旺盛生長并獲得高產(chǎn),而發(fā)育不良的根系總會(huì)導(dǎo)致相反結(jié)果[2],但也有研究認(rèn)為,對于作物來說,因?yàn)橛腥祟惖闹С峙c保護(hù),基本上消除了資源的極端性,過于龐大的根系則成了生長冗余。冗余根系雖然提高了植物對水分和養(yǎng)分的吸收能力,但也消耗大量光合產(chǎn)物[3],不利于經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的提高。因此,深入開展作物根系研究,對于揭示作物高產(chǎn)形成機(jī)理,豐富作物栽培理論具有重要意義?;ㄉ柗Q先鋒作物,抗旱耐瘠,這與其發(fā)達(dá)的根系密切相關(guān)。前人圍繞花生根部特征與地上部分性狀的相關(guān)性[4],花生根部性狀遺傳[5],不同類型花生根部性狀的差異[6],濕澇[7]、水、氮、磷[8-9]、土壤質(zhì)地[10]、單粒精播[11]、斷根[12-17]等環(huán)境條件和栽培措施對花生根系生長的調(diào)控等方面進(jìn)行了大量研究,取得了重要進(jìn)展,深化了對花生根系的認(rèn)識。但是,目前關(guān)于花生根系冗余方面的研究尚未見報(bào)道。為此,采用網(wǎng)袋法限制花生根系生長空間,研究了根土空間對花生根系生長和氮、磷、鉀營養(yǎng)吸收積累的影響。以期明確花生生長過程中是否存在根系生長冗余,探討花生高產(chǎn)的適宜根系大小,確定作物根系生長的合理空間范圍,為花生高產(chǎn)新品種選育和栽培提供理論依據(jù)。
1材料和方法
1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)于2013,2014年在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)萊陽校區(qū)農(nóng)學(xué)與植物保護(hù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。供試土壤為沙壤土,有機(jī)質(zhì)1.15×104mg/kg,堿解氮55.93 mg/kg,速效磷25.63 mg/kg,速效鉀75.38 mg/kg。供試花生品種為青花7號。
試驗(yàn)設(shè)置長×寬×深分別為40 cm×20 cm×20 cm、40 cm×20 cm×40 cm、40 cm×20 cm×60 cm、40 cm×20 cm×80 cm 4種大小不等的根土空間,以不限根為對照,共5個(gè)處理,每處理重復(fù)3次,每次重復(fù)為1個(gè)微區(qū),每個(gè)微區(qū)15袋。試驗(yàn)用網(wǎng)袋采用48 μm×48 μm的尼龍絹網(wǎng)制成(允許水分和養(yǎng)分自由通過)。試驗(yàn)實(shí)施時(shí)將微區(qū)內(nèi)0~20,20~40,40~60,60~80 cm深的土壤全部挖出并混勻,然后用尼龍袋裝入原位土壤并置于原土位置,尼龍袋周圍空間分層填入原位土(對照也按原位土回填),并澆水沉實(shí),使網(wǎng)袋中土壤接近大田土壤。5月1日播種,每個(gè)網(wǎng)袋播種4粒,出苗后選留2株。
1.2測定項(xiàng)目與方法
分別于花生苗期(6月15日)、花針期(7月12日)、結(jié)莢期(7月28日)、飽果成熟期(8月20日)和收獲期(9月7日)取樣。取樣時(shí)挖開網(wǎng)袋周圍的土,將整個(gè)網(wǎng)袋抬出,先用水浸泡2 h,以便沖洗時(shí)根土容易分離,減輕對根的傷害。剪開網(wǎng)袋后用自來水緩慢沖洗花生根系,保持根系的完整。
按莖、葉、根系和莢果分樣,置于牛皮紙袋中,105 ℃高溫下殺青0.5 h,75 ℃下烘干至恒重后稱重。粉碎后測定氮、磷、鉀含量。
用濃硫酸催化劑消解法,半自動(dòng)凱氏定氮儀測定植株各器官的全氮含量。用硝酸和高氯酸聯(lián)合消煮法,等離子體發(fā)射光譜儀測定磷、鉀含量。
1.3數(shù)據(jù)分析
數(shù)據(jù)、圖表處理在Excel下進(jìn)行,統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)在SAS 9.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)下進(jìn)行。
2結(jié)果與分析
2.1根土空間對花生營養(yǎng)器官干物重變化的影響
由表1可以看出,隨著生育進(jìn)程的推進(jìn),各個(gè)處理的花生葉片和莖稈干質(zhì)量均隨著根土空間的減小而逐漸減少。其中,限根深度60,80 cm和不限根處理的葉片和莖稈干質(zhì)量均顯著高于限根深度20,40 cm處理的葉片和莖稈干質(zhì)量(除7月28日莖稈干質(zhì)量),而三者之間僅個(gè)別時(shí)期表現(xiàn)為顯著性差異。根系干質(zhì)量在各生育時(shí)期均表現(xiàn)為隨著根土空間的減小而逐漸減少,限根深度60,80 cm處理的根系干質(zhì)量顯著高于限根深度20,40 cm處理的根系干質(zhì)量,而兩者之間差異不顯著。說明根土空間過小顯著影響花生根莖葉生長,但當(dāng)限根深度超過60 cm后,根土空間大小對花生根莖葉生長的影響變小。
2.2根土空間對花生營養(yǎng)器官氮吸收積累變化的影響
2.2.1根土空間對花生營養(yǎng)器官含氮量變化的影響由表2可以看出,各生育時(shí)期花生葉片、莖稈和根系含氮量均表現(xiàn)為隨著根土空間的增大,葉片、莖稈和根系含氮量逐漸增多,到限根深度60 cm處理時(shí)達(dá)到最多,之后再增大根土空間反而呈下降趨勢(除6月15日根系含氮量外)。限根深度60,80 cm和不限根處理的葉片、莖稈和根系含氮量顯著高于限根深度20,40 cm處理的葉片、莖稈和根系含氮量(除6月15日根系含氮量和8月20日限根深度40 cm外),而三者之間并無顯著性差異。說明根土空間過小顯著影響花生葉片、莖稈和根系含氮量,但當(dāng)限根深度超過60 cm后,根土空間大小對花生根莖葉含氮量的影響變小。
表1 根土空間對花生根莖葉干質(zhì)量變化的影響
注:同列不同小寫字母分別表示處理間差異顯著(P<0.05)。表2-7同。
Note:Small letters in the same column indicate significant difference among treatments at 0.05 levels.The same as Tab.2-7.
表2 根土空間對花生營養(yǎng)器官含氮量變化的影響
2.2.2根土空間對花生營養(yǎng)器官氮積累量變化的影響由表3可以看出,各生育時(shí)期花生葉片、莖稈和根系氮素積累量均表現(xiàn)為隨著根土空間的增大而逐漸增多,到限根深度60 cm處理后氮素積累量增加不再顯著,即限根深度60,80 cm和不限根處理的葉片、莖稈和根系氮素積累量差異不顯著(除7月12日和7月28日莖稈氮積累量外),而三者顯著高于限根深度20,40 cm處理的葉片、莖稈和根系氮素積累量(除6月15日莖稈和根系氮積累量外)。說明根土空間過小顯著影響花生中后期葉片、莖稈和根系的氮素積累,但當(dāng)限根深度超過60 cm后,根土空間大小對花生根莖葉氮素積累的影響變小。說明當(dāng)限根深度超過60 cm后,根土空間大小已不是限制花生吸收氮素的主要因素。
表3 根土空間對花生營養(yǎng)器官氮積累量變化的影響
2.3根土空間對花生營養(yǎng)器官磷吸收積累變化的影響
2.3.1根土空間對花生營養(yǎng)器官含磷量變化的影響由表4可以看出,各生育時(shí)期花生葉片、莖稈和根系含磷量均表現(xiàn)為隨著根土空間的增大而逐漸增多,到限根深度60 cm處理時(shí)達(dá)到或接近最大值,之后限根深度60,80 cm和不限根處理的葉片、莖稈和根系含磷量差異不顯著,而三者顯著高于限根深度20,40 cm處理的葉片、莖稈和根系磷氮量(除6月15日葉片、莖稈和根系含磷量外)。說明根土空間過小顯著影響花生中后期葉片、莖稈和根系含磷量,但當(dāng)限根深度超過60 cm后,根土空間大小對花生根莖葉含磷量的影響變小。
表4 根土空間對花生營養(yǎng)器官含磷量變化的影響
2.3.2根土空間對花生營養(yǎng)器官磷積累量變化的影響由表5可以看出,各生育時(shí)期花生葉片、莖稈和根系磷素積累量均表現(xiàn)為隨著根土空間的增大而逐漸增多,到限根深度60 cm處理后磷素積累量增加不再顯著,即限根深度60,80 cm和不限根處理的葉片、莖稈和根系磷素積累量差異不顯著,(除7月12日和7月28日莖稈磷積累量外)而三者顯著高于限根深度20,40 cm處理的葉片、莖稈和根系磷素積累量。說明根土空間過小限制了花生葉片、莖稈和根系的磷素積累,但當(dāng)限根深度超過60 cm后,根土空間大小對花生根莖葉磷素積累的影響變小。即當(dāng)限根深度超過60 cm后,根土空間大小已不是限制花生吸收磷素的主要因素。
表5 根土空間對花生營養(yǎng)器官磷積累量變化的影響
2.4根土空間對花生營養(yǎng)器官鉀吸收積累變化的影響
2.4.1根土空間對花生營養(yǎng)器官含鉀量變化的影響由表6可以看出,花生根莖葉含鉀量在各個(gè)生育時(shí)期均表現(xiàn)隨著根土空間的增大而逐漸增大,到限根深度60 cm達(dá)到或接近最大值之后限根深度60,80 cm和不限根處理的根莖葉含鉀量差異不顯著,而三者顯著高于限根深度20,40 cm處理的根莖葉含鉀量(除6月15日根含鉀量外)。說明根土空間過小限制了花生根莖葉含鉀量,但當(dāng)限根深度超過60 cm后,根土空間大小對花生根莖葉含鉀量的影響變小。
表6 根土空間對花生營養(yǎng)器官含鉀量變化的影響
2.4.2根土空間對花生營養(yǎng)器官鉀積累量變化的影響由表7可以看出,各生育時(shí)期花生根莖葉鉀積累量均隨著根土空間的增大而逐漸增多,但到限根深度60 cm處理后磷素積累量增加不再顯著,即限根深度60,80 cm和不限根處理的根莖葉鉀積累量差異不顯著(除7月12日和7月28日莖稈鉀積累量外),三者顯著高于限根深度20,40 cm處理的根莖葉鉀積累量。說明根土空間過小顯著影響花生根莖葉鉀素的積累。當(dāng)限根深度超過60 cm后,根土空間大小對花生根莖葉鉀素積累的影響變小。說明限根深度超過60 cm后,根土空間大小已不是限制花生吸收鉀素的主要因素。
表7 根土空間對花生營養(yǎng)器官鉀積累量變化的影響
3討論
許多研究表明,過大的種植密度及不良的土壤條件如土層薄、耕層淺、土壤結(jié)構(gòu)差、土壤過于緊實(shí)等都會(huì)使根系的生長空間受到限制,進(jìn)而影響作物對水分和養(yǎng)分的吸收及產(chǎn)量的形成[18-20]。宋日等[21]研究認(rèn)為限制根區(qū)體積可抑制玉米根系生長,增加了上層土壤的根系密度,氮和磷養(yǎng)分吸收效率降低,導(dǎo)致植株養(yǎng)分吸收量下降。宋海星等[22]認(rèn)為限制根系生長空間雖嚴(yán)重影響了根系自身發(fā)育,降低了根系吸收總面積和TTC還原量,但卻增加了根系的活躍吸收面積、比吸收表面、比活躍吸收表面,并提高了根系的TTC還原強(qiáng)度。說明在限制根系生長的逆境條件下,作物并不是被動(dòng)地忍受逆境的脅迫,而是主動(dòng)地調(diào)節(jié)生理代謝過程,增強(qiáng)對水分和養(yǎng)分的吸收能力,從而減緩逆境的傷害。本試驗(yàn)中過小的根土空間使得根系生長受限,對水分、養(yǎng)分的吸收受阻,從而顯著影響花生根莖葉氮磷鉀含量和積累量的提高。當(dāng)限根深度超過60 cm后,根土空間大小對花生根莖葉氮磷鉀含量和積累量的影響變小,說明此時(shí)的根土空間已基本達(dá)到根系對生長空間的基本需求,對土壤中水分、養(yǎng)分的吸收能夠滿足植株的生長需要。限根深度超過60 cm后,根土空間大小已不是限制花生吸收氮磷鉀素的關(guān)鍵因素。
作物的產(chǎn)量形成因不同作物所需的根系縱深分布而不同。劉俊波等[23-24]用塑料布分別埋設(shè)在土面下10,20,30,40 cm處形成0~10,0~20,0~30,0~40 cm 4種根土空間,發(fā)現(xiàn)隨著隔層深度的增加,黃瓜產(chǎn)量也隨之增加,得出黃瓜需要10 cm根土空間就能獲得和對照差異不顯著的產(chǎn)量;結(jié)球甘藍(lán)至少需要20 cm的根土空間才能達(dá)到和對照差異不顯著的產(chǎn)量水平[25]。陶先萍等[26]發(fā)現(xiàn)根域限制條件下,棉花根系生物量、根系與保護(hù)酶活性、棉株總生物量、根冠比均低于對照,而地上部生物量與籽棉產(chǎn)量顯著高于對照。本試驗(yàn)結(jié)果表明,根土空間過小顯著影響花生根莖葉生長,生物量降低,這是由于根系生長受限,水分、養(yǎng)分吸收受阻所致。當(dāng)限根深度超過60 cm后,根土空間大小對花生根莖葉生長的影響變小,這與對花生根莖葉氮磷鉀含量和積累量的影響表現(xiàn)相一致,說明至少60 cm的根土空間是花生獲得較高產(chǎn)量水平的一個(gè)必要條件。
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Effects of Soil Root-growing Space on Absorption and Accumulation of Nitrogen,Phosphorus and Potassium in Vegetative Organs of Peanut
LI Sumei,ZHANG Na,GUO Qing,ZHANG Xiaojun,ZHAO Changxing,WANG Minglun,WANG Yuefu
(Qingdao Agricultural University,Shandong Key Laboratory of Dry Farming Techniques,Qingdao266109,China)
Abstract:In order to investigate the appropriate size of root for the high-yield peanut,definite the reasonable spatial scope of root growth and provide theoretical for the new varieties breeding and high-yield cultivation of peanut.Effects of soil root-growing space(40 cm×20 cm×20 cm,40 cm×20 cm×40 cm,40 cm×20 cm×60 cm,40 cm×20 cm×80 cm)on absorption and accumulation of nitrogen(N),phosphorus(P)and potassium(K)in vegetative organs of peanut were studied by filling nylon bag with soil,Qinghua 7 as the material was applied to the research.The results showed that the smaller soil root-growing space restericted the improvement of the biomass of root,stem and leaf of peanut,N,P,K content and accumulation.When the limiting depth of root over 60 cm,the effects of soil root-growing space on the biomass of root,stem and leaf of peanut,N,P,K content and accumulation were weaken.This research suggested that soil root-growing space was not the key factor to restrict absorption of N,P,K when the limiting depth of root over 60 cm.When the limiting depth of root was not less than 60 cm,the soil root-growing space was essential to high-yield peanut.
Key words:Peanut;Root-growing space;Nitrogen;Phosphorus;Potassium
doi:10.7668/hbnxb.2016.02.028
中圖分類號:S141
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1000-7091(2016)02-0170-06
作者簡介:李素美(1963-),女,山東乳山人,高級實(shí)驗(yàn)師,主要從事花生栽培生理研究。通訊作者:王月福(1963-),男,山東萊陽人,教授,博士,主要從事花生高產(chǎn)栽培理論與技術(shù)研究。
基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31271657);國家花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(Nycytx-19);山東省花生現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(SDAIT-05-022-05);山東省農(nóng)業(yè)良種工程項(xiàng)目;山東省高校旱作節(jié)水優(yōu)秀創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目
收稿日期:2016-02-17