氮肥基追施比例對芝麻產(chǎn)量和氮素吸收、分配的影響

李 豐，高桐梅，衛(wèi)雙玲，曾艷娟，吳 寅，田 媛，王東勇，欒曉鋼，裴新涌

（1 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院芝麻研究中心，河南鄭州 450002；2 河南省項城市農(nóng)業(yè)局，河南項城 466200；3 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，河南鄭州 450002）

芝麻是我國傳統(tǒng)特色油料作物，在我國種植歷史悠久，地域廣泛。我國芝麻因籽大皮薄、口感好、品質(zhì)優(yōu)而享譽(yù)國內(nèi)外，但由于消費(fèi)量的增加和芝麻加工業(yè)的發(fā)展，自2004年以來我國已由芝麻出口國轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝淮筮M(jìn)口國，且進(jìn)口芝麻數(shù)量逐年增加，對外依存度增加，因此保障種植面積，爭取芝麻高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)，是促進(jìn)我國芝麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展和解決內(nèi)需的關(guān)鍵問題。氮素是提高芝麻產(chǎn)量的重要營養(yǎng)元素之一，前人針對氮肥對芝麻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響展開了大量研究，結(jié)果表明氮肥形態(tài)、用量和施用方法對芝麻養(yǎng)分吸收、生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)都有十分顯著的影響，且施用氮肥142 kg/hm2、磷肥110 kg/hm2、鉀肥146 kg/hm2，白芝麻品種可獲最大產(chǎn)量[1-6]。然而，在實際生產(chǎn)中為了提高芝麻產(chǎn)量，氮肥常被大量投入農(nóng)田，而且多采用‘一炮轟’ 等施肥方式，由此導(dǎo)致了氮肥利用率低、資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等諸多問題[7]，因此科學(xué)的氮肥運(yùn)籌仍需要進(jìn)一步研究。15N示蹤技術(shù)能區(qū)分作物對肥料氮和土壤氮的吸收利用，有關(guān)運(yùn)用15N示蹤技術(shù)研究氮肥運(yùn)籌對小麥、玉米、棉花和煙草氮肥利用率的工作已有報道[8-13]，然而有關(guān)氮肥運(yùn)籌對芝麻產(chǎn)量及芝麻植株對肥料氮和土壤氮的吸收利用的研究尚未見報道?；诘矢咝Ю玫囊螅驹囼灢捎?5N同位素示蹤技術(shù)，以夏芝麻為研究對象，在相同施氮量條件下，研究不同氮肥運(yùn)籌方式對芝麻肥料氮及土壤氮的吸收利用特性，明確芝麻各器官對氮素吸收、利用規(guī)律，以期為夏芝麻高產(chǎn)、氮肥高效利用提供施肥指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及品種來源

本試驗于2013和2014年連續(xù)兩年在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院原陽基地進(jìn)行，試驗用土取自田間0—30 cm耕層土壤，質(zhì)地為砂壤土，土壤全氮含量為0.54 g/kg、堿解氮144 mg/kg、速效鉀143 mg/kg、速效磷34.8 mg/kg。供試品種為白芝麻‘鄭太芝1號’，由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院芝麻研究中心提供。供試15N標(biāo)記尿素由上海化工研究院生產(chǎn)，其標(biāo)記豐度為10.2%，含N 46.6%。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗采用盆栽法，試驗用盆內(nèi)徑30 cm，深25 cm，堵住盆底小孔，每盆裝干土12.5 kg，并埋入土中。選均勻飽滿的種子播種，于2對真葉時每盆留苗2株。本試驗采用每盆總施氮量為0.9 g (相當(dāng)于大田施氮量為140 kg/hm2)，試驗設(shè)置4個不同的氮肥基施追施比例，即1∶0、2∶1、1∶2、0∶1，分別記作 N1∶0、N2∶1、N1∶2、N0∶1。磷肥施用重過磷酸鈣 (P2O5含量42%) 2 g/pot，鉀肥施用硫酸鉀 (K2O含量為51%) 2.4 g/pot，基施氮肥與磷鉀肥一次性施入，追施氮肥于初花期用水溶解，澆入盆中。2013年播種日期為6月9日，追肥日期為7月17日，2014年播種日期為6月6日，追肥日期為7月15日。每處理均重復(fù)10次，用作初花期和成熟期取樣和測產(chǎn)，各處理的水分管理相同。

1.3 測定項目與方法

在芝麻初花期、成熟期，每處理共采集6株。按器官分樣，樣品經(jīng)105℃殺青15 min后，70℃烘干至恒重，稱重后粉碎過0.25 mm篩，測定全氮含量和15N豐度。芝麻各器官全氮含量和15N豐度值由中國科學(xué)院南京土壤研究所土壤與環(huán)境分析測試中心測定。

1.4 計算方法

15N的計算參照文獻(xiàn)[14-16]中的方法。計算公式為：芝麻不同器官吸氮量 = 器官生物量 × 全氮含量；芝麻不同器官的氮素來自肥料的比例(%) = (樣品中的15N豐度% - 0.3663)/(肥料中的15N豐度% -0.3663) × 100；

芝麻不同器官15N積累量 = 器官吸氮量 × 器官氮素來自肥料氮的比例；

氮肥分配率(%) = 各器官吸氮量/植株總吸氮量 × 100；

芝麻不同器官對土壤氮的吸收量 = 器官總吸氮量 - 植株積累氮素來自肥料氮的量；氮肥利用率(%) = 植株中肥料氮積累量/施氮量 × 100；土壤中氮素來自肥料的比例(%) = (土壤中的15N豐度%-0.3663)/(肥料中的15N豐度%-0.3663)×100

土壤中15N 殘留量 = 土壤全氮量 × 土壤含量 × 收獲后土壤氮素來自肥料的比例

土壤15N回收率(%) = 土壤中15N殘留量/15N施用量 ×100。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel和DPS軟件進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 芝麻經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量

2013和2014年結(jié)果 (表1) 表明，芝麻株高和果軸長度均以N2∶1處理的最高，N1∶0處理的最低，其中 N2∶1與 N1∶0、N0∶1處理的差異達(dá)顯著水平，N2∶1與N1∶2處理株高和果軸長度差異不顯著，N0∶1與N1∶0處理的株高差異達(dá)到顯著水平，果軸長度差異不顯著。從產(chǎn)量水平來看，2013和2014年單株產(chǎn)量水平為3.22～4.85 g和3.10～4.49 g，處理間2年的變化趨勢一致，以N2∶1處理最高，N1∶2處理次之，N1∶0處理最低，N2∶1處理與 N1∶0和 N0∶1處理差異達(dá)顯著水平。N2∶1處理的單株蒴數(shù)、單蒴粒數(shù)和產(chǎn)量水平均高于其他處理，與N1∶0和N0∶1處理的差異均達(dá)到顯著水平。N1∶2處理的千粒重及產(chǎn)量性狀與N1∶0處理達(dá)到顯著差異。

2.2 芝麻生物量與吸氮量

從表2可以看出，初花期單株生物量隨著底肥施入量的減少而降低，N1∶0單株生物量最大，N0∶1處理的最低，兩者差異達(dá)顯著水平。成熟期，N2∶1處理的單株總生物量最大，N1∶2處理的次之，兩者與N1∶0和N0∶1處理的差異均達(dá)顯著水平。2013年初花期單株吸氮量為73.9～126 mg，2014年為71.3～122 mg，2年單株吸氮量的變化趨勢一致，以N2∶1處理最高，N0∶1處理最低。N1∶0、N2∶1和 N1∶2處理間差異不顯著，但均與N0∶1處理差異達(dá)顯著水平。2013年成熟期單株吸氮344～532 mg，籽粒吸氮量為120～164 mg，2014年為324～485 mg，籽粒吸氮量為115～168 mg。N2∶1處理單株籽粒吸氮量和總吸氮量均為最高，N1∶0處理最低，兩者差異達(dá)顯著水平，N2∶1與N1∶2和 N0∶1處理差異不顯著。結(jié)果表明，N2∶1處理有利于芝麻生物量的積累，能夠促進(jìn)植株對氮肥的吸收。

2.3 芝麻對15N肥料的吸收

從表3可以看出，2013年初花期的植株吸氮量為15.9～42.3 mg，2014年為13.9～37.9 mg，不同處理植株對15N 的吸收量表現(xiàn)為 N1∶0＞ N2∶1＞ N1∶2，隨著底肥施入量的降低而顯著下降，不同氮肥運(yùn)籌處理間的差異均達(dá)顯著水平。成熟期15N吸收量以N2∶1處理的最高，N1∶0處理的最低，兩者差異達(dá)顯著水平，N2∶1處理的單株15N 吸收量較 N1∶2、N0∶1處理提高 10.7% 和 11.6%，N2∶1與 N1∶2、N0∶1處理間差異不顯著，N1∶2和N0∶1處理的差異也未達(dá)到顯著水平。從表3還可以看出，單株秸稈對15N吸收量占總吸收量的55.7%～67.0%，籽粒對15N吸收量占總吸收量33.0%～44.3%。

表 1 芝麻經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量Table 1 Yield and yield components of sesame

表 2 芝麻生物量與吸氮量Table 2 Biomass and nitrogen uptake of sesame

表 3 芝麻對肥料氮的吸收量 (mg/plant)Table 3 Recovery of fertilizer N by sesame

2.4 芝麻對土壤氮和肥料氮的吸收與分配

從表4可以看出，初花期芝麻根、莖、葉對肥料氮的吸收受基肥施入量的影響較大，表現(xiàn)為N1∶0＞N2∶1＞ N1∶2，根系對土壤氮的吸收量，隨著底肥施入量的減少而降低，N2∶1、N1∶2處理與 N1∶0、N0∶1處理差異達(dá)顯著水平，莖、葉對土壤氮的吸收以N1∶2處理的最高，N2∶1處理次之，其中N1∶2處理植株對土壤氮的吸收量與N1∶0和N0∶1處理的差異顯著，N1∶0和N0∶1間差異不顯著。從植株對肥料氮和土壤氮的吸收比例來看，N1∶0處理土壤氮和肥料氮的吸收比例為 33∶67，N2∶1處理為 24∶76，N1∶2處理為13∶87，N0∶1處理不施底肥情況下，根、莖、葉對土壤氮的吸收比例為6∶30∶64。從土壤氮和肥料氮在各器官中的分配來看，葉 ＞ 莖 ＞ 根，以上結(jié)果表明，初花期植株器官對肥料氮的吸收主要受底肥施用量的影響，底肥施入量越大，營養(yǎng)器官對肥料氮的吸收量越大，莖和葉對土壤氮的吸收隨著底施氮肥的減少而上升。

從表5可以看出，成熟期N2∶1處理對肥料氮的吸收量最高，N1∶2處理次之，N1∶0處理最低，N2∶1處理與N1∶0處理的差異顯著，N2∶1處理對肥料氮的吸收量比其它處理提高6.78%～13.0%。N1∶2和N0∶1處理與 N1∶0處理的差異也達(dá)到顯著水平。N2∶1處理對土壤氮的吸收量均高于其它處理，主要是葉片、蒴皮和籽粒對土壤氮的吸收量較大，N2∶1和N1∶0處理對土壤氮的吸收差異顯著。植株各器官對土壤氮的吸收量均高于對肥料氮的吸收量。植株對肥料氮的吸收比例為23.7%～29.1%，對土壤氮的吸收比例為70.9%～76.3%。成熟期不同器官的氮肥吸收量表現(xiàn)為籽粒 ＞ 葉片 ＞ 莖 ＞ 蒴皮 ＞ 根。籽粒的吸氮量明顯高于其它器官的吸氮量，籽粒從肥料和土壤中的吸氮量占植株總吸氮量的31.1%～35.5%，其中土壤氮占20.8%～25.6%，肥料氮占9.3%～10.4%。

表 4 吸收的肥料和土壤中的氮素在初花期芝麻各器官中的積累與分配Table 4 Accumulation and distribution of nitrogen from fertilizer and soil in organs of sesame at the initial flowering stage

表 5 吸收的肥料氮和土壤氮在成熟期芝麻各器官中的積累與分配Table 5 Accumulation and distribution of nitrogen from fertilizer and soil in organs of sesame at maturity stage

2.5 不同氮肥基追比例下芝麻收獲后植株和土壤的15N回收率

圖 1 氮肥不同基追施比例下芝麻收獲后植株和土壤的15N回收率Fig. 1 15N recovery of plant and soil under different nitrogen fertilizer ratio of basal and topdressing at harvest

從圖1可以看出，不同處理的植株氮回收率為17.8%～32.5%，N2∶1處理回收率最高，即氮肥利用率最高，N1∶0處理最低，N2∶1處理 N回收率比N1∶2和 N0∶1處理高 2.85% 和 3.73%，N2∶1、N1∶2、N0∶1處理間差異不顯著，但均與N1∶0處理差異達(dá)顯著水平。從土壤中肥料N的回收率來看，不同處理芝麻收獲后的回收率為16.2%～31.3%，N2∶1處理最低，N0∶1處理最高，N0∶1與其它3個處理差異達(dá)顯著水平，N1∶0與 N2∶1和 N1∶2處理差異也達(dá)顯著水平。以上結(jié)果表明，與氮肥“一炮轟” 基施或者全部初花期追施相比，采用氮肥底追施比例為2∶1時，能提高芝麻對氮肥的利用率，降低在土壤中的殘留率。

3 討論

3.1 氮肥不同基追比對芝麻產(chǎn)量的影響

王小琳等[17]研究氮肥分配和種植方式對秋芝麻開花進(jìn)程的影響，結(jié)果表明，氮肥作基肥 + 蕾花肥比全部基施初花期提前2天，進(jìn)入盛花期提前1天，芝麻增產(chǎn)5.1%。李貴寶等[18]報道，氮肥1/3底施 +2/3追施效果最好，比全部底施增產(chǎn)3.5%，比全部追施增產(chǎn)8.7%。郭中義等[19]報道，氮肥全底施比對照(不施肥) 增產(chǎn)22.5%，氮肥底追結(jié)合施用和二次追施比對照增產(chǎn)34%～35%，以氮肥底追結(jié)合或2次追施比全部底施增產(chǎn)9.5%～10.1%。本試驗每盆施氮0.9 g條件下，氮肥底施與初花期追施比例為2:1時的芝麻單株產(chǎn)量最高，與氮肥全部基施和氮肥全部追施處理的差異達(dá)到顯著水平，表明芝麻氮肥采用基追肥相結(jié)合，能滿足芝麻不同時期的需肥特性，增加生物量，提高產(chǎn)量。

3.2 氮肥不同基追比對芝麻不同來源氮素吸收和分配的影響

有研究表明，作物對土壤氮吸收大于對肥料氮的吸收[20-21]。本研究表明，植株對15N吸收量占總吸氮量23.7%～29.1%，土壤氮吸收量占總吸氮量70.9%～76.3%，各器官中土壤氮的吸收量高于肥料氮，與前人的研究結(jié)果一致。初花期單株吸氮量以N2∶1處理最高，N0∶1處理最低。N1∶0、N2∶1和N1∶2處理間差異不顯著，但均與N0∶1處理差異達(dá)顯著水平。初花期根、莖、葉對肥料氮的吸收受底肥施入量的影響較大，N1∶0＞ N2∶1＞ N1∶2，根系對土壤氮的吸收量，隨著底肥施入量的減少而降低，莖、葉對土壤氮的吸收以N1∶2處理的最高，N2∶1處理次之，N1∶2處理對土壤氮的吸收量與N1∶0和N0∶1處理達(dá)顯著差異水平，N1∶0和 N0∶1之間差異不顯著。N2∶1處理氮肥利用率最高為32.49%，土壤殘留量最少。N2∶1處理對肥料土壤氮的吸收量也高于其它處理。本研究還表明，芝麻各器官吸氮量，籽粒 ＞ 葉片 ＞ 莖 ＞ 蒴皮 ＞ 根，籽粒吸氮量占總吸氮量的31.1%～35.5%，其中吸收土壤氮20.8%～25.6%，肥料氮9.3%～10.4%。

3.3 氮肥不同基追比對芝麻氮肥利用率和氮肥土壤殘留的影響

氮肥利用率是衡量作物生產(chǎn)中施氮是否合理的重要指標(biāo)[22]。有研究表明，氮肥利用率受氮肥類型、施用量及其施用方式的影響較大[23-24]。氮肥運(yùn)籌對作物氮肥利用率的影響也有大量報道，Tang等[25]研究表明，減少底肥氮素施用量，提高盛花期氮素追肥量，能促進(jìn)長江流域棉區(qū)棉花結(jié)鈴期的氮素積累，提高氮肥利用率。張翔等[26]研究表明，從提高肥料利用率的角度考慮，應(yīng)減少基肥氮的使用量。馬興華等[27]研究，相同施氮量下增加追肥氮的比例，提高了氮肥農(nóng)學(xué)利用率和吸收利用率。本研究結(jié)果表明，氮肥底施與初花期追施比例為2∶1時，氮肥利用率高于氮肥“一炮轟” 基施或者全部初花期追施，但氮肥底施與初花期追施比例為1∶2時氮肥利用率又有所降低，這還有待在大田實驗中進(jìn)一步驗證。馬興華等[13]研究表明，烤煙肥料氮土壤殘留40.4%～52.0%，馬麗娟等[28]報道滴灌棉花土壤15N回收率在16.8%～27.0%，本研究表明，芝麻的土壤15N回收率16.2%～31.3%，氮肥底施與初花期追施比例為2∶1時，15N土壤殘留量最小，氮肥底施與初花期追施比例為0∶1時，15N土壤殘留量最大。

4 結(jié)論

本試驗條件下，氮肥底施與初花期追施比例為2∶1的處理芝麻單株產(chǎn)量最高，吸氮量最多，對肥料氮和土壤氮的吸收均高于其它處理，肥料利用率最高，土壤殘留量最少，是最理想的氮肥施用比例。