馬偉明,史麗萍,韓寶萱,曹 智,王英澤,劉寶文,李文珍,高玉紅
(1.定西市農業(yè)科學研究院,甘肅 定西 743000;2.甘肅省干旱生境作物學國家重點實驗室/甘肅農業(yè)大學 農學院,甘肅 蘭州 730070)
胡麻(LinumusitatissimumL.)又稱油用亞麻,是世界第四大油料作物,在全球范圍內均廣泛種植。聯(lián)合國糧農組織調查顯示,中國油用亞麻種植規(guī)模僅次于加拿大和印度,居世界第三位[1]。我國胡麻主要分布在西北和華北地區(qū),不僅是重要的油料作物,同時也是當?shù)刂饕慕洕魑?,而甘肅省是我國胡麻主產區(qū),胡麻生產不僅給全省提供了營養(yǎng)豐富的胡麻油,還帶動了食用油的深加工以及農業(yè)經濟的發(fā)展[2]。但我國胡麻單位面積產量僅為901 kg·hm-2左右,低于世界發(fā)達國家水平,只有美國和加拿大單產的4/5[3]。究其原因,除受土壤瘠薄和氣候干旱等因素影響外,還與施肥有重要的關系[4]。氮、磷素營養(yǎng)對胡麻的生長發(fā)育和產量的形成有重要影響,但在胡麻生產中,為了追求高產,普遍存在過量施肥現(xiàn)象,不僅嚴重浪費肥料,還提高了生產成本[5],而且土壤理化性質變劣,養(yǎng)分供給能力下降,造成一系列生態(tài)和環(huán)境問題[6-7]。
有機肥作為一種綠色、生態(tài)緩效肥料,富含N、P、K以及多種微量元素和氨基酸、維生素等多種有機營養(yǎng)成分,持續(xù)供給作物生長發(fā)育所需各種養(yǎng)分,同時也可改善土壤結構和理化性質,提高肥料利用效率,是保證作物穩(wěn)產和推動農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施[8-10]。生物有機肥是在普通有機肥基礎上添加了多種有益微生物菌群的一種新型肥料,研究表明,生物有機肥能有效改善土壤環(huán)境,降低病蟲害的發(fā)生,促進作物生長,改善作物經濟性狀,增加作物產量,提高農產品品質和土壤肥力[11-13]。近年來,有關生物有機肥在作物種植方面的研究日趨增多,劉彥伶等[14]通過研究長期不同施肥對水稻(OryzasativaL.)干物質和磷素吸收發(fā)現(xiàn),與單施化肥相比,50%有機肥替代化肥能夠顯著增加水稻產量、干物質和磷素積累量。白玲等[15]研究表明,有機無機肥配施可以顯著提高棉花生長中后期干物質積累及養(yǎng)分吸收量,與單施化肥處理相比,不同有機無機肥配施可以保持或提高棉花產量、單鈴重以及氮素利用效率。在玉米(ZeamaysL.)種植中,黨翼等[16]研究發(fā)現(xiàn),在一定范圍內,隨有機肥用量的增加,玉米百粒重、穗行數(shù)及籽粒干物質積累均顯著增加。生物有機肥在胡麻上的研究,多側重于有機肥對品質的改善和產量的提高[17-19],而對胡麻養(yǎng)分運移規(guī)律的研究鮮有報道。因此,本試驗通過研究不同比例生物有機肥代替化肥對胡麻養(yǎng)分運移規(guī)律及產量的影響,明確胡麻生產中有機肥替代化肥的合適比例,為胡麻的高產穩(wěn)產提供科學施肥依據(jù)。
試驗于2018年4-8月在甘肅省定西市農業(yè)科學院西寨油料站(104°12′~105°01′E,35°17′~36°02′N)進行。該站位于隴中黃土高原半干旱丘陵溝壑區(qū),屬于典型中溫帶干旱半干旱區(qū)域,農田土壤為典型黃綿土。海拔高度2 020 m,無霜期平均140 d,年日照時數(shù)2 477 h,年均太陽輻射595 kJ·cm-2,年均溫度6.43 ℃,≥0 ℃積溫2 934 ℃,≥10 ℃積溫2 239 ℃,干燥度2.53;年平均降水量400 mm,年蒸發(fā)量1 531 mm,80%保證率的年降水量365 mm,變異系數(shù)24.3%,屬于典型的雨養(yǎng)農業(yè)區(qū)。土壤養(yǎng)分情況如下:有機質9.12 g·kg-1,全氮0.99 g·kg-1,全磷0.67 g·kg-1,速效磷27.1 mg·kg-1,堿解氮48.9 mg·kg-1,速效鉀108 mg·kg-1,pH 8.7。
試驗采取單因素完全隨機區(qū)組設計,設單施化肥CK(F1):氮、磷、鉀肥分別選用尿素(46% N)、過磷酸鈣(16% P2O5)和硫酸鉀(52% K2O),氮、磷、鉀肥均作為基肥施用;單施肉蛋白生物有機肥(F2);單施福瑞年土壤調理劑(F3);30%肉蛋白生物有機肥替代化肥(F4);30%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F5);60%肉蛋白生物有機肥替代化肥(F6);60%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F7);90%肉蛋白生物有機肥替代化肥(F8);90%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F9)。各處理氮、磷、鉀施用總量相同,分別按N 90 kg·hm-2、P2O575 kg·hm-2、K2SO42.5 kg·hm-2,F(xiàn)2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9處理肉蛋白生物有機肥和福瑞年土壤調理劑施用量根據(jù)其全氮含量計算其施用量,施肥量見表1,磷、鉀肥用化肥補充。
表1 不同小區(qū)具體施肥情況(kg·hm-2)Table 1 Fertilizer applications in different treatments (kg·hm-2)
氮、磷、鉀肥及有機肥均作為基肥施入,肉蛋白生物有機肥由石家莊金太陽生物有機肥有限公司生產并提供,相關養(yǎng)分含量如下:N=3%,P2O5=2%,K2SO4=1%,有機質≥30%,粗蛋白≥8%,氨基酸≥4%,中量元素鈣≥6%。福瑞年土壤調理劑由白銀豐寶農業(yè)科技有限公司生產并提供,相關養(yǎng)分的含量如下:N≥15%,有機質≥16%,水分≤6%。有機肥撒施到各小區(qū)內,并翻耕入土。試驗3次重復,共30個小區(qū)。每一小區(qū)長3 m,寬5 m,面積15 m2。小區(qū)間走道寬30 cm,重復間走道寬50 cm,四周設1 m保護行。胡麻品種選用隴亞10號,栽植密度為750萬株·hm-2,條播,播種深度為3 cm,行間距離20 cm。
1.3.1 干物質。采用烘干法測定,分別在胡麻苗期、現(xiàn)蕾期、盛花期、青果期和成熟期,每小區(qū)拔取具有代表性且長勢基本一致的植株10株,在實驗室內將植株葉、莖、花、果等器官分開,于105 ℃恒溫箱中殺青30 min,而后將溫度降至60 ℃烘干至恒重,分別測定葉、莖、果干重量,并計算干物質重量[20]。
1.3.2 植株氮和磷。將烘干的各器官樣品分別粉碎、過篩供測量使用。測量采用H2SO4-H2O2消煮法,植株全氮采用凱氏定氮法,植株全磷采用鉬銻抗比色法[21]。相關的計算公式[22-23]如下:
氮(磷)素積累量=生物量×氮(磷)素含量
氮(磷)素吸收效率(%)=植株氮(磷)素積累量/施入氮(磷)素量×100%
氮(磷)素收獲指數(shù)(%)=籽粒氮(磷)素積累量/植株氮(磷)素吸收量×100%
1.3.3 產量構成及產量。在胡麻收獲時,分別測定各小區(qū)單株有效果數(shù)、單果粒數(shù)及千粒重等產量構成指標。各小區(qū)單收單打,測量各小區(qū)實際產量,并計算單位面積實際產量。
用Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理和圖表制作,SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析。
2.1.1 有機肥替代化肥處理下胡麻葉片氮、磷素積累規(guī)律。由圖1可知,不同生物有機肥替代化肥處理下胡麻全生育期葉片氮素和磷素含量均呈先增加后降低的變化趨勢,在盛花期最大,苗期最低。苗期和現(xiàn)蕾期,各生物有機肥替代化肥處理間氮素含量無顯著差異。盛花期,胡麻葉片氮素含量隨著肉蛋白生物有機肥替代化肥比例的升高而增加(30%~90%),其中,30%肉蛋白生物有機肥替代化肥(F4)處理較單施化肥(F1)處理下葉片氮含量顯著降低4.7%,而60%肉蛋白生物有機肥替代化肥(F6)和90%肉蛋白生物有機肥替代化肥(F8)處理較單施化肥(F1)處理顯著增加4.0%和5.6%;且F1、F6和F8處理下葉片氮含量分別較單施肉蛋白生物有機肥(F2)處理顯著增加3.2%、7.3%和9.0%。
圖1 有機肥替代化肥處理下胡麻葉片氮素和磷素的動態(tài)積累Fig.1 Dynamic accumulation of nitrogen and phosphorus in flax leaves under organic fertilizer replacement
福瑞年土壤調理劑替代化肥處理下,葉片氮含量變化趨勢與肉蛋白生物有機肥替代化肥處理相似,30%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F5)和60%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F7)處理分別較F1處理下降9.4%和6.7%,而90%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F9)處理較F1處理增加13.6%(P<0.05)。青果期,肉蛋白生物有機肥替代化肥處理胡麻葉片氮含量較F1顯著增加17.2%~27.8%(F4除外),其中,F(xiàn)8處理最高,較F1顯著增加27.8%,較其他肉蛋白生物有機肥處理增加8.6%~28.3%(P<0.05);福瑞年土壤調理劑顯著增加了胡麻葉片氮含量,較F1增加7.3%~27.0%,其中,F(xiàn)9處理最高,較單施福瑞年土壤調理劑(F3)處理顯著增加10.4%,較其他福瑞年土壤調理劑替代化肥處理增加4.6%~14.8%。成熟期,肉蛋白生物有機肥替代化肥處理葉片氮含量變化趨勢與盛花期相反,F(xiàn)4處理最高,較F1增加24.3%,較其他肉蛋白生物有機肥替代化肥處理增加15.5%~57.9%(P<0.05);福瑞年土壤調理劑替代化肥處理F9最高,較F1顯著增加50.9%,較其他福瑞年土壤調理劑替代化肥處理顯著增加22.4%~90.4%。
就胡麻葉片磷含量而言,現(xiàn)蕾期,肉蛋白生物有機肥替代化肥處理F8的葉片磷含量最高,F(xiàn)2次之,分別較F1處理增加13.7%和11.9%(P<0.05);福瑞年土壤調理劑替代化肥處理F9的葉片磷含量最高,較F1增加16.1%。肉蛋白生物有機肥和福瑞年土壤調理劑替代化肥處理均顯著提高了胡麻盛花期葉片磷素含量,較F1增加7.8%~32.2%;其中,F(xiàn)6和F9處理的葉片磷素含量最高,較其他肉蛋白生物有機肥替代化肥處理增加8.0%~14.2%,較其他福瑞年土壤調理劑替代化肥處理增加11.9%~16.9%。青果期,肉蛋白生物有機肥替代化肥處理下葉片磷素含量表現(xiàn)為F8>F4>F6>F2;福瑞年土壤調理劑替代化肥處理表現(xiàn)為F9>F5>F3>F7,F(xiàn)9較F1顯著增加11.2%,而F3和F7較F1分別顯著降低了17.6%和24.5%。成熟期,F(xiàn)8和F9處理葉片磷素含量最高,分別較F1增加24.7%和32.9%。
可見,90%肉蛋白生物有機肥替代化肥處理(F8)能夠顯著增加胡麻盛花期和青果期葉片氮、磷含量,而30%肉蛋白生物有機肥替代化肥處理替代(F4)顯著提高了成熟期胡麻葉片氮、磷含量,但100%的替代比例(F2)與F1處理間無顯著差異;同樣,90%福瑞年土壤調理劑替代化肥處理(F9)有利于提高盛花期至成熟期胡麻葉片氮、磷含量。就肉蛋白生物有機肥和福瑞年土壤調理劑而言,盛花期胡麻葉片氮素含量表現(xiàn)為F9較F8處理顯著增加7.5%,磷素含量顯著增加15.9%;成熟期氮素含量F9較F4處理顯著增加21.5%,磷素含量增加18.0%。綜合來看,90%福瑞年土壤調理劑替代化肥處理有利于提高盛花期和成熟期胡麻葉片氮、磷含量。
2.1.2 有機肥替代化肥處理下胡麻莖桿氮、磷素積累規(guī)律。由圖2可知,不同有機肥替代化肥處理對胡麻莖桿氮素和磷素含量的影響呈現(xiàn)出與葉片氮素和磷素含量相似的規(guī)律。苗期至盛花期,胡麻莖稈氮素和磷素均是持續(xù)增加,盛花期最大,至成熟期略有下降。從不同生物有機肥處理下胡麻莖稈氮素含量來看,苗期各處理間莖稈氮素含量無顯著差異,現(xiàn)蕾期,30%替代比例下莖稈氮素含量最低,60%的替代比例次之,其中30%肉蛋白生物有機肥替代化肥(F4)和30%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F5)處理分別較F1處理顯著降低25.4%和24.1%,其他處理與F1無顯著差異。盛花期,除F7處理外,其余有機肥處理莖稈氮素含量較F1處理增加6.6%~25.8%,肉蛋白生物有機肥和福瑞年土壤調理劑替代比例均在90%(F8、F9)時氮素含量最高,分別較F1處理增加18.7%和25.8%。青果期,仍表現(xiàn)為F8和F9處理下莖稈氮素含量最高,分別較F1處理顯著增加26.6%和37.1%。成熟期,30%~90%肉蛋白生物有機肥和福瑞年土壤調理劑替代化肥處理下胡麻莖稈氮素含量分別隨兩種有機肥替代比例的升高而增加,在30%和60%的替代比例下,肉蛋白生物有機肥的替代效果優(yōu)于福瑞年土壤調理劑4.2%和4.8%,當替代比例達90%時,福瑞年土壤調理劑(F9)比肉蛋白生物有機肥(F8)顯著增加3.3%。
從胡麻莖稈磷素含量來看,現(xiàn)蕾期,生物有機肥處理下莖稈磷素含量表現(xiàn)為F8和F9處理較高,分別較F1顯著增加24.6%和25.4%。與F1處理相比,生物有機肥處理顯著提高了盛花期莖稈磷素含量,提高幅度達7.9%~23.2%。其中,肉蛋白生物有機肥F8處理最大,較其他肉蛋白生物有機肥F2、F4和F6處理分別增加6.6%、14.2%和8.9%;福瑞年土壤調理劑替代比例在90%(F9處理)時莖稈磷素含量達到最大,較F1顯著增加17.6%。青果期,莖稈磷素含量均隨兩種生物有機肥隨替代比例的提高呈先增加后降低的趨勢,均在F8和F9處理達最大,分別較F1顯著增加29.9%和23.2%,且F8處理較單施肉蛋白生物有機肥(F2)處理顯著增加27.4%,F(xiàn)9處理較單施福瑞年土壤調理劑(F3)處理顯著增加23.2%。成熟期,肉蛋白生物有機肥替代化肥F8處理下莖稈磷素含量最高,F(xiàn)6次之,分別比F1處理增加16.5%和11.8%;福瑞年土壤調理劑F9處理莖稈磷素含量較F1和F3處理分別增加9.5%和18.9%。
綜上表明,90%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F9)處理能有效增加現(xiàn)蕾-成熟期胡麻莖稈氮素含量,而90%的肉蛋白生物有機肥替代化肥(F8)處理對盛花-成熟期莖稈磷素含量增加效果顯著。
2.2.1 有機肥替代化肥處理對胡麻氮素吸收與積累的影響。由表2可以看出,胡麻植株氮素積累量總體呈先增后減的趨勢?,F(xiàn)蕾期至青果期,胡麻處于生長旺盛階段,葉片光合能力強,階段氮素積累量迅速增加。青果期至成熟期,植株光合能力變弱,氮素積累量明顯降低。現(xiàn)蕾期至盛花期,胡麻植株階段氮素積累量隨肉蛋白生物有機肥和福瑞年土壤調理劑替代化肥比例的增加呈先增加后降低的趨勢,在90%的替代比例下達最高,其中90%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F9)較單施化肥(F1)處理顯著增加38.6%。盛花期至青果期,肉蛋白生物有機肥替代化肥處理氮素積累量較F1處理顯著增加11.2%~24.0%,以60%(F6)替代比例最高;福瑞年土壤調理劑替代化肥處理下氮素積累量以90%(F9)替代比例最高,較F1處理顯著增加21.3%。青果期至成熟期,60%和90%肉蛋白生物有機肥替代化肥(F6和F8)處理下胡麻氮素積累量分別較單施化肥(F1)處理顯著增加8.2%和8.5%;福瑞年土壤調理劑以30%(F5)的替代比例最高,較F1顯著增加9.6%。
60%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F7)處理下氮素吸收效率較單施化肥(F1)處理顯著增加20.1%。就胡麻氮素收獲指數(shù)而言,90%肉蛋白生物有機肥替代化肥(F8)和90%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F9)處理分別較單施化肥(F1)處理顯著增加11.6%和15.3%。綜合來看,90%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F9)處理和90%肉蛋白生物有機肥替代化肥(F8)處理有利于促進胡麻生殖生長階段的氮素積累,提高氮素吸收效率和氮素收獲指數(shù)。
表2 有機肥替代化肥處理對胡麻氮素吸收與積累的影響(M±SD)Table 2 Effects of organic fertilizer replacing chemical fertilizer on nitrogen uptake and accumulation in oil flax
2.2.2 有機肥替代化肥處理對胡麻磷素吸收與積累的影響。由表3可以看出,不同有機肥替代化肥處理下胡麻磷素積累量總體趨勢與氮素積累量相似。最大磷素積累量出現(xiàn)在盛花到青果期階段。現(xiàn)蕾期至盛花期,90%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F9)處理下磷素積累量最高,較單施化肥(F1)、單施肉蛋白生物有機肥(F2)和單施福瑞年土壤調理劑(F3)處理分別顯著增加38.6%、46.5%和46.8%(P<0.05)。盛花期至青果期, 胡麻磷素積累量在F9處理下最高,60%肉蛋白生物有機肥替代化肥(F6)處理次之,分別較F1處理顯著增加26.2%和23.3%(P<0.05)。與單施化肥(F1)處理相比,有機肥對青果期至成熟期磷素的積累影響不顯著。此外,60%和90%肉蛋白生物有機肥和福瑞年土壤調理劑替代化肥處理顯著提高了胡麻磷素吸收效率,且有機肥替代比例在90%磷素吸收效率最高,90%肉蛋白生物有機肥替代化肥(F8)和90%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F9)處理分別較F1處理顯著增加21.1%和31.6%(P<0.05)。F9處理下磷素收獲指數(shù)較F1顯著增加21.7%。表明有機肥替代化肥促進了胡麻植株對磷素的吸收與積累,且以90%福瑞年土壤調理劑替代化肥處理效果最佳。
由表4可見,90%有機肥替代化肥處理顯著增加胡麻單位面積產量,其中,90%肉蛋白生物有機肥替代化肥(F8)和90%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F9)處理分別較單施化肥(F1)顯著增加2.0%和3.5%(P<0.05)。30%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F5)處理千粒重最高,F(xiàn)8處理次之,與F1處理相比分別增加9.6%和8.5%(P<0.05)。60%和90%有機肥替代化肥顯著增加了胡麻單株產量,以60%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F7)處理增加效果最為顯著,較F1處理顯著增加20.1%(P<0.05)。各有機肥處理對胡麻單株有效果數(shù)和果粒數(shù)無明顯影響。
表3 有機肥替代化肥處理對胡麻磷素吸收與積累的影響(M±SD)Table 3 Effects of organic fertilizer replacing chemical fertilizer on phosphorus uptake and accumulation in oil flax
表4 有機肥替代化肥處理下胡麻單株產量及其構成因子(M±SD)Table 4 Effects of organic fertilizer replacing chemical fertilizer on yield per plant and its components in oil flax(M±SD)
有機肥能夠提高農田土壤養(yǎng)分,對作物的生長發(fā)育具有明顯的促進作用[24-25]。有機肥在改善植株營養(yǎng)水平并促進養(yǎng)分運移的同時,還能協(xié)調土壤供氮能力與植株需求之間的關系,平衡植株的激素代謝過程,最終促進植株生長發(fā)育,對作物植株氮、磷養(yǎng)分的積累和運移有重要意義[26-28]。李迎春[29]通過施用化肥與施用有機肥對比發(fā)現(xiàn),小麥植株對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收、分配及運轉規(guī)律未隨施肥處理而發(fā)生變化,而在有機肥處理下小麥植株的氮、磷、鉀養(yǎng)分含量均顯著高于化肥處理。金宏鑫等[30]研究表明,在施入污泥生物有機肥后,大豆營養(yǎng)器官中氮、磷的含量和產量均高于對照。王建紅等[31]研究發(fā)現(xiàn),增施有機肥可以增加油菜中氮、磷、鉀養(yǎng)分的含量,且隨有機肥用量的增加,各養(yǎng)分含量也隨之增加。本研究表明,有機肥處理僅增加了胡麻莖、葉中的氮、磷養(yǎng)分含量,不改變其積累規(guī)律。其中90%肉蛋白生物有機肥替代化肥(F8)處理下,葉片氮、磷含量在盛花期和青果期表現(xiàn)出較強的優(yōu)勢,分別較單施化肥(F1)顯著增加5.6%、14.1%(盛花期)和27.8%、6.6%(青果期),成熟期葉片氮含量則以30%肉蛋白生物有機肥替代化肥(F4)處理最佳,較單施化肥(F1)顯著增24.3%。而與肉蛋白生物有機肥相比,90%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F9)處理對胡麻盛花期和成熟期葉片氮、磷含量的提高效果更顯著,較F1分別顯著增加13.6%、32.2%(盛花期)和50.9%、32.9%(成熟期)。盛花期至成熟期,莖稈氮素含量則以90%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F9)處理表現(xiàn)最佳,磷素含量以90%的肉蛋白生物有機肥替代化肥(F8)處理效果顯著。這與王建紅等[31]在油菜中的研究結果基本一致。唐海明等[32]研究指出,長期施用60%有機肥處理有利于增加早稻成熟期植株莖、葉、穗和地上部的氮、磷和鉀素積累量。本試驗中,胡麻植株氮素積累量和磷素積累量均以90%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F9)處理表現(xiàn)最佳,說明90%福瑞年土壤調理劑替代化肥促進了胡麻植株對氮、磷養(yǎng)分的吸收。楊天慶等[33]研究表明,生物有機肥與化肥配施可顯著提高胡麻植株的分枝數(shù)、蒴果數(shù)、果粒數(shù)、千粒重及產量。而本研究表明,各生物有機肥替代化肥處理顯著影響胡麻千粒重、單株產量和單位面積實際產量,以90%福瑞年土壤調理劑替代化肥(F9)處理單位面積產量增加效果最為顯著,較單施化肥(F1)處理顯著增加3.5%。
90%福瑞年土壤調理劑替代化肥顯著提高了旱地胡麻莖、葉中的氮、磷含量,明顯增加了旱地胡麻盛花期至成熟期莖、葉中氮素和磷素的積累量,促進了胡麻植株對養(yǎng)分的吸收,顯著增加了胡麻單株產量。表明90%福瑞年土壤調理劑替代化肥是試區(qū)比較適宜的胡麻高產施肥措施。