氮磷配施對燕麥生長特性及產(chǎn)量的影響

蔡天革, 杜春明, 胡智馨, 唐鳳德

(遼寧大學(xué) a. 生命科學(xué)院, b. 商學(xué)院, 遼寧 沈陽 110036)

燕麥(AvenasativaL.),禾本科燕麥屬一年生草本植物[1],是世界性廣泛種植的糧飼兼用作物,有帶稃型(皮燕麥)和裸粒型(裸燕麥)2種[2].裸燕麥具喜冷涼、抗寒、抗旱、耐鹽堿、耐貧瘠的特性.世界上燕麥種植面積居于第6位,位于小麥、玉米、水稻、大麥和高粱之后[3-4].燕麥主要營養(yǎng)成分有脂肪、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維.其中賴氨酸含量是小麥粉的2倍以上,能有效改善中國膳食結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的“賴氨酸缺乏癥”.燕麥中β葡聚糖含量遠(yuǎn)高于其他谷類作物,能夠有效地降低人體血漿膽固醇水平,對治療糖尿病具有明顯作用[5].近20年來,中國、美國、日本等國家通過對人體臨床表現(xiàn)的觀察和對動物進(jìn)行實(shí)驗(yàn),證明燕麥具有預(yù)防和治療高血脂癥、控制糖尿病和肥胖癥、提高機(jī)體免疫力、有益于兒童的生長發(fā)育、改善性功能及提高記憶力等作用[6-7].同時燕麥的生產(chǎn)對發(fā)展畜牧業(yè)和生態(tài)建設(shè)也具有重大意義.

在多數(shù)農(nóng)田中,土壤自然供給的養(yǎng)分不能滿足作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的需要,必須通過施肥才能提高作物品質(zhì)和產(chǎn)量.氮肥作為植物生長過程中主要的肥料之一,能夠直接影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[8-9].氮元素是植物的重要組成部分,是蛋白質(zhì)、核酸、磷脂、細(xì)胞核、細(xì)胞膜、酶、激素和維生素的重要組成部分,對植物的生命活動起著至關(guān)重要的作用,許多研究表明,氮對植物中磷和砷的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)均有較強(qiáng)的影響[10-11],在適量的氮肥施用比例下,可以顯著地增加作物的株高、地上生物量及產(chǎn)量[12-13].光合作用作為植物的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[14],施用氮肥能顯著提高作物的分蘗數(shù)和光合速率,促進(jìn)莖、葉的生長,增加綠色面積,延緩葉片的衰老進(jìn)程,從而提高作物光合物質(zhì)的生產(chǎn)能力[15].

磷是組成植物體內(nèi)重要化合物核酸、核蛋白和磷脂等的必要元素,有利于細(xì)胞分裂、增殖,促進(jìn)根系伸展和地上積累向生殖生長干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)化的能力,能提高作物對環(huán)境變化的抗逆能力,參與光合作用物質(zhì)的轉(zhuǎn)化還原,促進(jìn)植物體內(nèi)氮素和脂肪的代謝.研究發(fā)現(xiàn),施磷能促進(jìn)小麥不同生育期干物質(zhì)的積累[16].馬東輝等[17]認(rèn)為增施氮肥能使干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量增加,但施氮量達(dá)到30 g·m-2時則不利于干物質(zhì)轉(zhuǎn)移.姜宗慶等[18]試驗(yàn)表明,當(dāng)施磷量大于10.8 g·m-2時,花后干物質(zhì)積累量降低,籽粒產(chǎn)量也隨之下降.研究表明,氮磷配施能提高草木樨的產(chǎn)量和粗蛋白含量.氮肥對牧草增產(chǎn)效應(yīng)的發(fā)揮也與土壤中的含磷量有很大關(guān)系,在土壤磷素充足的情況下,氮肥的增產(chǎn)作用才能充分發(fā)揮.因此,氮磷配施對作物的增產(chǎn)效果要好于單施其中一種肥料.植物體各個構(gòu)件生長指標(biāo)對氮、磷用量和配比的響應(yīng)規(guī)律并不相同,但目前關(guān)于燕麥的氮磷配施研究較少.因此,本文通過燕麥?zhǔn)┓试囼?yàn),進(jìn)行氮肥、磷肥配施對燕麥主要生長特性、產(chǎn)量影響的研究,解決燕麥生產(chǎn)中存在的肥料搭配不合理和產(chǎn)量低下等問題,初步探討燕麥生長所需的最佳氮磷肥用量,為燕麥高產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地

試驗(yàn)于2019年在遼寧大學(xué)試驗(yàn)基地進(jìn)行(41°48′11.75″ N,123°25′31.18″ E).試驗(yàn)地位于中國東北地區(qū)南部,遼寧省中部,南連遼東半島,北依長白山麓,平均海拔30～50 m,屬于溫帶半濕潤大陸性氣候,年平均氣溫6.2～9.7 ℃,極端最高氣溫為38.3 ℃,中心城區(qū)極端最低氣溫為-32.9 ℃.全年降水量600～800 mm,市區(qū)年平均降水量716.2 mm,全年無霜期155～180 d.試驗(yàn)區(qū)的土壤理化性質(zhì)指標(biāo)為土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25 g·kg-1,全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.14 g·kg-1,全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)15.08 g·kg-1,有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.7 g·kg-1,pH值5.6.

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用盆栽試驗(yàn)的方法,花盆規(guī)格為直徑24 cm,高20 cm,每盆裝土4 kg.試驗(yàn)材料為白燕2號,來源于吉林省白城農(nóng)業(yè)科學(xué)院.試驗(yàn)設(shè)計(jì)氮肥、磷肥2個因素進(jìn)行盆栽試驗(yàn):氮肥設(shè)置0、7、14、21 g·m-24個施用量水平,分別記為N0、N1、N2、N3;磷肥設(shè)置0 、5、10 、15 g·m-24個施用量水平,分別記為P0、P1、P2、P3.隨機(jī)區(qū)組排列,共計(jì)16個處理,每個處理重復(fù)3次,氮肥和磷肥全部作為種肥.

1.2.2 測定指標(biāo)與方法

株高: 于成熟期在每個處理選取5株生長正常、長勢均勻的植株,用卷尺直接測量莖基部到植株頂端的距離.

莖粗: 于成熟期在每個處理選取5株生長正常、長勢均勻的植株,用精度為0.05的游標(biāo)卡尺直接測量莖基部的直徑.

葉面積: 于成熟期在每個處理選取5株生長正常、長勢均勻的植株,測定其旗葉的長和寬,用系數(shù)法計(jì)算葉面積.葉面積=0.86×長×寬[19].

產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素測定:于成熟期在各個處理隨機(jī)選取5株長勢均勻的燕麥,裝入密封袋中,寫好標(biāo)簽,標(biāo)明相應(yīng)處理和日期,烘干后進(jìn)行脫粒處理,進(jìn)行測定.包括穗長(用米尺測定植株穗長)、單株穗粒數(shù)(單株上結(jié)的種子數(shù)目)、單株穗粒重(單株種子的重量)、千粒重(百粒法,隨機(jī)選取100粒燕麥種子,用電子天平測定質(zhì)量后擴(kuò)大10倍)、種子產(chǎn)量(測量每盆中燕麥種子產(chǎn)量換算成每平方米種子產(chǎn)量).

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010、GraphPad 7進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和作圖,用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和差異顯著性檢驗(yàn)(Duncan,S test).

2 結(jié)果分析

2.1 氮磷配施對燕麥株高的影響

株高是植物形態(tài)調(diào)查最基本的指標(biāo)之一,株高能在一定程度上反映植株的生長狀況,為了研究氮磷配施對株高的影響,對成熟期燕麥株高進(jìn)行測定.對不同氮肥處理下燕麥株高進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果如圖1所示,從圖1a中可以看出,株高在N0、N1、N2、N3條件下,隨著磷肥施用量的增加,株高呈現(xiàn)先增加再降低的趨勢,均在P2時達(dá)到最大值,在N0時最大值與組內(nèi)其他處理呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05),在N1、N2、N3時,最大值與組內(nèi)P0、P3處理相比呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05).從圖1b可以看出,在P0、P1、P2、P3時,隨著氮肥施用量的增加,株高呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,均在N2處理達(dá)到最大值,且最大值與組內(nèi)其他處理相比呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05).在N2P2處理下株高達(dá)到最大值,為95.57 cm.

(a)(b)

2.2 氮磷配施對燕麥莖粗的影響

莖粗是衡量燕麥生長發(fā)育水平的重要指標(biāo)之一,為研究不同氮磷肥處理對燕麥莖粗的影響,測定成熟期燕麥莖粗,對所得莖粗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,由圖2a可知,莖粗在N0、N1、N3時隨著磷肥施用量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,均在P2處理取得最大值,在N0時最大值與組內(nèi)其他處理間呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05),在N1、N2、N3時最大值與組內(nèi)其他處理間差異不顯著(P>0.05).在N2時,莖粗隨著磷肥施用量的增加呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢,在P3時達(dá)到最大值.由圖2b可知,在P0、P1、P2、P3時,莖粗隨著氮肥施加量的增加呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢,均在N3處理達(dá)到最大值.在P0、P3時,最大值同組內(nèi)N0與N3處理莖粗呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05),在P1、P2時,最大值與組內(nèi)處理間差異不顯著(P>0.05).在N3P2處理下莖粗達(dá)到最大值,為0.37 cm.

(a)(b)

2.3 氮磷配施對燕麥葉面積的影響

葉片是植物進(jìn)行光合作用、蒸騰作用的主要場所,葉面積的大小決定著光合能力的強(qiáng)弱,從而對植物生長發(fā)育及產(chǎn)量產(chǎn)生影響.于成熟期測定燕麥的葉面積,對氮磷配施條件下成熟期燕麥的葉面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,從圖3a可以看出,在N0、N1、N2、N3時,隨著磷肥施用量的增加,葉面積呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,且均在P2處理取得峰值,在N0、N1、N2處最大值與組內(nèi)處理間呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05),在N3處最大值與組內(nèi)處理間差異不顯著(P>0.05).從圖3b可以看出,在P0、P1、P2、P3時,隨著氮肥施用量的增加,葉面積呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,均在N2處理達(dá)到最大值,且最大值均與組內(nèi)其他處理呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05).在N2P2處理下葉面積達(dá)到最大值,為33.80 cm2.

(a)(b)

2.4 氮磷配施對燕麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

為確定氮磷配施是否會對燕麥的產(chǎn)量造成影響,對相應(yīng)處理的燕麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行了測定.通過對不同氮磷處理下的燕麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素分析發(fā)現(xiàn)(表1),氮肥、磷肥對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素影響差異顯著(P<0.05),在氮肥施用量一定時,各指標(biāo)均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢,均在N1時各指標(biāo)達(dá)到最大值.在磷肥施用量一定的條件下,各指標(biāo)均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢,在P2時達(dá)到最大值.16組處理均在N1P2時達(dá)到最大值,穗長、千粒重、單株穗粒數(shù)、單株穗粒重、種子產(chǎn)量最大值分別為27.23 cm、28.30 g、36.33粒、1.68 g、371.25 g·m-2.N1P2條件下與N0P0條件下相比,種子產(chǎn)量增加26.96%.

為了進(jìn)一步研究氮磷配施對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響,進(jìn)行了方差分析.通過方差分析發(fā)現(xiàn):氮肥、氮肥磷肥配施對穗長、千粒重、單株穗粒數(shù)、單株穗粒重、種子產(chǎn)量均有顯著影響(P<0.05);磷肥對千粒重、單株穗粒數(shù)、單株穗粒重、種子產(chǎn)量有顯著影響(P<0.05);氮磷配施對燕麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響由大到小為千粒重、種子產(chǎn)量、單株穗粒數(shù)、單株穗重、穗長.

對氮磷配施條件下燕麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)(表2),氮磷配施條件下穗長和千粒重之間相關(guān)關(guān)系不顯著,其他指標(biāo)之間達(dá)到極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01).在氮磷配施條件下,穗長、千粒重、單株穗粒數(shù)、單株穗粒重對種子產(chǎn)量的貢獻(xiàn)具有相似性,均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01),相關(guān)系數(shù)(R)分別為0.423、0.696、0.605、0.974,種子產(chǎn)量和單株穗粒重之間相關(guān)系數(shù)最大.總體來說,燕麥在氮磷配施下的籽粒產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性表現(xiàn)由優(yōu)到劣依次為單株穗重、千粒重、單株穗粒數(shù)、穗長.

表1 氮磷肥配施對燕麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響Table 1 Effects of combined application of nitrogen and phosphorus fertilizers on oat yield and constituent factors

表2 氮磷配施下的燕麥產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性分析

2.5 氮磷配施下的燕麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素之間的關(guān)系

由圖4得出,在氮磷配施條件下種子產(chǎn)量與千粒重呈多項(xiàng)式線性回歸方程y=-0.216 1x2+14.311x+116.15,相關(guān)系數(shù)(R2)為0.524 7,擬合效果較好,隨著千粒重的增加,種子產(chǎn)量呈現(xiàn)增加的趨勢.由圖5得出,在氮磷配施條件下種子產(chǎn)量與穗長呈多項(xiàng)式線性回歸方程y=0.539 9x2-16.116x+399.63,相關(guān)系數(shù)(R2)為0.340 8,隨著穗長的增加,種子產(chǎn)量呈現(xiàn)增加的趨勢.由圖6得出氮磷配施條件下種子產(chǎn)量與單株穗粒數(shù)呈多項(xiàng)式回歸方程y=-0.004 9x2+4.173 1x+224.47,決定系數(shù)(R2)為0.396 8.由圖7得出在氮磷配施條件下種子產(chǎn)量與單株穗粒重呈多項(xiàng)式線性回歸方程y=-31.479x2+307.52x-58.63,相關(guān)系數(shù)(R2)為0.987,擬合度較高,隨著單株穗粒重的增加種子產(chǎn)量增加.因此,氮磷配施下穗長、千粒重、單株穗粒重、單株穗粒數(shù)可以用來估計(jì)燕麥種子產(chǎn)量.

圖4 氮磷配施下千粒重與種子產(chǎn)量的關(guān)系

圖5 氮磷配施下穗長與種子產(chǎn)量的關(guān)系

圖6 氮磷配施下單株穗粒數(shù)與種子產(chǎn)量的關(guān)系

圖7 氮磷配施下單株穗粒重與種子產(chǎn)量的關(guān)系

3 討 論

氮元素是植物體內(nèi)需求較大的營養(yǎng)元素,其供應(yīng)量會限制植物生長發(fā)育和生物量的積累,合理的氮肥使用對燕麥生長發(fā)育有一定的促進(jìn)作用.合理施加氮肥是促進(jìn)燕麥生長及增加產(chǎn)量的主要措施之一,適量的氮肥有利于燕麥生物量及產(chǎn)量的增加,株高與莖粗是影響燕麥產(chǎn)量和其利用方式的主要因素,是衡量燕麥生長發(fā)育狀況的重要標(biāo)準(zhǔn),同時也是反映燕麥生產(chǎn)能力的指標(biāo).氮元素缺乏會導(dǎo)致植株葉綠素減少,如不及時施氮甚至?xí)谷~片變黃;氮元素施加過量會導(dǎo)致細(xì)胞分裂速度加快、體積過大、細(xì)胞壁薄且易受病蟲害;氮元素施加適當(dāng)時,葉面積增大,合成蛋白質(zhì)和光合作用加快[20].通過對燕麥生長指標(biāo)的分析發(fā)現(xiàn),單施氮肥、單施磷肥和氮磷配施下的生長指標(biāo)呈現(xiàn)出較強(qiáng)的規(guī)律性,隨著氮肥和磷肥的增加,生長指標(biāo)先增加再降低,適當(dāng)?shù)氖┯昧渴股L指標(biāo)達(dá)到最大,施用量過高或者過低會降低生長指標(biāo).焦瑞棗[21]和王樂等[22]的研究指出:在一定范圍內(nèi),隨著施氮量的增加,燕麥株高和葉面積呈現(xiàn)二次曲線關(guān)系,這與本研究結(jié)果相似.

裸燕麥產(chǎn)量較低已成為制約其生產(chǎn)的一個重要因素.氮、磷是影響作物生長發(fā)育的主要元素,通過合理的氮磷配施,篩選出適宜的施肥組合,對發(fā)展裸燕麥種植業(yè)有很重要的意義.氮、磷作為作物生長的重要營養(yǎng)物質(zhì),其供應(yīng)狀況和農(nóng)作物的生長發(fā)育及品質(zhì)有密切關(guān)系.但在生產(chǎn)中,種植戶為了提高產(chǎn)量,盲目大量施肥現(xiàn)象日趨嚴(yán)重.王秀英[23]認(rèn)為,肥素的利用效率不隨著施肥量的增加而增加,找到作物最為適量的施肥水平才可發(fā)揮肥料的最大效益.德科加[24]認(rèn)為,氮磷配施在一定范圍內(nèi)對燕麥籽粒產(chǎn)量有顯著增加作用.本試驗(yàn)在氮肥施用量為7 g·m-2、磷肥施用量為10 g·m-2時種子產(chǎn)量及影響產(chǎn)量的相關(guān)指標(biāo)達(dá)到最大值,隨著氮磷施用量的增加,各指標(biāo)降低,這可能由于氮肥的增加,促進(jìn)營養(yǎng)器官生長,抑制生殖器官生長,從而使種子產(chǎn)量降低.施磷不僅可增加植物體內(nèi)磷素積累,促進(jìn)氮肥吸收,而且促進(jìn)植物光合作用,從而有利于植物生物量的積累,但磷肥施用量超過一定范圍,造成磷素在植物營養(yǎng)器官中過度集中,抑制干物質(zhì)積累,造成產(chǎn)量下降[25].

4 結(jié) 論

單施氮肥、單施磷肥以及氮磷肥配施對燕麥的生長特性和產(chǎn)量均有顯著影響.在氮肥和磷肥一定條件下,生長指標(biāo)及產(chǎn)量構(gòu)成因素先增加后降低,在氮肥施用量為14 g·m-2、磷肥施用量為100 g·m-2條件下燕麥的株高、葉面積達(dá)到最大值,在氮肥施用量為21 g·m-2、磷肥施用量為10 kg·m-2條件下,燕麥的莖粗達(dá)到最大值.在氮肥施用量為7 g·m-2、磷肥施用量為10 g·m-2條件下,產(chǎn)量及構(gòu)成產(chǎn)量的相關(guān)指標(biāo)達(dá)到最大值.穗長、千粒重、單株穗粒數(shù)、單株穗粒重與種子產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān).因此,若想獲得最大種子產(chǎn)量,燕麥的最佳氮磷施肥配比為氮肥施用量為7 g·m-2、磷肥施用量為10 g·m-2.