不同氮肥處理對(duì)黑青稞籽粒灌漿特性的影響

東 強(qiáng),張 毅,朱定英,彭玉琳,劉人銅,亞夢菲,王建林

(西藏農(nóng)牧學(xué)院植物科學(xué)學(xué)院,西藏林芝860000)

黑青稞具有較高的β-葡聚糖、花青素、礦物質(zhì)、維生素、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì),可作為保健食品原料和食品添加劑用于食品加工業(yè)[1]。黑青稞主要種植在西藏隆子縣附近,青稞產(chǎn)量對(duì)該地區(qū)農(nóng)民收入和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義;該地區(qū)農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量在西藏處于中下水平,全氮、堿解氮含量較低,中性偏堿[2-3]。土壤氮素水平直接影響麥類作物的生長發(fā)育,合理施氮可以調(diào)節(jié)作物光合性能及其灌漿期同化物的轉(zhuǎn)運(yùn)及籽粒的形成,進(jìn)而提高作物產(chǎn)量[4]。

黑青稞生育期較長,常規(guī)氮肥一次基施不能滿足青稞生育期所需氮素,而追肥費(fèi)時(shí)費(fèi)力,且過量施用會(huì)導(dǎo)致氮肥流失,造成環(huán)境污染[5]。緩釋尿素可以有效減緩氮肥釋放,延長氮供應(yīng)期,在糧食不減產(chǎn)的前提下,緩釋尿素的施用量可以比常規(guī)尿素減少26%～50%[6-8]。Shu等[4]研究認(rèn)為,控釋尿素可提高玉米灌漿速率;楊金宇等[9]研究認(rèn)為,配施控釋氮肥能有效調(diào)控小麥灌漿動(dòng)態(tài)和產(chǎn)量。不同施氮量對(duì)作物灌漿特性的影響不同,朱明霞等[10]研究認(rèn)為,減氮有利于青稞粒重的增加;劉奇華等[11]認(rèn)為,減施氮、磷肥可以提高灌漿速率,延長灌漿活躍期。黃腐酸可以提高土壤養(yǎng)分釋放效率、作物抗逆性與籽粒產(chǎn)量,已被廣泛應(yīng)用在作物生產(chǎn)中[12-13]。目前,氮肥配施黃腐酸的研究多集中于種子萌發(fā)、土壤養(yǎng)分供應(yīng)、產(chǎn)量等方面[14-15],對(duì)其與作物籽粒灌漿特性關(guān)系的研究較少,尚未見到緩釋尿素配施黃腐酸對(duì)黑青稞灌漿特性效應(yīng)的報(bào)道。為此,本研究通過大田實(shí)驗(yàn),以常規(guī)尿素、緩釋尿素與黃腐酸設(shè)置不同施用量下的9種施肥方式,分析不同處理對(duì)黑青稞灌漿特性的影響,以期對(duì)西藏黑青稞高效生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021年3月至9月在西藏山南市隆子縣忙措村(92.24°E、28.25°N)進(jìn)行,海拔3 797 m,屬高原溫帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū)。黑青稞生育期降水量為244.26 mm,年平均日照時(shí)數(shù)為2 995.6 h,年平均溫度5.5 ℃。土壤pH值為8.69,土壤全氮含量為0.85 g·kg-1,有機(jī)質(zhì)為14.59 g·kg-1,速效磷為6.21 mg·kg-1,速效鉀為115.37 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料

供試黑青稞品種為地方品種六棱隆子黑,由西藏自治區(qū)山南市隆子縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局提供。供試緩釋尿素(N46%)為北京晉煤太陽石化工有限公司生產(chǎn);黃腐酸為萍鄉(xiāng)市紅土地腐殖酸有限公司生產(chǎn)。其余常規(guī)肥料分別為尿素(N46%)、過磷酸鈣(有效磷P2O512%,水溶性磷P2O57%,S 8%)、硫酸鉀(K2O 50%,S 18%)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用大田隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),設(shè)9個(gè)肥料處理:不施氮對(duì)照(CK),常規(guī)尿素(N),常規(guī)尿素減氮20%(N80%),緩釋尿素(CN),緩釋尿素減氮20%(CN80%),常規(guī)尿素配施黃腐酸(N+FA),常規(guī)尿素減氮20%配施黃腐酸(N80%+FA),緩釋尿素配施黃腐酸(CN+FA),緩釋尿素減氮20%配施黃腐酸(CN80%+FA)。3次重復(fù),小區(qū)面積440 m2,機(jī)械條播,行距30 cm。所有處理均基施過磷酸鈣135 kg·hm-2和硫酸鉀135 kg·hm-2。常規(guī)尿素和緩釋尿素的N施用量為135 kg·hm-2,減氮20%處理氮用量為108 kg·hm-2,黃腐酸用量為45 kg·hm-2。所有肥料均一次性基施,黃腐酸隨灌溉水施入。其他管理措施同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.4 測定項(xiàng)目與方法

于開花期,各小區(qū)掛牌標(biāo)記同日開花、長勢基本一致的穗,在花后7 d開始每隔7 d取1次樣,每次每處理取30穗,放入干燥箱105 ℃殺青30 min,80 ℃烘干至恒重,脫粒后測定粒重,參照王麗娜等[16]的方法計(jì)算籽粒灌漿速率,用Logistics方程Y=K/(1+Ae-BT)模擬籽粒的灌漿過程,推算系列灌漿參數(shù):

灌漿高峰期開始時(shí)間(T1):T1=(lnA-ln3.732 1)/B

灌漿高峰期結(jié)束時(shí)間(T2):T2=(lnA+ln3.732 1)/B

灌漿終止時(shí)間(T3):T3=(lnA+4.595)/B

漸增期持續(xù)時(shí)間(Ta):Ta=T1

快增期持續(xù)時(shí)間(Tb):Tb=T2-T1

緩增期持續(xù)時(shí)間(Tc):Tc=T3-T2

漸增期灌漿速率(R1):R1=YT1/T1

快增期灌漿速率(R2):R2=(YT2-YT1)/T2-T1

緩增期灌漿速率(R3):R3=(YT3-YT2)/T3-T2

最大灌漿速率出現(xiàn)時(shí)間(Tmax):Tmax=lnA/B

最大灌漿速率(Rmax):Rmax=K×B/4

式中,灌漿時(shí)間T為自變量,開花后每隔7 d的千粒重Y為因變量,K為理論最大千粒重,A為初值參數(shù),B為生長速率參數(shù)。

黑青稞收獲期,各小區(qū)分別選取有代表性的樣區(qū)10 m2,調(diào)查穗數(shù)和穗粒數(shù),人工脫粒,測千粒重和產(chǎn)量。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

通過Curve Expert 1.3軟件擬合得到不同處理的Logistic方程,采用DPS對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素進(jìn)行方差分析、差異顯著性檢驗(yàn)和灰色關(guān)聯(lián)度分析;采用SPSS對(duì)灌漿參數(shù)與實(shí)測千粒重進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑青稞灌漿動(dòng)態(tài)分析

如表1所示,隆子黑千粒重表現(xiàn)為慢-快-慢增長趨勢。0～14 d為灌漿前期,千粒重增長較慢,花后14 d為12.01～14.84 g;14～28 d為灌漿中期,千粒重較初期增速明顯加快,花后28 d為34.28～38.22 g;28 d后為灌漿后期,增速減緩,花后35 d千粒重為37.59～43.36 g。在花后各時(shí)期,施氮處理的千粒重均明顯高于CK;相同施氮量時(shí),緩釋尿素處理的千粒重高于常規(guī)尿素處理;氮肥配施黃腐酸處理較單獨(dú)氮肥處理千粒重增加;施氮量降低20%則千粒重下降。

表1 不同處理下隆子黑千粒重動(dòng)態(tài)

由表2可知,各處理決定系數(shù)(r2)達(dá)到0.995～0.999,證明Logistic方程能較好的模擬黑青稞籽粒灌漿過程。由Logistic模擬方程計(jì)算出的理論千粒重(K)表現(xiàn)為CN+FA>CN80%+FA>N+FA>CN>N80%+FA>CN80%>N>N80%>CK;CN處理較N處理理論千粒重增加3.43%,CN+FA較CN處理增加4.88%,N+FA處理較N處理增加3.82%,減氮處理較其相應(yīng)未減氮處理的千粒重均降低。

表2 不同氮肥處理下隆子黑模型方程參數(shù)

2.2 黑青稞籽粒主要次級(jí)灌漿參數(shù)分析

如表3所示,CN處理黑青稞最大灌漿速率(Rmax)為2.18 g·d-1,CN+FA較CN處理提高4.6%。不同處理達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間(Tmax)為17.17～17.88 d,CN處理出現(xiàn)最早,CN+FA較CN處理推遲了0.65 d。不同處理下黑青稞在開花后11 d左右進(jìn)入快增期,在花后24 d左右進(jìn)入緩增期。灌漿持續(xù)時(shí)間(T3)的變化范圍為38.72～40.12 d,配施黃腐酸處理的灌漿持續(xù)時(shí)間較長,為39.54～40.12 d,N與CN處理介于38.84～39.43 d之間。

表3 不同處理下隆子黑籽粒灌漿的次級(jí)參數(shù)

灌漿不同階段持續(xù)時(shí)間表現(xiàn)為漸增期Tc>快增期Tb>緩增期Ta;不同階段灌漿速率表現(xiàn)為快增期R2>漸增期R1>緩增期R3。同等施氮量下,施用緩釋尿素以及配施黃腐酸可以提高漸增期、快增期以及最大灌漿速率(R1、R2、Rmax),快增期、緩增期、灌漿持續(xù)時(shí)間(Tb、Tc、T3)。減氮20%條件下,最大灌漿速率(Rmax)、漸增期灌漿速率(R1)、快增期灌漿速率(R2)與緩增期灌漿速率(R3)均下降,最大灌漿速率出現(xiàn)時(shí)間(Tmax)、快增期起始時(shí)間(T1)、快增期結(jié)束時(shí)間(T2)延長,快增期持續(xù)時(shí)間(Tb)縮短。

Rmax,Tmax,T1,T2,T3,Ta,Tb,Tc,R1,R2, andR3represent the beginning time of the grouting peak, the time when the maximum grouting rate appears, the end time of the grouting peak, the end time of the grouting, the duration of the gradual increasing period, the duration of the rapid increasing period, the duration of the slow increasing period, the filling rate of the gradual increasing period, the filling rate of the rapid increasing period and the filling rate of the slow increasing period, respectively. The same in table 4.

2.3 灌漿參數(shù)及千粒重的相關(guān)性分析

對(duì)灌漿參數(shù)及實(shí)測千粒重進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析,結(jié)果(表4)表明,最大灌漿速率(Rmax)、灌漿終止時(shí)間(T3)、快增期持續(xù)時(shí)間(Tb)、緩增期持續(xù)時(shí)間(Tc)、快增期灌漿速率(R2)與千粒重Y呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。灌漿高峰期結(jié)束時(shí)間(T2)、灌漿終止時(shí)間(T3)、快增期灌漿速率(R2)與最大灌漿速率(Rmax)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。灌漿高峰期開始時(shí)間(T1)、灌漿高峰期結(jié)束時(shí)間(T2)、漸增期持續(xù)時(shí)間(Ta)與最大灌漿速率出現(xiàn)時(shí)間(Tmax)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。說明黑青稞千粒重與籽粒的灌漿速率和灌漿終止時(shí)間(T3)有關(guān),快增期灌漿速率(R2)越大,灌漿高峰期持續(xù)時(shí)間(Tb)越長,黑青稞粒重越高。

表4 灌漿參數(shù)間的相關(guān)性

2.4 不同氮肥處理下黑青稞產(chǎn)量分析

將產(chǎn)量與其構(gòu)成因子進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析,產(chǎn)量與千粒重、穗粒數(shù)、穗數(shù)的關(guān)聯(lián)系數(shù)分別為0.756 5、0.744 1、0.654 3。如表5所示,與N處理相比,CN處理的籽粒產(chǎn)量、千粒重、穗粒數(shù)均顯著提高,增幅分別為13.8%、4.11%、24.43%,有效穗數(shù)提高7%,差異不顯著;CN+FA較CN處理的產(chǎn)量、有效穗數(shù)、千粒重、穗粒數(shù)均顯著提高,增幅分別為21.66%、17.88%、2.87%、20.24%。同等施氮量下,緩釋尿素與黃腐酸較N處理可以顯著提高千粒重與穗粒數(shù),從而顯著提高產(chǎn)量。千粒重、穗粒數(shù)和產(chǎn)量均以CN+FA處理最高,說明緩釋尿素配施黃腐酸對(duì)黑青稞產(chǎn)量有顯著增效。減氮20%較其未減氮處理,黑青稞產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均降低。

表5 不同氮肥肥料處理對(duì)黑青稞籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

3 討論

3.1 不同處理對(duì)黑青稞籽粒灌漿特性的影響

灌漿速率及灌漿持續(xù)時(shí)間是決定小麥粒重的關(guān)鍵因素,灌漿持續(xù)期主要取決于環(huán)境因素,灌漿速率主要受遺傳因素控制,同時(shí)也依賴于適宜的養(yǎng)分供應(yīng)[17]。李旭錚等[18]研究認(rèn)為,單施緩釋肥可維持玉米生育后期較高的灌漿活性,緩釋肥配施可以通過增加快增期和緩增期的灌漿速率來提高粒重。本研究結(jié)果與其一致,較常規(guī)尿素處理,施用緩釋尿素及配施黃腐酸均可提高黑青稞灌漿速率(R1、R2、Rmax),這主要是因?yàn)榫忈屇蛩氐?yīng)持續(xù)時(shí)間較長,在灌漿期仍可提供較高的土壤氮素供應(yīng)強(qiáng)度,黃腐酸可固定土壤中的多種元素,提高了氮肥利用率,從而保證黑青稞具有較高的灌漿能力[19]。本研究中,緩釋尿素與黃腐酸可以延長黑青稞灌漿持續(xù)時(shí)間,但不同處理的緩增期、快增期、漸增期持續(xù)時(shí)間(Ta、Tb、Tc)基本一致,說明緩釋尿素與黃腐酸主要通過提高黑青稞灌漿速率提高籽粒重。楊金宇等[9]研究表明,適量追氮最大能延長灌漿持續(xù)時(shí)間11.83 d,其基施處理下冬小麥籽粒灌漿各階段持續(xù)時(shí)間基本維持在12 d左右,這與本研究結(jié)果一致。

施肥水平對(duì)灌漿進(jìn)程及相關(guān)參數(shù)也有影響,減氮20%條件下,N、CN、N+FA、CN+FA處理灌漿速率(Rmax、R1、R2)均下降,延長了漸增期持續(xù)時(shí)間,縮短了快增期持續(xù)時(shí)間,緩釋尿素對(duì)黑青稞灌漿能力無顯著的減氮增效作用。這與前人研究結(jié)果相似[20-21]。但姚 釗等[22]于不同生育時(shí)期隨水滴施尿素,發(fā)現(xiàn)不施氮處理下灌漿速率最大,籽粒灌漿持續(xù)時(shí)間更易受施氮量影響。這可能與施肥方式及品團(tuán)體客戶、土壤條件有關(guān)。相關(guān)性分析表明,灌漿速率(Rmax、R2)以及灌漿持續(xù)時(shí)間(T3、Tb、Tc)與千粒重Y呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),說明延長灌漿持續(xù)時(shí)間、提高灌漿速率是增加黑青稞籽粒產(chǎn)量的有效措施,這與賈崢嶸等[23]的研究結(jié)果相似;但王麗娜等[16]研究認(rèn)為,延長灌漿時(shí)間并不增加千粒重。所以灌漿持續(xù)時(shí)間與籽粒千粒重間的相互關(guān)系仍有待進(jìn)一步研究。

3.2 不同處理對(duì)黑青稞產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

本研究中,CN+FA處理產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均為最大值,這與姚媛媛等[24]對(duì)稻谷的研究結(jié)果一致;可能是由于緩釋尿素有效時(shí)間較長,黃腐酸提高了土壤蓄水保墑能力,降低了土壤晝夜溫差,進(jìn)而提高了緩釋尿素的效率[19]。千粒重和穗粒數(shù)是影響黑青稞籽粒產(chǎn)量的主要因素,這與王麗娜等[16]對(duì)小麥的研究結(jié)果一致。朱明霞等[10]研究也表明,穗粒數(shù)對(duì)青稞產(chǎn)量起主要作用。本研究只在西藏隆子縣進(jìn)行了一個(gè)品種一年試驗(yàn),不同年際間氣候會(huì)有所變化,且試驗(yàn)條件、施氮范圍、水分管理措施等均會(huì)對(duì)青稞灌漿過程產(chǎn)生影響,不同品種對(duì)環(huán)境和栽培措施的響應(yīng)不盡相同,所以需要進(jìn)行更多青稞栽培措施研究,從而實(shí)現(xiàn)黑青稞產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論

(1)緩釋尿素處理可以促使黑青稞達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間(Tmax)提前,縮短漸增期持續(xù)時(shí)間(Tc),延長快增期灌漿持續(xù)時(shí)間(Tb)、灌漿終止時(shí)間(T3),并提高提高灌漿速率(R1、R2、Rmax);施用黃腐酸可以提高黑青稞灌漿速率,進(jìn)而提高千粒重。

(2)最大灌漿速率(Rmax)、灌漿終止時(shí)間(T3)、快增期持續(xù)時(shí)間(Tb)、緩增期持續(xù)時(shí)間(Tc)、快增期灌漿速率(R2)與籽粒千粒重極顯著相關(guān);提高快增期灌漿速率(R2)、延長灌漿持續(xù)時(shí)間增加黑青稞產(chǎn)量的有效措施,快增期是黑青稞灌漿關(guān)鍵時(shí)期,生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)快增期的田間管理措施。

(3)緩釋尿素配施黃腐酸可以顯著提高黑青稞千粒重與穗粒數(shù),進(jìn)而提高黑青稞產(chǎn)量;減氮20%會(huì)降低黑青稞灌漿能力。生產(chǎn)上推薦135 kg·hm-2緩釋尿素配施45 kg·hm-2黃腐酸為黑青稞的最佳施肥方案。