氮磷鉀硼缺乏對稻茬油菜生長和養分吸收的影響

冀保毅， 潘鵬亮， 肖榮英， 衛云飛， 王 娟

(1.信陽農林學院/豫南植物有害生物綠色防控院士工作站，河南信陽 464000； 2.湖北生物科技職業學院，湖北武漢 430070)

油菜是我國主要的油料作物之一[1]。豫南稻茬油菜產區屬于亞熱帶向暖溫帶過渡區，光、熱、水等資源充足，處于長江流域冬油菜主產區內。稻茬油菜生產在減少冬季“白茬田”面積、提高農民收入、保障食用油供應安全等方面具有重要作用。但是豫南稻茬油菜產量一直處于較低水平，施肥技術落后是主要原因，嚴重制約當地稻茬油菜產業的健康發展。前人研究結果表明，油菜生育期長，需肥量相對較高，冬季直播油菜對氮磷鉀養分的需求量分別達到217.6、39.9、219.8 kg/hm2[2]。油菜對氮素的需求量遠遠超過土壤供應能力，必須通過施肥進行補充。氮肥用量不足會抑制油菜生長發育，用量過多則會帶來利用率低下和環境污染等問題[3]。油菜對土壤中磷素敏感，缺磷會抑制油菜生長，但是油菜對當季施用的磷肥利用量較少，長期過量施用磷肥還會對油菜生長帶來不利影響[4]。鉀能促進作物光合作用，維持植物細胞滲透壓[5]，施用鉀肥是當前油菜高產栽培的重要措施之一。油菜生長過程中需硼量高且對缺硼敏感，我國油菜產區土壤缺硼現象突出，常有油菜“花而不實”現象發生。前人研究表明，氮磷鉀硼合理組配施用能夠促進油菜生長，提高油菜產量[6-7]。華中農業大學曾開展大量的研究，并根據湖北省土壤狀況提出油菜的合理施肥方案[8-10]。上述研究的地域范圍有限，不能滿足當前豫南稻茬油菜施肥技術需求。本研究設置肥料配比試驗，在豫南稻茬油菜主產區開展大田試驗，以期為稻茬油菜生產合理施肥提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗田概況

試驗于2014—2015年，在河南省信陽市潢川縣九里鎮試驗地進行，質地為重壤土，前茬為水稻，水稻收獲后犁田，碎土整地，開廂，開行移栽。移栽前測定耕層土壤養分，養分含量分別為有機質含量16.22 g/kg，堿解氮含量87.5 mg/kg，全氮含量0.61 g/kg，速效磷含量8.55 mg/kg，速效鉀含量 102.32 mg/kg，有效硼含量0.23 mg/kg。

1.2 試驗實施

本試驗共設5個處理，分別為氮磷鉀硼(NPKB)、缺N(PKB)、缺P(NKB)、缺K(NPB)、缺B(NPK)。隨機區組設計，小區面積60 m2，3次重復。施純氮180 kg/hm2，磷、鉀、硼肥分別為90、120、15 kg/hm2。試驗用氮肥為尿素(純N含量46%)，磷肥為鈣鎂磷肥(P2O5含量18%)，鉀肥為氯化鉀(K2O含量60%)，硼肥為硼砂(硼含量11.3%)。氮肥的60%，鉀肥的62.5%和磷硼肥作基肥，充分混勻后施于移栽行中，肥土拌勻后栽苗。剩余的氮肥和鉀肥作追肥，結合松土施入。第1次追肥在越冬期，施入氮肥20%，鉀肥16.7%；第2次追肥在抽薹前期，施入氮肥20%，鉀肥16.7%。為保證肥效，每次追肥后均在追肥位置澆水。供試油菜品種為華雜6號、中油821。9月15日播種育苗，10月25日移栽，苗齡 40 d，小區行長 10 m，行距0.5 m，株距0.22 m，密度9萬株/hm2，小區間走道寬1 m，重復間溝寬0.4 m，四周設有保護行。全生育期中耕培土2次，防蟲1次，5月14日成熟收獲，全生育期226 d。收獲時各小區實收計產，曬干后折合單產。

1.3 取樣分析

試驗布置前用“S”形5點取樣法取0～20 cm耕層土壤，風干后磨碎過20、60目土篩，測定基礎肥力。pH值采用電位法測定；有機質含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測定；堿解氮含量采用堿解擴散法測定；全氮含量采用加混合加速劑消煮，定容過濾后，由流動注射分析儀測定；速效磷含量采用 0.5 mol/L 碳酸氫鈉法測定；速效鉀含量采用1 mol/L中性醋酸銨-火焰光度計法測定；有效硼含量采用沸水浸提-姜黃素比色法測定。

采用美國產CCM-200型葉綠素計讀取的葉片SPAD值，國產Yaxin-1102光合蒸騰作用測定系統在9：00—11：00測定光合參數，空氣溫度為(36.9±1.9)℃，空氣二氧化碳濃度為(445.5±3.2)μmol/mol，光照度設定為 1 000 μmol/(m2·s)。籽粒產量以各小區實收計量，角殼及莖稈產量由取樣植株角殼、莖稈與籽粒的比例計算得出。收獲時，對試驗所有小區均取樣，每個處理的所有小區均取中間2行中部10株，地上部各部分烘干粉碎后測定N、P、K含量。養分吸收量(kg/hm2)=籽粒產量×籽粒養分含量+莖稈產量×莖稈養分含量+角殼產量×角殼養分含量。農田養分平衡狀況=各處理的養分投入-養分支出。農學利用率(kg/kg)=(NPKB區產量-缺素區產量)/施用量。

1.4 數據分析

試驗數據采用SPSS軟件進行統計分析和差異顯著性分析，置信水平為α=0.05。

2 結果與分析

2.1 生物量積累與產量

從表1可以看出，氮磷鉀硼缺乏明顯降低油菜的籽粒產量，其中缺氮影響最大，缺硼其次，缺磷、鉀影響最小。氮、磷、鉀、硼缺乏時油菜籽粒產量的下降幅度分別為50.0%、7.2%、14.3%、16.7%。氮磷鉀硼缺乏均可顯著降低油菜莖稈和角殼產量，其中以缺氮降幅最大，缺硼次之，缺磷的降幅最小，缺氮、磷、鉀、硼時油菜莖稈和角殼產量分別降低44.1%、13.7%、17.6%、22.5%。磷鉀硼缺乏對油菜收獲指數的影響不顯著。氮、磷、鉀、硼肥料的農學利用率分別為1.75、0.50、0.75、7.00 kg/kg。

表1 氮磷鉀硼缺乏對油菜生物量積累與產量的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

2.2 株高和產量性狀

從表2可以看出，氮鉀硼缺乏顯著降低油菜的株高，其中缺氮影響最大，硼鉀影響其次，氮、鉀、硼缺乏時油菜株高的下降幅度分別為15.1%、6.2%、5.4%，缺磷對油菜株高的影響不顯著。氮鉀硼缺乏使油菜一級分枝數量降幅達20%，而缺磷對油菜一級分枝數量影響不顯著。氮鉀硼缺乏降低油菜的單株角果數，其中缺氮影響最大，硼、鉀影響其次，磷影響最小。氮、磷、鉀、硼缺乏時油菜單株角果數的下降幅度分別為42.8%、10.3%、19.7%、22.3%。氮鉀硼缺乏對油菜每角粒數和千粒質量的影響不顯著。

表2 氮磷鉀硼缺乏對油菜株高和產量性狀的影響

2.3 光合特性

從表3可以看出，與配方施肥比較，氮素缺乏時油菜功能葉片的SPAD值下降26.1%，凈光合速率下降42.8%，氣孔導度下降28.3%，蒸騰速率和細胞間隙二氧化碳濃度變化不顯著。磷缺乏時油菜葉片的SPAD值升高4.4%，凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和細胞間隙二氧化碳濃度變化不顯著。鉀缺乏時油菜葉片SPAD值下降21.5%，凈光合速率下降39.0%，氣孔導度下降26.1%，蒸騰速率和細胞間隙二氧化碳濃度變化不顯著。硼缺乏時油菜葉片SPAD值下降 11.7%，凈光合速率下降22.3%，氣孔導度、蒸騰速率和細胞間隙二氧化碳濃度變化不顯著。

表3 氮磷鉀硼缺乏對油菜光合特性的影響

2.4 油菜不同部位養分含量

從表4可以看出，與配方施肥比較，氮缺乏時油菜籽粒中氮、磷、鉀含量分別下降23.7%、7.2%、24.4%；莖稈中氮、磷、鉀含量分別下降36.5%、15.8%、32.5%；角殼中氮、磷、鉀含量分別下降37.2%、28.8%、28.9%。磷缺乏時油菜籽粒中氮、鉀含量分別下降9.5%、26.3%；莖稈中氮、磷、鉀含量分別下降45.9%、10.5%、26.3%；角殼中氮含量下降19.5%。鉀缺乏時油菜籽粒中氮、磷、鉀含量分別下降17.0%、20.6%、25.6%；莖稈中氮、磷、鉀含量分別下降20.0%、31.6%、33.2%；角殼中氮、磷含量分別下降22.2%、55.8%。硼缺乏時油菜籽粒中氮、鉀含量分別下降23.7%、25.6%；莖稈中氮、磷、鉀含量分別下降24.7%、10.5%、23.0%；角殼中氮、磷、鉀含量分別下降35.2%、38.5%、25.9%。

表4 氮磷鉀硼缺乏對油菜不同部位養分含量的影響

2.5 農田養分平衡狀況

由表5可以推算，推薦施肥處理農田氮、磷養分平衡為正值，分別達67.07、64.31 kg/hm2，而農田鉀養分平衡為負值，為61.62 kg/hm2。缺氮處理農田磷、鉀養分平衡為正值，分別達71.28、0.84 kg/hm2，而農田氮養分平衡為負值，為 67.19 kg/hm2。缺磷處理農田氮養分平衡為正值，為 88.01 kg/hm2，而農田磷、鉀養分平衡為負值，分別達25.01、19.67 kg/hm2。缺鉀處理農田氮、磷養分平衡為正值，分別達108.79、77.46 kg/hm2，而農田鉀養分平衡為負值，為 124.60 kg/hm2(表5)。

表5 氮磷鉀硼缺乏對農田養分平衡狀況的影響

3 討論與結論

缺氮對稻茬油菜的影響。缺氮顯著降低油菜葉片的SPAD值和凈光合速率，使油菜不同器官生物量及其養分含量顯著降低。氮能維持油菜葉片葉綠素含量、提高光合速率和延長葉片功能期，在適宜范圍內作物的凈光合速率與施氮量呈正相關關系[11]，缺氮時油菜生長緩慢、光合效率低[12]，影響作物各器官的養分積累[13]。本研究表明，缺氮條件下油菜SPAD值下降26.1%，光合速率下降42.8%，株高和角果數分別降低15.1%、42.8%，籽粒產量下降50.0%，籽粒中氮、磷、鉀含量分別下降23.7%、7.2%、24.4%。稻田土壤長期處于淹水狀態，表層土壤和水面處于氧化狀態，中下層土壤均處于還原狀態，從而加劇農田中銨態氮肥的氣態損失[14]。同時，稻田土壤在氧化和還原狀態均能進行反硝化過程，4周內硝態氮肥的氣態損失量可達60%～80%[15]。因此對稻茬油菜施用氮肥效果相對較好，本試驗中氮肥的農學利用效率達1.75 kg/kg。

缺磷對稻茬油菜的影響。缺磷對稻茬油菜葉片光合作用、生物量積累和養分分配均有影響。磷是植物生命活動所需的重要元素之一[16]，缺磷會導致作物生長受阻，產量下降，促進植物根長和根表面積的增加，提高其利用土壤磷素的能力[17-18]。磷素供應過多同樣不利于作物各器官生物量的積累[19]。作物對當季施用的磷肥利用率較低，長期過量施用磷肥還可能出現磷素流失現象[20-21]。本研究中，缺磷條件下油菜葉片的SPAD值升高，光合速率等相關參數卻顯著下降，而油菜籽粒產量卻沒受到缺磷影響，而磷肥的農學利用效率僅為0.5 kg/kg，表明在氮磷鉀硼4要素中油菜對磷的需要程度相對最低，磷肥施用效果相對較差。

缺鉀對稻茬油菜的影響。鉀能維持作物細胞的正常代謝，促進作物光合作用，提高作物抗逆性，是作物生長必需的礦物質元素之一。鉀能夠維持植物細胞滲透壓[5]，保障酶活性，調節氣孔開閉[22]，促進光合作用[23]。缺鉀導致葉片光合速率下降，會造成作物減產[24]。本研究中，缺鉀處理油菜葉片的光合速率下降39.0%，氣孔導度下降26.1%，SPAD值下降 21.5%，而細胞間隙二氧化碳濃度變化不顯著，可能是因為油菜缺鉀時光合速率下降僅與氣孔開閉發生變化有關。雖然鉀與作物合成的碳水化合物在韌皮部運輸相關，鉀可以促進光合產物向籽粒和塊根等器官中轉移，但在本研究中鉀并沒有影響到不同器官間養分的轉移，其機制還有待進一步探索。

缺硼對稻茬油菜的影響。缺硼降低葉片的光合速率和氣孔傳導率[25]，會造成油菜“花而不實”現象發生，抑制油菜根系生長[26]。本研究中，缺硼處理油菜葉片的凈光合速率下降22.3%，SPAD值下降11.7%，而氣孔導度、蒸騰速率、細胞間隙二氧化碳濃度變化不顯著，缺硼對作物光合的影響需要進一步研究。油菜是需硼較多的作物，土壤中適宜的有效硼含量為0.5～0.9 mg/kg[27]。本試驗中土壤有效硼含量為 0.23 mg/kg，遠低于適宜的硼含量，屬于缺硼土壤，硼肥的農學利用效率高達7.00 kg/kg。

氮磷鉀硼缺乏均可影響稻茬油菜地上部分生物量，其中以缺氮對地上部分影響最大，缺硼鉀次之，缺磷的影響最小。氮磷鉀硼4種肥料配合施用油菜籽粒產量相對較高，NPKB處理平均產量為630.5 kg/hm2，分別比缺N、缺P、缺K和缺B處理增產315、45、90、105 kg/hm2。氮、磷、鉀、硼肥料的農學利用率分別為1.75、0.50、0.75、7.00 kg/kg。氮肥是稻茬油菜增產的關鍵，硼肥農學利用率最高，氮磷鉀硼配合施用增產效果顯著。

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