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磷肥用量對大豆遮復光后干物質與磷素積累特征的影響

2018-03-06 05:19:42高志英楊永輝張兆沛
西北農業學報 2018年2期
關鍵詞:大豆產量

高志英,楊永輝,張兆沛

(1.山西運城農業職業技術學院 農林與工程系,山西運城 044000; 2.河南省農業科學院 植物營養與資源環境研究所,鄭州 450002;3.農業部作物高效用水原陽科學觀測實驗站,河南原陽 453514;4.河南科技學院,河南新鄉 453000)

磷作為主要營養元素之一,以磷化合物和磷酸離子參與許多重要物質組成和生命代謝活動,并對作物的生長發育和產量形成有重要影響[1-2]。大豆是主要的油料作物,缺磷會顯著影響植株對其他養分的吸收,抑制大豆的生長,從而降低籽粒產量和品質[3-5],而過量施磷,易造成植株呼吸作用加強,養分大量消耗,不利于大豆干物質積累和產量的形成[2,6-7]。適量磷的供應可促進大豆對養分的吸收,碳水化合物的運輸和產量的提高[8-9]。玉米-大豆間作是一種高效種植模式,在與玉米共同生長期內,低位作物大豆受高位玉米遮陰,減弱了大豆可接受的光照輻射[10-11],從而對大豆的形態及生理特征產生顯著影響,如,莖稈變細,葉片變小變薄 ,光合速率降低[12-13],造成物質生產顯著降低[14-16],玉米收獲后,恢復自然光照,大豆進入單獨生長期,在正常光照條件下,光合生產能力逐漸恢復[17]。關于遮陰[17]、磷肥單因素對大豆生長發育[18]、養分吸收[19]、物質積累分配[20-21]等方面已有大量研究,但在這兩個因素共同作用下,干物質及磷素的積累動態變化尤其是積累過程各階段特征如何,則鮮見報道。據此,本研究通過模擬玉米-大豆間作前期遮陰后期恢復自然光的特點,研究在不同磷用量下,苗期遮光復光后大豆干物質及磷素積累動態的變化特征,以期進一步闡明大豆干物質及磷素的積累規律,從而為生產實踐中磷肥的合理施用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗在河南省新鄉市河南科技學院園藝實訓基地(35°18′ N,113°54′ E)進行,供試土壤為黃潮土,含有機質17.2 g·kg-1、堿解氮41.8 g· kg-1、速效磷 12. 3 mg· kg-1、速效鉀110.6 mg ·kg-1。試驗采用塑料盆栽,盆高30 cm,內徑38 cm, 每盆裝混勻干土10 kg,供試大豆品種為‘中黃61’。試驗于2015-06-07播種,9月26日收獲。播種前澆透水(以底部排水孔排出水為準),播種時,每盆4穴,每穴2粒大豆種子,出苗1周后間苗,每盆留長勢均勻的4株苗株。試驗采用兩因素隨機區組試驗設計,二因素分別為磷肥用量和光照條件。磷肥用量(P2O5)設置0 mg·kg-1(P0)、75 mg·kg-1(P1)、125 mg·kg-1(P2)和175mg·kg-1(P3)4個水平;光照條件設自然光( L1)和遮光( L2)2個水平,自然光處理即全生育期自然光照,遮光處理即在一層遮陽網罩住的遮陽棚中進行,從播種開始進行遮陰處理,出苗后30 d結束遮陰,2個光照條件下4個施磷處理隨機排列,每個處理10盆。

1.2 測定項目及方法

玉米各器官干物質量與磷素質量分數測定 分別于復光當天、復光后15 d(開花期)、30 d(結莢期)、45 d(鼓粒期)、75 d(成熟期)進行取樣,各處理分別于不同盆隨機取地上植株4株,樣品于105 ℃殺青30 min,75 ℃烘至恒量,稱量獲得單株地上部干物質量(g),并在成熟期每處理取8株, 風干后獲得單株產量(g)。地上部干物質稱量后,干樣品粉碎過篩,參照鮑士旦法[22],測定植株的磷素質量分數(mg/g),并依據公式:單株吸磷總量=植株干質量×植株磷素質量分數,算出植株磷積累量。

1.3 數據處理

干物質及磷素積累特征各參數計算采用吳雨珊等[23]方法,用Logisitc方程對不同磷處理下大豆干物質與磷素積累的進程進行擬合,并計算相應的模型參數進行積累動態分析。其方程為:A=K/[1+e(a-bt)],其中,A為干物質(磷素)積累量;t為大豆復光后時間;K為大豆干物質(磷素)理論最大積累量;a、b為待定系數。對方程進行一階和二階推導,獲得相關積累特征數,具體公式如表1。

表1 干物質與磷素積累過程特征數計算公式Table 1 Calculation formula of characteristic parameters on dry matter and phosphorus accumulation process

采用SPSS 10.0進行Logisitc方程擬合,利用Excel 2016和origin 8.0進行數據整理和作圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理大豆地上干物質和磷素的積累

由圖1可知,隨著生育期的推進,大豆干物質和植株磷素的積累量逐漸增加,兩者均在復光取樣前期(0~15 d)呈緩慢增加,隨后快速增加(15~30 d),到生育后期(30~75 d)又呈緩慢增加。在各取樣期,相同磷用量下,植株干物質及磷素積累量在2種光處理下,均呈現L1>L2,而在相同光照條件下,總干物質表現為P2最大,P0最小,增施磷肥促進了干物質及磷素的積累。在收獲期,干物質及磷素積累量表現為P2顯著高于P1、P0。

圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05),下同

Different lowercase letters mean significant difference among different treatment(P<0.05),The same below

圖1大豆干物質和磷素積累動態變化
Fig.1Dynamicchangesofdrymatterandphosphorusaccumulationinsoybean

2.2 不同處理干物質與磷素的積累模型

2.2.1 模型特征參數 大豆干物質積累量和磷素積累均可用Logistic 方程進行描述(表2),且各積累方程的決定系數R2都在0.97以上,F檢驗均達極顯著水平,可見大豆干物質積累和磷素積累符合S型增長。不同光照條件下,隨著施磷量的增加,干物質Rmax先增后降,當施磷量在P2處理,干物質Rmax最大,L1和L2分別為1.00 g·d-1和0.97 g·d-1。大豆的磷素Rmax在L1和L2光照環境下,分別在P3和P2處理下最大。干物質積累和磷素積累的Rmean在兩光照條件下均與兩者的Rmax變化趨勢相同。此外,由表2可知,L1光照下,P0、P1、P2處理下干物質Tmax均早于磷素的Tmax,而L2光照下,干物質Tmax在各磷用量處理下也均早于磷素Tmax,這與干物質積累速率峰值比磷素峰值出現的早的結論相吻合(圖2)。干物質與磷素積累速率最大時生長量Amax在L1、L2下均隨施肥量增加先增后降,在P2處理達到最大。

2.2.2 積累速率 對Logistic積累方程進行求導,可得到各處理條件下干物質積累速率和磷素積累速率分別與時間關系的方程,以復光取樣時間為橫坐標,可獲得不同處理條件下干物質及磷素積累速率分別與復光后時間的關系曲線圖。由圖2可知,大豆干物質積累速率與磷素積累速率在整個生育期均呈單峰曲線變化,但兩者變化又有區別,表現為磷素的積累速率在L1、L2 光條件下對磷用量水平的響應較干物質敏感。另外可由圖2可知,L1、L2下施磷可提高干物質積累和磷素積累的速率。

2.3 不同處理干物質與磷素積累的3個階段特征參數

2.3.1 干物質積累階段 由Logistic 曲線進一步將大豆干物質與磷素積累過程分為漸增期、快增期和緩增期(表3)。2光照條件下,干物質積累量在積累的3個階段均隨磷用量先升后降,并均在P2處理,即施磷量為125 mg·kg-1時達到最大,在L1、L2條件下,干物質積累量最大值在漸增期、快增期和緩增期分別為8.75 g、23.91 g、8.34 g和8.56 g、23.40 g、8.16 g。積累持續期在L1、L2條件下3個階段分別為8.13~10.97 d、24.39~27.73 d、30.35~33.88 d和7.79~9.41 d、24.85~27.44 d、28.71~32.14 d,即緩增期>快增期>漸增期。而積累平均速率在L1、L2條件下分別為0.17~0.22 g·d-1、0.72~0.88 g·d-1、0.20~0.25 g·d-1和0.11~0.22 g·d-1、0.44~0.85 g·d-1、0.12~0.28 g·d-1,即快增期>緩增期>漸增期;2光環境下的3個積累階段,積累平均速率均隨施肥量先升后降,在施磷量為125 mg·kg-1時達到最大,說明適度的增加施肥量可以促進整個生育期積累速率增加,從而促進干物質的積累。

表2 苗期遮復光后不同磷肥處理大豆干物質與磷素積累特征參數Table 2 Characteristic parameters of dry matter accumulation and phosphorus accumulation in soybean underdifferent phosphate application rates after light recovery of seedling-shading

2.3.2 磷素積累階段 由表3可知,L1光條件下,各階段磷素積累持續期為緩增期>快增期>漸增期,分別為24.83~30.92 d、19.95~24.85 d、18.13~23.26 d;L2條件下,各階段磷素積累持續期為緩增期>漸增期>快增期,分別為23.41~29.56 d、20.02~25.27 d、18.81~23.73 d。磷素積累量在L1、L2條件下,漸增期、快增期和緩增期分別為47.91~70.25 mg、130.91~191.94 mg、45.65~66.93 mg和40.80~70.83 mg、111.47~193.53 mg、38.87~67.48 mg,均表現為快增期>漸增期>緩增期,且在各階段,磷素積累量隨施磷量的增加呈先升后降趨勢,均在P2處理條件,即施磷量為125 mg·kg-1下積累量最大。L1條件下,磷素積累平均速率隨磷用量增加而增加,在P3處理,即磷用量為175 mg·kg-1下最大,而在L2條件下,磷素積累平均速率在P2處理達到最大,在整個生育期,平均速率表現為快增期>緩增期>漸增期。

2.4 大豆產量與模型參數及階段積累特征數相關分析

2.4.1 大豆產量 由圖3可看出,2種光照環境下的大豆籽粒產量均呈現P2>P3>P1>P0。L1環境下, P1、P2、P3產量分別較對照P0增加7.73%、12.16%、10.60%,而L2環境下,P1、P2、P3產量分別較對照P0增加7.80%、12.85%、11.44%。相同磷處理下,L2較L1降低幅度表現為P2

2.4.2 相關分析 由表4可知,大豆籽粒產量與干物質及磷素積累的最大速率(Rmax)、平均速率(Rmean)、最大速率時的物質量(Amax)均呈顯著正相關,與干物質最大速率出現時間(Tmax)相關不顯著,而與磷素的Tmax呈顯著負相關,相關系數為-0.90。籽粒產量與漸增階段的干物質及磷素積累量(A漸)、平均積累速率(R漸)、積累持續期(T漸)呈顯著相關,并與A漸、R漸達極顯著水平;與快增期、緩增期的干物質量(A快、A緩)、平均積累速率(R快、R緩)呈極顯著相關,而與兩階段的持續期相關不顯著;對與兩階段的磷素積累因子關系,與磷素A漸、A緩呈極顯著相關,而與其他磷素積累因子相關不顯著。

表3 苗期遮復光后不同磷肥處理大豆干物質與磷素積累 3 個階段的特征參數Table 3 Characteristics parameters of dry matter and phosphorus accumulation under different phosphorusapplication rates after light recovery of seedling-shading in three stages of soybean

注:A、R和T分別代表3個積累階段的干物質與磷素積累量、平均積累速率、持續時間。

Note:A、RandTrepresent the increased accumulation amount of dry matter and phosphorus, mean accumulation rate and accumulation duration at 3 stages.

圖3 不同處理單株籽粒產量Fig.3 Seed yield per plant of soybeanunder different treatments

3 討論與結論

在玉米一大豆間作模式下,對大豆營養生長期進行遮陰處理會影響大豆形態特征及生物量的積累[12-14]。有研究對大豆不同生育時期遮蔭發現,在出苗-盛花期間遮蔭,主要影響主莖形態,而對產量影響不大,可能是在花期前復光,有利于葉片光合能力的恢復[24-25]。本研究發現,在大豆苗期進行遮光,同一施磷量的2種光照環境下,產量差異雖不顯著,但增施磷肥緩解了因遮光可能引起對大豆的不利生長,提高最終的大豆產量,說明磷素對于大豆苗期遮光后進行復光具有一定的補償效應。

表4 大豆產量與干物質、磷素積累因子的相關性Table 4 Correlation between yield and dry matter, phosphorus accumulation factors of soybeans

注Note:**P<0.01;*P<0.05.

大豆是需磷量較大的作物,磷肥的合理施用是調控大豆生長發育與產量形成的最重要措施之一[26]。喬振江等[27]研究發現,無論地上干物質量還是產量,磷高效基因型和磷低效基因型兩個大豆品種均表現出高磷、中磷>低磷的趨勢。本研究在4個不同施磷水平的試驗表明,在各生育期,兩種光照環境下的大豆干物質和產量表現為P2>P3>P1>P0,且作為干物質和產量形成基礎的磷素積累量也表現相同趨勢。因此在生產上,合理施用磷肥才能取得較好的經濟效益。

作為描述作物生長特征的Logistic方程,在小麥[28]、大豆[29]、玉米[30]等作物上均有相關報道。此前, 有關大豆干物質生產特征研究主要側重單因素,如品種[23],耕作方式[31]等,而對于遮復光、施磷量雙因素對干物質及磷素積累特征的研究鮮見報道。相關分析表明,大豆籽粒產量與干物質及磷素積累的Rmax、Rmean、Amax、各階段的積累量和T漸均呈顯著相關。本研究發現,2種光照條件下,干物質及磷素積累的Rmax、Rmean及Amax均在P2處理下達最大。干物質及磷素的S曲線積累過程分為漸增期、快增期和緩增期[23],在磷肥用量0~125 mg·kg-1范圍內,2光環境下各階段的干物質及磷素積累量均隨供磷量增施而增加。在漸增階段,干物質積累的持續時間T漸在L1、L2光條件下,均在P2處理下最長。L1環境下, P1、P2、P3產量分別較對照P0增加7.73%、12.16%、10.60%,而L2環境下,P1、P2、P3產量分別較對照P0增加7.80%、12.85%、11.44%,說明增施磷對大豆產量的促進作用在L2環境下更大,且隨著施磷量增加,促進作用增強??梢娺m當增施磷肥可補償苗期因弱光脅迫對磷素與干物質積累造成的不利影響,從而促進了大豆產量的增加。

因此,本研究可以闡釋在大田條件下,大豆與玉米間作時,增施磷肥有利于緩解因玉米對大豆的前期遮光而導致的減產,實現大豆穩產,甚至增產[32],從而為闡明間作條件下增施磷肥促進大豆增產的作用機制提供了有利依據。而增施磷肥對大豆不同生育期遮復光的補償作用,及全生育期遮光的影響特征如何,尚需進一步研究。

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