氮磷鉀配施對(duì)平歐雜交種榛果實(shí)發(fā)育時(shí)期光合特性和產(chǎn)量的影響

盧明艷，宋鋒惠，史彥江，王靈哲，羅 達(dá)，張 晉

(1新疆林業(yè)科學(xué)院，烏魯木齊 830063；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】平歐雜種榛(Corylusheterophylla×Corylusavellana)是由我國(guó)野生平榛和引進(jìn)的歐洲榛種間遠(yuǎn)緣雜交培育出來(lái)的優(yōu)良栽培種，果大、殼薄、豐產(chǎn)的特點(diǎn)，且耐寒性、適應(yīng)性強(qiáng)[1]。中國(guó)新疆特殊的地理氣候條件為平歐雜種榛的生長(zhǎng)發(fā)育提供了有利的條件，目前在新疆阿勒泰、伊犁河谷、喀什、昌吉、阿克蘇等地40多個(gè)縣市引種栽培成功[2]，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，面積已達(dá)666.67 hm2(1萬(wàn)余畝)。太陽(yáng)輻射是果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的主要能源，構(gòu)成植物地上部分和地下部分的干物質(zhì)90%以上來(lái)源于葉子的光合物質(zhì)積累[3]，光合作用決定果樹(shù)生產(chǎn)力的高低[4]。N、P、K作為營(yíng)養(yǎng)元素為果樹(shù)進(jìn)行光合作用提供必要物質(zhì)條件，還參與葉綠體結(jié)構(gòu)建構(gòu)以及三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)換[5-6]。凈光合速率(Pn)是植物光合作用的指針[7]。Pn不只受植物自身影響，還受諸多外部環(huán)境因素影響。【前人研究進(jìn)展】目前，關(guān)于配方施肥對(duì)植物光合特性的影響研究方面很多。柴仲平[8]、張曉偉[9]采用氮磷鉀肥配施對(duì)香梨葉綠素含量及光合特性的影響進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)合理施用氮、磷、鉀肥可有效提高香梨的凈光合速率及其產(chǎn)量。高度不同施肥量與新榛1號(hào)不同榛果發(fā)育時(shí)期Pn和產(chǎn)量的關(guān)系。【本研究切入點(diǎn)】張銀榮等[10]制定出滴灌栽培1年生龍腦香樟幼林的優(yōu)化施肥制度，但在平歐雜種榛上研究較少[11-12]。分析以新疆8a的新榛1號(hào)為研究對(duì)象，基于“3414”正交施肥試驗(yàn)，應(yīng)用多元線性逐步回歸技術(shù)。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】驗(yàn)證根施N、P、K肥與新榛1號(hào)葉片的Pn和單株產(chǎn)量之間的效應(yīng)，提高平歐雜種榛的光合效率，為其提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)在烏魯木齊縣安寧渠鎮(zhèn)新疆農(nóng)科院試驗(yàn)場(chǎng)的平歐雜種榛栽培示范園中進(jìn)行，試驗(yàn)樣園面積5 002.5 m2(7.5畝)，主栽品種新榛1號(hào)，授粉品種新榛2號(hào)，樹(shù)齡8 a，株行距1.5 m×4 m。土壤為沙土，施肥前測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)0.914%、速效氮38.20 mg/kg、有效磷7.97 mg/kg、速效鉀114.67 mg/kg。參照分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[13]，試驗(yàn)樣園土壤堿解N為五級(jí)、有效P為四級(jí)、速效K為三級(jí)，綜合土壤養(yǎng)分情況居于中等。

試驗(yàn)采用“3414”正交施肥試驗(yàn)[14]，即：肥料為氮(N)、磷(P)、鉀(K)三個(gè)因素，各因素設(shè)4個(gè)施肥梯度，共14個(gè)處理，每處理3次重復(fù)，隨機(jī)排列，每一試驗(yàn)小區(qū)5株榛樹(shù)，合計(jì)210樣株。對(duì)所選樣株地徑、樹(shù)勢(shì)基本一致。榛樹(shù)N、P、K常規(guī)施肥量(純量)分別為0.70、0.30和0.20 kg，供試肥料為含N 46%的尿素、含P2O546%的重過(guò)磷酸鈣、含K2O 51%的硫酸鉀。于2017年4月上旬在榛子萌芽前采用環(huán)狀溝施的方式將每一處理N、P、K肥在樹(shù)冠2/3處的環(huán)狀溝內(nèi)均勻撒入，施肥深度為30 cm。表1

1.2 方 法

凈光合速率(Pn)測(cè)定采用CIRAS-2光合儀，分別在新榛1號(hào)(5月25日)、速生生長(zhǎng)期(6月28日)、脂化期(7月25日)、成熟期(8月30日)4個(gè)果實(shí)發(fā)育時(shí)期，在自然光照情況下采集供試樣株的凈光合速率數(shù)據(jù)。采集時(shí)選擇冠層外側(cè)1.3 m左右高度正常葉片，采集時(shí)間節(jié)點(diǎn)為08：00～20：00，每間隔2 h采集1次，每供試榛樹(shù)上采集4個(gè)葉片作為重復(fù)，并計(jì)算每一試驗(yàn)小區(qū)榛樹(shù)葉片Pn日均值(M)。

產(chǎn)量測(cè)定于8月底新榛1號(hào)榛果成熟后，分別采收安寧渠榛園210株供試榛樹(shù)果實(shí)，晾干至恒重后稱重，對(duì)每一試驗(yàn)小區(qū)求平均單株榛果產(chǎn)量(G)。

表1 田間正交施肥試驗(yàn)方案Table 1 Field orthogonal fertilization experiment scheme

1.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)平歐雜種榛Pn日均值(M)以10為底的常用對(duì)數(shù)(log10M)與回歸方程估計(jì)值(log10M)的殘差eij=(1，2，3，……，14；=1，2，3)進(jìn)行一階自相關(guān)、正態(tài)和齊性檢驗(yàn)。DW檢驗(yàn)可知各殘差相互獨(dú)立；χ2檢驗(yàn)顯示殘差eij服從正態(tài)分布；由W檢驗(yàn)可知，殘差表現(xiàn)為方差齊性。殘差最大絕對(duì)值<3倍標(biāo)準(zhǔn)差，可知“3414”正交施肥試驗(yàn)新榛1號(hào)Pn日均值無(wú)奇異值。

對(duì)采集到的Pn和單株產(chǎn)量數(shù)據(jù)實(shí)施對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換。運(yùn)用多元線性逐步回歸技術(shù)建立新榛1號(hào)根部施肥效應(yīng)回歸方程(選取變量α≤0.05，剔去變量α≥0.1)。數(shù)據(jù)分析軟件Microsoft Excel 2016和SPSS 17.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷鉀施肥量對(duì)葉片凈光合速率的效應(yīng)

研究表明,依據(jù)“3414”正交施肥試驗(yàn)所得平歐雜種榛的凈光合速率值，分別以新榛1號(hào)果實(shí)坐果期、速生生長(zhǎng)期、脂化期、成熟期4個(gè)生育期的凈光合速率(Pn)日均值(M)的常用對(duì)數(shù)log10M為因變量，以N、P、K三元二次多項(xiàng)式的非常數(shù)項(xiàng)為自變量進(jìn)行多元線性逐步回歸分析，所得方程。表2，表3

根據(jù)方程新榛1號(hào)果實(shí)坐果期Pn日均值(M)的常用對(duì)數(shù)log10M與N、N×P、N2之間呈現(xiàn)線性關(guān)系；果實(shí)速生生長(zhǎng)期與N、K、N×P、N×K、N2、K2之間呈現(xiàn)線性關(guān)系；果實(shí)脂化期與N、P、N×P、N×K、N2、P2之間呈現(xiàn)線性關(guān)系；榛果成熟期與N、P、N×P、P×K、N2之間呈現(xiàn)線性相關(guān)。表2

表2 榛果不同發(fā)育時(shí)期Pn測(cè)量值Table 2 Value of Pn at hazelnut different development periods

由新榛1號(hào)根施N、P、K肥的果實(shí)坐果期Pn效應(yīng)回歸方程得到，在中等土壤養(yǎng)分條件下，當(dāng) N 肥施用量(純量)小于0.71、0.95、0.89和0.66 kg/株時(shí)，分別對(duì)新榛1號(hào)果實(shí)坐果期、速生生長(zhǎng)期、脂化期和成熟期的凈光合速率存在正相關(guān)，反之則會(huì)降低。K肥施用量(純量)小于0.25 kg/株時(shí)，對(duì)新榛1號(hào)果實(shí)速生生長(zhǎng)期的凈光合速率存在正相關(guān)，反之則會(huì)降低。P肥施用量(純量)小于0.29 kg/株時(shí)，對(duì)新榛1號(hào)果實(shí)脂化期的凈光合速率存在正相關(guān)，反之則會(huì)降低。同時(shí)由回歸方程反映出N肥與P肥的交互作用可以提高果實(shí)速生生長(zhǎng)期的凈光合速率，但會(huì)降低新榛1號(hào)果實(shí)坐果期、脂化期、成熟期的凈光合速率；N肥與K肥的交互作用會(huì)降低果實(shí)速生生長(zhǎng)期、脂化期的凈光合速率；P肥與K肥的交互作用會(huì)降低果實(shí)成熟期的凈光合速率。表3

目標(biāo)函數(shù) Max：

Z=2.724+0.177N-0.030 3 P+0.234K-0.185N×P-0.134N×K-0.106P×K-0.114N2-0.052P2-0.475K2.

約束條件：0.66

規(guī)劃求解得：N=0.78；P=0.29；K=0.25.

2.2 氮磷鉀施肥量與單株榛果產(chǎn)量的關(guān)系

研究表明,不同的氮磷鉀配施處理下，平歐雜種榛的平均單株產(chǎn)量在1.54～2.06 kg，N2P2K3的產(chǎn)量最高，為2.06 kg，N2P1K1的產(chǎn)量最低，為1.54 kg；單株產(chǎn)量的N1P2K2、N2P2K2、N2P2K3、N2P0K2、N3P2K2比N0P0K0提高了25.63%、28.13%、28.75%、21.25%和21.25%，適量的氮肥和鉀肥能增加產(chǎn)量。表4

表4 氮磷鉀施肥量的單株榛果產(chǎn)量Table 4 Average hazelnut yield calculation result

研究表明,在土壤中等條件下，當(dāng) N 肥施用量(純量)小于0.81 kg/株，K 肥施用量(純量)小于0.19 kg/株，P肥施肥量(純量)小于0.23 kg/株時(shí)，對(duì)產(chǎn)量存在正相關(guān)，反之則會(huì)降低，這是N、P、K肥施用量臨界值，施多則會(huì)降低產(chǎn)量。此外，回歸方程還反映了氮肥與磷肥、磷肥和鉀肥的相互作用，N肥與P肥的交互作用可以提高平歐雜種榛單株榛果產(chǎn)量，但P肥與K肥的交互作用會(huì)降低其產(chǎn)量。

在追求產(chǎn)量目標(biāo)最大化的情況下，施肥量為N(純量)為0.81 kg/株，P(純量)為0.23 kg/株，K(純量)為0.19 kg/株。經(jīng)換算，尿素為1.75 kg/株、重過(guò)磷酸鈣為0.50 kg/株、硫酸鉀為0.37 kg/株。表5

表5 平均單株榛果產(chǎn)量的效應(yīng)回歸方程及殘差檢驗(yàn)Table 5 Regression equation and residual test for average hazelnut the yield per plant

3 討 論

N肥作為果樹(shù)所必需的大量礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，能夠增強(qiáng)植物光合能力，促進(jìn)花芽形成，對(duì)果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育有著重要的作用。植物葉片的氮濃度與光合能力有很強(qiáng)的正相關(guān)性，可促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，延遲衰老，提高光和效能，增進(jìn)品質(zhì)和提高產(chǎn)量。研究采用“3414”田間肥料效應(yīng)試驗(yàn)，測(cè)定不同施肥配比條件下果實(shí)發(fā)育時(shí)期榛子葉片的光合特性，研究表明,在中等土壤養(yǎng)分條件下，當(dāng) N 肥施用量(純量)小于0.71、0.95、0.89和0.66 kg/株時(shí)，分別對(duì)新榛1號(hào)果實(shí)坐果期、速生生長(zhǎng)期、脂化期和成熟期的凈光合速率存在正相關(guān)，反之則會(huì)降低。這與配施適量的氮肥可以提高油用牡丹丹鳳盛花期的凈光合速率[15]和花生的生長(zhǎng)發(fā)育期的光合特性[16]的研究結(jié)果一致。

Ye Z P[17]研究發(fā)現(xiàn)氮磷鉀配施處理對(duì)平歐雜種榛葉片的光合特性會(huì)造成不同程度的影響。王靈哲等[12]研究表明，氮、磷、鉀3 種肥料混施能明顯提高平歐雜種榛的光合特性并使其產(chǎn)量增加，速生生長(zhǎng)期是榛果體積和重量增加量最快的階段[18]，果實(shí)體積與質(zhì)量的增大主要源于細(xì)胞的膨大與分裂，細(xì)胞的大小和數(shù)量對(duì)果實(shí)的最終質(zhì)量意義重大[19]。而樹(shù)體K元素濃度過(guò)高不利于植物光合作用進(jìn)行[20]，而施用適量的K肥可以提高新榛1號(hào)果實(shí)速生生長(zhǎng)期的凈光合速率，反之則會(huì)降低。

合理配施氮磷鉀肥可以使樹(shù)體達(dá)到養(yǎng)分均衡，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高效的目標(biāo)。N、P、K對(duì)黨黨參產(chǎn)量的影響大小依次為N>K>P，N肥增產(chǎn)效果居于首位[21]。施肥因子間存在一定的交互作用，氮磷和氮鉀對(duì)紅小豆的干物質(zhì)積累、產(chǎn)量和效益呈正交互作用[22]，研究以平歐雜種榛的平均單株產(chǎn)量和N、P、K肥建立多元線性回歸方程，分析得出，在中等土壤條件下，N肥與P肥的交互作用可以提高平歐雜種榛單株榛果產(chǎn)量，但P肥與K肥的交互作用會(huì)降低其產(chǎn)量，其原因有待進(jìn)一步研究。對(duì)建立的回歸方程進(jìn)行尋優(yōu)，得到氮磷鉀的最適施肥量：N(純量)為0.81 kg/株，P(純量)為0.23 kg/株，K(純量)為0.19kg/株。經(jīng)換算，尿素為1.75 kg/株、重過(guò)磷酸鈣為0.50 kg/株、硫酸鉀為0.37 kg/株,對(duì)提高平歐雜種榛的產(chǎn)量、改善品質(zhì)提供科學(xué)參考。

4 結(jié) 論

4.1 在土壤中等(有機(jī)質(zhì)0.914%、速效N 38.20 mg/kg、有效P 7.97 mg/kg、速效K 114.67 mg/kg)條件下，當(dāng) N 肥施用量(純量)小于0.71、0.95、0.89和0.66 kg/株時(shí)，分別對(duì)新榛1號(hào)果實(shí)坐果期、速生生長(zhǎng)期、脂化期和成熟期的凈光合速率存在正相關(guān)，反之則會(huì)降低。K肥施用量(純量)小于0.25 kg/株時(shí)，對(duì)新榛1號(hào)果實(shí)速生生長(zhǎng)期的凈光合速率存在正相關(guān)，反之則會(huì)降低。P肥施用量(純量)小于0.29 kg/株時(shí)，對(duì)新榛1號(hào)果實(shí)脂化期的凈光合速率存在正相關(guān)，反之則會(huì)降低。由回歸方程反映出N肥與P肥的交互作用可以提高果實(shí)速生生長(zhǎng)期的凈光合速率，但會(huì)降低新榛1號(hào)果實(shí)坐果期、脂化期、成熟期的凈光合速率；N肥與K肥的交互作用會(huì)降低果實(shí)速生生長(zhǎng)期、脂化期的凈光合速率；P肥與K肥的交互作用會(huì)降低果實(shí)成熟期的凈光合速率。

4.2 以榛果產(chǎn)量目標(biāo)最大化為目標(biāo)，平歐雜種榛果實(shí)發(fā)育時(shí)期N肥、P肥、K肥施肥(純量)分別為0.81、0.23和0.19 kg/株。經(jīng)換算，尿素、重過(guò)磷酸鈣、硫酸鉀施肥量分別為1.75、0.50和0.37 kg/株。