不同氮肥用量下苦蕎灌漿特性及根系形態(tài)與充實(shí)度變化

王炎 李振宙 黃凱豐

摘 ?要 ?以苦蕎品種‘晉蕎2號為試驗(yàn)材料，設(shè)置不同的氮肥處理，研究了氮肥對苦蕎灌漿特性、根系形態(tài)、農(nóng)藝性狀、充實(shí)度及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：中濃度氮肥處理（MN）對晉蕎2號籽粒增重效果最顯著;籽粒灌漿過程中的實(shí)際百粒重、百粒重理論可能最大值（A）、灌漿起始勢（R0）、生長速率為最大時的生長量（Wmax·G）及活躍生長期均以MN處理最高;根系長度、表面積、體積均以MN處理最高，根冠比以低濃度氮肥處理（LN）最高;‘晉蕎2號的農(nóng)藝性狀、充實(shí)度及產(chǎn)量各指標(biāo)基本以LN、MN處理最佳。綜上所述，中濃度氮肥處理更利于促進(jìn)苦蕎的灌漿進(jìn)程，進(jìn)而提高充實(shí)度及產(chǎn)量。本研究為苦蕎的高產(chǎn)栽培提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞 ?氮肥;苦蕎;灌漿特性;根系;充實(shí)度;產(chǎn)量

中圖分類號 ?S517 ?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ?A

Abstract ?Tartary buckwheat cv ‘Jinqiao No. 2 （JQ2） was selected as the material to investigate the changes in the filling characteristics， root morphology， plant agronomic traits， plumpness， and yield of tartary buckwheat with different nitrogenous treatments， in order to provide a theoretical basis and technical support for high-yield cultivation of tartary buckwheat. Medium concentration nitrogen fertilizer treatment （MN treatment） had the most significant effect on grain weight of ‘Jinqiao 2. The actual 100-grain weight and theoretical maximum 100-grain weight （A）， the initial grain filling potential （R0）， and growth rate at maximum growth rate during grain filling （Wmax·G） and active growth period were the highest in the MN treatment. Root length， surface area and volume were the highest in the MN treatment. Root-shoot ratio was the highest in the less concentration nitrogen fertilizer treatment （LN）. The agronomic traits， plumpness and yield of ‘Jinqiao No. 2 were basically the best in the LN and MN treatments. In summary， the treatment of medium-concentration nitrogen fertilizer is more conducive to promoting the filling process of bitter buckwheat and improving its fullness and yield.

Keywords ?nitrogen fertilizer; tartary buckwheat; filling characteristics; root; plumpness; yield

DOI ?10.3969/j.issn.1000-2561.2019.06.004

蕎麥（Fagopyrum esculentum Moench）是一年生或多年生宿根性草本植物[1]，屬蓼科（Polygonaceae）蕎麥屬（Fagopyrum）[2]，在我國常見的栽培種主要有苦蕎（韃靼蕎麥）和甜蕎（普通蕎麥）2種[3]。苦蕎起源于我國西南部，具耐冷凍、耐干旱、耐貧瘠等特性，在世界范圍內(nèi)種植廣泛，特別適合高寒地區(qū)種植[4]。苦蕎是一種糧藥兼用的經(jīng)濟(jì)作物，不僅營養(yǎng)全面，而且具有降糖、降脂、降膽固醇、抗氧化、抗衰老和清除自由基等功能，是全球重要的保健食品資源[5]。

氮素是限制作物生長的重要大量元素之一[6]，土壤氮素含量的高低，往往決定了作物的產(chǎn)量[7]。籽粒灌漿過程與籽粒產(chǎn)量的形成關(guān)系非常密切，普通蕎麥灌漿過程是決定粒重高低的關(guān)鍵[8]。李青云等[9]研究認(rèn)為小麥灌漿過程是決定小麥粒重和產(chǎn)量形成的關(guān)鍵期。胡文河等[10]和趙福成等[11] 研究認(rèn)為玉米籽粒灌漿期至成熟期是決定玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的重要階段，也是最終決定產(chǎn)量的重要時期，灌漿特性是玉米生長后期影響產(chǎn)量的主要因素。楊建昌等[12]研究認(rèn)為水稻在抽穗期通過剪葉、疏花或施用氮素等調(diào)節(jié)灌漿初期的源庫關(guān)系或植株體內(nèi)的營養(yǎng)水平，進(jìn)而提高結(jié)實(shí)率和粒重。肥料的施用對根系生長具有可塑性[13]，根系生長及其形態(tài)特性易受施肥方式[14]、肥料用量[15]等多因素的影響，進(jìn)而影響地上部的生長發(fā)育、養(yǎng)分吸收。李雙雙等[16]通過研究氮肥施量對春小麥根系生長的影響發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量的增加，根系表面積、根系體積均呈升高趨勢，根系平均直徑、根冠比均呈降低趨勢，而根系長度和干重則呈先升高后降低的趨勢。蕎麥在此方面的相關(guān)研究較少，因此本研究以苦蕎品種‘晉蕎2號（在2013—2015年國家蕎麥品種展示試驗(yàn)苦蕎組中表現(xiàn)為低產(chǎn)）為試驗(yàn)材料，設(shè)置不同氮肥處理，探討其對籽粒灌漿特性、根系形態(tài)、農(nóng)藝性狀、充實(shí)度及產(chǎn)量的影響，以期為苦蕎的高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

供試苦蕎品種為‘晉蕎2號，種子千粒重為18.7 g，播前發(fā)芽率為95%，由貴州師范大學(xué)蕎麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中心提供。供試肥料為氮肥（尿素，含N 46%）。

1.2 ?方法

1.2.1 ?試驗(yàn)設(shè)計 ?試驗(yàn)在貴州省普通高等學(xué)校蕎麥栽培生理及推廣特色重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室畢節(jié)市大方縣黃泥塘鎮(zhèn)蕎麥栽培試驗(yàn)基地水泥池進(jìn)行（供試土壤為黃壤土：土壤有機(jī)質(zhì)34.45?g/kg，速效氮49.16?mg/kg，速效磷323.33?mg/kg，速效鉀130.22?mg/kg，pH 5.76）。池子長5?m，寬2 m，深0.3 m。在前期研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，設(shè)置4個氮肥處理，分別為CK（不施氮肥，對照）、LN（低濃度氮肥，50?kg/hm2）、MN（中濃度氮肥，100?kg/hm2）、HN（高濃度氮肥，150?kg/hm2），氮肥分3次施入，第1次為基肥（1/3的總肥料），第2、3次為追肥（于苦蕎開花期和灌漿期施入，分別為總肥料的1/3），磷、鉀肥用量按貴州常規(guī)高產(chǎn)栽培施入（磷肥為P2O5，含量為69 kg/hm2;鉀肥為K2O，含量為5.1 kg/hm2）。每個處理種植1個水泥池，3次重復(fù)，共12個水泥池。采用條播的播種方式，行距為0.33 m，播種量3.65 g/m2，每池子基本苗約90～100株/m2。常規(guī)種植管理。當(dāng)各池子中有70%苦蕎籽粒成熟時采收。

1.2.2 ?樣品采集與測定 ?各氮肥處理池從開花起選擇長勢一致、無病蟲害的植株進(jìn)行標(biāo)記，第1次為開花后第5 天取樣，此后每隔5 d取樣1次，直至籽粒完全成熟。用于測定苦蕎的灌漿特性。

分別于開花期、灌漿期、成熟期小心挖取各氮素處理下長勢相似的各苦蕎品種20株，帶回實(shí)驗(yàn)室用流水沖洗干凈根系，盡量保證根系完整。其中10株用于測定苦蕎根系形態(tài)及農(nóng)藝性狀;另10株用于測定根冠比。

灌漿動態(tài)特性分析：從苦蕎開花起選擇長勢一致、無病蟲害的植株進(jìn)行標(biāo)記，于開花5 d后從標(biāo)記苦蕎中隨機(jī)選取10株/小區(qū)，取籽粒置60?℃烘箱中烘至恒重，此后每5?d測定1次，直至完全成熟。將烘至恒重的籽粒稱重，參照朱慶森等[17]和顧世梁等[18]的方法以開花后天數(shù)（t）為自變量，以每次測得的百粒重（W）為因變量，用Richards方程W=A/（1+Bekt）1/N來擬合灌漿過程。式中A、B、K、N為參數(shù)，A為生長終值量，B為初值參數(shù)，K為生長速率參數(shù)，N為性狀參數(shù)。

對Richards方程求一階導(dǎo)數(shù)得生長速率G（即單位時間的生長量）=（KW/N）[1（W/A）N]，單位為g/（百粒日）。

同時可導(dǎo)出以下灌漿特征參數(shù)：

起始生長勢（即受精子房的生長潛能）：R0=K/N

生長速率為最大時的日期：Tmax·G=（1nB lnN）/K

生長速率為最大時的生長量：Wmax·G=A（N+ 1）1/N

最大生長速率：Gmax=（KWmax·G/N）[1（Wma x G/A）N]

生長速率G為最大時的生長量與籽粒生長終值量比例：I=（Wmax·G/A）·100%

活躍生長期（大約完成總生長量的90%）：D=2（N+2）/K

根系形態(tài)及生理測定：利用根系掃描分析系統(tǒng)（浙江托普儀器有限公司，GXY-A）測定根系長度、根系表面積、根系體積和根系平均直徑;參考王艷哲等[19]的方法測定各苦蕎處理的根冠比，即根據(jù)地上部生物量和根干重計算。

農(nóng)藝性狀及充實(shí)度的測定：參考張宗文和林汝法[20]的方法測量株高、主莖分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、1～2節(jié)節(jié)間粗度和長度、子葉節(jié)高度;參照楊建昌等[21]的方法測定籽粒充實(shí)度。籽粒充實(shí)度=（受精籽粒平均粒重/比重大于1.0的飽粒粒重）×100%。對小區(qū)產(chǎn)量進(jìn)行測定折算成每公頃的產(chǎn)量。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016軟件、SPSS 21軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計分析，利用ANOVA對‘晉蕎2號

的籽粒干重、根系形態(tài)、農(nóng)藝性狀、充實(shí)度和產(chǎn)量進(jìn)行單因素方差分析，均值比較選擇LSD法。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同氮肥用量對‘晉蕎2號籽粒增重過程的影響

由表1可知，‘晉蕎2號開花后第5天和第10天籽粒百粒干重平均值分別為0.1020、0.5484?g，均以MN處理的百粒干重顯著高于其余處理，CK最低;花后15、20?d籽粒百粒干重平均值分別為1.0130、1.2676?g，均以HN處理的百粒干重顯著高于其余處理，CK最低;花后25、30 d籽粒百粒干重平均值分別為1.4978、1.8409?g，均以MN處理的百粒干重顯著高于其余處理，CK最低。由表1還可以看出，各氮肥處理時‘晉蕎2號的百粒干重均隨開花后天數(shù)呈先快速增加后緩慢增加的趨勢，均在花后30 d籽粒的百粒干重達(dá)最大。

2.2 ?用Richards方程模擬不同氮肥用量時‘晉蕎2號的籽粒灌漿過程

由表2可以看出，各氮肥處理下‘晉蕎2號籽粒的實(shí)際百粒重和理論上可能達(dá)到的最大值（即A值）存在一定差異，A值在CK、LN、MN和HN處理下比實(shí)際百粒重在相應(yīng)處理下相差分別為：+0.103、0.013、+0.129、+0.036，實(shí)際百粒重和A值均以MN處理顯著高于其余處理，CK處理最低;起始生長勢R0以MN處理最高，CK處理最低，處理間差異達(dá)顯著水平;生長速率為最大時的日期TmaxG在CK處理時最大為14.308?d，在HN處理時最小為11.474?d;最大生長速率Gmax以CK處理時最低，為0.065?g/（百粒·日），HN處理時最高，為0.124 g/（百粒·日）;生長速率為最大時的生長量WmaxG以MN處理和HN處理時較高，CK處理和LN處理時較低;灌漿速率為最大時的生長量與籽粒生長終值量比值I均以CK處理最大，MN處理最小;灌漿活躍生長期D在不同氮肥處理下以MN處理最長，LN處理最短。

2.3 ?不同鉀肥用量對‘晉蕎2號根系形態(tài)生理的影響

由表3可以得出，不同氮肥處理時‘晉蕎2

號的根系長度平均為50.954 cm，以MN處理最高，CK處理最低，CK、MN和HN處理間的差異達(dá)到顯著水平;根系表面積平均為8.231 cm2，以MN處理最高，CK處理最低，各處理間的差異達(dá)到顯著水平;根系體積平均為0.240 cm3，以MN處理最高，CK處理最低，各處理間的差異達(dá)到顯著水平;根系平均直徑平均為0.525 mm，以LN處理最高，MN處理最低，各處理間的差異達(dá)到顯著水平;根冠比平均為0.094，以LN處理最高，HN處理最低，各處理間的差異達(dá)到顯著水平。

2.4 ?不同鉀肥用量對‘晉蕎2號農(nóng)藝性狀、充實(shí)度及產(chǎn)量的影響

由表4可以看出，隨施氮量的增加，‘晉蕎2號的株高呈先增后減趨勢，以LN處理最高，CK處理最低，LN和MN處理間差異不顯著，CK處理和HN處理間差異不顯著;子葉節(jié)高度在CK處理時最高，LN處理時最低，各處理間差異顯著;1～2節(jié)節(jié)間長度隨施氮量的增加呈先遞增趨勢，以MN處理最高，CK處理最低，各處理間差異顯著;1～2節(jié)節(jié)間粗度隨施氮量的增加呈先增后減趨勢，以LN處理最高，HN處理最低，CK處理和MN處理間差異不顯著;主莖節(jié)數(shù)在MN處理時最高，HN處理時最低，HN處理與CK、LN、

MN處理差異均顯著;主莖分枝數(shù)隨施氮量的增加呈先增后減趨勢，其中以LN和MN處理最高，HN處理最低，CK、LN、MN處理間差異不顯著;充實(shí)度和產(chǎn)量隨施氮量的增加均呈先增后減趨勢，且均以MN處理最高，CK處理最低，產(chǎn)量在各處理間差異顯著。

3 ?討論

灌漿期是作物生長的一個重要生理階段。籽粒的灌漿過程與產(chǎn)量形成的關(guān)系非常密切[22]。王樂等[23]的研究表明：春玉米籽粒灌漿速率最大時的生長量對百粒重的直接作用最大。灌漿速率最大時的生長量和最大灌漿速率對百粒重的直接通徑作用為正向效應(yīng)。本研究通過 Richards方程對苦蕎籽粒生長過程進(jìn)行擬合分析，各曲線方程的決定系數(shù)R2為0.916～0.994，說明可以用Richards方程對不同氮肥處理下苦蕎的灌漿過程進(jìn)行擬合。Richards方程生長曲線是由N值大小決定的一簇曲線，從本研究結(jié)果可以看出，不同氮肥處理下‘晉蕎2號的N值變化幅度為0.002～0.1，當(dāng)0

在作物的生長發(fā)育及產(chǎn)量形成過程中，養(yǎng)分的供應(yīng)必不可少。董桂春等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，適宜的施氮水平可以促進(jìn)水稻根數(shù)、根重、根長的增加，但氮肥用量過多，則反而抑制根系的生長。張瑞朋等[25]研究發(fā)現(xiàn)，施用氮肥能增加大豆的株高、分枝數(shù)，使莖粗增加。從本研究結(jié)果看出，隨施氮量的增加，‘晉蕎2號的根系長度、表面積、體積均呈先增后降的趨勢，株高、1～2節(jié)節(jié)間粗度、主莖節(jié)數(shù)、主莖分枝數(shù)也呈先增后降的趨勢，這與前人研究結(jié)果一致，說明施氮量過多過少都不利于苦蕎根系及植株的生長發(fā)育。適宜的氮肥供應(yīng)可顯著影響作物的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成[26]，降低或增加氮肥用量均會顯著降低產(chǎn)量[27]。張江林等[28]的研究發(fā)現(xiàn)，水稻籽粒最大灌漿速率隨著施氮水平的提高呈先增加后降低趨勢，適量增施氮肥能顯著提高籽粒產(chǎn)量。這與本研究結(jié)果的充實(shí)度及產(chǎn)量均隨施氮量的增加呈先增后降趨勢，在中濃度氮肥處理時達(dá)最佳水平相吻合。結(jié)合上述施氮量對‘晉蕎2號灌漿特性的研究結(jié)果，認(rèn)為適宜的氮肥處理有利于促進(jìn)苦蕎根系對土壤養(yǎng)分的吸收，促進(jìn)根系生長，為地上部植株提供較好的養(yǎng)分條件，改善地上部分的光合性能[29]，調(diào)節(jié)灌漿初期植株體內(nèi)的營養(yǎng)水平，進(jìn)而提高結(jié)實(shí)率和粒重[12]，最終實(shí)現(xiàn)地上部生物量及產(chǎn)量的提高。綜上所述，中濃度氮肥處理更利于促進(jìn)苦蕎生長發(fā)育、灌漿進(jìn)程，增加籽粒充實(shí)度及產(chǎn)量的提高。

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