不同播種量對(duì)66-25箭筈豌豆生物產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的影響

魏全全，芶久蘭，張 萌*，陳 龍，秦 松，顧小鳳

(1.貴州省土壤肥料研究所，貴州 貴陽 550006；2.農(nóng)業(yè)部 貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，貴州 貴陽 550006)

0 引言

【研究意義】種植和利用綠肥是生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要組成部分，對(duì)我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展意義重大[1]。綠肥作為一種養(yǎng)地作物，還田后富集的碳和礦質(zhì)養(yǎng)分迅速釋放，從而提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[2-3]、改變土壤理化性質(zhì)及改善生態(tài)環(huán)境[4-5]。黃壤是貴州主要農(nóng)業(yè)土壤類型，分別占貴州土壤面積和我國黃壤面積的46.4%和25.3%[6]，其特點(diǎn)為質(zhì)地粘重、養(yǎng)分含量較低，易發(fā)生水土流失，保水保肥能力較差。綠肥種植簡(jiǎn)單且能培肥地力，2015年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布《到2020年化肥使用零增長行動(dòng)方案》[7]提出“兩減一增”，單純的施用化肥很難提高肥料利用率，在施用化肥的情況下，應(yīng)增施綠肥等有機(jī)物料以提高養(yǎng)分利用率。因此，明確箭筈豌豆適宜播種量和大力推廣綠肥生產(chǎn)及應(yīng)用對(duì)改良黃壤地力、提升肥力具有重要現(xiàn)實(shí)意義。【前人研究進(jìn)展】我國綠肥資源豐富，貴州省喀斯特山區(qū)應(yīng)用品種繁多[8-10]，包括肥田蘿卜、菜豆、苕子和箭筈豌豆等。與其他綠肥相比，箭筈豌豆是優(yōu)良的牧草和豆科綠肥作物，其適應(yīng)性廣、抗寒性強(qiáng)、生育周期短、營養(yǎng)價(jià)值高，具有廣闊的育種潛力[11-12]。張愛華等[8]對(duì)貴州旱地綠肥箭筈豌豆種質(zhì)資源進(jìn)行篩選與評(píng)價(jià)，通過主成分分析法初步篩選出5個(gè)適合貴州黃壤的箭筈豌豆品種；張欽等[9-10]對(duì)貴州肥田蘿卜和菜豆進(jìn)行資源篩選和評(píng)價(jià)，分別篩選出適合貴州地區(qū)種植的肥田蘿卜和菜豆種子資源；芶久蘭等[13]研究表明，箭筈豌豆和苕子收割后均適合黃壤還田改土，但苕子不適合留種種植，66-25箭筈豌豆和S79-6箭筈豌豆為適合貴州黃壤區(qū)種植還田的綠肥品種，66-25箭筈豌豆和333/A箭筈豌豆為適合貴州黃壤區(qū)種植留種的綠肥品種。【研究切入點(diǎn)】前期關(guān)于綠肥的研究多集中于對(duì)不同綠肥品種的篩選和評(píng)價(jià)，有關(guān)箭筈豌豆適宜播種量的研究鮮見報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】選取貴州豆科綠肥代表性品種66-25箭筈豌豆為試材，研究不同播種量對(duì)其生物量、產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收的影響，并利用二次曲線函數(shù)模型對(duì)不同播種量下66-25箭筈豌豆留種產(chǎn)量和最大生物量進(jìn)行擬合，明確貴州黃壤區(qū)種植66-25箭筈豌豆的適宜播種量，為豆科綠肥的推廣種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年11月至2019年5月在貴州省土壤肥料研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)地屬亞熱帶濕潤溫和型氣候，平均氣溫15.3℃，年平均濕度77%，平均降雨量1 000～1 100 mm；土壤為黃壤，全氮1.11 g/kg，有機(jī)質(zhì)19.89 g/kg，速效磷11.6 g/kg，速效鉀118.8 g/kg，pH 6.1。

1.2 試驗(yàn)材料

供試綠肥品種為66-25箭筈豌豆，由貴州省土壤肥料研究所提供；根據(jù)以磷增氮的原理，供試肥料為過磷酸鈣(含P2O512%)，購自貴州開磷(集團(tuán))有限責(zé)任公司。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)置5個(gè)播種量處理：63.0 kg/hm2(T1)、76.5 kg/hm2(T2)、90.0 kg/hm2(T3)、103.5 kg/hm2(T4)和117.0 kg/hm2(T5)，3次重復(fù)，小區(qū)面積30 m2。箭筈豌豆于2018年11月25日統(tǒng)一播種，播種方式為條播，整個(gè)生育期施用過磷酸鈣600 kg/hm2。田間管理均采用當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)推廣部的推薦技術(shù)。

1.3.1 分枝數(shù)調(diào)查 在箭筈豌豆生長旺盛期，各小區(qū)隨機(jī)選取具有代表性植株10株，調(diào)查不同處理箭筈豌豆的分枝數(shù)。

1.3.2 生物量測(cè)定 分別于箭筈豌豆出苗期、齊苗期、分枝旺長期、現(xiàn)蕾期、初花期、盛花期、結(jié)莢期和成熟期，各小區(qū)取植株1 m2，風(fēng)干至恒重，稱量干重，折算地上部生物量。

1.3.3 養(yǎng)分測(cè)定 取上述各時(shí)期代表性植株10株，105℃殺青30 min，于60℃烘干至恒重，濃H2SO4-H2O2消化，采用凱氏定氮法測(cè)定全氮，釩鉬黃比色法測(cè)定全磷，火焰光度計(jì)法測(cè)定全鉀[14]，并折算氮、磷和鉀素累積量。

1.3.4 留種產(chǎn)量測(cè)定 于收獲期分別測(cè)定各小區(qū)箭筈豌豆剩余部分的留種產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2007和SPSS 17.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Origin 8.0進(jìn)行二次曲線函數(shù)擬合與繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同播種量箭筈豌豆的分枝數(shù)

從表1看出，66-25箭筈豌豆的分枝數(shù)隨著播種量的增加呈降低趨勢(shì)。其中，分枝數(shù)以T1處理最大，為6.8個(gè)，較其他處理高0.3～1.3個(gè)。T1處理與T3、T4和T5處理差異顯著。

2.2 不同播種量箭筈豌豆的留種產(chǎn)量

由表1可知，不同播種量對(duì)66-25箭筈豌豆的留種產(chǎn)量影響明顯。隨播種量增加，66-25箭筈豌豆留種產(chǎn)量呈先增后降趨勢(shì)，以T4處理最大，達(dá)1 283 kg/hm2；T1處理最小，為1 120 kg/hm2。其中，T3、T4處理與T5處理差異不顯著，與其他處理差異顯著。表明，適當(dāng)提高播種量可提高66-25箭筈豌豆留種產(chǎn)量，但播種量過大會(huì)使其生長密度較大，生長空間變小，從而降低分枝數(shù)，導(dǎo)致留種產(chǎn)量降低。

表1 不同播種量箭筈豌豆的分枝數(shù)和留種產(chǎn)量

2.3 不同播種量箭筈豌豆的生物量

由圖1可知，不同播種量66-25箭筈豌豆的生物量不同。隨生育期延長，不同播種量66-25箭筈豌豆的生物量均呈現(xiàn)“S”型曲線增長，依次為T4>T3>T2>T1，且均在播種后162 d達(dá)最大。隨著播種量增加，T5處理生物量降低，較T4處理低2.22%。

圖1 不同播種量箭筈豌豆的生物量

由于不同處理箭筈豌豆的各指標(biāo)變化規(guī)律基本相同，以T3處理為例進(jìn)行分析。0～101 d(分枝旺長期前)生物量累積較小，僅占整個(gè)生育期的12.5%，為其緩慢增長期；102～154 d(分枝旺長期-結(jié)莢期)生物量累積80.4%，積累速率高達(dá)56.0/[(kg/hm2)·d]，為其快速增長期；155～183 d(結(jié)莢期-成熟期)增長趨于平穩(wěn)，生物量累積7.1%。總體看，66-25箭筈豌豆生物量累積分3個(gè)時(shí)期，分別為累積緩慢期、累積快速期和累積平穩(wěn)期。

2.4 不同播種量箭筈豌豆的養(yǎng)分累積

2.4.1 氮 從圖2看出，箭筈豌豆氮素的累積量變化趨勢(shì)與生物量相似，累積量為90.4～99.0 kg/hm2。不同播種量66-25箭筈豌豆的氮素累積隨生育期的延長呈“S”型曲線增長，依次為T4>T3>T2>T1，均在162 d達(dá)最大。隨播種量增加，T5處理氮素累積量降低，較T4處理低2.74%。T3處理66-25箭筈豌豆的氮素累積量分為累積緩慢期、累積快速期和累積平穩(wěn)期3個(gè)時(shí)期，分別占總累積量的15.9%、78.9%和5.2%。

圖2 不同播種量箭筈豌豆的氮素累積量

2.4.2 磷 從圖3看出，箭筈豌豆磷素的累積量變化趨勢(shì)與生物量相似，累積量為14.5～15.8 kg/hm2。不同播種量66-25箭筈豌豆的磷素累積隨生育期的延長呈“S”型曲線增長，表現(xiàn)為T4>T3>T2>T1，均在162 d達(dá)最大。隨播種量持續(xù)增加，T5處理磷素累積量降低，較T4處理低5.26%。T3處理66-25箭筈豌豆的磷素累積量分為累積緩慢期、累積快速期和累積平穩(wěn)期3個(gè)時(shí)期，分別占總累積量的15.2%、79.7%和5.1%。

圖3 不同播種量箭筈豌豆的磷素累積量

2.4.3 鉀 從圖4看出，箭筈豌豆鉀素的累積量變化趨勢(shì)與生物量相似，累積量為101.1～111.3 kg/hm2。不同播種量66-25箭筈豌豆的鉀素累積隨生育期的延長呈“S”型曲線增長，表現(xiàn)為T4>T3>T2>T1，均在162 d達(dá)最大。隨播種量增加，T5處理鉀素累積量降低，較T4處理低2.85%。T3處理66-25箭筈豌豆的鉀素累積量分為累積緩慢期、累積快速期和累積平穩(wěn)期3個(gè)時(shí)期，分別占總累積量的15.0%、79.4%和5.6%。

圖4 不同播種量箭筈豌豆的鉀素累積量

2.5 不同播種量箭筈豌豆的產(chǎn)量、生物量及適宜播種量

由圖5可知，不同播種量66-25箭筈豌豆的留種產(chǎn)量和最大生物量二次函數(shù)模型的決定系數(shù)均在0.980以上，擬合程度較好。隨播種量的增加，66-25箭筈豌豆的留種產(chǎn)量和最大生物量均呈先增后降趨勢(shì)。其中，留種產(chǎn)量在播種量為98.9 kg/hm2時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，表明當(dāng)66-25箭筈豌豆作留種用途時(shí)，其最佳播種量為98.9 kg/hm2；最大生物量的拐點(diǎn)在播種量為100.1 kg/hm2時(shí)出現(xiàn)，表明66-25箭筈豌豆作還田用途時(shí)，其最佳播種量為100.1 kg/hm2。

圖5 不同播種量箭筈豌豆的產(chǎn)量、生物量與播種量的二次函數(shù)模型

3 討論

綠肥種植方便，不僅是一種綠色有機(jī)資源，且能有效提高土壤肥料、改善土壤環(huán)境，發(fā)展綠肥是解決科學(xué)養(yǎng)地用地和有機(jī)肥源的優(yōu)良路徑[15-16]。作為優(yōu)良的豆科綠肥作物，箭筈豌豆具有生育期短、適應(yīng)性廣、抗寒性強(qiáng)和營養(yǎng)價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊[4-5]，同時(shí)其種子具有較高的蛋白質(zhì)含量[17-18]。因此，如何獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的箭筈豌豆種子尤為關(guān)鍵。研究表明，66-25箭筈豌豆的生物量和留種產(chǎn)量隨播種量增大均呈先增后降趨勢(shì)，在播種量為90.0 kg/hm2和103.5 kg/hm2時(shí)達(dá)平衡，表明適當(dāng)提高播種量有利于生物量和留種產(chǎn)量的提高，但播種量過大，會(huì)使其生長密度較大，造成生長空間變小，產(chǎn)生空間競(jìng)爭(zhēng)，降低分枝數(shù)和籽粒重，最終導(dǎo)致生物量和留種產(chǎn)量降低；采用二次曲線函數(shù)模型擬合發(fā)現(xiàn)，適宜留種和還田的播種量分別為98.9 kg/hm2和100.1 kg/hm2，在生產(chǎn)中可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行播種，播種量為98.9～100.1 kg/hm2均可滿足要求，但考慮到播種量為90.0 kg/hm2和103.5 kg/hm2的留種產(chǎn)量和最大生物量間差異不顯著，因此，推薦以90.0 kg/hm2作為留種和還田的適宜播種量。

黃壤是我國重要的地帶性土壤，為西南山區(qū)重要的土壤類型之一，具有質(zhì)地黏重、養(yǎng)分含量低、易發(fā)生水土流失和保水保肥能力相對(duì)較差等特點(diǎn)，不利于貴州農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。通過綠肥種植和還田方式進(jìn)行改良，對(duì)黃壤地力的提升和性質(zhì)的改良具有重要意義。研究表明，不同播種量綠肥累積的氮、磷和鉀分別可達(dá)90.4～99.0 kg/hm2、14.5～15.8 kg/hm2和101.1～111.3 kg/hm2。前期研究表明，綠肥還田后前30 d分別可釋放60.6%的氮、59.8%的磷和93.1%的鉀，同時(shí)還釋放部分碳[19]。這不僅能滿足作物生長所需養(yǎng)分，達(dá)到作物減肥增效的目的，同時(shí)能有效改良土壤，響應(yīng)國家“兩減一增”[7]政策，因此，應(yīng)加大推廣綠肥的種植。

4 結(jié)論

不同播種量對(duì)66-25箭筈豌豆生物產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收均有明顯影響，隨著播種量增加分枝數(shù)呈降低趨勢(shì)，以播種量為63.0 kg/hm2時(shí)最大，為6.8個(gè)；隨生育期延長，生物量和養(yǎng)分累積量均呈“S”型曲線增長，均可分為累積緩慢期、累積快速期和累積平穩(wěn)期；隨播種量增加，留種產(chǎn)量呈先增后降趨勢(shì)，以播種量為103.5 kg/hm2時(shí)最大，達(dá)1 283 kg/hm2，播種量為63.0 kg/hm2時(shí)最小，為1 120 kg/hm2；采用二次曲線函數(shù)模型擬合得出，適宜留種和還田的播種量分別為98.9 kg/hm2和100.1 kg/hm2。綜合認(rèn)為，貴州黃壤區(qū)適當(dāng)提高播種量可提高66-25箭筈豌豆的生物量和留種產(chǎn)量，66-25箭筈豌豆及其相似豆科綠肥留種和還田適宜播種量為90 kg/hm2。