不同氮肥處理對黑青稞籽粒灌漿特性的影響

東 強,張 毅,朱定英,彭玉琳,劉人銅,亞夢菲,王建林

(西藏農牧學院植物科學學院,西藏林芝860000)

黑青稞具有較高的β-葡聚糖、花青素、礦物質、維生素、氨基酸等營養物質,可作為保健食品原料和食品添加劑用于食品加工業[1]。黑青稞主要種植在西藏隆子縣附近,青稞產量對該地區農民收入和經濟發展具有重要的意義;該地區農田土壤養分含量在西藏處于中下水平,全氮、堿解氮含量較低,中性偏堿[2-3]。土壤氮素水平直接影響麥類作物的生長發育,合理施氮可以調節作物光合性能及其灌漿期同化物的轉運及籽粒的形成,進而提高作物產量[4]。

黑青稞生育期較長,常規氮肥一次基施不能滿足青稞生育期所需氮素,而追肥費時費力,且過量施用會導致氮肥流失,造成環境污染[5]。緩釋尿素可以有效減緩氮肥釋放,延長氮供應期,在糧食不減產的前提下,緩釋尿素的施用量可以比常規尿素減少26%～50%[6-8]。Shu等[4]研究認為,控釋尿素可提高玉米灌漿速率;楊金宇等[9]研究認為,配施控釋氮肥能有效調控小麥灌漿動態和產量。不同施氮量對作物灌漿特性的影響不同,朱明霞等[10]研究認為,減氮有利于青稞粒重的增加;劉奇華等[11]認為,減施氮、磷肥可以提高灌漿速率,延長灌漿活躍期。黃腐酸可以提高土壤養分釋放效率、作物抗逆性與籽粒產量,已被廣泛應用在作物生產中[12-13]。目前,氮肥配施黃腐酸的研究多集中于種子萌發、土壤養分供應、產量等方面[14-15],對其與作物籽粒灌漿特性關系的研究較少,尚未見到緩釋尿素配施黃腐酸對黑青稞灌漿特性效應的報道。為此,本研究通過大田實驗,以常規尿素、緩釋尿素與黃腐酸設置不同施用量下的9種施肥方式,分析不同處理對黑青稞灌漿特性的影響,以期對西藏黑青稞高效生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年3月至9月在西藏山南市隆子縣忙措村(92.24°E、28.25°N)進行,海拔3 797 m,屬高原溫帶半干旱季風氣候區。黑青稞生育期降水量為244.26 mm,年平均日照時數為2 995.6 h,年平均溫度5.5 ℃。土壤pH值為8.69,土壤全氮含量為0.85 g·kg-1,有機質為14.59 g·kg-1,速效磷為6.21 mg·kg-1,速效鉀為115.37 mg·kg-1。

1.2 試驗材料

供試黑青稞品種為地方品種六棱隆子黑,由西藏自治區山南市隆子縣農業農村局提供。供試緩釋尿素(N46%)為北京晉煤太陽石化工有限公司生產;黃腐酸為萍鄉市紅土地腐殖酸有限公司生產。其余常規肥料分別為尿素(N46%)、過磷酸鈣(有效磷P2O512%,水溶性磷P2O57%,S 8%)、硫酸鉀(K2O 50%,S 18%)。

1.3 試驗設計

試驗采用大田隨機區組設計,設9個肥料處理:不施氮對照(CK),常規尿素(N),常規尿素減氮20%(N80%),緩釋尿素(CN),緩釋尿素減氮20%(CN80%),常規尿素配施黃腐酸(N+FA),常規尿素減氮20%配施黃腐酸(N80%+FA),緩釋尿素配施黃腐酸(CN+FA),緩釋尿素減氮20%配施黃腐酸(CN80%+FA)。3次重復,小區面積440 m2,機械條播,行距30 cm。所有處理均基施過磷酸鈣135 kg·hm-2和硫酸鉀135 kg·hm-2。常規尿素和緩釋尿素的N施用量為135 kg·hm-2,減氮20%處理氮用量為108 kg·hm-2,黃腐酸用量為45 kg·hm-2。所有肥料均一次性基施,黃腐酸隨灌溉水施入。其他管理措施同當地大田。

1.4 測定項目與方法

于開花期,各小區掛牌標記同日開花、長勢基本一致的穗,在花后7 d開始每隔7 d取1次樣,每次每處理取30穗,放入干燥箱105 ℃殺青30 min,80 ℃烘干至恒重,脫粒后測定粒重,參照王麗娜等[16]的方法計算籽粒灌漿速率,用Logistics方程Y=K/(1+Ae-BT)模擬籽粒的灌漿過程,推算系列灌漿參數:

灌漿高峰期開始時間(T1):T1=(lnA-ln3.732 1)/B

灌漿高峰期結束時間(T2):T2=(lnA+ln3.732 1)/B

灌漿終止時間(T3):T3=(lnA+4.595)/B

漸增期持續時間(Ta):Ta=T1

快增期持續時間(Tb):Tb=T2-T1

緩增期持續時間(Tc):Tc=T3-T2

漸增期灌漿速率(R1):R1=YT1/T1

快增期灌漿速率(R2):R2=(YT2-YT1)/T2-T1

緩增期灌漿速率(R3):R3=(YT3-YT2)/T3-T2

最大灌漿速率出現時間(Tmax):Tmax=lnA/B

最大灌漿速率(Rmax):Rmax=K×B/4

式中,灌漿時間T為自變量,開花后每隔7 d的千粒重Y為因變量,K為理論最大千粒重,A為初值參數,B為生長速率參數。

黑青稞收獲期,各小區分別選取有代表性的樣區10 m2,調查穗數和穗粒數,人工脫粒,測千粒重和產量。

1.5 統計分析

通過Curve Expert 1.3軟件擬合得到不同處理的Logistic方程,采用DPS對產量及其構成因素進行方差分析、差異顯著性檢驗和灰色關聯度分析;采用SPSS對灌漿參數與實測千粒重進行Pearson相關性分析。

2 結果與分析

2.1 黑青稞灌漿動態分析

如表1所示,隆子黑千粒重表現為慢-快-慢增長趨勢。0～14 d為灌漿前期,千粒重增長較慢,花后14 d為12.01～14.84 g;14～28 d為灌漿中期,千粒重較初期增速明顯加快,花后28 d為34.28～38.22 g;28 d后為灌漿后期,增速減緩,花后35 d千粒重為37.59～43.36 g。在花后各時期,施氮處理的千粒重均明顯高于CK;相同施氮量時,緩釋尿素處理的千粒重高于常規尿素處理;氮肥配施黃腐酸處理較單獨氮肥處理千粒重增加;施氮量降低20%則千粒重下降。

表1 不同處理下隆子黑千粒重動態

由表2可知,各處理決定系數(r2)達到0.995～0.999,證明Logistic方程能較好的模擬黑青稞籽粒灌漿過程。由Logistic模擬方程計算出的理論千粒重(K)表現為CN+FA>CN80%+FA>N+FA>CN>N80%+FA>CN80%>N>N80%>CK;CN處理較N處理理論千粒重增加3.43%,CN+FA較CN處理增加4.88%,N+FA處理較N處理增加3.82%,減氮處理較其相應未減氮處理的千粒重均降低。

表2 不同氮肥處理下隆子黑模型方程參數

2.2 黑青稞籽粒主要次級灌漿參數分析

如表3所示,CN處理黑青稞最大灌漿速率(Rmax)為2.18 g·d-1,CN+FA較CN處理提高4.6%。不同處理達到最大灌漿速率的時間(Tmax)為17.17～17.88 d,CN處理出現最早,CN+FA較CN處理推遲了0.65 d。不同處理下黑青稞在開花后11 d左右進入快增期,在花后24 d左右進入緩增期。灌漿持續時間(T3)的變化范圍為38.72～40.12 d,配施黃腐酸處理的灌漿持續時間較長,為39.54～40.12 d,N與CN處理介于38.84～39.43 d之間。

表3 不同處理下隆子黑籽粒灌漿的次級參數

灌漿不同階段持續時間表現為漸增期Tc>快增期Tb>緩增期Ta;不同階段灌漿速率表現為快增期R2>漸增期R1>緩增期R3。同等施氮量下,施用緩釋尿素以及配施黃腐酸可以提高漸增期、快增期以及最大灌漿速率(R1、R2、Rmax),快增期、緩增期、灌漿持續時間(Tb、Tc、T3)。減氮20%條件下,最大灌漿速率(Rmax)、漸增期灌漿速率(R1)、快增期灌漿速率(R2)與緩增期灌漿速率(R3)均下降,最大灌漿速率出現時間(Tmax)、快增期起始時間(T1)、快增期結束時間(T2)延長,快增期持續時間(Tb)縮短。

Rmax,Tmax,T1,T2,T3,Ta,Tb,Tc,R1,R2, andR3represent the beginning time of the grouting peak, the time when the maximum grouting rate appears, the end time of the grouting peak, the end time of the grouting, the duration of the gradual increasing period, the duration of the rapid increasing period, the duration of the slow increasing period, the filling rate of the gradual increasing period, the filling rate of the rapid increasing period and the filling rate of the slow increasing period, respectively. The same in table 4.

2.3 灌漿參數及千粒重的相關性分析

對灌漿參數及實測千粒重進行Pearson相關性分析,結果(表4)表明,最大灌漿速率(Rmax)、灌漿終止時間(T3)、快增期持續時間(Tb)、緩增期持續時間(Tc)、快增期灌漿速率(R2)與千粒重Y呈極顯著正相關(P<0.01)。灌漿高峰期結束時間(T2)、灌漿終止時間(T3)、快增期灌漿速率(R2)與最大灌漿速率(Rmax)呈極顯著正相關(P<0.01)。灌漿高峰期開始時間(T1)、灌漿高峰期結束時間(T2)、漸增期持續時間(Ta)與最大灌漿速率出現時間(Tmax)呈極顯著正相關(P<0.01)。說明黑青稞千粒重與籽粒的灌漿速率和灌漿終止時間(T3)有關,快增期灌漿速率(R2)越大,灌漿高峰期持續時間(Tb)越長,黑青稞粒重越高。

表4 灌漿參數間的相關性

2.4 不同氮肥處理下黑青稞產量分析

將產量與其構成因子進行灰色關聯度分析,產量與千粒重、穗粒數、穗數的關聯系數分別為0.756 5、0.744 1、0.654 3。如表5所示,與N處理相比,CN處理的籽粒產量、千粒重、穗粒數均顯著提高,增幅分別為13.8%、4.11%、24.43%,有效穗數提高7%,差異不顯著;CN+FA較CN處理的產量、有效穗數、千粒重、穗粒數均顯著提高,增幅分別為21.66%、17.88%、2.87%、20.24%。同等施氮量下,緩釋尿素與黃腐酸較N處理可以顯著提高千粒重與穗粒數,從而顯著提高產量。千粒重、穗粒數和產量均以CN+FA處理最高,說明緩釋尿素配施黃腐酸對黑青稞產量有顯著增效。減氮20%較其未減氮處理,黑青稞產量及其構成因素均降低。

表5 不同氮肥肥料處理對黑青稞籽粒產量及產量構成因子的影響

3 討論

3.1 不同處理對黑青稞籽粒灌漿特性的影響

灌漿速率及灌漿持續時間是決定小麥粒重的關鍵因素,灌漿持續期主要取決于環境因素,灌漿速率主要受遺傳因素控制,同時也依賴于適宜的養分供應[17]。李旭錚等[18]研究認為,單施緩釋肥可維持玉米生育后期較高的灌漿活性,緩釋肥配施可以通過增加快增期和緩增期的灌漿速率來提高粒重。本研究結果與其一致,較常規尿素處理,施用緩釋尿素及配施黃腐酸均可提高黑青稞灌漿速率(R1、R2、Rmax),這主要是因為緩釋尿素氮供應持續時間較長,在灌漿期仍可提供較高的土壤氮素供應強度,黃腐酸可固定土壤中的多種元素,提高了氮肥利用率,從而保證黑青稞具有較高的灌漿能力[19]。本研究中,緩釋尿素與黃腐酸可以延長黑青稞灌漿持續時間,但不同處理的緩增期、快增期、漸增期持續時間(Ta、Tb、Tc)基本一致,說明緩釋尿素與黃腐酸主要通過提高黑青稞灌漿速率提高籽粒重。楊金宇等[9]研究表明,適量追氮最大能延長灌漿持續時間11.83 d,其基施處理下冬小麥籽粒灌漿各階段持續時間基本維持在12 d左右,這與本研究結果一致。

施肥水平對灌漿進程及相關參數也有影響,減氮20%條件下,N、CN、N+FA、CN+FA處理灌漿速率(Rmax、R1、R2)均下降,延長了漸增期持續時間,縮短了快增期持續時間,緩釋尿素對黑青稞灌漿能力無顯著的減氮增效作用。這與前人研究結果相似[20-21]。但姚 釗等[22]于不同生育時期隨水滴施尿素,發現不施氮處理下灌漿速率最大,籽粒灌漿持續時間更易受施氮量影響。這可能與施肥方式及品團體客戶、土壤條件有關。相關性分析表明,灌漿速率(Rmax、R2)以及灌漿持續時間(T3、Tb、Tc)與千粒重Y呈極顯著正相關(P<0.01),說明延長灌漿持續時間、提高灌漿速率是增加黑青稞籽粒產量的有效措施,這與賈崢嶸等[23]的研究結果相似;但王麗娜等[16]研究認為,延長灌漿時間并不增加千粒重。所以灌漿持續時間與籽粒千粒重間的相互關系仍有待進一步研究。

3.2 不同處理對黑青稞產量及構成因素的影響

本研究中,CN+FA處理產量及其構成因素均為最大值,這與姚媛媛等[24]對稻谷的研究結果一致;可能是由于緩釋尿素有效時間較長,黃腐酸提高了土壤蓄水保墑能力,降低了土壤晝夜溫差,進而提高了緩釋尿素的效率[19]。千粒重和穗粒數是影響黑青稞籽粒產量的主要因素,這與王麗娜等[16]對小麥的研究結果一致。朱明霞等[10]研究也表明,穗粒數對青稞產量起主要作用。本研究只在西藏隆子縣進行了一個品種一年試驗,不同年際間氣候會有所變化,且試驗條件、施氮范圍、水分管理措施等均會對青稞灌漿過程產生影響,不同品種對環境和栽培措施的響應不盡相同,所以需要進行更多青稞栽培措施研究,從而實現黑青稞產業的可持續發展。

4 結論

(1)緩釋尿素處理可以促使黑青稞達到最大灌漿速率的時間(Tmax)提前,縮短漸增期持續時間(Tc),延長快增期灌漿持續時間(Tb)、灌漿終止時間(T3),并提高提高灌漿速率(R1、R2、Rmax);施用黃腐酸可以提高黑青稞灌漿速率,進而提高千粒重。

(2)最大灌漿速率(Rmax)、灌漿終止時間(T3)、快增期持續時間(Tb)、緩增期持續時間(Tc)、快增期灌漿速率(R2)與籽粒千粒重極顯著相關;提高快增期灌漿速率(R2)、延長灌漿持續時間增加黑青稞產量的有效措施,快增期是黑青稞灌漿關鍵時期,生產中應加強快增期的田間管理措施。

(3)緩釋尿素配施黃腐酸可以顯著提高黑青稞千粒重與穗粒數,進而提高黑青稞產量;減氮20%會降低黑青稞灌漿能力。生產上推薦135 kg·hm-2緩釋尿素配施45 kg·hm-2黃腐酸為黑青稞的最佳施肥方案。