施肥深度對胡麻生長性狀及產量的影響

曹彥，劉金善，張存霞，伊六喜，張子臻，冀宇飛，羅文興，賈海濱*

(1.烏蘭察布市農林科學研究所，內蒙古烏蘭察布 012000；2.內蒙古農業大學農學院，內蒙古呼和浩特 010018；3.察哈爾右翼中旗科學技術事業發展中心，內蒙古烏蘭察布 012000)

胡麻(Linum usitatissmum)即油用亞麻，屬亞麻科亞麻屬一年生草本植物[1]，是我國華北、西北干旱地區重要的油料作物。內蒙古是我國胡麻主產區之一[2]，烏蘭察布是內蒙古種植胡麻的主要地級市之一，晝夜溫差大，十年九旱，由于胡麻抗逆性強，且具有耐寒、耐旱、耐貧瘠等特點，已成為當地主要的油料作物之一。為了提高單位面積胡麻產量[3]，施用化肥是最常用且有效的方法[4]。但是，大量的施用化肥污染環境的同時，還造成無效浪費，因此化肥的高效施用[5-6]，對于胡麻的綠色生產、生態保護及維護現代農業的持續穩定健康發展意義重大。

提高肥料利用率的重要措施之一就是提高肥料施用的精準度，保證施加到土壤中的肥料能夠被作物高效吸收利用。在胡麻種植過程中以多施用基肥為主，烏蘭察布地區屬于干旱地區，土壤中含水量低，施肥深度過淺，容易揮發損失，也不易被胡麻根系吸收，反之施肥深度過深，在高需肥時，胡麻的根系吸收肥料較少，也易造成肥料的浪費，因此基肥施用的深淺十分重要。王義凡[7]研究了分層施肥對玉米農藝性狀、氮素吸收和產量的影響，發現不同施肥深度處理，玉米在株高、莖粗和SPAD 值上差異顯著，深層施肥處理下玉米節根數、根長增加。王俊營[8]研究了不同施肥深度對關中地區夏玉米生長發育及產量的影響，發現與5 cm 處理相比，肥料深施至15 cm 處可以顯著增加株高、莖粗、葉面積指數以及干物質積累等。郭琴[9]研究了不同降水量下施肥深度對冬小麥生長發育及水肥利用效率的影響。武鵬[10]研究了施肥深度對旱作玉米農田水肥利用及氮素平衡的調控效應，發現優化施肥深度改變了玉米根系構型并促進側根生長，對根系生長發育產生明顯調控效應，且該效應隨著施肥深度的增加呈先加強后減弱的變化趨勢。生產中胡麻以種肥為主，播種時肥料與胡麻籽混合均勻播種，肥料利用效率低，關于胡麻不同施肥深度的研究甚少，如何改進胡麻施肥方法，提高肥料的利用率，仍缺乏全面系統的研究。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年5—10月在內蒙古烏蘭察布市農林科學研究所平地泉基地(40°55＇23″N，113°7＇17″E)開展，平均海拔1394 m，年平均氣溫一般在0～18 ℃，無霜期95～145 d，≥10 ℃的積溫為2228～3033 ℃。土壤類型為沙壤土，年平均降水量150～450 mm，雨量集中在每年七、八、九月份。試驗前茬為甜菜，肥力中等，土壤pH 8.1，硝態氮31.7 mg/kg，有效磷34.0 mg/kg，速效鉀149.5 mg/kg，有機質3.10%。

1.2 供試材料概況

試驗以內亞九號為試驗材料，該品種由內蒙古自治區農牧業科學院亞麻課題組選育，生育期90～105 d，亞麻酸含量50.43%～52.15%，含油率43.69%～44.60%，抗逆性強，是烏蘭察布地區主要栽培品種。

1.3 試驗設計

試驗設置5、10、15、20、25、30 cm 6 個施肥深度處理，胡麻播種深度為3～4 cm，3 次重復。每小區面積為20 m2(4 m×5 m)，小區間隔為80 cm，四周設保護行，行距20 cm。播前采用鐵鍬按不同施肥深度挖掘，使肥料均勻分散于每個試驗小區，施肥情況:尿素15 kg/hm2(其中總N 含量46%)、磷酸一銨75 kg/hm2(其中P2O5含量60.5%)、氯化鉀120 kg/hm2(其中K2O 含量52%)。人工開溝條播，胡麻播種量是750 萬粒/hm2，中耕2 次，其他管理方式與常規大田管理相同。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 胡麻生育期觀察及指標測定

統計1 m2出苗數，記載胡麻生育時期(播種期、出苗期、現蕾期、花期、成熟期)，以小區內70%以上的植株表現出某生育時期特征作為標準。

1.4.2 胡麻全生育期生長指標測定

從胡麻出苗10 d 左右開始，每隔7 d 選取代表性區域，每個處理取10 株根系和地上部分完整的胡麻植株，用水洗法分離土層中的根系，測定株高、根長、根基部粗、葉數、根須數、鮮重等指標，直到胡麻成熟，3 次重復。

1.4.3 主要農藝性狀調查

生理成熟后收獲前進行考種，測定株高、工藝長度、莖粗、單株分莖數、有效分枝數、單株有效果數、每果粒數、千粒重等農藝性狀。

1.4.4 不同處理產量調查

每個小區劃分5 點，每個點1 m2，取胡麻測產(避開生長指標測定取過樣的區域)。

1.5 數據處理

采用Excel 2007 進行數據整理，采用SPSS 26、Origin 2021b 軟件進行顯著性分析、相關性分析、曲線擬合，求回歸方程。

2 結果與分析

2.1 不同施肥深度對胡麻生長期的影響

在5、10、15、20、25、30 cm 施肥深度條件下，觀察了胡麻出苗期、現蕾期、花期、成熟期等主要生長期，從生育期的記載情況來看，不同施肥深度對胡麻的生育期影響不大(見表1)，這與試驗材料采用的是同一品種有關。從田間觀察來看，施肥深度5 cm 和10 cm 的處理，胡麻葉色深綠，一般作物缺氮肥葉色發黃，說明本試驗施肥深度與播種深度越接近，對植株前期的營養生長養分供應越充足。

表1 不同施肥深度生育期記載Table 1 Growth period records of different fertilization depths

2.1.1 胡麻生長過程中株高的變化

胡麻株高隨生育期的進行逐漸增大，對不同施肥深度胡麻株高隨出苗天數的動態變化采用數學方程模擬，結果符合logistic 生長曲線方程，對方程進行F檢驗，達到極顯著水平(見表2)，并對方程求一階和二階導數，得出籽粒增長最大速率出現的時間t2，生長曲線上的兩個突變點之間t1～t3是胡麻生長最快的一段時間[11]。施肥深度5 cm 的處理在出苗后第27 天株高生長速率最快，從第18～36 天進入快速生長期；施肥深度10 cm 在第26 天株高生長速率最快，第18～35 天是快速生長期；施肥深度15 cm 在第29 天株高生長速率最快，第20～38 天是快速生長期；施肥深度20 cm 在第27 天株高生長速率最快，第19～35 天是快速生長期；施肥深度25 cm 在第29 天株高生長速率最快，第20～37 天是快速生長期；施肥深度30 cm 在出苗第28 天株高生長速率最快，第19～37 天是快速生長期。通過對日常采集數據進行整理，計算不同時間段株高每晝夜的積累量(見表3)，通過擬合方程計算出的快速增長期基本與實際觀測數據相符。

表2 不同施肥深度胡麻株高的logistic 生長曲線方程Table 2 Logistic growth curve equation of linseed plant height at different fertilization depth

表3 不同施肥深度胡麻全生育期株高生長速率變化Table 3 Changes of plant height and growth rate of linseed during the whole growth period with different fertilization depths

施肥深度5 cm 的處理株高在第51 天達到最大(較早)，施肥深度10、25、30 cm 的處理株高在第72 天時達到最大(較晚)。按不同生育期統計株高變化，現蕾期施肥深度5 cm 處理株高增長最多，分別比施肥深度10、15、20、25、30 cm 的處理高出60.93%、30.22%、63.16%、31.13%、52.24%。株高在樅形期生長較慢，出苗后第27～29 天到達快速生長期，生長迅速。本試驗在出苗后第39 天左右現蕾，施肥深度5 cm 的處理生長速率最快，平均每晝夜積累2.918 cm。開花后期即出苗68 d后，因營養生長轉變為生殖生長，生長減緩。

2.1.2 胡麻生長過程中根長的變化

對不同施肥深度處理胡麻根長隨出苗天數的動態變化采用數學方程模擬，結果符合一元三次方程(見表4)，對方程進行F檢驗，達到極顯著水平，并對方程求一階導數，可以求出根達到最長的天數。根長的變化隨施肥深度的不同而存在差異，5 cm 處理在58 d 達到最長22.34 cm，10 cm處理在65 d 達到最長21.28 cm，15 cm 處理在51 d 最早達到最長22.29 cm，20 cm 處理在65 d 達到最長24.69 cm，25 cm 處理最晚的在72 d 達到最長20.17 cm，30 cm 處理在65 d 達到最長24.05 cm，通過公式計算的結果和實際測量結果基本吻合。施肥深度20 cm 的處理根最長為24.69 cm，比25 cm處理的長22.41%，根長達到最長的時間越早，越有利于營養和肥料的吸收及供應。胡麻苗出苗后，根迅速生長，根的生長速率在出苗后的1～17 d 最高，施肥深度較深的處理比較淺處理根的生長速率快(見表5)。

表4 不同施肥深度胡麻根長擬合方程Table 4 Fitting equations of linseed root length at different fertilization depths

表5 不同施肥深度胡麻根長生長速率Table 5 Root growth velocity of linseed under different fertilization depths

2.1.3 胡麻生長過程中葉數的變化

采用數學方程模擬全生育期不同施肥深度胡麻葉數隨出苗天數的動態變化，結果符合一元三次方程，對方程進行F檢驗，達到極顯著水平，并對方程求一階導數，可以求出葉數達到最多的天數(見表6)。由于后期胡麻快要成熟時，葉子出現干枯脫落的現象，所以整個生育期胡麻的葉子數目呈現先增加后降低的趨勢，符合一元三次方程的變化規律。

表6 不同施肥深度胡麻葉數擬合方程Table 6 Fitting equations of the number of linseed leaves at different fertilization depths

施肥深度5 cm 的處理出苗51 d 葉數最多，達到73.25 片，高于其他幾個處理，超過施肥深度30 cm 處理14.15%；10 cm 的處理出苗44 d 葉數最多，達到68.27 片；15 cm 的處理出苗44 d 葉數最多，達到68.90 片；20 cm 的處理出苗38 d 葉數最多，達到65.20 片；25 cm 的處理出苗44 d 葉數最多，達到71.17 片；30 cm 的處理出苗30、44 d 葉數最多，達到64.17 片，均低于其他處理。施肥深度距離播種深度越遠，胡麻吸收的養分越少，營養生長越弱。按生育期進行劃分，5 cm 處理苗期葉數最多，分別高于10、15、20、25、30 cm 處理4.29%、8.32%、4.50%、15.15%、8.61%。

所有處理葉數生長速率最快時期基本集中在24～30 d，5 cm 處理葉數生長速率最快為3.01 片/d，10 cm 處理在11～17 d 最快為3.05 片/d，15 cm 處理最快為2.86 片/d，20 cm 最快為2.98 片/d，25c m 處理達4.13 片/d，30 cm 處理達3.43 片/d，24～30 d 正處于胡麻的快速生長期，與株高的結果相吻合(見表7)。

表7 不同施肥深度胡麻葉數生長速率Table 7 Growth rate of linseed leaf number at different fertilization depths

2.1.4 胡麻生長過程中須數的變化

采用數學方程模擬全生育期不同施肥深度胡麻須數隨出苗天數的動態變化，結果符合一元三次方程，對方程進行檢驗，達到極顯著水平，并對方程求一階導數，可以求出須數達到最多的天數(見表8)。5 cm 處理須數在63 d 達到最多，10 cm 處理在57 d 達到最多，15、20 cm 處理在65 d 達到最多，25 cm 處理在61 d 達到最多，30 cm 處理在59 d 達到最多，施肥深度較淺的處理須數達到須數最大值較早，施肥深度較深的處理須數達到最大值較晚，但是根須數量較多。根須數的增長速率主要集中在1～17 d，這與根長的結果一致(見表9)。

表8 全生育期不同施肥深度胡麻須數擬合方程Table 8 Fitting equation of linseed whisker number at different fertilization depths during the whole growth period

表9 不同施肥深度胡麻須數增長速率Table 9 Growth rate of linseed whisker number at different fertilization depths

2.1.5 胡麻生長過程中鮮重的變化

對不同施肥深度處理全生育期胡麻鮮重隨出苗天數的動態變化采用數學方程模擬，結果符合S 曲線中的BiHill 函數y＝Pm/(1+(Ka/x)＾Ha)/(1+(x/Ki)＾Hi)，對方程進行檢驗，達到極顯著水平(見表10)。施肥深度5 cm 處理在出苗51 d 達到最大鮮重183.13 g，高于其他處理，10 cm 處理在51 d 達到最大鮮重152.10 g，15 cm 處理在58 d 達到最大鮮重181.47 g，20 cm 處理在51 d 達到最大鮮重172.37 g，25 cm 處理在79 d 達到最大鮮重152.20 g，30 cm 處理在58 d 達到最大鮮重166.43 g，5 cm 處理鮮重最大，并且最早達到最大鮮重。大部分處理植株鮮重在51～58 d 時達到最高。5 cm 處理在45～51 d 鮮重生長速率達到最大13.37 g/d，高于其他處理；25 cm 處理在31～38 d達到最大速率6.51 g/d，低于其他處理(見表11)。試驗發現，胡麻的營養生長往往在花期結束青果期開始前達到最高峰，后期營養全部輸送給果實，營養生長減弱，黃熟期鮮重由于植株失水出現下降。

表10 全生育期不同施肥深度胡麻鮮重擬合方程Table 10 Fitting equations of fresh weight of linseed with different fertilization depths during the whole growth period

表11 不同施肥深度胡麻鮮重生長速率Table 11 Growth rate of linseed fresh weight at different fertilization depths

2.2 不同施肥深度對胡麻產量構成因素的影響

從不同施肥深度對胡麻產量相關性狀的影響來看(見表12)，5 cm 施肥處理出苗率最低(38.33%)，10 cm 施肥處理出苗率最高(47.05%)，比前者顯著提高了22.75%，差異顯著(p＜0.05)，比15、20、25、30 cm 施肥處理分別提高了9.71%、17.02%、16.55%、13.35%。30 cm 處理收獲株數最高(208.33 株/m2)，其次為5 cm 處理(207.28 株/m2)，10 cm 處理最低(175.65 株/m2)，30 cm 處理比5、10、15、20、25 cm 處理收獲株數分別高0.51%、18.61%、7.51%、12.10%、9.18%。隨著施肥深度的加深，株高先升高后降低，15 cm 處理的株高最高(63.49 cm)，30 cm 處理的株高最低(61.55 cm)，比15 cm 施肥處理低3.06%。工藝長度基本隨施肥深度變深而逐漸降低，5 cm 處理工藝長度最高(39.94 cm)，25 cm 處理工藝長度最低(38.29 cm)，比5 cm 處理低4.13%。10 cm 處理莖粗最粗(0.42 cm)，施肥深度30、20、5 cm 處理莖粗(均為0.38 cm)均比前者顯著降低9.52%，差異顯著(p＜0.05)。不同施肥深度分莖數，25 cm 處理最高(1.70)，20 cm 處理最低(1.46)，比前者低14.12%；不同施肥深度有效分枝數5 cm 處理最低(5.91)，10 cm 處理有效分枝數最高(6.95)，比前者高17.60%，保苗數越高，有效分枝數相應越低，保苗數越低，越有利于分枝的生長。不同施肥深度單株有效果數10 cm 處理最高(30.2)，5 cm 處理最低(25.78)，比前者低14.64%。不同施肥深度每果粒數10 cm 處理最高(8.14)，20 cm 處理最低(7.89)，比前者低3.07%，10～20 cm 處理每果粒數逐漸降低，20～30 cm 每果粒數逐漸增高。千粒重30 cm 施肥深度的最小(6.41 g)，顯著(p＜0.05)低于5、15 cm 兩個處理(7.00、7.01 g)。由于不同處理采用相同品種，收獲后胡麻經濟性狀部分結果差異不顯著，但是不同處理出苗率、莖粗、有效分枝數、千粒重差異顯著。

表12 不同施肥深度對胡麻經濟性狀的影響Table 12 Effects of different fertilization depth on economic characters of linseed

2.3 胡麻施肥深度與產量的關系

胡麻6 個不同施肥深度對胡麻產量影響差異明顯，施肥深度5 cm 時肥效明顯、產量最高，為3005.7 kg/hm2，此時施肥深度和播種深度接近，施肥深度20 cm 產量最低，最高處理較最低處理增產238.9 kg/hm2，增產率8.63%，比最深施肥深度30 cm 處理增產199.95 kg/hm2，增產率7.13%。對不同施肥深度和產量采用數學方程模擬，結果符合S 曲線中Boltzmann 函數，對方程進行檢驗，達到極顯著水平，回歸方程是Y＝0.279 04+0.022 53/(1+exp(X-12.105 61)/2.576 69)，R2為0.959，詳見圖1。

圖1 施肥深度和產量的擬合曲線Fig.1 Fitting curve of fertilization depth and yield

3 討論

3.1 不同施肥深度對胡麻苗期生長情況的影響

研究發現，肥料在土壤中的施用深度不僅影響肥料養分在土壤中的轉移和轉化[12-14]，也影響養分在作物體內的轉移及干物質積累[15-16]，從而直接影響肥料的利用率及作物產量[17]。作物的根系能從土壤中吸收營養物質并向地上部輸送[18]，根系的生長與土壤肥力及肥料運輸密切相關[19]。胡麻是直根系作物，根系最密集層在0～4 cm[20]，胡麻的根系在土壤中上下層分布差異很大，通過洗根觀察發現，0～5 cm 根數少，多為纖細的毛根，生長弱，5～10 cm 土層根數最多且發達，10 cm 以下根毛不僅減少且變弱。氮肥的主要成分是尿素，如施肥的深度較淺，容易揮發損失，磷鉀肥在土壤中不易移動，必須施入根密集層才能發揮作用。因此將肥料施到5 cm 土層，隨著雨水的下滲，肥料剛好在胡麻根部最發達的5～10 cm 處濃度最高，可提高胡麻根系對肥料的利用率。從植株生長的情況來看，施肥深度10 cm 出苗率最高，但是因為施肥深度5 cm 最終保苗數及保苗率高于施肥深度10 cm 的處理，故最終產量最高的是施肥深度5 cm 的處理，也就是說施肥深度為5 cm 的生長密度對提高整個群體產量更為有利，即施肥深度與播種深度相近更有利于增產。胡麻的施肥深度對胡麻生長情況及產量的影響，一方面是施肥深度影響肥料利用率，另一方面是施肥的過程也會起到松土的作用，胡麻適宜在上虛下實的地下環境發芽生長，其籽粒小，頂土能力弱，上虛有利于胡麻出苗，下實有利于保持底墑濕潤，施肥深度超出播種深度，下面土層翻動，容易跑墑，降低土壤中水分含量。

本試驗采用數學方程模擬不同施肥深度，胡麻各項指標隨出苗天數的動態變化，通過求一階導數，求出各指標最大值，用方程計算出的各處理株高、根長、須數、葉數、鮮重的最大值和實際測量的最大值出現時間基本一致，說明方程的吻合程度良好，能較好地代表胡麻植株地下肥料吸收情況、地上部分營養生長和鮮重積累的過程。施肥深度越接近播種深度，植株株高生長速度增加越快，快速生長持續時間越長。鮮重的增加速率在開花期(出苗后45 d 左右)最快，平均每晝夜積累13.37 g 左右，與徐麗珍等[21]的研究結果相似。

一般來說試驗條件下株高、根須數、根長、葉片數這些指標是不可逆生長，但本研究過程中出現了個別負增長的數據，這是因為取樣的時間相差較近及植株生長的個體差異導致的，但是從總體來看，胡麻植株的株高、根須數、根長、葉片數呈現逐漸遞增趨勢。

3.2 不同施肥深度對胡麻經濟性狀及產量的影響

單株蒴果數、蒴果著粒數和千粒重是構成胡麻籽實產量的主要因素，其中單株蒴果數的作用最大，施用磷肥能增加單株果數和千粒重[8]。多分支又是多果的基礎。胡麻在生育前期生長較慢，植株營養生長增長量較小，由快速生長期到開花期植株迅速生長，營養生長增長量也較多，到花期達到了高峰，開花后期直至成熟期植株生長緩慢，營養生長轉為生殖生長。胡麻生長的關鍵時期是現蕾到開花期。揣葆田[22]研究發現葉密度與產量存在正相關關系，選擇葉密度大的性狀，容易獲得高產。

從本試驗看來，在固定的播種密度條件下，施肥深度與播種深度相同時，產量最高，肥效較好，同時注意到施肥深度10 cm 處理胡麻的生長情況也較佳，但因10 cm 處理的保苗率較低，故影響到了最終的產量，今后可進一步結合播種密度，探討肥料施用深度。5 cm 處理出苗率較低，可能是肥料和種子混在一起導致燒苗，下一步可以探討5～10 cm 的施肥深度是否效果更佳。

4 結論

施肥深度5 cm 時肥效明顯，有利于胡麻的生長，產量最高，為3005.7 kg/hm2，此時施肥深度和播種深度接近，施肥深度20 cm 產量最低，最高處理較最低處理增產238.9 kg/hm2，增產率8.63%，施肥深度和產量擬合，回歸方程是Y＝0.279 04+0.022 53/(1+exp(X-12.105 61)/2.576 69)，R2＝0.959。