胡文詩,李銀水,趙曼利,張珊珊,顧熾明,代晶,李小勇,楊璐,秦璐,廖星
不同含油量油菜品種的養分吸收積累與利用效率特征
胡文詩,李銀水,趙曼利,張珊珊,顧熾明,代晶,李小勇,楊璐,秦璐,廖星
中國農業科學院油料作物研究所/農業農村部油料作物生物學與遺傳育種重點實驗室,武漢 430062
【目的】比較不同含油量油菜品種養分吸收累積動態變化,明確高含油量油菜對氮磷鉀養分的需求及利用特征,為發揮油菜高產油潛能、提高養分利用效率提供理論依據。【方法】于2019—2021年通過田間和盆栽試驗,分析高含油量油菜品種(中油雜19,簡稱Z19)和普通含油量對照品種(華油雜12,簡稱H12和華油雜62,簡稱H62)不同生育時期生物量、氮磷鉀積累量的動態變化以及成熟期產油量、養分利用率的差異,探討高含油量油菜品種養分需求特征。【結果】兩年試驗結果均表明Z19的籽粒產量顯著低于H62(8.5%—20.4%),但與H12差異不大,而含油量顯著高于H12和H62(10.1%—26.7%)。監測2020—2021生長季田間試驗和盆栽試驗中植株生物量和養分動態變化,結果表明不同生育時期Z19生物量均低于H62,在角果期前與H12沒有顯著差異,角果期和成熟期Z19生物量不同程度地高于H12。田間試驗花期后和盆栽試驗整個生育期Z19植株氮含量均低于H12和H62,鉀含量在整個生育期內均不同程度高于H12和H62,磷含量沒有一致性差異。不同生育時期Z19的氮積累量比H62低19.2%—29.0%,盆栽試驗的Z19比H12低9.8%—13.1%;Z19的鉀積累量與H62無顯著差異,但除花期外比H12高7.4%—39.2%。Z19磷素積累量介于H62與H12之間,田間試驗中顯著高于H12,盆栽試驗中顯著低于H62。Z19的氮素生理利用效率及產油效率高于H12和H62,鉀素生理利用效率低于H12和H62,但鉀素產油效率沒有顯著差異,3個品種的磷素生理利用效率沒有顯著差異,而Z19的磷素產油效率顯著高于H12。15N標記表明,花期前3個品種氮肥利用效率沒有顯著差異,花期開始Z19氮肥利用率低于H12和H62。【結論】高含油量油菜品種Z19的鉀需求量較高,氮素生理利用效率較高且需求量相對較少,磷需求量及利用率無明顯差異。在農業生產中,相對普遍油菜品種,高含油量油菜品種更要重視鉀肥的施用,但可以適當調減氮肥用量。
油菜;含油量;產量;養分積累量;養分利用效率
【研究意義】面對復雜的國際形勢,提升油料產能是國家的重要戰略需求。油菜是我國食用油的主要來源,提升菜籽油產量對維護國家食用油安全具有重要意義[1]。近60年來,新品種的選育推動了我國油菜生產發生了三次革命性飛躍,選育高產、高含油的油菜品種,提升油菜產油量的同時實現養分高效利用是油菜產業綠色可持續發展的重要目標[2-3]。【前人研究進展】近10年來,我國油菜區域試驗平均產量為2 584 kg·hm-2,含油量平均為43.1%,產油量與產量和含油量的關系表明,產量每提高1 kg·hm-2產油量增加0.5 kg·hm-2,而含油率每增加1%產油量則增加36.6 kg·hm-2 [4]。提高籽粒含油量是提高產油量的重要措施,目前選育的高含油油菜品種籽粒含油量可高達50%。然而高含油品種獲得高產油量一方面要確保產量穩產,另一方面需要發揮高含油量潛能。油菜生長、籽粒產量形成受到供給養分的影響。研究表明,生產1 000 kg油菜籽需要46.0 kg氮(N)、8.0 kg磷(P)和57.1 kg鉀(K)[5]。在油菜籽目標產量大于3 000 kg·hm-2時,越冬期氮素積累量需高于50%,生育期內氮素最大積累量高于175 kg·hm-2 [6]。油菜鉀素積累規律與氮的相似,在苗期積累量大于其他時期;而磷素積累量在角果期最大[7]。油菜收獲指數相對穩定,獲得高的菜籽產量需要以高生物量為基礎。氮磷鉀肥的供應能夠顯著促進油菜生物量和籽粒產量。然而不同的油菜品種對氮磷鉀的需求量及利用效率存在一定的差異[8]。不同特性的油菜對氮磷鉀養分的需求也不完全相同,例如相對于移栽油菜,直播油菜更易受到氮素缺乏影響而造成群體的衰減,要獲得相同的油菜籽產量直播冬油菜需要更多的氮磷鉀養分投入[9];養分利用效率高的油菜品種,在相同的產量目標下需要投入的養分量更少[7]。對于含油量,氮磷鉀養分作用效果并不相同,氮肥施用量的增加并不能促進籽粒含油量增加,反而會降低籽粒含油量[10]。而磷、鉀肥的施用對提升油料作物籽粒含油量有一定的促進作用,而過量的磷肥施用會降低油菜籽粒油酸含量導致含油量降低[11-13]。【本研究切入點】為實現高含油量潛能,高含油油菜品種對氮磷鉀肥的需求與低含油量品種有何差異鮮有報道。【擬解決的關鍵問題】因此,本研究擬通過大田和盆栽試驗研究高產栽培管理下,高含油油菜品種生長過程中氮磷鉀養分需求量及養分利用效率,為實現高含油油菜的高產油潛能和養分的高效利用提供理論依據。
試驗于2019年10月至2021年5月連續2年在油菜季采用田間試驗與盆栽試驗相結合的方式進行。其中2019年10月至2020年5月的田間試驗在湖北省黃岡市黃岡農業科學院試驗基地(30°43’N,114°88’E)和河南省信陽市光山縣北向店鄉(32°0’N,114°44’E)開展;2020年9月至2021年5月在河南省信陽市光山縣北向店鄉開展田間試驗,在湖北省武漢市中國農業科學院油料作物研究所進行盆栽試驗,供試土壤基礎理化性狀如表1所示。試驗采用單因素設計,設置3個主推油菜品種分別為中油雜19(高含油量品種,簡稱Z19)、華油雜12(常規含油量常規產量對照品種,簡稱H12)和華油雜62(常規含油量高產對照品種,簡稱H62)。中油雜19含油量為49.95%,華油雜12與華油雜62的含油量分別為41.49%和41.36%。

表1 試驗土壤基礎理化性狀
田間試驗中2季各處理氮、磷、鉀和硼肥用量相等,分別為180 kg N·hm-2、90 kg P2O5·hm-2、120 K2O·hm-2和9 kg·hm-2的硼砂。供試肥料為尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)、硼砂(含B 11%)。氮肥70%作基肥,30%作越冬肥,磷肥、鉀肥和硼砂全部作基肥施用。每個處理3次重復,隨機區組排列,小區面積40 m2(長×寬=2 m×20 m)。采用直播方式播種,播種量為6.0 kg·hm-2,均于10月上旬播種。其他生產管理措施均采用當地常規管理方法,保障沒有病蟲草害的干擾。
盆栽試驗種子經1%的雙氧水浸泡10 min去離子水洗凈后,置于預先鋪好2層濕潤濾紙的干凈培養皿中,在室溫(25 ℃)下催芽24 h,露白后播種,每盆播種6粒,兩葉一心后每盆定苗2株。各處理氮、磷、鉀用量相等,每盆裝土9 kg,施肥量為0.25 g N·kg-1土、0.1 g P2O5·kg-1土和0.16g K2O·kg-1土,供試肥料為尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)和氯化鉀(含K2O 60%);其中尿素為15N標記的粉末狀普通尿素,購于上海化工研究院(豐度為10%)。此外每kg土添加1 mL濃度為20 mmol·L-1的硼酸溶液作為硼肥;氮肥80%作為基肥,剩余20%在薹期追施,其他肥料溶于水后點播前加入。各處理20次重復,共計60盆。于2020年10月6日播種,其他栽培管理按常規進行,保障沒有病蟲草害的干擾。
2020—2021年田間試驗于苗期(播種后30 d)、越冬期(播種后71 d)、薹期(播種后145 d)、花期(播種后168 d)、角果期(播種后206 d)和成熟期(播種后231 d)利用0.25 m2(50 cm×50 cm)樣方采集油菜植株,用鐵鍬挖松土壤后拔起植株(避免油菜主根折斷),植株分為地上部和根系樣品,記錄生物量,土壤回填平整。盆栽試驗于越冬期(播種后65 d)、薹期(播種后130 d)、花期(播種后160 d)、角果期(播種后187 d)和成熟期(播種后208 d)取盆中兩株油菜植株,土壤用水浸泡松散后取植株,分地上部和根系樣品記錄生物量。每個處理3次重復。植株樣品分部位烘干磨細過0.5 mm篩后,用H2SO4-H2O2聯合消煮,采用全自動凱氏定氮儀(KDY-9820)測定全氮含量,電感等離子發射光譜儀(ICP-OES,Optima 7000 DV,美國)測定磷、鉀含量,然后根據各部位生物量加權平均計算植株養分含量。
利用IsoPrime100質譜儀,稱取200 μg樣品于錫囊中,置于1 000 ℃燃燒管(包含銀絲、氧化銅和氧化鉻)中燃燒后,產生的氣體經600 ℃填裝線狀銅的還原管還原為N2,再經過色譜柱,進入質譜儀測定15N豐度。
油菜成熟后,田間試驗各小區單獨收獲,測定油菜產量;盆栽試驗分別收獲3盆油菜籽粒,用于評估單株油菜產量。
利用近紅外糧油品質分析儀(NYDL-3000),測定分析收獲后風干的籽粒油脂含量[14]。
養分生理利用效率(kg·kg-1)[15]=植株生物量(kg·hm-2)/植株養分積累量(kg·hm-2);
養分產油效率(kg·kg-1)=產油量(kg·hm-2)/成熟期植株養分積累量(kg·hm-2);
氮肥利用率(%)[16]=(樣品15N豐度?自然15N豐度)/(尿素15N豐度?自然15N豐度)×氮累積量/肥料氮施入量。
試驗數據利用Excel軟件進行計算處理,采用SPSS 18.0數據處理軟件進行數據的統計分析,采用LSD 法檢驗<0.05水平上的差異顯著性。
3個油菜品種的產量和含油量在2個生長季及不同地點的變化規律基本一致(表2)。Z19的含油量始終顯著高于H12和H62,平均高出10.1%—26.7%,而H62與H12的含油量沒有顯著性差異。Z19油菜籽產量與H12差異不大,比H62低8.5%—20.4%。Z19與H62的產油量沒有明顯差異,比H12油菜產油量顯著高出23.7%—47.7%。2020—2021年在武漢的盆栽試驗,油菜籽含油量顯著低于3個田間試驗,但品種間含油量和籽粒產量差異變化與田間變化規律一致。

表2 兩個生長季各試驗點油菜產量和產油量
同一列數據后不同字母表示相同處理下品種差異顯著性分析(<0.05)。1)田間試驗油菜產量與產油量單位為kg·hm-2,盆栽試驗為g/株
Different lowercases in the same column mean significant difference among different cultivars under same treatment by LSD test (<0.05).1)The units of yield and oil yield in field and pot experiment are kg·hm-2and g/plant, respectively
以2020—2021年信陽的田間試驗和武漢的盆栽試驗為對象,研究高含油油菜與常規產量對照和高產對照油菜的生物量積累差異(圖1)。在田間試驗中越冬期后Z19生物量始終低于H62,而盆栽試驗中沒有顯著差異;在花期前Z19的生物量與H12沒有顯著差異,盆栽試驗中角果期Z19的生物量增長幅度大于H12,角果期生物量比H12高出17.6%。成熟期,田間3個品種生物量均有不同程度的降低,其中H12降低幅度最大、Z19其次,因此Z19生物量高于H12,而H62的最高。在盆栽試驗中,成熟期Z19生物量顯著降低,導致H62生物量高于Z19。3個品種隨生育進程推進物質積累規律一致:在苗期油菜生物量積累較慢,在油菜生長約150 d后,薹期和花期干物質迅速積累,角果期達到最大,成熟期稍有下降。

A、B分別表示2020—2021生長季信陽田間試驗和武漢盆栽試驗結果。圖2、圖3同
田間試驗3個品種的氮含量在苗期和花期差異較小,越冬期和成熟期Z19氮含量比H12和H62低10%左右(圖2);在盆栽試驗中,Z19的氮含量始終比華油雜2個品種低,在花期和角果期差異可達16.4%— 26.4%。與氮不同,成熟期3個品種磷含量沒有顯著差異,但在角果期以前,田間和盆栽試驗3個品種差異表現并不一致:田間試驗Z19的磷含量相對較高,比H62和H12高出2.0%—21.3%,而盆栽試驗中Z19比H62低4.2%—20.4%,在苗期比H12高16.0%。Z19的鉀含量相對較高,田間Z19鉀含量始終高于H62,苗期、越冬期及角果期分別比H12高12.7%、18.6%和15.7%;盆栽試驗中,在角果期和成熟期Z19鉀含量高于H62與H12處理。在生育進程中,3個品種的養分含量變化趨勢一致:氮素含量逐漸降低;磷含量在生育進程中先有小幅度增加再降低,田間試驗在越冬期最高,盆栽試驗越冬后薹期仍有小幅度增加;鉀含量在油菜生長過程中,呈現逐漸降低的趨勢。
不同品種之間,Z19苗期后的氮素累積量比H62低19.2%—29.0%,田間Z19與H12的氮素積累量沒有明顯差異,而盆栽Z19苗期后的氮素積累量比同時期的H12低9.8%—13.1%。苗期后Z19的磷素積累量低于同時期的H62;田間試驗中Z19的磷素積累量比同時期的H12高出7.3%—26.6%,在角果期和成熟期差異較為顯著,而盆栽中角果期和成熟期Z19與H12的磷素積累量沒有顯著差異,但在越冬期、薹期和花期分別比H12高出26.6%、28.1%和5.9%。Z19的鉀素積累量除花期外均顯著高于H12,平均高出7.4%—39.2%,田間試驗中Z19的鉀素積累量與H62差異不大,盆栽試驗角果期和成熟期Z19鉀素積累量分別比H62高6.8%和11.4%。3個品種的養分積累量隨生育進程推進變化基本一致:氮、鉀養分積累量隨植株生長而增加,在角果期達到最大,成熟期有不同幅度的降低,田間試驗降低幅度大于盆栽試驗(圖3)。田間試驗磷素積累量與氮鉀相似,而盆栽試驗中,成熟期磷素積累量并沒有明顯下降。

圖2 生育期內不同油菜品種氮磷鉀含量動態變化
3個品種磷素生理利用效率沒有明顯差異,氮鉀生理利用效率差異明顯(表3)。Z19的氮素生理利用效率比H12與H62高10.0%—20.2%,而鉀素生理利用效率比H12的低8.5%—13.3%,比H62低8.6%—21.9%。Z19的氮素產油效率顯著高于H12與H62,平均高出36.8%;而鉀素產油效率與H62和H12沒有明顯差異。田間試驗和盆栽試驗Z19的磷素產油效率比H12高19.5%和22.1%,盆栽試驗中比H62高20.3%,華油雜系列兩個品種氮磷鉀養分的產油效率沒有顯著差異。
利用盆栽試驗,通過15N標記研究3個品種對氮肥利用率的差異,結果表明(表4),不同品種在越冬期和薹期的氮肥利用率沒有顯著差異,但花后氮肥利用率差異顯著。花期Z19的氮肥利用率與H12沒有顯著差異,但比H62顯著低17.3%;角果期Z19的氮肥利用率比H12和H62分別低12.6%和26.5%;成熟期Z19氮肥利用率沒有明顯的降低,H62和H12分別降低了15.9%和6.8%,但Z19的氮肥利用率比H12和H62分別低5.8%和12.1%。3個品種的氮肥利用效率在生長過程中變化規律基本一致:隨植株生長,植株的氮肥利用率增加,在花期氮肥利用率最高可達70.6%,然而在角果期,氮肥利用率大幅度下降,成熟期氮肥利用效率低于角果期。不同品種吸收的氮來自于肥料的比例差異不大,表明不同品種吸收氮對15N并沒有偏好。

圖3 生育期內不同油菜品種氮磷鉀累積量動態變化

表3 不同品種成熟期養分產油效率

表4 生長進程中不同油菜品種氮肥利用率
在本試驗中H62與Z19的鉀素積累量沒有明顯差異,但H62鉀含量顯著低于Z19。Z19鉀含量和積累量在角果期和成熟期均顯著高于H12,結合Z19的鉀素生理利用效率低于H62與H12,而鉀素產油效率與H12和H62沒有顯著差異,表明高含油量的Z19對鉀素的需求高于H12和H62。這與通過meta分析總結鉀肥的施用能夠促進油料作物種子含油量增加的報道一致[17],表明與低含油量品種相比,高含油量品種需要更多的鉀。值得注意的是,3個品種的鉀積累量在花期以前差異相對較小,生殖生長階段開始差異顯著,尤其是在角果期。籽粒產量的60%—70%來自于角果皮的光合產物的積累[18-19]。鉀營養對韌皮部裝載同化物具有重要作用,能夠促進碳水化合物的轉移[20]。在盛鈴期補施鉀肥能有效地增加棉鈴數和棉鈴重,促進籽棉產量提高9%左右[21]。在水稻穗肥中添加鉀肥,促進葉片中的可溶性糖向籽粒器官轉運,增加水稻籽實器官的淀粉合成和籽粒的充實度[22-23]。與鉀肥一次性基施相比,等量的鉀肥分基施和水稻幼穗分化期追施可促進產量提高3%左右[24]。蔗糖通過韌皮部運輸到種子中成為油脂生物合成的物質基礎。增施鉀肥能夠促進油菜角果皮中蔗糖磷酸合成酶、籽粒的蔗糖合成酶和磷脂酸磷酸酶(phosphatidate phosphatase)的活性[25-26]。磷脂酸磷酸酶催化磷脂酸水解形成二酰甘油,進而被催化形成甘油三酯,種子內質網中的甘油三酯與油體蛋白結合生成油體儲存在種子中[27]。這可能部分地解釋了高含油量品種在角果期需要更多鉀養分的原因,然而鉀調控含油量的機制還需要進一步研究。
氮是構成生命體的重要元素,氮素缺乏會影響植株生長,顯著降低作物生物量和產量。油菜對氮素的需求量較大,要獲得高產,薹期前要積累充足的氮素,培養壯苗[6]。氮肥用量增加,顯著促進葉面積增加和葉片光合速率,植株葉面積指數增加,促進植株構型和冠層的生長[28]。在本研究中苗期和薹期Z19的氮肥利用率與H62和H12沒有顯著差異。高含油量品種生育前期需要充足的氮素營養以打下穩產的物質基礎。然而從花期開始Z19的氮肥利用率顯著低于H62和H12(表4),且氮素積累量與H62(田間與盆栽)和H12(盆栽)(圖3)的差距增大。薹期后隨葉片脫落角果皮逐漸成為主要的光合器官,植株養分向角果轉移[29-30]。氮含量增加,氨基酸代謝增強,促進蛋白質的合成[15,31]。施氮量增加稻谷和小麥籽粒中蛋白質含量增加[32-33]。油料作物籽粒中主要含有蛋白質、油脂和淀粉,籽粒中蛋白質含量增加會降低油脂的含量[34-35]。GHAFOOR等[36]研究表明,氮肥施用量增加導致半矮稈和高稈基因型油菜的籽粒蛋白質含量增加,而脂肪酸生物合成所需的糖降低,從而導致籽粒脂肪酸的比例降低,影響含油量。隨施氮量增加,油菜籽粒中對人體較為有益的亞油酸含量降低,而飽和脂肪酸和亞麻酸含量增加[10, 36-37],導致菜籽油品質下降。因此提高籽粒含油量需要降低蛋白質含量,控制氮素投入。
綜上所述,高含油量品種苗期和薹期對氮素需求量與普通含油量品種無明顯差異;花后對氮素的需求量降低,而對鉀素的需求量高于普通含油量品種。雖然本研究選用的高含油和普通含油量品種較少具有一定的局限性,但是氮鉀營養對含油量的影響具有共性。在高含油油菜生產中,在苗期氮肥田間管理與普通高產油菜相同,但在后期追肥中可適當降低施氮量,在花期可適當噴施鉀肥,以達到保產促油增效的目的。
高含油品種中油雜19的生物量和氮素需求量低于普通含油量高產品種華油雜62;花后對鉀的需求量高于普通含油量常規產量品種華油雜12;中油雜19對磷素的需求量與華油雜12和華油雜62無顯著的差異。中油雜19的氮素生理利用效率和產油效率均顯著高于華油雜12和華油雜62,鉀肥生理利用效率低于華油雜12和華油雜62,但鉀素產油效率沒有顯著差異。高含油量油菜品種在花后需要更多的鉀營養,與高產品種相比,高含油品種對氮素的需求量相對較低。
[1] 王漢中, 殷艷. 我國油料產業形勢分析與發展對策建議. 中國油料作物學報, 2014, 36(3): 414-421.
WANG H Z, YIN Y. Analysis and strategy for oil crop industry in China. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2014, 36(3): 414-421. (in Chinese)
[2] 王漢中. 我國油菜產業發展的歷史回顧與展望. 中國油料作物學報, 2010, 32(2): 300-302.
WANG H Z. Review and future development of rapeseed industry in China. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2010, 32(2): 300-302. (in Chinese)
[3] 范成明, 田建華, 胡贊民, 王玨, 呂慧穎, 葛毅強, 魏珣, 鄧向東, 張蕾穎, 楊維才. 油菜育種行業創新動態與發展趨勢. 植物遺傳資源學報, 2018, 19(3): 447-454.
FAN C M, TIAN J H, HU Z M, WANG J, Lü H Y, GE Y Q, WEI X, DENG X D, ZHANG L Y, YANG W C. Advances of oilseed rape breeding. Journal of Plant Genetic Resources, 2018, 19(3): 447-454. (in Chinese)
[4] 徐春, 胡權, 杜才富, 侯艷, 趙繼獻. 甘藍型油菜的產油量分析. 作物研究, 2021, 35(4): 355-360.
XU C, HU Q, DU C F, HOU Y, ZHAO J X. Analysis of oil production inL. Crop Research, 2021, 35(4): 355-360. (in Chinese)
[5] REN T, ZOU J, WANG Y, LI X K, CONG R H, LU J W. Estimating nutrient requirements for winter oilseed rape based on QUEFTS analysis. The Journal of Agricultural Science, 2016, 154(3): 425-437.
[6] 劉秋霞. 氮肥施用調控直播冬油菜產量構成因子的機制研究[D]. 武漢: 華中農業大學, 2020.
LIU Q X. Study on the mechanism of yield components of direct-sown oilseed rape (L.) under regulation of nitrogen fertilizer[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2020. (in Chinese)
[7] 劉曉偉, 魯劍巍, 李小坤, 卜容燕, 劉波, 次旦. 直播冬油菜干物質積累及氮磷鉀養分的吸收利用. 中國農業科學, 2011, 44(23): 4823-4832. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2011.23.008.
LIU X W, LU J W, LI X K, BU R Y, LIU B, CIDAN. Dry matter accumulation and N, P, K absorbtion and utilization in direct seeding winter oilseed (L.). Scientia Agricultura Sinica, 2011, 44(23): 4823-4832. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2011.23.008. (in Chinese)
[8] 劉秀秀, 魯劍巍, 王寅, 張洋洋, 汪洋, 劉濤, 任濤, 李小坤, 叢日環. 氮磷鉀肥施用對油菜產量及養分吸收利用的影響. 中國油料作物學報, 2014, 36(4): 483-488.
LIU X X, LU J W, WANG Y, ZHANG Y Y, WANG Y, LIU T, REN T, LI X K, CONG R H. Effects of nitrogen, phosphorus, potassium fertilizers on seed yield and nutrient uptake and utilization of rapeseed. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2014, 36(4): 483-488. (in Chinese)
[9] 王寅. 直播和移栽冬油菜氮磷鉀肥施用效果的差異及機理研究[D]. 武漢: 華中農業大學, 2014.
WANG Y. Study on the different responses to nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizers and the mechanism between direct sown and transplanted winter oilseed rape[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2014. (in Chinese)
[10] 宋毅, 李靜, 谷賀賀, 陸志峰, 廖世鵬, 李小坤, 叢日環, 任濤, 魯劍巍. 氮肥用量對冬油菜籽粒產量和品質的影響. 作物學報, 2023, 49(7): 2002-2011.
SONG Y, LI J, GU H H, LU Z F, LIAO S P, LI X K, CONG R H, REN T, LU J W. Effects of application of nitrogen on seed yield and quality of winter oilseed rape (L.) Acta Agronomica Sinica, 2023, 49(7): 2002-2011. (in Chinese)
[11] 鄒娟, 魯劍巍, 李銀水, 吳江生, 陳防. 氮、磷、鉀、硼肥對甘藍型油菜籽品質的影響. 植物營養與肥料學報, 2008, 14(5): 961-968.
ZOU J, LU J W, LI Y S, WU J S, CHEN F. Effects of N, P, K and B fertilization on quality of. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2008, 14(5): 961-968. (in Chinese)
[12] 閆金垚, 宋毅, 陸志峰, 任濤, 魯劍巍. 磷肥用量對油菜籽產量及品質的影響. 作物學報, 2023, 49(6): 1668-1677.
YAN J Y, SONG Y, LU Z F, REN T, LU J W. Effect of phosphorus fertilizer rate on rapeseed yield and quality (L.). Acta Agronomica Sinica, 2023, 49(6): 1668-1677. (in Chinese)
[13] ROGéRIO F, DA SILVA T R B, DOS SANTOS J I, POLETINE J P. Phosphorus fertilization influences grain yield and oil content in crambe. Industrial Crops and Products, 2013, 41: 266-268.
[14] 智文良, 信曉陽, 崔建民, 胡勝武, 張文, 李培武. 一種國產近紅外儀分析油菜籽三種品質參數. 中國油料作物學報, 2012, 34(3): 305-310.
ZHI W L, XIN X Y, CUI J M, HU S W, ZHANG W, LI P W. Determination of three major quality parameters of rapeseed with near infrared analyzer NYDL-3000. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2012, 34(3): 305-310. (in Chinese)
[15] XU G H, FAN X R, MILLER A J. Plant nitrogen assimilation and use efficiency. Annual Review of Plant Biology, 2012, 63: 153-182.
[16] 左紅娟,白由路, 盧艷麗, 王磊, 王賀, 王志勇. 基于高豐度15N華北平原冬小麥肥料氮的去向研究. 中國農業科學, 2012, 45(15): 3093-3099.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2012.15.010.
ZUO H J, BAI Y L, LU Y L, WANG L, WANG H, WANG Z Y. Fate of fertilizer nitrogen applied to winter wheat in North China plain based on high abundance of15N. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(15): 3093-3099. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2012.15.010. (in Chinese)
[17] 谷賀賀, 李靜, 張洋洋, 李小坤, 叢日環, 任濤, 魯劍巍. 鉀肥與我國主要作物品質關系的整合分析. 植物營養與肥料學報, 2020, 26(10): 1749-1757.
GU H H, LI J, ZHANG Y Y, LI X K, CONG R H, REN T, LU J W. Meta-analysis of the relationship between potassium fertilizer and the quality of main crops in China. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2020, 26(10): 1749-1757. (in Chinese)
[18] BENNETT E J, ROBERTS J A, WAGSTAFF C. The role of the pod in seed development: strategies for manipulating yield. New Phytologist, 2011, 190(4): 838-853.
[19] HUA W, LI R J, ZHAN G M, LIU J, LI J, WANG X F, LIU G H, WANG H Z. Maternal control of seed oil content inthe role of silique wall photosynthesis. The Plant Journal, 2012, 69(3): 432-444.
[20] DE BANG T C, HUSTED S, LAURSEN K H, PERSSON D P, SCHJOERRING J K. The molecular–physiological functions of mineral macronutrients and their consequences for deficiency symptoms in plants. New Phytologist, 2021, 229(5): 2446-2469.
[21] 李伶俐, 馬宗斌, 張東林, 杜遠仿, 房衛平, 謝德意. 盛鈴期補施鉀肥對不同群體棉花光合特性和產量品質的影響. 植物營養與肥料學報, 2006, 12(5): 662-666.
LI L L, MA Z B, ZHANG D L, DU Y F, FANG W P, XIE D Y. Effects of applying potassium fertilizer at peak bolling stage on cotton photosynthetic characteristics and its yield and quality under different population. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2006, 12(5): 662-666. (in Chinese)
[22] 王旭東, 于振文, 王東. 鉀對小麥旗葉蔗糖和籽粒淀粉積累的影響. 植物生態學報, 2003, 27(2): 196-201.
WANG X D, YU Z W, WANG D. Effect of potassium on sucrose content of flag leaves and starch accumulation of kernels in wheat. Acta Phytoecologica Sinica, 2003, 27(2): 196-201. (in Chinese)
[23] YANG X E, LIU J X, WANG W M, YE Z Q, LUO A C. Potassium internal use efficiency relative to growth vigor, potassium distribution, and carbohydrate allocation in rice genotypes. Journal of Plant Nutrition, 2004, 27(5): 837-852.
[24] 王朋, 劉洪伏, 孫杰. 不同鉀肥用量和運籌方式對水稻產量及其構成因素的影響. 安徽農學通報, 2018, 24(18): 79, 82.
WANG P, LIU H F, SUN J. Effects of different potassium fertilizer dosage and operation mode on rice yield and its components. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2018, 24(18): 79, 82. (in Chinese)
[25] 唐湘如, 官春云. 施鉀對油菜酶活性的影響及其與產量品質的關系. 中國農學通報, 2001, 17(3): 4-7, 35.
TANG X R, GUAN C Y. Effects of K supply on activities of several enzymes in the oilseed rape and their relationships to the yield and quality. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2001, 17(3): 4-7, 35. (in Chinese)
[26] 朱明玉, 康玉潔, 蒲海濤. 施鉀量對花生脂肪形成關鍵酶活性的影響. 現代農業科技, 2017(20): 9-10.
ZHU M Y, KANG Y J, PU H T. Effect of potassium application rate on activities of key enzymes in peanut fat formation. Modern Agricultural Science and Technology, 2017(20): 9-10. (in Chinese)
[27] 范世航, 劉念, 華瑋. 油料作物油脂合成調控研究進展. 中國油料作物學報, 2021, 43(3): 361-375.
FAN S H, LIU N, HUA W. Research advances in the biosynthesis and regulation of lipid in oil crops. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2021, 43(3): 361-375. (in Chinese)
[28] LIU T, PAN Y H, LU Z F, REN T, LU J W. Canopy light and nitrogen distribution are closely related to nitrogen allocation within leaves inL. Field Crops Research, 2020, 258: 107958.
[29] 胡文詩, 孟凡金, 李靜, 陸志峰, 任濤, 魯劍巍. 不同鉀肥用量對冬油菜主要光合器官演替的影響. 中國油料作物學報, 2021, 43(5): 843-850.
HU W S, MENG F J, LI J, LU Z F, REN T, LU J W. Effects of potassium application rates on succession of main photosynthetic organs in oilseed rape. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2021, 43(5): 843-850. (in Chinese)
[30] MALAGOLI P, LAINE P, ROSSATO L, OURRY A. Dynamics of nitrogen uptake and mobilization in field-grown winter oilseed rape () from stem extension to harvest: I. global N flows between vegetative and reproductive tissues in relation to leaf fall and their residual N. Annals of Botany, 2005, 95(5): 853-861.
[31] ZHONG Y X, XU D C, HEBELSTRUP K H, YANG D L, CAI J, WANG X, ZHOU Q, CAO W X, DAI T B, JIANG D. Nitrogen topdressing timing modifies free amino acids profiles and storage protein gene expression in wheat grain. BMC Plant Biology, 2018, 18(1): 353.
[32] 金正勛, 秋太權, 孫艷麗, 趙久明, 金學泳. 氮肥對稻米堊白及蒸煮食味品質特性的影響. 植物營養與肥料學報, 2001, 7(1): 31-35, 10.
JIN Z X, QIU T Q, SUN Y L, ZHAO J M, JIN X Y. Effects of nitrogen fertilizer on chalkness ratio and cooking and eating quality properties of rice grain. Plant Natrition and Fertilizen Science, 2001, 7(1): 31-35, 10. (in Chinese)
[33] 趙曉慧, 張艷艷, 戎亞思, 段劍釗, 賀利, 劉萬代, 郭天財, 馮偉. 不同水氮條件下冬小麥穗器官臨界氮稀釋模型研究. 中國農業科學, 2022, 55(17): 3321-3333.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022. 17.005.
ZHAO X H, ZHANG Y Y, RONG Y S, DUAN J Z, HE L, LIU W D, GUO T C, FENG W. Study on critical nitrogen dilution model of winter wheat spike organs under different water and nitrogen conditions. Scientia Agricultura Sinica, 2022, 55(17): 3321-3333. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.17.005. (in Chinese)
[34] TRUONG Q, KOCH K, YOON J M, EVERARD J D, SHANKS J V. Influence of carbon to nitrogen ratios on soybean somatic embryo (cv. Jack) growth and composition. Journal of Experimental Botany, 2013, 64(10): 2985-2995.
[35] ZHELJAZKOV V D, VICK B A, BALDWIN B S, BUEHRING N, ASTATKIE T, JOHNSON B. Oil content and saturated fatty acids in sunflower as a function of planting date, nitrogen rate, and hybrid. Agronomy Journal, 2009, 101(4): 1003-1011.
[36] GHAFOOR A, KARIM H, ASGHAR M A, RAZA A, HUSSAIN M I, JAVED H H, SHAFIQ I, XIAO P, YUE H, AHMAD B, MANZOOR A, ALI U, WU Y C. Carbohydrates accumulation, oil quality and yield of rapeseed genotypes at different nitrogen rates. Plant Production Science, 2022, 25(1): 50-69.
[37] 趙繼獻, 程國平, 任廷波, 高志宏. 不同氮水平對優質甘藍型黃籽雜交油菜產量和品質性狀的影響. 植物營養與肥料學報, 2007, 13(5): 882-889.
ZHAO J X, CHENG G P, REN T B, GAO Z H. Effect of different nitrogen rates on yield and quality parameters of high grade yellow seed hybrid rape. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2007, 13(5): 882-889. (in Chinese)
Characteristics of Oilseed Rape Cultivar with Different Oil Content in Nutrient Dynamitic Accumulation Rates and Utilization Efficiency
HU WenShi, LI YinShui, ZHAO ManLi, ZHANG ShanShan, GU ChiMing, DAI Jing, LI XiaoYong, YANG Lu, QIN Lu, LIAO Xing
Oil Crops Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Oil Crops, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430062
【Objective】To clarify the requirements of oilseed rape cultivars characterized by high-oil content for nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K) nutrients, the dynamic nutrient accumulation rates of cultivars with different oil content were compared,so as to provide a theoretical basis on precise nutrient management for realizing high oil yield potential. 【Method】The field and pot experiments were carried out during 2019-2021 oilseed rape growth seasons to monitor the dynamic changes in biomass, NPK content and accumulation rates of oilseed rapes cultivars with high oil content (Zhongyouza 19, Z19) and conventional oil content control cultivars (Huayouza 12, H12, and Huayouza 62, H62). And then the differences in nutrient utilization efficiency were analyzed.【Result】The results of two-year experiments showed that the seed yield of Z19 was obviously lower than that of H62 by 8.5%-20.4%, but there was little difference in seed yield between Z19 and H12. However, the oil content of Z19 was significantly higher than those of H12 and H62 (10.1%-26.7%). By monitoring the dynamic biomass and nutrient content in the field and pot traits during the 2020/2021 growth seasons, it was claimed that the biomass of Z19 was lower than that of H62, which was higher than that of H12 at podding and mature stage with different degrees, while there was minor difference in biomass between Z19 and H12 before podding stage. The N content of Z19 was significantly lower than H12 and H62 during growth in pot experiment and after flowering stage in field experiment. And K content of Z19 was higher than H12 and H62 during growth. However, there was no consistent changes in P content between field and pot experiments among three cultivars. Consequently, the N accumulation rates of Z19 were lower than that of H62 by 19.2%-29.0% and lower than that of H12 by 9.8%-13.1% in pot experiment. The K accumulation rate of Z19 was higher than H12 by 7.4%-39.2% except for the flowering stage. Moreover, the P accumulation rate of Z19 was between those of H62 and H12, which was remarkably higher than that of H12 in the field and significantly lower than that of H62 in the pot. The N utilization efficiency and oil production efficiency of Z19 were significantly higher than those of H12 and H62. Moreover, the K utilization efficiency of Z19 was lower than that of H12 and H62, but the K oil production efficiency of Z19 was close to that of H12 and H62. There was minor difference in P utilization efficiency among 3 cultivars, but the P oil production efficiency of Z19 was significantly higher than that of H12.15N labeling indicated that there was no obviously difference in N fertilizer use efficiency among three cultivars until flowering stage, after which N fertilizer use efficiency of Z19 was significantly lower than that of H12 and H62.【Conclusion】In summary, high-oil content cultivar, Z19, had a higher demand for K and a lower demand for N with a higher N utilization efficiency. In agricultural production, K fertilizer could be supplemented for high-oil content cultivar, and less N fertilizer could be applied in comparison to the conventional oilseed rape cultivars.
oilseed rape; oil content; yield; nutrient accumulation rate; nutrient utilization efficiency

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.24.008
2022-12-21;
2023-02-28
中國農業科學院科技創新工程重大科研任務(CAAS-ZDRW202105)、中央級科研院所基本科研業務費專項(1610172022008)、中國農業科學院科技創新工程(CAAS-ASTIP-2013-OCRI)
胡文詩,E-mail:huwenshi@caas.cn。通信作者秦璐,E-mail:qinlu-123@126.com
(責任編輯 李云霞)