氮、磷、钾肥用量对油菜角果抗裂性相关性状的影响
[刘婷婷
, 蒯婕, 孙盈盈, 杨阳, 吴莲蓉, 吴江生, 周广生* ]
, 蒯婕, 孙盈盈, 杨阳, 吴莲蓉, 吴江生, 周广生]
引用本文
刘婷婷, 蒯婕, 孙盈盈, 杨阳, 吴莲蓉, 吴江生, 周广生. 氮、磷、钾肥用量对油菜角果抗裂性相关性状的影响. 作物学报, 2015, 41(9): 1416-1425
LIU Ting-Ting, KUAI Jie, SUN Ying-Ying, YANG Yang, WU Lian-Rong, WU Jiang-Sheng, ZHOU Guang-Sheng. Effects of N, P, and K Fertilizers on Silique Shatter Resistance and Related Traits of Rapeseed. ACTA AGRONOMICA SINICA, 2015, 41(9): 1416-1425
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LIU Ting-Ting, KUAI Jie, SUN Ying-Ying, YANG Yang, WU Lian-Rong, WU Jiang-Sheng, ZHOU Guang-Sheng. Effects of N, P, and K Fertilizers on Silique Shatter Resistance and Related Traits of Rapeseed. ACTA AGRONOMICA SINICA, 2015, 41(9): 1416-1425
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氮、磷、钾肥用量对油菜角果抗裂性相关性状的影响
第一作者联系方式: E-mail:389992564@qq.com, Tel: 13554327015
摘要
选用角果抗裂性存在显著差异的2个油菜品种, 于2012—2014年进行氮肥(0、90、180、270和360 kg N hm-2)、磷肥(0、60、120、180和270 kg P2O5 hm-2)、钾肥(0、75、150、225和300 kg K2O hm-2)用量对油菜角果抗裂性相关性状影响的单因素试验。结果表明, 氮、磷、钾肥用量对油菜抗裂角指数的影响均呈波峰曲线变化, 华双5号和华航901达最大抗裂角指数的纯氮用量分别为160 kg hm-2和140 kg hm-2、P2O5为120 kg hm-2和160 kg hm-2、K2O均为180 kg hm-2; 油菜抗裂角指数的变化大小因肥料种类而异, 氮、磷、钾3种肥料中, 钾肥对抗裂角指数的影响最大; 不同氮、磷、钾肥用量处理条件下, 角果果壳重和植株株高的变化是影响油菜角果抗裂角性的重要因素, 可作为初步、快速筛选油菜抗裂角种质资源的重要指标。
关键词:
油菜; 肥料; 抗裂角指数(SRI)
Effects of N, P, and K Fertilizers on Silique Shatter Resistance and Related Traits of Rapeseed
Abstract
To study the effects of the farming measures on silique shatter resistance of rapeseed, we designed different fertilizer application combinations of N (0, 90, 180, 270, and 360 kg N hm-2), P (0, 60, 120, 180, and 270 kg P2O5hm-2) and K (0, 75, 150, 225, and 300 kg K2O hm-2) with two varieties for better machinery harvest. Results showed that with the increase of N, P and K fertilizer application rates, the silique shatter resistance index (SRI) of the two varieties changed as a multi-peak curve. The highest SRI of Huashuang 5 was reached under application of 160 kg N hm-2, 120 kg P2O5hm-2 and 180 kg K2O hm-2, while that of Huahang901 was under application of 140 kg N hm-2, 160 kg P2O5 hm-2 and 180 kg K2O hm-2. The change degree in SRI differed due to different fertilizers, and K fertilizer had the greatest effect on the SRI of the two varieties among N, P and K fertilizers. The silique wall weight and plant height under different N, P and K fertilizer rates were the key factors affecting rapeseed’s SRI, and could be used as important indexes in silique shatter resistance screening.
Keyword:
Rapeseed; Fertilizer; Silique shatter resistance index (SRI)
我国油菜机械收获技术应用比例较低的主要原因是油菜无限开花习性使得角果成熟不一致及成熟角果易开裂, 在收获作业前自然落粒及机械收获过程中碰撞落粒均造成损失, 此外适宜机械作业时间短、机械装备需求量大、单个装备工作量不足、需多年作业才可收回装备投入。研究表明, 将油菜机械收获损失率控制在8.0%以下的适宜作业时间仅3~4 d [1]。如推迟收获, 虽可降低油菜角果含水量, 但损失率也将因收获前自然落粒和收获过程中碰撞落粒而增加[1]; 如提前收获, 虽可降低自然脱落及机械碰撞损失, 但因植株及籽粒含水量高, 难以脱粒与贮藏, 且籽粒品质及产量也因此而下降。因此, 提高油菜角果抗裂性既可延长适宜的机械作业时间, 又可降低因角果开裂导致的收获损失, 有利于油菜机械化生产技术快速普及。
Morgan等[2]研究表明, 油菜角果抗裂性与角果皮重正相关, 与角果密度、长宽、角粒数不相关; 何余堂等研究结果表明, 油菜角果抗裂性与角果长显著负相关, 与角果宽、每角粒数及粒重负相关[3]; 文雁成等[4]研究表明, 油菜角果抗裂性与角果着生密度显著负相关, 与角果皮厚、长、宽、喙长、每角粒数相关性较小; 崔嘉成等[5]研究表明, 油菜角果抗裂性与角果长、角果皮重、粒重和籽粒直径显著正相关, 与角果着生密度和每角粒数显著负相关。上述研究结论虽并不完全一致, 但已可充分说明油菜角果抗裂性与角果自身性状密切相关。氮素影响油菜角果发育及角果层结构[6], 每角粒数、粒重、角果壳相关性状因氮、钾肥不同而异[7, 8, 9], 这些研究表明, 油菜生长发育状况、环境条件及肥料施用的改变也可能导致油菜角果抗裂性改变。基于此, 本研究设置氮、磷、钾肥不同用量的单因素试验, 研究各肥料用量对油菜角果抗裂相关性状的影响规律, 以期为提高油菜角果抗裂能力、适应油菜机械化生产为目的的肥料施用提供技术支撑与理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地点、土壤状况及试验材料
2012— 2014年在华中农业大学进行试验。9月上旬收获前茬水稻。油菜播种前测定土壤指标, 结果见表1。根据预备试验结果, 选用华航901和华双5号2个生育期相近但抗裂角性不同的品种为供试材料。
 | 表1 土壤基本状况 Table 1 General nutrients in soil |
1.2 试验设计
设3个单因素试验。设0、90、180、270和360 kg N hm-25个氮肥处理, 氮源为尿素(N含量46%); 设0、60、120、180和270 kg P2O5 hm-25个磷肥处理, 用过磷酸钙(P2O5含量12%)提供; 设0、75、150、225和300 kg K2O hm-25个钾肥处理, KCl为钾源(K2O含量60%)。氮肥按底肥:苗肥:薹肥=4:4:2比例施用; 磷、钾肥及硼沙(用量为7.5 kg hm-2)均作底肥。小区面积20 m2, 3次重复。2年度试验均于9月21日点直播, 一至三叶期间苗, 四至五叶期定苗30× 104株hm-2。其他管理同常规。
1.3 测定指标与方法
主茎角果变黄(终花后45 d 左右)后, 于各小区中剪取10株油菜主茎中部20个角果, 置规格相同容器中自然风干30 d, 测定下列指标。
1.3.1 角果长、宽及角果面积 将各株角果计1次重复, 测定长、宽后用Sa=π dh1+1/3π dh2 (其中: h1=0.8H、h2=0.2H; H为角果长、d为角果宽)计算角果皮面积[10]。
1.3.2 抗裂角指数 在Morgan等[2]随机碰撞法基础上优化方法。将各株20个角果及8个直径为14 mm的钢球放入直径14.8 cm、高7.4 cm圆柱型塑料容器中, 以280转 min-1、振幅24 mm摇床(HQ45Z, 武汉中科科仪技术发展有限公司)振荡10 min, 期间每2 min记录1次破裂角果数。对各小区重复测定10次, 取其均值, 抗裂角指数= 
1.3.3 角果农艺性状 测定抗裂角指数后, 测定去除角果隔膜后的角果壳重、粒重、籽粒直径、每角果粒数。
1.3.4 自然风干后角果壳含水量 自然风干后, 测定果壳重(W1), 然后将角果壳置DHG-06-200B型干燥箱中, 80℃恒温干燥至恒重(48 h), 测定果壳干重(W2), 果壳含水量(%)= [(W1-W2)/W2]× 100%。
1.3.5 植株农艺性状 于越冬期、蕾薹期、成熟期从各小区分别取样10株, 测定株高、根颈粗、主花序长、角果数、角果层厚度(结角终点高度与结角起点高度的差值)。
1.4 数据处理
利用DPS 3.01软件的新复极差法(SSR法)进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 气候因素分析
两年度气候特征见表2。就全生育期而言, 2013— 2014年度的光照总时数和积温均高于2012— 2013年度, 降水量低于2012— 2013年度; 而整个生育期光照时数和积温的差异主要体现在越冬期, 降水量差异则主要体现在越冬期和角果期。
| 表2 不同年份气候因素 Table 2 Climatic factors in different years |
2.2 氮、磷、钾肥用量对油菜成熟期农艺性状的影响
氮、磷、钾肥处理均影响着油菜成熟期株型结构及单株产量, 部分处理间差异达显著水平(表3)。油菜根颈粗、株高、主花序长、单株角果数、角果层厚、角果层厚与株高比值、单株产量均随氮、磷、钾肥用量呈波峰曲线。氮处理中, 2个品种上述指标均在N2处理达到峰值; 磷处理中, 除华双5号单株产量在P3处理, 华航901角果层厚度在P3处理、单株产量在P1处理达峰值外, 2个品种其他指标均在P2处理达峰值; 钾处理中, 除华航901根颈粗、主花序长及角果层厚在K3处理达峰值外, 2个品种其他指标均在K2处理达峰值。
| 表3 氮、磷、钾肥处理下油菜成熟期性状差异 Table 3 Traits differences of rapeseed at maturing stage under N, P and K treatments |
2.3 氮、磷、钾肥用量对抗裂角指数的影响
油菜角果抗裂角指数均随氮、磷、钾肥水平呈波峰曲线变化(表4)。2个品种抗裂角指数均分别在N2 (纯氮用量为180 kg hm-2)、P3 (P2O5用量为180 kg hm-2)、K2 (K2O用量为150 kg hm-2)处理达峰值, 且显著高于其他处理; 方差分析表明, 各处理中, 华航901抗裂角指数均极显著高于华双5号, 说明华航901抗裂角能力更强; 2年度试验结果一致。2年度2个品种抗裂角指数变异系数平均值表明, 对油菜角果抗裂角性影响最大的是钾肥、其次是氮肥, 磷肥对油菜角果抗裂角性的影响最小; 且氮、磷肥对抗裂角性较强的华航901的影响较大, 而钾肥对抗裂角性较弱的华双5号品种的影响较大。
| 表4 不同肥料处理下的抗裂角指数 Table 4 SRI under fertilizer treatments |
根据氮、磷、钾肥与抗裂角指数间的单因子回归方程(表5), 华双5号和华航901获得最大抗裂角指数的纯氮用量分别为160 kg hm-2和140 kg hm-2, P2O5用量分别为120 kg hm-2和160 kg hm-2, K2O用量分别为175 kg hm-2和180 kg hm-2, 2年度结果一致。可以看出与华航901相比, 华双5号获得较高抗裂角指数时所需氮肥较多, 磷肥较少, 而钾肥差异不大。其中, 品种间获得最大抗裂角指数时的磷肥用量差异最大。
| 表5 氮、磷和钾肥与抗裂角指数的单因子回归方程 Table 5 Single factor regression of N, P, K fertilizer and SRI |
2.4 角果及植株农艺性状对抗裂角指数的影响
2.4.1 角果农艺性状对抗裂角指数的影响 相关分析表明, 2个品种与抗裂角指数相关性最高的角果农艺指标均为角果壳重量, 其次为角果长、千粒重、果壳面积及自然风干后的果壳含水量, 且均达显著水平。2个品种与果壳重相关性最大的指标均为角果长, 其次是每角果籽粒重, 均显著正相关。说明油菜是通过改变角果长度影响果壳重量; 且在通过增加角果果壳重而可能提高角果抗裂性的同时, 也可能提高每角果籽粒重。
虽然角果多个指标与抗裂角指数的相关性达到显著或极显著水平(表6), 但各角果性状指标与抗裂角指数的多因子逐步回归分析结果进一步表明, 2个品种均为果壳重一个指标对角果抗裂角指数影响最大, 进入回归方程, 而其他指标虽然对抗裂角指数有不同程度的影响, 但未进入回归方程。2个品种果壳重与抗裂角指数回归模型(图1)拟合度分别为0.657和0.508, 且显著分析表明2个方程均达极显著水平。由此可说明, 果壳重是影响油菜抗裂角指数的决定性因素。
| 表6 角果抗裂角指数与角果性状的相关分析(2012-2014) Table 6 Correlation analysis of SRI and silique traits (2012-2014) |
 | 图1 果壳重与抗裂角指数的回归分析(2012-2014)Fig. 1 Regression of silique SRI on wall weight (2012-2014) |
2.4.2 各生育期农艺性状对抗裂角指数的影响
各生育期农艺性状与抗裂角指数相关分析表明(表7), 华双5号和华航901成熟期株高与抗裂角指数相关系数分别为0.612* 和0.590* , 达显著水平; 华双5号品种的成熟期根颈粗与抗裂角指数呈显著正相关, 华航901品种的蕾薹期根颈粗与抗裂角指数呈显著正相关。说明油菜生长状况也可能影响着油菜角果抗裂性。
| 表7 抗裂角指数与各生育期农艺性状的相关系数(2012-2014) Table 7 Correlation coefficient of rape silique traits with agronomic traits at maturing stage (2012-2014) |
各生育期相关指标与抗裂角指数逐步回归分析表明, 越冬期、蕾薹期的2个品种植株性状均对抗裂角指数无显著影响; 2个品种均以成熟期株高对抗裂角指数影响力最大, 且均进入回归方程。2个品种成熟期株高与抗裂角指数回归模型(表8)拟合度分别为0.375和0.349, 且显著性检验表明两方程均达显著水平。由此可说明, 同一油菜品种在不同氮磷钾水平下株高的变化是影响油菜角果抗裂角性的重要因素。
| 表8 成熟期株高与抗裂角指数的回归模型(2012-2014) Table 8 Regression of SRI on plant height at maturing stage of rapeseed (2012-2014) |
3 讨论
氮、磷、钾肥缺乏均会导致油菜减产, 过量则肥料利用率下降, 甚至污染环境[11, 12, 13]; 角果抗裂性是油菜机械化生产的重要考察指标。但有关利用适宜栽培管理措施提高油菜抗裂角性的研究尚较少报道。本试验在前期工作基础上, 筛选出华航901和华双5号于2012— 2014年进行氮、磷、钾肥单因素试验, 探究肥料施用对油菜抗裂角能力的影响; 且在农户习惯施肥量的基础上[14], 设置氮、磷、钾肥相同比例梯度的单因素试验, 目的是在现有的肥料用量及相同比例梯度条件下, 比较不同种类肥料对油菜角果抗裂角性的影响。
本试验中, 其他因素相同条件下, 2013— 2014年度各处理小区的抗裂角指数均高于2012— 2013年度, 说明气候因素亦影响着各油菜品种的角果抗裂性, 相同栽培条件下, 同一油菜品种在不同年份间的抗裂角性可能存在较大的差异。就全生育期而言, 2013— 2014年度的光照总时数和积温均高于2012— 2013年度, 而降水量低于2012— 2013年度; 整个生育期光照时数和积温的差异主要体现在越冬期, 降水量体现在越冬期和角果期。因此, 越冬期较高的光照时数、积温及越冬期、角果期较少的降雨量可能利于提高油菜抗裂角指数。
已有的研究均表明, 油菜角果抗裂性与角果自身其他性状密切相关, 而油菜角果性状又由各生育时期植株状况所决定[19, 20]。本试验表明, 虽油菜角果抗裂性受遗传因素影响较大[21, 22], 但合理施用氮、磷、钾肥改善油菜生长发育状况、优化角果发育进程也可提高角果抗裂性。油菜角果抗裂性与角果其他性状况密切相关, 但基于不同试验的角果抗裂性与角果其他性状的相关性研究结果不尽相同[2, 3, 4, 5]。本文据相关和逐步回归分析, 不同肥料处理条件下, 2个抗裂角性存在差异的油菜品种抗裂角指数均与果壳重线性相关, 且均通过回归显著性检验, 说明角果发育状况与抗裂性存在必然联系, 且角果壳重对抗裂角指数大小起决定作用, 果壳重可为简单、快速筛选油菜抗裂角种质资源的指标。Morgan等[2]研究表明, 抗裂角性强的油菜品种具有株型较高、茎秆较粗的特点。本试验亦表明, 2个油菜品种株高与抗裂角指数均显著正相关; 华双5号成熟期、华航901蕾薹期根颈粗均与抗裂角指数显著正相关; 逐步回归分析进一步表明, 同一油菜品种在不同氮、磷、钾水平下株高变化是影响油菜角果抗裂角性的重要因素。其可能原因是, 较粗的茎秆有利于养分向角果的输送、株型较大有利于角果干物质累积而提高其抗裂角性。
油菜抗裂角指数因肥料种类及用量而异。其机制是不同氮、磷、钾肥施用可通过影响油菜各生育期发育状况及成熟期株型结构而影响角果抗裂性[19, 20]。氮肥不足抑制油菜生育后期角果生长发育[6]; 一定范围内增施氮肥可提高角果氮素积累量[21]而利于角果形态建成[22]及抗裂角指数的提高; 氮肥过量, 植株易旺长[23]而不利角果发育[6]。磷能促进植株根系发育[24], 铁是油菜角果光合作用关键元素, 而磷肥不合理则导致植株根及地上部含铁量下降[25], 进而导致角果壳干物质合成能力下降; 且适量施用磷肥可促使茎秆基部节间干重增加, 木质素、纤维素含量增加, 从而增强细胞壁的机械支撑作用而增加角果抗裂能力[24]。3种肥料中, 油菜抗裂角能力受钾肥影响最大, 可能原因是, 油菜缺钾, 植株生育进程缩短, 易早衰, 一定范围内增施钾肥主要促进油菜角果壳和茎秆钾含量的提高[26], 一定程度延缓了角果壳成熟进程, 且有利于角果干物质的累积; 且钾肥可通过减少茎秆中非蛋白氮的积累, 增强茎秆强度, 提高抗倒伏能力, 增加冠层光合有效辐射, 为角果光合作用提供有利条件而有利于油菜角果壳干物质的累积[23], 进而提高角果抗裂性; 但钾过量吸收则会干扰植株对氮、磷等其他元素的吸收, 从而影响角果发育的生理生化活动[27], 而不利于角果壳干物质的累积及抗裂角性的提高。因此, 合理追施氮、磷、钾肥有利于油菜后期的营养生长, 使得角果壳增厚, 从而提高油菜的抗裂角能力; 过量或过少施用氮、磷、钾肥不利于油菜角果皮的增厚[21], 以及抗裂角指数的提高。
4 结论
油菜角果各农艺指标中, 角果壳重对抗裂角指数起决定作用。果壳重可作为筛选油菜抗裂角种质资源的重要指标。通过氮、磷、钾肥用量的优化可增加油菜的株高及根颈粗, 有利于油菜的角果发育, 优化角果性状, 且可在提高抗裂角指数的同时提高千粒重及单株产量。油菜角果抗裂角指数的变化幅度因品种及肥料种类不同而异。与弱抗裂角性品种比, 强抗裂角性品种角果抗裂性能更易受氮肥用量影响, 受磷、钾肥用量影响大小相近; 氮、磷、钾3种肥料中, 不同抗裂角性油菜品种角果抗裂角性均受钾肥影响最大, 因此生产中重视肥料用量对油菜产量影响的同时, 也应考虑钾肥用量对油菜角果抗裂角性的影响。据回归模型, 本试验条件下, 抗裂角性不同的华双5号和华航901达最高抗裂角指数时的纯氮用量分别为160 kg hm-2和140 kg hm-2、P2O5为120 kg hm-2和160 kg hm-2、K2O均为180 kg hm-2, 此可为各地油菜的全程机械化生产提供参考。
The authors have declared that no competing interests exist.
作者已声明无竞争性利益关系。The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献
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