氮磷钾硼缺乏对稻茬油菜生长和养分吸收的影响

冀保毅， 潘鹏亮， 肖荣英， 卫云飞， 王 娟

(1.信阳农林学院/豫南植物有害生物绿色防控院士工作站，河南信阳 464000； 2.湖北生物科技职业学院，湖北武汉 430070)

油菜是我国主要的油料作物之一[1]。豫南稻茬油菜产区属于亚热带向暖温带过渡区，光、热、水等资源充足，处于长江流域冬油菜主产区内。稻茬油菜生产在减少冬季“白茬田”面积、提高农民收入、保障食用油供应安全等方面具有重要作用。但是豫南稻茬油菜产量一直处于较低水平，施肥技术落后是主要原因，严重制约当地稻茬油菜产业的健康发展。前人研究结果表明，油菜生育期长，需肥量相对较高，冬季直播油菜对氮磷钾养分的需求量分别达到217.6、39.9、219.8 kg/hm2[2]。油菜对氮素的需求量远远超过土壤供应能力，必须通过施肥进行补充。氮肥用量不足会抑制油菜生长发育，用量过多则会带来利用率低下和环境污染等问题[3]。油菜对土壤中磷素敏感，缺磷会抑制油菜生长，但是油菜对当季施用的磷肥利用量较少，长期过量施用磷肥还会对油菜生长带来不利影响[4]。钾能促进作物光合作用，维持植物细胞渗透压[5]，施用钾肥是当前油菜高产栽培的重要措施之一。油菜生长过程中需硼量高且对缺硼敏感，我国油菜产区土壤缺硼现象突出，常有油菜“花而不实”现象发生。前人研究表明，氮磷钾硼合理组配施用能够促进油菜生长，提高油菜产量[6-7]。华中农业大学曾开展大量的研究，并根据湖北省土壤状况提出油菜的合理施肥方案[8-10]。上述研究的地域范围有限，不能满足当前豫南稻茬油菜施肥技术需求。本研究设置肥料配比试验，在豫南稻茬油菜主产区开展大田试验，以期为稻茬油菜生产合理施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验田概况

试验于2014—2015年，在河南省信阳市潢川县九里镇试验地进行，质地为重壤土，前茬为水稻，水稻收获后犁田，碎土整地，开厢，开行移栽。移栽前测定耕层土壤养分，养分含量分别为有机质含量16.22 g/kg，碱解氮含量87.5 mg/kg，全氮含量0.61 g/kg，速效磷含量8.55 mg/kg，速效钾含量 102.32 mg/kg，有效硼含量0.23 mg/kg。

1.2 试验实施

本试验共设5个处理，分别为氮磷钾硼(NPKB)、缺N(PKB)、缺P(NKB)、缺K(NPB)、缺B(NPK)。随机区组设计，小区面积60 m2，3次重复。施纯氮180 kg/hm2，磷、钾、硼肥分别为90、120、15 kg/hm2。试验用氮肥为尿素(纯N含量46%)，磷肥为钙镁磷肥(P2O5含量18%)，钾肥为氯化钾(K2O含量60%)，硼肥为硼砂(硼含量11.3%)。氮肥的60%，钾肥的62.5%和磷硼肥作基肥，充分混匀后施于移栽行中，肥土拌匀后栽苗。剩余的氮肥和钾肥作追肥，结合松土施入。第1次追肥在越冬期，施入氮肥20%，钾肥16.7%；第2次追肥在抽薹前期，施入氮肥20%，钾肥16.7%。为保证肥效，每次追肥后均在追肥位置浇水。供试油菜品种为华杂6号、中油821。9月15日播种育苗，10月25日移栽，苗龄 40 d，小区行长 10 m，行距0.5 m，株距0.22 m，密度9万株/hm2，小区间走道宽1 m，重复间沟宽0.4 m，四周设有保护行。全生育期中耕培土2次，防虫1次，5月14日成熟收获，全生育期226 d。收获时各小区实收计产，晒干后折合单产。

1.3 取样分析

试验布置前用“S”形5点取样法取0～20 cm耕层土壤，风干后磨碎过20、60目土筛，测定基础肥力。pH值采用电位法测定；有机质含量采用重铬酸钾-外加热法测定；碱解氮含量采用碱解扩散法测定；全氮含量采用加混合加速剂消煮，定容过滤后，由流动注射分析仪测定；速效磷含量采用 0.5 mol/L 碳酸氢钠法测定；速效钾含量采用1 mol/L中性醋酸铵-火焰光度计法测定；有效硼含量采用沸水浸提-姜黄素比色法测定。

采用美国产CCM-200型叶绿素计读取的叶片SPAD值，国产Yaxin-1102光合蒸腾作用测定系统在9：00—11：00测定光合参数，空气温度为(36.9±1.9)℃，空气二氧化碳浓度为(445.5±3.2)μmol/mol，光照度设定为 1 000 μmol/(m2·s)。籽粒产量以各小区实收计量，角壳及茎秆产量由取样植株角壳、茎秆与籽粒的比例计算得出。收获时，对试验所有小区均取样，每个处理的所有小区均取中间2行中部10株，地上部各部分烘干粉碎后测定N、P、K含量。养分吸收量(kg/hm2)=籽粒产量×籽粒养分含量+茎秆产量×茎秆养分含量+角壳产量×角壳养分含量。农田养分平衡状况=各处理的养分投入-养分支出。农学利用率(kg/kg)=(NPKB区产量-缺素区产量)/施用量。

1.4 数据分析

试验数据采用SPSS软件进行统计分析和差异显著性分析，置信水平为α=0.05。

2 结果与分析

2.1 生物量积累与产量

从表1可以看出，氮磷钾硼缺乏明显降低油菜的籽粒产量，其中缺氮影响最大，缺硼其次，缺磷、钾影响最小。氮、磷、钾、硼缺乏时油菜籽粒产量的下降幅度分别为50.0%、7.2%、14.3%、16.7%。氮磷钾硼缺乏均可显著降低油菜茎秆和角壳产量，其中以缺氮降幅最大，缺硼次之，缺磷的降幅最小，缺氮、磷、钾、硼时油菜茎秆和角壳产量分别降低44.1%、13.7%、17.6%、22.5%。磷钾硼缺乏对油菜收获指数的影响不显著。氮、磷、钾、硼肥料的农学利用率分别为1.75、0.50、0.75、7.00 kg/kg。

表1 氮磷钾硼缺乏对油菜生物量积累与产量的影响

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。

2.2 株高和产量性状

从表2可以看出，氮钾硼缺乏显著降低油菜的株高，其中缺氮影响最大，硼钾影响其次，氮、钾、硼缺乏时油菜株高的下降幅度分别为15.1%、6.2%、5.4%，缺磷对油菜株高的影响不显著。氮钾硼缺乏使油菜一级分枝数量降幅达20%，而缺磷对油菜一级分枝数量影响不显著。氮钾硼缺乏降低油菜的单株角果数，其中缺氮影响最大，硼、钾影响其次，磷影响最小。氮、磷、钾、硼缺乏时油菜单株角果数的下降幅度分别为42.8%、10.3%、19.7%、22.3%。氮钾硼缺乏对油菜每角粒数和千粒质量的影响不显著。

表2 氮磷钾硼缺乏对油菜株高和产量性状的影响

2.3 光合特性

从表3可以看出，与配方施肥比较，氮素缺乏时油菜功能叶片的SPAD值下降26.1%，净光合速率下降42.8%，气孔导度下降28.3%，蒸腾速率和细胞间隙二氧化碳浓度变化不显著。磷缺乏时油菜叶片的SPAD值升高4.4%，净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和细胞间隙二氧化碳浓度变化不显著。钾缺乏时油菜叶片SPAD值下降21.5%，净光合速率下降39.0%，气孔导度下降26.1%，蒸腾速率和细胞间隙二氧化碳浓度变化不显著。硼缺乏时油菜叶片SPAD值下降 11.7%，净光合速率下降22.3%，气孔导度、蒸腾速率和细胞间隙二氧化碳浓度变化不显著。

表3 氮磷钾硼缺乏对油菜光合特性的影响

2.4 油菜不同部位养分含量

从表4可以看出，与配方施肥比较，氮缺乏时油菜籽粒中氮、磷、钾含量分别下降23.7%、7.2%、24.4%；茎秆中氮、磷、钾含量分别下降36.5%、15.8%、32.5%；角壳中氮、磷、钾含量分别下降37.2%、28.8%、28.9%。磷缺乏时油菜籽粒中氮、钾含量分别下降9.5%、26.3%；茎秆中氮、磷、钾含量分别下降45.9%、10.5%、26.3%；角壳中氮含量下降19.5%。钾缺乏时油菜籽粒中氮、磷、钾含量分别下降17.0%、20.6%、25.6%；茎秆中氮、磷、钾含量分别下降20.0%、31.6%、33.2%；角壳中氮、磷含量分别下降22.2%、55.8%。硼缺乏时油菜籽粒中氮、钾含量分别下降23.7%、25.6%；茎秆中氮、磷、钾含量分别下降24.7%、10.5%、23.0%；角壳中氮、磷、钾含量分别下降35.2%、38.5%、25.9%。

表4 氮磷钾硼缺乏对油菜不同部位养分含量的影响

2.5 农田养分平衡状况

由表5可以推算，推荐施肥处理农田氮、磷养分平衡为正值，分别达67.07、64.31 kg/hm2，而农田钾养分平衡为负值，为61.62 kg/hm2。缺氮处理农田磷、钾养分平衡为正值，分别达71.28、0.84 kg/hm2，而农田氮养分平衡为负值，为 67.19 kg/hm2。缺磷处理农田氮养分平衡为正值，为 88.01 kg/hm2，而农田磷、钾养分平衡为负值，分别达25.01、19.67 kg/hm2。缺钾处理农田氮、磷养分平衡为正值，分别达108.79、77.46 kg/hm2，而农田钾养分平衡为负值，为 124.60 kg/hm2(表5)。

表5 氮磷钾硼缺乏对农田养分平衡状况的影响

3 讨论与结论

缺氮对稻茬油菜的影响。缺氮显著降低油菜叶片的SPAD值和净光合速率，使油菜不同器官生物量及其养分含量显著降低。氮能维持油菜叶片叶绿素含量、提高光合速率和延长叶片功能期，在适宜范围内作物的净光合速率与施氮量呈正相关关系[11]，缺氮时油菜生长缓慢、光合效率低[12]，影响作物各器官的养分积累[13]。本研究表明，缺氮条件下油菜SPAD值下降26.1%，光合速率下降42.8%，株高和角果数分别降低15.1%、42.8%，籽粒产量下降50.0%，籽粒中氮、磷、钾含量分别下降23.7%、7.2%、24.4%。稻田土壤长期处于淹水状态，表层土壤和水面处于氧化状态，中下层土壤均处于还原状态，从而加剧农田中铵态氮肥的气态损失[14]。同时，稻田土壤在氧化和还原状态均能进行反硝化过程，4周内硝态氮肥的气态损失量可达60%～80%[15]。因此对稻茬油菜施用氮肥效果相对较好，本试验中氮肥的农学利用效率达1.75 kg/kg。

缺磷对稻茬油菜的影响。缺磷对稻茬油菜叶片光合作用、生物量积累和养分分配均有影响。磷是植物生命活动所需的重要元素之一[16]，缺磷会导致作物生长受阻，产量下降，促进植物根长和根表面积的增加，提高其利用土壤磷素的能力[17-18]。磷素供应过多同样不利于作物各器官生物量的积累[19]。作物对当季施用的磷肥利用率较低，长期过量施用磷肥还可能出现磷素流失现象[20-21]。本研究中，缺磷条件下油菜叶片的SPAD值升高，光合速率等相关参数却显著下降，而油菜籽粒产量却没受到缺磷影响，而磷肥的农学利用效率仅为0.5 kg/kg，表明在氮磷钾硼4要素中油菜对磷的需要程度相对最低，磷肥施用效果相对较差。

缺钾对稻茬油菜的影响。钾能维持作物细胞的正常代谢，促进作物光合作用，提高作物抗逆性，是作物生长必需的矿物质元素之一。钾能够维持植物细胞渗透压[5]，保障酶活性，调节气孔开闭[22]，促进光合作用[23]。缺钾导致叶片光合速率下降，会造成作物减产[24]。本研究中，缺钾处理油菜叶片的光合速率下降39.0%，气孔导度下降26.1%，SPAD值下降 21.5%，而细胞间隙二氧化碳浓度变化不显著，可能是因为油菜缺钾时光合速率下降仅与气孔开闭发生变化有关。虽然钾与作物合成的碳水化合物在韧皮部运输相关，钾可以促进光合产物向籽粒和块根等器官中转移，但在本研究中钾并没有影响到不同器官间养分的转移，其机制还有待进一步探索。

缺硼对稻茬油菜的影响。缺硼降低叶片的光合速率和气孔传导率[25]，会造成油菜“花而不实”现象发生，抑制油菜根系生长[26]。本研究中，缺硼处理油菜叶片的净光合速率下降22.3%，SPAD值下降11.7%，而气孔导度、蒸腾速率、细胞间隙二氧化碳浓度变化不显著，缺硼对作物光合的影响需要进一步研究。油菜是需硼较多的作物，土壤中适宜的有效硼含量为0.5～0.9 mg/kg[27]。本试验中土壤有效硼含量为 0.23 mg/kg，远低于适宜的硼含量，属于缺硼土壤，硼肥的农学利用效率高达7.00 kg/kg。

氮磷钾硼缺乏均可影响稻茬油菜地上部分生物量，其中以缺氮对地上部分影响最大，缺硼钾次之，缺磷的影响最小。氮磷钾硼4种肥料配合施用油菜籽粒产量相对较高，NPKB处理平均产量为630.5 kg/hm2，分别比缺N、缺P、缺K和缺B处理增产315、45、90、105 kg/hm2。氮、磷、钾、硼肥料的农学利用率分别为1.75、0.50、0.75、7.00 kg/kg。氮肥是稻茬油菜增产的关键，硼肥农学利用率最高，氮磷钾硼配合施用增产效果显著。

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