播种量和施肥水平对春播甜荞光合特性及产量的影响
2014-04-08王诗雪阮仁武袁晓辉易泽林
汪 灿, 王诗雪, 李 曼, 杨 浩, 胡 丹, 阮仁武, 袁晓辉, 易泽林
(西南大学农学与生物科技学院, 重庆市荞麦产业体系创新团队, 重庆 400716)
甜荞(FagopyrumesculentumMoench)起源于中国,既是一种重要的杂粮兼药用作物,又是很好的救灾填闲作物和重要的蜜源作物[1]。目前,甜荞从国内市场到外贸出口都比较紧缺,且产量较低,仅为1000 kg/hm2左右[2]。因此,研究播种量和施肥水平对西大花荞春播净光合速率、 叶绿素含量及产量的影响,优化甜荞栽培措施,为实现甜荞高产高效提供理论依据。作物产量、 净光合速率、 叶绿素含量与播种量和施肥水平有密切关系[3-4]。播种量和施肥水平都是影响荞麦产量的重要因素。毛春[5]、 梅艳[6-7]、 马俊[8]、 阮培均[9]等在贵州的研究发现苦荞产量均随播种量、 N、 P2O5、 K2O施用量的增加表现为先增加后减少; 张俊科[10]、 马宁[11]、 候迷红[12-13]等认为甜荞产量随播种量和施肥水平的增加表现为先增后减的趋势; 蔡妙珍[14]等认为配施钙或硅能提高荞麦叶绿素含量,并使叶片的净光合速率保持在较高的水平; 陈磊庆[15]和戴丽琼[16]认为荞麦叶片叶绿素SPAD含量随播种量和施肥量的增加呈先增加后降低的趋势。目前,关于播种量和施肥水平对作物光合特性和产量影响的研究多数是针对玉米、 水稻和小麦等[17-23]主要作物进行的,而有关播种量和施肥水平对甜荞光合特性和产量影响方面的研究尚未有系统的报道。为此,本试验研究播种量和施肥水平对春播西大花荞净光合速率、 叶绿素含量及产量的影响,确定甜荞的最佳栽培措施,以期为荞麦产业的发展提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试品种为西大花荞,由重庆市荞麦产业体系创新团队提供; 供试肥料氮肥为尿素(含N 46%)、 磷肥为过磷酸钙(含P2O512%)、 钾肥为硫酸钾(含K2O 53%)。
1.2 试验设计
表1 试验因素水平(kg/hm2)
1.3 测定项目与方法
1.4 数据分析
采用Microsoft Excel 2003和SPSS 19统计软件进行统计分析,用Surfer 8软件作两因子互作效应的等值线图。
2 结果与分析
2.1 产量对肥力水平和播种量的响应
试验结构矩阵及试验结果见表2。建立4个因素与西大花荞产量的回归方程为y=1621.07-97.44x1-10.19x2-8.69x3+44.06x4-70.13x12-44.44x22-62.25x32-58.13x42+52.22x1x2+29.16x1x3-39.47x1x4+39.09x2x3+32.72x2x4+26.53x3x4,决定系数0.751。方程的F检验P值为0.0123(<0.05),失拟项检验不显著(P=0.1127),说明模型的预测值与实际值吻合较好。得到西大花荞产量最大的农艺方案为x1=-1、 x2=-1、 x3=0、 x4=0。即播种量为37.5 kg/hm2、 施N 17.25 kg/hm2、 施P2O546.8 kg/hm2、 施K2O 52.50 kg/hm2,此时产量为1656.16 kg/hm2。
播种量(P=0.0002)和K2O(P=0.0407)对产量有显著影响,N和P2O5的影响不显著(P>0.05),由各一次项回归系数绝对值的大小可判断其影响为播种量>K2O>N>P2O5。图1a可以看出,西大花荞的产量随播种量的增加呈先缓慢上升后迅速降低的趋势; 随钾肥用量的增加,西大花荞的产量先迅速上升,后缓慢下降; N和P2O5的影响相似,均随肥料用量的增加呈现先增后减的对称抛物线变化。
播种量与N(P=0.0368)、 K2O(P=0.0423)之间及N与K2O(P=0.0447)之间均存在显著的交互作用。图2a可知,当P2O5、 K2O固定在零水平时,在高播种量水平下,产量随施氮量的增加而迅速增长,当施氮量超过一定值后开始缓慢下降,在低播种量水平下,施氮量对净光合速率的作用不明显,说明在播种量充足时,增施一定量的氮会提高产量; 播种量的作用在低氮水平下对产量的增加效应明显,说明在缺氮时,适当减少播种量会提高产量,而在氮充足时,播种量的增减对净光合速率的增加无明显效应; 图2b说明,当N和P2O5固定在零水平时,无论在高钾还是低钾水平下,产量随着播种量的减少先迅速增加后缓慢减小,说明要想获得较高产量,必须适当控制播种量; 在高播种量水平下,产量随着钾施用量的增加先迅速增加后迅速减小,而在低播种量水平下,产量随着施钾量的增加呈现先迅速增加后缓慢下降的趋势; 图2c可知,当播种量和P2O5固定在零水平时,在高钾水平下,产量随着施氮量的增加表现先迅速增加后迅速降低,在低钾水平下,产量随着施氮量的增加先缓慢增加后缓慢减小,在高氮和低氮水平下,产量随施钾量的变化趋势一致,均随着施钾量的增加先迅速增加后缓慢下降。无论在高钾还是低钾水平下,产量随着播种量的减少先迅速增加后缓慢减小,说明要想获得较高产量,必须适当控制播种量; 在高播种量水平下,产量随着钾肥施用量的增加先迅速增加后迅速减小,而在低播种量水平下,产量随着施钾量的增加呈现先迅速增加后缓慢下降的趋势。
表2 试验结果
图1 各单因素对西大花荞产量、 净光合速率及叶绿素含量的影响Fig.1 Effects of the single factors on yield, net photosynthetic and chlorophyll content of Xidahuaqiao
2.2 净光合速率对肥力水平和播种量的响应
建立4个因素与西大花荞净光合速率的回归方程: y=16.18-0.89x1-0.17x2-0.05x3+0.39 x4-0.70x12-0.45x22-0.62x32-0.58x42+0.55x1x2+0.28x1x3-0.30x1x4+0.42x2x3+0.18x2x4+0.39x3x4,决定系数为0.739。方程的F检验P值为0.0164(<0.05),失拟项检验不显著(P=0.1058),说明模型的预测值与实际值吻合较好。建议获得西大花荞净光合速率最大的农艺方案为x1=-1、 x2=-1、 x3=0、 x4=0,即播种量为37.5 kg/hm2、 施N 17.25 kg/hm2、 施P2O546.8 kg/hm2、 施K2O 52.50 kg/hm2,此时净光合速率为16.46 μmol/(m2·s)。
播种量(P=0.0003)、 N(P=0.0419)、 K2O(P=0.0278)对净光合速率有显著影响,P2O5(P=0.0861)的影响未达到显著水平,依据各一次项回归系数绝对值的大小可判断其影响为播种量>K2O>N>P2O5。图1b可以看出,净光合速率随播种量的增加先缓慢增加后迅速降低; 随钾的增加先迅速增加后缓慢降低; 氮和磷的影响相似,均随施肥量的增加呈现先增后减的对称抛物线变化。
播种量和N(P=0.0461)之间存在显著的交互作用,其他因素之间的交互作用不显著(P>0.05)。图2d表明,当P2O5、 K2O固定在零水平时,在高播种量水平下,净光合速率随施氮量的增加先迅速增长后缓慢下降,在低播种量水平下,施氮量对净光合速率的作用不明显,在高氮水平时,净光合速率随播种量的增减无明显变化,在低氮水平时,净光合速率随播种量的减少总体表现为增加,这与光合面积的增大有关[24]。
2.3 叶绿素含量对肥力水平和播种量的响应
图2 因子交互作用对西大花荞净光合速率、 叶绿素含量及产量的影响Fig.2 Effects of the mutual interaction on net photosynthetic rate, chlorophyll content and yield of Xidahuaqiao
建立4个因素与西大花荞叶绿素含量的回归方程: y=54.19-3.17x1-0.35x2-0.21x3+1.55x4-2.37x12-1.52x22-2.09x32-1.97x42+1.87x1x2+ 0.97x1x3-1.31x1x4+1.41x2x3+1.20x2x4+0.88x3x4,决定系数为0.759。方程的F检验P值为0.0102(<0.05),失拟项检验不显著(P=0.0694),说明模型的预测值与实际值吻合较好。得到西大花荞叶绿素含量(SPAD值)最大的农艺方案为x1=-1、 x2= -1、 x3=0、 x4=0。即播种量为37.5 kg/hm2、 施N 17.25 kg/hm2、 施P2O546.8 kg/hm2、 施K2O 52.50 kg/hm2,此时叶绿素含量(SPAD值)为55.34。
播种量(P=0.0001)、 N(P=0.0475)、 K2O(P=0.0232)对叶绿素含量有显著影响,P2O5(P=0.0740)的影响未达到显著水平,依据各一次项回归系数绝对值的大小可判断其影响为播种量>K2O>N>P2O5。由图1c可知,叶绿素含量随播种量的增加表现为先缓慢增加后迅速降低,随K2O的增加先迅速增加后缓慢降低,随N的变化和随P2O5的变化趋势一致,均呈开口向下的对称抛物线型。
播种量和N (P=0.0245)、 N和P2O5(P=0.0437)之间存在显著的交互作用,图2-e表明,当P2O5、 K2O固定在零水平时,在高播种量水平下,叶绿素含量随N的增加表现为先迅速增加后缓慢降低的趋势; 在低播种量水平下,叶绿素随N增减的变化不明显。在高N水平下,叶绿素含量随播种量的增加表现为先缓慢增加后缓慢降低; 在低N水平下,叶绿素含量的增加效应明显,说明在缺N时,适当减少播种量会提高叶绿素含量。图2f表明,当播种量和K2O固定在零水平时,在高N水平下,叶绿素含量随P2O5的增加表现为先迅速增加后缓慢降低; 在低N水下,叶绿素含量随P2O5的增加表现为先缓慢增加后迅速降低。在高P2O5水平下,叶绿素含量随施N量增加表现为先缓慢增加后迅速降低; 在低P2O5水平下,叶绿素含量随施N量的增加表现为先迅速增加后缓慢降低的趋势。
2.4 西大花荞农艺措施的验证
2012年筛选的最佳水平组合包含在所设计的31个试验处理组合中,为了进一步对该农艺措施进行验证,在播种量为37.5 kg/hm2、 施N 17.25 kg/hm2、 施P2O546.8 kg/hm2、 施K2O 52.50 kg/hm2的条件下, 2013年选取面积为10 m2(2 m × 5 m)的3个小区,得到西大花荞平均产量为1703.28 kg/hm2、 净光合速率为16.84 μmol/(m2·s)、 叶绿素含量(SPAD值)为60.15。同时零水平10 m2(2 m × 5 m)的3个小区,得到3个零水平小区平均产量为1668.50 kg/hm2、 净光合速率为16.06 μmol/(m2·s)、 叶绿素含量(SPAD值)为56.99,最佳水平组合比零水平组合在产量、 净光合速率和叶绿素含量上分别增加2.08%、 4.86%、 5.54%,进一步验证了西大花荞栽培措施模型的实用性。
3 讨论
3.1 产量对肥力水平和播种量的响应
有关播种量和氮、 磷、 钾施肥水平对荞麦产量影响的相关研究很多,但受土壤肥力、 气候差异等因素的影响,结果不尽相同。张俊科等[10]认为甜荞产量均随N、 P2O5、 K2O施用量的增加表现为先增加后减少。马宁等[11]认为各因子对甜荞产量影响的大小为N>P>K,且随各因子水平的增加表现为先增加后减少,N和K2O对产量有显著影响,P2O5的影响不显著,各因子间的交互效应均不显著。侯迷红等[12-13]认为随施氮量和施钾量的增加甜荞籽粒产量呈先升高再降低的趋势。毛春等[5]认为苦荞黔黑1号春播产量均随播种量和N、 P2O5、 K2O施用量的增加表现为先增加后减少,且影响大小为播种量>K2O>N> P2O5,播种量与N、 P2O5、 K2O之间及N与K2O之间的交互效应显著。梅艳等[6]认为各因素对苦荞黔黑1号秋播产量的影响均呈开口向下的二次抛物线型,播种量对产量的影响显著,且播种量>钾肥>磷肥>氮肥,各因子间的交互效应均不显著。马俊等[8]认为苦荞黔黑2号春播产量均随播种量和N、 P2O5、 K2O施用量的增加表现为先增加后减少,播种量对产量的影响显著,且播种量>K2O>N> P2O5,各因子间的交互效应均不显著。本研究结果表明,西大花荞的产量随播种量的增加呈先缓慢上升后迅速降低的趋势,随钾肥用量的增加,西大花荞的产量先迅速上升,后缓慢下降,产量均随N和P2O5施用量的增加呈现先增后减的对称抛物线变化,这与前人的结果基本一致,说明春播种植甜荞时,应选用适应的播种量和施肥水平; 各因子对产量的影响大小为播种量>K2O>N> P2O5,这与毛春等[5]和马俊等[8]的结果相同,说明春播种植甜荞时,首先应控制密度,其次是钾肥和氮肥的合理施用,再考虑磷肥的施用; 播种量和K2O对产量有显著影响,播种量与N、 K2O之间及N与K2O之间均存在显著的交互作用,这与前人的研究结果存在不同程度的差异,其原因可能是重庆地区进入夏季后温度骤升,因此,春播种植甜荞时,在满足播种量的前提下,施肥水平一定要与所追求的产量水平相协调[25],以增施钾为主,通过增钾补氮,以氮促钾,配合施用,才能增产增收。
3.2 光合特性对肥力水平和播种量的响应
光合速率又称光合强度,其中净光合速率与产量关系密切[24]。目前,关于播种量和施肥水平对荞麦净光合速率影响的研究还未见报道。本研究结果表明,播种量、 N、 K2O对净光合速率有显著影响,净光合速率随播种量的增加先缓慢增加后迅速降低,这与吕丽华等[17]在玉米上的研究结果相似; 净光合速率随K2O的增加先迅速增加后缓慢降低; N和P2O5的影响相似,均随肥料的增加呈先增后减的对称抛物线变化,这与王俊花等[18]在玉米上和李廷亮等[21]在冬小麦上的研究结果均有相似之处; 各因素的影响表现为播种量>K2O>N> P2O5,播种量和N之间存在显著的交互作用。说明只有在适宜的密度下合理施肥才能有效利用密肥的交互作用,提高光合效能。
叶片叶绿素含量是反映生理活性变化的重要指标之一,与叶片光合性能的大小密切相关[17]。本研究结果表明,播种量、 N、 K2O对叶绿素含量有显著影响,叶绿素含量随播种量的增加表现为先缓慢增加后迅速降低,随K2O的增加先迅速增加后缓慢降低,随N的变化和随P2O5的变化趋势一致,均呈开口向下的对称抛物线变化,这与吕丽华等[17]在玉米上和王继玥等[22]在油菜上的研究结果相似; 各因素的影响表现为播种量>K2O>N> P2O5,播种量和N、 N和P2O5之间存在显著的交互作用。
对产量、 净光合速率和叶绿素含量进行相关分析,结果表明,产量与净光合速率和叶绿素含量均呈极显著的正相关(r=0.9904, 0.9987,P<0.0001)。
4 结论
播种量、 氮、 磷、 钾及其相互作用对西大花荞产量、 净光合速率、 叶绿素含量有一定影响。产量与净光合速率和叶绿素含量呈极显著正相关; 在本试验条件下,推荐西大花荞的最佳农艺方案为播种量37.5 kg/hm2、 施N 17.25 kg/hm2、 施P2O546.8 kg/hm2、 施K2O 52.50 kg/hm2,此条件下,预期产量为1656.16 kg/hm2,净光合速率为16.46 μmol/(m2·s),叶绿素含量(SPAD值)为55.34。
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