氮肥基追施比例对芝麻产量和氮素吸收、分配的影响

2019-06-17高桐梅卫双玲曾艳娟王东勇栾晓钢裴新涌

植物营养与肥料学报 2019年5期

李丰，高桐梅，卫双玲，曾艳娟，吴寅，田媛，王东勇，栾晓钢，裴新涌

（1 河南省农业科学院芝麻研究中心，河南郑州 450002；2 河南省项城市农业局，河南项城 466200；3 河南省农业科学院农业经济与信息研究所，河南郑州 450002）

芝麻是我国传统特色油料作物，在我国种植历史悠久，地域广泛。我国芝麻因籽大皮薄、口感好、品质优而享誉国内外，但由于消费量的增加和芝麻加工业的发展，自2004年以来我国已由芝麻出口国转变为第一大进口国，且进口芝麻数量逐年增加，对外依存度增加，因此保障种植面积，争取芝麻高产和稳产，是促进我国芝麻产业发展和解决内需的关键问题。氮素是提高芝麻产量的重要营养元素之一，前人针对氮肥对芝麻产量和品质的影响展开了大量研究，结果表明氮肥形态、用量和施用方法对芝麻养分吸收、生长发育、产量和品质都有十分显著的影响，且施用氮肥142 kg/hm2、磷肥110 kg/hm2、钾肥146 kg/hm2，白芝麻品种可获最大产量[1-6]。然而，在实际生产中为了提高芝麻产量，氮肥常被大量投入农田，而且多采用‘一炮轰’ 等施肥方式，由此导致了氮肥利用率低、资源浪费、环境污染等诸多问题[7]，因此科学的氮肥运筹仍需要进一步研究。15N示踪技术能区分作物对肥料氮和土壤氮的吸收利用，有关运用15N示踪技术研究氮肥运筹对小麦、玉米、棉花和烟草氮肥利用率的工作已有报道[8-13]，然而有关氮肥运筹对芝麻产量及芝麻植株对肥料氮和土壤氮的吸收利用的研究尚未见报道。基于氮肥高效利用的要求，本试验采用15N同位素示踪技术，以夏芝麻为研究对象，在相同施氮量条件下，研究不同氮肥运筹方式对芝麻肥料氮及土壤氮的吸收利用特性，明确芝麻各器官对氮素吸收、利用规律，以期为夏芝麻高产、氮肥高效利用提供施肥指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及品种来源

本试验于2013和2014年连续两年在河南省农业科学院原阳基地进行，试验用土取自田间0—30 cm耕层土壤，质地为砂壤土，土壤全氮含量为0.54 g/kg、碱解氮144 mg/kg、速效钾143 mg/kg、速效磷34.8 mg/kg。供试品种为白芝麻‘郑太芝1号’，由河南省农业科学院芝麻研究中心提供。供试15N标记尿素由上海化工研究院生产，其标记丰度为10.2%，含N 46.6%。

1.2 试验设计

本试验采用盆栽法，试验用盆内径30 cm，深25 cm，堵住盆底小孔，每盆装干土12.5 kg，并埋入土中。选均匀饱满的种子播种，于2对真叶时每盆留苗2株。本试验采用每盆总施氮量为0.9 g (相当于大田施氮量为140 kg/hm2)，试验设置4个不同的氮肥基施追施比例，即1∶0、2∶1、1∶2、0∶1，分别记作 N1∶0、N2∶1、N1∶2、N0∶1。磷肥施用重过磷酸钙 (P2O5含量42%) 2 g/pot，钾肥施用硫酸钾 (K2O含量为51%) 2.4 g/pot，基施氮肥与磷钾肥一次性施入，追施氮肥于初花期用水溶解，浇入盆中。2013年播种日期为6月9日，追肥日期为7月17日，2014年播种日期为6月6日，追肥日期为7月15日。每处理均重复10次，用作初花期和成熟期取样和测产，各处理的水分管理相同。

1.3 测定项目与方法

在芝麻初花期、成熟期，每处理共采集6株。按器官分样，样品经105℃杀青15 min后，70℃烘干至恒重，称重后粉碎过0.25 mm筛，测定全氮含量和15N丰度。芝麻各器官全氮含量和15N丰度值由中国科学院南京土壤研究所土壤与环境分析测试中心测定。

1.4 计算方法

15N的计算参照文献[14-16]中的方法。计算公式为：芝麻不同器官吸氮量 = 器官生物量 × 全氮含量；芝麻不同器官的氮素来自肥料的比例(%) = (样品中的15N丰度% - 0.3663)/(肥料中的15N丰度% -0.3663) × 100；

芝麻不同器官15N积累量 = 器官吸氮量 × 器官氮素来自肥料氮的比例；

氮肥分配率(%) = 各器官吸氮量/植株总吸氮量 × 100；

芝麻不同器官对土壤氮的吸收量 = 器官总吸氮量 - 植株积累氮素来自肥料氮的量；氮肥利用率(%) = 植株中肥料氮积累量/施氮量 × 100；土壤中氮素来自肥料的比例(%) = (土壤中的15N丰度%-0.3663)/(肥料中的15N丰度%-0.3663)×100

土壤中15N 残留量 = 土壤全氮量 × 土壤含量 × 收获后土壤氮素来自肥料的比例

土壤15N回收率(%) = 土壤中15N残留量/15N施用量 ×100。

试验数据采用Excel和DPS软件进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 芝麻经济性状和产量

2013和2014年结果 (表1) 表明，芝麻株高和果轴长度均以N2∶1处理的最高，N1∶0处理的最低，其中 N2∶1与 N1∶0、N0∶1处理的差异达显著水平，N2∶1与N1∶2处理株高和果轴长度差异不显著，N0∶1与N1∶0处理的株高差异达到显著水平，果轴长度差异不显著。从产量水平来看，2013和2014年单株产量水平为3.22～4.85 g和3.10～4.49 g，处理间2年的变化趋势一致，以N2∶1处理最高，N1∶2处理次之，N1∶0处理最低，N2∶1处理与 N1∶0和 N0∶1处理差异达显著水平。N2∶1处理的单株蒴数、单蒴粒数和产量水平均高于其他处理，与N1∶0和N0∶1处理的差异均达到显著水平。N1∶2处理的千粒重及产量性状与N1∶0处理达到显著差异。

2.2 芝麻生物量与吸氮量

从表2可以看出，初花期单株生物量随着底肥施入量的减少而降低，N1∶0单株生物量最大，N0∶1处理的最低，两者差异达显著水平。成熟期，N2∶1处理的单株总生物量最大，N1∶2处理的次之，两者与N1∶0和N0∶1处理的差异均达显著水平。2013年初花期单株吸氮量为73.9～126 mg，2014年为71.3～122 mg，2年单株吸氮量的变化趋势一致，以N2∶1处理最高，N0∶1处理最低。N1∶0、N2∶1和 N1∶2处理间差异不显著，但均与N0∶1处理差异达显著水平。2013年成熟期单株吸氮344～532 mg，籽粒吸氮量为120～164 mg，2014年为324～485 mg，籽粒吸氮量为115～168 mg。N2∶1处理单株籽粒吸氮量和总吸氮量均为最高，N1∶0处理最低，两者差异达显著水平，N2∶1与N1∶2和 N0∶1处理差异不显著。结果表明，N2∶1处理有利于芝麻生物量的积累，能够促进植株对氮肥的吸收。

2.3 芝麻对15N肥料的吸收

从表3可以看出，2013年初花期的植株吸氮量为15.9～42.3 mg，2014年为13.9～37.9 mg，不同处理植株对15N 的吸收量表现为 N1∶0＞ N2∶1＞ N1∶2，随着底肥施入量的降低而显著下降，不同氮肥运筹处理间的差异均达显著水平。成熟期15N吸收量以N2∶1处理的最高，N1∶0处理的最低，两者差异达显著水平，N2∶1处理的单株15N 吸收量较 N1∶2、N0∶1处理提高 10.7% 和 11.6%，N2∶1与 N1∶2、N0∶1处理间差异不显著，N1∶2和N0∶1处理的差异也未达到显著水平。从表3还可以看出，单株秸秆对15N吸收量占总吸收量的55.7%～67.0%，籽粒对15N吸收量占总吸收量33.0%～44.3%。

表 1 芝麻经济性状和产量Table 1 Yield and yield components of sesame

表 2 芝麻生物量与吸氮量Table 2 Biomass and nitrogen uptake of sesame

表 3 芝麻对肥料氮的吸收量 (mg/plant)Table 3 Recovery of fertilizer N by sesame

2.4 芝麻对土壤氮和肥料氮的吸收与分配

从表4可以看出，初花期芝麻根、茎、叶对肥料氮的吸收受基肥施入量的影响较大，表现为N1∶0＞N2∶1＞ N1∶2，根系对土壤氮的吸收量，随着底肥施入量的减少而降低，N2∶1、N1∶2处理与 N1∶0、N0∶1处理差异达显著水平，茎、叶对土壤氮的吸收以N1∶2处理的最高，N2∶1处理次之，其中N1∶2处理植株对土壤氮的吸收量与N1∶0和N0∶1处理的差异显著，N1∶0和N0∶1间差异不显著。从植株对肥料氮和土壤氮的吸收比例来看，N1∶0处理土壤氮和肥料氮的吸收比例为 33∶67，N2∶1处理为 24∶76，N1∶2处理为13∶87，N0∶1处理不施底肥情况下，根、茎、叶对土壤氮的吸收比例为6∶30∶64。从土壤氮和肥料氮在各器官中的分配来看，叶＞茎＞根，以上结果表明，初花期植株器官对肥料氮的吸收主要受底肥施用量的影响，底肥施入量越大，营养器官对肥料氮的吸收量越大，茎和叶对土壤氮的吸收随着底施氮肥的减少而上升。

从表5可以看出，成熟期N2∶1处理对肥料氮的吸收量最高，N1∶2处理次之，N1∶0处理最低，N2∶1处理与N1∶0处理的差异显著，N2∶1处理对肥料氮的吸收量比其它处理提高6.78%～13.0%。N1∶2和N0∶1处理与 N1∶0处理的差异也达到显著水平。N2∶1处理对土壤氮的吸收量均高于其它处理，主要是叶片、蒴皮和籽粒对土壤氮的吸收量较大，N2∶1和N1∶0处理对土壤氮的吸收差异显著。植株各器官对土壤氮的吸收量均高于对肥料氮的吸收量。植株对肥料氮的吸收比例为23.7%～29.1%，对土壤氮的吸收比例为70.9%～76.3%。成熟期不同器官的氮肥吸收量表现为籽粒＞叶片＞茎＞蒴皮＞根。籽粒的吸氮量明显高于其它器官的吸氮量，籽粒从肥料和土壤中的吸氮量占植株总吸氮量的31.1%～35.5%，其中土壤氮占20.8%～25.6%，肥料氮占9.3%～10.4%。

表 4 吸收的肥料和土壤中的氮素在初花期芝麻各器官中的积累与分配Table 4 Accumulation and distribution of nitrogen from fertilizer and soil in organs of sesame at the initial flowering stage

表 5 吸收的肥料氮和土壤氮在成熟期芝麻各器官中的积累与分配Table 5 Accumulation and distribution of nitrogen from fertilizer and soil in organs of sesame at maturity stage

2.5 不同氮肥基追比例下芝麻收获后植株和土壤的15N回收率

图 1 氮肥不同基追施比例下芝麻收获后植株和土壤的15N回收率Fig. 1 15N recovery of plant and soil under different nitrogen fertilizer ratio of basal and topdressing at harvest

从图1可以看出，不同处理的植株氮回收率为17.8%～32.5%，N2∶1处理回收率最高，即氮肥利用率最高，N1∶0处理最低，N2∶1处理 N回收率比N1∶2和 N0∶1处理高 2.85% 和 3.73%，N2∶1、N1∶2、N0∶1处理间差异不显著，但均与N1∶0处理差异达显著水平。从土壤中肥料N的回收率来看，不同处理芝麻收获后的回收率为16.2%～31.3%，N2∶1处理最低，N0∶1处理最高，N0∶1与其它3个处理差异达显著水平，N1∶0与 N2∶1和 N1∶2处理差异也达显著水平。以上结果表明，与氮肥“一炮轰” 基施或者全部初花期追施相比，采用氮肥底追施比例为2∶1时，能提高芝麻对氮肥的利用率，降低在土壤中的残留率。

3 讨论

3.1 氮肥不同基追比对芝麻产量的影响

王小琳等[17]研究氮肥分配和种植方式对秋芝麻开花进程的影响，结果表明，氮肥作基肥 + 蕾花肥比全部基施初花期提前2天，进入盛花期提前1天，芝麻增产5.1%。李贵宝等[18]报道，氮肥1/3底施 +2/3追施效果最好，比全部底施增产3.5%，比全部追施增产8.7%。郭中义等[19]报道，氮肥全底施比对照(不施肥) 增产22.5%，氮肥底追结合施用和二次追施比对照增产34%～35%，以氮肥底追结合或2次追施比全部底施增产9.5%～10.1%。本试验每盆施氮0.9 g条件下，氮肥底施与初花期追施比例为2:1时的芝麻单株产量最高，与氮肥全部基施和氮肥全部追施处理的差异达到显著水平，表明芝麻氮肥采用基追肥相结合，能满足芝麻不同时期的需肥特性，增加生物量，提高产量。

3.2 氮肥不同基追比对芝麻不同来源氮素吸收和分配的影响

有研究表明，作物对土壤氮吸收大于对肥料氮的吸收[20-21]。本研究表明，植株对15N吸收量占总吸氮量23.7%～29.1%，土壤氮吸收量占总吸氮量70.9%～76.3%，各器官中土壤氮的吸收量高于肥料氮，与前人的研究结果一致。初花期单株吸氮量以N2∶1处理最高，N0∶1处理最低。N1∶0、N2∶1和N1∶2处理间差异不显著，但均与N0∶1处理差异达显著水平。初花期根、茎、叶对肥料氮的吸收受底肥施入量的影响较大，N1∶0＞ N2∶1＞ N1∶2，根系对土壤氮的吸收量，随着底肥施入量的减少而降低，茎、叶对土壤氮的吸收以N1∶2处理的最高，N2∶1处理次之，N1∶2处理对土壤氮的吸收量与N1∶0和N0∶1处理达显著差异水平，N1∶0和 N0∶1之间差异不显著。N2∶1处理氮肥利用率最高为32.49%，土壤残留量最少。N2∶1处理对肥料土壤氮的吸收量也高于其它处理。本研究还表明，芝麻各器官吸氮量，籽粒＞叶片＞茎＞蒴皮＞根，籽粒吸氮量占总吸氮量的31.1%～35.5%，其中吸收土壤氮20.8%～25.6%，肥料氮9.3%～10.4%。

3.3 氮肥不同基追比对芝麻氮肥利用率和氮肥土壤残留的影响

氮肥利用率是衡量作物生产中施氮是否合理的重要指标[22]。有研究表明，氮肥利用率受氮肥类型、施用量及其施用方式的影响较大[23-24]。氮肥运筹对作物氮肥利用率的影响也有大量报道，Tang等[25]研究表明，减少底肥氮素施用量，提高盛花期氮素追肥量，能促进长江流域棉区棉花结铃期的氮素积累，提高氮肥利用率。张翔等[26]研究表明，从提高肥料利用率的角度考虑，应减少基肥氮的使用量。马兴华等[27]研究，相同施氮量下增加追肥氮的比例，提高了氮肥农学利用率和吸收利用率。本研究结果表明，氮肥底施与初花期追施比例为2∶1时，氮肥利用率高于氮肥“一炮轰” 基施或者全部初花期追施，但氮肥底施与初花期追施比例为1∶2时氮肥利用率又有所降低，这还有待在大田实验中进一步验证。马兴华等[13]研究表明，烤烟肥料氮土壤残留40.4%～52.0%，马丽娟等[28]报道滴灌棉花土壤15N回收率在16.8%～27.0%，本研究表明，芝麻的土壤15N回收率16.2%～31.3%，氮肥底施与初花期追施比例为2∶1时，15N土壤残留量最小，氮肥底施与初花期追施比例为0∶1时，15N土壤残留量最大。