氮磷配施对燕麦生长特性及产量的影响

蔡天革, 杜春明, 胡智馨, 唐凤德

(辽宁大学 a. 生命科学院, b. 商学院, 辽宁 沈阳 110036)

燕麦(AvenasativaL.),禾本科燕麦属一年生草本植物[1],是世界性广泛种植的粮饲兼用作物,有带稃型(皮燕麦)和裸粒型(裸燕麦)2种[2].裸燕麦具喜冷凉、抗寒、抗旱、耐盐碱、耐贫瘠的特性.世界上燕麦种植面积居于第6位,位于小麦、玉米、水稻、大麦和高粱之后[3-4].燕麦主要营养成分有脂肪、蛋白质、维生素、矿物质、膳食纤维.其中赖氨酸含量是小麦粉的2倍以上,能有效改善中国膳食结构所导致的“赖氨酸缺乏症”.燕麦中β葡聚糖含量远高于其他谷类作物,能够有效地降低人体血浆胆固醇水平,对治疗糖尿病具有明显作用[5].近20年来,中国、美国、日本等国家通过对人体临床表现的观察和对动物进行实验,证明燕麦具有预防和治疗高血脂症、控制糖尿病和肥胖症、提高机体免疫力、有益于儿童的生长发育、改善性功能及提高记忆力等作用[6-7].同时燕麦的生产对发展畜牧业和生态建设也具有重大意义.

在多数农田中,土壤自然供给的养分不能满足作物高产优质的需要,必须通过施肥才能提高作物品质和产量.氮肥作为植物生长过程中主要的肥料之一,能够直接影响作物的产量和品质[8-9].氮元素是植物的重要组成部分,是蛋白质、核酸、磷脂、细胞核、细胞膜、酶、激素和维生素的重要组成部分,对植物的生命活动起着至关重要的作用,许多研究表明,氮对植物中磷和砷的吸收和转运均有较强的影响[10-11],在适量的氮肥施用比例下,可以显著地增加作物的株高、地上生物量及产量[12-13].光合作用作为植物的重要物质基础[14],施用氮肥能显著提高作物的分蘖数和光合速率,促进茎、叶的生长,增加绿色面积,延缓叶片的衰老进程,从而提高作物光合物质的生产能力[15].

磷是组成植物体内重要化合物核酸、核蛋白和磷脂等的必要元素,有利于细胞分裂、增殖,促进根系伸展和地上积累向生殖生长干物质积累转化的能力,能提高作物对环境变化的抗逆能力,参与光合作用物质的转化还原,促进植物体内氮素和脂肪的代谢.研究发现,施磷能促进小麦不同生育期干物质的积累[16].马东辉等[17]认为增施氮肥能使干物质转移量增加,但施氮量达到30 g·m-2时则不利于干物质转移.姜宗庆等[18]试验表明,当施磷量大于10.8 g·m-2时,花后干物质积累量降低,籽粒产量也随之下降.研究表明,氮磷配施能提高草木樨的产量和粗蛋白含量.氮肥对牧草增产效应的发挥也与土壤中的含磷量有很大关系,在土壤磷素充足的情况下,氮肥的增产作用才能充分发挥.因此,氮磷配施对作物的增产效果要好于单施其中一种肥料.植物体各个构件生长指标对氮、磷用量和配比的响应规律并不相同,但目前关于燕麦的氮磷配施研究较少.因此,本文通过燕麦施肥试验,进行氮肥、磷肥配施对燕麦主要生长特性、产量影响的研究,解决燕麦生产中存在的肥料搭配不合理和产量低下等问题,初步探讨燕麦生长所需的最佳氮磷肥用量,为燕麦高产提供理论依据和技术支持.

1 材料与方法

1.1 试验地

试验于2019年在辽宁大学试验基地进行(41°48′11.75″ N,123°25′31.18″ E).试验地位于中国东北地区南部,辽宁省中部,南连辽东半岛,北依长白山麓,平均海拔30～50 m,属于温带半湿润大陆性气候,年平均气温6.2～9.7 ℃,极端最高气温为38.3 ℃,中心城区极端最低气温为-32.9 ℃.全年降水量600～800 mm,市区年平均降水量716.2 mm,全年无霜期155～180 d.试验区的土壤理化性质指标为土壤全氮质量分数0.25 g·kg-1,全磷质量分数0.14 g·kg-1,全钾质量分数15.08 g·kg-1,有机质质量分数5.7 g·kg-1,pH值5.6.

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

本试验采用盆栽试验的方法,花盆规格为直径24 cm,高20 cm,每盆装土4 kg.试验材料为白燕2号,来源于吉林省白城农业科学院.试验设计氮肥、磷肥2个因素进行盆栽试验:氮肥设置0、7、14、21 g·m-24个施用量水平,分别记为N0、N1、N2、N3;磷肥设置0 、5、10 、15 g·m-24个施用量水平,分别记为P0、P1、P2、P3.随机区组排列,共计16个处理,每个处理重复3次,氮肥和磷肥全部作为种肥.

1.2.2 测定指标与方法

株高: 于成熟期在每个处理选取5株生长正常、长势均匀的植株,用卷尺直接测量茎基部到植株顶端的距离.

茎粗: 于成熟期在每个处理选取5株生长正常、长势均匀的植株,用精度为0.05的游标卡尺直接测量茎基部的直径.

叶面积: 于成熟期在每个处理选取5株生长正常、长势均匀的植株,测定其旗叶的长和宽,用系数法计算叶面积.叶面积=0.86×长×宽[19].

产量及产量构成因素测定:于成熟期在各个处理随机选取5株长势均匀的燕麦,装入密封袋中,写好标签,标明相应处理和日期,烘干后进行脱粒处理,进行测定.包括穗长(用米尺测定植株穗长)、单株穗粒数(单株上结的种子数目)、单株穗粒重(单株种子的重量)、千粒重(百粒法,随机选取100粒燕麦种子,用电子天平测定质量后扩大10倍)、种子产量(测量每盆中燕麦种子产量换算成每平方米种子产量).

1.2.3 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2010、GraphPad 7进行数据计算和作图,用SPSS 19.0统计分析软件进行数据分析和差异显著性检验(Duncan,S test).

2 结果分析

2.1 氮磷配施对燕麦株高的影响

株高是植物形态调查最基本的指标之一,株高能在一定程度上反映植株的生长状况,为了研究氮磷配施对株高的影响,对成熟期燕麦株高进行测定.对不同氮肥处理下燕麦株高进行统计分析,结果如图1所示,从图1a中可以看出,株高在N0、N1、N2、N3条件下,随着磷肥施用量的增加,株高呈现先增加再降低的趋势,均在P2时达到最大值,在N0时最大值与组内其他处理呈现显著差异(P<0.05),在N1、N2、N3时,最大值与组内P0、P3处理相比呈现显著差异(P<0.05).从图1b可以看出,在P0、P1、P2、P3时,随着氮肥施用量的增加,株高呈现先增加后降低的趋势,均在N2处理达到最大值,且最大值与组内其他处理相比呈现显著差异(P<0.05).在N2P2处理下株高达到最大值,为95.57 cm.

(a)(b)

2.2 氮磷配施对燕麦茎粗的影响

茎粗是衡量燕麦生长发育水平的重要指标之一,为研究不同氮磷肥处理对燕麦茎粗的影响,测定成熟期燕麦茎粗,对所得茎粗进行统计分析,由图2a可知,茎粗在N0、N1、N3时随着磷肥施用量的增加呈现先增加后降低的趋势,均在P2处理取得最大值,在N0时最大值与组内其他处理间呈现显著差异(P<0.05),在N1、N2、N3时最大值与组内其他处理间差异不显著(P>0.05).在N2时,茎粗随着磷肥施用量的增加呈现逐渐升高的趋势,在P3时达到最大值.由图2b可知,在P0、P1、P2、P3时,茎粗随着氮肥施加量的增加呈现逐渐升高的趋势,均在N3处理达到最大值.在P0、P3时,最大值同组内N0与N3处理茎粗呈现显著差异(P<0.05),在P1、P2时,最大值与组内处理间差异不显著(P>0.05).在N3P2处理下茎粗达到最大值,为0.37 cm.

(a)(b)

2.3 氮磷配施对燕麦叶面积的影响

叶片是植物进行光合作用、蒸腾作用的主要场所,叶面积的大小决定着光合能力的强弱,从而对植物生长发育及产量产生影响.于成熟期测定燕麦的叶面积,对氮磷配施条件下成熟期燕麦的叶面积进行统计分析,从图3a可以看出,在N0、N1、N2、N3时,随着磷肥施用量的增加,叶面积呈现先增加后降低的趋势,且均在P2处理取得峰值,在N0、N1、N2处最大值与组内处理间呈现显著差异(P<0.05),在N3处最大值与组内处理间差异不显著(P>0.05).从图3b可以看出,在P0、P1、P2、P3时,随着氮肥施用量的增加,叶面积呈现先增加后降低的趋势,均在N2处理达到最大值,且最大值均与组内其他处理呈现显著差异(P<0.05).在N2P2处理下叶面积达到最大值,为33.80 cm2.

(a)(b)

2.4 氮磷配施对燕麦产量及产量构成因素的影响

为确定氮磷配施是否会对燕麦的产量造成影响,对相应处理的燕麦产量及产量构成因素进行了测定.通过对不同氮磷处理下的燕麦产量及产量构成因素分析发现(表1),氮肥、磷肥对产量及产量构成因素影响差异显著(P<0.05),在氮肥施用量一定时,各指标均呈现先增加后下降的趋势,均在N1时各指标达到最大值.在磷肥施用量一定的条件下,各指标均呈现先增加后下降的趋势,在P2时达到最大值.16组处理均在N1P2时达到最大值,穗长、千粒重、单株穗粒数、单株穗粒重、种子产量最大值分别为27.23 cm、28.30 g、36.33粒、1.68 g、371.25 g·m-2.N1P2条件下与N0P0条件下相比,种子产量增加26.96%.

为了进一步研究氮磷配施对产量及产量构成因素的影响,进行了方差分析.通过方差分析发现:氮肥、氮肥磷肥配施对穗长、千粒重、单株穗粒数、单株穗粒重、种子产量均有显著影响(P<0.05);磷肥对千粒重、单株穗粒数、单株穗粒重、种子产量有显著影响(P<0.05);氮磷配施对燕麦产量及构成因素的影响由大到小为千粒重、种子产量、单株穗粒数、单株穗重、穗长.

对氮磷配施条件下燕麦产量及产量构成因素进行相关性分析发现(表2),氮磷配施条件下穗长和千粒重之间相关关系不显著,其他指标之间达到极显著正相关关系(P<0.01).在氮磷配施条件下,穗长、千粒重、单株穗粒数、单株穗粒重对种子产量的贡献具有相似性,均呈极显著正相关关系(P<0.01),相关系数(R)分别为0.423、0.696、0.605、0.974,种子产量和单株穗粒重之间相关系数最大.总体来说,燕麦在氮磷配施下的籽粒产量与产量构成因素的相关性表现由优到劣依次为单株穗重、千粒重、单株穗粒数、穗长.

表1 氮磷肥配施对燕麦产量及构成因素的影响Table 1 Effects of combined application of nitrogen and phosphorus fertilizers on oat yield and constituent factors

表2 氮磷配施下的燕麦产量与产量构成因素的相关性分析

2.5 氮磷配施下的燕麦产量和产量构成因素之间的关系

由图4得出,在氮磷配施条件下种子产量与千粒重呈多项式线性回归方程y=-0.216 1x2+14.311x+116.15,相关系数(R2)为0.524 7,拟合效果较好,随着千粒重的增加,种子产量呈现增加的趋势.由图5得出,在氮磷配施条件下种子产量与穗长呈多项式线性回归方程y=0.539 9x2-16.116x+399.63,相关系数(R2)为0.340 8,随着穗长的增加,种子产量呈现增加的趋势.由图6得出氮磷配施条件下种子产量与单株穗粒数呈多项式回归方程y=-0.004 9x2+4.173 1x+224.47,决定系数(R2)为0.396 8.由图7得出在氮磷配施条件下种子产量与单株穗粒重呈多项式线性回归方程y=-31.479x2+307.52x-58.63,相关系数(R2)为0.987,拟合度较高,随着单株穗粒重的增加种子产量增加.因此,氮磷配施下穗长、千粒重、单株穗粒重、单株穗粒数可以用来估计燕麦种子产量.

图4 氮磷配施下千粒重与种子产量的关系

图5 氮磷配施下穗长与种子产量的关系

图6 氮磷配施下单株穗粒数与种子产量的关系

图7 氮磷配施下单株穗粒重与种子产量的关系

3 讨 论

氮元素是植物体内需求较大的营养元素,其供应量会限制植物生长发育和生物量的积累,合理的氮肥使用对燕麦生长发育有一定的促进作用.合理施加氮肥是促进燕麦生长及增加产量的主要措施之一,适量的氮肥有利于燕麦生物量及产量的增加,株高与茎粗是影响燕麦产量和其利用方式的主要因素,是衡量燕麦生长发育状况的重要标准,同时也是反映燕麦生产能力的指标.氮元素缺乏会导致植株叶绿素减少,如不及时施氮甚至会使叶片变黄;氮元素施加过量会导致细胞分裂速度加快、体积过大、细胞壁薄且易受病虫害;氮元素施加适当时,叶面积增大,合成蛋白质和光合作用加快[20].通过对燕麦生长指标的分析发现,单施氮肥、单施磷肥和氮磷配施下的生长指标呈现出较强的规律性,随着氮肥和磷肥的增加,生长指标先增加再降低,适当的施用量使生长指标达到最大,施用量过高或者过低会降低生长指标.焦瑞枣[21]和王乐等[22]的研究指出:在一定范围内,随着施氮量的增加,燕麦株高和叶面积呈现二次曲线关系,这与本研究结果相似.

裸燕麦产量较低已成为制约其生产的一个重要因素.氮、磷是影响作物生长发育的主要元素,通过合理的氮磷配施,筛选出适宜的施肥组合,对发展裸燕麦种植业有很重要的意义.氮、磷作为作物生长的重要营养物质,其供应状况和农作物的生长发育及品质有密切关系.但在生产中,种植户为了提高产量,盲目大量施肥现象日趋严重.王秀英[23]认为,肥素的利用效率不随着施肥量的增加而增加,找到作物最为适量的施肥水平才可发挥肥料的最大效益.德科加[24]认为,氮磷配施在一定范围内对燕麦籽粒产量有显著增加作用.本试验在氮肥施用量为7 g·m-2、磷肥施用量为10 g·m-2时种子产量及影响产量的相关指标达到最大值,随着氮磷施用量的增加,各指标降低,这可能由于氮肥的增加,促进营养器官生长,抑制生殖器官生长,从而使种子产量降低.施磷不仅可增加植物体内磷素积累,促进氮肥吸收,而且促进植物光合作用,从而有利于植物生物量的积累,但磷肥施用量超过一定范围,造成磷素在植物营养器官中过度集中,抑制干物质积累,造成产量下降[25].

4 结 论

单施氮肥、单施磷肥以及氮磷肥配施对燕麦的生长特性和产量均有显著影响.在氮肥和磷肥一定条件下,生长指标及产量构成因素先增加后降低,在氮肥施用量为14 g·m-2、磷肥施用量为100 g·m-2条件下燕麦的株高、叶面积达到最大值,在氮肥施用量为21 g·m-2、磷肥施用量为10 kg·m-2条件下,燕麦的茎粗达到最大值.在氮肥施用量为7 g·m-2、磷肥施用量为10 g·m-2条件下,产量及构成产量的相关指标达到最大值.穗长、千粒重、单株穗粒数、单株穗粒重与种子产量呈极显著正相关.因此,若想获得最大种子产量,燕麦的最佳氮磷施肥配比为氮肥施用量为7 g·m-2、磷肥施用量为10 g·m-2.