氮肥用量对油菜开花性状和籽粒产量的影响

2021-05-25张宗急毛玲莉李云娟许显发阳华任

西南农业学报 2021年4期

明日，张宗急*，毛玲莉，李云娟，钟丽，许显发，阳华任，唐华

(1.桂林市农业科学研究中心/广西农业科学院桂北分院，广西桂林 541006；2.灵川县农业农村局，广西灵川 541200)

【研究意义】油菜是我国重要的油料作物之一，也是兼具蔬菜、绿肥、饲料和观赏等价值的多功能作物。目前油菜纯收菜籽产生的经济效益仅约10 000元/hm2，须通过促进油菜与一二三产业融合，实现“一菜多用”，才能提高种植效益[1]。油菜籽轻简化生产结合油菜花观光旅游是“一菜多用”的重要发展模式之一，既能增加农民收益又能缓解我国食用油自给压力，符合油菜产业“双全”和“差异化”战略要求[2]。氮肥是油菜重要的氮素来源，对油菜生长发育发挥至关重要的作用。在国家提倡农业“减肥减药”的背景下，探索合理氮素投入对保证油菜产量稳步增长及发挥油菜景观旅游价值具有现实意义[3]，但目前关于施用氮素对油菜花油两用影响的研究相对较少。因此，探索油菜花油两用种植模式下适于观花且稳产的施氮量，对控制油菜生产成本、降低农田面源污染风险及助力乡村振兴具有重要意义。【前人研究进展】油菜花期对温、光、养分等外部环境变化较敏感，通过栽培措施可调节其开花过程。已有研究表明，播期推迟和加大播种密度均易引起油菜花期缩短[4-5]，而通过追施速效肥、打薹和中耕松土可延长油菜花期[6]。张渭等[7]利用外源GA3处理可使未通过春化的大白菜抽薹开花。养分供应状况对油菜开花和结籽具有重要影响，在移栽种植模式下，施氮150.0 kg/hm2有助于延长油菜花期，提高单花重和花瓣长度，施磷90.0 kg/hm2能增加油菜开花量[8]，缺钾会引起油菜花期推迟，严重时导致花而无荚，荚而无籽[9]，缺硼时油菜花器变异萎缩，色泽变淡，出现花而不实现象[10]。目前关于养分对油菜籽粒影响的研究较多。王寅[11]研究表明，油菜在氮磷钾配施处理下比缺氮处理增产1115.0 kg/hm2，比缺磷处理增产655.0 kg/hm2，比缺钾处理增产257.0 kg/hm2。华油杂9号和中油杂12号油菜施用硼肥(B 11 %)3.0 kg/hm2较不施硼处理分别增产26.8 %和38.4 %[12]。邢烈火等[13]研究认为，薹期追施氮肥有利于油蔬两用模式下稳定油菜籽粒产量。袁晓东等[14]研究表明，在养分充足的条件下，摘薹可延长油菜观花期5～7 d，并提高菜籽产量13.5 %～18.7 %。氮肥投入少，则油菜植株瘦弱，开花量和籽粒较少[15]，观赏性和产量均无法保证；氮肥投入过高，则油菜贪青晚熟，抗逆性减弱，易倒伏等[16]，观赏性和产量也因此受到影响。【本研究切入点】目前，关于施氮对油菜开花及产量性状影响的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】比较分析不同施氮量对油菜开花性状、籽粒产量和肥料利用效率的影响，筛选保障油菜花长势和籽粒产量的最佳施氮量及了解花油两用油菜需肥规律，为实施油菜花油两用氮肥施用策略提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017-2019年在广西桂林市农业科学研究中心油菜试验基地(东经110°18′06″，北纬25°04′25″)进行，前茬为中稻。2017-2018年土壤理化性状为：pH 6.3，有机质35.5 g/kg，全氮3.3 g/kg，速效磷35.1 mg/kg，速效钾172.5 mg/kg，有效硼0.5 mg/kg；2018-2019年土壤理化性状为：pH 6.1，有机质37.8 g/kg，全氮2.9 g/kg，速效磷30.8 mg/kg，速效钾202.5 mg/kg，有效硼0.7 mg/kg。供试油菜品种为当地常用的双低冬油菜丰油730。供试肥料为尿素(N 46 %)、过磷酸钙(P2O512 %)、氯化钾(K2O 60 %)和硼肥(B 10.8 %)。

1.2 试验方法

油菜采用直播方式，播种量均为6.0 kg/hm2，分别于2017年10月10日和2018年10月12日播种，于2018年5月4日和2019年5月7日收获，两年收获密度分别为34.5万和33.0万株/hm2。试验设5个氮肥梯度，分别为N0(0 kg/hm2，对照)及N60(60.0 kg/hm2)、N120(120.0 kg/hm2)、N180(180.0 kg/hm2)和N240(240.0 kg/hm2)处理。其他肥料施用量分别为P2O5105.0 kg/hm2、K2O 120.0 kg/hm2和硼肥 75.0 kg/hm2，氮肥按照基肥∶越冬肥=7∶3的比例施用，磷、钾和硼肥全部作基肥一次性施用。随机区组设计，小区面积20.0 m2，3次重复。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 开花性状调查当油菜进入蕾薹期时在各小区标记20株具有代表性的植株，每天10：00后观察分枝开花情况，当25 %标记植株开花时记为初花期，75 %标记植株开花时记为盛花期，75 %标记植株无花时记为终花期，记录各处理花期和开花天数。各小区选择3株油菜从初花期至终花期每5 d记录1次单株开花总量，累加得出当日单株累计开花量。具体方法为：调查前在主茎和分枝上标记出完全展开花和花蕾之间的位置，5 d后将该标记上方所有角果和完全展开花的总数记为5 d内的开花总数，重复该操作至花期结束。各小区选择3株油菜，各处理进入初花期后15 d调查其盛花阶段一次分枝数、二次分枝数及截至调查当日的主序、一次分枝、二次分枝累计开花数和开花密度(开花密集程度D)。D(朵/cm)=m/(H-h)，式中，m为开花总数，H为株高，h为最低分枝高度。

1.3.2 产量及其构成因素调查油菜收获期在每个小区连续取10株长势一致的植株调查其农艺性状，包括单株有效角果数、每角粒数和千粒重，收获后测定整个小区油菜籽粒的实际产量。

1.3.3 氮肥利用率计算于盛花后第5天采集0.5 m×0.5 m样方内油菜主茎和各分枝上完全展开的花朵和花蕾，烘干称取干重后测定其含氮量，用于计算花器官(含花蕾)的肥料利用效率(AEN和REN)；籽粒测产后测定含氮量，用于计算籽粒肥料利用效率[17]。其中，AEN=(Y-Y0)/UF，REN=(U-U0)/UF×100。式中，Y为施氮处理花器官或籽粒干物质重，Y0为不施氮处理花器官或籽粒干物质重，U为施氮处理花器官或籽粒吸氮量，U0为不施氮处理花器官或籽粒吸氮量，UF为施氮量。

1.4 统计分析

试验数据采用WPS 2016进行整理，以SPSS 19.0进行方差分析和多重比较，以Origin 9.0制图。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量对油菜花期的影响

由表1可知，随着施氮量的增加，油菜初花期、盛花期和终花期均比对照延迟10.0 d以上。其中，2017年油菜N60、N120、N180和N240处理的初花期、盛花期和终花期分别延迟15.0～21.0、16.0～24.0和17.0～29.0 d，2018年油菜N60、N120、N180和N240处理的初花期、盛花期和终花期分别延迟10.0～17.0、11.0～20.0和14.0～25.0 d，两年均以N240处理进入初花期、盛花期和终花期最晚或较晚。在两年中，随着施氮量的增加油菜花期逐渐延长，且各施氮处理的花期均显著长于相应的对照(P<0.05，下同)，其中，2017年各施氮处理的花期较对照延长2.3～7.0 d，2018年各施氮处理的花期较对照延长3.7～9.0 d；N240处理的花期最长，分别为27.0和28.3 d，但与N180处理差异不显著(P>0.05，下同)。可见，增加施氮量可延长油菜花期，其中施氮240.0 kg/hm2延长油菜花期的效果最佳，施氮180.0 kg/hm2延长油菜花期的效果次之。

2.2 不同施氮量对油菜开花动态的影响

从图1可看出，在2017和2018年，各施氮量处理油菜的单株累计开花量均随着开花时间的延长呈先快速增加后逐渐平稳的变化趋势，对照在3月10-24日的累计开花量已趋于稳定，而各施氮处理的累计开花量均快速上升。其中，进入初花期时，2017年对照及各施氮处理的单株累计开花量依次为10.7、7.8、8.5、8.4和6.1朵/株，2018年依次为16.3、15.3、12.2、11.7和11.9朵/株，各处理间差异不明显；而花期结束时，2017年对照及各施氮处理的单株累计开花量依次为64.8、108.9、175.3、217.7和249.3朵/株，2018年依次为62.3、126.7、199.3、232.2和261.4朵/株，各处理间差异明显，尤其以N240处理的单株累计开花量最多，N180处理次之，与对照相比，2017和2018年N240处理分别提高2.8和3.2倍，N180处理分别提高2.4和2.7倍。可见，施氮240.0 kg/hm2更有利于增加油菜花期开花量。

表1 不同施氮量处理油菜的花期表现

2.3 不同施氮量对油菜盛花期开花分布的影响

由表2可知，与对照相比，2017和2018年各施氮处理油菜的一次分枝数增幅分别为115.4 %～415.4 %和47.1 %～282.4 %，其中，两年的N240处理均显著多于其他处理，N180处理显著高于除N240处理外的其他处理；2017和2018年对照和N60处理油菜基本无二次分枝或极少二次分枝；2017年N120、N180和N240处理的二次分枝数比一次分枝数分别少66.7 %、27.8 %和28.4 %，2018年N120、N180和N240处理的二次分枝数比一次分枝数分别少61.4 %、42.6 %和24.6 %；主序开花数、一次分枝开花数、二次分枝开花数和开花总数均随着施氮量的增加而显著增加，但各级分枝开花数占开花总数比例有所不同：相较各施氮处理，对照的主序开花数占开花总数比例最高，两年分别为72.2 %和63.0 %；各施氮处理的一次分枝开花数占开花总数比例高于对照，两年增幅分别为52.8 %～67.1 %和58.9 %～64.2 %，而无论施氮与否，二次分枝开花数占开花总数的比例均最低，2017和2018年分别为0～8.8 %和0～8.5 %范围变化；2017和2018年N240处理的开花密度均最大，与N120和N180处理间差异不显著，但三者均显著大于对照。可见，施氮240.0 kg/hm2对提高油菜一次分枝数、一次分枝开花数和开花总数的效果均最佳，施氮180.0 kg/hm2的效果次之。

表2 不同施氮量处理油菜盛花期的开花分布情况

表3 不同施氮量处理油菜的籽粒产量及产量构成情况

2.4 施氮量对油菜籽粒产量及其构成因素的影响

由表3可知，2017和2018年的油菜籽粒产量均随着施氮量的增加而升高，其中，2017年各施氮处理的籽粒产量分别较对照显著提高32.8 %、67.5 %、106.8 %和112.0 %，2018年各施氮处理的籽粒产量分别较对照显著提高21.8 %、50.6 %、78.7 %和82.0 %，两年均以N240处理的籽粒产量最高，N180处理次之，但二者间差异不显著；单株角果数的变化趋势与籽粒产量的变化趋势一致，其中，2017年各施氮处理的单株角果数分别较对照显著增多38.9 %、108.6 %、143.0 %和150.5 %，2018年各施氮处理的单株角果数分别较对照增多46.9 %、115.6 %、141.1 %和152.6 %，尤其以N240处理的单株角果数最多，N180处理次之，但二者间差异不显著；2017年各施氮处理的每角粒数均高于对照，且除N60处理外均显著高于CK，但各施氮处理间差异不显著，其中以N120处理的每角粒数最多；2018年各施氮处理的每角粒数均高于对照，其中N240处理显著高于其他处理。2017年各施氮处理的千粒重均高于对照，以N240处理最高，但各处理间差异不显著；2018年N180处理的千粒重高于对照，而N60、N120和N240处理的千粒重均低于对照，但各处理间无显著差异，说明施氮对油菜千粒重的影响有限。可见，在施氮量60.0～240.0 kg/hm2范围内，油菜籽粒产量随着施氮量的增加逐渐提高，且主要通过提高油菜的单株角果数而实现，其中，180.0和240.0 kg/hm2均为促进油菜籽粒增产的适宜施氮量。

2.5 施氮量对油菜氮肥利用效率的影响

由表4可知，在2017和2018年，油菜花器官和籽粒的AEN和REN均随着施氮量的增加呈先升高后降低的变化趋势。其中，N180处理花器官的AEN和REN均最高，2017和2018年的AEN较N60、N120和N240处理分别提高33.3 %、14.3 %和23.1 %及46.2 %、26.7 %和35.7 %；2017和2018年的REN较N60、N120和N240处理分别提高92.7 %、23.3 %和58.2 %及148.6 %、35.3 %和12.2 %；籽粒的AEN和REN也以N180处理最高，2017和2018年的AEN较N60、N120和N240处理分别提高8.2 %、6.0 %和26.2 %及20.5 %、4.4 %和27.0 %；2017和2018年的REN较N60、N120和N240处理分别提高59.3 %、35.1 %和1.8 %及22.0 %、7.3 %和21.5 %。可见，施氮180.0 kg/hm2更有利于提高油菜花器官和籽粒的肥料利用效率，减少氮肥损失。

3 讨论

十字花科作物成花除受品种影响外，还受温度、光照和施肥等条件影响[18-21]。艾育芳[22]研究表明，在油菜花芽分化前期施用低水平的可溶性蛋白和游离氨基酸有利于其花芽生理分化和花芽形态分化启动，后期施用高水平的可溶性蛋白和游离氨基酸可为其提供物质保证，满足其营养需求，有利于花芽形态分化和发育。陈丽丽等[23]开展氮素调控芸薹蔬菜抽薹开花机制研究发现，菜薹现蕾和开花时间随着施氮浓度的降低而提前，低氮条件下叶片和茎尖的GA、IAA、CTK和BR等内源激素含量在施氮后10～15 d上升，抽薹开花相关的SOC1-1、SOC1-2和LFY基因表达量在施氮后15～20 d上调，说明氮素可通过调控多种内源激素含量和开花基因表达来影响菜薹抽薹开花。本研究结果表明，增加氮素投入(60.0、120.0、180.0和240.0 kg/hm2)可改善油菜的开花性状，主要原因可能是外源氮素可为油菜开花提供更多蛋白质、核酸和辅酶等含氮化合物[24]，并维持植株成花所需的碳氮比[25]。

表4 不同施氮量处理油菜的AEN和REN比较

韩上等[26]研究认为，施用氮肥油菜的产量、增产率和经济效益均高于施用磷肥、钾肥和硼肥。王寅[11]研究显示，施氮有助于培育移栽冬油菜壮苗并增加角果数，从而实现增产。本研究结果与其相似，2017和2018年施用氮素对油菜籽粒均具有显著增产效果。本研究施氮180.0和240.0 kg/hm2处理油菜的开花性状和产量性状均优于其他施氮量处理，其中施氮180.0 kg/hm2处理油菜的单株累积开花量显著少于施氮240.0 kg/hm2处理油菜，而花期及花朵分布间无显著差异，表明施氮180.0 kg/hm2处理的油菜除开花量逊于施氮240.0 kg/hm2处理油菜外，二者的其他开花性状均无明显差异；施氮240.0 kg/hm2处理对提高油菜一次分枝数、一次分枝开花数和开花总量的效果均优于施氮180.0 kg/hm2处理，但二者的单株角果数和籽粒产量无显著差异，表明施氮240.0 kg/hm2处理的油菜开花总量中无效花较多，对提升油菜花观赏性有一定作用，但对增产的作用以施氮180.0 kg/hm2更明显。

本研究中，施氮180.0 kg/hm2处理油菜花器官(花蕾与花)和籽粒的AEN和REN均高于施氮240.0 kg/hm2处理油菜，说明施氮240.0 kg/hm2处理油菜的氮肥利用效率降低，面临面源污染的风险上升，因此本研究认为，在开花与产量性状大致相当的情况下，180.0 kg/hm2是兼顾油菜花油两用的最佳施氮量。该施氮量与方娅婷等[8]研究得出150.0 kg/hm2为油菜最佳施氮量的结果存在差异，可能与栽种模式不同有关。本研究通过对比分析不同施氮量条件下油菜开花、产量性状和肥料利用效率的变化情况，确定了适于花油两用油菜的施氮量，可作为双低油菜“一菜多用”应用实践的参考依据。但本研究通过传统计数调查方法和统计指标对开花性状进行描述的工作量较大，效率较低，有待进一步通过使用成像技术进行数字化分析以提高工作效率和得到更直观、更精准的影响油菜开花性状的氮素施用量指标。