施氮量对江苏沿海地区藜麦产量和生长特性的影响

2023-05-10顾闽峰

大麦与谷类科学 2023年2期

殷敏，李斌，顾闽峰

（盐城市新洋农业试验站，江苏盐城 224049）

藜麦（Chenopodium quinoaWilld.）原产于“南美洲脊梁”安第斯地区，因其氨基酸比例均衡，富含营养元素及多种营养功能因子，零麸质和低升糖，2013 年被联合国国际粮农组织推荐为“全营养食品”[1]。随后，藜麦产业迅速发展。我国山西省于2008年率先实现藜麦规模化种植[2]。此后，藜麦在我国山西、吉林、青海、西藏、甘肃、河北、内蒙古等地迅速发展，各科研院所成功选育出一批适合当地种植的优良品种，如甘肃、青海和内蒙古等地选育的“陇藜系列”“青藜系列”“蒙藜1 号”和“中藜1 号”等[3]。另一方面，我国东部省份发达，对营养型农产品需求旺盛，适合藜麦多模式优质高产栽培[4]。但是，在高海拔和冷凉地区选育出的品种，引种至东部低海拔地区后产量受到一定限制。同时，当前国内外对低海拔和湿热环境下藜麦的栽培技术研究还处于起步阶段。因此，如何因地制宜提高藜麦产量，对满足藜麦产业需求及其发展意义重大。

大量研究认为，增施氮肥是提高作物产量的重要途径[5-9]。然而，过量的氮肥投入，不仅使产量实现负增长[10-11]，还降低肥料利用效率[12]，加重环境污染[13-15]。王天亮等研究指出，当前我国氮肥生产量要远远高于作物实际需求量，并已成为农业污染中的主要组成因子[16]。因此，如何合理协调氮肥投入和产量的提高对作物生产至关重要。本研究通过不同氮肥施用量处理，比较藜麦产量及生长特性差异，为筛选出适宜江苏沿海地区藜麦种植的适宜施氮量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2022 年在江苏省盐城市新洋农业试验站（120°54＇E、34°28＇N）进行，该地区属亚热带季风区，年平均气温14 ℃，日照时数2 200 h，降雨量1 000 mm。试验地土壤为沙壤土，pH 值8.42，有机质含量（质量分数，下同）14.17 g/kg，有效磷含量28.62 mg/kg，速效钾含量167.31 mg/kg，碱解氮含量70.62 mg/kg，含盐量3.01 g/kg。

1.2 试验设计

试验品种为盐城市新洋农业试验站自主选育的藜麦新品种苏藜1 号。试验共设置4 个氮肥处理，即N0（不施氮）、N1［施用90 kg/hm2纯氮（196 kg/hm2尿素）］、N2［施用150 kg/hm2纯氮（326 kg/hm2尿素）］、N3［施用210 kg/hm2纯氮（457 kg/hm2尿素）］。试验所施氮肥为尿素（N 质量分数46%），磷肥统一施用过磷酸钙（含P2O512%）750 kg/hm2，钾肥统一施用硫酸钾（含K2O 52%）172.5 kg/hm2。试验所需肥料均于播种前一次性施入作基肥。试验采用单因素随机区组排列，每个区组设置3 次重复。小区面积为10 m2（2 m×5 m），于2022 年3 月23 日播种，株距10 cm，行距30 cm，人工点播，播种深度2 cm 左右。5 月7 日间苗，每穴留1～2 株，5 月31 日开花，7 月18 日收获。

1.3 测定指标与方法

于苗期（5 月8 日）、开花期（5 月31 日）和成熟期（7 月18 日）分别取样，每小区选取6 株长势相近的植株，测定株高（地面以上至叶片顶端的长度）、茎粗（植株中部最粗处的直径）、叶长（叶片基部到叶片顶端的距离）、叶宽（叶片边缘最宽处的距离）、穗长（主穗基部到顶端的距离）、主穗粗（主茎穗下的粗度），去根，测定单株地上部鲜质量。测量后将鲜样置于105 ℃烘箱中杀青0.5 h，随后置于80 ℃烘箱中烘干至恒质量，烘干后的质量即为单株地上部干质量。成熟期于中心测产区实收5 m2，晒干脱粒后测定每小区籽粒产量。

氮农学利用率=（施氮区产量-不施氮区产量）/施氮量；

氮素偏生产力=产量/施氮量；

氮素贡献率=（施氮区产量-不施氮区产量）/施氮区产量×100%。

1.4 数据整理与分析

用Excel 2010 输入和整理数据，Origin 2022 作图，SAS 9.4 进行方差分析，Duncan 法进行不同处理间的单因素检验。

2 结果与分析

2.1 藜麦地上部物质积累

随着生育期的延长，藜麦地上部单株鲜质量和单株干质量均不断增加，成熟期达到最大（图1-A、图1-C）。不同氮肥处理下，随着施氮量的增加，藜麦单株鲜质量和单株干质量也随之增加，总体上表现为N3＞N2＞N1＞N0。单株鲜质量上，苗期N1和N3处理较N0处理分别显著增加30.28%、64.75%，N2与N0处理差异无统计学意义；开花期N1、N2和N3处理较N0处理分别显著增加122.14%、139.14%和159.02%，但N2处理分别与N1和N3处理间的差异无统计学意义；成熟期N0与N1处理间的差异无统计学意义，N2和N3处理较N0分别显著增加28.57%、38.08%，且N2处理较N3处理显著降低6.88%。就单株干质量而言，苗期N3处理较N0、N1和N2处理分别显著增加53.98%、25.18%和29.85%，但N0、N1和N2处理间差异均无统计学意义；开花期N1、N2和N3处理较N0分别显著增加148.05%、163.96%、180.50%，N1、N2和N3处理间的差异均无统计学意义；成熟期N3处理较N0处理显著增加25.33%，N1、N2处理与N0和N3处理间的差异均无统计学意义。

从地上部物质生长率来看，随生育期的延长，单株鲜质量日增长量和单株干质量日增长量均呈先增加后降低的趋势，且均在苗期至开花期达到最大（图1-B、图1-D）。苗期，N0处理单株鲜质量日增长量和单株干质量日增长量均显著低于其他处理（N2处理单株干质量日增长量除外），N3处理最高；苗期至开花期，N1、N2和N3处理间差异均无统计学意义，但均显著高于N0处理；然而开花期至成熟期，N1、N2和N3处理下单株鲜质量日增长量分别较N0处理显著降低70.20%、41.72%、41.72%，单株干质量日增长量各处理间差异均无统计学意义。上述结果表明，藜麦地上部物质随施氮量的增加而不断增加，且地上部物质的积累主要在生育前期。

图1 施氮量对藜麦不同生育期地上部单株鲜质量和干质量的影响

2.2 藜麦株型

由图2 可知，随生育期的延长，株高不断增加。从不同施氮量来看，N0处理在不同生育期较N1、N2和N3处理均显著降低，且N1、N2和N3处理间的差异均无统计学意义。就茎粗而言，苗期至开花期茎粗随生育期的延长而不断增加，开花期至成熟期整体无明显变化。比较不同施氮量下的茎粗发现，苗期N0处理与N1、N2和N3处理间的差异均无统计学意义，但N1和N2处理较N3处理分别显著降低12.91%、17.63%；开花期N1、N2和N3处理较N0处理分别显著增加32.36%、39.53%、50.07%，N1、N2和N3处理间差异无统计学意义；成熟期N0处理与N1和N2处理间的差异无统计学意义，但N3处理较N0显著增加37.64%。以上结果表明，施氮能够显著促进株高和茎粗，但施氮量（N1、N2和N3）的增加仅对苗期茎粗影响具统计学意义，对开花期株高以及成熟期茎粗无明显影响。

图2 施氮量对藜麦不同生育期株高和茎粗的影响

从表1 中可以看出，与不施氮相比，施氮能显著增加叶长和叶宽；但施氮量（N1、N2和N3）间叶长和叶宽的差异均无统计学意义。就穗型而言，施氮量对开花期和成熟期穗长影响均无统计学意义；主穗粗随着施氮量的增加而略有增加（开花期N3除外），且成熟期N2和N3处理较N0处理分别显著增加18.65%和20.96%。

表1 施氮量对藜麦叶型和穗型的影响

2.3 藜麦产量和氮肥利用效率

由表2 可知，藜麦产量随施氮量的增加呈增加趋势，N3处理产量最高，为3 335.32 kg/hm2，较N0和N1处理分别显著增加62.75%和28.44%，较N2处理略有增加，但差异无统计学意义。由产量计算不同氮肥处理下氮肥利用效率时发现，N2处理下氮农学利用率最高，较N1和N3处理分别显著增加62.93%和37.91%，N1和N3处理间差异无统计学意义；氮素偏生产力上，N1处理最高，N3处理最低，且各处理间差异均具有统计学意义；就氮素贡献率而言，N2和N3处理较N1处理分别显著增加82.65%、84.67%，N2和N3处理间的差异无统计学意义。

表2 施氮量对藜麦产量和氮肥利用效率的影响

3 讨论

大量研究表明，作物产量大多随施氮量的增加呈现先增后降的趋势[17-18]。本研究发现，当施氮量在0～150 kg/hm2时，产量随施氮量的增加而显著增加，当施氮量增加至210 kg/hm2时，产量则不再显著增加，且与150 kg/hm2时产量相当。另一方面，当施氮量增加时，氮农学利用效率先升高后降低，150kg/hm2时达到最大值；而氮素偏生产力在90 kg/hm2时最高，往后增加氮肥则显著降低；氮素贡献率与产量趋势一致。由此，我们认为150 kg/hm2施氮量更适宜于该试验藜麦的生长，更低或更高的施氮量则不利于产量和氮利用效率的提高。

前人研究表明，作物全生育期地上部干物质积累表现为前期少、中期增加、后期略有上升的“S”型曲线[19-21]。段玉等认为向日葵地上部干物质积累最快是在出苗后59～67 d[19]。王永慧等研究数据亦表明甜高粱在拔节至抽穗期地上部干物质日增量最高[20]。本研究发现，藜麦在苗期至开花期（播种后46～69 d）地上部单株鲜质量和干质量日增长量亦显著增加，与前人研究结果[19-20]保持一致。另一方面，本研究发现，与不施氮肥相比，增施氮肥能显著增加藜麦株高、茎粗、叶长、叶宽和主穗粗。袁加红等对111 份藜麦种质资源农艺性状分析发现，藜麦产量与株高、茎粗、叶长和叶宽均呈正相关[22]。本试验中随施氮量的增加，产量在0～150 kg/hm2施氮时也随之显著增加，但株高、茎粗、叶长、叶宽和主穗粗在90～150 kg/hm2施氮时差异无统计学意义。除此之外，Rehman 等指出，氮肥的供应对藜麦穗长无显著影响[23]，与本试验结果一致。由此，我们认为，增施氮肥后藜麦产量的提高可能更多地归因于地上部物质的积累，且在株高和茎粗都保持相近的情形下，地上部物质的增加可能依靠更多的叶片数以及分枝数。张亚萍等分析发现，藜麦产量与有效分枝数和单株有效穗数呈显著正相关[24]，Bhargava 等研究结果亦表明，藜麦籽粒产量与分枝数、花序数和干物质质量呈显著正相关[25]。鉴于此，进一步探究不同施氮量处理下藜麦株型的差异对解析产量提高的生理机制意义重大。