钾肥用量对不同品种旱地胡麻抗倒伏能力及产量的影响

李政升，麻丽娟，董宏伟，高玉红，剡 斌，崔政军，王一帆，吴 兵,3

（1甘肃农业大学生命科学技术学院，兰州 730070；2甘肃农业大学农学院，兰州 730070；3甘肃省干旱生境作物学重点实验室，兰州 730070）

0 引言

胡麻(Linum usitatissimum L.)，又称油用亚麻，是中国西北与华北等干旱地区的重要油料作物和经济作物[1]。胡麻籽粒中含有丰富的油脂、蛋白质和多糖，其中人体必需脂肪酸α-亚麻酸含量更是高达53%[2-3]，长期食用具有抗肿瘤、抗血栓和降血脂的作用[4-6]，因此具有较大的开发利用空间。但长期以来由于产量低严重制约了胡麻产业的进一步发展，尤其是近年来胡麻降水期和需水期的错位导致其极易发生倒伏造成减产[7-9]。21世纪以来，一些矮杆丰产胡麻品种的成功选育，很大程度上缓解了栽培高秆胡麻可能带来的倒伏风险，提升了胡麻产量。但由于田间化肥施用的盲目增加、栽培措施不当以及灾害性天气的频繁发生，倒伏已是影响胡麻高产的重要因素，有效防止倒伏是目前胡麻生产上函待解决的问题。

钾素是作物生长发育所必需的大量元素之一，对植物的生长起着促进作用，适量施钾能有效防止水稻(Oryza sativa L.)[10]、小麦(Tritium aestivum L.)[11]、大豆(Giycine max(L.)Merr.)[12]、玉米(Zea mays L.)[13-14]发生倒伏进而提高产量。有研究表明，矮秆、重心高度较低和株高构成指数大的小麦抗倒伏能力更强[15-16]。何巧林等[10]认为，适量的施钾提高了水稻株高、重心高度，同时改善了茎秆的理化特性，增强抗倒伏能力。玉米中也有相关发现，施钾后玉米抗倒、增产效果显著，较不施钾其倒伏率降低了3.28%～6.78%，同时穗粒数和千粒重显著提高[17]。李波等[12]认为，玉米施钾后茎秆强度及抗倒伏能力也随之增加。但目前关于钾素对作物倒伏影响的研究仅停留在小麦、水稻、玉米等主要粮食作物上，胡麻作为中国北方重要的油料作物和经济作物，现有关研究主要集中在养分吸收利用方面[18-20]，而合理施肥对胡麻倒伏影响方面的研究较少，关于施钾对胡麻的抗倒及增产综合效应方面的研究未见报道。因此，深入研究钾肥对旱地胡麻抗倒伏能力的影响，不仅可以丰富胡麻施钾栽培措施的理论与技术，而且对胡麻高产、稳产有着极为重要的现实意义。本试验以陇中地区两个主栽胡麻品种为供试材料，研究不同施钾水平下胡麻主要农艺性状、力学特征、倒伏指标和产量及产量构成的动态变化，探讨施钾量对旱地胡麻抗倒伏能力的影响及其对产量的调控，以期为胡麻生产中钾肥的合理施用提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

于2019年在甘肃省定西市农业科学院西寨油料试验站进行，该区气候属于中温带干旱、半干旱区，试验地前茬为小麦，土质为黄绵土。当地农业种植为典型雨养农业，地貌为黄土高原丘陵沟壑区，平均海拔2050 m，年平均气温6.3℃，无霜期213天，年降雨量400 mm左右。0～30 cm土壤基础肥力如表1。

1.2 试验设计

采用裂区试验设计方法，设胡麻品种和钾肥施量2个因素。品种为主区，钾肥为副区。胡麻品种设2个水平：‘陇亚11号’(V1)，由甘肃省农业科学院作物研究所提供；‘定亚23号’(V2)，由甘肃省定西市农业科学院油料作物研究室提供。施钾量设4个水平：不施钾(K0,0kg/hm2)、低钾(K1,30kg/hm2)、中钾(K2,60kg/hm2)与高钾(K3,90 kg/hm2)。共8个处理，每处理3次重复，共24个小区，小区面积10 m2(2 m×5 m)，区组及小区间过道分别为50 cm、30 cm，四周设1 m的保护行。种植密度为7.5×106株/hm2，人工条播，播深3 cm。前茬种植春小麦均匀地力，于2019年4月10日播种，8月20日收获，生育期132天。钾肥采用农用硫酸钾（K2O含量52%），氮磷肥（氮肥：尿素，含纯N 46.4%；磷肥：过磷酸钙，含P2O516%）施当地最适配比(120 kg/hm2+75 kg/hm2)，钾肥和磷肥均作为基肥一次性施入，氮肥基追比2:1（现蕾前追施），其他管理方式同一般大田。

1.3 测定项目和方法

分别于胡麻现蕾期（75天）、盛花期（85天）、青果期（110天）、成熟期（130天）4个生育时期，在每小区随机选取30株长势一致的植株，挂牌标记，用以测定以下指标。

1.3.1 植株农艺性状 以茎秆基部齐地面为起点，以直尺沿着主茎量至植株顶部（生长点），即为株高。将植株从茎秆基部齐地面处剪断，以茎秆基部至茎秆平衡点距离为重心高度。用电子游标卡尺（日产三丰527型）测定茎秆子叶节以上5 cm处的直径，即为茎粗。之后，分别按处理分器官（茎、叶、蒴果、籽粒等）称鲜重。

1.3.2 茎秆抗折力和抗倒伏指数 分别于胡麻上述各生育时期，每小区选取具有代表性且长势相近的植株3株，剪取植株茎基部至以上10 cm，使用CMT2502型微机控制电子万能试验机（深圳市SANS公司）测量茎秆抗折力，力矩2 cm，最大试验力500 N。调整试验机下端夹具间距10 mm，将样品水平放置在下端夹具中央，在试验机上端夹具中水平夹持一个硬塑料制量角器做弯曲加载工具，且可以垂直穿过下端夹具间隙，试验机上端夹具以20 mm/min的速度向下移动进行弯曲试验，直至样品折断，记录显示器所记录数值，即为茎秆抗折力[21]。抗倒伏指数参照王勇等[22]方法计算，如式(1)。

式中，抗折力单位为N；重心高度单位为cm；地上部鲜重单位为g。

1.3.3 实际倒伏率 在胡麻生育后期（青果-成熟期）发生倒伏后，调查各小区实际倒伏面积并计算倒伏率，将各时期所得值平均后即为本试验小区实际倒伏率，计算如式(2)。

1.3.4 产量及产量构成因子 各小区植株下部1/3叶片脱落，蒴果及籽粒50%变红后，随机选取10株，按株高，茎粗，分枝数，分茎数，有效蒴果数，无效蒴果数，蒴果籽粒数，千粒重等进行考种。收获时产量按小区单打单收，以实际产量计产。

1.4 数据分析

利用Microsoft Excel 2010进行数据处理和图表绘制，SPSS 21.0统计软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 施钾量对胡麻株高和重心高度的影响

胡麻株高和重心高度随着生育时期的推进呈现“先升后降”的趋势，且品种间差异较大（表1）。现蕾期和盛花期，2品种均在K3处理下达到最大，其中现蕾期V1在K3处理下较K0、K1处理显著高出11.07%、11.53%和5.44%、7.03%，相同条件下V2分别高9.05%、15.49%和5.58%、5.37%，各处理间胡麻株高差异显著。盛花期，V1在K3处理下较K0显著升高6.83%和25.37%；V2在K3处理下较K0高出9.05%和34.18%。青果期和成熟期，胡麻株高在K2处理下达到最高，较K0高出2.61%和3.00%，重心高度在K2处理下较K0高4.61%和6.19%。当施钾水平达到K3时胡麻株高和重心高度较K2则有所降低。其中，青果期V1在K3处理下较K2降低1.25%和1.99%，V2低1.90%和11.16%，成熟期V1在K3处理下较K2低1.19%和1.23%，V2则降低0.51%和8.40%。

表1 试验地土壤基本理化性状

表明一定水平的钾肥施用会促进胡麻株高和重心高度的提高。且随着胡麻生长发育的进行，其需钾量也随之变化。在现蕾期和盛花期，高钾处理有利于胡麻株高和重心高度的增加，在青果期和成熟期，中钾处理下的胡麻株高和重心高度达到最高。

2.2 施钾量对胡麻茎粗的影响

胡麻茎粗随生育进程的推进呈现“先增加后减小”的趋势，品种间差异较大（图1）。现蕾期，V1在K3处理下最高，较K0显著升高21.33%，较K1和K2分别高10.32%和5.42%。V2在K2处理下达到最高，为4.38 mm，较K0显著高出17.04%，较K1高出6.47%，在K3处理下较K2则降低2.92%。盛花期，V1和V2均在K3处理下最大，较K0、K1和K2处理平均分别高出13.49%、6.84%和2.68%。青果期和成熟期，不同施钾水平下胡麻茎粗均表现为K2＞K3＞K1＞K0，其中在青果期，2品种胡麻茎粗值在施钾后较K0处理分别上升7.51%～13.38%和5.51%～10.20%，成熟期施钾后较K0分别上升4.60%～10.41%和4.05%～10.43%，在K3处理下2品种胡麻较K2处理则平均分别降低4.15%和4.21%。说明中钾处理增加了2品种胡麻的茎粗值，且主要体现在现蕾-盛花期，继续增加用量，则有所降低。

表2 施钾量对胡麻株高和重心高度的影响

图1 施钾量对胡麻茎粗的影响

2.3 施钾量对胡麻茎秆抗折力和抗倒伏指数的影响

2.3.1 施钾量对胡麻茎秆抗折力的影响 由表3可知，随着生育时期的推进，胡麻茎秆抗折力也逐渐增大，且受品种影响的差异较大。现蕾期，2品种均在K2处理下达到最大，较K0、K1平均高出7.60%和13.32%，与K0处理间差异达到显著水平。盛花期、青果期和成熟期，不同施钾处理下2胡麻品种抗折力都表现为K3＞K2＞K1＞K0。其中在盛花期，2品种胡麻在K3处理下较K0、K1和K2平均分别高出18.50%、9.61%和1.63%，在青果期平均高出18.43%、11.47%和1.26%，在成熟期高出31.85%、18.98%和5.77%，此中，V1品种在各施钾水平下与K0处理间差异显著，V2品种在K3和K2处理下与K0处理间差异显著，可见施钾能显著提高胡麻的抗折力。

2.3.2 施钾量对胡麻抗倒伏指数的影响 随着胡麻生育时期的进行，抗倒伏指数呈现“先减小后增大”的趋势，且品种间差异较大（表3）。现蕾期，2品种均在K2处理下达到最大，较K0、K1处理平均高出8.06%和5.17%。盛花期，各施钾水平下胡麻抗倒伏指数较不施钾(K0)平均提高4.18%、9.56%和9.52%，V1在K2处理下达到最高，较K0和K1分别高出12.31%和8.32%，V2在K3处理下达到最高，较K0、K1和K2分别高出7.04%、3.15%和0.26%。青果期，2胡麻品种抗倒伏指数在不同施钾水平下均表现为K2＞K3＞K1＞K0，K2处理下较K1和K0平均分别高出14.56%和7.50%。成熟期，V1在K2处理下达到最高，较K0和K1处理分别高出24.17%和9.94%，V2在K3处理下达到最高，较K0、K1和K2分别高出29.52%、15.21%和2.23%。其中，K2和K1处理较K0处理高出27.92%和16.88%，表明施钾有利于胡麻抗倒伏，中钾施用量较其他施钾处理的提高效果显著，且在青果期，胡麻的抗倒伏指数最低，抗倒伏能力最弱。

表3 施钾量对胡麻茎秆抗折力和抗倒伏指数的影响

2.4 施钾量对胡麻田间倒伏情况的影响

由图2可知，随着施钾量的增加，胡麻实际倒伏率呈现“先减小后增大”趋势。V1和V2在不同施钾水平下均表现为K2＜K3＜K1＜K0。其中，施钾后，V1倒伏率较不施钾(K0)平均降低40.33%，且在K2处理下较K3、K1和K0分别高20.00%、39.00%和60.00%。V2倒伏率平均降低43.44%，在K2处理下较K3、K1和K0分别高7.67%、18.00%和52.00%。胡麻的实际倒伏发生率在品种间存在显著差异，V1在相同施钾水平下较V2平均高61.29%，表现出较弱的抗倒伏能力，但V1的倒伏率在K2处理下较V2不施钾K0处理低23.67%。可见，施钾可降低胡麻的倒伏发生率，且品种抗倒伏效果可因施钾而具有显著差异。

图2 施钾量对不同品种胡麻实际倒伏率的影响

2.5 施钾量对胡麻产量构成及产量的影响

由表4可知，胡麻产量构成受品种和施钾量的影响而差异显著，V1品种分茎数、籽粒数和千粒重在K1处理下达到最大，较K0分别高出14.42%、4.67%和9.72%，分枝数和单株蒴果数在K3处理下达到最高，较K0、K1和K2分别高出33.61%、28.97%、21.61%和15.15%、3.97%、21.37%，无效蒴果数在K2处理下最低，较K0和K1降低60.71%和53.50%。V2品种在K1处理下其千粒重达到最大，较K0增加2.92%，分枝数和单株蒴果数在K2处理下最大，较K0、K1分别高出37.19%、10.94%和13.08%、22.67%，无效蒴果数在K2处理下较K0、K1处理降低37.25%和25.00%，分茎数和籽粒数在K3处理下达到最大，较K0、K1、K2平均分别增加35.66%、37.00%、26.27%和1.78%、1.21%、5.53%。

表4 施钾量对胡麻产量及产量构成的影响

胡麻最终产量在品种间存在显著差异，在相同施钾下V1最终产量较V2平均低13.00%。随着施钾量的逐渐提高，胡麻最终产量呈“先升后降”的趋势。2胡麻品种在不同施钾水平下产量都表现为K2＞K1＞K3＞K0。2品种胡麻在K2处理下产量较K0分别提高了23.21%和26.65%，较K1高出4.12%和6.59%，但当施钾量达到K3时，较K2降低了6.94%和11.98%。以此可见，施钾不仅能提高胡麻分茎数、分枝数、单株蒴果数、籽粒数和千粒重，还能降低无效蒴果数，对产量具有促进作用，且中钾水平下增产效果最优。

2.6 钾肥施用后茎秆农艺性状、力学特性与胡麻倒伏的相关性

从表5可以看出，本试验中各时期茎秆主要农艺性状与胡麻茎秆抗折力和抗倒伏指数关系密切。胡麻株高和重心高度在各时期与茎秆抗折力无显著相关性，与抗倒伏指数呈显著负相关（除成熟期）。其中，株高在盛花期和青果期与抗倒伏指数的相关性达到极显著水平(P＜0.01)，重心高度在青果期与抗倒伏指数的相关性亦达极显著水平(P＜0.01,r=-0.588)。可见，株高和重心高度越高，胡麻抗倒伏指数越小，抗倒伏能力也就越弱。茎粗在各时期与茎秆抗折力和抗倒伏指数均呈正相关。胡麻最终产量在现蕾期、盛花期和青果期与茎秆抗折力呈极显著正相关(P＜0.01)，在成熟期呈显著正相关(P＜0.05,r=0.410)，与抗倒伏指数在各时期都呈极显著正相关(P＜0.01)。

表5 胡麻抗倒伏特性与茎秆主要农艺性状及产量的相关性分析

3 讨论

3.1 施钾对作物农艺性状及茎秆抗倒伏能力的影响

施肥是作物生产过程中常用的手段，在增强植物抗逆性及提高产量等方面发挥着及其重要的作用[23]。与大多数大田作物一样，胡麻在生产过程中常常发生倒伏进而导致减产。在本试验中，胡麻在青果期极易发生倒伏，这既与青果期恶劣的风、雨天气的频繁发生有关，也是青果期较高的重心高度和鲜重导致的胡麻抗倒伏指数降低所致。陈新军[24]指出，油菜的抗倒性与株型结构有一定关系，抗倒伏能力强的植株株型比较紧凑，而且重心高度和株高的比值较小。也有研究表明，株高是影响倒伏的重要因素，适度降低株高是增强植物抗倒伏能力的有效措施之一[25-26]。前人已通过大量研究表明施钾能显著提高作物的株高和重心高度。赵国英等[27]认为，随着施钾量的增加，小麦的株高和重心高度都有显著提高，不利于小麦的抗倒增产。在胡麻上也有相关报道，幸柳等[8]的试验结果表明，施钾可以显著提高胡麻株高和重心高度，这与本试验的结果一致。在本试验中，施钾可以明显提高胡麻的株高和重心高度，与不施钾(K0)相比，2品种胡麻整个生育时期平均提高了12.58%和14.94%，其中在现蕾期和盛花期，钾肥施用量为90 kg/hm2(K3)较的增幅最大，在青果期和成熟期，钾肥施用量为60 kg/hm2(K2)的增幅最大，且除成熟期外，株高和重心高度与在各时期胡麻茎秆抗倒伏指数呈显著、极显著负相关。张忠旭等[28]通过对水稻抗倒伏性的研究发现，茎粗是影响水稻抗倒伏能力的重要形态指标，茎粗的增加在一定程度上可以明显降低倒伏率，这与前人在大豆和小麦中的研究结果一致[29-30]。在本研究中，各生育时期茎粗与茎秆抗倒伏指数呈正相关，且不同处理下的茎粗随着胡麻生育进程的推进而逐渐递增，至成熟期有所降低。郭艳青[31]在研究水钾互作对夏玉米茎秆结构时发现：施钾能显著增加玉米的茎粗值。但在本试验中，2品种胡麻茎粗均在青果期钾肥施用量为60 kg/hm2(K2)时达到最大，较对应不施钾(K0)处理显著高出13.38%和10.41%，而在其余各时期，虽有所提高但均不显著。茎秆抗折力作为研究作物抗倒伏性能的力学指标，可以综合反映植株茎秆弹性和硬度[32]。在本试验中，2品种胡麻成熟期茎秆抗折力较青果期平均分别高出51.61%和47.59%，这可能与成熟期茎秆水分散失造成的韧性减弱有关，在盛花期、青果期和成熟期，钾肥施用量为90 kg/hm2(K3)处理时胡麻茎秆抗折力最大。有研究发现，施钾能显著提高水稻的抗折力和抗倒伏指数[33-34]。本试验结果表明，胡麻抗倒伏指数随着生育时期的推进呈“先减小后增大”趋势，‘陇亚11号’各时期均在为60 kg/hm2(K2)钾肥施用量时达到最大，较不施钾(K0)分别高出8.10%、12.31%、15.78%和24.17%。‘定亚23号’在现蕾期和青果期在施钾量为60 kg/hm2(K2)时达到最大，在盛花期和成熟期在施钾90 kg/hm2(K3)最大。相关分析表明胡麻抗倒伏指数与株高和重心高度呈显著负相关，茎秆抗折力和抗倒伏指数与茎粗呈正相关，与最终产量呈显著正相关，这与吴海兵[33]的研究结果相符。可见，合理施用钾肥可提高胡麻的抗倒伏能力，为胡麻高产、高效奠定了良好的基础。

3.2 施钾对产量及产量构成的影响

徐秀银等[35]研究认为，百粒重是影响大豆产量的重要因素，施钾能显著的提高大豆百粒重，从而提高产量。在玉米中的研究发现，玉米籽粒产量随钾肥施用水平的增加呈明显增加趋势，而后再增加施钾量,增产效果不明显，甚至出现下降趋势[36]。刘占东[37]认为随着倒伏程度加重，玉米的穗长和穗粒数减少、百粒重下降、产量和生物产量降低，同时减产幅度增加。有研究指出施钾能显著增加胡麻产量，这可能与胡麻植株钾素积累与利用的增加有关[38]，且胡麻高产常表现为千粒质量高、单株蒴果多、秕粒率低[39]。而在本试验中，胡麻品种间每果籽粒数差异不大，施钾对其影响也不显著，施钾后，胡麻分茎、分枝数上升，蒴果数增多，无效蒴果数减少，千粒重增加，为其显著增产奠定了产量构成基础。不同施钾水平下的胡麻产量从高到低依次为 ：60 kg/hm2(K2)＞90 kg/hm2(K3)＞30 kg/hm2(K1)＞0 kg/hm2(K0)，可见随着钾肥施用量增加至60 kg/hm2(K2)时，胡麻籽粒产量最高，较不施钾(K0)增加19.91%～26.65%，钾肥施用量再增加至90 kg/hm2(K3)时，产量会有所降低，较中钾(K2)降低11.81%。综合考虑，在本试验条件下，施钾量为60 kg/hm2(K2)处理可以增强胡麻抗倒伏能力，有效的促进胡麻增产。已有关于氮磷肥、钾肥配施对油菜抗倒伏能力和产量影响的研究表明，肥料种类间存在互作效应，合理的肥料配施可显著提高油菜抗倒伏能力进而提高产量[40]。因此，还需深入探究氮磷肥与钾肥配施及其互作效应对胡麻倒伏的影响机理，为实现胡麻高产、高效的抗倒伏种植奠定基础。

4 结论

本试验结果表明，在0～90 kg/hm2钾肥施量范围内，增施钾肥可促进胡麻的生长发育，如株高增加，重心高度上移。此外，施钾可提高胡麻抗倒伏性能，如茎粗值增加、抗折力和抗倒伏指数增大、实际倒伏率降低，最终提高产量。‘陇亚11号’和‘定亚23号’均在钾肥施量为60 kg/hm2时同步获得最高产量和最优抗倒伏性能，故此，60 kg/hm2的钾肥施量在当地胡麻生产中可兼顾增产的同时亦能有效增强胡麻抗倒伏能力。