秸秆还田配施钾肥对油用向日葵F60干物质积累动态和产量的影响

宋殿秀刘晓宏赵明珠冯良山王德兴依 兵孙恩玉崔良基刘金刚

(辽宁省农业科学院,辽宁 沈阳 110161)

油用向日葵具有耐盐碱、抗旱、适应性广等优点,是世界上重要的油料作物之一,是我国干旱、半干旱地区主要的经济作物,在保证粮油安全方面具有重要作用。 秸秆还田可促进作物生长,提高作物产量和品质;能够改善土壤的理化性状,增加土壤有机质[1]、提高水分利用效率[2];调节碳氮平衡,固定外源钾,减少氮、钾素流失,调节土壤养分平衡[3]。 明确前茬玉米秸秆还田对油用向日葵干物质积累的影响,对于充分发挥向日葵增产优势具有指导意义。 钾是作物生长发育必须元素之一,可增强光合作用、促进碳水化合物的合成和转运,最终影响作物产量[4]。 长期以来向日葵生产中往往忽略对钾肥的施用,而向日葵又是需钾较多的作物,从而无法提高向日葵产量和品质[5]。 因此,探讨秸秆还田和钾肥施用量对油用向日葵干物质积累过程的影响和产量提升潜力,对于旱区向日葵农业生产具有重要的指导意义。

1 材料与方法

1. 1 试验地点与选用品种

试验地点位于辽宁省彰武县章古台镇境内,地理坐标为:东经122°11′15″～122°30′00″,北纬42°37′30″～42°50′00″之间。 试验地土壤类型为沙壤,土壤有机质含量为17.73 g/kg、全氮0.62 g/kg、有效磷15. 90 mg/kg、速效钾48.53 mg/kg。

供试材料为辽宁省农业科学院自主选育油用向日葵品种F60。

1. 2 试验设计

采用随机区组设计,设置秸秆还田和钾肥施用量2个因素,秸秆还田量为无秸秆还田(S0)和全量秸秆还田(S1)2 个水平,钾肥(硫酸钾肥,K2O 含量50%)施用量为0 kg/hm2(K0)、90 kg/hm2(K1)和120 kg/hm2(K2)3 个水平,共6 个处理,3 次重复,18 个小区,行长10 m,行距0.6 m,小区面积60 m2。 前茬作物为玉米,玉米收获后无结秆还田处理清除秸秆,全量秸秆还田处理秋翻地时将玉米秸秆全部用翻转犁翻耕还田,次年向日葵播种前旋耕起垄。 油用向日葵种植株距30 cm,种植密度为52 500株/hm2。 于2019 年6 月26 日播种、10 月10 日收获。 田间管理同当地大田生产。

1. 3 测定项目与方法

1. 3. 1 生物量

出苗开始记录天数,在出苗第15 d 开始每15 d 对茎、叶、盘分别取样置于纸袋中,105 ℃烘箱中杀青2 h 后85 ℃烘至恒重,用于生物量的测定。 以出苗后天数(t)为自变量,生物量(W)为因变量,用Logistic 方程W=K/(1+a·e-b·t)对生物量积累过程进行拟合(式中K为积累最大值,a、b-b·t为参数),积累持续时间(T)= ln(1/99/b)/(-c)、达到最大积累速率时间(TVmax)= ln(K)/b、最大积累速率(Vmax)=Ka·b·e-b·t/(1+a·e-b·t)、平均积累速率(Vmean)=K/积累持续时间(T)。

1. 3. 2 产量

向日葵成熟期,各小区随机连续选取20 株,混合脱粒,自然风干后测定产量(kg/667m2),以籽粒含水量为14%进行折算。

1. 4 数据处理与统计分析

利用Office Excel 365 数据整理、计算和作图,各性状数据均为3 次重复的平均值。 CurveExpert 软件进行Logistic 方程拟合。 DPS 7.05 对数据进行方差分析,并将产量数据处理间和因素间分别进行多重比较(Duncan’s 新复极差法)。

2 结果与分析

2. 1 秸秆还田配施钾肥对油用向日葵生物量的影响

2. 1. 1 干物质积累Logistic 曲线拟合方程

表1 为干物质积累量与出苗天数的Logistic 方程拟合结果,相关系数(R2)在0. 987 ～1. 000,生长动态符合Logistic 生长曲线。 不同秸秆还田配施钾肥处理使F60 的干物质最大积累量增加,且差异极显著(p＜0. 01)。 秸秆还田因素,S1的干物质最大积累量平均为224. 0 g/株,与S0相比增加24. 19%;就钾肥施用量而言,K1和K2的最大积累量平均为200. 1 g/株和235. 0 g/株,较K0分别增加16.65%和37. 03%。 不同处理间S1K2的最大积累量最高为262.3 g/株,与S0K0相比增加74.52%。

表1 秸秆还田配施钾肥条件下F60 干物质积累Logistic 曲线拟合方程

2. 1. 2 干物质积累动态

由图1 可以看出,F60 的干物质积累随出苗后天数呈“S”型曲线变化,出苗60 d 后,秸秆还田配施钾肥使干物质积累量有不同程度的提高。 出苗后第75 d,干物质积累量S1K1、S1K2和S0K2的差异不显著(p＞0.05),与S0K0相比平均提高34.88%(p＜0.01),差异极显著,S1K0、S0K1与S0K0相比分别提高23.30%和11.22%(p＜0.01),差异极显著;出苗后第90 d,干物质积累量S1K2＞S1K1＞S0K2＞S1K0＞S0K1＞S0K0(p＜0.01),差异极显著。

图1 秸秆还田配施钾肥条件下F60 干物质积累量变化曲线

如图2,F60 干物质积累速率随着生长发育呈现“慢—快—慢”的变化趋势。 干物质最大积累速率S1为5.54 g/株·d,与S0相比增加7.40%,差异极显著;K1、K2分别为5.55 g/株·d、5.46 g/株·d,极显著高于K0。 达到最大积累速率的时间S1为出苗后第56 d,S0为第52 d;随着钾肥施用量的增加,达到最大积累速率的时间延后,K0、K1和K2分别为出苗后第50 d、55 d 和57 d。 干物质平均积累速率S1为2. 18 g/株· d,与S0相比增加12.09%,差 异 极 显 著;K1、K2分 别 为2. 07 g/株· d、2.21 g/株·d,与K0相比分别提高7.82%和15.21%。 秸秆还田延长了干物质积累持续时间,S0和S1分别为92 d和102 d;随着钾肥施用量的增加,干物质积累持续时间也相对延长,K0、K1和K2分别为89 d、97 d 和107 d。

图2 秸秆还田配施钾肥条件下F60 干物质积累速率变化曲线

2. 2 秸秆还田配施钾肥对油用向日葵产量的影响

如图3 所示,不同秸秆还田配施钾肥处理使F60 的产量提高。 其中,S1K2产量最高,为257. 7 kg/667m2,与S0K0相比增产87.5 kg/667m2,差异显著。 而S1K0、S1K1、S0K1、S0K2与 S0K0相 比 分 别 增 产 45. 4 kg/667m2、57.7 kg/667m2、63.1 kg/667m2和65.1 kg/667m2,但差异不显著。 图4 为秸秆还田配施钾肥不同因素对产量影响的统计分析结果,S1平均产量为233.8 kg/667m2,较S0增产20.8 kg/667m2,差异不著。 K1和K2的平均产量为230.6 kg/667m2和246. 5 kg/667m2,与K0相比分别增产37.7 kg/667m2和53.6 kg/667m2,K2增产显著。

图3 秸秆还田配施钾肥不同处理对F60 产量的影响

图4 秸秆还田配施钾肥不同因素对F60 产量的影响

3 结论与讨论

干物质积累是籽粒产量形成的物质基础,秸秆还田和增施钾肥可使叶片持绿性增强、延缓叶片衰老[6],提高光合速率[7～8],可延长干物质积累持续时间进而提高干物质积累量[9]。 本研究中,秸秆还田配施钾肥条件下油用向日葵F60 的干物质积累动态符合Logistic 生长曲线,干物质积累量随出苗后天数呈“S”型曲线变化。 最大干物质积累量S1与S0相比增加24.19%;K2、K1与K0相比分别 增 加37. 03% 和 16. 65%; S1K2与 S0K0相 比 增 加74.52%。 秸秆还田和钾肥施用可提高油用向日葵的干物质积累量,增加干物质最大积累速率和平均积累速率,使达到最大积累速率的时间延后,并且相对延长了干物质积累持续时间。

秸秆还田可补充土壤养分、增加有机质含量、改善土壤理化性质和微生物群落起到培肥地力的作用[10]。 同时,还可以促进作物生长,提高作物干物质积累量,有利于作物籽粒产量的形成[11]。 钾是作物生长发育大量营养元素之一,参与多种生理生化过程,对作物的产量和品质有着重要影响[12],科学的钾肥施用量是实现作物高产的前提[13～14]。 本试验结果表明:S1K2与S0K0相比产量 提高51.44%;S1的产量与S0相比平均增产9. 79%;K2、K1的产量与K0相比分别增产27. 80%和19. 55%。 秸秆还田配施钾肥可提高油用向日葵F60 产量,秸秆还田和钾肥施用量为120 kg/hm2(S1K2)时,增产效果最优。