不同氮肥处理对黑青稞籽粒灌浆特性的影响

东 强,张 毅,朱定英,彭玉琳,刘人铜,亚梦菲,王建林

(西藏农牧学院植物科学学院,西藏林芝860000)

黑青稞具有较高的β-葡聚糖、花青素、矿物质、维生素、氨基酸等营养物质,可作为保健食品原料和食品添加剂用于食品加工业[1]。黑青稞主要种植在西藏隆子县附近,青稞产量对该地区农民收入和经济发展具有重要的意义;该地区农田土壤养分含量在西藏处于中下水平,全氮、碱解氮含量较低,中性偏碱[2-3]。土壤氮素水平直接影响麦类作物的生长发育,合理施氮可以调节作物光合性能及其灌浆期同化物的转运及籽粒的形成,进而提高作物产量[4]。

黑青稞生育期较长,常规氮肥一次基施不能满足青稞生育期所需氮素,而追肥费时费力,且过量施用会导致氮肥流失,造成环境污染[5]。缓释尿素可以有效减缓氮肥释放,延长氮供应期,在粮食不减产的前提下,缓释尿素的施用量可以比常规尿素减少26%～50%[6-8]。Shu等[4]研究认为,控释尿素可提高玉米灌浆速率;杨金宇等[9]研究认为,配施控释氮肥能有效调控小麦灌浆动态和产量。不同施氮量对作物灌浆特性的影响不同,朱明霞等[10]研究认为,减氮有利于青稞粒重的增加;刘奇华等[11]认为,减施氮、磷肥可以提高灌浆速率,延长灌浆活跃期。黄腐酸可以提高土壤养分释放效率、作物抗逆性与籽粒产量,已被广泛应用在作物生产中[12-13]。目前,氮肥配施黄腐酸的研究多集中于种子萌发、土壤养分供应、产量等方面[14-15],对其与作物籽粒灌浆特性关系的研究较少,尚未见到缓释尿素配施黄腐酸对黑青稞灌浆特性效应的报道。为此,本研究通过大田实验,以常规尿素、缓释尿素与黄腐酸设置不同施用量下的9种施肥方式,分析不同处理对黑青稞灌浆特性的影响,以期对西藏黑青稞高效生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年3月至9月在西藏山南市隆子县忙措村(92.24°E、28.25°N)进行,海拔3 797 m,属高原温带半干旱季风气候区。黑青稞生育期降水量为244.26 mm,年平均日照时数为2 995.6 h,年平均温度5.5 ℃。土壤pH值为8.69,土壤全氮含量为0.85 g·kg-1,有机质为14.59 g·kg-1,速效磷为6.21 mg·kg-1,速效钾为115.37 mg·kg-1。

1.2 试验材料

供试黑青稞品种为地方品种六棱隆子黑,由西藏自治区山南市隆子县农业农村局提供。供试缓释尿素(N46%)为北京晋煤太阳石化工有限公司生产;黄腐酸为萍乡市红土地腐殖酸有限公司生产。其余常规肥料分别为尿素(N46%)、过磷酸钙(有效磷P2O512%,水溶性磷P2O57%,S 8%)、硫酸钾(K2O 50%,S 18%)。

1.3 试验设计

试验采用大田随机区组设计,设9个肥料处理:不施氮对照(CK),常规尿素(N),常规尿素减氮20%(N80%),缓释尿素(CN),缓释尿素减氮20%(CN80%),常规尿素配施黄腐酸(N+FA),常规尿素减氮20%配施黄腐酸(N80%+FA),缓释尿素配施黄腐酸(CN+FA),缓释尿素减氮20%配施黄腐酸(CN80%+FA)。3次重复,小区面积440 m2,机械条播,行距30 cm。所有处理均基施过磷酸钙135 kg·hm-2和硫酸钾135 kg·hm-2。常规尿素和缓释尿素的N施用量为135 kg·hm-2,减氮20%处理氮用量为108 kg·hm-2,黄腐酸用量为45 kg·hm-2。所有肥料均一次性基施,黄腐酸随灌溉水施入。其他管理措施同当地大田。

1.4 测定项目与方法

于开花期,各小区挂牌标记同日开花、长势基本一致的穗,在花后7 d开始每隔7 d取1次样,每次每处理取30穗,放入干燥箱105 ℃杀青30 min,80 ℃烘干至恒重,脱粒后测定粒重,参照王丽娜等[16]的方法计算籽粒灌浆速率,用Logistics方程Y=K/(1+Ae-BT)模拟籽粒的灌浆过程,推算系列灌浆参数:

灌浆高峰期开始时间(T1):T1=(lnA-ln3.732 1)/B

灌浆高峰期结束时间(T2):T2=(lnA+ln3.732 1)/B

灌浆终止时间(T3):T3=(lnA+4.595)/B

渐增期持续时间(Ta):Ta=T1

快增期持续时间(Tb):Tb=T2-T1

缓增期持续时间(Tc):Tc=T3-T2

渐增期灌浆速率(R1):R1=YT1/T1

快增期灌浆速率(R2):R2=(YT2-YT1)/T2-T1

缓增期灌浆速率(R3):R3=(YT3-YT2)/T3-T2

最大灌浆速率出现时间(Tmax):Tmax=lnA/B

最大灌浆速率(Rmax):Rmax=K×B/4

式中,灌浆时间T为自变量,开花后每隔7 d的千粒重Y为因变量,K为理论最大千粒重,A为初值参数,B为生长速率参数。

黑青稞收获期,各小区分别选取有代表性的样区10 m2,调查穗数和穗粒数,人工脱粒,测千粒重和产量。

1.5 统计分析

通过Curve Expert 1.3软件拟合得到不同处理的Logistic方程,采用DPS对产量及其构成因素进行方差分析、差异显著性检验和灰色关联度分析;采用SPSS对灌浆参数与实测千粒重进行Pearson相关性分析。

2 结果与分析

2.1 黑青稞灌浆动态分析

如表1所示,隆子黑千粒重表现为慢-快-慢增长趋势。0～14 d为灌浆前期,千粒重增长较慢,花后14 d为12.01～14.84 g;14～28 d为灌浆中期,千粒重较初期增速明显加快,花后28 d为34.28～38.22 g;28 d后为灌浆后期,增速减缓,花后35 d千粒重为37.59～43.36 g。在花后各时期,施氮处理的千粒重均明显高于CK;相同施氮量时,缓释尿素处理的千粒重高于常规尿素处理;氮肥配施黄腐酸处理较单独氮肥处理千粒重增加;施氮量降低20%则千粒重下降。

表1 不同处理下隆子黑千粒重动态

由表2可知,各处理决定系数(r2)达到0.995～0.999,证明Logistic方程能较好的模拟黑青稞籽粒灌浆过程。由Logistic模拟方程计算出的理论千粒重(K)表现为CN+FA>CN80%+FA>N+FA>CN>N80%+FA>CN80%>N>N80%>CK;CN处理较N处理理论千粒重增加3.43%,CN+FA较CN处理增加4.88%,N+FA处理较N处理增加3.82%,减氮处理较其相应未减氮处理的千粒重均降低。

表2 不同氮肥处理下隆子黑模型方程参数

2.2 黑青稞籽粒主要次级灌浆参数分析

如表3所示,CN处理黑青稞最大灌浆速率(Rmax)为2.18 g·d-1,CN+FA较CN处理提高4.6%。不同处理达到最大灌浆速率的时间(Tmax)为17.17～17.88 d,CN处理出现最早,CN+FA较CN处理推迟了0.65 d。不同处理下黑青稞在开花后11 d左右进入快增期,在花后24 d左右进入缓增期。灌浆持续时间(T3)的变化范围为38.72～40.12 d,配施黄腐酸处理的灌浆持续时间较长,为39.54～40.12 d,N与CN处理介于38.84～39.43 d之间。

表3 不同处理下隆子黑籽粒灌浆的次级参数

灌浆不同阶段持续时间表现为渐增期Tc>快增期Tb>缓增期Ta;不同阶段灌浆速率表现为快增期R2>渐增期R1>缓增期R3。同等施氮量下,施用缓释尿素以及配施黄腐酸可以提高渐增期、快增期以及最大灌浆速率(R1、R2、Rmax),快增期、缓增期、灌浆持续时间(Tb、Tc、T3)。减氮20%条件下,最大灌浆速率(Rmax)、渐增期灌浆速率(R1)、快增期灌浆速率(R2)与缓增期灌浆速率(R3)均下降,最大灌浆速率出现时间(Tmax)、快增期起始时间(T1)、快增期结束时间(T2)延长,快增期持续时间(Tb)缩短。

Rmax,Tmax,T1,T2,T3,Ta,Tb,Tc,R1,R2, andR3represent the beginning time of the grouting peak, the time when the maximum grouting rate appears, the end time of the grouting peak, the end time of the grouting, the duration of the gradual increasing period, the duration of the rapid increasing period, the duration of the slow increasing period, the filling rate of the gradual increasing period, the filling rate of the rapid increasing period and the filling rate of the slow increasing period, respectively. The same in table 4.

2.3 灌浆参数及千粒重的相关性分析

对灌浆参数及实测千粒重进行Pearson相关性分析,结果(表4)表明,最大灌浆速率(Rmax)、灌浆终止时间(T3)、快增期持续时间(Tb)、缓增期持续时间(Tc)、快增期灌浆速率(R2)与千粒重Y呈极显著正相关(P<0.01)。灌浆高峰期结束时间(T2)、灌浆终止时间(T3)、快增期灌浆速率(R2)与最大灌浆速率(Rmax)呈极显著正相关(P<0.01)。灌浆高峰期开始时间(T1)、灌浆高峰期结束时间(T2)、渐增期持续时间(Ta)与最大灌浆速率出现时间(Tmax)呈极显著正相关(P<0.01)。说明黑青稞千粒重与籽粒的灌浆速率和灌浆终止时间(T3)有关,快增期灌浆速率(R2)越大,灌浆高峰期持续时间(Tb)越长,黑青稞粒重越高。

表4 灌浆参数间的相关性

2.4 不同氮肥处理下黑青稞产量分析

将产量与其构成因子进行灰色关联度分析,产量与千粒重、穗粒数、穗数的关联系数分别为0.756 5、0.744 1、0.654 3。如表5所示,与N处理相比,CN处理的籽粒产量、千粒重、穗粒数均显著提高,增幅分别为13.8%、4.11%、24.43%,有效穗数提高7%,差异不显著;CN+FA较CN处理的产量、有效穗数、千粒重、穗粒数均显著提高,增幅分别为21.66%、17.88%、2.87%、20.24%。同等施氮量下,缓释尿素与黄腐酸较N处理可以显著提高千粒重与穗粒数,从而显著提高产量。千粒重、穗粒数和产量均以CN+FA处理最高,说明缓释尿素配施黄腐酸对黑青稞产量有显著增效。减氮20%较其未减氮处理,黑青稞产量及其构成因素均降低。

表5 不同氮肥肥料处理对黑青稞籽粒产量及产量构成因子的影响

3 讨论

3.1 不同处理对黑青稞籽粒灌浆特性的影响

灌浆速率及灌浆持续时间是决定小麦粒重的关键因素,灌浆持续期主要取决于环境因素,灌浆速率主要受遗传因素控制,同时也依赖于适宜的养分供应[17]。李旭铮等[18]研究认为,单施缓释肥可维持玉米生育后期较高的灌浆活性,缓释肥配施可以通过增加快增期和缓增期的灌浆速率来提高粒重。本研究结果与其一致,较常规尿素处理,施用缓释尿素及配施黄腐酸均可提高黑青稞灌浆速率(R1、R2、Rmax),这主要是因为缓释尿素氮供应持续时间较长,在灌浆期仍可提供较高的土壤氮素供应强度,黄腐酸可固定土壤中的多种元素,提高了氮肥利用率,从而保证黑青稞具有较高的灌浆能力[19]。本研究中,缓释尿素与黄腐酸可以延长黑青稞灌浆持续时间,但不同处理的缓增期、快增期、渐增期持续时间(Ta、Tb、Tc)基本一致,说明缓释尿素与黄腐酸主要通过提高黑青稞灌浆速率提高籽粒重。杨金宇等[9]研究表明,适量追氮最大能延长灌浆持续时间11.83 d,其基施处理下冬小麦籽粒灌浆各阶段持续时间基本维持在12 d左右,这与本研究结果一致。

施肥水平对灌浆进程及相关参数也有影响,减氮20%条件下,N、CN、N+FA、CN+FA处理灌浆速率(Rmax、R1、R2)均下降,延长了渐增期持续时间,缩短了快增期持续时间,缓释尿素对黑青稞灌浆能力无显著的减氮增效作用。这与前人研究结果相似[20-21]。但姚 钊等[22]于不同生育时期随水滴施尿素,发现不施氮处理下灌浆速率最大,籽粒灌浆持续时间更易受施氮量影响。这可能与施肥方式及品团体客户、土壤条件有关。相关性分析表明,灌浆速率(Rmax、R2)以及灌浆持续时间(T3、Tb、Tc)与千粒重Y呈极显著正相关(P<0.01),说明延长灌浆持续时间、提高灌浆速率是增加黑青稞籽粒产量的有效措施,这与贾峥嵘等[23]的研究结果相似;但王丽娜等[16]研究认为,延长灌浆时间并不增加千粒重。所以灌浆持续时间与籽粒千粒重间的相互关系仍有待进一步研究。

3.2 不同处理对黑青稞产量及构成因素的影响

本研究中,CN+FA处理产量及其构成因素均为最大值,这与姚媛媛等[24]对稻谷的研究结果一致;可能是由于缓释尿素有效时间较长,黄腐酸提高了土壤蓄水保墒能力,降低了土壤昼夜温差,进而提高了缓释尿素的效率[19]。千粒重和穗粒数是影响黑青稞籽粒产量的主要因素,这与王丽娜等[16]对小麦的研究结果一致。朱明霞等[10]研究也表明,穗粒数对青稞产量起主要作用。本研究只在西藏隆子县进行了一个品种一年试验,不同年际间气候会有所变化,且试验条件、施氮范围、水分管理措施等均会对青稞灌浆过程产生影响,不同品种对环境和栽培措施的响应不尽相同,所以需要进行更多青稞栽培措施研究,从而实现黑青稞产业的可持续发展。

4 结论

(1)缓释尿素处理可以促使黑青稞达到最大灌浆速率的时间(Tmax)提前,缩短渐增期持续时间(Tc),延长快增期灌浆持续时间(Tb)、灌浆终止时间(T3),并提高提高灌浆速率(R1、R2、Rmax);施用黄腐酸可以提高黑青稞灌浆速率,进而提高千粒重。

(2)最大灌浆速率(Rmax)、灌浆终止时间(T3)、快增期持续时间(Tb)、缓增期持续时间(Tc)、快增期灌浆速率(R2)与籽粒千粒重极显著相关;提高快增期灌浆速率(R2)、延长灌浆持续时间增加黑青稞产量的有效措施,快增期是黑青稞灌浆关键时期,生产中应加强快增期的田间管理措施。

(3)缓释尿素配施黄腐酸可以显著提高黑青稞千粒重与穗粒数,进而提高黑青稞产量;减氮20%会降低黑青稞灌浆能力。生产上推荐135 kg·hm-2缓释尿素配施45 kg·hm-2黄腐酸为黑青稞的最佳施肥方案。