施肥深度对胡麻生长性状及产量的影响

曹彦，刘金善，张存霞，伊六喜，张子臻，冀宇飞，罗文兴，贾海滨*

(1.乌兰察布市农林科学研究所，内蒙古乌兰察布 012000；2.内蒙古农业大学农学院，内蒙古呼和浩特 010018；3.察哈尔右翼中旗科学技术事业发展中心，内蒙古乌兰察布 012000)

胡麻(Linum usitatissmum)即油用亚麻，属亚麻科亚麻属一年生草本植物[1]，是我国华北、西北干旱地区重要的油料作物。内蒙古是我国胡麻主产区之一[2]，乌兰察布是内蒙古种植胡麻的主要地级市之一，昼夜温差大，十年九旱，由于胡麻抗逆性强，且具有耐寒、耐旱、耐贫瘠等特点，已成为当地主要的油料作物之一。为了提高单位面积胡麻产量[3]，施用化肥是最常用且有效的方法[4]。但是，大量的施用化肥污染环境的同时，还造成无效浪费，因此化肥的高效施用[5-6]，对于胡麻的绿色生产、生态保护及维护现代农业的持续稳定健康发展意义重大。

提高肥料利用率的重要措施之一就是提高肥料施用的精准度，保证施加到土壤中的肥料能够被作物高效吸收利用。在胡麻种植过程中以多施用基肥为主，乌兰察布地区属于干旱地区，土壤中含水量低，施肥深度过浅，容易挥发损失，也不易被胡麻根系吸收，反之施肥深度过深，在高需肥时，胡麻的根系吸收肥料较少，也易造成肥料的浪费，因此基肥施用的深浅十分重要。王义凡[7]研究了分层施肥对玉米农艺性状、氮素吸收和产量的影响，发现不同施肥深度处理，玉米在株高、茎粗和SPAD 值上差异显著，深层施肥处理下玉米节根数、根长增加。王俊营[8]研究了不同施肥深度对关中地区夏玉米生长发育及产量的影响，发现与5 cm 处理相比，肥料深施至15 cm 处可以显著增加株高、茎粗、叶面积指数以及干物质积累等。郭琴[9]研究了不同降水量下施肥深度对冬小麦生长发育及水肥利用效率的影响。武鹏[10]研究了施肥深度对旱作玉米农田水肥利用及氮素平衡的调控效应，发现优化施肥深度改变了玉米根系构型并促进侧根生长，对根系生长发育产生明显调控效应，且该效应随着施肥深度的增加呈先加强后减弱的变化趋势。生产中胡麻以种肥为主，播种时肥料与胡麻籽混合均匀播种，肥料利用效率低，关于胡麻不同施肥深度的研究甚少，如何改进胡麻施肥方法，提高肥料的利用率，仍缺乏全面系统的研究。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年5—10月在内蒙古乌兰察布市农林科学研究所平地泉基地(40°55＇23″N，113°7＇17″E)开展，平均海拔1394 m，年平均气温一般在0～18 ℃，无霜期95～145 d，≥10 ℃的积温为2228～3033 ℃。土壤类型为沙壤土，年平均降水量150～450 mm，雨量集中在每年七、八、九月份。试验前茬为甜菜，肥力中等，土壤pH 8.1，硝态氮31.7 mg/kg，有效磷34.0 mg/kg，速效钾149.5 mg/kg，有机质3.10%。

1.2 供试材料概况

试验以内亚九号为试验材料，该品种由内蒙古自治区农牧业科学院亚麻课题组选育，生育期90～105 d，亚麻酸含量50.43%～52.15%，含油率43.69%～44.60%，抗逆性强，是乌兰察布地区主要栽培品种。

1.3 试验设计

试验设置5、10、15、20、25、30 cm 6 个施肥深度处理，胡麻播种深度为3～4 cm，3 次重复。每小区面积为20 m2(4 m×5 m)，小区间隔为80 cm，四周设保护行，行距20 cm。播前采用铁锹按不同施肥深度挖掘，使肥料均匀分散于每个试验小区，施肥情况:尿素15 kg/hm2(其中总N 含量46%)、磷酸一铵75 kg/hm2(其中P2O5含量60.5%)、氯化钾120 kg/hm2(其中K2O 含量52%)。人工开沟条播，胡麻播种量是750 万粒/hm2，中耕2 次，其他管理方式与常规大田管理相同。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 胡麻生育期观察及指标测定

统计1 m2出苗数，记载胡麻生育时期(播种期、出苗期、现蕾期、花期、成熟期)，以小区内70%以上的植株表现出某生育时期特征作为标准。

1.4.2 胡麻全生育期生长指标测定

从胡麻出苗10 d 左右开始，每隔7 d 选取代表性区域，每个处理取10 株根系和地上部分完整的胡麻植株，用水洗法分离土层中的根系，测定株高、根长、根基部粗、叶数、根须数、鲜重等指标，直到胡麻成熟，3 次重复。

1.4.3 主要农艺性状调查

生理成熟后收获前进行考种，测定株高、工艺长度、茎粗、单株分茎数、有效分枝数、单株有效果数、每果粒数、千粒重等农艺性状。

1.4.4 不同处理产量调查

每个小区划分5 点，每个点1 m2，取胡麻测产(避开生长指标测定取过样的区域)。

1.5 数据处理

采用Excel 2007 进行数据整理，采用SPSS 26、Origin 2021b 软件进行显著性分析、相关性分析、曲线拟合，求回归方程。

2 结果与分析

2.1 不同施肥深度对胡麻生长期的影响

在5、10、15、20、25、30 cm 施肥深度条件下，观察了胡麻出苗期、现蕾期、花期、成熟期等主要生长期，从生育期的记载情况来看，不同施肥深度对胡麻的生育期影响不大(见表1)，这与试验材料采用的是同一品种有关。从田间观察来看，施肥深度5 cm 和10 cm 的处理，胡麻叶色深绿，一般作物缺氮肥叶色发黄，说明本试验施肥深度与播种深度越接近，对植株前期的营养生长养分供应越充足。

表1 不同施肥深度生育期记载Table 1 Growth period records of different fertilization depths

2.1.1 胡麻生长过程中株高的变化

胡麻株高随生育期的进行逐渐增大，对不同施肥深度胡麻株高随出苗天数的动态变化采用数学方程模拟，结果符合logistic 生长曲线方程，对方程进行F检验，达到极显著水平(见表2)，并对方程求一阶和二阶导数，得出籽粒增长最大速率出现的时间t2，生长曲线上的两个突变点之间t1～t3是胡麻生长最快的一段时间[11]。施肥深度5 cm 的处理在出苗后第27 天株高生长速率最快，从第18～36 天进入快速生长期；施肥深度10 cm 在第26 天株高生长速率最快，第18～35 天是快速生长期；施肥深度15 cm 在第29 天株高生长速率最快，第20～38 天是快速生长期；施肥深度20 cm 在第27 天株高生长速率最快，第19～35 天是快速生长期；施肥深度25 cm 在第29 天株高生长速率最快，第20～37 天是快速生长期；施肥深度30 cm 在出苗第28 天株高生长速率最快，第19～37 天是快速生长期。通过对日常采集数据进行整理，计算不同时间段株高每昼夜的积累量(见表3)，通过拟合方程计算出的快速增长期基本与实际观测数据相符。

表2 不同施肥深度胡麻株高的logistic 生长曲线方程Table 2 Logistic growth curve equation of linseed plant height at different fertilization depth

表3 不同施肥深度胡麻全生育期株高生长速率变化Table 3 Changes of plant height and growth rate of linseed during the whole growth period with different fertilization depths

施肥深度5 cm 的处理株高在第51 天达到最大(较早)，施肥深度10、25、30 cm 的处理株高在第72 天时达到最大(较晚)。按不同生育期统计株高变化，现蕾期施肥深度5 cm 处理株高增长最多，分别比施肥深度10、15、20、25、30 cm 的处理高出60.93%、30.22%、63.16%、31.13%、52.24%。株高在枞形期生长较慢，出苗后第27～29 天到达快速生长期，生长迅速。本试验在出苗后第39 天左右现蕾，施肥深度5 cm 的处理生长速率最快，平均每昼夜积累2.918 cm。开花后期即出苗68 d后，因营养生长转变为生殖生长，生长减缓。

2.1.2 胡麻生长过程中根长的变化

对不同施肥深度处理胡麻根长随出苗天数的动态变化采用数学方程模拟，结果符合一元三次方程(见表4)，对方程进行F检验，达到极显著水平，并对方程求一阶导数，可以求出根达到最长的天数。根长的变化随施肥深度的不同而存在差异，5 cm 处理在58 d 达到最长22.34 cm，10 cm处理在65 d 达到最长21.28 cm，15 cm 处理在51 d 最早达到最长22.29 cm，20 cm 处理在65 d 达到最长24.69 cm，25 cm 处理最晚的在72 d 达到最长20.17 cm，30 cm 处理在65 d 达到最长24.05 cm，通过公式计算的结果和实际测量结果基本吻合。施肥深度20 cm 的处理根最长为24.69 cm，比25 cm处理的长22.41%，根长达到最长的时间越早，越有利于营养和肥料的吸收及供应。胡麻苗出苗后，根迅速生长，根的生长速率在出苗后的1～17 d 最高，施肥深度较深的处理比较浅处理根的生长速率快(见表5)。

表4 不同施肥深度胡麻根长拟合方程Table 4 Fitting equations of linseed root length at different fertilization depths

表5 不同施肥深度胡麻根长生长速率Table 5 Root growth velocity of linseed under different fertilization depths

2.1.3 胡麻生长过程中叶数的变化

采用数学方程模拟全生育期不同施肥深度胡麻叶数随出苗天数的动态变化，结果符合一元三次方程，对方程进行F检验，达到极显著水平，并对方程求一阶导数，可以求出叶数达到最多的天数(见表6)。由于后期胡麻快要成熟时，叶子出现干枯脱落的现象，所以整个生育期胡麻的叶子数目呈现先增加后降低的趋势，符合一元三次方程的变化规律。

表6 不同施肥深度胡麻叶数拟合方程Table 6 Fitting equations of the number of linseed leaves at different fertilization depths

施肥深度5 cm 的处理出苗51 d 叶数最多，达到73.25 片，高于其他几个处理，超过施肥深度30 cm 处理14.15%；10 cm 的处理出苗44 d 叶数最多，达到68.27 片；15 cm 的处理出苗44 d 叶数最多，达到68.90 片；20 cm 的处理出苗38 d 叶数最多，达到65.20 片；25 cm 的处理出苗44 d 叶数最多，达到71.17 片；30 cm 的处理出苗30、44 d 叶数最多，达到64.17 片，均低于其他处理。施肥深度距离播种深度越远，胡麻吸收的养分越少，营养生长越弱。按生育期进行划分，5 cm 处理苗期叶数最多，分别高于10、15、20、25、30 cm 处理4.29%、8.32%、4.50%、15.15%、8.61%。

所有处理叶数生长速率最快时期基本集中在24～30 d，5 cm 处理叶数生长速率最快为3.01 片/d，10 cm 处理在11～17 d 最快为3.05 片/d，15 cm 处理最快为2.86 片/d，20 cm 最快为2.98 片/d，25c m 处理达4.13 片/d，30 cm 处理达3.43 片/d，24～30 d 正处于胡麻的快速生长期，与株高的结果相吻合(见表7)。

表7 不同施肥深度胡麻叶数生长速率Table 7 Growth rate of linseed leaf number at different fertilization depths

2.1.4 胡麻生长过程中须数的变化

采用数学方程模拟全生育期不同施肥深度胡麻须数随出苗天数的动态变化，结果符合一元三次方程，对方程进行检验，达到极显著水平，并对方程求一阶导数，可以求出须数达到最多的天数(见表8)。5 cm 处理须数在63 d 达到最多，10 cm 处理在57 d 达到最多，15、20 cm 处理在65 d 达到最多，25 cm 处理在61 d 达到最多，30 cm 处理在59 d 达到最多，施肥深度较浅的处理须数达到须数最大值较早，施肥深度较深的处理须数达到最大值较晚，但是根须数量较多。根须数的增长速率主要集中在1～17 d，这与根长的结果一致(见表9)。

表8 全生育期不同施肥深度胡麻须数拟合方程Table 8 Fitting equation of linseed whisker number at different fertilization depths during the whole growth period

表9 不同施肥深度胡麻须数增长速率Table 9 Growth rate of linseed whisker number at different fertilization depths

2.1.5 胡麻生长过程中鲜重的变化

对不同施肥深度处理全生育期胡麻鲜重随出苗天数的动态变化采用数学方程模拟，结果符合S 曲线中的BiHill 函数y＝Pm/(1+(Ka/x)＾Ha)/(1+(x/Ki)＾Hi)，对方程进行检验，达到极显著水平(见表10)。施肥深度5 cm 处理在出苗51 d 达到最大鲜重183.13 g，高于其他处理，10 cm 处理在51 d 达到最大鲜重152.10 g，15 cm 处理在58 d 达到最大鲜重181.47 g，20 cm 处理在51 d 达到最大鲜重172.37 g，25 cm 处理在79 d 达到最大鲜重152.20 g，30 cm 处理在58 d 达到最大鲜重166.43 g，5 cm 处理鲜重最大，并且最早达到最大鲜重。大部分处理植株鲜重在51～58 d 时达到最高。5 cm 处理在45～51 d 鲜重生长速率达到最大13.37 g/d，高于其他处理；25 cm 处理在31～38 d达到最大速率6.51 g/d，低于其他处理(见表11)。试验发现，胡麻的营养生长往往在花期结束青果期开始前达到最高峰，后期营养全部输送给果实，营养生长减弱，黄熟期鲜重由于植株失水出现下降。

表10 全生育期不同施肥深度胡麻鲜重拟合方程Table 10 Fitting equations of fresh weight of linseed with different fertilization depths during the whole growth period

表11 不同施肥深度胡麻鲜重生长速率Table 11 Growth rate of linseed fresh weight at different fertilization depths

2.2 不同施肥深度对胡麻产量构成因素的影响

从不同施肥深度对胡麻产量相关性状的影响来看(见表12)，5 cm 施肥处理出苗率最低(38.33%)，10 cm 施肥处理出苗率最高(47.05%)，比前者显著提高了22.75%，差异显著(p＜0.05)，比15、20、25、30 cm 施肥处理分别提高了9.71%、17.02%、16.55%、13.35%。30 cm 处理收获株数最高(208.33 株/m2)，其次为5 cm 处理(207.28 株/m2)，10 cm 处理最低(175.65 株/m2)，30 cm 处理比5、10、15、20、25 cm 处理收获株数分别高0.51%、18.61%、7.51%、12.10%、9.18%。随着施肥深度的加深，株高先升高后降低，15 cm 处理的株高最高(63.49 cm)，30 cm 处理的株高最低(61.55 cm)，比15 cm 施肥处理低3.06%。工艺长度基本随施肥深度变深而逐渐降低，5 cm 处理工艺长度最高(39.94 cm)，25 cm 处理工艺长度最低(38.29 cm)，比5 cm 处理低4.13%。10 cm 处理茎粗最粗(0.42 cm)，施肥深度30、20、5 cm 处理茎粗(均为0.38 cm)均比前者显著降低9.52%，差异显著(p＜0.05)。不同施肥深度分茎数，25 cm 处理最高(1.70)，20 cm 处理最低(1.46)，比前者低14.12%；不同施肥深度有效分枝数5 cm 处理最低(5.91)，10 cm 处理有效分枝数最高(6.95)，比前者高17.60%，保苗数越高，有效分枝数相应越低，保苗数越低，越有利于分枝的生长。不同施肥深度单株有效果数10 cm 处理最高(30.2)，5 cm 处理最低(25.78)，比前者低14.64%。不同施肥深度每果粒数10 cm 处理最高(8.14)，20 cm 处理最低(7.89)，比前者低3.07%，10～20 cm 处理每果粒数逐渐降低，20～30 cm 每果粒数逐渐增高。千粒重30 cm 施肥深度的最小(6.41 g)，显著(p＜0.05)低于5、15 cm 两个处理(7.00、7.01 g)。由于不同处理采用相同品种，收获后胡麻经济性状部分结果差异不显著，但是不同处理出苗率、茎粗、有效分枝数、千粒重差异显著。

表12 不同施肥深度对胡麻经济性状的影响Table 12 Effects of different fertilization depth on economic characters of linseed

2.3 胡麻施肥深度与产量的关系

胡麻6 个不同施肥深度对胡麻产量影响差异明显，施肥深度5 cm 时肥效明显、产量最高，为3005.7 kg/hm2，此时施肥深度和播种深度接近，施肥深度20 cm 产量最低，最高处理较最低处理增产238.9 kg/hm2，增产率8.63%，比最深施肥深度30 cm 处理增产199.95 kg/hm2，增产率7.13%。对不同施肥深度和产量采用数学方程模拟，结果符合S 曲线中Boltzmann 函数，对方程进行检验，达到极显著水平，回归方程是Y＝0.279 04+0.022 53/(1+exp(X-12.105 61)/2.576 69)，R2为0.959，详见图1。

图1 施肥深度和产量的拟合曲线Fig.1 Fitting curve of fertilization depth and yield

3 讨论

3.1 不同施肥深度对胡麻苗期生长情况的影响

研究发现，肥料在土壤中的施用深度不仅影响肥料养分在土壤中的转移和转化[12-14]，也影响养分在作物体内的转移及干物质积累[15-16]，从而直接影响肥料的利用率及作物产量[17]。作物的根系能从土壤中吸收营养物质并向地上部输送[18]，根系的生长与土壤肥力及肥料运输密切相关[19]。胡麻是直根系作物，根系最密集层在0～4 cm[20]，胡麻的根系在土壤中上下层分布差异很大，通过洗根观察发现，0～5 cm 根数少，多为纤细的毛根，生长弱，5～10 cm 土层根数最多且发达，10 cm 以下根毛不仅减少且变弱。氮肥的主要成分是尿素，如施肥的深度较浅，容易挥发损失，磷钾肥在土壤中不易移动，必须施入根密集层才能发挥作用。因此将肥料施到5 cm 土层，随着雨水的下渗，肥料刚好在胡麻根部最发达的5～10 cm 处浓度最高，可提高胡麻根系对肥料的利用率。从植株生长的情况来看，施肥深度10 cm 出苗率最高，但是因为施肥深度5 cm 最终保苗数及保苗率高于施肥深度10 cm 的处理，故最终产量最高的是施肥深度5 cm 的处理，也就是说施肥深度为5 cm 的生长密度对提高整个群体产量更为有利，即施肥深度与播种深度相近更有利于增产。胡麻的施肥深度对胡麻生长情况及产量的影响，一方面是施肥深度影响肥料利用率，另一方面是施肥的过程也会起到松土的作用，胡麻适宜在上虚下实的地下环境发芽生长，其籽粒小，顶土能力弱，上虚有利于胡麻出苗，下实有利于保持底墒湿润，施肥深度超出播种深度，下面土层翻动，容易跑墒，降低土壤中水分含量。

本试验采用数学方程模拟不同施肥深度，胡麻各项指标随出苗天数的动态变化，通过求一阶导数，求出各指标最大值，用方程计算出的各处理株高、根长、须数、叶数、鲜重的最大值和实际测量的最大值出现时间基本一致，说明方程的吻合程度良好，能较好地代表胡麻植株地下肥料吸收情况、地上部分营养生长和鲜重积累的过程。施肥深度越接近播种深度，植株株高生长速度增加越快，快速生长持续时间越长。鲜重的增加速率在开花期(出苗后45 d 左右)最快，平均每昼夜积累13.37 g 左右，与徐丽珍等[21]的研究结果相似。

一般来说试验条件下株高、根须数、根长、叶片数这些指标是不可逆生长，但本研究过程中出现了个别负增长的数据，这是因为取样的时间相差较近及植株生长的个体差异导致的，但是从总体来看，胡麻植株的株高、根须数、根长、叶片数呈现逐渐递增趋势。

3.2 不同施肥深度对胡麻经济性状及产量的影响

单株蒴果数、蒴果着粒数和千粒重是构成胡麻籽实产量的主要因素，其中单株蒴果数的作用最大，施用磷肥能增加单株果数和千粒重[8]。多分支又是多果的基础。胡麻在生育前期生长较慢，植株营养生长增长量较小，由快速生长期到开花期植株迅速生长，营养生长增长量也较多，到花期达到了高峰，开花后期直至成熟期植株生长缓慢，营养生长转为生殖生长。胡麻生长的关键时期是现蕾到开花期。揣葆田[22]研究发现叶密度与产量存在正相关关系，选择叶密度大的性状，容易获得高产。

从本试验看来，在固定的播种密度条件下，施肥深度与播种深度相同时，产量最高，肥效较好，同时注意到施肥深度10 cm 处理胡麻的生长情况也较佳，但因10 cm 处理的保苗率较低，故影响到了最终的产量，今后可进一步结合播种密度，探讨肥料施用深度。5 cm 处理出苗率较低，可能是肥料和种子混在一起导致烧苗，下一步可以探讨5～10 cm 的施肥深度是否效果更佳。

4 结论

施肥深度5 cm 时肥效明显，有利于胡麻的生长，产量最高，为3005.7 kg/hm2，此时施肥深度和播种深度接近，施肥深度20 cm 产量最低，最高处理较最低处理增产238.9 kg/hm2，增产率8.63%，施肥深度和产量拟合，回归方程是Y＝0.279 04+0.022 53/(1+exp(X-12.105 61)/2.576 69)，R2＝0.959。