施氮量对藜麦养分吸收与分配的影响

2024-02-22 00:00:00廖雨胡雨彤冯耀祖俞天胜张少民贾宏涛
天津农业科学 2024年12期
关键词:藜麦氮肥

摘" " 要:为明确施氮量对藜麦养分吸收和累积分配规律的影响,设置不同施氮量(0、80、160、240 kg·hm-2)的田间试验,测定藜麦根、茎、叶和穗部养分吸收、分配比例和产量。结果表明,藜麦根、茎、叶部养分吸收量在现蕾期达到最大值,之后逐渐下降。穗部氮、磷吸收量在现蕾期达到最大值,钾吸收量在灌浆期达到最大值。根部氮、磷、钾吸收量最大值分别为29.09、9.27、115.96 g·kg-1,茎部氮、磷、钾吸收量最大值分别为36.54、4.15、88.29 g·kg-1,叶部氮、磷、钾吸收量最大值分别为67.12、5.35、100.53 g·kg-1,穗部氮、磷、钾吸收量最大值分别为50.21、7.58、75.68 g·kg-1。现蕾期和盛花期,养分主要累积分配在叶部和茎部;灌浆期和成熟期,养分逐渐向穗部运移;成熟期,穗部氮、磷、钾平均累积量占比分别为71.33%、83.66%、55.29%。施氮量为160 kg·hm-2时,藜麦的生长和产量表现最好。综上所述,藜麦施氮量为160 kg·hm-2时,氮、磷、钾的养分吸收、养分累积分配和产量达到最大值。

关键词:藜麦;氮肥;养分吸收;养分分配

中图分类号:S519" " " " " 文献标识码:A" " " " "DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2024.12.003

Effect of Nitrogen Fertilization Rate on Nutrient Uptake and Distribution in Quinoa

LIAO Yu1, HU Yutong1,2,3, FENG Yaozu4, YU Tiansheng5, ZHANG Shaomin6, JIA Hongtao1,2,3

(1.College of Resources and Environment, Xinjiang Agricultural University, Urumqi, Xinjiang," 830052, China; 2.Key Laboratory of Soil and Plant Ecological Processes in Xinjiang Autonomous Region, Urumqi, Xinjiang 830052, China; 3.Xinjiang Green Planting Engineering Center, Urumqi, Xinjiang 830052, China; 4.Science and Technology Achievement Transformation Center of Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi, Xinjiang 830091, China;5.Qitai Wheat Experiment Station of Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Qitai, Xinjiang 831800, China; 6.Institute of Nuclear Technology and Biotechnology, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi, Xinjiang 830091, China)

Abstract: In order to clarify the effect of nitrogen application on quinoa's nutrient absorption and accumulation distribution patterns," field experiments under different nitrogen application conditions (0, 80, 160, 240 kg·hm-2) had been set up. The nutrient absorption and distribution ratios for the root, stem, leaf, and panicle, as well as the yield, had been measured. The results showed that the nutrient absorption by the roots, stems, and leaves of quinoa had reached its maximum at the booting stage and then gradually decreased. The nitrogen and phosphorus absorption by the panicles had peaked at the booting stage, while potassium absorption reached its maximum at the filling stage. The maximum nitrogen, phosphorus, and potassium absorption values of the roots were 29.09, 9.27, 115.96 g·kg-1, respectively. The maximum nitrogen, phosphorus, and potassium absorption values of the stems were 36.54, 4.15, 88.29 g·kg-1, respectively. The maximum nitrogen, phosphorus, and potassium absorption values of the leaves were 67.12, 5.35, 100.53 g·kg-1, respectively. The maximum nitrogen, phosphorus, and potassium absorption values of the ears were 50.21, 7.58, 75.68 g·kg-1, respectively.Nutrient accumulation was mainly distributed in the leaves and stems during the booting and flowering stages, and gradually moved to the panicles during the filling and maturation stages. At the maturity stage, the average nutrient accumulation distribution ratios in the panicles for nitrogen, phosphorus, and potassium were 71.33%, 83.66%, 55.29%, respectively. When the nitrogen application rate was 160 kg·hm-2, quinoa's growth and yield had shown the best performance. In conclusion, the optimal nitrogen application rate of 160 kg·hm-2 has been determined as the best for quinoa, as the maximum absorption of nitrogen, phosphorus, and potassium, the highest nutrient accumulation and distribution, and the greatest yield has been achieved.

Key words: quinoa;nitrogenous fertilizer;nutrient absorption;nutrient allocation

藜麦(Chenopodium quinoa Willd.)是苋科藜亚科藜属一年生双子叶植物,国内藜麦的种植区域主要分布在山西、吉林、青海、甘肃和河北等地区[3]。藜麦抗逆性强,具有耐盐碱、耐旱、耐寒、耐瘠薄等特性[1],同时富含蛋白质、维生素、矿物质等营养物质,近年来逐渐成为研究热点[2]。

施氮肥可以显著影响作物生长和产量形成,作物养分吸收量随着施氮量的增加而增加,但当施氮量超过一定限度时,养分吸收呈降低趋势[4-6]。赵志伟等[7]研究表明,随着施氮量的增加,藜麦养分吸收和氮素表观利用率也随之增加;当过量施肥时,藜麦养分吸收和氮素表观利用率呈下降趋势。施氮肥可以显著提高藜麦产量。康小华等[8]研究表明,当施氮量为60 kg·hm-2且基肥与追肥比例为1∶2时,藜麦的产量和经济效益最佳。施氮肥还会影响作物体内养分分配,进而影响产量形成。兰茜等[9]研究表明,棉花养分吸收量与施氮量呈正比,并且施氮量不同会导致养分在不同器官中分配特征也不同。侯云鹏等[10]研究表明,适宜的氮肥用量可以促进养分向水稻籽粒转运,使籽粒养分显著提高,达到源库平衡,从而提高产量。养分吸收和分配与作物产量高度相关,研究新疆地区藜麦养分吸收与分配规律对藜麦高产种植具有重要意义。不同作物、施肥浓度、土壤肥力等均会造成作物养分吸收与分配规律不同,但是目前国内对于藜麦的研究主要关注在营养成分和栽培技术等方面[11],对藜麦各器官养分吸收与分配规律的研究较少。因此,本研究探索不同施氮量对藜麦养分吸收及养分累积分配的影响,以期为建立新疆地区藜麦高产高效施肥制度提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

藜麦品种为伊藜早1号,由新疆农科院粮作所提供。供试肥料为尿素(含N 46%)、重过磷酸钙(含P2O5 44%)、水溶性硫酸钾(含K2O 51%)。

1.2 试验方法

1.2.1 试验地概况 试验地位于新疆农业大学陆港校区三坪试验基地(43°93′N,87°35′E),海拔593" m,属于温带大陆性干旱气候,土壤为灰漠土。试验地土壤厚度为0~20 cm,pH值为8.2,电导率为243.5 μS·cm-1,速效钾含量为171.32 mg·kg-1,有效磷含量为15.06 mg·kg-1,碱解氮含量为21.61 mg·kg-1,有机质含量为16.76" g·kg-1。

1.2.2 试验设计 试验于2023年5—9月在新疆农业大学陆港校区三坪试验基地开展。试验设置4个施氮水平,分别为0、80、160、240 kg·hm-2,每个处理重复3次,共12个小区。全生育期各处理施入磷肥140 kg·hm-2、钾肥75 kg·hm-2。每个小区面积为25.2 m2(长7 m×宽3.6 m)。小区覆白膜,一膜两行,膜宽80 cm,在每个施肥小区安装1个施肥罐。小区间过道为1 m,四周设置保护行。采用穴播,每穴下种量为5~6粒,株距为25 cm,行距为50 cm。氮肥和钾肥在播种、现蕾期、盛花期和灌浆期按照2∶3∶3∶2比例分次施用。追肥时,将尿素和水溶性硫酸钾融入水中,滴灌施入。磷肥在播种期全部施用。试验于2023年5月13号播种,9月2号收获,生育期为113 d。

1.3 测定指标与方法

(1)株高和茎粗的测定。藜麦成熟期,每个小区随机选取5株,用卷尺测定主茎从地面到穗顶端的自然高度,用游标卡尺测定主茎基部第一片子叶下节间处[12]。

(2)干物质积累的测定。每个处理在现蕾期各选取3株具有代表性的样品,每个处理在盛花期、灌浆期和成熟期各选取2株具有代表性的样品,将样品保存好并带回实验室,然后将根、茎、叶和穗分好,用清水冲洗,再用蒸馏水润洗2遍,105 ℃杀青,75 ℃烘干至恒质量,测定各生育期各器官干物质质量。

(3)养分的测定。对各器官样品磨细,用以测定其养分。植株养分的测定方法[13]:植株样品用H2SO4-H2O2消煮后,全氮采用奈氏比色法测定,全磷采用钒钼黄比色法测定,全钾采用火焰光度计法测定。

(4)产量的测定。在藜麦叶片80%枯黄且有部分叶片开始脱落时,进行收获测产,每个试验小区随机选取10株长势一致的植株进行测产。晾干脱粒后,测定单株籽粒质量,换算籽粒产量。小区产量计算公式如下:

小区产量=实际留苗数×单株籽粒质量

1.4 数据处理

本研究运用Microsoft Excel 2021软件进行数据整理,运用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析,运用Origin 2021软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量对藜麦养分吸收的影响

2.1.1 不同施氮量对根部养分吸收的影响 由图1可知,不同施氮量显著影响藜麦根部养分吸收。现蕾期,根部氮、磷、钾吸收量最大值分别为29.09、9.27、115.96 g·kg-1。随着生育时期的进行,根部养分吸收量逐渐降低。根部氮含量在盛花期和成熟期均随着施氮量的增加呈先升高后下降趋势(图1-A)。现蕾期,N3处理的磷含量显著高于N1、N2处理;其他3个生育期,不同施氮处理间无显著差异(图1-B)。各处理的根部钾含量仅在成熟期存在显著差异,N2处理的钾含量达到最大值,较N0、N1处理增加66.59%和80.47%(图1-C)。

2.1.2 不同施氮量对茎部养分吸收的影响 由图2可知,不同施氮量对藜麦茎部养分吸收有显著影响。随着藜麦的生长,茎部养分吸收量呈逐渐降低趋势。茎部氮、磷、钾吸收量最大值分别为36.54、4.15、88.29 g·kg-1。灌浆期和成熟期,N3处理的氮含量显著高于不施氮肥处理和N1处理,较不施氮肥处理分别增加57.23%和126.06%(图2-A)。茎部磷含量只有在盛花期达到显著差异,随着施氮量的增加,N2、N3处理的磷含量较N1处理分别降低37.44%和44.35%(图2-B)。成熟期,N2处理的钾含量达到最大值,较其他处理增加27.07%~50.75%;其余3个时期,各处理的钾含量无显著差异(图2-C)。

2.1.3 不同施氮量对叶部养分吸收的影响 由图3可知,各生育期,藜麦叶部养分吸收趋势在各个处理间变化不一致,叶部氮、磷、钾吸收量最大值分别为67.12、5.30、100.53 g·kg-1。随着施氮量的增加,叶部氮含量在生育前期呈先增加后降低趋势,在灌浆期呈逐渐上升趋势。现蕾期和盛花期,N2处理的氮含量均达到最大值,显著高于N3处理。灌浆期,N3处理的氮含量显著高于不施氮肥处理(图3-A)。现蕾期和灌浆期,叶部磷含量均呈先增加后降低趋势;盛花期,随着施氮量的增加,叶部磷含量呈逐渐降低趋势。现蕾期,N2处理的磷含量较N3处理显著增加30.09%(图3-B)。各生育期,随着施氮量的增加,叶部钾含量均呈先增加后降低趋势。现蕾期,不同施氮量差异达到显著水平,N2处理较N3处理显著增加28.20%(图3-C)。

2.1.4 不同施氮量对穗部养分吸收的影响 由图4可知,随着生育期的推移,藜麦穗部氮、磷含量呈下降趋势,钾含量呈先升高后降低趋势,氮、磷、钾吸收量最大值分别为50.21、7.58、75.68 g·kg-1。盛花期和灌浆期,随着施氮量的增加,穗部氮含量呈增加趋势;成熟期,随着施氮量的增加,穗部氮含量呈先增加后降低趋势。盛花期,各处理的氮含量较不施肥增加13.76%~21.96%。灌浆期,N3处理的氮含量达到最大值,较其他处理增加32.30%~38.24%。成熟期,N2处理的氮含量达到最大值,较其他处理增加53.44 %~93.71%(图4-A)。盛花期,N1处理的磷含量达到最大值,较N2处理显著增加25.03%。成熟期,随着施氮量的增加,穗部磷含量逐渐降低,N3处理的磷含量较N1处理显著降低53.06%(图4-B)。盛花期,N1处理的钾含量显著高于不施氮肥处理和N2处理,增幅为11.17%~15.11%(图4-C)。

2.2 不同施氮量对藜麦养分分配的影响

2.2.1 对藜麦各器官氮分配的影响 由图5可知,随着物候期的推移,藜麦各器官的氮累积量占比随之改变,并且不同施氮处理也会显著影响藜麦氮累积分配比例。现蕾期,氮主要分布在叶部,累积量占比排序为叶gt;茎gt;根;盛花期,氮在藜麦体内累积量占比排序为叶gt;穗gt;茎gt;根。随着施氮量的增加,穗部氮累积量占比逐渐增加,N3处理的氮累积量占比显著高于N2处理;灌浆期,不同施氮处理的根部和茎部平均氮累积量占比均达到最低值,氮主要分配在叶部和穗部,茎部氮累积量占比随着施氮量的增加呈上升趋势,N3处理较N0、N1处理分别增加35.60%和34.05%。随着施氮量的增加,穗部氮累积量占比呈降低趋势,N3处理的氮累积量占比较N0处理显著降低114.77%。灌浆期,各器官氮累积量占比排序和盛花期相同;成熟期,根部氮累积量占比增加,茎部氮累积量占比基本保持不变,氮大都转移到穗部,穗部氮平均累积量占比达到71.33%,累积量占比排序为穗gt;根gt;茎。

2.2.2 对藜麦各器官磷分配的影响 由图6可知,整体来看,随着物候期的推移,磷累积量占比在根部和茎部逐渐降低,在叶部变化不大,在穗部逐渐升高。现蕾期,磷主要在叶部和茎部累积,茎部不同施氮量对其磷累积量占比有显著影响,N2处理较N3处理显著增加49.38%,累积量占比排序为叶gt;茎gt;根;盛花期,根、茎和叶部磷累积量占比降低,比现蕾期分别降低286.89%、116.86%和27.75%。磷主要集中在穗部,N3处理较N1、N2处理显著增加23.59%和24.02%,累积量占比排序为穗gt;叶gt;茎gt;根;灌浆期,根部磷累积量占比达到最低值,根部和茎部磷累积量占比随着施氮量的增加而增加,N3处理的磷累积量占比均达到最大值,较N0处理分别增加88.87%和77.90%。叶部磷累积量占比提高,较盛花期平均提高68.85%。穗部磷累积量占比为24.41%~44.54%,但是穗部磷累积量占比随着施氮量的增加呈降低趋势,N3处理较N0处理显著降低82.48%,累积量占比排序为叶gt;穗gt;茎gt;根;成熟期,根部磷累积量占比有所提高,平均增幅为92.48%。茎部磷累积量占比降低,比灌浆期平均降低63.39%。穗部磷累积量占比达到最大值,平均累积量占比为83.66%,累积量占比排序为穗gt;根gt;茎。

2.2.3 对藜麦各器官钾分配的影响 由图7可知,不同施氮处理显著影响了藜麦各器官钾累积量占比,不同物候期的变化趋势也不一致。现蕾期,钾累积量占比排序为茎gt;叶gt;根。盛花期,根部和茎部钾累积量占比减少,较现蕾期分别降低199.05%和36.25%。不同施氮量对茎部钾分配有着显著影响,N2处理较N0、N3处理显著提高57.55%和36.18%。盛花期,钾主要分配在叶部,平均累积量占比为44.50%,N2处理较N0、N3处理显著降低28.44%和19.52%。盛花期,穗部钾平均累积量占比为17.78%,N2处理显著低于其他处理,平均降幅为27.98%,累积量占比排序为叶gt;茎gt;穗gt;根。灌浆期,根部钾累积量占比相较于盛花期基本保持不变。茎部钾累积量占比较盛花期平均降低41.16%,其中N3处理较N0、N1处理显著增加70.43%和66.42%。灌浆期,叶部钾含量累积量占比相较于盛花期有所增加,平均增幅为18.05%。灌浆期,穗部钾含量相较于盛花期有所增加,平均增幅为6.90%,累积量占比排序为叶gt;穗gt;茎gt;根;成熟期,根部钾累积量占比较灌浆期有所降低,平均降幅为10.11%。成熟期,茎部钾累积量占比较灌浆期有所增加,平均增幅为69.86%。随着施氮量的增加,茎部钾累积量占比呈降低趋势,其中N3处理较N0处理显著降低85.12%。成熟期,穗部钾累积量占比在各物候期达到最大值,平均占比达到55.29%,其中N3处理显著高于N0、N2处理,增幅分别为60.33%和27.03%,累积量占比排序为穗gt;茎gt;根。

2.3 不同施氮量对藜麦产量及农艺性状的影响

由表1可知,不同施氮量对藜麦产量及产量构成因素有显著影响。N2处理的产量达到最大值,较N0处理显著增加129.85%。根据所建立的方程得知(图8),当施氮量为165.07 kg·hm-2时,产量达到最大值,为1 271.42 kg·hm-2。N2处理的株高达到最大值,较其他处理显著增加8.44%~12.33%。

3 讨论与结论

3.1 讨论

氮是植物生长必须的营养元素,是蛋白质、叶绿素、酶等生命物质的组成部分,是合成植物体内氨基酸的重要元素。本研究发现,藜麦表现出较好的氮响应。当施氮量为160 kg·hm-2时,藜麦产量较空白对照组增加30.01%,株高较其他处理增加8.44%~12.33%。Kaul等[14]研究发现,当施氮量为120 kg·hm-2时,产量达到3 500 kg·hm-2,比对照增产94%。侯钰晨等[15]研究表明,藜麦幼苗的株高和主根长随着施氮量的增加而增加,施用氮肥对藜麦的生长和增产有着积极的作用。一方面,施氮肥提高了叶片的叶绿素含量和光合效率,从而促进了藜麦的生长和产量的提高;另一方面,施氮肥可以延长籽粒的灌浆和成熟进程[16],有利于籽粒累积更多的养分,进而提高产量,而过量施氮肥会导致作物体内养分元素不均衡,减少物质合成,降低作物产量。

本研究结果表明,适量施入氮肥有利于藜麦各器官吸收氮素。当施氮量超过160 kg·hm-2时,部分器官吸收氮素会受限。现蕾期,磷含量达到最大值,之后各器官磷含量随着藜麦的生长而逐渐趋势。各时期,N1、N2处理的吸磷量达到最大值。吸钾量同样会随着藜麦的生长而逐渐下降。各时期,N2处理的吸钾量达到最大值。赵博[17]研究发现,随着施氮量的增加,藜麦植株吸氮量逐渐增加。刘敏国等[18]研究发现,藜麦总氮和总磷在显序期达到最高值,之后随着藜麦的生长而逐渐降低,并在成熟期达到最低值。本研究结果表明,施氮可有效促进藜麦各器官吸收养分,养分吸收在现蕾期达到最大值,之后随着藜麦的生长而逐渐降低。这可能与植物的“稀释效应”有关。藜麦生长初期,施氮促使其快速吸收养分,加快碳水化合物的合成,之后随着藜麦的快速生长,养分吸收呈逐渐降低趋势[19]。

协调好源库关系是获得作物高产的基础,调节源库关系的栽培措施主要包括肥料运筹、播期和密度调整、激素调节等[20-21]。本研究表明,随着藜麦物候期的推移,植株体内氮、磷、钾均逐渐向穗和叶部转移。成熟期,相较于不施氮肥,施氮量为240 kg·hm-2时,穗的钾含量累积量占比显著增加27.03%。这说明施入适量氮肥有利于养分向穗部运移。任永峰等[22]研究表明,穗是藜麦生长后期主要的源器官之一,增加对穗的养分运输会增大籽粒库容,提高千粒质量,从而提高产量。王雪等[23]研究认为,适宜的氮素供应可以明显增加萝卜产量和干物质积累量,并在生育后期促使养分由地上部向肉质根转移。张宇等[24]研究发现,施用氮肥通过协调裸燕麦的源库关系,增强了碳水化合物由茎鞘向籽粒的转运能力,进而促进穗花发育,为作物高产提供生理基础。这说明适宜的施氮量可以提高叶片的净光合速率和蒸腾速率[25],增强有机物的同化,使更多的光合产物向籽粒运转,增加库容,从而提高作物产量。

3.2 结论

施氮肥促进了藜麦的生长和养分吸收,有利于养分向穗部运移,显著提高了籽粒产量。现蕾期,藜麦各器官养分吸收达到最大值,之后逐渐降低。现蕾期,氮主要累积分配在叶部,磷部和钾部主要累积分配在根部。灌浆期和成熟期,养分逐渐向穗部运移。综合来看,各生育期,氮肥、磷肥和钾肥施用量分别为160、140、75 kg·hm-2时,藜麦养分吸收、养分累积分配和产量达到最大值。

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基金项目:自治区重点研发计划项目(2022B02010)

作者简介:廖雨(2000—),女,贵州遵义人,在读硕士生,主要从事土壤与植物营养相关研究。

通讯作者简介:胡雨彤(1989—),女,安徽亳州人,博士,副教授,主要从事肥料资源高效利用研究。

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2017春季各地氮肥市场掠影
基于近红外光谱法快速检测藜麦淀粉含量
浅谈山西右玉县藜麦产业现状及发展思路
加快藜麦栽培技术推广 促进高原特色农业升级
农业与技术(2017年3期)2017-03-22 02:09:17
藜麦高产栽培技术试验示范总结