不同供磷水平對胡麻磷素養(yǎng)分轉(zhuǎn)運分配及其磷肥效率的影響

謝亞萍，李愛榮，閆志利，?？×x* ，孫芳霞，剡斌，張賀

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，甘肅蘭州730070;2.河北省張家口市農(nóng)業(yè)科學院，河北張家口075000;3.河北科技師范學院，河北秦皇島066004)

磷素是作物生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成必不可少的大量營養(yǎng)元素［1-3］，農(nóng)田土壤有效磷含量必須保持在適當水平才能滿足作物生長需要。但土壤中磷主要以擴散遷移為主，移動量極小，常通過集中施肥或者增加施肥量以彌補磷不易移動這一局限［4］。全世界約有43% 的耕地、我國2/3的農(nóng)田嚴重缺磷［5］，因此，通過土壤施磷可顯著提高作物產(chǎn)量和改善作物品質(zhì)。有研究指出，施磷可提高玉米(Zea mays)產(chǎn)量12.20% ～20.76%［6］，提高大豆(Glycine max)產(chǎn)量1.78 ～2.43 倍［7］，提高大豆蛋白質(zhì)含量 8%［8］;也可提高春小麥(Triticum aestivum)［9］、柱花草(Stylosanthes guianensis)［10］、百合(Lilium spp.)［11］的經(jīng)濟產(chǎn)量和品質(zhì)。但過量施磷，會造成磷素流失、磷肥利用效率下降，全國糧食主產(chǎn)區(qū)水稻(Oryza sativa)、小麥(Triticum aestivum)、玉米和油菜(Brassica campestris)的磷肥利用效率只有7.3% ～22.3%［12-13］。然而，磷在植物體內(nèi)移動性較強，它在各器官的積累和分配對植物生長和提高肥料利用率有重要作用［14-15］。關(guān)于磷素營養(yǎng)吸收積累、運轉(zhuǎn)及分配規(guī)律在小麥［9，16-18］、大豆［7，19］、玉米［6］、菜豆(Phaseolus vulgaris)［20］等作物上已有研究，在胡麻(Linum usitatissimum)方面的研究較少。

胡麻是對磷敏感的作物，但由于在我國胡麻生產(chǎn)中的盲目施肥或土壤中磷含量的差異，常發(fā)生磷不足或分配不合理的現(xiàn)象。導致胡麻單位面積產(chǎn)量僅為900 kg/hm2左右，是發(fā)達國家美國和加拿大年均單位面積產(chǎn)量的78.65%和78.77%［21］。為了提高胡麻的產(chǎn)量和品質(zhì)，農(nóng)業(yè)專家就其施肥規(guī)律和施肥技術(shù)進行了多方面研究，主要集中在肥料的施用量、施肥配比、增產(chǎn)效應(yīng)及品質(zhì)改善等方面。松生滿和田豐［22］研究認為，磷酸二銨施用量對胡麻株高、分枝數(shù)影響不大，但能顯著增加胡麻的單株有效果數(shù)、每果粒數(shù)和千粒重;在旱地胡麻施肥中，適宜的氮磷配比可提高胡麻產(chǎn)量20.49% ～77.27%［23］，但具體的施肥配比因不同區(qū)域的土壤條件而差異較大，生產(chǎn)上應(yīng)針對當?shù)赝寥鲤B(yǎng)分情況確定最佳施肥量［24］;Grant等［25］研究得出，合理施用磷肥，可提高胡麻籽粒中鋅的濃度，進而提高胡麻籽粒的品質(zhì)。本試驗在不同供磷水平下，研究胡麻植株對磷營養(yǎng)的吸收、運轉(zhuǎn)分配規(guī)律及其磷肥利用效率，明確胡麻不同生育階段對磷素營養(yǎng)的需求，以期為胡麻生產(chǎn)中磷肥的合理施用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2011和2012年在河北省張家口市張北縣喜順溝鄉(xiāng)進行。該地區(qū)海拔1450 m，年均氣溫3.2℃，年日照時數(shù) 2300～3100 h，≥10℃年積溫 1320～2200℃，年輻射量140 kJ/cm2，無霜期90～120 d。年均降水量為392.70 mm，年均蒸發(fā)量為1722.60 mm。土壤類型為粘壤土，供試田土壤基本養(yǎng)分含量如表1。

表1 供試田土壤基本理化性狀Table 1 Basic physical-chemical properties of experiment field

1.2 試驗設(shè)計

供試胡麻品種為“壩選三號”，為當?shù)刂髟云贩N。

試驗采取單因素隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)不施磷(P2O5)0 kg/hm2(P0)、低磷:35 kg/hm2(P35)、中磷:70 kg/hm2(P70)和高磷:105 kg/hm2(P105)共4個水平，3次重復(fù)，共12個小區(qū)，以P0為對照(CK)，供試肥料為重過磷酸鈣(P2O5，46%)，全部一次性基施。各處理隨機排列，小區(qū)面積設(shè)置為20 m2(4 m×5 m)，小區(qū)間、重復(fù)間分別設(shè)置30 cm、50 cm寬的走(過)道，四周設(shè)置1 m寬的保護行。

各處理按當?shù)剞r(nóng)業(yè)部門技術(shù)人員確立的最佳施肥量施入氮肥和鉀肥。氮肥選用尿素(含純N 46%)，2/3基肥，1/3于現(xiàn)蕾前追施，施入量為純 N 90 kg/hm2，鉀肥選用硫酸鉀(含 K2O 50%)，基施，施入量為 K2O 90 kg/hm2。種植密度為7.50×106株/hm2，人工條播，播深3 cm，行距20 cm。苗期使用精喹禾靈乳油60 mL+立清乳油80 mL噴霧防除田間雜草。2011年5月15日播種，9月16日收獲;2012年5月17日播種，9月15日收獲。胡麻生長期間，所有處理均未進行灌溉。其他管理方式同一般大田。

1.3 測定項目與方法

分別在苗期、現(xiàn)蕾期、盛花期、子實期和成熟期，即出苗后的33，42，56，87和111 d，每小區(qū)采樣20株，分莖、葉、非籽粒(包括花蕾、花、花柄、蒴果皮、果柄和果軸等)和籽粒，于恒溫箱中105℃殺青30 min，而后在70℃烘至恒重，測定植株地上部分各器官的干物質(zhì)重量。

稱干重后，將樣品粉碎，采用H2SO4－H2O2消煮和釩鉬黃比色法［26］測定樣品含磷量(濃度)。用磷日凈增量(日增量)表示該生長階段的磷吸收動態(tài)，即:

各器官磷日凈增量=各器官在某時間段內(nèi)磷的累積量的增加量/磷累積量的增加量形成的天數(shù)收獲時按小區(qū)單收單打，曬干后稱量測得小區(qū)實際產(chǎn)量。試驗取樣對胡麻小區(qū)產(chǎn)量所造成的影響未計。按Cassman等［27］、Fageria和Baligar［28］、Rathke等［29］、Przulj和Momˇcilovi珋c［30］的方法，計算磷肥農(nóng)學利用率、磷肥表觀利用率，有關(guān)計算公式如下:

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003、SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)整理、方差分析及顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 胡麻植株地上部各器官磷的吸收動態(tài)

由表2可見，胡麻植株地上部各器官中磷的日增量因不同施磷水平而異，施磷改變了磷在某一時段內(nèi)某一器官的日增長量的大小，但沒有改變磷在整個生育期內(nèi)日增量的總體趨勢。即無論施磷與否，在盛花期以前胡麻莖、葉中磷的日增長量持續(xù)增加，在苗期至現(xiàn)蕾期增長量最大;但隨著生殖器官的形成，非籽粒和籽粒部分磷日增長量增加。在盛花期至子實期莖中磷的日增長量大幅度降低，與現(xiàn)蕾期至盛花期相比，最大降幅為95.61%，最小降幅也為74.07%，葉的日增長量為負值，而此時非籽粒和籽粒部分的日增長量達到一生的最大值;生殖生長旺盛期過后(子實期至成熟期)，莖、葉中磷的日增長量又增加;莖中磷的日增量子實期至成熟期比盛花期至子實期增幅達14.76倍(2011年)和60.60倍(2012年)，增幅最小也達9.01倍(2011年);非籽粒和籽粒部分的日增長量降低。

表2 胡麻各生長時期不同器官中磷日增量情況Table 2 Net phosphorus increment per day in different organs of flax during the different growth periods mg/(株 Plant·d)

胡麻整個生育期，在苗期，胡麻植株地上部的莖和葉中，磷的日積累量從高到低依次排序為:中磷＞高磷＞低磷＞不施磷，除中磷與高磷處理間差異顯著外，其他處理間差異均不顯著。而其他各生育階段，胡麻植株地上部各器官——莖、葉、非籽粒和籽粒中，磷素的日增量均隨施磷量的增加而增加，即磷的日增長量為:高磷＞中磷＞低磷＞不施磷，且莖、葉和非籽粒不同施磷水平間差異顯著，籽粒中，不施磷與中磷和高磷處理間差異顯著，不施磷與低磷處理間差異不顯著。與不施磷相比，施磷后胡麻植株各器官磷素的日增長量差異很大，莖中磷素日增長量增加了2.06% ～486.67%，增幅最大的是盛花期至子實期，增幅最小的是子實期至成熟期;葉增加了8.82% ～752.08%，增幅最大的是現(xiàn)蕾期至盛花期，增幅最小的是出苗至苗期;非籽粒部分增加了17.07% ～600.00%，增幅最大的是子實期至成熟期，增幅最小的是現(xiàn)蕾期至盛花期;籽粒部分增加了46.81% ～353.14%，增幅最大的是子實期至成熟期，增幅最小的是盛花期至子實期?？梢姴煌鞴俨町惡艽?，且出現(xiàn)的高峰期也因器官而異。一方面與器官的吸收特性有關(guān)，其次還與不同年份間的溫度、降雨量、外部生長環(huán)境有關(guān)。

2.2 對胡麻植株地上部器官中磷轉(zhuǎn)運的影響

由表3可以看出，盛花期以后，胡麻莖和非籽粒中磷含量持續(xù)增加，沒有磷素轉(zhuǎn)移，只有葉片中磷素發(fā)生轉(zhuǎn)移。葉片中磷的轉(zhuǎn)移量隨施磷量的增加而增加，在施磷量為70 kg/hm2時達到最高峰值，隨后下降。與不施磷處理相比，低磷、中磷和高磷處理磷轉(zhuǎn)移量分別增加了121.84%，285.63%，250.57%(2011年)和115.52%，233.91%，208.62%(2012年);施磷處理間比較，中磷處理比低磷處理間磷轉(zhuǎn)移量增加54.93% ～73.83%(P＜0.05)，比高磷處理間磷轉(zhuǎn)移量增加了 8.19% ～10.00%(P ＜0.05)。

表3 盛花和成熟期胡麻莖、葉和非籽粒中磷的累積量及轉(zhuǎn)運量情況Table 3 Phosphorus and phosphorus translocation at anthesis and maturity in stem，leaf and non-grain kg/hm2

圖1表明不同施磷量對胡麻葉片中磷轉(zhuǎn)移率的影響。由圖可知，葉片中磷轉(zhuǎn)移率隨施磷量的增加而增加，在中磷時達最大值，隨之下降。不施磷與低磷處理間差異不顯著，與中、高磷處理間差異顯著。2011年低磷、中磷和高磷處理的磷轉(zhuǎn)移率比不施磷處理分別增加了13.42%，25.20%和22.38%;2012年分別增加了12.30%，19.61%和16.42%。不同施磷處理間比較，中磷處理磷的轉(zhuǎn)移率比低磷處理增加了7.30% ～11.79%(P＜0.05)，比高磷處理磷轉(zhuǎn)移量增加了2.89% ～3.18%(P ＜0.05)。

籽粒中20.46% ～35.93% 的磷素是靠葉片轉(zhuǎn)運而來，從土壤中吸收直接供應(yīng)的磷素占64.07% ～79.54%(圖2，表3和圖3)。從不同處理胡麻磷素在籽粒中累積、磷素轉(zhuǎn)運及轉(zhuǎn)運效率可以看出，施磷顯著地促進了磷素在籽粒中的累積，且累積量隨著施磷量增加而增加，但中磷和高磷處理間無顯著差異。各施磷處理間磷轉(zhuǎn)運效率在34.04% ～62.17%，隨施磷量增加而增加，但施磷量超過70 kg/hm2時降低，說明過量的施用磷肥不利于磷素的轉(zhuǎn)運，影響作物籽粒產(chǎn)量的形成。

2.3 對胡麻植株地上部磷分配的影響

胡麻地上部各生育時期的磷素吸收和階段累積占整個生育期比率見圖4。圖4表明，胡麻地上部植株中磷素累積比率一直在增加，2011年，苗期的階段累積量占整個生育期累積量的5.87% ～8.96%，2012年占3.61% ～4.72%;在整個生育期占比率最小，可能與苗期胡麻植株開始生長時間短、植株小有關(guān)。進入現(xiàn)蕾期后，胡麻開始進入營養(yǎng)生長與生殖生長并進時期，需要吸收大量養(yǎng)分滿足生長。所以，從現(xiàn)蕾期開始胡麻植株中磷素累積分配比率持續(xù)升高，各個處理累積高峰隨施磷量的多少而不同。不施磷、低磷和高磷處理的累積最高峰在成熟期;中磷處理的磷累積高峰期在子實期，2011和2012年分別為33.22%和34.41%。由圖4可見，在胡麻植株生長的苗期和現(xiàn)蕾期不施磷和低磷處理占比率較大，說明這2個處理吸收磷較多;進入盛花期以后，胡麻植株對磷素吸收急劇增加，一直到成熟期。從子實期到成熟期，2011和2012年胡麻植株中磷素累積量分別占整個生育期累積量的63.58% ～70.30%和60.05% ～67.97%。可見，胡麻植株磷素的吸收累積量主要集中在生殖生長后期。

圖1 不同磷水平對胡麻葉片中磷轉(zhuǎn)移率的影響Fig.1 Effect of different P levels on phosphorus translocation efficiency in leaf of oil flax

圖2 成熟期胡麻籽粒中磷累積量Fig.2 Phosphorus accumulation in grain of oil flax at maturity

2.4 對胡麻產(chǎn)量和磷肥利用效率的影響

施用磷肥可顯著增加胡麻的籽粒產(chǎn)量，但中、高磷處理間產(chǎn)量無顯著差異(表4)。低、中、高施磷量與對照比較，籽粒產(chǎn)量分別增加 253.00，513.00，560.00 kg/hm2(2011年)和 251.15，503.50，579.80 kg/hm2(2012年)，增產(chǎn)率分別為13.09% ～28.96%、13.63% ～31.46%。當施肥量由35 kg/hm2增加到70 kg/hm2時，施肥量增加了97.14%，而產(chǎn)量增加了26.53% ～27.87%;施肥量由70 kg/hm2增加到105 kg/hm2時，施肥量增加了50.73%，而產(chǎn)量增加了28.96% ～31.46%;磷肥的增加量遠遠超過產(chǎn)量的增加量。低、中施磷量時，磷肥表觀利用率隨施磷量的增加提高，施磷(P2O5)量為70 kg/hm2時磷肥表觀利用率最高，達20.22% ～20.53%，以后隨施磷量的增加而降低;說明80% 以上的磷肥未被當季作物吸收利用。施磷量較低時，磷肥農(nóng)學效率隨施磷量的增加而增加，施磷量70 kg/hm2時達最高，隨之下降，說明隨施磷量的增加磷肥的增產(chǎn)效應(yīng)先增加而后下降。

圖3 不同磷水平對貢獻率的影響Fig.3 Effect of different P levels on contribution efficiency

圖4 不同時期胡麻植株中磷累積量占整個生育期的分配比率Fig.4 The distribution ratio of P accumulation in oil flax with different growth stages

3 討論

本研究結(jié)果表明，不同施磷量只是改變作物不同生育階段的養(yǎng)分累積量，總趨勢基本一致。胡麻苗期有一定時間的緩慢生長階段，有限的生長速率限制了養(yǎng)分的作用，因而苗期累積量最少;2011和2012年分別占整個生育期的5.87% ～8.96%和3.61% ～4.72%。子實期和成熟期莖和葉片中磷日增量發(fā)生大幅度變化，主要原因在于子實期籽粒的急劇生長，伴隨著大量養(yǎng)分向籽粒轉(zhuǎn)移，成熟期籽粒生長趨于穩(wěn)定，對養(yǎng)分需求減緩，磷素較多地滯留于營養(yǎng)器官莖中;導致成熟期莖中磷日增量升高。養(yǎng)分的吸收、同化與轉(zhuǎn)運直接影響著作物的生長和發(fā)育，從而影響著產(chǎn)量。了解養(yǎng)分吸收動態(tài)變化規(guī)律，有助于采取有效措施調(diào)控作物生長發(fā)育、提高產(chǎn)量。本研究中磷營養(yǎng)的轉(zhuǎn)運來自胡麻葉片，不同于小麥［31］、玉米［32］等作物來自葉片和莖稈。隨著施磷量的增加，磷素的轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運效率及在籽粒中的比例都降低，說明施用過量的磷不利于磷素向籽粒轉(zhuǎn)運。在中磷處理時，磷素的轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率及對籽粒的貢獻率均最大，2011 和 2012年分別為 1.79，1.55 mg/株;62.17%、54.11%;35.93%和31.62%。2年實驗中吸收和轉(zhuǎn)運差別受溫度、降雨等氣候環(huán)境和栽培環(huán)境影響較大［33-34］。

表4 施磷對胡麻產(chǎn)量與磷肥利用效率的影響Table 4 Effect of P application on the yield and P utilization efficiency of oil flax

肥料用量和施肥時期是施肥技術(shù)的核心，也是影響磷肥利用率的重要因素。本研究表明，不同施磷量只是改變胡麻不同生育階段的磷養(yǎng)分累積量，總趨勢基本一致。從積累百分率來看，胡麻植株在生殖生長后期的子實期和成熟期積累了全生育期磷累積量的60.05% ～70.30%，盛花期、子實期和成熟期累積量占了全生育期的79.02% ～92.17%，可見，生殖生長階段是胡麻吸磷的關(guān)鍵時期，對胡麻產(chǎn)量的形成至關(guān)重要。綜合考慮肥料的時效性，在施肥技術(shù)上，除基肥需適當施磷，以滿足生育前期需磷外，在現(xiàn)蕾前追施磷肥是十分必要的。關(guān)于磷肥施用基追比有待進一步研究。

磷肥可顯著增加胡麻的籽粒產(chǎn)量(表4)，隨著施磷量的增加，作物產(chǎn)量增加，但當施磷量達一定值，作物產(chǎn)量增加不顯著。在低、中、高磷處理時，2011年胡麻產(chǎn)量分別增產(chǎn)13.09%、26.53%和28.96%;2012年分別增產(chǎn)13.63%、27.87%和31.46%?？梢姰斒┓柿砍^70 kg/hm2時，胡麻產(chǎn)量增加不顯著。本研究表明，胡麻植株磷素表觀利用率隨施磷量的增加而降低，中磷處理時最高，2011和2012年分別為20.22%和20.53%;范圍在17.14% ～20.53%之間，低于小麥31.90%和玉米28.90%的報道［35］;說明80% 以上的磷肥未被當季作物吸收利用。施磷量較高時，磷素農(nóng)學效率隨施磷量的增加而下降，中磷處理時最高，2011和2012年分別為7.43和7.30 kg/kg;變化趨勢和磷肥表觀利用率一致，都是先升后降。說明磷肥的過量施用是導致磷肥利用率下降的重要原因之一。磷肥過量施用使得土壤中殘留了大量的磷，不僅浪費資源，而且對地下和地上水體構(gòu)成威脅，污染了環(huán)境。合理適量的施用磷肥，即可保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展，又可減少農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中磷素的流失，提高磷肥利用效率。

綜合考慮，胡麻栽培中磷肥的施用，建議由基施改為播前基施外，現(xiàn)蕾期追施;結(jié)合胡麻產(chǎn)量、磷肥表觀利用效率及磷肥農(nóng)學效率，在本實驗區(qū)，同等肥力土壤條件下，施磷(P2O5)量以70 kg/hm2適宜。

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