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Effect of application of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizers on yield
in rapeseed (Brassica napus L.) under the waterlogging stress

氮、磷、钾对湿害胁迫下甘蓝型油菜产量的影响


Two rapeseed (Brassica napus L.) varieties (Zhongshuang No.10 and Zhongyouza No.5) were used to study the effects of application of nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) fertilizers on yield in rapeseed under the waterlogging stress. The plant was submerged at the seedling stage to mimic the condition of waterlogging. The experiment was replicated two times with “3414” design. The results showed that N, P and K fertilization significantly affected yield traits in rapeseed under the waterlogging stress. The grey relational analysis showed that N application rate was positively correlated with the number of seed per pod, siliques per plant, primary branches, secondary branches and the length of raceme. The P application rate was positive correlated with the number of siliques per plant and seed per pod. And K application rate was positive correlated with the number of seed per pod, 1000-seed weight and the length of raceme. The results indicated that the ensuring middle level of P and K fertilization, enhanced nitrogen fertilization can significantly increase the yield of rapeseed and the cost value ratio and economic benefits under waterlogging stress. By establishing the fertilizer response equations, the optimum fertilizer applicant of rapeseed under the waterlogging stress were as N 267 kg/ha, P2O5 120 kg/ha, K2O 120 kg/ha.


全 文 :收稿日期:!""#$"#$!% 接受日期:!""#$&!$!’
基金项目:国家科技支撑计划(!""()*+*#)"",!""("""",(#%)资助。
作者简介:丛野(&(#-—),男,辽宁丹东人,硕士研究生,主要从事油菜分子育种工作。./0123:456(’7-8&%,9 :;0
!通讯作者 <=3:"!7$#%#!-’7,,"!7$#%#&-""(;./0123:>==?:@8!%,96=A,321;B8 ;23:4;C>D :6
氮、磷、钾对湿害胁迫下甘蓝型油菜产量的影响
丛 野&,李艳君!,周灿金!,邹崇顺&,张学昆&!,廖 星&!,张春雷&
(&中国农业科学院油料作物研究所,湖北武汉 -,""%!;!武穴市大金镇农技推广服务中心,湖北武穴 -,’-"")
摘要:对甘蓝型油菜品种中双 &"号和中油杂 ’号苗期进行水淹处理模拟湿害胁迫,运用“,-&-”肥料效应田间试验
方案,研究湿害胁迫下施肥量对油菜产量的影响。结果看出,施氮、磷、钾肥对湿害胁迫下的油菜产量性状有重要
影响。灰色关联分析表明,施氮量与每角粒数、单株角果数和一次分枝数、二次分枝数和主花序长呈显著正相关;
施磷量与单株角果数和每角粒数呈显著正相关;施钾量与每角粒数、千粒重和主花序长有呈显著正相关的趋势。
湿害胁迫下,保证中等水平的磷肥和钾肥,增施氮肥可显著提高油菜的单产、投产比和经济效益。通过建立肥效与
产量间的效应函数方程,在湿害危害严重的油菜种植地区,适宜肥料用量为 E !%7 FG H I0!、J!K’ &!" FG H I0!、L!K &!"
FG H I0!。
关键词:油菜;氮、磷、钾肥;湿害;“,-&-”试验方案;灰色关联分析;产量
中图分类号:M%,-9, 文献标识码:* 文章编号:&""#$’"’N(!""()"’$&&!!$"#
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油菜是我国最重要的油料作物之一,产量和播
种面积均居世界首位。与国外的旱地油菜不同,我
国油菜主要为长江流域的水稻轮作冬油菜。与白
菜、芥菜型油菜相比,甘蓝型油菜产量和抗菌核病具
植物营养与肥料学报 !""(,&’(’):&&!!$&&!(
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
J316A E5A42A2;6 16? ^=4A232[=4 M:2=6:=
有显著优势,但耐湿性相对较差[!]。生长过程中,秋
季和春季气候湿润多雨,加之水稻田地下水位较高,
容易田间积水造成油菜湿害,成为我国特有的自然
灾害,常年发生面积一般达 !""万多公顷(主要分布
在四川、重庆、湖北、湖南、安徽、江苏等省),占总面
积 #$%以上[#]。湿害可造成油菜根际缺氧,糖酵
解、乙醇发酵和乳酸发酵产生的乙醇、乳酸、氧自由
基等有害物质对细胞形成伤害,使光合作用下降,生
长受阻,造成油菜株高、茎粗、根粗、根长、绿叶数、叶
面积、干重、有效分枝数、单株角果数和粒数大幅下
降,子粒减产 !&%!’#(’%[")*]。
氮、磷、钾等主要营养元素对油菜的单产和品质
具有十分重要的影响,合理的肥料配比和用量是油
菜高产的基本保证。目前,已有研究表明,正常的灌
溉条件下,氮、磷、钾对作物的产量性状有显著影响,
合理配比氮、磷、钾肥能大幅度提高生物学产量,增
加有效分枝和角果数量,对千粒重影响不明显[+]。
多数研究认为,氮、磷是影响产量的主要因素,磷是
植物重要的组成成分,以多种方式参与植物体内的
各种生物化学过程,对作物生长发育、生理代谢、产
量和品质都起到重要的作用[&]。有研究表明,干旱
等胁迫下,合理的肥料配比会显著减少灾害损
失[,)!#]。但肥料对湿害胁迫下的油菜产量有何影
响,还没有相应的报道。本试验通过研究肥料调控
优化对湿害胁迫下油菜产量的影响,研究湿害条件
下提高油菜产量和经济效益的适宜肥料用量,为湿
害胁迫下的油菜抗灾减灾提供依据。
! 材料与方法
试验设在湿害较重的双季稻地区湖北省武穴市
进行,试验田前作为双季早稻和晚稻。土壤类型为
砂壤土,肥力中等,有机质含量 !&(+ - . /-、01 值
+(#!、碱解氮 !,+ 2- . /-、有效磷 !3(" 2- . /-、速效钾
"3 2- . /-、有效硼 $("+ 2- . /-、有效锌 !(+# 2- . /-、有
效铜 ""! 2- . /-、有效硫 "$(* 2- . /-、有效硅 "3($"
2- . /-、有效钼 "#(!’ 2- . /-、有效铁 !#*(!’ 2- . /-。
供试油菜( !"#$$%&# ’#()$ 45)品种为中双 !$ 号
(6789-:7;<9- =85!$),为湖北省主推品种;中油杂 *
号(6789->8;?< =85 *)为当地新引进示范的品种,均
由中国农业科学院油料作物研究所选育并提供。
试验当地高产水平的最佳施肥量,采用农业部
推荐的“"’!’”最优回归设计肥效试验方案[!")!’],设
氮、磷、钾 "个因素,不施肥、低量、适量、过量 ’个施
肥水平,共 !’个处理,见表 !。每个处理重复 #次,
每小区 !*2#。所用肥料为尿素(含 = ’+%,湖北宜
昌产),过磷酸钙(含 @#A* !#%,湖北省荆门产),氯
化钾(含 B#A +$%,加拿大产);因不考虑硼肥影响,
各处理统一施用优质硼砂 !* /- . 72#。
油菜采用育苗移栽方式进行栽培管理。#$$+
年 3月 !+日播种育苗,!$月 #$日移栽,移栽密度为
每公顷 !$万株。油菜返青后,及时施基肥(氮肥按
总施肥量的 +$%,磷、钾 !$$%与硼砂混合拌匀作基
表 ! 油菜“"#!#”实验方案
$%&’( ! )(*+,-* ./ 01( 23.,3%4 ./“"#!#”/(30+’+5(3 (62(3+4(-0 .- 3%2(*((7
编号 处理 水平 4CDCE: 肥料用量 FK8LC MIC! =$@$B$ $ $ $ $ $ $
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"#!!*期 丛野,等:氮、磷、钾对湿害胁迫下甘蓝型油菜产量的影响
肥点穴埋施),! 月 " 日,氮肥按总施肥量的 #$%撒
施追施苔肥。根据当地秋冬雨季特点,于 !! 月 !$
日开始进行水淹湿害处理,厢沟水面保持在厢面下
!&’,模拟湿害胁迫 !" (后及时排水[!"]。按照刘后
利的方法[!)]调查油菜的农艺性状和产量性状并按
照农业部测土配方施肥技术规范测定土壤各项指
标[!*]。
采用 +,- ./0$!专业版计算氮、磷、钾与产量性
状的关联度[!12!/];根据吴志勇等[!3]和凌新军等[4$]
的方法建立肥效与产量间的数学模型。
! 结果与分析
!"# 各施肥处理对水淹处理后油菜产量的影响
试验表明,各施肥处理 4个品种的农艺性状和
产量比对照都有不同程度的改善和增加(表 4)。在
4种元素施用量相同的条件下,适当增施第 * 种元
素都有明显的增产效果。如磷、钾用量相同的条件
下,中双 !$号处理 !!(5*,464)比处理 4(5$,464)增
表 ! 不同处理对油菜产量性状的影响
$%&’( ! )**(+, -* ./**(0(1, ,0(%,2(1, -1 3/(’. ,0%/,4 -* 0%5(4((.
品种
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处理
=8:7; >
株高
,?
分枝

@?
主花
序长
AB
一次
分枝
,@
二次
分枝
-@
主花序
角果数
5B,
单株角
果数
-,
每角
粒数
-,,
千粒重
!$$$C
D::( E;>
(F)
产量
G9:H(
(IF J K’4)
全生
育期
=L
(()
菌核病 --
病株率 病情
B+, 指数
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中双
!$号
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MT 87&:’: NM(;-,—-9H9VR:D N:8 NH7O;;-,,—-::( N:8 NM(;=L—=M;7H L7;R89;<;--—5M> MT NH7O;D 9OT:&;:( U< !"#$%&’()(* +"#($%&’(&%,;B+,—B7;: MT (9D:7D:
NH7O;D;+P—+9D:7D: 9O(:W;=K: D7’: D<’UMHD E:8: RD:( TM8 M;K:8 ;7UH:D>
#4!! 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 !"卷
产 !"#$%$ &’ ( )*",增幅达 !+,%#$-;中油杂 . 号相
应增产 !,!,%+ &’ ( )*",增幅 !$,%+/-。从处理 +与
处理 0两个处理来看,在氮、钾用量相同条件下,中
双 !# 号处理 0(1"2,3")比处理 +(1"2#3")增产
4,,%+. &’ ( )*",增幅达 0/%//-;中油杂 .号相应增
产 4/$%0 &’ ( )*",增幅达 /!%44-。在氮、磷用量相
同条件下,中双 !# 号处理 !#(1"2"3,)比处理 /
(1"2"3#)增产 /0$%0. &’ ( )*",增幅达 0#%0#-;中油
杂 .号相应增产 4!,%,. &’ ( )*",增幅达 0!%!0-。
对氮、磷、钾和产量进行灰色关联分析表明,与
产量的关联度为氮 5磷 5钾,其中氮与产量的相关
系数为 #%0./4,达到极显著水平;磷与产量的相关
系数为 #%.$0" 达到显著水平;钾的相关系数为
#%.#$,,与产量的关系不显著。说明氮对 " 种油菜
的增产效果最为明显,磷次之,钾作用最小。
!"! 湿害胁迫下各施肥量与产量性状的关联度及
相关性
对 "品种施肥量与产量性状进行关联度分析
(表 ,)看出,4种产量性状指标与施氮量的关联度从
大到小依次是:一次分枝数 5单株角果数 5二次分
枝数 5分枝部位 5主花序长 5每角粒数 5株高 5千
粒重 5主花序角果数。相关分析结果表明,施氮量
与每角粒数(6 7 #%00"$)、单株角果数(6 7 #%0$44)、
一次分枝数(6 7 #%$0++)均达到极显著水平;施氮量
与二次分枝(6 7 #%$"/$),与主花序长(6 7 #%.0",)达
到显著水平,说明施氮量与这些指标呈显著正相关。
与施磷量的关联度从大到小依次是:单株角果
数 5一次分枝数 5主花序长 5株高 5每角粒数 5千
粒重 5分枝部位 5主花序角果数 5二次分枝数。施
磷量与单株角果(6 7 #%$#4")、每角粒数(6 7 #%.,+4)
均呈显著正相关。
与施钾量的关联度从大到小依次是:单株角果
数 5一次分枝数 5二次分枝数 5主花序长 5千粒重
5每角粒数 5分枝部位 5株高 5主花序角果数。施
钾量与每角粒数、千粒重、主花序长和单株角果数的
相关系数接近显著水平,但仍未达到显著水平。
上述结果看出,油菜在湿害胁迫条件下施氮肥
可以增加每角粒数、单株角果数、一次分枝数、二次
分枝数和主花序长;施磷肥能增加单株角果数和每
角粒数。施钾有提高每角粒数、千粒重、主花序长和
单株角果数的趋势。单株角果数、千粒重和每角粒
数对甘蓝型油菜产量起很大作用["!],故在湿害胁迫
下对油菜施肥应着重考虑以上因素。在湿害胁迫
下,应保证中等水平的磷肥和钾肥,增施氮肥可降低
湿害对油菜产量的损失。生产中为减少氮肥的流
失,应采用深施的方式,以提高氮肥利用率。
表 # 产量性状与各肥料的关联度和相关系数
$%&’( # )*(+ ,-**(’%./-01 %02 ,-**(’%./-0 ,-(33/,/(0.1 &(.4((0 +/(’2 .*%/.1 %02 3(*./’/5(*1
肥料
896:;<;=96
项目
>:9*
株高
2?
分枝
部位
@?
主花
序长
AB
一次
分枝数
2@
二次
分枝数
C@
主花序
角果数
1B2
单株
角果数
C2
每角粒数
C22
千粒重
!###D
E99F G:
1 关联度 H(!,I) #%$." #%$$"! #%$.4" #%0!., #%$$0$ #%$+/, #%0#!, #%$.,4 #%$+4.
相关系数 JJ #%!/$! #%"$!$ #%.0",! #%$0++!! #%$"/$! #%,$$" #%0$44!! #%00"$!! #%.!/,
2"K. 关联度 H(!,I) #%$+44 #%$+,. #%$.++ #%$.$" #%.04. #%$,/" #%$0." #%$+0! #%$++0
相关系数 JJ #%!400 #%#,/, #%,0,. #%+0"" #%,#"# #%!/+/ #%$#4"! #%.,+4! #%+!".
3"K 关联度 H(!,I) #%$+#0 #%$++! #%$."! #%$$#! #%$.+. #%$,! #%$$4" #%$+.4 #%$+44
相关系数 JJ #%#,+$ #%!+/+ #%+$0+ #%,!$+ #%,4$. L #%#4#$ #%+.00 #%+4+$ #%+4!4
注(1M:9):H(!,I)—H69N OM6696#%#! 7 #%$$!+
!"# 肥料效应方程建立
经一元二次模型拟合,所有效应函数方程的 !
5 !#%#.,呈显著水平,说明处理间有差异,方程拟合
较好(图 !)。根据各氮、磷、钾肥料间数学一元二次
方程可以得出,本次试验田如果继续增加氮、磷、钾
肥的施用,油菜产量可能会下降。另外,我们根据各
肥料的施肥模型用偏导方式得到各肥料最大施肥
量、最大产量以及最佳施肥量和最佳产量(表 +)。
!"6 “#676”油菜处理经济效益分析
肥料的经济效益分析(未考虑其他因素)看出,
中双 !#号和中油杂 .号获得最高收入都为处理 !#
(1"2"3,),产值分别为 !#./+和 !#4/+元 ( )*";纯收
."!!.期 丛野,等:氮、磷、钾对湿害胁迫下甘蓝型油菜产量的影响
图 ! 不同氮、磷、钾施用量对油菜产量的影响
"#$%! &’’()*+ ,’ -#’’(.(/* 0(1),2(3),4())1556#)1*#,/ .1*(+
,/ 7#(6- ,’ .15(+((-
[!"#$—中双 #$号 !%&’()%*+’( ,&-#$;
!./—中油杂 /号 !%&’(0&*1+ ,&-/]
入为 223# 和 4#3# 元 5 %63(表 /)。产量大于 3$$$
7( 5 %63的处理分别为处理 8(,393:3)、2(,39;:3)、#$
(,393:;)、##(,;93:3),氮、磷、钾都在适量以上水
平,它们的纯收入和投产比相对较大,在生产中应考
虑以上施肥配比。
表 /还看出,从投入和产出比例考虑,中双 #$
号和中油杂 / 号产投比最高的分别为处理 #3
(,#9#:3)和 #;(,#93:#),其次是处理 #; ,#93:# 和处
理 < ,393:#,但其产值都比较小,纯收入相对也少,
生产中不应考虑。从处理 3(,$93:3)、;(,#93:3)、8
(,393:3)的投产比看出,随着氮素的增加纯收入和
投产比显著增加,但提高氮肥用量(处理 ##,,;93:3)
时,又显著下降,说明适量氮肥在油菜湿害胁迫下的
投入对经济效益起至关重要的作用。因此,在油菜
湿害地区适当增加氮肥用量,适施磷、钾肥,以期望
得到较高的产量与经济效益。
根据效应方程并综合中双 #$ 号与中油杂 / 号
的产量和经济效益,在湿害胁迫下,的最佳施肥量分
别为 , 382、93=/ #3$、:3= #3$ 7( 5 %63。优化施肥后,
中双 #$ 号的产量可达 3#;$ 7( 5 %63,投肥产出为
>#22 元 5 %63,投 产 比 达 到 #?>2,纯 收 入 为
22>>元 5 %63;中油杂 /号的产量可达 33$$ 7( 5 %63,
投肥产出为 >232元 5 %63,投产比达到 #?83,纯收入
为 4#<>元 5 %63。
8 讨论
有关施肥对油菜的影响报道较多,李银水等[33]
认为,氮肥是影响油菜产量的主要因子,合理施用氮
肥,能显著提高油菜产量,过量会制约油菜高产水平
表 9 油菜肥料效应方程及相应的推荐用量
:136( 9 "(.*#6#;(. .(+5,/+( (<=1*#,/+ 1/- .(),>>(/-(- ’(.*#6#;(. 1556#)1*#,/ ’,. .15(+((-
品种
@+ABCD0
肥料效应方程
ECADBFB1CA AC)G&’)C CH*+DB&’ A
肥料
ECADBFB1CA
最大施肥量
I+J-
KCADBFB1+DB&’ A+DC
最大产量
I+J- 0BCFL
最佳施肥量
=GDB6*6
KCADBFB1+DB&’ A+DC
最佳产量
=GDB6*6
0BCFL
(7( 5 %63)
中双 #$号
!%&’()%*+’(
,&-#$
. M 4;;?32 N 4?$#;/J O $?$#;J3 $?<<4/?22
. M #3$< N #3?<8#J O $?$>/4J3 $?<44>! 93=/ #>#?/$ 3#3/?<8 #3/?/8 3##>?;;
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中油杂 /号
!%&’(0&*1+
,&-/
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注(,&DC):!,!!表示 /P和 #P显著水平。计算采用的价格(元 5 7()为油菜子 /、, /?>、93=/ 2?;、:3= >?<。下同。!,!! B’LBQ+DC )B(’BKR
BQ+’D +D /P +’L #P FCSCF),AC)GCQDBSCF0- T%C GABQC &K A+GC)CCL +’L KCADBFB1CA(.*+’ 5 7()+AC A+GC)CCL /,, /?>,93=/ 2?;,:3= >?*)CL K&A D+UFC / -
83## 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 #/卷
表 ! “"#$#”油菜处理经济效益
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品种
!"#$%&’
编号
()*%
处理
+#%"&,%-&
产量
.$%/*
(01 2 3,4)
产值
5-6),%
成本
5-78&
纯收入
9%& 7#):$&
投肥产出
5-6),% ;’ :%#&$/$<%# $-78&
投产比
()=& >"/8%
#"&$)(.8"- 2 3,4)
中双
?@号
A3)-1B
=38"-1
9)C?@
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中油杂
M号
A3)-1B
’)8<"
9)CM
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的发挥;刘后利[?F]指出,磷在油菜生长发育中,主
要是对能量传递体系起介质的作用;钾对油菜体内
各种重要的酶类起到活化剂作用;郭庆元等[4H]研
究表明,油菜氮、磷、钾配合施用的增产效果主要是
以增加分枝和角果数来实现的。但是,研究水分胁
迫下肥料效应主要是水稻[?4,4J]、小麦[??]、玉米[G]等
粮食作物,而且多为在干旱胁迫下的肥料效应研究,
对湿害胁迫条件下的肥料调控优化研究尚不多见。
灾害胁迫下,肥料对产量形成有显著的影响。
郑爱泉等[L]报道,合理施用氮肥可以减少干旱胁迫
对作物造成的危害和损失,对其生长、氮代谢、光合
作用和水分状况等方面都会产生影响;张立新等[G]
认为,水分胁迫下,施用氮肥能显著提高硝酸还原酶
活性及脯氨酸、甜菜碱和可溶性蛋白质含量,改善氮
代谢,钾肥对受水分胁迫的夏玉米表现出比氮肥更
突出的效果。灾害胁迫下,缺磷会造成光合碳固定
率即光合速率的降低,进而影响产量[?@]。张蕊
等[??]指出,在水分胁迫条件下,磷作为一种营养元
素,能显著促进小麦的根系发育,改善植株的水分状
况,增加束缚水的含量,提高膜的稳定性和耐脱水能
力及渗透能力,提高小麦的水分利用效率;朱维琴
等[?4]研究表明,干旱逆境下水稻茎叶均以积累 EO
为主要的无机渗透调节物质,适度供氮有利于相同
水分条件下水稻体内 EO的积累进而提高其无机渗
透调节能力和水稻产量。
本研究在湿害胁迫条件下对氮、磷、钾进行调控
优化,油菜的产量可达 4?@@ 01 2 3,4,比对照增产 4
倍,而且投肥产出达到 J@@@元 2 3,4 以上,表明合理
K4??M期 丛野,等:氮、磷、钾对湿害胁迫下甘蓝型油菜产量的影响
配施氮、磷、钾肥,有利于提高油菜产量和经济效益,
这与前人研究基本一致。但湿害胁迫下的氮肥适宜
肥料用量,比正常的灌溉条件下[!"]的施氮量要多,
可能是湿害造成油菜根际缺氧,糖酵解、乙醇发酵和
乳酸发酵产生的乙醇、乳酸、氧自由基等有害物质对
细胞形成伤害。水分胁迫改变了氮素在植物体内的
分配模式,降低氮肥的利用效率,同时水分过多会造
成氮肥通过 #$%& ’#淋失、#(& 挥发与反硝化等严重
损失。通过适量增加氮的施用量,可提高油菜的氮
代谢和光合作用,有利于油菜生长和产量提高。
参 考 文 献:
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