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Effect of potassium fertilizer and plastic film mulching on growth and size inequality in Lilium davidii var. unicolor

钾肥与覆膜调控对兰州百合生长及个体大小不整齐性的影响



全 文 :书钾肥与覆膜调控对兰州百合生长及
个体大小不整齐性的影响
杨雨华1,2,李文龙3,黄鹏4,宗建伟5,李自珍2
(1.平顶山学院低山丘陵区生态修复重点实验室,河南 平顶山467000;2.兰州大学干旱与草地生态教育部重点实验室,
甘肃 兰州730000;3.兰州大学草地农业科技学院,甘肃 兰州730020;4.甘肃农业大学农学院,
甘肃 兰州730070;5.西北农林科技大学林学院,陕西 杨陵712100)
摘要:研究了钾素和覆膜对兰州百合收获指数、生殖配置和个体大小不整齐性的影响,并探讨了其影响机制。钾肥
处理与K0 相比,露地栽培下,鳞茎产量提高44.42%,生物产量提高20.60%,收获指数提高14.30%,生殖配置
5.55%;覆膜栽培下,鳞茎产量、生物产量、收获指数和生殖配置分别提高了57.21%,13.89%,23.30%和7.35%。
无论覆膜还是露地栽培,兰州百合个体大小不整齐性随着钾肥用量的增加而降低。与露地对照相比,覆膜栽培提
高百合鳞茎产量15.59%,生物产量提高13.09%。但是,覆膜种群的收获指数和生殖配置相对于露地栽培,分别
降低4.19%和3.20%。说明兰州百合种群个体大小不整齐性与钾素施用密切相关,钾肥处理下植株生长旺盛,收
获指数较高。覆膜导致了兰州百合种群的生长冗余,这是覆膜栽培下百合种群内个体竞争加剧,使得个体大小不
整齐性增加的结果。因此,相对于露地种植,覆膜并非总是高效种植措施。
关键词:兰州百合;钾肥;覆膜;个体大小不整齐性;收获指数;生长冗余
中图分类号:S644.106+.2  文献标识码:A  文章编号:10045759(2011)05021706
  植物种群中,个体大小不一致。这种大小等级的建立,是种群空间结构的重要因素,也是植物种群的一个生
物学特征。目前,关于植物种群中个体大小变异的概念和测度方法很多,被广泛接受和采用的是 Weiner和Sol
brig[1]的观点,他们用大小不整齐性(sizeinequality)来反映植物种群中广泛存在的个体大小变异。其具体含义
包括3点:1)植物种群中个体大小存在很大变异;2)多数植物种群由少量大个体和大量小个体组成,种群中个体
生物量呈正偏斜分布;3)相对较大的个体对种群生物量贡献较大,在生存、繁殖中占优势,称之为“优势个体”。作
为种群水平性状的个体大小不整齐性,是种群固有的特征参量,影响其形成的因素有很多,比如年龄差异、遗传差
异、环境异质性、母性遗传效应、捕食和竞争等[2]。自然种群中大小不整齐性的形成往往是诸多因素综合作用的
结果,在其生长过程中,大小不整齐性通过种群自身调节和对环境的适应性反映而建立。而在人工作物种群中,
由于栽培条件的改善和育种技术的应用,个体间竞争成为人工种群中个体大小不整齐性形成的重要因素。资源
水平、环境条件的改变能直接或间接影响种内竞争强度,从而影响大小不整齐性的程度[37]。大小不整齐性可作
为衡量作物种群种内竞争强度的一个指标[6,7]。大小不整齐性的增大,意味着种内竞争强度加剧,少数优势个体
优先利用有限的资源以实现其生存和繁殖。这种优化个体竞争能力是一种进化上稳定的对策(ESS,evolution
arilystablestrategy)[8]。但这种种内竞争加剧也极有可能降低繁殖输出[8,9]。潘晓云等[10]和Du等[11]以春小麦
(犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿)为研究对象,通过覆膜和灌溉试验,认为作物种群中个体大小不整齐性与繁殖输出成反比。
原因在于加剧的种内竞争使个体更多地将光合产物用于植株营养生长[12],从而造成生长冗余,降低繁殖输入。
因此,作物生产中,要尽量减少大小不整齐性现象的出现。
兰州百合(犔犻犾犻狌犿犱犪狏犻犱犻犻var.狌狀犻犮狅犾狅狉)是百合科百合属川百合的一个变种,其鳞茎硕大,细腻甘甜,营养丰
富;其花单生,花色艳丽,有很高的食用、药用和观赏价值。兰州百合不仅是百合中的上品,而且还是我国四大百
第20卷 第5期
Vol.20,No.5
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
217-222
2011年10月
 收稿日期:20100730;改回日期:20101021
基金项目:国家自然科学基金项目(30970478,30970491),教育部博士点基金青年项目(20070740031)和甘肃省科技支撑项目(0708NKCA
121)资助。
作者简介:杨雨华(1980),女,河南商丘人,在读博士。Email:yyzdx2003@163.com
通讯作者。Email:zizhenlee@lzu.edu.cn
合品系中唯一可食用的品系。我国著名的植物分类学家孔宪武教授曾盛赞“兰州百合味极鲜美,纤维很少,又毫
无苦味,不但闻名全国,亦可称世界第一”。兰州百合是兰州地方特色产品和优势产业,在地方经济发展中占有重
要地位。目前,对兰州百合的研究集中于种植栽培、贮藏保鲜、化学成分、细胞生物学、分子生物学、保健食品开
发、杂交育种、组织培养和离体快繁等方面[13]。从种群生态学的角度出发,研究兰州百合对环境的适应机理及不
同环境条件对其产量形成影响的文献较少。然而作物的生产是个种群过程[14,15],植物对环境的反应、资源获取
和利用状况,种群的生长、功能,不能仅根据种群平均效应的结果而了解,必须在更为详细的种群数量结构的基础
上进行探讨。本研究从植物个体大小不整齐性和生活史策略的种群生态学角度出发,探讨钾素和覆膜对兰州百
合种群个体大小不整齐性的影响,以及大小不整齐性与百合收获指数的关系。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验设在甘肃省兰州市东南山区坡耕地进行(104°09′E,35°52′N)。该区属半干旱山区,海拔2100m,气候
冷凉,年均温6.2℃,无霜期约140d,年辐射总量5898MJ/m2,年日照时数2600h,年降水量450mm左右,该
区农业属雨养农业。土壤类型为砂质壤土。0~20cm 土壤有机质含量9.4g/kg,全氮0.82g/kg,全磷0.78
g/kg,碱解氮0.075g/kg,速效磷0.078g/kg,速效钾0.12g/kg。
1.2 试验材料与设计
供试材料为兰州本地产商品种球,健壮、无分瓣的籽鳞茎,平均重21g。2006年3月栽种,2008年11月收
获。
试验采用随机区组设计,3次重复,小区面积4m×20m。条行覆膜穴播,行距20cm,株距15cm。以露地播
种为对照,行距35cm,株距15cm。施钾肥处理,肥料使用硫酸钾。施钾量(以K计算)设K0、KL、KH3个水平,
施用量分别为0,60,120kg/hm2。田间栽植密度2.25×105 株/hm2。田间管理同大田。
1.3 研究方法与数据处理
苗期、现蕾期、盛花期和收获期各取样1次。每小区选取代表性植株10株,观测百合株高,地茎(游标卡尺距
地面2cm处测定),叶片数,然后烘干(75℃,48h),称重。收获期计测鳞茎个体重、头数、鳞片数、单位面积鳞茎
数和鳞茎产量。
各个指标均采用SPSS统计软件进行方差分析或配对样本检验。大小不整齐性指标采用Gini系数[1]:
犌=∑

犻=1


犼=1
|狓犻-狓犼|/2狀2珚狓
式中,狀为样本容量,珚狓为样本均值,狓犻、狓犼分别为个体犻和犼的地上生物量。
收获指数(harvestingindex,HI)用“商品鳞茎产量/植株总生物量”表示;用“鳞茎总产量(商品鳞茎和子鳞
茎)/植株总生物量”值作为个体的生殖配置(reproductivealocation,RA)的估测。
2 结果与分析
2.1 兰州百合地上部分生长特性
株高和茎粗是衡量兰州百合植株长势和健壮程度的指标。从兰州百合整个生育期来看,增施钾肥能够促使
植株长势旺盛,茎秆粗壮,叶片数增多。在露地或覆膜条件下,增施钾肥后,株高、地茎和叶片数均相应增加(图
1)。据田间观测,钾肥处理下,茎秆柔韧性增强,不易折断;且叶色浓绿。这表明钾能活化相关的酶,促进叶绿素
形成,加强CO2 的同化和光合产物的运输,提高光合磷酸化作用和光合作用的强度与效率[16]。
覆膜有利于促进兰州百合植株生长。从苗期至收获期覆膜处理下的株高、地茎和叶片数均高于露地对照,且
在盛花期达到最大。用配对样本检验比较覆膜和露地栽培对兰州百合各个时期株高、茎粗和叶片数的影响,结果
表明,与对照相比,覆膜对兰州百合株高没有显著性影响(犘>0.05);对苗期和现蕾期的茎粗影响显著(犘<
0.05);对叶片数,则在盛花期和现蕾期有显著性影响(犘<0.05)。
2.2 兰州百合鳞茎产量、产量因子和收获指数(HI)
随着钾肥用量的增加,兰州百合生物产量、个体鳞茎重量、鳞茎产量和 HI也随之增加(表1,图2)。与K0 相
812 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.5
比,KL和KH处理下,百合生物产量在露地条件下分别
图1 兰州百合不同处理下的植株生长动态
犉犻犵.1 犜犺犲犱狔狀犪犿犻犮犵狉狅狑狋犺狅犳犔.犱犪狏犻犱犻狏犪狉.狌狀犻犮狅犾狅狉犻狀
狏犪狉犻狅狌狊狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊犪狋狊犲狏犲狉犪犾犵狉狅狑狋犺狊狋犪犵犲狊
NM:露地栽培Nonmulching;M:覆膜栽培 Mulching;K0:K0
kg/hm2;KL:K60kg/hm2;KH:K120kg/hm2;S:苗期
Seedling;B:现蕾期Buding;F:盛花期Flowering;
H:收获期 Harvesting.下同Thesamebelow.
提高了17.69%和23.52%,在覆膜条件下分别提高了
8.50%和19.29%;个体鳞茎重量在露地栽培下分别
提高了38.27%和41.46%,在覆膜栽培下分别提高了
47.20%和50.38%;鳞茎产量在露地条件下分别提高了
42.64%和46.19%,在覆膜条件下分别提高了56.28%
和58.14%。生物产量在KL 和KH 处理间差异显著,
而个体鳞茎重量,鳞茎产量和 HI则无显著性差异。
钾肥提高鳞茎鳞片数,2种种植条件下,各个钾肥水平
处理之间差异显著。鳞茎头数在露地栽培下,KH 处
理显著高于 K0 处理,而覆膜栽培下,K0 处理显著低
于KL 和 KH 处理,KL 和 KH 处理间没有显著差异。
钾肥处理对单位面积鳞茎数无显著影响。
与露地栽培相比,地膜覆盖能提高生物产量
(8.32%~17.49%),鳞茎重量(6.77%~13.66%),鳞
茎产量(9.13%~19.57%),却降低 HI(1.44%~
9.52%)和RA(2.12%~4.35%)(表1)。作物种群的
收获指数和生殖配置是衡量作物生长冗余的重要指
标[9]。本试验中,覆膜栽培下较低的 HI和RA表明
覆膜导致了兰州百合种群的生长冗余。用配对样本检
验比较覆膜和露地栽培对兰州百合对生物产量、鳞茎
重量、头数、鳞片数和单位面积鳞茎数的影响,结果表
明,覆膜对兰州百合生物产量影响差异显著(犘<
0.05)。
2.3 兰州百合种群Gini系数及其与收获指数的关系
在几个重要的生育期内,地膜覆盖与其对照的
Gini系数动态有显著差异。Gini系数的变化与兰州
百合群体生长发育特性有关,由于兰州百合种群在盛
花期茎叶达到最大值,此时竞争最为激烈,因此百合种
群大小不整齐性峰值出现在盛花期。苗期是影响兰州
百合鳞茎产量的关键时期,覆膜栽培下适宜的土壤温
度和湿度使得百合出苗率提高,相对密度高于对照。
因此,覆膜种群的Gini系数在苗期略高于露地种群。
从现蕾期到盛花期,覆膜种群个体生长相比对照,植株
生长更为旺盛(较高的株高、较粗的地茎和较大的叶面积)(图1),个体间竞争强度较大,因而,在现蕾期和盛花期
覆膜种群的Gini系数较大。收获期茎叶开始枯萎,但覆膜栽培可以延长作物的生育期,因此,覆膜种群的Gini系
数仍略高于对照(图3)。覆膜对兰州百合种群4个时期的平均Gini系数值影响显著(犘<0.05),且其值与HI和
RA都呈显著负相关(图4)。
3 结论与讨论
作物 HI的形成有其生理结构功能为基础的内在规律性,但也会受到耕种措施等环境条件的影响。根据优
化理论[17],作物营养生长和生殖生长处于一对矛盾之中。在一定的栽培措施下,光合产物向营养生长(例如竞
争)分配的增加或减少,必然会导致向生殖生长分配的减少或增加,从而导致HI的减小或增大。HI的这种变
912第20卷第5期 草业学报2011年
表1 钾肥和覆膜对兰州百合产量和产量因子、收获指数和生殖配置的影响
犜犪犫犾犲1 犈犳犳犲犮狋狅犳犓犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉犪狀犱犿狌犾犮犺犻狀犵狅狀犫犻狅犾狅犵犻犮犪犾狔犻犲犾犱,犫狌犾犫狔犻犲犾犱,狔犻犲犾犱犮狅犿狆狅狀犲狀狋狊,犺犪狉狏犲狊狋犻狀犱犲狓
犪狀犱狉犲狆狉狅犱狌犮狋犻狏犲犪犾狅犮犪狋犻狅狀狅犳犔.犱犪狏犻犱犻狏犪狉.狌狀犻犮狅犾狅狉
处理
Treatments
生物量
Biomass
(g/m2)
个体鳞茎重
Bulbweight
(g)
鳞茎产量
Bulbyield
(kg/m2)
头数
CuilerNo.
鳞片数
ScaleNo.
单位面积鳞茎数
BulbNo.perm2
(No./m2)
收获指数
HI
生殖配置
RA
露地 K0 1063.75a 77.45a 1.97a 1.3a 58a 26a 0.552a 0.792a
Nonmulching KL 1251.89b 107.09b 2.81b 2.3ab 105b 27a 0.629b 0.819a
KH 1313.99c 109.56b 2.88b 2.7b 120c 27a 0.633b 0.853a
覆膜 K0 1249.82a 82.69a 2.15a 1.7a 72a 27a 0.504a 0.759a
Mulching KL 1356.08b 121.72b 3.36b 3.0b 108b 28a 0.619b 0.802b
KH 1490.86c 124.35b 3.40b 3.7b 126c 28a 0.624b 0.827b
 注:不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。
 Note:Thedifferentsmallettersshowsignificantdifferenceat0.05level.
图2 兰州百合地上部分生物量在不同生育时期的差异
犉犻犵.2 犜犺犲犱犻犳犳犲狉犲狀犮犲狊犻狀犪犫狅狏犲犵狉狅狌狀犱犫犻狅犿犪狊狊狅犳犔.犱犪狏犻犱犻
狏犪狉.狌狀犻犮狅犾狅狉犻狀狏犪狉犻狅狌狊狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊犪狋狊犲狏犲狉犪犾犵狉狅狑狋犺狊狋犪犵犲狊
图3 兰州百合种群不同处理下的犌犻狀犻系数在不同生育期的差异
犉犻犵.3 犜犺犲犱犻犳犳犲狉犲狀犮犲狊犻狀犌犻狀犻狅犳犔.犱犪狏犻犱犻狏犪狉.狌狀犻犮狅犾狅狉
狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀犻狀狏犪狉犻狅狌狊狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊犪狋狊犲狏犲狉犪犾犵狉狅狑狋犺狊狋犪犵犲狊
图4 兰州百合种群犌犻狀犻系数(犌)与收获指数(犎犐)
和生殖配置(犚犃)的相关性
犉犻犵.4 犜犺犲犮狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀狊犫犲狋狑犲犲狀犌犻狀犻犮狅犲犳犳犻犮犻犲狀狋犪狀犱
犺犪狉狏犲狊狋犻狀犱犲狓(犎犐),狉犲狆狉狅犱狌犮狋犻狏犲犪犾狅犮犪狋犻狅狀(犚犃)
化,即同化产物在营养和生殖器官上分配比例的波动,
显示了作物对栽培环境的适应策略。环境胁迫条件
下,个体对亏缺资源的竞争进一步加强。钾的土壤养
分自然供给能力较强[18],但由于农田生态系统施肥不
均衡,长期忽视钾肥的使用,土壤缺钾已是农业生产中
普遍存在的限制因子[19],尤其对兰州百合这类需钾量
大的作物来说[20]。本试验中,钾肥的施用弱化了植株
个体竞争能力,从而减少了竞争(营养生长)对同化产
物分配的影响,降低了百合种群个体大小不整齐性。
且又因钾对百合这种收获地下贮藏器官的作物的生长
及营养物质向地下鳞茎的转移具有重要的促进作
用[16,20],所以随着钾肥用量的增加,百合种群不整齐
性降低,鳞茎产量和HI相应提高。
022 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.5
植物的生殖配置受外界环境的影响,植物也会调节其生殖配置以适应特定生存环境[21]。覆膜处理下,种群
大小不整齐性增加,生殖配置和收获指数降低。兰州百合种群的Gini系数平均值与种群的 HI和RA都呈显著
的负相关。也就是说,随着种内竞争强度的增加(Gini系数增加),作物的生殖配置和收获指数都降低。这是由
于在覆膜处理下植株生长旺盛,种群内个体间竞争加剧,从而使得个体大小不整齐性增大的结果。覆膜栽培提
高了鳞茎产量,只是由于覆膜改善了兰州百合生长发育环境,使其环境容量增加,光合能力增强[2224],但在作物生
长后期光合产物向地下部分的分配比例却降低[25]。可见,相对于露地栽培,虽然覆膜能够提高作物产量
15.59%,但是伴随着产量的提高也导致了百合的生长冗余。因此,对于兰州百合覆膜并不总是有效的栽培措施。
兰州百合以地下鳞茎为收获器官,但其Gini系数值与 HI和RA也呈显著负相关。这与潘晓云等[10]以收获
地上籽粒的春小麦所得结论一致。但在本试验中,兰州百合不同生育时期Gini系数都不大,最大略高于0.1,且
相差较小。相对于旱地小麦,其个体大小不整齐性要小很多。如Du等[11]通过灌溉和覆膜试验得出春小麦在不
同处理下Gini系数最高可达0.2以上,比本试验中兰州百合的Gini系数值大,说明兰州百合种群内个体竞争较
为缓和。兰州百合种群内这种较弱的个体竞争与其生物学特点有关。兰州百合群体生长整齐度较高,抗逆性强,
株型较好,干物质积累能力很强,应付竞争的能力也较强。一般旱区或半干旱区恶劣的生境条件会导致作物种群
内个体竞争激烈,兰州百合性喜干燥,对半干旱区的生境条件更为适应。所以,相对于其他旱地作物,兰州百合自
身的生物学特性决定了其种内竞争不明显,Gini系数较低。
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犈犳犳犲犮狋狅犳狆狅狋犪狊狊犻狌犿犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉犪狀犱狆犾犪狊狋犻犮犳犻犾犿犿狌犾犮犺犻狀犵狅狀犵狉狅狑狋犺犪狀犱
狊犻狕犲犻狀犲狇狌犪犾犻狋狔犻狀犔犻犾犻狌犿犱犪狏犻犱犻狏犪狉.狌狀犻犮狅犾狅狉
YANGYuhua1,2,LIWenlong3,HUANGPeng4,ZONGJianwei5,LIZizhen2
(1.KeyLaboratoryofEcologicalRestorationinHilyArea,PingdingshanUniversity,Pingdingshan467000,
China;2.KeyLaboratoryofAridandGrasslandAgroEcologyofMinistryofEducation,Schoolof
LifeSciences,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China;3.SchoolofPastoralAgriculture
ScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730020,China;4.Colegeof
Agronomy,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China;5.Colege
ofForestry,NorthwestA&FUniversity,Yangling712100,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:TheeffectofKsupplyregimesandplasticfilm mulchingontheharvestindex(HI),reproductive
alocation(RA)andsizeinequalityof犔犻犾犻狌犿犱犪狏犻犱犻犻var.狌狀犻犮狅犾狅狉population,wasdeterminedandtheunder
lyingmechanismswereexplored.ComparedwithK0treatment,bulbyield,biologicalyield,HIandRAof犔.
犱犪狏犻犱犻犻treatedwithKfertilizerincreased44.42%,20.60%,14.30%and5.55%respectivelyundernonmulc
hingconditions,whiletheincreaseswere57.21%,13.89%,23.30%and7.35%respectivelyundermulching
conditions.Eitherwithmulchingornonmulching,sizedifferencesalwaysdecreasedalongtheKsupplygradi
ent.Thebulbyieldandbiologicalyieldof犔.犱犪狏犻犱犻犻undermulchingconditionsincreasedby15.59%and
13.09%,respectivelycomparedwiththoseundernonmulchingconditions.However,HIandRAundermulc
hingconditionswerelowerby4.19%and3.20%respectivelythanthoseundernonmulchingconditions.Re
sultssuggestthatthesizeinequalityof犔.犱犪狏犻犱犻犻populationsarecloselycorrelatedwithKsupply,andthat
undergreaterKsupplytherewererelativelylargerplantswithhigherHI.Growthredundancyundermulching
conditionsoccurredin犔.犱犪狏犻犱犻犻populations,whichmayresultfromtheexacerbatedinterplantcompetition
andgreatersizeinequality.Althoughtherewasasignificantincreaseinbulbyield,犔.犱犪狏犻犱犻犻cultivationwith
plasticfilmmulchingwasnotalwaysthebestmethod.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犔犻犾犻狌犿犱犪狏犻犱犻犻var.狌狀犻犮狅犾狅狉;potassiumfertilizer;plasticfilmmulching;sizeinequality;harvest
index;growthredundancy
222 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.5