高玉红，吴　兵，牛俊义，杨树军，郭丽琢，张小军，乔永方

(1.甘肃省干旱生境作物学重点实验室， 甘肃 兰州 730070； 2.甘肃农业大学农学院， 甘肃 兰州 730070；

3.甘肃农业大学生命科学技术学院， 甘肃 兰州 730070； 4.民勤县东湖镇人民政府， 甘肃 民勤 733307)



水肥耦合对间作胡麻氮素养分及其产量和品质的影响

高玉红1,2，吴兵3，牛俊义1,2，杨树军4，郭丽琢1,2，张小军2，乔永方2

(1.甘肃省干旱生境作物学重点实验室， 甘肃 兰州 730070； 2.甘肃农业大学农学院， 甘肃 兰州 730070；

3.甘肃农业大学生命科学技术学院， 甘肃 兰州 730070； 4.民勤县东湖镇人民政府， 甘肃 民勤 733307)

摘要：为了摸清目前胡麻生产现状下间作系统、水分和肥料对作物生长发育及其产量形成的综合效应，通过田间试验，研究了水肥互作对胡麻/大豆间作系统中胡麻氮素的耦合效应及其对籽粒产量的影响。结果表明：施氮150 kg·hm(-2)处理下胡麻茎秆含氮量较施氮75 kg·hm(-2)和225 kg·hm(-2)处理极显著高出10.05%～23.58%。水氮互作条件下，施氮150 kg·hm(-2)、灌水2次或3次能够促进胡麻苗期、分茎期、青果期和成熟期根系和茎秆含氮量，且该处理根系含氮量较施氮75 kg·hm(-2)、现蕾期灌一次水处理极显著高4.13%。水、氮单因素及水氮互作对胡麻根、茎、叶片、籽粒中氮素的耦合效应表现为：水氮互作>氮>水。水氮互作条件下胡麻根、茎、果皮含氮量与籽粒产量呈极显著正相关关系。亚麻酸含量为施氮150 kg·hm(-2)、灌水2次较施氮75 kg·hm(-2)灌水1次处理显著高9.22%。间作胡麻现蕾期和盛花期结合施氮150 kg·hm(-2)各灌一次水或现蕾期、盛花期和青果期各灌一次水是沿黄灌区胡麻生产比较适宜的水肥管理措施。

关键词：水肥耦合；胡麻/大豆；氮素含量；产量；品质

水分和氮素调控是作物高产管理的重要组成部分，二者的高效利用已成为全球农业生产备受关注的问题[1]。氮素供应不足，产量降低，增施氮肥可以显著促进作物生长，提高作物产量；但是过量施用氮肥，氮素利用率下降，造成巨大的资源浪费和经济损失，同时也对环境造成不良的影响[2]。施氮处理使玉米植株的氮素积累量增加[3]。李培岭等[4]研究表明，增加灌水和增施氮肥量均有利于提高棉花氮素利用效率，且施氮大于灌水。赵平等[5]研究表明，间作和施氮促进了小麦对氮素的吸收利用。如何把灌溉、施肥和间作模式有效地结合起来是目前栽培技术研究中的一大热点，也是解决我国水资源不足，利用率低及提高肥料利用率的有效途径之一[6]。

胡麻是我国北方干旱半干旱地区重要油料作物和经济作物[7]，主要分布于黄淮海、西北等地区[8]。近年来，随着市场经济的带动，我国胡麻种植面积不断扩大，效益逐年提升，已成为部分地区农民调整种植结构的重要作物之一[9]。于琳等[10]研究指出，磷肥有利于胡麻氮素的吸收。科学合理施肥不但在一定程度上增加了胡麻氮、磷、钾养分含量，而且大幅度地增加了胡麻的产量[11]。谢亚萍等[12-13]研究表明，施氮量为55.20 kg·hm-2时，胡麻叶和茎秆的氮素向籽粒的转移量、转移率及对籽粒氮素的贡献率最大，在0～105 kg·hm-2的施磷范围内，胡麻产量随施磷量增加而增加，增幅最高达28.96%～31.46%。甘肃省白银市沿黄灌区光热资源丰富，灌溉便利，适宜胡麻生产[14]。胡麻/大豆充分利用了该地区年均有效积温一季作物富余两季作物不足的热量资源，具有高投入、高产出的特点，是该区胡麻的主要种植模式。但长期以来，有关间套作的研究大多集中在间套作作物搭配模式、光能利用率、氮磷钾等养分的吸收利用、产量优势等方面[15-17]。关于水肥互作对间作胡麻氮素含量及产量和品质的研究尚未见报道，本研究通过胡麻/大豆田间试验监测了不同灌水及施氮水平下胡麻间作大豆系统中胡麻氮素含量及其产量和品质，以期为胡麻间作系统中水分和氮素养分的合理投入提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验设在甘肃省白银市乌兰乡河靖坪村，海拔1 450 m左右，多年平均气温9.4℃，年平均日照时数2 696 h，年平均降雨量244 mm，年蒸发量1 680 mm，光热充足，无霜期163 d，≥10℃有效积温3 100℃。土壤为耕灌淡灰钙土，含有机质19.11 g·kg-1，全氮0.85 g·kg-1，全磷1.85 g·kg-1，碱解氮165.67 mg·kg-1，速效磷6.96 mg·kg-1，速效钾276.27 mg·kg-1，pH值7.3。试验地地势平坦，灌溉便利，适于间作套种。

1.2试验设计

试验胡麻品种选用“陇亚杂1号”，大豆品种选用“银豆2号”。采用胡麻/大豆间作种植模式。带宽120 cm，其中胡麻种4行，占60 cm，行距20 cm，每公顷保苗600万株；大豆种2行，行距30 cm，间距15 cm，每公顷保苗22.5万株。试验采用二因素随机区组设计，以不同灌水次数(每次浇水1 200 m3·hm-2)和施氮量为参试因子，其中灌水次数设3个水平，分别为现蕾期灌一次水(W1)、现蕾期和盛花期各灌一次水(W2)、现蕾期、盛花期和青果期各灌一次水(W3)；施氮量设3个水平，分别为75 kg·hm-2(N5)、150 kg·hm-2(N10)和225 kg·hm-2(N15)，共9个处理。氮肥分基肥(2/3)和现蕾期追肥(1/3)两次施入，现蕾期的施肥结合灌水进行。各小区磷肥(过磷酸钙)、钾肥(硫酸钾)的施用量分别为P2O5112.5 kg·hm-2、K2O 52.5 kg·hm-2，二者均作为基肥施入。每处理设3次重复，每小区3个带，小区长5 m，小区四周打30 cm埂间隔。在大豆的鼓粒期结合第三次灌水在大豆带追施150 kg·hm-2尿素，试验四周设保护区1 m。于4月28日播种胡麻，10月1日收获；5月1日播种大豆，10月1日收获。其他管理同一般大田。

1.3测定项目及方法

1) 播前测定土壤0～30 cm土层的基本理化性状：有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、pH。

2) 分别于胡麻苗期、分茎期、现蕾期、青果期和成熟期进行采样，取样面积为20 cm×20 cm，取胡麻种植带的植株的根、茎、叶、蒴果和籽粒分别烘干称重，称重后全部粉碎，从其中选取样品，用浓H2SO4-H2O2消化，半微量凯氏定氮测定含氮量[18]。

3) 胡麻收获时按小区实收面积计产，测定胡麻籽粒的品质指标。

1.4数据分析

采用Excel 2007软件进行数据处理，PASW Statistics 18软件进行方差分析和多重比较。

2结果与分析

2.1不同水肥耦合条件下间作胡麻各器官氮素含量

2.1.1水肥耦合对间作胡麻根系氮素含量的影响

由图1可以看出，不同水肥耦合处理下胡麻全生育期根系含氮量总体表现为N10W2处理最高，较N5W1处理显著高出8.45%～10.99%。从不同生育时期看，苗期，N10W2处理较N5W1和N15W3处理极显著高8.45%和9.83%；分茎期，各处理胡麻根系含氮量略有增加，N10W3处理下含氮量最大，较N5W1处理极显著高4.13%；现蕾期，N15W1处理下胡麻地下部分氮素含量较N10W2和N10W3处理分别极显著高14.20%和9.93%；青果期至成熟期，N10W2和N10W3处理下根系含氮量显著增加。说明施氮150 kg·hm-2(N10)，并在胡麻现蕾期和盛花期各灌一次水(W2)或现蕾期、盛花期和青果期各灌一次水(W3)均能够显著促进胡麻苗期、分茎期、青果期和成熟期根系含氮量。

图1水肥耦合对间作胡麻不同生育时期根系含氮量的影响

Fig.1Effects of water and fertilizer on N contents in roots

of intercropped oil flax at different growth stages

2.1.2水肥耦合对间作胡麻茎秆氮素含量的影响 由图2可以看出，不同水肥耦合处理下间作胡麻茎秆含氮量表现为低氮(N5)或高氮(N15)处理显著低于中氮(N10)处理。除现蕾期外，均表现为N10W3处理最高，较最小的N5W1处理极显著高8.40%～26.95%。从不同生育时期来看，苗期，N10W3处理下胡麻茎秆含氮量较低氮和高氮处理极显著高10.05%～23.58%；分茎期，该处理较N5W1、N5W2和N15W3处理分别极显著高26.05%、13.71%和23.85%，较N15W1和N15W3分别显著高10.44%和10.58%；现蕾期各处理茎秆含氮量均有不同程度下降；青果期至成熟期略有增加，其中N10W2和N10W3处理较高，与高肥(N15)处理差异达极显著水平。表明施氮150 kg·hm-2、灌水2次有利于提高茎秆的含氮量。

图2水肥耦合对间作胡麻不同生育时期茎秆含氮量的影响

Fig.2Effects of water and fertilizer on N contents in stems

of intercropped oil flax at different growth stages

2.1.3水肥耦合对间作胡麻叶片氮素含量的影响由图3可见，不同水肥耦合处理下间作胡麻叶片含氮量表现为N15W1处理在分茎期、青果期和成熟期均高于其他处理，分别较N5W1处理显著高22.16%、24.16%和14.68%。各处理叶片含氮量在胡麻全生育期呈“单峰”曲线的变化趋势，拐点在现蕾期。苗期各处理叶片含氮量均较低，N10W3处理较N5W1、N5W2、N10W1和N10W2处理极显著高出14.23%～22.36%；现蕾期植株进入生殖生长阶段，生长旺盛，叶片氮素急剧积累，N10W3处理的增速最快，较前期增加35.84%，与同期其他处理差异极显著；青果至成熟期，随着胡麻籽粒的形成，叶片中的氮素部分转运到籽粒或其他器官，含氮量开始下降，其中N15W1处理较N5和N10水平下各灌水处理极显著高13.62%～24.16%。说明施氮150 kg·hm-2、灌水3次，或施氮225 kg·hm-2、灌水1次均有利于提高胡麻叶片含氮量。

图3水肥耦合对间作胡麻不同生育时期叶含氮量的影响

Fig.3Effects of water and fertilizer on N contents in leaves

of intercropped oil flax at different growth stages

2.1.4水肥耦合对间作胡麻籽粒、果皮氮素含量的影响由图4可以看出，胡麻籽粒形成过程中，蒴果中含氮量急剧积累，且不同的水肥耦合条件对氮素在籽粒中的积累与运转所产生的效应不同。青果至成熟期，N5W3处理下胡麻籽粒含氮量较高，显著高于N15W2和N10W2处理。在果皮中的含氮量远低于籽粒，但青果期仍具有较高的含氮量，且N10W2处理最高，除N10W3处理外，与其他处理差异极显著。成熟期，果皮中的氮素大量向籽粒中运转，含量急剧下降，其中N15W2处理较N5W1、N5W3和N10W1处理分别极显著高2.33、2.38倍和2.47倍；较N5W2和N15W3处理分别显著高1.95和2.12倍。说明较低的施肥水平(施氮75 kg·hm-2)、灌水3次处理(N5W3)有助于提高籽粒含氮量。

图4水肥耦合对间作胡麻不同生育时期籽粒与果皮含氮量的影响

Fig.4Effects of water and fertilizer on N contents in grains and peels of

flax at different growth stages in intercropped oil flax

2.1.5水肥对间作胡麻植株各器官氮素含量的耦合效应由表1可以看出，水分(W)和氮肥(N)互作条件下，单一因素和两因素对胡麻不同生育时期植株各器官氮素含量均产生一定的交互效应，但各因素的效应不尽相同。就同一生育时期不同器官来看，苗期，氮肥对根、茎、叶片含氮量以及灌水对根、叶片含氮量效应极显著；水氮互作对胡麻根、茎、叶片含氮量效应显著；分茎期，氮肥对茎、叶片含氮量，灌水对叶片含氮量均具有极显著效应，水氮互作对茎含氮量效应极显著，对叶片含氮量效应显著；现蕾期，施氮对根系含氮量效应极显著，灌水对叶片含氮量效应极显著，水氮互作均对胡麻茎、叶片含氮量效应极显著；青果期，氮肥对根、茎、叶片、果皮含氮量效应极显著，灌水对茎含氮量效应显著，水氮互作仅对根系含氮量效应极显著；成熟期，氮肥对茎、叶片、籽粒含氮量效应极显著，对根系氮素积累效应显著；灌水对胡麻茎含氮量效应极显著；水氮互作对茎含氮量效应极显著，对叶片含氮量效应显著。说明水氮互作对胡麻茎、叶片含氮量具有显著的耦合效应，可有效促进胡麻苗期至现蕾期茎、叶中氮素积累。

2.2水肥耦合条件下间作胡麻产量性状

由表2可看出，不同施肥及灌水处理下间作胡麻株高、分茎数、每果籽粒数和千粒重均无显著差异，蒴果数为N10W3处理最多，分别较N15W1和N15W2处理显著高44.35%和48.71%。籽粒产量随灌水量的增加而逐渐提高，随施氮量的增加而先增后降。水氮耦合条件下则为施氮150 kg·hm-2、灌水3次的产量最高，较N5W1和N10W1处理分别极显著高37.21%和28.93%；较N15处理极显著高9.94%～43.36%。说明适宜的施氮量(150 kg·hm-2)和灌水2次或3次有利于提高胡麻产量。

2.3不同水肥耦合条件下间作胡麻氮素含量与籽粒产量相关性分析

由表3可见，水肥耦合条件下胡麻各生育时期不同器官氮素含量与籽粒产量之间存在一定的正相关关系。就苗期来看，根、茎含氮量与籽粒产量呈极显著正相关关系。分茎期，茎秆含氮量与产量呈极显著正相关；叶片含氮量与产量显著负相关。现蕾期，各器官氮素含量与产量之间的相关性不显著。青果期，根、果皮含氮量与产量呈极显著正相关。成熟期，根含氮量与产量极显著正相关；茎、叶、籽粒含氮量与产量呈显著正相关关系。总体来看，根、茎、果皮含氮量与籽粒产量呈极显著正相关关系。

2.4水肥耦合条件下胡麻/大豆带田胡麻品质

由表4可看出，不同水肥处理对胡麻各品质指标的影响不尽相同。其中含油率为N10W3处理最高，较N5W1处理显著高3.27%，与其他处理差异不显著；亚油酸含量为N5W1处理最高，较N5W2和N10W2处理分别显著高4.53%和5.51%，与其他处理无显著差异；亚麻酸含量为N10W2处理较高，较N5W1处理显著高9.22%，与其他处理差异不显著；硬脂酸含量为N5W1处理最高，比N15W3处理显著高10.88%，各处理油酸含量无显著差异；棕榈酸含量为N5W3处理最高，较N10W3处理显著高4.70%。总体来看，施氮75 kg·hm-2处理下随着灌水次数的增加胡麻各品质指标含量逐渐升高，施氮150 kg·hm-2时灌水2次亚麻酸含量高于其他，说明该处理有利于提高胡麻品质。

表1　水肥对间作胡麻植株各器官氮素含量耦合效应

表2　水肥耦合对间作胡麻产量及其性状的影响

表3　水肥耦合条件下间作胡麻氮素含量与籽粒产量之间的关系

表4　水肥耦合对间作胡麻品质的影响

3讨论与结论

作物的养分吸收量是估算农田养分移出量的重要参数，植株体内的养分浓度以及养分在植株各部位的分配等参数不同程度地受施肥状况的影响[19]。氮素作为植物营养要素之一，对作物的生命活动、产量的形成具有极其重要的作用，在农业生产中占有相当重要的地位。氮肥用量是影响胡麻产量的关键因子[20]，高晓丽[21]指出，施氮能够显著促进胡麻各器官对氮素的积累，适宜的施氮水平有助于增加胡麻单株蒴果数，提高产量[22]。豆科作物由于具有良好的固氮作用，与非豆科作物间作，在间作种植方式中占绝对统治地位，大量的研究结果表明，养分吸收与间作的产量优势之间存在明显的正相关关系[23-24]。赵平等[5]研究表明，间作和施氮能够促进小麦对氮素的吸收利用。严重水分亏缺影响了植株对氮素的吸收，降低了营养器官的含氮量[25]。Gooding[26-27]等指出，适宜的土壤水分可同时提高小麦产量和氮素吸收效率，灌水过量则起反作用。根据水分和氮肥的这种效应，尹光华等[28]研究了水肥互作对辽西半干旱区田间春小麦光合作用的耦合效应，研究发现，水分和肥料单因素对小麦光合效应表现为：氮>水>磷，交互耦合效应为：水氮耦合>氮磷耦合>水磷耦合。曲威等[29]对玉米的研究表明，水肥单因子对玉米籽粒全氮的含量的影响效应为：施氮>施磷>灌水。灌水与施氮、施磷之间的交互项系数均为正值，灌水与施氮、施磷之间的配合对提高玉米籽粒全氮含量表现为正的交互作用。雍太文[30]研究指出，麦/玉/豆套作可显著提高各作物在开花期与成熟期的籽粒产量与吸氮量和地上部植株的总生物量与总吸氮量。本试验研究了水肥互作对间作胡麻氮素含量的耦合效应，结果表明：施氮150 kg·hm-2水平下，现蕾期和盛花期各灌一次水或现蕾期、盛花期和青果期各灌一次水均能够显著促进胡麻各生育时期根系和茎秆含氮量。施氮225 kg·hm-2、灌水1次均有利于提高胡麻叶片含氮量。施氮75 kg·hm-2、灌水3次可提高籽粒含氮量。说明单一水分和施肥管理能够影响胡麻各器官含氮量，二者互作使得单一因素的效应受到另一因素的牵制，从而使氮素含量发生不同程度的改变。籽粒产量随灌水量的增加而增加，随施氮量的增加先增加后降低。其中，施氮150 kg·hm-2、灌水2次或3次胡麻产量较高。籽粒产量与各器官含氮量之间存在一定的正相关关系。亚麻酸含量为施氮150 kg·hm-2、灌水2次最高，较施氮75 kg·hm-2、灌水1次处理显著高9.22%。说明施氮150 kg·hm-2、灌水2次，能有效地促进胡麻植株各器官中的氮素含量，有利于胡麻高产优质，是沿黄灌区胡麻生产中比较适宜的水肥管理措施。

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Effects of water and fertilizer coupling on nitrogen content,grain yield and quality of intercropped oil flax

GAO Yu-hong1,2, WU Bing3, NIU Jun-yi1,2, YANG Shu-jun4,GUO Li-zhuo1,2, ZHANG Xiao-jun2, QIAO Yong-fang2

(1.GansuProvincialKeyLaboratoryofAridlandCropScience,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China;2.CollegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China;3.CollegeofLifeSciencesandTechnology,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China;4.ThePeople'sGovernmentofEast-lakeTownMinqinCounty,Minqin,Gansu, 733307,China)

Abstract：To elucidate the current production status of flax and the comprehensive effect of the intercropping system, and water and fertilizer on crop growth and yield formation, a field experiment was implemented to study the effects of water and fertilizer coupling on nitrogen content, and grain yield of flax in flax/soybean system in northwest China. The results indicated that the stem nitrogen content under 150 kg·hm(-2) fertilizer treatment was 10.05%～23.58% higher than that under 75 kg·hm(-2) and 225 kg·hm(-2) treatments. The treatment with 150 kg·hm(-2) fertilizer and irrigation two or three times could promote nitrogen content in root and stem at seeding, budding, kernel and maturity stages, resulting in 4.13% more nitrogen content than that with 75 kg·hm(-2) fertilizer and irrigation once. The influences of water, nitrogen fertilizer and water/fertilizer coupling on nitrogen content in roots, stem, leaf and grain were in the following order: water and fertilizer coupling>nitrogen fertilizer>water. Nitrogen contents in root, stem and peel were significantly positively correlated with seed production under the water/fertilizer coupling condition. The linolenic acid content of oil flax with 150 kg·hm(-2) fertilizer and two times irrigations was 9.22% higher than that with 75 kg·hm(-2) fertilizer and one time irrigation at a significant level. It is concluded that the treatment of 150 kg·hm(-2) fertilizer and two or three times irrigation may be a suitable managerial measures for water and fertilizer in the irrigated area along the yellow river.

Keywords:water/fertilizer coupling; intercropped flax and soybean; nitrogen content; grain yield; quality

中图分类号：S343.1

文献标志码：A

作者简介：高玉红(1978—)，女，甘肃民勤人，博士，副教授，主要从事作物高产高效栽培理论与技术研究。 E-mail:gaoyh@gsau.edu.cn。通信作者：牛俊义(1957—)，男，甘肃会宁人，教授，博士生导师，主要从事作物高产高效栽培理论与技术及作物生态生理研究。 E-mail:niujy@gsau.edu.cn。

基金项目：国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-17-GW-9)；甘肃省自然科学基金(1107RJZA160)；盛彤笙科技创新基金(GSAV-STS-1327)

收稿日期：2015-01-16

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.11

文章编号：1000-7601(2016)02-0069-07