氮磷钾硼对油菜产量品质及肥料利用率的影响
doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.25028
伽朕洋1,2 , 赵哲1,2 , 白雨烟1,2 , 张文恬1,2 , 贺子娟1,2 , 侯文邦1,2
1. 河南科技大学农学院,河南 洛阳 471023
2. 河南科技大学甘薯产业研究院,河南 洛阳 471023
基金项目: 河南省科技重点项目(242102111111,2421021110168) ; 河南省重点学科群建设项目(17100001)
Effects of nitrogen, phosphorus, potassium, and borax fertilizers on the yield, quality, and fertilizer utilization of rapeseed
QIE Zhen-yang1,2 , ZHAO Zhe1,2 , BAI Yu-yan1,2 , ZHANG Wen-tian1,2 , HE Zi-juan1,2 , HOU Wen-bang1,2
1. College of Agriculture,Henan University of Science and Technology,Luoyang Henan 471023
2. Sweet Potato Industry Research Institute,Henan University of Science and Technology,Luoyang Henan 471023
摘要
探究氮、磷、钾、硼缺乏处理对双低油菜成熟期养分积累与分配、产量及品质的影响,为油菜合理施肥提供科学依据。2022—2023 年在河南省洛阳市进行大田栽培试验,供试品种为‘双油 195’,试验共设置 5 个处理,分别为 NPKB(即氮磷钾硼肥配施,对照组)、-N(PKB,即不施氮肥)、-P(NKB,即不施磷肥)、-K(NPB,即不施钾肥)及 -B(NPK,即不施硼肥),于成熟期测定油菜农艺性状、产量、产量构成及品质,分析植株养分吸收与分配情况。在不施氮、磷、钾及硼肥的条件下,对油菜株高影响程度由大到小的次序为 -N>-P>-K>-B,对油菜分枝数影响程度由大到小的次序为 -N、-P>-B>-K,其差异均达到显著水平。不施氮、磷、钾、硼肥对籽粒产量有明显影响。与 NPKB 相比,各处理对籽粒产量均有显著减产,其中油菜因不施氮处理减产最大,产量仅为 1162.5 kg/hm2 ;不施磷、钾和硼肥条件下油菜产量减少分别为 56.5%、43.8% 和 34.9%。不同营养元素的农学效率呈现显著差异,其中氮、磷、钾、硼 4 种元素的单位肥料增产效应依次为 13.64 kg/kg N、27.23 kg/kg P2O5、11.11 kg/kg K2O、67.57 kg/kg B。硼元素每公斤投入可显著提升籽粒产量,其增产效益在 4 种元素中最为突出。氮、磷、硼 3 种元素的农学效率均显著优于钾元素。从各元素表观利用率分析,氮素表观利用率(93.02%)显著高于其他元素;而钾元素表观利用率仅为 0.61%,处于最低水平,两者差异达到统计学显著水平(P<0.05)。就肥料贡献率而言,其肥料贡献能力由高到低依次为氮 > 磷 > 钾 > 硼。不施用氮磷钾硼肥显著减少单株角果数和每角粒数,进而减少籽粒产量。油菜籽蛋白质含量与产量呈正相关关系,磷素对油菜籽脂肪酸组成影响较大。因此,种植‘双油 195’需格外注重氮肥及磷肥的施用,以针对性地补充土壤缺乏的养分和实现油菜高产高效生产。
关键词
Abstract
This study investigated the effects of deficiencies in nitrogen,phosphorus,potassium,and boron on nutrient accumulation,distribution,yield,and quality of rapeseed at maturity,providing a scientific basis for rational fertilization practices. The experiment was conducted in Luoyang,Henan province,from 2022 to 2023 using the‘Shuangyou 195’ variety of rapeseed. Five treatments were established,including NPKB(application of nitrogen,phosphorus,potassium, and boron fertilizers,control group),-N(PKB,no nitrogen),-P(NKB,no phosphorus),-K(NPB,no potassium), and -B(NPK,no boron). Agronomic traits,yield components,and quality of rapeseed at maturity were assessed,and nutrient uptake and distribution were analyzed. The order of decreasing impact on rapeseed plant height from greatest to least was -N>-P>-K>-B,and the order of decreasing impact on rapeseed branch number ranked as -N,-P>-B>-K,with the differences reaching a significant level. Not applying nitrogen,phosphorus,potassium,or boron fertilizers had significant impacts on grain yield. Compared with NPKB,all other treatments significantly reduced grain yield. The lowest yield occurred in the no nitrogen treatment at 1162.5 kg/hm2 . Yield reductions due to the lack of phosphorus,potassium,and boron were 56.5%,43.8% and 34.9%,respectively. Significant variations were observed in the nutrient-specific agronomic efficiencies, with unit fertilizer yield responses quantified as 13.64 kg/kg N for nitrogen,27.23 kg/kg P2O5 for phosphorus,11.11 kg/kg K2O for potassium,and 67.57 kg/kg B for boron. Boron application demonstrated the most pronounced yield enhancement effect,outperforming other nutrients. Comparative analysis revealed that nitrogen,phosphorus,and boron exhibited significantly higher agronomic efficiencies than potassium. From a nutrient recovery perspective,apparent utilization rates displayed distinct gradients:nitrogen achieved the highest apparent absorption efficiency at 93.02%,significantly surpassing other elements,while potassium utilization remained minimal at 0.61%,establishing a statistically significant contrast (P<0.05). The contribution ability ranked as nitrogen>phosphorus>potassium>boron. Deficiencies in these nutrients reduced the number of pods per plant and the number of seed per pod,thereby decreasing seed yield. Rapeseed protein content was positively correlated with yield,while phosphorus influenced fatty acid composition. Therefore,special attention should be given to applying nitrogen and phosphorus fertilizers when cultivating‘Shuangyou 195’to address soil nutrient deficits for high-yield production.
油菜(Brassica napus L.)作为我国第一大油料作物,是我国食用植物油的主要来源,2022 年油菜播种面积占全国油料播种面积的 55%,总产量超过 1553.1 万 t[1]。油菜籽粒中含有丰富的油脂和蛋白质,是我国重要的植物油源和饲用蛋白源,其高产与稳产对于保障食用油供给和维护食物安全具有重要意义[2]。相较于其他食用植物油,菜籽油中的饱和脂肪酸含量低、油酸含量高,亚油酸和亚麻酸含量合理,富含有益健康的甾醇、多酚、维生素 E 和微量元素[3]。矿质养分是植物生长和发育的基础,施肥则是保障作物健壮生长、获得高产的重要栽培措施。深入研究氮、磷、钾、硼素养分缺乏对油菜生长发育、产量品质及生理特性的影响,对实现当地油菜高产优质具有重要意义。
氮、磷、钾、硼元素以各种形式参与植物的生理代谢过程,在油菜生长及发育过程中有着重要的作用。前人研究表明,氮是油菜产量最重要的限制因子,油菜在缺氮条件下生长发育严重受阻,表现为植株矮小、成熟期分枝和单株角果数显著减少,导致产量偏低[4]。施氮能够显著增加籽粒蛋白质含量,降低籽粒含油量,但对于脂肪酸组成目前研究的较少,且结论不一[5-7]。磷是植物生长发育必需的大量营养元素[8],缺磷会抑制油菜生长,过量施用磷肥会对油菜生长带来不利影响[9]。施磷可增强作物氮代谢,促进作物对氮素的吸收,为籽粒蛋白质的合成提供物质基础[10]。钾是植物生长发育所必需的三大矿质营养元素之一,缺钾时成熟期油菜的单株角果数会显著降低,但对每角果粒数和千粒重影响不大[11-12]。施钾可以提高油菜籽粒含油量,但对蛋白质含量及脂肪酸组成的影响尚不明确。硼是高等植物生长发育必需的微量营养元素,缺硼会影响油菜的花粉发育和果实结实,进而降低产量,影响油菜的品质和营养价值[13]。施硼与细胞壁结构、细胞膜稳定性及蔗糖合成等众多生理生化功能密切相关,适宜的硼肥用量成为获得高品质作物的重要因素。
油菜是河南省的主要油料作物之一,常年种植面积 33 万~40 万 hm2。豫西地区作为河南省重要的农业生产基地,油菜可种植面积广阔,但以往的氮磷钾硼配比及用量对油菜增产增效的研究多侧重于长江中下游地区,对豫西地区的研究较为薄弱。因此,本研究通过开展氮磷钾硼肥料的田间试验,旨在深入探究不施氮磷钾硼肥条件下对油菜成熟期外部形态、养分积累及分配、产量与品质的影响,以期为豫西地区油菜生长时氮磷钾硼肥的优化施用提供依据和参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
本试验选用双低油菜品种‘双油 195 号’为试验材料,由河南省农业科学院棉花油料作物研究所提供。
1.2 试验设计
田间试验于 2022 年 10 月至 2023 年 5 月在河南科技大学开元校区(34°39′ 41″ N,112°24′ 7″ E)校内试验田开展。油菜播种前试验田耕层 (0~20 cm)土壤理化性质如下:pH 为 7.24,有机质为 10.87 g/kg,碱解氮为 31.73 mg/kg,有效磷为 3.99 mg/kg,速效钾为 233.12 mg/kg,有效硼为 0.48 mg/kg。本试验设置 5 个处理,分别为 NPKB (即氮磷钾硼肥配施,对照组)、-N(PKB,即不施氮肥)、-P(NKB,即不施磷肥)、-K(NPB,即不施钾肥)及-B(NPK,即不施硼肥)。随机区组设计,小区面积 7.44 cm2,3 个重复。试验中氮、磷、钾和硼肥施用量分别为 N 180 kg/hm2、P2O5 75 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2 和 B 15 kg/hm2,供试肥料为尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O5 12%)、氯化钾(K2O 46%)和硼砂(B 11%)。播种期为 2022 年 10 月 8 日,收获时间为 2023 年 5 月 20 日。田间管理措施均采用当地农技推广部门的推荐方式。
1.3 土壤基础样品采集与测定
以整个试验田为基础采样单元,在试验田块内以“S”形均匀分布 15 个采样点,取 0~20 cm 耕层土壤。在实验室风干磨细过筛后,参照《土壤农化分析》测定土壤 pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和有效硼等参数指标。
1.4 油菜植株样品采集与养分的测定
在成熟期,随机取样法在各小区选取 3 株油菜,齐地收割油菜地上部,放入网袋内悬挂风干后脱粒,将油菜植株分为茎秆、角果壳和籽粒 3 个部位,置于 75℃烘箱内烘干至恒重后粉碎磨细,过筛装袋后供氮、磷、钾、硼养分含量的测定分析。籽粒样品采用浓 H2SO4-H2O2 消化,氮、磷含量采用连续流动分析仪(AA3,Bran + Luebbe,Hamburg, Germany) 测定,钾含量采用火焰光度计(M-410;Cole-Parmer,Chicago,IL,USA) 测定,硼含量采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪 (Thermo Scientific iCAP 6000 Series Cambridge,UK) 测定。通过养分含量与茎、角果、籽粒的干物质量计算油菜各部位的养分积累量与分配量。
1.5 产量及产量构成因子
收获前 1 周,对各小区的产量构成因子进行调查。调查指标有单株角果数(选取有代表性的 3 株油菜调查植株全部有效角果数)、每角粒数(用随机选取的 30 个角果内籽粒数的平均值来衡量计算角果中的籽粒数)、千粒重(随机测定 1000 粒油菜籽的重量,将籽粒样品风干后用千粒板调查)。每个处理选取 3 个 1.0 m×1.0 m 样方区域作为测产区域,将测产区域的油菜植株全部收获。
1.6 油菜籽粒品质的测定
应用 Antaris II FT-NIR 近红外光谱仪(美国 Thermo 公司)测定油菜成熟期籽粒的各品质指标,主要测定品质指标包括蛋白质、硫苷、高油酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈酸和硬脂酸。
1.7 计算公式及数据处理
1.7.1 计算公式
有关肥料养分利用效率及相关参数计算公式[14-18] 分别为:
肥料偏生产力(kg/kg)= 施肥区籽粒产量 / 肥料施用量;
肥料表观利用率(%)=(收获期施肥区地上部总吸收量-收获期不施肥区地上部总吸收量)/ 肥料施用量 ×100;
肥料农学利用率(kg/kg)=(施肥区籽粒产量-不施肥区籽粒产量)/ 肥料施用量;
肥料贡献率(%)=(施肥籽粒产量-不施肥区籽粒产量)/ 不施肥区籽粒产量 ×100;
养分收获指数,以氮为例,氮收获指数(NHI, kg/kg)= 籽粒吸氮量 / 地上部总吸氮量,同理计算磷、钾、硼收获指数(PHI、KHI、BHI)。
1.7.2 数据处理
试验数据采用 Excel 2021 处理和计算,采用 SPSS 27.0 进行统计分析,采用 Prism 10.1.2 制图,采用最小显著差异法检验 P<0.05 水平的差异显著性。
2 结果与分析
2.1 不施用氮磷钾硼肥对油菜产量及产量构成因子的影响
成熟期对油菜产量的研究结果表明,不施氮、磷、钾、硼肥对籽粒产量有明显影响(表1)。与对照组(NPKB)相比,不施氮、磷、钾、硼肥处理对籽粒产量均有显著减产(P<0.05),各处理减产率在 34.9%~67.9% 之间,其中油菜产量因不施氮处理影响最大,产量仅为 1162.5 kg/hm2;不施用磷、钾和硼肥处理条件下分别对油菜减产达 56.5%、43.8% 和 34.9%。
氮、磷、钾、硼缺乏处理对油菜产量构成因子产生不同程度的影响。其中,对单株角果数影响最大、其次为每角粒数,对千粒重影响较小(表1)。与对照组(NPKB)相比,油菜单株角果数因不施氮、磷、钾、硼肥处理分别减少 84.8%、80.4%、73.2%、67.0%,每角粒数因不施氮、不施磷、不施硼处理分别减少 24.5%、39.2%、20.1%,而不施钾处理对每角粒数影响最小,仅下降 15.4%。千粒重因氮、磷、钾、硼缺乏分别平均减少 33.8%、25.8%、24.5%、22.3%。
1不施氮磷钾硼肥对油菜籽粒产量及产量构成的影响
注:NPKB、-N、-P、-K 和-B 分别代表全素处理、不施氮肥、不施磷肥、不施钾肥和不施硼肥处理;同列数据后面不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。下同。
2.2 不施用氮磷钾硼肥对油菜品质及脂肪酸组成的影响
蛋白质、硫苷和脂肪酸组成是决定油菜籽粒品质的重要指标。在本试验中,不施氮、磷、钾及硼肥显著影响油菜籽的蛋白质含量、硫苷含量及脂肪酸组成( 表2)。不施氮、磷处理降低了油菜籽粒中的蛋白质含量,相较于对照组(NPKB) 分别减少了 15.2% 和 8.4%。而不施钾、硼肥处理则增加了蛋白质含量,增幅分别达 6.9%、2.3%,说明氮素和磷素在一定程度上影响了籽粒的蛋白质含量。在成熟期油菜籽粒中,硫苷含量在不施氮、磷肥的条件下,相较于对照组(NPKB)分别增加 16.3%、7.3%。而不施钾、硼肥后则降低硫苷含量,降幅分别达 3.5%、 8.1%。
2不施氮磷钾硼肥对油菜品质及脂肪酸组成的影响
油菜籽粒中脂肪酸的组成对油菜籽食味、储存品质有着重要影响。与对照组(NPKB)相比,不施氮肥降低成熟期油菜籽粒中高油酸、油酸、亚油酸及棕榈酸含量,不施磷肥降低成熟期油菜籽粒中油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈酸、硬脂酸含量,不施钾肥降低成熟期油菜籽粒中高油酸、油酸、亚油酸、亚麻酸含量,不施硼肥降低成熟期油菜籽粒中高油酸、油酸、硬脂酸含量。
2.3 不施用氮磷钾硼肥对油菜植株性状及各部位生物量的影响
从外观形态可见(图1),与对照组(NPKB) 相比,氮、磷、钾、硼养分缺乏不同程度地抑制了油菜的生长发育,综合来看影响程度由大到小的次序为-N>-P>-K>-B。由图1油菜的外观形态可以看出,不施氮及不施磷肥处理条件下,油菜植株矮小瘦弱,分枝数少。同时,不施氮肥处理的叶片颜色呈灰绿色,叶片数少且叶肉薄。不施磷肥处理使油菜叶片薄且叶片边缘有明显斑点或斑块,叶脉突显,顶部角果呈卷曲状态。缺钾处理使油菜叶片叶脉突显,边缘内卷。不施硼肥处理使油菜小叶片数量较多,叶片卷曲、颜色轻度失绿。
在油菜成熟期,株高、分枝数及生物量等指标通常用来评估油菜的生长状况。不施氮磷钾硼肥后,不同程度地抑制了油菜的生长发育。其中不施氮及不施磷处理对双低油菜生长的影响更为明显(图1)。在成熟期对油菜株高、单株有效分枝数及油菜各部位生物量的研究结果表明,在不施用氮、磷、钾及硼肥条件下,对油菜株高影响程度由大到小的次序为-N>-P>-K>-B,对油菜分枝数影响程度由大到小的次序为-N、-P>-B>-K,其差异均达到显著水平(P<0.05)。通过对地上各部位生物量的调查表明,与对照组(NPKB)相比,不施用氮、磷、钾及硼肥条件下,不施氮肥对油菜角果壳和籽粒生物量影响最大,分别下降 88.9% 和 67.9%,不施磷肥对油菜茎的生物量影响最为明显,下降达 86.1%。
1不施氮磷钾硼肥对油菜植株性状及各部位生物量的影响
注:NPKB、-N、-P、-K 和-B 分别代表全素处理、不施氮肥、不施磷肥、不施钾肥和不施硼肥处理;柱上不同小写字母表示不同处理间差异显著 (P<0.05)。下同。
2.4 不施用氮磷钾硼肥对油菜地上部养分累积与分配的影响
图2结果表明,不施用氮、磷、钾及硼肥显著降低了成熟期油菜不同部位的氮素累积量。与对照组(NPKB)相比,各处理对油菜地上部不同器官中的氮积累量均明显降低,且不施氮处理均对油菜茎、角果壳、籽粒中的氮素积累量影响最大 (P<0.05)。图3结果表明,不施氮肥、磷肥、钾肥及硼肥处理油菜籽粒中累积的氮素量分别占地上部总累积量的 51.9%、49.0%、54.3% 及 66.8%。
不施用氮、磷、钾及硼肥显著降低了成熟期油菜不同部位的磷素累积量(图2)。与对照组(NPKB)相比,不施用氮、磷、钾及硼肥处理差异显著降低,其中不施氮和不施磷肥处理分别显著降低了成熟期油菜茎、角果壳、籽粒的磷素积累量(P<0.05)。图3结果表明,不施氮肥、磷肥、钾肥、硼肥处理油菜籽粒中累积的磷素量分别占地上部总累积量的 48.7%、55.0%、62.3%、 63.5%。
不施用氮、磷、钾及硼肥显著降低了成熟期油菜不同部位的钾素累积量(图2)。与对照组 (NPKB)相比,不施用氮肥、磷肥处理显著降低油菜籽粒钾素积累量,分别降低 51.8%、78.8%。可以看出,不施用氮、磷、钾、硼肥造成油菜植株体内的钾素积累下降,尤其对茎和角果壳的影响更为显著。图3结果表明,不施氮肥、磷肥、钾肥、硼肥处理油菜籽粒中累积的钾素量分别占地上部总累积量分别为 14.2%、15.4%、22.0%、 23.1%。
不施用氮、磷、钾及硼肥显著降低了成熟期油菜不同部位的硼素累积量(图2)。与对照组 (NPKB)相比,不施用氮肥、磷肥、钾肥、硼肥处理差异显著降低(P<0.05),即油菜茎硼素积累量分别下降 69.7%、75.5%、64.7%、54.5%,油菜角果壳硼素积累量分别下降 62.6%、42.7%、21.2%、 19.3%,油菜籽粒硼素积累量分别下降 71.8%、 62.3%、10.0%、11.1%。图3结果表明,不施氮肥、磷肥、钾肥、硼肥处理油菜籽粒中累积的硼素量占地上部总累积量分别为 15.2%、15.7%、24.1%、 22.49%。
2.5 不施用氮磷钾硼肥对肥料利用率的影响
在油菜生产中,不同的肥料种类其肥料利用率呈现不同的变化趋势( 表3)。在本试验条件下,单位肥料投入的籽粒产出表现为钾素 (11.11 kg/kg K2O)、氮素(13.64 kg/kg N)、磷素 (27.23 kg/kg P2O5)及硼素(67.57 kg/kg B)农学利用率依次递增。硼肥每公斤投入可显著提升籽粒产量(P<0.05),其偏生产力达 173.6 kg/kg,显著优于其他元素(P<0.05)。结合土壤基础地力与施肥效应分析,磷、钾、硼 3 种元素展现出更优的增产潜能。从养分循环效率看,氮素表观利用率为 93.02%,显著高于其他元素(P<0.05),而钾素仅 0.61%,两者形成极值对比。就肥料贡献率而言,其肥料贡献能力由高到低依次为氮 >磷 >钾 >硼。
氮、磷、钾及硼的不同配比施用对油菜养分收获指数有显著的影响(表4)。施肥配比显著调控了油菜营养元素的再分配效率。氮、磷的收获指数高于钾、硼,生殖生长期约 55% 的氮、磷元素转运到籽粒,75% 的钾、硼元素滞留于茎秆等营养器官。该分布模式与植株成熟期营养贮存特征相符,籽粒是主要的氮、磷库,而茎秆及角果壳器官承担着钾、硼贮存功能。
2不施用氮磷钾硼肥对油菜地上部养分积累量的影响
3不施用氮磷钾硼肥对油菜地上部养分分配量的影响
3氮磷钾硼肥对油菜肥料利用率的影响
4不施氮磷钾硼肥对油菜养分收获指数的影响
注:NHI:氮肥收获指数,PHI:磷肥收获指数,KHI:钾肥收获指数,BHI:硼肥收获指数。
3 讨论
3.1 不施用氮磷钾硼肥对油菜产量的影响
氮、磷、钾、硼是植物生长发育中必需的营养元素,它们对于作物的生长发育有着直接的影响[19-25]。在豫西地区油菜种植中,不施用氮、磷、钾、硼肥料对产量的影响差异显著,这与油菜的营养需求特性及土壤肥力状况密切相关。油菜籽粒产量取决于单株角果数、每角粒数及千粒重[26],前人研究表明,氮、磷、钾、硼肥缺少任何一种都会导致油菜明显减产,其中缺少氮肥的减产效果最为严重。在本试验中,与对照组 (NPKB)相比,单一养分的不施用均会造成油菜减产。氮是油菜生长的核心元素,参与蛋白质合成和光合作用,其缺乏会导致油菜显著减产,产量仅为 1162.5 kg/hm2。这可能是因为在油菜生产过程中氮素作为养分的限制因子,制约了油菜的生长发育,同时氮素的供应不足也会导致磷肥的效果发挥不到最佳[27]。磷素作为油菜重要的营养元素之一,参与作物体内多种代谢过程,不施磷处理导致产量减少 56.5%,可能与土壤中有效磷含量较低(3.99 mg/kg) 有关,当土壤中磷素缺乏时,会造成油菜发育不足,最终导致减产[28]。钾肥对油菜的生长和抗逆性有重要作用,不施钾处理导致油菜产量减少 43.8%,尽管土壤速效钾含量较高(233.12 mg/kg),但钾肥的缺乏仍显著影响油菜的产量[29]。硼是油菜花器官发育的关键元素,不施硼处理导致油菜产量减少 34.9%,这表明硼肥对油菜的生殖生长具有不可替代的作用[29]。总体来看,氮肥对油菜产量的影响最为显著,其后依次是磷肥、钾肥和硼肥,这与油菜对不同营养元素的需求强度及土壤中养分的供应能力密切相关。在品种、病虫草害防治和水分管理诸项措施得到保证的前提下,‘双油 195’以全素平衡施肥处理(NPKB)为最高,说明在河南豫西地区目前的油菜生产水平下,氮、磷、钾及硼肥平衡施用具有显著的产量优势,应以此模式来指导油菜施肥。
3.2 不施用氮磷钾硼肥对油菜籽粒品质的影响
油菜籽粒的蛋白质、硫苷含量及脂肪酸的组成是油菜重要的商品品质指标[30]。油菜籽榨油剩余的饼粕作为一种重要的动物饲料来源,其蛋白质含量常是表征优劣的重要指标[31]。总体看,不施氮、磷、钾、硼肥条件影响了油菜籽粒蛋白质的含量,与对照组(NPKB)相比,不施氮处理下籽粒的蛋白含量降低了 15.2%。前人研究表明,不施氮直接限制了蛋白质的合成,从而导致蛋白质含量下降。磷肥投入对蛋白质含量的增加有积极影响[32],在本研究中,不施用磷肥降低油菜籽粒蛋白质含量,其原因可能是磷素能够影响作物体内氮代谢,从而影响作物对氮素的吸收[33],导致蛋白质含量降低。而与对照组(NPKB)相比,不施钾及不施硼的蛋白质含量有所升高,这可能是由于钾供应不足会影响植物的光合作用和生长,使植物体内氮的代谢发生变化,影响了蛋白质合成的途径,从而提高蛋白质含量[34]。前人的研究表明,硼肥的供应不足可能抑制植物碳水化合物的积累,减少碳水化合物对种子的供给,从而促使籽粒合成更多的蛋白质来维持生理功能。其次,不施硼还可能导致植物生长受限,改变了籽粒发育的资源分配,使得籽粒中的蛋白质相对增加[35]
菜籽油是重要的食用植物油之一,而脂肪酸是油脂的重要组分,因此其含量对人体健康有很大的影响[36-37]。油菜籽中脂肪酸组分包括以硬脂酸和棕榈酸为主的饱和脂肪酸及以油酸、亚油酸和亚麻酸为主的不饱和脂肪酸。研究表明油酸、亚油酸与亚麻酸含量丰富及硬脂酸和棕榈酸含量较低的食用植物油最具营养价值[38-39]。本研究中不施氮肥显著降低了油菜籽粒高油酸及油酸含量,不施钾提高了油菜籽粒油酸含量,不施磷显著降低了亚油酸、亚麻酸含量,不施硼肥可以降低硬脂酸含量。综合来看,氮和磷分别对饱和脂肪酸及不饱和脂肪酸影响较大。前人研究表明,氮肥的投入与油菜籽粒中亚麻酸含量呈极显著正相关[40],本研究中氮养分的不施用降低了油菜籽粒亚麻酸含量。有研究表明,磷对脂肪酸组成的细微调节显示了其在代谢途径中的重要角色。在本研究中,不施钾显著降低了籽粒中高油酸含量,这可能是因为钾供应不足会影响脂肪酸合成的酶活性,减少油酸的合成,使高油酸含量下降[41]。在本研究中,不施硼肥对油菜籽粒的油酸含量几乎没有影响,变化只有 0.3% 的降低。这表明硼对油酸的合成影响较小。不施硼肥导致亚麻酸含量增加了 4.3%,进一步证实了硼对某些特定类型的脂肪酸合成具有促进效果[42-43]。各研究在施肥对于油菜籽品质的影响结果上不完全一致,油菜施肥的各项研究是在不同的时间节点、环境状况、土壤肥力条件及田间栽培管理方式下进行的[44-47],这可能是出现研究结果不同的原因。但总的来讲氮、磷、钾、硼的合理配施能够保证油菜产量,在一定程度上改善油菜籽粒品质,从而充分发挥优质油菜的种质资源优势。
3.3 不施用氮磷钾硼肥对油菜肥料利用率的影响
肥料利用率是反映土壤、肥料、作物之间关系的动态参数,也是衡量肥料施用是否合理的一项重要指标[48]。从产量的结果来看,油菜各不施肥处理的产量与其相应的基础土壤养分碱解氮、有效磷、速效钾、有效硼含量有关,且各处理之间产量变化与偏生产力呈正相关关系,与肥料贡献率呈负相关关系。就表征肥料利用效率的指标而言,农学利用率主要反映单位施肥量增加作物产量的能力[49]。在本研究中,磷肥显示出较高的农学利用率(27.23 kg/kg),显著高于钾和氮元素。这可能是因为磷在植物生长过程中对能量传递有重要作用[50]。肥料表观利用率可以反映出作物对化肥养分的吸收情况[51],由表3可知,氮、磷、钾、硼肥表观利用率差异较大,其中氮肥表观利用率高达 93.02%,磷肥、钾肥及硼肥表观利用率均小于 30%,这与氮在油菜生长中的核心地位密切相关[52]。然而,磷肥和钾肥的表观利用率分别为 3.37% 和 0.61%,表明这些元素施用后大部分没有被作物吸收,可能与土壤固持或转化成难溶性化合物有关[22]。因此,要重视油菜合理肥料配施,从而保证油菜的优质高产,提高肥料利用效率。
4 结论
豫西地区油菜生长对土壤养分状况表现出高度敏感性。其中,氮、磷、钾及硼元素的单一元素缺失将显著影响油菜植株的营养吸收分配规律,进而导致植株外部形态指标的下降,单株角果数和每角粒数减少,最终造成产量和品质显著降低。研究进一步显示,氮肥和磷肥的施用显著影响了油菜的养分利用率,同时还显著增加了因施肥不平衡所造成的潜在风险。因此,在豫西地区油菜种植中,合理施肥技术的应用是确保实现高产优质目标的关键因素。科学合理的氮磷钾硼肥施用方案不仅能够有效提高油菜产量(增产潜力达 30%~50%),还能显著提升油菜籽品质指标,为豫西地区油菜种植业的可持续发展提供了重要技术支撑。
1不施氮磷钾硼肥对油菜植株性状及各部位生物量的影响
2不施用氮磷钾硼肥对油菜地上部养分积累量的影响
3不施用氮磷钾硼肥对油菜地上部养分分配量的影响
1不施氮磷钾硼肥对油菜籽粒产量及产量构成的影响
2不施氮磷钾硼肥对油菜品质及脂肪酸组成的影响
3氮磷钾硼肥对油菜肥料利用率的影响
4不施氮磷钾硼肥对油菜养分收获指数的影响
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