播种量+施肥量对水分胁迫下胡麻生长、产量及收获指数效应研究

陈军, 叶春雷, 李进京, 罗俊杰*, 严兴初, 王炜, 汪磊

(1.甘肃省农业科学院生物技术研究所, 兰州 730070; 2.中国农业科学院油料作物研究所, 武汉 430062)

胡麻(LinumusitatissimumL.)是甘肃干旱半干旱地区重要的油料作物，具有较强耐旱、耐寒和耐瘠薄能力，在油料作物生产中占据着非常重要的地位[1]。胡麻产量受栽培品种、地区气候环境、栽培措施等因素影响差异巨大。如何通过改善相应的栽培措施以提高胡麻产量和品质，是获得增产稳产的有效途径。胡麻是密植作物，合适的播种量对其产量有较大影响。胡麻需肥较多，不耐高氮，且对磷敏感，施肥量的多少也直接影响其产量。因此，栽培措施中考虑播种量+施肥量的协同作用来提高胡麻产量显得更有意义。

目前，对胡麻灌溉、施肥、播种量等栽培因子的诸多研究多数只考虑单因素效应，而忽略各因素间的相互作用。另外，由于传统施肥观念的固化和氮、磷、钾肥乱施、重施现象加剧，忽视了氮、磷、钾肥配施适宜度及水肥耦合高效利用对胡麻产量的影响，致使胡麻产量不高和肥料过度浪费[2-3]。杨萍等[4]、谢亚萍等[5]分别提出有效控制氮、磷肥施用对胡麻产量有明显增产效应；高小丽等[6]、李波等[7]均认为合理施肥可以促进产量形成；魏景云等[8]研究认为，适宜的氮磷配比可提高旱地胡麻产量20.49%～77.27%；吴兵等[9]提出适宜的氮磷配比，在增加旱地胡麻干物质累积量、促进土壤水分吸收的同时，还保证了胡麻的高产高效；余红等[10]研究表明，胡麻播种密度对胡麻产量有显著影响，随着播种密度的提高，胡麻产量逐渐降低；叶春雷等[11]认为播种量对胡麻产量有较大影响。

如何合理统筹协调水分管理、化肥施用量及胡麻播种量间的关系，提高水肥耦合利用效率，进而提高胡麻产量成为研究的热点。因此，为了探究水分胁迫下灌区/旱区不同播种量+施肥量协同作用对胡麻产量、收获指数(harvest index，HI)的影响，本研究通过农艺性状与产量、HI间简单相关性分析，探索灌溉与旱作环境对胡麻产量、HI的关键性状因子影响特征，以期为胡麻节本增效栽培技术、化肥减施与利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验设在甘肃省武威市黄羊镇黄羊试验场(37°23′～38°12′N，101°59′～103°23′E)，海拔1 440～1 632 m，年均降雨量100 mm，蒸发量2 020 mm以上，年平均气温7.8 ℃，无霜期150 d，属温带大陆性干旱气候区。试验地土壤为灰钙土，其土壤有机质含量18.2 g·kg-1，pH为8.48，基本养分状况见表1。与1979—1985年全国第二次土壤普查养分分级标准[12]对比，试验地土壤碱解氮、有效磷含量缺乏，速效钾含量充足，土壤中全氮缺乏严重，全钾、全磷含量充足。因此，设置不同施氮处理对本研究来说很有意义。

表1 土壤养分状况Table 1 Soil nutrient status

1.2 试验材料与设计

供试胡麻品种为陇亚13号，由甘肃省农业科学院作物研究所提供。试验时间为2017—2018年。试验采用大区对比试验结合区内随机区组设计。大区设置灌溉区和旱区，灌溉区(W1)：灌水处理，苗高13～18 cm灌水一次(5月23日)，现蕾前期浇第二水(7月12日)；旱区(W2)：自然降雨处理，全生育期无灌水。试验地有良好可控的灌溉条件，可以保证胡麻生育期的正常需水灌溉需求。施肥量按照当地适宜的标准计算，设置高、中、低3个水平，其中氮肥分批施用，磷、钾肥一次性施用。氮肥为尿素(含氮量46%)，磷肥为五氧化二磷(含磷量12%)，钾肥为硫酸钾镁肥(含钾量24%)。处理区的播种量和施肥量设计见表2。试验收获时间为8月14日，全生育期112 d。试验设3次重复，共27个小区，小区面积12 m2(2 m×6 m )，行距20 cm，每区10行种植。

表2 试验因子水平设计Table 2 Horizontal design of test factors

1.3 测定指标与方法

胡麻出苗数和成株数调查以每个小区指定一行作为长期观察记录的标准；收获前3～5 d,每个小区选取有代表性植株15株进行考种，包括株高、工艺长度、有效分茎数、有效分枝数、有效蒴果数、每果粒数、每株结果粒数、千粒重等性状指标。称量单株生物产量(全株)和单株经济产量(籽粒)，并计算收获指数(HI)，小区单打单收晒干测定实际籽粒产量。

1.4 数据分析

采用Excel 2010 整理数据并作图，采用SPSS 20.0用于相关性分析(Pearson分析法)、逐步回归和差异显著性检验(α=0.05，Duncan法)。

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对灌区/旱区胡麻生长规律的影响

由图1可知，无论是灌区还是旱区，高播种量处理的出苗数、成株数均高于中、低播种量处理。灌区高肥+播种量处理的出苗数和成株数较其他处理差异显著(P<0.05)，且出苗数、成株数并不与播种量的加倍成正比；旱区高肥+高播种量出苗数较其他处理差异显著(P<0.05)。灌区成株率在42%～63%之间，旱区在36%～53%之间。旱区中、高施肥量有利于出苗，说明旱作条件下，施肥对胡麻保苗保墒有一定的促进作用，但这种效应是有限的。

注：不同小写字母表示差异在P<0.05水平具有统计学意义。Note: Different small letters indicate significant difference at P<0.05 level.图1 灌区/旱区的胡麻出苗数、成株数、成株率Fig.1 Emergence number, surviving plant number, and surviving plant rate of flax in irrigation/arid area

2.2 水分胁迫对灌区/旱区胡麻产量形成的影响

2.2.1对灌区/旱区胡麻农艺性状的影响 由表3可以看出，水分胁迫影响灌区/旱区产量构成因子的形成规律，以改变胡麻生长发育指标为代价达到对极端环境的适应性。灌区播种量+施肥量的协同作用对胡麻生长影响较弱，主要表现在工艺长度及单株果数的显著差异(P<0.05)；就施肥量而言，灌区施肥效应不明显，间接反映其水肥耦合利用率高。旱区播种量+施肥量协同作用对胡麻生长影响较大，且主要体现在有效分枝数、单株果数、每株结果粒数的显著差异(P<0.05)。

表3 灌区/旱区胡麻农艺性状分析Table 3 Analysis of agronomic traits of flax in irrigation/arid area

2.2.2灌区/旱区产量构成因子与产量和HI的相关性 由表4可知，灌区产量与千粒重间存在极显著正相关，与株高、有效分枝数为主要正相关，与工艺长度为主要负相关，且相关系数为千粒重>株高>有效分枝数>工艺长度。HI与每果粒数、千粒重、株高为主要正相关，与有效分茎数、每株结果粒数为主要负相关，且相关系数为每果粒数>有效分茎数>千粒重>株高。工艺长度与单株果数、每株结果粒数间存在显著、极显著负相关；有效分枝数与单株果数、每株结果粒数间存在极显著正相关。

表4 灌区/旱区产量构成因子与产量和HI的相关性分析Table 4 Correlation analysis of yield components, yield and HI in irrigation/arid area

旱区产量与有效分枝数、单株果数、每株结果粒数和株高为主要正相关，与工艺长度、每果粒数为主要负相关，且相关系数为有效分枝数>单株果数>工艺长度>每株结果粒数>株高。HI与千粒重为主要正相关，与其他因子为负相关，且相关系数为有效分茎数>每株结果粒数>每果粒数>千粒重>有效分枝数。株高与工艺长度、有效分茎数、有效分枝数、单株果数、每株结果粒数为显著、极显著正相关；有效分枝数与株高、单株果数、每株结果粒数间为显著、极显著正相关。

2.2.3灌区/旱区胡麻产量、HI与产量构成因子间的相关系数 由图2可以看出，灌区/旱区产量与各产量构成因子间影响效应各有侧重点，且旱区产量受各因子影响效应更加突出。灌区产量构成以千粒重为主要促进因子，其次是株高和有效分枝数，工艺长度为负作用因子，其他因子影响甚微；旱区产量构成以有效分枝数、单株果数、每株结果粒数和株高为主要促进因子，工艺长度和每果粒数为负作用因子。灌区HI以每果粒数、千粒重和株高为主要促进因子，有效分茎数、每株结果粒数为负作用因子；旱区HI以千粒重为主要促进因子，有效分茎数、每株结果粒数、单株果数、每果粒数和有效分枝数为主要负作用因子。

图2 灌区/旱区产量、HI与产量构成因子间的相关系数Fig.2 Correlation coefficient of yield, HI and yield components in irrigation/arid area

总体来看，灌区主要促进因子相对集中且负效应因子少，旱区主要促进因子相对分散且负效应因子猛增，说明合理水肥运筹可以有效协调这种负效应，灌溉+施肥能够明显地促进产量形成，减少形成阻力，而干旱+施肥给产量形成增加了干扰因素和阻力，这种变化是胡麻在逆境中提高抗旱能力的适应性反应。

2.3 水分胁迫对灌区/旱区产量、HI的影响

由图3可知，灌区小区产量介于1.05～1.69 kg，旱区小区产量介于0.74～1.23 kg，且增加施肥量+播种量有利于提高产量，但这种提高是有限的。灌区HI介于0.30～0.38，旱区HI介于0.32～0.42，且灌区HI在不同施肥条件下整体相对平稳，而旱区HI整体起伏较大，说明灌区较稳定的灌水条件及较好的肥效利用率能够稳定胡麻的产量，保证其HI的相对稳定。

注：不同小写字母表示差异在P<0.05水平具有统计学意义。Note: Different small letters indicate significant difference at P<0.05 level.图3 灌区/旱区胡麻的产量及HIFig.3 Yield and HI of flax in irrigation/arid area

2.4 灌区/旱区产量、HI与产量构成因子间的通径分析

选择Shapiro-Wilk Test方法对产量、HI进行正态性检验。灌区产量、HI统计量分别为0.978和0.974，旱区产量、HI统计量分别为0.963和0.945，且Sig.均大于0.05，因变量的分布服从正态分布。逐步回归分析结果见表5。

表5 灌区(W1)/旱区(W2)产量、HI逐步回归系数Table 5 Yield, HI stepwise regression coefficienta in irrigation(W1)/arid (W2) areas

设产量构成因子为自变量Xi={X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8}={株高、工艺长度、有效分茎数、有效分枝数、单株果数、每果粒数、每株结果粒数、千粒重}，因变量Yi={Y1，Y2}={产量，HI}进行相关性分析[13-14]。从所有可供选择的自变量中逐步地选择加入或剔除某个自变量，建立标准化多元线性回归方程。

W1：Y1(产量)=-2.161+0.624X8(千粒重)+0.031X1(株高)-0.082X6(每果粒数)；Y2(HI)=0.105+0.003X7(每株结果粒数)-0.003X5(单株果数)+0.032X8(千粒重)；

W2：Y1(产量)=(无)；

Y2(HI)=0.37+0.02X5(单株果数)；

由此可见，灌区产量形成受千粒重、株高、每果粒数影响较大，旱区产量无回归系数，说明旱区影响胡麻产量形成的干扰因素增多，也间接说明较好的水分条件能稳定产量；灌区HI受每株结果粒数、单株果数、千粒重影响较大，旱区HI受单株果数影响较大。

简单相关系数(riy) =Xi与y的直接通径系数(piy) +所有Xi与y的间接通径系数；

Xi与y的间接通径系数 = 相关系数(rij) × 通径系数(pjy)；

通过计算，r1y(株高)=p1y+r12×p2y+r13×p3y= 0.318+0.024×(-0.265) +(-0.024) ×0.789=0.293。

以此计算出，r2y(每果粒数)=-0.068，r3y(千粒重)=0.718。这与SPSS计算表4的结果是一致的，其他以此计算[15]。

决策系数是通径分析中的决策指标，用决策系数可把自变量对响应变量的综合作用进行排序，确定主要决策变量和限制变量。其计算公式如下。

R2(i)=2Pi×riy-pi2

式中，R2(i)为自变量i的决策系数；pi为自变量i的直接通径系数；riy为自变量i与响应变量y的相关系数。R2(i)>0，表明自变量对于响应变量起增进作用；R2(i)<0，表明自变量对于响应变量起抑制作用[16]。

由产量构成因子对产量、HI的简单相关分析(表6、表7)可以看出，灌区千粒重、株高对产量起促进作用，每果粒数起抑制作用，且千粒重是主导因子；每株结果粒数、单株果数对HI起抑制作用，千粒重起促进作用，且每株结果粒数是主导因子。旱区单株果数是HI主要抑制因子，说明灌区/旱区对胡麻生长及产量形成的影响效应因子有不同侧重点。

表6 灌区/旱区产量与构成因子的简单相关系数分解Table 6 Decomposition of simple correlation coefficient between yield and component in irrigation/arid area

表7 灌区/旱区HI与产量构成因子的简单相关系数分解Table 7 Decomposition of simple correlation coefficient between HI and component in irrigation/arid area

3 讨论

研究不同播种量+施肥量对灌区/旱区胡麻生长发育和产量、HI水平的影响，构建密肥高效利用及胡麻高产栽培技术模式，有利于调整灌区和旱区胡麻种植密度与施肥量组合搭配合理性[17]。闫志利等[18]认为,最佳施肥量应依据地域环境差异而适当调整，以土壤养分为基础。因此，试验区土壤养分全氮、速效氮含量偏低，施氮处理可以为胡麻产量提升提供支持。周萍萍等[19]提出适宜的播种量促进燕麦产量构成因素间的协调性，进而达到增产。李萍等[20]提出青稞分蘖率、有效穗数与播种量及施肥量的增幅并不成正比，且茎蘖数、有效穗数随施肥量的增加而减少，随播种量的增加而增加。何丽等[21]、谢亚萍等[22]均提出播种量、施肥量均是影响产量形成的关键因素。松生满等[23]研究认为，施氮、磷肥对胡麻株高、分枝数影响不大，但能显著增加胡麻的单株果数、每果粒数和千粒重。研究表明，水分胁迫影响灌区/旱区产量构成因子的形成规律，以改变胡麻生长发育指标为代价达到对极端环境的适应性，主要表现在灌区/旱区各自农艺性状的差异，各产量构成因子的正负效应变化，认为干旱胁迫导致胡麻产量构成的正效应因子较少，负效应因子增多。灌区播种量+施肥量协同作用对胡麻生长规律影响较弱，其农艺性状各指标变化小，说明灌区水肥耦合效应更明显；旱区播种量+施肥量协同作用对胡麻生长规律影响较大，其农艺性状各指标变化明显，可能原因是干旱条件导致肥效利用率下降，高施肥量加剧了胡麻生长初期耗水量，引起胡麻生长后期更严重的水分胁迫，导致产量构成有所偏向[24-25]。

卢坤等[26]提出千粒重是重要的产量性状，也是“库”容量的主要指标。在油菜中，千粒重与 HI 呈极显著正相关，水稻千粒重对 HI 的影响不大。试验中灌区稳定的灌水及较好的肥效利用率能够稳定胡麻的产量，保证其HI的相对稳定。在相同水分条件下播种量+施肥量协同作用对胡麻产量的提高有限，旱区HI较灌区受水分胁迫的影响更突出。

灌区/旱区产量、HI与产量构成因子间影响作用各有侧重点。灌区千粒重为主，其他因子起促进作用，负效应因子甚少；旱区产量受产量构成因子的抑制作用增加，负效应因子增多，说明提高较好的水分环境有利于促进产量形成，减少形成阻力。通过回归及通径分析，灌区千粒重、株高对产量起主导促进作用，旱区无回归分析；灌区每株结果粒数、单株果数对HI起抑制作用，千粒重起促进作用；旱区单株果数对HI起主导抑制因子，进一步说明水分胁迫对灌区/旱区胡麻的生长及产量形成的主效应因子有不同侧重点，说明灌溉对克服或缓解逆境伤害，实现地上部有效调控具有重要意义，与张凤翔[2]的结论是吻合的。