王 佳，陳 偉*，張 強(qiáng)，王紅陽(yáng)，李亞新，孫從建

(1.山西師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，山西 臨汾 041004；2.山西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 臨汾 041004；3.山西省資源環(huán)境信息化管理院士工作站，山西 臨汾 041004)

【研究意義】黃土高原地處干旱半干旱地區(qū)，水土流失是該地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的限制因素之一[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，黃土高原土壤有機(jī)質(zhì)因水土流失每年減少約1800萬(wàn)t，轉(zhuǎn)化為尿素肥料高達(dá)735萬(wàn)t，相當(dāng)于整個(gè)地區(qū)的年度肥料消耗量。缺氮少磷鉀充足是該地區(qū)土壤養(yǎng)分的主要特點(diǎn)，脆弱的生態(tài)環(huán)境和相對(duì)貧瘠的土壤限制著當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展[2]?？嗍w生育期短、耐瘠性強(qiáng)在黃土丘陵溝壑區(qū)廣泛種植，苦蕎植株蛋白質(zhì)含量豐富，是很好的綠肥和動(dòng)物飼料，又醫(yī)食同源治療三高，近年來(lái)被人們廣泛重視。同時(shí)，山西省苦蕎的種植面積居全國(guó)第五位，是山西地域特色的雜糧，有著傳統(tǒng)大宗作物無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)家實(shí)施優(yōu)勢(shì)特色農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效行動(dòng)計(jì)劃中，尤其是重點(diǎn)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)特色農(nóng)業(yè)中排在顯著位置。因此研究黃土丘陵溝壑區(qū)氮素脅迫下苦蕎的植株生長(zhǎng)及土壤的養(yǎng)分特性尤為重要，可以為該地區(qū)特色農(nóng)業(yè)的高效發(fā)展提供理論依據(jù)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來(lái)針對(duì)苦蕎的研究大部分集中在地上部分植株的養(yǎng)分價(jià)值[3-4]、品種選育[5-6]和逆境脅迫對(duì)苦蕎化學(xué)成分及生理機(jī)能的研究[7-8]。例如，張楚等[9]通過(guò)水培實(shí)驗(yàn)測(cè)定9個(gè)不同基因型苦蕎在不同氮水平下的農(nóng)藝性狀，篩選出迪慶苦蕎耐低氮能力最強(qiáng)。另有學(xué)者[10]在干旱脅迫與復(fù)水條件下對(duì)苦蕎苗期生長(zhǎng)及葉片內(nèi)源激素進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)干旱脅迫對(duì)地上指標(biāo)(株高、莖粗、葉面積、莖葉干重)和根系指標(biāo)(根系體積、根系表面積、根系平均直徑、根系干重、根系活力、根系可溶性蛋白含量)會(huì)因苦蕎品種不同而存在顯著差異。楊春婷等[11]發(fā)現(xiàn)在低磷脅迫下，苦蕎苗期地上植株形態(tài)指標(biāo)及地下根系等指標(biāo)均有所下降，主根伸長(zhǎng)、根冠比有所升高，但不同品種的升降幅度不同。即苦蕎因?yàn)槠贩N的不同，面對(duì)環(huán)境脅迫時(shí)其植株的生長(zhǎng)指標(biāo)會(huì)有所差異進(jìn)而可能會(huì)對(duì)土壤的養(yǎng)分狀況產(chǎn)生影響。有研究表明，苦蕎可以通過(guò)自身的耐瘠機(jī)制調(diào)控土壤微環(huán)境的養(yǎng)分有效性，來(lái)增加養(yǎng)分的吸收[12]。例如在缺氮的土壤中，根系通過(guò)增加有機(jī)酸的分泌量改變根際微環(huán)境來(lái)增強(qiáng)氮素的吸收，并且土壤有效氮的含量對(duì)不同苦蕎品種根系分泌有機(jī)酸的含量和種類有影響[13-14]?；诖?，種植苦蕎作物后的土壤養(yǎng)分虧缺會(huì)更加嚴(yán)峻，對(duì)下一季作物肥料用量有很大的影響[15]。那么，在低氮脅迫下，種植不同耐氮性的苦蕎品種，在其整個(gè)生育期內(nèi)植株動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)指標(biāo)有何差異？這種差異又會(huì)對(duì)土壤養(yǎng)分狀況產(chǎn)生怎樣的影響？【本研究切入點(diǎn)】本文以黃土高原黃土丘陵溝壑區(qū)山西省鄉(xiāng)寧縣馮家溝水土保持監(jiān)測(cè)站內(nèi)的大田土壤為研究對(duì)象，以黑豐和迪慶為試驗(yàn)材料，設(shè)置3個(gè)不同施氮水平處理，研究不同生育期內(nèi)苦蕎地上部分的植株生長(zhǎng)狀況和地下根際土壤養(yǎng)分變化?！緮M解決的關(guān)鍵問題】揭示低氮脅迫對(duì)耐氮性有差異的苦蕎品種在生育期內(nèi)植株生長(zhǎng)的影響以及對(duì)土壤養(yǎng)分消耗的動(dòng)態(tài)變化特征，從而進(jìn)一步了解苦蕎的耐瘠性差異，為黃土高原瘠薄地區(qū)農(nóng)田氮肥優(yōu)化管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年在鄉(xiāng)寧縣馮家溝水土保持監(jiān)測(cè)站內(nèi)大田進(jìn)行(110°47′E，35°57′N)，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于鄉(xiāng)寧縣馮家溝村上游，為黃土丘陵溝壑區(qū)，屬黃河一級(jí)支流鄂河一級(jí)支溝[16](圖1)。監(jiān)測(cè)站地勢(shì)西北高東南低，沖溝發(fā)育，土壤以褐土為主，年均氣溫10 ℃左右，年平均降雨量631.8 mm，流域內(nèi)5—8月的降水量分別為：12.9、54.2、84.5、150 mm。試驗(yàn)區(qū)海拔966 m，全年平均日照時(shí)數(shù)為2568 h，屬于暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。試驗(yàn)地現(xiàn)存植被主要包括蘆草(Agropyronmongolicum)，狗尾(Setariabeauv)，莧菜(Amaranthustricolor)，蒿草(Heteropappusaltaicus)等?？嗍w于5月1日播種，苦蕎播前土壤基本理化性質(zhì)為：pH 7.52，全氮0.2 g/kg，全磷1.05 g/kg，全鉀5.06 g/kg，有效磷30.03 mg/kg，速效鉀360.96 mg/g，堿解氮115.36 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用氮肥處理和品種二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，氮肥處理為主處理，共設(shè)置3個(gè)施氮水平即0 kg/hm2(N0，無(wú)氮處理)、80 kg/hm2(N1，低氮處理)、160 kg/hm2(N2，常氮處理)，氮肥為尿素(含N 46.4%)，過(guò)磷酸鈣(含P2O515.0%，150 kg/hm2)和硫酸鉀(含K20 50.0%，60 kg/hm2)作為基肥施用，定期除草并及時(shí)控制病蟲害。品種為副處理，供試材料為‘黑豐1號(hào)’(HF，不耐低氮)和‘迪慶苦蕎’(DQ，耐低氮)，DQ由迪慶藏族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供，HF由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒作物研究所提供[9]。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，在氮肥處理和品種的組合下共設(shè)置18個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積(3 m×2 m)，每個(gè)小區(qū)周邊有 10 cm 高的田埂與鄰近小區(qū)隔開?？嗍w生長(zhǎng)周期為90～100 d左右，于5月1日播種，分別在6月23日、7月20日、8月28日采集，將其分別作為幼苗期(S，Seedling stage)、開花期(F，F(xiàn)lowering stage)和成熟期(M，Maturation stage)的樣品。

1.3 樣品采集

分別在苦蕎的3個(gè)生育期，選取3株長(zhǎng)勢(shì)相似的植株，在靠近苦蕎根際處將整株挖出，采用“抖根法”取根際土壤，將植株和土壤分別裝入塑封袋，帶回實(shí)驗(yàn)室，測(cè)量苦蕎植株的形態(tài)指標(biāo)(株高、莖粗、葉面積)，將根際土風(fēng)干1周后除掉石塊、雜草等雜質(zhì)，過(guò)20目、60目、100目篩裝入自封袋中封存，用來(lái)測(cè)定土壤理化指標(biāo)。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

苦蕎生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定：采用卷尺測(cè)定株高；游標(biāo)卡尺測(cè)定莖粗；Li-3000便攜式葉面積儀測(cè)定葉面積；土壤理化指標(biāo)的測(cè)定：用105 ℃ 烘干至恒重測(cè)定土壤含水量；pH采用pH酸度計(jì)(水土比2.5∶1)測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀加熱法；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法；全鉀采用高氯酸硫酸消煮—火焰光度計(jì)法；全氮用凱氏定氮儀測(cè)定；有效磷用碳酸氫鈉浸提法測(cè)定；速效鉀采用乙酸銨—火焰光度計(jì)法；全磷采用氫氧化鈉—鉬銻抗比色[17]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用SPSS21.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)品種之間的對(duì)比采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，氮處理之間進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)、裂區(qū)分析，以及利用Canoco軟件對(duì)苦蕎的地上部分植株生長(zhǎng)與土壤養(yǎng)分進(jìn)行冗余分析(RDA)，用Origin8.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮處理對(duì)苦蕎株高、莖粗、葉面積影響

由表1可知，品種、氮處理及兩者之間的交互作用對(duì)苦蕎株高、莖粗及葉面積產(chǎn)生極顯著的影響(P<0.01)。幼苗期在N1、N2處理下DQ的株高分別比HF高9.7%、8.1%，而莖粗分別比HF高10.5%、14.8%。DQ的葉面積在N0、N1處理下分別比HF高10.8%、17.7%。開花期苦蕎的株高在不同施氮量下分別比HF高10.4%、9.5%、13.4%，同時(shí)在不同施氮量下DQ的莖粗分別比HF高5.1%、7.4%、13.1%。而在N2處理下DQ的葉面積比HF高25.2%。成熟期DQ的株高在N0、N2處理下分別較HF高16.7%、7.6%，在不同施氮量下DQ的莖粗分別比HF高7.7%、5.4%、5.3%，而在N1、N2處理下DQ的葉面積比HF高36.2%、22.3%。兩個(gè)品種的株高和莖粗?jǐn)?shù)值為：成熟期>開花期>幼苗期，葉面積數(shù)值為：開花期>成熟期>幼苗期。

表1 不同施氮量及品種對(duì)苦蕎地上部生長(zhǎng)的影響

2.2 氮處理對(duì)苦蕎不同生育期土壤養(yǎng)分的影響

2.2.1 土壤pH、含水量和有機(jī)質(zhì) 裂區(qū)分析表明，品種對(duì)土壤含水量和有機(jī)質(zhì)均產(chǎn)生極顯著的影響(P<0.01)；氮處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生極顯著的影響(P<0.01)；品種和氮處理的交互作用對(duì)土壤pH、含水量和有機(jī)質(zhì)均產(chǎn)生極顯著的影響(P<0.01，表2)。圖2-a～b所示，HF的N2處理及DQ的N1、N2處理土壤pH從幼苗期到成熟期先增加后減少，且在開花期最高。幼苗期，HF和DQ的土壤pH在N0處理下分別比播種期高0.44%和1.40%；在N1處理下，HF土壤的pH比DQ高3.94%；而在N2處理下，HF和DQ土壤的pH比播種期減少了0.13%和0.36%。開花期，在N1處理下，DQ比HF高1.40%。在整個(gè)生育期結(jié)束后，兩個(gè)品種不同氮處理的土壤pH比播種期低。HF的3個(gè)處理及DQ的N1處理土壤含水量從幼苗期到成熟期先增加后減少，在開花期最高，DQ的其余兩個(gè)處理均呈下降趨勢(shì)。在幼苗期，HF的3個(gè)處理比播種期分別低11.60%、16.24%、1.65%，而DQ的3個(gè)處理分別比播種期高12.62%、7.63%、5.86%，且在N1處理下，DQ比HF高25.11%。開花期，在N1處理下DQ的土壤含水量比HF高12.59%。成熟期，兩個(gè)品種不同施氮量的土壤含水量相對(duì)于播種期低(圖2-c～d)。圖2-e～f所示，HF的N2處理及DQ的3個(gè)處理從播種期到幼苗期土壤有機(jī)質(zhì)均增加，而從幼苗期到開花期減少。幼苗期，HF的N2處理及DQ的3個(gè)處理分別比播種期高48.77%、29.38%、17.72%、48.49%。同時(shí)，在N1處理下DQ的有機(jī)質(zhì)比HF高42.49%。開花期，在不同氮處理下，DQ分別比HF高 138.71%、90.54%、31.23%。成熟期DQ的N1、N2的土壤有機(jī)質(zhì)比播種期高21.27%、27.96%，比HF高98.84%、50.72%。綜上所述，在N1處理下，3個(gè)時(shí)期HF均比DQ土壤有機(jī)質(zhì)消耗多，主要表現(xiàn)為：成熟期>開花期>幼苗期。

2.2.2 土壤速效氮、磷、鉀含量差異 裂區(qū)分析表明，品種、氮處理及兩者之間的交互作用對(duì)土壤速效氮、磷、鉀均產(chǎn)生了極顯著的影響(P<0.01,表2)。不同氮處理下，土壤堿解氮以幼苗期為分界呈先增加后減少的趨勢(shì)。在苦蕎的幼苗期，兩個(gè)品種氮處理的土壤堿解氮含量順序?yàn)椋篘2>N1>N0。從幼苗期到成熟期，各處理土壤堿解氮呈下降趨勢(shì)。幼苗期在N1處理下，DQ比HF高21.20%；而在開花期，DQ的N1、N2處理比HF高14.87%、18.16%。整個(gè)生育期結(jié)束后，除DQ在N2處理下的土壤堿解氮相對(duì)于播種期增加了1.24%，其余各處理均下降。另外，在生育后期，DQ在N1、N2處理下分別比HF高 11.61%、13.50%(圖3-a～b)。圖3-c～d所示，HF和DQ在N1處理下土壤有效磷含量在幼苗期最高，然后下降。而其它處理從播種期到成熟期一直呈下降趨勢(shì)。開花期DQ的有效磷在不同處理下均比HF高64.65%、45.88%、25.35%；成熟期兩個(gè)品種的有效磷含量比播種期少，且DQ的土壤有效磷在N1、N2處理下均比HF高44.68%、32.09%。圖3-e～f所示，HF的土壤速效鉀從播種期到成熟期不斷減少，DQ的土壤速效鉀在整個(gè)生育期中以幼苗期為分界線先增加后減少。在幼苗期，DQ的土壤速效鉀在3個(gè)處理下分別比HF高17.16%、16.16%、13.10%。開花期，除DQ的N2處理均比播種期土壤速效鉀的含量低，但DQ在不同處理下比HF高3.83%、9.74%、16.62%。成熟期DQ的3個(gè)處理分別比HF高10.24%、11.63%、22.40%。

表2 各指標(biāo)裂區(qū)分析結(jié)果

HF：黑豐1號(hào)，DQ：迪慶苦蕎；N0：不施氮，N1：低氮量，N2：常氮量。大寫字母表示同一時(shí)期及品種的不同氮處理在(P<0.05)水平差異顯著，小寫字母表示同一時(shí)期及氮處理下不同品種在(P<0.05)水平差異顯著，下同 HF:Heifeng No.1,DQ:Diqing tartary buckwheat;N0:No nitrogen,N1:Low nitrogen,N2:Normal nitrogen.Capital letters indicate that different nitrogen treatments of the same period and cultivars have significant differences at(P<0.05)levels,lowercase letters indicate that different cultivars of the same period and nitrogen treatments have significant differences at(P<0.05)levels圖2 不同生育期土壤pH、含水量和有機(jī)質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of soil pH,water content and organic matter at different growth periods

2.2.3 土壤全氮、磷、鉀養(yǎng)分含量差異 裂區(qū)分析表明，品種、氮處理及兩者之間的交互作用對(duì)土壤全氮、磷、鉀均產(chǎn)生了極顯著的影響(P<0.01，表2)。圖4-a～b所示，兩個(gè)品種不同處理的全氮含量在幼苗期最高。在幼苗期，DQ在N1處理下比HF高9.07%。開花期，不同處理下DQ的土壤全氮分別比HF高90.01%、76.76%、25.95%。在整個(gè)生育期結(jié)束后，除HF的N0處理，其它處理均比播種期高，且DQ的3個(gè)處理分別比HF高24.00%、80.41%、18.45%。圖4-c～d所示，開花期N1、N2處理下，HF的土壤全磷比DQ高43.23%、10.62%。生育后期，HF不同處理下的全磷含量比播種期的分別低47.31%、19.96%、21.73%，而DQ不同處理下的全磷含量分別比播種期低40.99%、17.87%、39.10%。圖4-e～f所示，幼苗期，除兩個(gè)品種的N2處理，其它處理均比播種期土壤中全鉀的含量低11.34%、11.75%、0、1.68%，且不同處理下DQ分別比HF高11.34%、9.91%、8.71%。在開花期的N1處理下，DQ的土壤全鉀比HF高12.47%。在生育后期，HF土壤全鉀的含量均比播種期低33.32%、39.31%、39.62%，DQ則比播種期低45.44%、33.70%、31.01%。同時(shí)在此階段，DQ的全鉀在N1、N2處理下分別比HF高4.20%、6.57%。

2.3 土壤養(yǎng)分與苦蕎植株生長(zhǎng)之間的關(guān)系

RDA結(jié)果顯示苦蕎植株生理指標(biāo)和土壤養(yǎng)分相互影響。圖5顯示HF的一二主軸分別解釋了總變量的68.4%，16.5%，而DQ的一二軸分別解釋了總變量的71.4%，16.9%。通過(guò)對(duì)土壤養(yǎng)分進(jìn)行蒙特卡洛檢驗(yàn)及排序，全鉀(P=0.002)，速效鉀(P=0.002)，堿解氮(P=0.002)和全氮(P=0.004)是對(duì)HF植株生長(zhǎng)影響最大的環(huán)境因子；全鉀(P=0.002)，全磷(P=0.004)，含水量(P=0.004)和全氮(P=0.004)是對(duì)DQ植株生長(zhǎng)影響最大的環(huán)境因子。這四個(gè)環(huán)境因子對(duì)苦蕎植株生長(zhǎng)的影響均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，其余的養(yǎng)分因子與植株生長(zhǎng)的顯著性及自由度見表3。由圖5可知，兩個(gè)品種的N0與N1、N2處理可以沿一軸區(qū)分，說(shuō)明兩個(gè)品種在不同施氮量下有著明顯的差異；兩個(gè)品種的幼苗期與開花期、成熟期可以沿二軸區(qū)分，說(shuō)明兩個(gè)品種在不同生育期有著明顯的差異。

圖3 不同生育期土壤 土壤速效氮、磷、鉀含量的動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of soil available nitrogen,phosphorus and potassium content at different growth periods

圖4 不同生育期土壤土壤全氮、磷、鉀的動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes of soil total nitrogen,phosphorus and potassium at different growth periods

pH：土壤酸堿度；SM：土壤含水量；SOM：土壤有機(jī)質(zhì)；AN：堿解氮；AP：速效磷；AK：速效鉀；TN：全氮；TP：全磷；TK：全鉀；CL：品種；ZG：株高；JC：莖粗；YMJ：葉面積pH:Soil pH;SM:Soil moisture;SOM:Soil organic matter;AN:Alkali-hydrolyzed nitrogen;AP:Available phosphorus;AK:Available potassium;TN:Total nitrogen;TP:Total phosphorus;TK:Total potassium;CL:Cultivar;ZG:Plant height;JC:Stem thickness;YMJ:Leaf area圖5 冗余分析Fig.5 Redundancy analysis

3 討 論

3.1 氮處理及品種對(duì)苦蕎生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

N素是植物生長(zhǎng)的必要元素。在缺氮的條件下，植物各器官生長(zhǎng)緩慢，植株矮小[18]。本研究表明除成熟期HF的株高這一指標(biāo)，其它指標(biāo)均呈現(xiàn)：N2>N1>N0。表明苦蕎生長(zhǎng)的不同時(shí)期氮含量的增加在一定程度上促進(jìn)植株地上部分的生長(zhǎng)[19]。在幼苗期，低氮脅迫下DQ的株高、莖粗及葉面積均比HF高。作物生長(zhǎng)受遺傳因素的影響，又受環(huán)境條件的制約。當(dāng)環(huán)境處于低氮脅迫時(shí)，苦蕎幼苗葉片葉綠素含量、Fm及Fv/Fm均顯著下降，耐低氮品種PSⅡ反應(yīng)中心受破壞程度較小，光合能力較強(qiáng)，適應(yīng)性較好[20]。同時(shí)，在這種條件下，其地下部分土壤養(yǎng)分也會(huì)做出相應(yīng)的響應(yīng)[21]。RDA結(jié)果表明，全鉀，全磷，含水量和全氮是對(duì)DQ品種植株生長(zhǎng)影響最大的環(huán)境因子。其中，鉀對(duì)植物體內(nèi)氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)有協(xié)同效應(yīng)，從而提高葉片的持水力，增強(qiáng)滲透壓調(diào)節(jié)，改善植株的水分狀況以及提高水分利用效率[22]。本試驗(yàn)中開花期DQ苦蕎的株高、莖粗在低氮脅迫下均比HF高。由于開花期白天太陽(yáng)輻射時(shí)間長(zhǎng)且強(qiáng)，DQ進(jìn)行光合作用受低氮脅迫的影響較HF小，產(chǎn)生的有機(jī)物比HF多。因此DQ的株高莖粗的數(shù)值較高[20]。成熟期DQ苦蕎的莖粗和葉面積在N1處理下均比HF高。有研究表明耐低氮能力強(qiáng)的玉米品種采取維持較高葉綠素及滲透調(diào)節(jié)含量、較大葉面積等辦法來(lái)適應(yīng)低氮環(huán)境、維持正常的生命活動(dòng)[23]?？赡苁窃诘偷獥l件下，植株發(fā)生一系列的形態(tài)、生理變化以增強(qiáng)適應(yīng)低氮的能力，最終緩解低氮的壓力。孫從建等[24]在黃土丘陵溝壑區(qū)對(duì)5種典型農(nóng)作物在3種不同的降雨類型條件下產(chǎn)流產(chǎn)沙效應(yīng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)紅薯因葉面積較大，地表覆蓋率較高的生理特性，能有效降低雨滴對(duì)表層土壤的濺蝕，從而阻止土壤隨侵蝕性降水的流失?？嗍w在黃土高原丘陵溝壑區(qū)廣泛種植，耐低氮品種的葉面積更大，可以減少不同雨強(qiáng)對(duì)土壤地面的直接侵蝕，水土保持作用更強(qiáng)，且耐低氮品種植株的莖較粗，減少植株倒伏概率，較大的地上指標(biāo)可以提供更多的綠肥和動(dòng)物飼料。在黃土高原丘陵溝壑區(qū)，種植耐低氮品種的苦蕎具有較好的生態(tài)效應(yīng)和綠肥效益。本研究表明兩個(gè)品種在不同生育期地上部生長(zhǎng)指標(biāo)均有差異，株高和莖粗均表現(xiàn)為：成熟期>開花期>幼苗期，葉面積均表現(xiàn)為：開花期>成熟期>幼苗期。研究表明在作物生長(zhǎng)期內(nèi)莖粗隨著作物的生長(zhǎng)而增大，當(dāng)作物成熟之后莖粗不再發(fā)生變化。在收獲時(shí)期作物葉面積呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，這主要是因?yàn)橹参锶~片蒸騰所影響的[25]。另外，研究表明在作物生長(zhǎng)期間，鉀元素能提高葉片葉綠素含量，增大其葉面積，延長(zhǎng)葉的功能期，提高光合效率，促進(jìn)灌漿過(guò)程和提早成熟，增強(qiáng)植株的抗逆性[26]。

表3 冗余分析排序

3.2 氮處理及品種對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

大量研究已經(jīng)證明土壤pH是影響植物吸收養(yǎng)分的主要驅(qū)動(dòng)因素。本研究中在低氮脅迫下幼苗期HF的土壤pH比DQ的高，在低氮條件下苦蕎根系活力因品種有差異，即耐低氮苦蕎品種根系活力、根系硝酸還原酶活性明顯高于不耐低氮品種[20]，這可能是根際土壤pH發(fā)生變化的原因之一。另有研究表明，土壤pH增加可以增加氨氧化菌的豐度從而增加土壤中潛在的硝化作用[27]，可以為植物的生長(zhǎng)提供更多的有效氮素，這也可能是苦蕎品種的耐低氮機(jī)制之一。苦蕎幼苗期種子的發(fā)育需要消耗的水分較多，同時(shí)苦蕎的生長(zhǎng)的后期根系發(fā)達(dá)，對(duì)水分的吸收量也增加[25]，因此幼苗期和成熟期兩個(gè)品種的土壤含水量下降。而在苦蕎幼苗和開花期HF對(duì)含水量的消耗顯著大于DQ，有研究表明植物在遇到脅迫時(shí)主根會(huì)增加來(lái)適應(yīng)環(huán)境，增加對(duì)土壤中水分的吸收與消耗[9]，由于品種差異，HF品種相對(duì)于DQ品種耐氮性較差，可能為適應(yīng)氮脅迫環(huán)境而消耗較多的水分。同時(shí)，裂區(qū)分析表明品種對(duì)含水量有顯著影響與結(jié)論相互印證。相關(guān)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)合理施用氮肥能夠有效增加黃土高原旱地0～20 cm土層土壤有機(jī)碳及有機(jī)氮積累，從而提高土壤氮素礦化能力，降低氮素礦化速率[28]。本研究中在苦蕎生育期中隨著施氮量的增加土壤有機(jī)質(zhì)總體上呈增加的趨勢(shì)，除了HF的開花期和成熟期，其它沒有顯著差異。

本研究表明從幼苗期到成熟期，各施肥處理土壤堿解氮下降。苦蕎因營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)同時(shí)進(jìn)行，代謝速度快，對(duì)氮的需求也增加，同時(shí)在生育后期，HF的土壤堿解氮在N1、N2處理下分別比DQ消耗的多，且土壤全氮在3個(gè)處理分別比DQ消耗的多。RDA結(jié)果表明堿解氮和全氮是影響HF品種植株生長(zhǎng)的環(huán)境因子。由于不同品種對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素吸收利用效率、生產(chǎn)能力以及生長(zhǎng)特性等差異，對(duì)氮素的需求存在較大差異[29]，DQ因耐氮性高在生育后期對(duì)氮的消耗少[8]。相關(guān)研究表明種子類作物從開花至成熟期，各個(gè)器官中的N素在不斷的進(jìn)行再分配，作物籽粒蛋白中N有20%來(lái)自開花后的植物同化作用，而有80%來(lái)自開花前營(yíng)養(yǎng)器官氮元素的轉(zhuǎn)移再分配[30]。本試驗(yàn)中兩個(gè)品種的有效磷均相對(duì)于播種期有所下降，在生育后期HF土壤有效磷、速效鉀及全鉀在N1、N2處理下均比DQ消耗的多。說(shuō)明土壤中的氮的添加會(huì)改變根際土壤的微環(huán)境從而影響植物對(duì)磷素和鉀素養(yǎng)分吸收利用[31]。

4 結(jié) 論

耐低氮品種較大的葉面積和莖粗可以降低雨水對(duì)地面的直接侵蝕并防止大風(fēng)災(zāi)害帶來(lái)的倒伏損失，在黃土丘陵溝壑區(qū)種植耐低氮苦蕎品種可以在獲得經(jīng)濟(jì)收益的同時(shí)兼顧水土保持效益；苦蕎對(duì)土壤中氮肥的消耗大，通常會(huì)增加下一季作物的肥料用量，本研究表明，耐低氮品種在收獲后土壤中養(yǎng)分含量更高，可以減少下一季作物的肥料用量。

致 謝:非常感謝迪慶藏族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所與山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒作物研究所對(duì)本課題提供的種子資源。