汪瑞清，呂豐娟，胡立勇，肖運萍，魏林根，林洪鑫，張志華

（1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與資源環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中下游作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室/國家紅壤改良工程技術(shù)研究中心，江西 南昌 330200；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070）

0 引言

我國長江流域是油菜的主要種植區(qū)域，但與歐洲相比較，油菜產(chǎn)量和氮素利用效率都較低，制約了油菜種植面積的增長與穩(wěn)定［1］。研究表明，在我國長江中游地區(qū)（湖北、湖南、江西）油菜適宜的氮肥用量為150～270 kg/hm2，該水平下能夠使油菜保持較高的葉面積指數(shù)和產(chǎn)量［2-4］，氮肥利用率為34.0%～39.2%［2-7］。因此，需要合理調(diào)整施肥技術(shù)以提高我國油菜氮肥利用率。

葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)技術(shù)在研究葉片光合作用過程中對光的吸收、透射、耗散和分布方面具有獨特的作用［8］。氮肥用量是影響作物葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的關(guān)鍵因素之一［9-10］，適宜的施氮量可以提高葉片中的電子傳遞速率和PSⅡ的實際光化學(xué)效率，從而增強葉片的光吸收，促進(jìn)同化物的積累和轉(zhuǎn)運，增加作物千粒重［10-11］；可以延緩作物灌漿后期葉片衰老，使作物獲得較好的光合性能，從而提高產(chǎn)量［12-13］；可以有效調(diào)節(jié)作物氮素的積累和轉(zhuǎn)運，增加作物氮肥利用率［14］，從而顯著減少作物的氮素?fù)p失，獲得更高的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益［15］。有關(guān)油菜葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的研究主要集中在鋁脅迫［16］、干旱［17］、漬害［18］等處理。

近年來，我國菜籽餅粕年產(chǎn)量在860 萬t 以上［19］。油菜枯餅富含蛋白質(zhì)，一般含氮量為6%左右，也含有碳水化合物、脂質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素等多種營養(yǎng)物質(zhì)。同時，粗纖維、鈣、植酸磷等含量都較高［19］。因此，它不僅是一種重要的植物蛋白質(zhì)飼料資源，也是一種非常優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，但相關(guān)的應(yīng)用研究報道較少。關(guān)于氮肥和栽培因素對油菜產(chǎn)量和氮肥利用率影響的研究報道較多，主要集中在氮肥用量［20］、控釋氮肥用量［21］、氮肥追施時期［22］、不同栽培模式及施氮方式［23］、施氮量與生育期水分脅迫互作等方面［24］。有機(jī)無機(jī)肥配施是一種有效提高作物產(chǎn)量和氮肥利用率的措施。但關(guān)于有機(jī)無機(jī)肥配施對油菜葉綠素?zé)晒鈪?shù)、產(chǎn)量形成規(guī)律、氮肥利用率的研究報道較少。因此，研究不同施氮量和添加有機(jī)含氮肥料對油菜葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，有助于了解油菜增產(chǎn)的生理機(jī)制。同時，也為進(jìn)一步探索油菜高產(chǎn)栽培和高氮回收利用率提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料與試驗地點

油菜品種為長江中下游地區(qū)大面積應(yīng)用的華油雜62和華油雜9號，均為華中農(nóng)業(yè)大學(xué)選育。試驗地點在江西省南昌市南昌縣良種場（115°57′E，28°30′N）。試驗地為紅壤旱地，前作為西瓜，成土母質(zhì)為湖積母質(zhì)，時間為2014年10月～2015年5月。土壤理化性質(zhì)為pH值5.1、有機(jī)質(zhì)含量為23.46 g/kg、全氮為1.78 g/kg、速效氮為108.80 mg/kg，速效磷為102.08 mg/kg、速效鉀為159.65 mg/kg、有效硼為0.71 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

田間試驗采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)。小區(qū)面積為15 m2（2 m×7.5 m），周圍有1.5 m寬的保護(hù)行。以尿素（46.4% N）為無機(jī)氮源、過磷酸鈣（12% P2O5）為無機(jī)磷源、氯化鉀（60% K2O）為無機(jī)鉀源、硼酸（10% BO33-）為硼源，施用油菜枯餅后減少相應(yīng)的無機(jī)氮、磷、鉀肥用量。設(shè)置5個施肥處理：T0（CK1），0；T1，180；T2，270；T3，180#；T4，270#（表1），數(shù)值后加#代表添加了油菜枯餅（1500 kg/hm2）。所采用的有機(jī)氮來源于菜籽餅（氮5.98%、磷1.75%、鉀0.97%）。將油菜枯餅與基肥混合一次性施用于土壤中。磷肥、鉀肥、硼肥用量分別為90、126和15 kg/hm2，同時，油菜磷肥和硼肥作為基肥一次性施入土壤，油菜氮肥和鉀肥的基追肥比例（基肥∶苗肥∶薹肥）為5∶2∶3。

表1 不同處理下氮肥與有機(jī)肥用量 kg/hm2

1.3 數(shù)據(jù)收集

油菜成熟期在每個地塊的中間行（剔除病株和不育株）連續(xù)采集10株植物進(jìn)行進(jìn)一步分析，包括產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量（單株角果數(shù)、每角粒數(shù)、千粒重、分枝數(shù)量、每個分枝產(chǎn)量和小區(qū)產(chǎn)量）?？挤N結(jié)束后將不同器官（莖、角果皮、籽粒）分別存放在網(wǎng)袋中，并對每個樣品進(jìn)行編號；在完全自然曬干后測量植株各部分的干物質(zhì)重，然后用小型植物粉碎機(jī)粉碎，并保留一部分樣品，用于分析各植株部分的氮含量。經(jīng)濃H2SO4和H2O2硝化后，采用流動注射分析儀測定油菜植株各部位的全氮含量［25］。

參考Feng等［10］的 方法，在48、78、90、110和149 DAS（Days After Sowing）5個 時 期，用PAM-2500葉綠素?zé)晒鈨x測定了從頂部開始的倒數(shù)第3葉的葉綠素?zé)晒鈪?shù)，每個小區(qū)測定3株并取平均值。在油菜蕾薹期（2015-01-24，91 DAS）測定每片葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。此時溫度顯著升高，油菜同時進(jìn)入營養(yǎng)生長和生殖生長期，其生長狀況對成熟期油菜產(chǎn)量形成有顯著的正向影響。氮肥利用效率指標(biāo)計算如下：（1）累積氮肥吸收利用率（%）=（施氮處理的作物收獲后累積總氮－未施氮作物收獲后累積總氮）/總氮量×100%；（2）累積氮肥生理效率（kg/kg）=（施氮處理的作物收獲后累積產(chǎn)量－不施氮處理后作物收獲后累積產(chǎn)量）/（施氮處理的地上部分累積氮總量－不施氮處理地上部分累積氮總量）；（3）累積氮肥農(nóng)學(xué)效率（kg/kg）=（施氮處理后作物收獲后累積總產(chǎn)量－不施氮處理的作物收獲后累積總產(chǎn)量）/氮肥總量；（4）累積氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施用氮肥后的作物收獲累積總產(chǎn)量/總施氮量［26-27］。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用SAS 9.1軟件進(jìn)行單因素和雙因素方差分析。采用LSD法（最小顯著性差異）進(jìn)行處理間的多重比較，所有圖片均由數(shù)據(jù)繪圖軟件Origin 8.0軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 油菜葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)

不同氮肥處理對PSⅡ潛在活性（potential activity of PSⅡ，PAP）和最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（maximum photochemical quantum yield of PSⅡ，MPQP）的影響，在不同時期表現(xiàn)不一致（表2）。增加施氮量和添加少量有機(jī)肥能有效提高PAP和MPQP，華油雜62在78、90和110 DAS 3個時期的T0、T1、T33個處理間有顯著差異，T1處理的PAP和MPQP分別比T0高2.80%～4.00%和13.44%～20.23%。110 DAS時，華油雜9號中T3處理的PAP和MPQP分別比T0高3.44%和14.44%，而149 DAS時分別下降1.13%和6.32%（表2）；電子傳遞速率（electron transport rate，ETR）在5個時期的總體表現(xiàn)為先升后降，以蕾薹期（90 DAS）的最高。在78 DAS時，T3處理的PSⅡ總量子產(chǎn)量（total photochemical quantum yield of PSⅡ，TPQY）在華油雜62和華油雜9號中較T0的分別增加了10.52%和16.79%，而T3的ETR值分別比T0的高9.31%和16.59%（表2）。149 DAS時，T3處理在華油雜62的TPQY和ETR值下降，與T0相比分別下降12.38%和12.93%。78 DAS時，T3處理的華油雜62中的光化學(xué)猝滅系數(shù)（photochemical quenching coefficient，qP）比T0顯著增加6.23%，149 DAS時下降41.32%，且T1和T3處理之間也有顯著差異（表2）。

表2 不同氮肥處理對不同時期油菜葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

華油雜62在T1處理中，Y2和Y3的實際光化學(xué)效率分別提高了3.99%和3.53%，而在T3處理中，Y4的實際光化學(xué)效率比T0的提高了4.51%。華油雜9號的Y2～Y4實際光化學(xué)效率T3比T0高1.77%～3.74%，其他部位差異不顯著（表3）。

表3 不同氮肥處理對油菜越冬期不同部位葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

2.2 油菜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

總體上2個油菜品種的單株角果數(shù)差異不明顯，華油雜9號的每角粒數(shù)比華油雜62的高10.82%（P＜0.05），但是華油雜9號的千粒重比華油雜62的低9.14%（P＜0.05）。T1的單株角果數(shù)在5個處理中最高，比T0增加72.22%（P＜0.05），5個處理間的每角粒數(shù)和千粒重差異不顯著。這說明在相同施氮量下（T1和T3、T2和T4），有機(jī)氮代替部分無機(jī)氮肥對油菜產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響較小（表4）?；プ鞣治鼋Y(jié)果表明，品種對油菜各產(chǎn)量構(gòu)成因素有顯著或極顯著影響，同時氮肥處理對油菜單株角果數(shù)有極顯著影響（表4）；與華油雜62相比，華油雜9號的油菜產(chǎn)量提高了41.70%。T1的產(chǎn)量較T3（有機(jī)肥替代部分無機(jī)肥）的產(chǎn)量高出0.92%（P＞0.05），T1的氮肥回收利用率較T3的高1.09個百分點。在相同施氮量下，有機(jī)氮代替部分無機(jī)肥，對油菜產(chǎn)量的影響較小。品種和氮肥處理的交互作用無顯著影響，但是品種和氮肥處理分別對油菜產(chǎn)量有極顯著的影響（表4）。

表4 不同氮肥處理對油菜產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

不同處理的分枝產(chǎn)量結(jié)果表明，主花序的產(chǎn)量高于各分枝的，施氮處理的主花序產(chǎn)量高于不施氮處理的，不同分枝的產(chǎn)量大致呈先升后降的趨勢。各處理的產(chǎn)量峰位為第3、4分枝（圖1a、1b），總體表現(xiàn)為T1處理不同位置的產(chǎn)量都要高于其他處理。在華油雜62中，T0處理的產(chǎn)量都要顯著低于其他4個施肥處理，而4個施肥處理間僅T1處理的產(chǎn)量在第2分枝部位較T3的顯著增加了25.3%。華油雜9號中，T0處理僅在第2、3、5、6分枝位置的產(chǎn)量顯著低于T1處理，而4個施肥處理中，僅T1處理在第2、3分枝部位較T3處理分別顯著增加了83.0%和66.1%。

圖1 不同氮肥條件下不同部位油菜分枝的產(chǎn)量變化

2.3 氮素積累量和氮肥利用率

方差分析結(jié)果表明，試驗品種、施氮量和添加有機(jī)肥對油菜不同器官氮素積累量有顯著影響。與華油雜9號相比，華油雜62的莖和果皮氮素積累量分別提高了45.45%和32.59%（P＜0.05），籽粒的氮素積累量下降了28.32%（P＜0.05），5個處理中T2處理不同器官的氮素積累量最高。與T1相比，T2的籽粒和總的氮素積累量分別增加了17.60%和17.59%（P＜0.05），而T1和T3間莖、果皮和籽粒的氮素積累量差異不顯著（表5）。方差分析結(jié)果表明，除品種對氮素總累積量無顯著影響外，品種和氮肥處理對各器官的氮素累積量都有極顯著的影響，而兩者的交互作用無顯著影響。

油菜氮肥利用效率指數(shù)受品種、施氮量和添加有機(jī)肥的顯著影響。與華油雜62相比，華油雜9號的氮肥回收效率（Nitrogen fertilizer recovery efficiency，NRE）無顯著差異，但是氮肥生理效率（Nitrogen physiological efficiency，NPE）、氮肥農(nóng)學(xué)效率（Nitrogen agronomic efficiency，NAE）和氮肥偏生產(chǎn)力（Nitrogen partial factor productivity，NPFP）分別提高了38.19%、42.34%和28.93%（P＜0.05）。施肥處理間的NRE 無顯著差異，但是T2較T1低4.44個百分點（P＞0.05），而T2的NPE和NAE分別較T1的低1.24個百分點（P＜0.05）和4.03個百分點（P＜0.05）。添加有機(jī)肥處理T4的產(chǎn)量較T2的低1.21%，氮肥回收利用率低1.94個百分點，但都無顯著差異。T3的NPE和NAE分別比T2的高1.14和2.93個百分點（P＜0.05）（表5）。方差分析結(jié)果表明，品種對NPE、NAE和NPFP有極顯著的影響，氮肥處理對油菜NPE和NAE有顯著影響，而兩者的交互作用無顯著影響。

表5 不同氮肥處理對油菜氮素積累量和氮素利用效率指標(biāo)的影響

3 結(jié)論與討論

3.1 施用氮肥對油菜葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響明顯

葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化可以定性和定量地評價植物的生長狀況。PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（MQYP，F(xiàn)v/Fm）反映了潛在的最大光化學(xué)量子產(chǎn)量和植物進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的能力范圍。?iv?ák［28］和Boussadia等［29］的研究結(jié)果都顯示，PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量對氮肥處理幾乎不敏感。但是Shangguan［30］和Jin等［31］的研究結(jié)果表明，施氮提高了PS反應(yīng)中心的實際光化學(xué)效率，施用氮肥顯著提高了最大光化學(xué)效率，MQYP的變化模式 為“低—高—低”［31］。在華油雜62的78、90和110 DAS期間，MQYP對氮處理敏感。這一結(jié)果與Shangguan［30］和Jin等［31］的研究結(jié)果一致。原因可能是高等植物的MQYP值是由其自身特性決定的，在健康生理條件下進(jìn)行MQYP比較，平衡施肥對其影響不大［32］。但在氮脅迫等非健康生理條件下，其最大熒光產(chǎn)量和光化學(xué)活性降低。以往的研究表明，適當(dāng)?shù)氖┑靠梢栽鰪娙~片的光捕獲能力，提高光合電子傳輸速率和光化學(xué)量子產(chǎn)量，并減少葉片非輻射能量的散熱量［11-12］。

在水稻［32］、小麥［33］、煙葉［34］、甜瓜［35］等作物上都顯示，有機(jī)肥與化肥配施相對于長期單施化肥和有機(jī)肥有利于作物葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的改善，尤其是提高葉片的最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（MQYP，F(xiàn)v/Fm）、光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)（qP），降低初始熒光（Fo）和PSⅡ吸收光能用于天線色素耗散的能量，且隨著葉齡的增加，有機(jī)肥作用效果日趨明顯，增施有機(jī)肥可延緩植株衰老，提高葉片光能利用效率。侯紅乾等［32］研究表明，等養(yǎng)分條件下配施30%有機(jī)肥具有最優(yōu)的葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)組合及籽粒產(chǎn)量，而配施超過50%有機(jī)肥由于前期熱耗散增大使得用于光合作用的光能份額減少，而施用氮磷鉀肥處理則由于后期的衰老使得光能利用效率下降，且水稻葉綠素?zé)晒鈪?shù)PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量隨水稻生育期的推進(jìn)呈降低趨勢，不施氮處理的PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量值最低，而施氮處理比不施氮處理Fv/Fm值增加了2.85%～4.18%。本研究結(jié)果表明，在油菜越冬過程中（78 DAS），無機(jī)氮中加少量有機(jī)肥較空白對照能顯著提高葉片TPQY（10.52%～16.79%）和ETR（9.31%～16.59%）。然而，這2個指標(biāo)值在華油雜62的開花期（149 DAS）顯著降低了12.93%和12.38%，而在華油雜9號中則增加了12.92%和12.78%（表2）。本研究結(jié)果與上述結(jié)果［32-35］有一定的差異。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，可能與作物類型、種植區(qū)域、土壤類型等不一樣有關(guān)，也可能與品種特性差異有較大的聯(lián)系。從整個生育期田間表現(xiàn)來看，華油雜9號屬于肥料高效利用類型的品種，對氮肥的響應(yīng)不及華油雜62敏感。因此，施用氮肥與有機(jī)肥對油菜生育期葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響較明顯，對后期油菜產(chǎn)量的提高將起到積極作用。今后將會進(jìn)一步開展不同類型油菜品種在有機(jī)無機(jī)肥配施條件下的熒光參數(shù)差異特征探索，并明確差異形成的生理生態(tài)機(jī)制。

3.2 蕾薹期不同部位的熒光參數(shù)與油菜產(chǎn)量的關(guān)系密切

有關(guān)不同脅迫條件對作物葉片熒光參數(shù)影響的報道較多。在這些報道中測定的葉片部位因作物種類而異，例如油菜是倒數(shù)第3葉［36］、水稻是倒數(shù)第2葉［37］、棉花是倒數(shù)第4葉［38］。以往的研究也表明，小麥倒數(shù)第1、2、4葉的葉綠素?zé)晒鈪?shù)的差異可以作為氮素狀況的評價指標(biāo)，用于田間診斷和指導(dǎo)氮肥施用［10］。本研究表明，氮處理對油菜不同部位葉片的PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率有顯著的正向影響，尤其是Y2～Y4部位（表3）。這項研究結(jié)果與以前在其他作物上的研究結(jié)果基本一致［36-38］。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因可能是倒數(shù)第2～4片葉屬于新葉，它們對各種環(huán)境因素最為敏感。因此，可以區(qū)分不同處理下油菜葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化，為今后不同條件下油菜葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定和氮素狀況評價提供理論參考。

油菜是一種多分枝的作物，以往研究表明在種植密度為3×105株/hm2的情況下，油菜從第1分枝到最后一個分枝（自上而下）的產(chǎn)量呈現(xiàn)先增后降的趨勢，第3和第4分枝的產(chǎn)量較高［3］，這一結(jié)論與本研究結(jié)果基本一致。在本研究中，油菜第2～4分枝的平均籽粒產(chǎn)量較其他分枝平均產(chǎn)量高1.3倍（圖2）。結(jié)合蕾薹期的熒光參數(shù)結(jié)果，可以看出油菜倒2～倒4分枝產(chǎn)量偏高的可能原因是該位置的葉片能夠保持長時間的光照，葉片對光照吸收較好，導(dǎo)致該位置的葉片光合作用優(yōu)于其他位置，生成了更多的光合產(chǎn)物，從而有利于該位置油菜籽粒高產(chǎn)的形成。因此，可以認(rèn)為蕾薹期不同部位的熒光參數(shù)與油菜產(chǎn)量的關(guān)系十分密切。今后將進(jìn)一步開展不同位置葉片光合作用參數(shù)和熒光參數(shù)的聯(lián)合研究分析，對其油菜高產(chǎn)的光合生理機(jī)制進(jìn)行深入探索。

3.3 適宜的氮肥用量有利于提高油菜產(chǎn)量和累積氮肥利用率

氮肥用量是影響作物產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，但不同作物的適宜氮肥用量不同［1-2，4，39-40］，以及同一作物的不同區(qū)域也會有差異［1，5，41］。與華油雜62相比，華油雜9號的油菜產(chǎn)量提高了41.70%（P＜0.05），主要是華油雜9號的每角粒數(shù)比華油雜62的高10.82%（P＜0.05）?？赡茉蚴侨A油雜9號對江西的適宜性要強于華油雜62，能夠適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂蚝屯寥赖葪l件，有利于發(fā)揮油菜產(chǎn)量潛力。當(dāng)施氮量從180 kg/hm2（T1）增加到270 kg/hm2（T2）時，油菜產(chǎn)量有一定程度的提高但無顯著差異。但是，T2的總氮吸收利用率僅為36.71%，比T1的低4.44個百分點（表5）。氮回收率接近以前研究報道的油菜氮吸收利用率（34.0%～39.2%）［1，7］。T1的產(chǎn)量較T3的高出0.92%，但無顯著差異，T1的氮肥回收利用率較T3的高1.09個百分點。因此，結(jié)合產(chǎn)量和氮肥累積利用效率指標(biāo)，認(rèn)為T1是提高油菜氮肥吸收利用率和產(chǎn)量的適宜施氮量。如果從有機(jī)肥能夠改良土壤的特性和下茬作物的肥料利用來考慮，也可以選擇T3。總之，適宜氮肥用量可以提高油菜產(chǎn)量和氮肥利用率，這為長江中游地區(qū)油菜施肥技術(shù)提供了理論參考。

3.4 結(jié)論

添加有機(jī)肥能提高越冬期油菜葉片的電子傳遞速率和PSⅡ光化學(xué)總量子產(chǎn)量，且不同施氮量對蕾薹期2個品種倒數(shù)第2～4葉的PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率的影響最為明顯；同時，施氮量能夠顯著影響不同分枝部位的籽粒產(chǎn)量，其中倒數(shù)第2～4分枝的產(chǎn)量高于其他分枝。T1的油菜產(chǎn)量與T2的無顯著差異，但是T1的NRE高于其他3個處理。T1的產(chǎn)量和氮肥回收利用率較T3（有機(jī)肥替代部分無機(jī)肥）的高出0.92%（P＞0.05）和1.09個百分點（P＞0.05）。因此，可以認(rèn)為增施氮肥對新葉的PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率影響最為明顯，且油菜適宜氮肥用量為180 kg/hm2，并采用全部無機(jī)肥或采用部分有機(jī)肥替代無機(jī)肥，能夠保持較高的產(chǎn)量和氮肥回收利用率。