Effects of foliar spraying potassium-containing organic water-soluble fertilizer on rapeseed growth and yield

Ya-ping CHEN, Xiao-tian ZHU, Yue HONG, Mao-run ZHOU, Chao ZHENG, Cui-ying WEI, Mei-song ZHOU, Yan YU, Fu-gui ZHANG, Yan-hua KAN, Ke-jin ZHOU

CHINESE JOURNAL OF OIL CROP SCIENCES ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (1) : 131-137.

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CHINESE JOURNAL OF OIL CROP SCIENCES ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (1) : 131-137. DOI: 10.19802/j.issn.1007-9084.2021303

Effects of foliar spraying potassium-containing organic water-soluble fertilizer on rapeseed growth and yield

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HeighLight

To improve the seed yield, foliar spraying of potassium fertilizer was studied to explore the effect of potassium-containing organic water-soluble fertilizer on rapeseed growth and yield. Cultivar Wangchengyou 8 was used as material, with 3 spraying periods (seedling, early bloom stage, seedling + early bloom stage) and 5 potassium-containing organic water-soluble fertilizer application rates (0, 375, 750, 1125, 1500 g) treatments. Two-factor randomized block test was designed. Results showed that, after spraying 750 g potassium-containing organic water-soluble fertilizer at rapeseed seedling or early bloom stage, growth and development indexes (including plant height, root neck thickness, and biomass) were significantly increased. And spraying twice at seedling and early bloom stage had a more significant impact on growth and development than spraying at a single period. Spraying 750 g per hectare at both seedling and early blooming increased the number of effective siliques per plant and seeds number per silique. An increase of 39.07% on seed yield and 44.22% on oil production per hectare were also observed compared with control. By spraying 750 g per hectare at seedling and early blooming stages, plant growth, yield, seed oil, and economic benefits could be significantly increased.

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Ya-ping CHEN , Xiao-tian ZHU , Yue HONG , Mao-run ZHOU , Chao ZHENG , Cui-ying WEI , Mei-song ZHOU , Yan YU , Fu-gui ZHANG , Yan-hua KAN , Ke-jin ZHOU. Effects of foliar spraying potassium-containing organic water-soluble fertilizer on rapeseed growth and yield[J]. CHINESE JOURNAL OF OIL CROP SCIENCES, 2023, 45(1): 131-137 https://doi.org/10.19802/j.issn.1007-9084.2021303
油菜(Brassica napus L.)是国产食用植物油的第一大来源,每年可提供优质食用植物油约520万吨,占国产食用植物油的47%左右,油菜生产对保障我国食用油供给安全具有重要的战略意义。油菜还是全产业链多功能开发利用程度最高的一种大田作物,除榨油外,还有蔬用、花用、蜜用、饲用、肥用等用途,仅用作高蛋白饲料的菜籽饼每年就有800万吨,因此油菜产业在我国乡村振兴战略中将发挥重要的作用[1,2]
钾(K)素是油菜必需的大量元素之一,且油菜需钾量较其它作物更大[3]。然而,近年来由于高强度的作物种植,导致土壤中的钾素被大量带走,加之降雨导致的土壤流失,使得土壤钾素收支不平衡不断加剧,钾已经成为限制油菜产量提高的关键因子之一[4,5]。当土壤速效钾含量低于135 mg/kg时,需要通过施用钾肥来实现油菜高产[6]。缺钾条件下,油菜会出现生育期推迟、生长缓慢、植株矮小、绿叶数少、叶片小、抗性差等症状,还会影响对其它营养的吸收[7],最终导致籽粒产量下降[8,9]。可见,在油菜生长发育的关键时期,科学高效地补充钾素,对于有效发挥出油菜的高产潜力具有重要意义[10]
叶面施肥是作物补充养分的重要方式之一,尤其是在出现逆境或无法进行土壤施肥时,进行叶面施肥对作物生产具有更重要的意义。另外,叶面肥还具有针对性强、吸收快、效果好和环境污染风险小等特点,使得作物的养分利用率提高,从而对作物的产量有促进作用,因此喷施叶面肥逐渐成为改善植物缺素症状的高效技术[11]。杨曾平等研究表明,叶面喷施钾肥有利于水稻对氮磷钾养分的吸收和利用[12],提高水稻的产量。含钾有机水溶肥是将钾素与有机酸螯合而成的一种新型叶面肥,已在多种作物上应用[13~17],它在补充钾素的同时还能调节作物的生长、提高产量和品质,其中张付莲研究发现,从油菜三叶期开始每10天喷1次含钾有机水溶肥1000倍液,连续3次喷施,增产效果明显[13]
为进一步明确含钾有机水溶肥对油菜的增产潜力和使用技术,提出油菜通过叶面施肥的增产技术途径,本论文研究不同时期叶面喷施含钾有机水溶肥对油菜的生长发育、籽粒产量、籽粒品质和经济效益的影响,为指导油菜科学施肥提供理论支持和技术基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试验设计

油菜品种为旺城油8号。含钾有机水溶肥为陕西巨川富万钾股份有限公司提供的“富万钾”液态肥,其中含氧化钾174.60 g/kg,有机酮酸301.59 g/kg,硼、锌、硒、硅、钙等微量元素,pH 5~7。
试验于2020-2021年度在安徽省池州市东至县张溪镇(东经117°04′,北纬30°16′)开展,前茬作物为水稻,水稻收获后,秸秆深翻还田。土壤为砂壤土,pH 5.08,有机质含量为20.93 g/kg,全氮1.42 g/kg,碱解氮121.93 mg/kg,有效磷43.59 mg/kg,速效钾93.59 mg/kg,有效硼0.53 mg/kg。
试验设5个钾肥施用量,分别为每公顷叶面喷施含钾有机水溶肥0 (CK)、375、750、1125、1500 g(其氧化钾含量分别为0 g、64.48 g、130.95 g、196.43 g、261.90 g);3个喷施时期,分别为苗期(表示为S,2020年11月28日)、初花期(表示为F,2021年3月4日)、苗期+初花期(表示为SF,用量即为单一时期的两倍,喷施时间同上)。共15个处理,随机区组排列,3次重复,小区面积10 m2
2020年10月20日采用直播方式播种,播种量为4.5 kg/hm2。各处理喷施方法为准确称量含钾有机水溶肥”富万钾”液态肥,每公顷兑水450 L,手持喷雾器均匀喷洒,用等量清水作对照。各处理之间,除叶面喷施含钾有机水溶肥量不同外,其它肥料管理水平一致,整地前每公顷施用45%的复合肥(25-12-8)375 kg、15%硼肥6 kg作为底肥,4-5叶期(2020年11月17日)每公顷追施尿素187.5 kg。其它措施同一般大田管理。

1.2 性状调查

叶面喷施含钾有机水溶肥两周后(苗期为2020年12月12日,初花期为2021年3月18日)调查取样,每小区随机选取5株代表性植株测定株高、根颈粗、总叶数、绿叶数、SPAD、干物质量等指标。成熟期(2021年5月10日),每小区各选5株代表性植株,考查有效分枝数、单株角果数、每角果粒数、千粒重等指标,同时各小区单收单打,记录小区实际产量。

1.3 油菜籽粒品质的测定

采用瑞典Perten公司的多功能近红外成分分析仪 (DA7200) 测量各小区油菜籽粒含油量、蛋白质含量,每个小区重复3次。

1.4 数据处理与分析

利用DPS软件进行统计分析,采用Origin 2018 进行绘图,Tukey法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 含钾有机水溶肥对油菜生长发育的影响

图1可知,在每公顷喷施含钾有机水溶肥375~1500 g范围内,油菜植株干物质积累随喷施浓度的增加呈现先升高再降低的趋势,其中750 g含钾有机水溶肥处理干物质积累量最高,显著高于CK及其它处理。
Fig. 1 Effects of potassium-containing organic water-soluble fertilizer on rapeseed biomass in 3 periods
Note: A, B, C: investigating periods; A: seedling; B: flowering; C: maturing; Lower-case letters represent significance at 0.05 level by Tukey test

图1 含钾有机水溶肥对油菜3个调查时期生物量的影响

注:A、B、C分别是喷施后调查时期;A:苗期;B:花期;C:成熟期;柱子上方的小写字母代表Tukey法检验在0.05水平下的差异显著性

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苗期(S)每公顷喷施750 g含钾有机水溶肥处理的干物质积累在苗期、花期和成熟期分别较CK增加了37.28%、23.11%和13.63%;初花期(F)每公顷喷施750 g含钾有机水溶肥处理的干物质积累在花期和成熟期分别较CK增加了37.08%、17.84%;在苗期和花期(SF)均喷施750 g/hm2含钾有机水溶肥处理的干物质积累,在花期、成熟期分别较CK增加了14.39%、54.97%。比较苗期或花期单一喷施和两个时期均喷施750 g/hm2含钾有机水溶肥处理的油菜生物量积累,表明苗期或花期单一喷施没有显著差异,而两个时期均喷施的处理显著大于单一时期处理(图1)。在S处理每公顷喷施含钾有机水溶肥量为1125 g和1500 g下油菜花期的生物量分别比CK降低了18.65%、13.90%,说明含钾有机水溶肥施用量过高会在一定程度上抑制油菜生物量的积累。
表1知,油菜苗期叶面喷施含钾有机水溶肥对株高没有显著影响;而对根颈粗的影响显著,随着喷施浓度的增加苗期油菜的根颈粗呈先增加后降低的趋势,每公顷喷施750 g的含钾有机水溶肥油菜的根颈粗为6.36 mm,较CK增加了37.07%。无论是S、F、SF处理在花期和成熟期油菜的株高、根颈粗都随着喷施浓度的增加呈现先升高后降低的趋势,且在每公顷喷施量为750 g时达到最大。每公顷喷施量为750 g时,S、F、SF处理的花期株高较CK分别提高6.53%、11.11%、4.25%,成熟期株高较CK分别提高7.45%、13.79%、5.55%,花期根颈粗较CK分别增加15.61%、32.85%、46.44%,成熟期根颈粗较CK分别增加15.24%、34.41%、50.52%,均达到显著水平。由此可见,无论苗期还是花期每公顷喷施量750 g的含钾有机水溶肥均显著促进了油菜根颈的发育,且苗期和花期均喷施显著高于单一时期的效果,有利于提高油菜的抗寒性和抗倒能力。
Table 1 Effects of potassium-containing organic water-soluble fertilizer on 3 developmental periods

表1 含钾有机水溶肥的喷施对三个发育时期油菜生长的影响

喷施时期和用量

根颈粗 /mm

Rhizome diameter

株高 /cm

Plant height

绿叶数

Green leaves

总叶数

Total leaf number

SPAD
Spray periods and amounts S F M S F M S F S F S F
CK 4.64c 10.38cde 11.48ef 24.12a 134.64cdef 138.82cdef 5.2a 24.2c 6.6a 26.0cde 35.42b 47.78efg

苗期

S

375 5.09b 10.70cde 12.10de 25.04a 135.96bcde 141.02bcde 5.8a 25.0bc 6.4a 26.6cde 35.07bc 48.76cdefg
750 6.36a 12.00bc 13.23cd 25.02a 143.44ab 149.16ab 6.2a 34.4a 7.0a 35.6ab 39.38a 51.68bc
1125 4.42d 9.47de 10.46f 23.92a 129.91def 134.86def 5.6a 22.6c 6.4a 22.0de 34.50c 47.20fg
1500 3.92e 8.78e 10.16f 23.44a 127.05f 130.24f 5.8a 21.8c 6.4a 22.2de 32.28d 46.62fg

初花期

F

375 11.32cd 13.14cd 138.38bcd 144.10bcd 24.6c 25.0de 50.48bcde
750 13.79ab 15.43b 149.60a 157.96a 32.0ab 34.2bc 53.08ab
1125 10.82cde 12.50de 132.33cdef 138.38cdef 20.6c 23.4de 49.66cdef
1500 9.39de 11.28ef 129.58ef 134.64def 19.8c 20.e 47.90defg

苗期+初花期

SF

375 5.18b 12.31bc 14.27bc 24.73a 134.75cdef 141.46bcde 5.9a 26.6bc 6.5a 29.2bcd 35.16bc 51.06bcd
750 6.32a 15.20a 17.28a 25.12a 140.36bc 146.52bc 6.1a 37.6a 6.9a 43.2a 39.74a 56.24a
1125 4.55cd 11.87bc 13.17cd 25.08a 130.24def 133.76ef 5.7a 24.4de 6.5a 24.de 34.53bc 46.44g
1500 3.94e 9.62de 11.45ef 23.66a 126.72f 129.36f 5.6a 22.6de 6.3a 25.4de 32.32d 46.02g
注:S:苗期;F:花期;M:成熟期;数据后的小写字母代表Tukey法检验在0.05水平下的差异显著性
Note: S: seedling stage; F: flowering stage; M: maturing stage; Lower-case letters represent significance at 0.05 level by Tukey test
与CK相比各处理组油菜苗期、花期叶片的SPAD都随着喷施浓度的增加呈现抛物线趋势,且每公顷喷施量为750 g时出现峰值,随后SPAD值缓慢降低。每公顷喷施750 g含钾有机水溶肥苗期S处理的油菜叶片SPAD值较CK显著增加11.18%,花期时调查S、F、SF处理的叶片SPAD分别较CK显著增加了8.16%、11.09%、17.71%(表1)。表1还表明,苗期喷施不同浓度的含钾有机水溶肥对油菜绿叶数和总叶数较CK没有显著影响,但花期时每公顷喷施750 g含钾有机水溶肥显著增加了单株的绿叶数和总叶数,S、F、SF处理较CK绿叶数增幅显著,分别为42.15%、32.23%、53.37%,总叶数分别显著增加了36.92%、34.54%、66.15%。

2.2 含钾有机水溶肥对油菜经济性状的影响

同一喷施时期下,随着浓度的增加油菜的单株有效角果数、主花序有效角果数和每角粒数均呈现先增加后降低的趋势,且在每公顷喷施量为750 g时单株有效角果数和每角粒数出现峰值,但对油菜的有效分枝数和千粒重没有显著影响。
比较在不同时期每公顷喷施750 g含钾有机水溶肥对油菜经济性状的影响发现,主花序有效角果数、单株有效角果数、每角粒数和小区产量均呈现SF>F>S的趋势,且SF处理单株有效角果数和小区产量均显著高于F和S处理。SF处理的主花序有效角果数、单株有效角果数、每角果粒数分别较CK显著增加了24.71%、58.95%、24.80%。S、F、SF处理较CK增产10.86%、17.36%、39.07%,其中SF处理产量最高,达到2427.5 kg/hm2。本研究结果还发现,含钾有机水溶肥施用量过高会在一定程度上抑制油菜的产量,在SF处理下每公顷施用1125 g和1500 g叶面肥时小区产量分别较CK降低了2.32%和16.64%(表2)。
Table 2 Effects of potassium-containing organic water-soluble fertilizer on yield related traits in rapeseed maturation period

表2 含钾有机水溶肥对成熟期油菜经济性状及产量构成因子的影响

喷施时期和用量Spray periods and amounts

单株有效分枝数

Effective branch

主花序有效角果

Effective main

inflorescence

单株有效角果

Silique per plant

千粒重 /g

TSW

每角粒数

Seeds per silique

小区实产 /(kg /10 m2

Cell production

折合产量 /(kg/hm2)Equivalent output
CK 5.2a 51.0bcd 148.6bcde 3.70a 21.37cde 1.75defg 1745.5defg
S 375 5.6a 51.4bcd 153.6bcde 3.79a 22.37bcd 1.87cdef 1870.0cdef
750 6.4a 55.8abc 168.6bcd 3.78a 24.00abc 1.94cd 1935.0cd
1125 5.4a 49.2bcd 144.6bcde 3.79a 20.76de 1.80def 1800.0def
1500 4.8a 46.6cd 127.4de 3.71a 19.17e 1.53gh 1533.0gh
F 375 5.6a 53.8abc 168.8bcd 3.80a 22.84bcd 1.93cd 1932.5cd
750 6.2a 57.4ab 186.2b 3.81a 24.77ab 2.05bc 2048.5bc
1125 5.4a 52.4bcd 165.6bcd 3.80a 21.51cde 1.89cde 1890.0cde
1500 5.2a 47.4bcd 142.2cde 3.78a 20.58de 1.65fgh 1652.5fgh
SF 375 6.0a 55.8abc 185.2bc 3.73a 24.3abc 2.21ab 2212.5ab
750 6.2a 63.6a 236.2a 3.82a 26.67a 2.43a 2427.5a
1125 4.8a 47.4bcd 129.2de 3.69a 21.93bcde 1.71efg 1705.0efg
1500 5.2a 42.6d 110.4e 3.67a 20.40de 1.46h 1455.0h
注:数据后的小写字母代表Tukey法检验在0.05水平下的差异显著性
Note: Lower-case letters represent significance at 0.05 level by Tukey test
分析叶面喷施含钾有机水溶肥对油菜籽粒的品质和产油量的影响,结果显示苗期和花期(SF)每公顷均喷施750 g含钾有机水溶肥,油菜籽粒的蛋白质、含油量及产油量值最高,较CK分别显著增加了9.31%、3.70%、44.22%,其它处理水平则较CK无显著差异(表3)。
Table 3 Seed quality and oil production in rapeseed maturing stage after potassium-containing organic water-soluble fertilizer spray

表3 含钾有机水溶肥喷施对成熟期油菜籽粒品质和产油量的影响

喷施时期和用量

Spray periods and amounts

蛋白质含量 /%

Protein content

含油量 /%

Oil content

产油量 /(kg/hm2

Oil production

CK 19.02bc 38.87b 678.48b
S 375 19.14bc 39.33ab 735.47ab
750 19.55b 39.51ab 764.52ab
1125 18.99bc 38.93b 700.74b
1500 18.45bc 39.00b 597.87b
F 375 19.15bc 39.79ab 768.94ab
750 19.35bc 39.89ab 817.15ab
1125 19.04bc 38.90b 735.21b
1500 19.05bc 38.87b 642.33b
SF 375 19.20bc 39.64ab 877.04ab
750 20.79a 40.31a 978.50a
1125 19.02bc 38.91b 663.42b
1500 18.34c 38.96b 566.87b
注:数据后的小写字母代表Tukey法检验在0.05水平下的差异显著性
Note: Lower-case letters represent significance at 0.05 level by Tukey test

2.3 含钾有机水溶肥对油菜经济效益的影响

表4所示,施用不同量含钾有机水溶肥的成本投入和效益存在差异。在施用时期相同条件下,各处理的经济效益和CK相比呈显著变化,在每公顷施用含钾有机水溶肥750 g时,经济收益最高,S、F、SF处理的纯收入较CK分别增加855.15 元/hm2、1502.10 元/hm2、3437.40 元/hm2,增幅分别为10.12%、17.78%、40.68%,均达显著差异。各处理的产投比为1.30:1~2.80∶1,其中SF处理每公顷喷施含钾有机水溶肥750 g产投比最高,达2.80∶1;每公顷喷施含钾有机水溶肥1500 g处理的产投比最低,仅为1.30∶1。在从经济效益的角度可知,含钾有机水溶肥的施用量需要控制在一定范围才能获得较高的经济收入。
Table 4 Effect of potassium-containing organic water-soluble fertilizer on economic benefit of rapeseed production

表4 含钾有机水溶肥对油菜经济效益的影响

喷施时期和用量

Spray periods and amounts

菜籽产量 /(kg/hm2

Rapeseed yield

菜籽单价 /(yuan/kg)

Unit price of rapeseed

产值 /(yuan/hm2

Output

成本投入 /(yuan/hm2

Input

产投比

Input-output

ratio

经济效益 /(yuan/hm2

Economic benefits

CK 1745.5 5.7 9949.35 4500.0 2.21 5449.35h
S 375 1870.0 5.7 10 659.00 4612.5 2.31 6046.50f
750 1935.0 5.7 11 029.50 4725.0 2.33 6304.50e
1125 1800.0 5.7 10 260.00 4837.5 2.12 5422.50i
1500 1533.0 5.7 8738.10 4950.0 1.77 3788.10l
F 375 1932.5 5.7 11 015.25 4612.5 2.39 6402.75d
750 2048.5 5.7 11 676.45 4725.0 2.47 6951.45c
1125 1890.0 5.7 10 773.00 4837.5 2.23 5935.50g
1500 1652.5 5.7 9419.25 4950.0 1.90 4469.25j
SF 375 2212.5 5.7 12 611.25 4725.0 2.67 7886.25b
750 2427.5 5.7 13 836.75 4950.0 2.80 8886.75a
1125 1705.0 5.7 9718.50 6175.0 1.57 4543.50k
1500 1455.0 5.7 8293.50 6400.0 1.30 2893.50m
注:表中由于各处理田间管理一致,此处只考虑含钾有机水溶肥的成本,除去含钾水溶肥成本,投入费用每公顷在4500元,其中复合肥3400元/t、商品硼肥1500 元/t、尿素2600/t;数据后的小写字母代表Tukey法检验在0.05水平下的差异显著性
Note: Only the cost of organic water-soluble fertilizer potassium-containing is considered, because of the consistent in field management of each treatment, excluding the cost of potassium-containing water-soluble fertilizer, the basic input is 4500 yuan per hectare, including 3400 yuan per ton of compound boron fertilizer, 1,500 yuan per ton of borax fertilizer, and 2600 yuan per ton of urea; Lower-case letters represent significance at 0.05 level by Tukey test

3 结论与讨论

油菜缺钾会严重影响其生长发育,导致减产[18~21],及时补充钾肥可有效缓解缺钾症状,促进油菜增产增收[10,21~26]。传统补充钾肥的途径多通过土壤追施的方式进行,偶有叶面喷施无机钾肥,本研究探索叶面喷施含钾有机水溶肥对缓解油菜缺钾症的效果,发现苗期和花期每公顷各喷施750 g的含钾有机水溶肥提高了油菜的单株有效角果数、每角果粒数,从而使得小区产量、产油量较CK分别增加了682 kg/hm2、300.05 kg/hm2,对油菜的增产效果显著。并且苗期和花期叶面喷施含钾有机水溶肥,可与苗期茎叶除草和花期菌核病防治联合作业,不增加人工成本,大大提高了作业效率。
前人研究也表明在缺钾条件下,养分供应不足,油菜的生物量显著下降,从而限制了其光合作用,影响籽粒产量[9,18,20,27]。在本研究中苗期和花期每公顷各叶面喷施750 g的含钾有机水溶肥显著提高了油菜苗期和花期叶片的SPAD值,且花期的绿叶数和总叶数也显著增加,从而延缓油菜后期叶片衰老。推测叶片喷施含钾有机水溶肥可通过增加油菜的叶片数和叶绿素含量,有效提升油菜的光合效率,从而促进油菜的生长发育和产量提升。
本研究还发现,随着含钾有机水溶肥喷施量的增加,油菜的生物量或产量先增加后降低,呈抛物线趋势变化,当叶面喷施每公顷超过750 g的含钾有机水溶肥时,其生物量或产量明显下降。而邵文胜等[10,21]研究表明适宜施用钾肥对油菜生物量或产量有促进作用,但超过适宜施用量后对其产量不会出现抑制现象。本研究中叶面施用含钾有机水溶肥量过高时在一定程度上会抑制油菜的生长,这与阿加拉铁等[28]研究表明的植物激素对水稻生长效应相似,推测该含钾有机水溶肥成分中可能含有植物生长调节物质,从而促进作物合成营养物质,使得其生物量或产量得以提高,而施用量过高后,便对植物生长产生抑制作用,但这还需要进一步的试验验证。
叶面施肥是作物施肥的重要方式之一,是对土壤施肥不足的有效补充。本研究初步得出,在苗期和花期每公顷均叶面喷施750 g的含钾有机水溶肥,显著促进了油菜的生长发育,并通过提高单株角果数和每角粒数增加油菜籽粒产量,其产量、产油量、经济收益分别较CK分别显著提高了39.07%、44.22%和40.68%。其研究结果对指导油菜科学施肥具有重要意义。

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