Analysis of Potato Farming NPK Inputs and Soil Nutrient Balance in Yunnan Province
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Keywords:
- potato /
- management of NPK of farmers /
- nutrient balance
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油菜是中国主要油料作物，也是一种重要的饲用蛋白源。甘蓝型油菜是常异花授粉植物，主要是通过风媒传粉和虫媒传粉。已有研究发现油菜花蜜量及其化学成分会影响油菜的昆虫访问和传粉，进而影响油菜产量[1-3]。油菜花的蜜腺在泌蜜前期储存大量淀粉，随着蜜腺腺体发育淀粉粒也逐渐增多。在开花释放花粉粒之前，蜜腺中储存的淀粉粒开始分解，直到花粉粒释放之后，蜜腺细胞中的多糖大量分泌，泌蜜盛期与传粉期吻合，有利于传粉和提高结实率[4-7]。有研究表明：不同品种的油菜花泌蜜量有差异，同时泌蜜量也受栽培管理措施、土壤条件、气候条件和病害等影响[8-9]。植物花蜜一般含有糖类、黄酮、蛋白质和脂类等物质，但其含量在不同植物品种间存在差异，特别是糖的种类和含量差异最为明显[10-12]。油菜生产上品种类型较多，且不同品种间产量差异较大。目前，有关油菜花蜜的化学成分及含量研究鲜见报道。笔者以5个常规甘蓝型油菜品种为供试材料，对油菜单花泌蜜量、蜜腺面积、花蜜化学成分及其含量进行研究，旨在为研究通过昆虫传粉提高油菜产量以及油菜花蜜腺遗传改良提供理论依据。
1. 材料与方法
1.1 供试材料
5个供试甘蓝型油菜品种分别为滇早油16、滇油1号、花油8号、ZY511和黄矮早，种子由云南农业大学油菜研究室提供。
1.2 试验方法
1.2.1 材料种植
2017年10月中旬，将油菜种子播种于云南农业大学后山农场同一地块，按常规方法进行油菜栽培管理。
1.2.2 花蜜收集
对将要开放的花朵进行标记，在整株花朵开花后第3天上午12：00左右采摘花朵放入自封袋中带回实验室，每个品种采集100朵花。采用离心法收集花蜜：先用消毒镊子、剪刀去除花萼、花瓣、雄蕊和雌蕊，保留花托和蜜腺，并防止花蜜损失，然后放入已剪好的并在底端扎满小眼的一次性手套的手指袋中，每10朵花放入1个手指袋，再放入10 mL的离心管。4 ℃、1 000 r/min离心5 min。将收集的花蜜转移到2 mL离心管中，定量，4 ℃保存。
1.2.3 油菜花蜜腺面积的测定
将开花后第3天的油菜花朵去除花萼、花瓣、雄蕊和雌蕊，保留花托和蜜腺，然后平置于显微镜下，使蜜腺一面朝上，分别测定每朵花4个蜜腺的长轴和短轴的长度。油菜花的蜜腺呈椭圆状，因此每个蜜腺的表面积按椭圆形面积公式计算，4个蜜腺面积之和为每朵花的总蜜腺面积。每个品种取10朵花单花蜜腺面积的平均值。
1.2.4 油菜花蜜中糖含量的测定
采用蒽酮比色法[13]测定油菜花蜜的总糖含量；采用高效液相色谱法[14]测定油菜花蜜的葡萄糖、果糖、蔗糖和海藻糖的含量。高效液相色谱仪为美国Waters 510型，色谱柱为Kro-masilNH2(250 mm×4.6 mm)，流动相为纯水，流速0.6 mL/min，柱温80 ℃，进样量10 μL。
1.2.5 油菜花蜜中类黄酮含量的测定
采用分光光度法[15]测定油菜花蜜的类黄酮含量。
1.2.6 油菜花蜜中蛋白质和氨基酸含量测定
采用BCA蛋白定量法[16]测定油菜花蜜中蛋白质含量；采用酸水解—全自动氨基酸分析仪法测定油菜花蜜中游离氨基酸含量[17]。
1.3 数据分析
采用SPSS22.0软件进行ANOVA统计分析，Duncan’s法检验品种间差异的显著性(P<0.05)，并对不同油菜品种单花蜜量与单花蜜腺面积进行相关性分析(P<0.01)。
2. 结果与分析
2.1 不同油菜品种单花蜜量与蜜腺面积及其相关性
不同油菜品种单花泌蜜量差异显著(图1)。在供试的5个品种中，滇油1号单花泌蜜量最高，单花开花后第3天的泌蜜量为1.005 μL，其次从高到低依次为滇早油16、黄矮早、花油8号和ZY511，单花泌蜜量分别为0.833、0.736、0.725和0.717 μL。不同油菜品种的单花蜜腺面积也存在显著差异(图1)。滇油1号单花蜜腺面积最大，达0.525 cm2，其次从高到低依次为滇早油16、黄矮早、花油8号和ZY511，单花蜜腺面积分别为0.443、0.391、0.375和0.327 cm2。同时，对不同油菜品种的单花泌蜜量与单花蜜腺面积进行相关性分析表明：5个油菜品种单花泌蜜量与单花蜜腺面积呈极显著正相关(P<0.01)，其相关性系数达0.956。
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图 1 不同油菜品种单花蜜量与单花蜜腺面积注：不同字母表示不同品种间差异显著 (P<0.05)；下同。Figure 1. The single nectar yield and single nectary area from different rapeseed cultivarsNote: Different letters indicate significant difference among cultivars (P<0.05); the same as below.2.2 不同油菜品种花蜜中不同糖类含量分析
对油菜花蜜中可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、海藻糖和麦芽糖进行测定，除麦芽糖未检测出，其他糖类均已检测到(表1)。供试油菜品种中花蜜中可溶性总糖含量品种间差异显著，滇油1号总糖含量最高，达374.5 mg/mL，其他品种花蜜中可溶性总糖含量比滇油1号低50%以上，黄矮早总糖含量最低，为109.6 mg/mL。不同油菜品种花蜜中葡萄糖和果糖含量较高，均达49 mg/mL以上，且滇油1号的葡萄糖、果糖含量均显著高于其他品种，分别为177.1、194.4 mg/mL。不同油菜品种花蜜中蔗糖和海藻糖含量较低，均小于1 mg/mL，其中滇早油16和滇油1号花蜜中蔗糖、海藻糖含量显著高于其他品种。
表 1 不同油菜品种花蜜中不同糖类含量Table 1. Different sugar content in nectar from different rapeseed cultivars品种cultivars 总糖total sugar 蔗糖sucrose 葡萄糖glucose 果糖fructose 海藻糖trehalose 滇早油16 DZY16 131.6±0.9 b 0.57±0.03 a 55.5±0.2 b 72.0±0.9 b 0.62±0.01 a 滇油1号 DY1 374.5±0.9 a 0.47±0.05 b 177.1±0.4 a 194.4±0.7 a 0.65±0.01 a 花油8号 HY8 122.7±0.8 c 0.05±0.05 c 49.6±0.5 d 72.3±0.9 b 0.32±0.02 c ZY511 115.4±0.6 d 0.03±0.02 c 51.2±0.4 c 61.6±0.4 c 0.48±0.03 b 黄矮早 HAZ 109.6±0.7 e 0.13±0.03 c 51.4±0.6 c 56.8±0.4 d 0.35±0.03 c 注：同列数字后不同字母表示不同品种间差异显著 (P<0.05)。
Note: Values followed by different letters indicate significant difference among cultivars (P<0.05).2.3 不同油菜品种花蜜中类黄酮含量分析
花蜜中类黄酮在植物抵御外源生物入侵、传递发育信号、抗氧化性和防紫外辐射等方面起重要作用[18]。不同油菜品种花蜜中类黄酮含量较低，5个品种的类黄酮含量均小于0.2 mg/mL。不同油菜品种间类黄酮含量差异显著(图2)。滇早油16的类黄酮含量显著高于其他品种，达0.165 mg/mL；其次是花油8号和ZY511，分别为0.142和0.114 mg/mL；滇油1号和黄矮早类黄酮含量最低，分别为0.096和0.091 mg/mL，且2个品种间类黄酮含量差异不显著。
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图 2 不同油菜品种花蜜中类黄酮含量Figure 2. The flavonoids content in nectar from different rapeseed cultivars2.4 不同油菜品种花蜜中蛋白质含量分析
对不同油菜品种花蜜中蛋白质和游离氨基酸含量进行检测，花蜜中游离氨基酸均未检测到。油菜花蜜富含蛋白质，测试5个品种花蜜中蛋白质含量均大于100 mg/mL，但不同油菜品种间花蜜中蛋白含量存在显著差异(图3)。蛋白质含量最高的是滇油1号，达289.1 mg/mL；其次是ZY511，达238.1 mg/mL；花油8号、滇早油16和黄矮早花蜜中蛋白含量分别为127.4、122.8和109.4 mg/mL。
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图 3 不同油菜品种花蜜中蛋白质含量Figure 3. The protein content in nectar from different rapeseed cultivars3. 讨论
花蜜的化学成分及其传粉功能是如今植物生殖生物学研究中最为重要的领域之一。已有研究表明：不同植物花蜜的化学成分及其含量对虫媒传粉的影响较大[19]。蜜蜂采集含有相同比例的葡萄糖、果糖和蔗糖的草木犀花蜜比采集含有蔗糖较多的苜蓿、杂三叶草或红三叶草的花蜜更积极[19]。不同昆虫对花蜜中氨基酸的需求不一样，氨基酸的种类及含量也会影响昆虫的访花授粉，从而影响产量。BERTAZZINI等[20]通过选择饲喂试验发现：当同时提供2种富含不同氨基酸的花蜜时(脯氨酸、丙氨酸、丝氨酸)，蜜蜂更喜欢脯氨酸，其次为丙氨酸，而丝氨酸对蜜蜂具有一定的驱避性。不同品种的油菜花泌蜜量不同，并受环境因素的影响。对云南5个品种的油菜花泌蜜量研究发现：不同品种的油菜花泌蜜量、花蜜总糖量和总糖质量浓度也不一样，并且5个品种的花蜜总糖质量浓度均随温度升高而升高、随湿度增加而小幅降低，温度22 ℃左右、湿度65%左右时油菜花蜜总糖质量浓度最高[21]。本研究与上述研究具有一定的相似性，本研究发现：不同品种的油菜花蜜腺大小不同，泌蜜量也不一样，油菜花的泌蜜量与其蜜腺大小呈显著正相关；不同油菜品种的花蜜化学组成基本一致，富含蛋白质和可溶性糖，微含类黄酮，没有检测出游离氨基酸和脂肪酸；不同油菜品种花蜜中可溶性总糖含量、蛋白质含量均呈显著性差异，并且可溶性总糖主要为葡萄糖和果糖，这可能是油菜在起源进化过程中产生的，为吸引蜜蜂访花传粉，使其成为常异花授粉植物。已有文章报道，有昆虫访花授粉的油菜会比封闭条件下的油菜产量高出13.7%~20.4%[22]。不同品种的油菜花泌蜜量及其各化学成分的含量不同，从而影响蜜蜂访花传粉，并导致不同油菜品种产量产生差异。因此，在油菜育种中可考虑选育吸引昆虫访花授粉的品种来提高油菜产量，本研究结果为油菜新品种选育和增产提供新的评价指标。
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表 1 调查农户样本分布
Table 1 Distribution of household surveyed for potato in Yunnan Province
市(州) city 县(市) county 区域[7] area 样本量sample size 昭通市Zhaotong 镇雄县、昭阳区Zhenxiong, Zhaoyang 滇北Northern Yunan 25 丽江市Lijiang 玉龙县、古城区Yulong, Gucheng 滇北Northern Yunan 31 德宏州Dehong 盈江县Yingjiang 滇西南Southwestern Yunnan 7 昆明市Kunming 寻甸县Xundian 滇中Central Yunnan 13 曲靖市Qujing 宣威市Xuanwei 滇北Northern Yunan 22 楚雄州Chuxiong 南华县Nanhua 滇中Central Yunnan 13 红河州Honghe 弥勒市Mile 滇西南Southwestern Yunnan 14 文山州Wenshan 马关县Maguan 滇西南Southwestern Yunnan 4 保山市Baoshan 隆阳区、龙陵县Longyang, Longling 滇中Central Yunnan 19 普洱市Pu’er 景谷县Jinggu 滇西南Southwestern Yunnan 16 大理州Dali 洱源县Eryuan 滇北Northern Yunan 18 总计total 182 
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表 2 云南省马铃薯农户氮磷钾投入、播种量及产量分析
Table 2 Analysis on management of NPK inputs, density and potato yield
指标/(kg·hm−2)
index平均数
average标准差
standard deviation变异系数/%
CV氮投入量N inputs 222.5 137.5 66.5 磷投入量P2O5 inputs 111.3 115.3 103.6 钾投入量K2O inputs 60.8 48.3 79.4 播种量density 3 027.3 1 165.0 38.5 块茎产量yield 20 462.6 9 396.2 45.9
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表 3 不同产量群体的养分投入和播种量分析
Table 3 Density and nutrient input of different yield farmers
指标/(kg·hm-2)
index平均数
average产量前25%
yield top 25%产量75%~50%
yield between 75%~50%产量50%~25%
yield between 50%~25%产量后25%
yield low 25%氮投入N inputs 222.5 254.8 a 280.1 a 184.0 b 164.5 b 磷投入P2O5 inputs 111.3 140.1 a 121.4 ab 84.0 c 97.4 ab 钾投入K2O inputs 60.7 55.9 a 56.9 a 68.6 a 62.1 a 播种量density 3 027.3 3 525.5 a 3 517.2 a 2 746.0 b 2 253.4 c 注：同行不同字母表示0.05水平的显著性(P>0.05)；下同。
Note：Different lowercase letters in the same lines indicate the 0.05 level of significance (P>0.05 )；the same as below.
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表 4 不同区域马铃薯养分投入与播种量分析
Table 4 Density and nutrient input in different area
指标/(kg·hm−2)
index滇北
Northern Yunnan滇中
Central Yunnan滇西南
Southwestern Yunnan氮投入
N inputs231.7 a 253.2 a 167.7 b 磷投入
P2O5 inputs108.0 ab 138.6 a 89.0 b 钾投入
K2O inputs76.2 a 51.2 b 35.2 b 播种量
density3 350.8 a 2 733.3 b 2 592.7 b 块茎产量
yield19 206.3 a 22 603.3 a 21 054.9 a
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表 5 云南马铃薯种植农田养分平衡
Table 5 Nutrient balance of potato field in Yunnan Province
指标index N P2O5 K2O 养分输入/(kg·hm−2) nutrient inputs 化肥chemical fertilizer 189.9 98.5 36.7 有机肥organic fertilizer 32.6 12.8 24.2 种子seed 15.4 5.1 21.5 生物固氮bio N fixation 25.9 氮沉降N deposition 37.8 灌溉irrigation 2.7 0.3 3.2 大气沉降atmospheric deposition 1 6.8 合计total 304.3 117.7 92.4 养分输出/(kg·hm−2) nutrient outputs 作物收获crop uptake 104.4 34.8 145.3 淋洗leaching 6.2 径流损失runoff loss 11.1 反硝化损失denitrification loss 2.1 氨挥发损失* NH3 volatilization 41.3 磷肥损失** fertilizer P loss 22.3 钾肥淋失fertilizer K loss 6.1 合计total 165.1 57.1 151.4 平衡/(kg·hm−2) balance 139.2 60.6 −59.0 耕地养分平衡指数(K) balance exponent 2.1 3.2 0.4 养分平衡率/% (V) balance rate 84.3 106.1 −39.0 注：“*”氮肥氨挥发系数 0.10，有机肥氨挥发系数 0.20，淋洗 0.028，径流 0.05，反硝化的 N2O排放因子 0.009 5，N2O/(N2+N2O)为3.9%；“**”长期施肥条件下磷的利用率高达80%以上，因此将20%作为磷的损失量[13]。
Note: “*” The factor for NH3 volatilization from chemical N fertilizer 0.10, NH3 volatilization from organic fertilizer 0.2, leaching 0.028, runoff 0.05, denitrification losses was calculated by multiplying the total N input with N2O emission factor (0.009 5) and divided by product ratio [N2O/(N2+N2O) =3.9%]; “**” under long term fertilization, the utilization rate of phosphorus is up to 80%, so 20% is taken as the fertilizer P loss[13].
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