硼营养优化提升西南地区直播冬油菜冠层光能捕获与产量形成的机制研究

针对中国西南硼缺乏土壤导致直播冬油菜产量受限的问题，研究人员通过不同硼施用水平（0-30 kg ha-1）的田间试验，发现7.5-15 kg ha-1硼肥可提升种子产量28-39%，并显著增强开花期冠层辐射拦截能力（18.3%）。杂交品种华油杂9号（HZ9）表现出更高的硼转运效率（12.7-15.5%）。过量硼导致70%以上硼积累于茎荚皮，降低硼收获指数（BHI）。该研究为缺硼区直播油菜精准施肥提供了理论依据。

　　

在全球植物油与生物燃料需求日益增长的背景下，油菜（Brassica napus L.）作为重要经济作物，其产量提升面临严峻挑战。中国虽是全球油菜生产大国，但其平均产量（1.65 t ha^-1）仍低于世界平均水平（1.92 t ha^-1），尤其在西南硼缺乏区域问题更为突出。该地区土壤有效硼含量仅0.14-0.16 mg kg^-1，远低于作物需求临界值（0.3 mg kg^-1），导致油菜出现“花而不实”症状，减产高达20-40%。尽管施肥优化是增产关键措施，但现有研究多聚焦氮磷钾等大量元素，对硼（B）等微量元素的管理策略存在明显不足。

直播种植技术因节省劳力、适应机械化生产，在中国油菜主产区迅速推广（覆盖率达62%），但也带来新的营养挑战。直播油菜苗期养分需求比移栽系统高18-25%，且根系探索能力较弱，可能加剧硼缺乏对产量稳定性的影响。近年研究表明，现行硼推荐量可能低估直播系统需求30-40%，限制了产量潜力的发挥。此外，硼不仅作为细胞壁结构组分，还调控生殖发育与碳水化合物转运，但对现代直播冬油菜系统中硼的剂量-效应关系及光能利用调控机制尚不明确。

为解决上述问题，本研究于2020-2022年在贵州碧江县开展裂区田间试验，以杂交品种华油杂9号（HZ9）和常规品种中双11号（ZS11）为材料，设置5个硼施用水平（0、3.75、7.5、15、30 kg ha^-1），系统评估硼对产量形成、冠层辐射拦截及硼分配动态的影响。

研究采用裂区设计，以品种为主区、硼水平为副区，重复三次。所有小区均施用基础肥料（180 kg N ha^-1、90 kg P₂O₅ ha^-1、75 kg K₂O ha^-1），硼以硼砂形式基施。植株样品于收获前采集，分离种子、荚皮和茎秆，通过105℃杀青和65℃烘干称重，采用Azomethine H比色法测定硼含量。冠层辐射拦截使用SunScan冠层分析系统测定，并于关键生育期（苗期、蕾期、花期和角果期）进行动态监测。硼吸收量、利用效率及收获指数计算参考Rathke等模型，包括内部利用效率（IUE）、农学效率（AE）和生理效率（PE）。数据通过ANOVA和LSD检验进行统计分析，并利用SigmaPlot制图。

产量对硼施肥的响应

硼施用水平与品种均显著影响种子产量（p<0.01）。相较于不施硼处理（B₀），3.75-30 kg ha^-1硼肥使产量增加6.2-38.5%。杂交种HZ9在B₃水平（15 kg ha^-1）达到最高产（2367-2513 kg ha^-1），较ZS11高12.7-15.5%。二次模型确定经济最佳施硼量为13.2-17.8 kg ha^-1，较最高量（B₄）减少21-41%而无产量损失。

硼分配动态

直播油菜优先将硼分配至种子，HZ9表现出更优的转运效率。在B₃水平下，HZ9种子硼分配率达68.3%（总量2.68 kg ha^-1），显著高于ZS11的61.7%。硼吸收量与施硼量呈线性正相关（y=1.87x），但过量施硼（B₄）导致38-43%的硼积累于非籽粒器官（荚皮和茎秆），茎秆成为主要储存部位（ZS11达24.6 kg ha^-1）。这引起硼收获指数（BHI）下降17%，表明奢侈吸收导致代谢成本增加。

硼利用效率

硼与品种互作显著影响效率参数（p<0.01）。HZ9在B₂水平的 reciprocal internal efficiency（RIE）较高（16.8%），但其内部利用效率（IUE）随硼量增加下降更快（15.2→6.7 kg g^-1）。ZS11的农学效率（AE）峰值出现在B₂（40.2%），而HZ9在B₃最高（33.8%），反映品种间硼利用策略差异。

冠层辐射拦截

硼肥提升生殖阶段辐射捕获能力，尤其在花期作用显著。B₃处理使HZ9花期拦截率达92.4%，较B₁提高18.3%。苗期拦截率亦因硼肥增加22-26%，加速冠层闭拢。但过量硼（B₄）延缓衰老，导致角果期拦截下降8.3-11.7%。花期拦截与产量呈二次相关（R²=0.82），确立其为产量形成的关键期。

本研究提出硼吸收动态机制模型，将硼供应分为四个阶段：生理吸收（<7.5 kg ha^-1）、增产吸收（7.5-15 kg ha^-1）、奢侈吸收（15-30 kg ha^-1）和毒害吸收（>30 kg ha^-1）。最佳硼量（7.5-15 kg ha^-1）通过增强光合同化能力和生殖期光能捕获提升产量，而过量硼则诱导营养器官存储，造成资源浪费。

结论表明，西南缺硼土壤直播冬油菜的优化硼量为7.5-15 kg ha^-1，可增产28-39%，并通过改善花期冠层拦截（18.3%）和光合产物分配实现。杂交品种HZ9因转运效率高而更具优势。过量施硼导致硼向茎荚皮积累（70.5-86.3%），降低收获指数，但为秸秆还田维持土壤硼库提供了可能。研究强调花期光捕获是产量形成的核心，并为全球80余个缺硼区的直播油菜系统提供了精准管理策略。论文发表于《Scientific Reports》，为可持续集约化生产提供了理论与实践依据。