邱才飛，邵彩虹，彭春瑞，錢銀飛，陳 金，關(guān)賢交， 謝 江

(江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與資源環(huán)境研究所/國家紅壤改良工程技術(shù)研究中心/農(nóng)業(yè)部長江中下游作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，江西 南昌 330200)

花生為豆科作物，具有自身固氮能力，但其通過根瘤所固定的氮量不能完全滿足花生生產(chǎn)的需要，必需外施氮肥補(bǔ)充。雖然，外施氮肥可以有效提高花生產(chǎn)量，且在一定用量范圍內(nèi)，產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加，但也存在氮肥施用量越多，花生自身的固氮能力越弱[1-2]，氮肥的利用率越低，氮素流失加重的現(xiàn)象[3-5]。而氮肥的大量流失又會直接造成水體和空氣的污染，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。為減少氮肥的損失，國內(nèi)外科技工作者通過實時檢測植物養(yǎng)分豐缺的手段，精確制定施肥方案，來提高氮肥在植物體內(nèi)的利用效率[6-7]。由于 SPAD值和葉片氮素濃度之間具有顯著的線性相關(guān)性[8-10]，利用葉綠素計(SPAD儀)實時實地監(jiān)測作物生長過程中的所有氮素源的氮素利用狀況，指導(dǎo)作物氮素的施用較其它方式具有更加便捷、快速的優(yōu)勢，在水稻[11-13]、小麥[14-15]、棉花[16-17]、玉米[18-19]、馬鈴薯[20-21]、煙草[22-23]等多種主要作物中得到應(yīng)用，且均取得較好的效果。然而，該項技術(shù)在花生、大豆等豆科作物生產(chǎn)上的應(yīng)用卻鮮見報道?；ㄉ鳛橹匾挠土献魑?，氮素利用的特點與其它作物有較大差異，外施氮肥與自身固氮之間的動態(tài)平衡較難掌握，而利用花生葉片SPAD值來動態(tài)診斷花生生產(chǎn)中各生育時期的氮素豐缺具有較強(qiáng)的可行性[8,24-25]。因此，在不犧牲產(chǎn)量和環(huán)境為代價的條件下，為使花生的產(chǎn)量、施氮量、自身固氮力和環(huán)境保護(hù)之間達(dá)到平衡，實現(xiàn)花生自身固氮力和外施氮肥利用率的同步提高，有必要研究花生生產(chǎn)中表征氮素豐缺的適宜SPAD閾值。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在江西省進(jìn)賢縣羅溪鎮(zhèn)進(jìn)行，供試田塊平整，面積0.1 hm2。試驗地土壤為第四紀(jì)紅色粘土，耕層土壤(0～20 cm)基礎(chǔ)養(yǎng)分含量分別為：有機(jī)質(zhì)10.1 g·kg-1，pH值5.26，全N 0. 997 g·kg-1，全P 0.66 g·kg-1，全K 10.7 g·kg-1，堿解N 90.9 mg·kg-1，有效P 25.2 mg·kg-1，速效K 120 mg·kg-1。

1.2 試驗材料和設(shè)計

以花生品種贛花1號為供試材料，設(shè)5個處理，即習(xí)慣施氮(CK)，SN-1，SN-2，SN-3和無氮肥(N0)處理，總施肥量以N 225 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2和K2O 225 kg·hm-2為基數(shù)，其中，CK的80%N、K2O作基肥(均為180 kg·hm-2)，磷肥100%作基肥，20%N、K2O作苗肥(花生4片真葉時施用，均為45 kg·hm-2)；N0處理和SN-1，SN-2，SN-3處理及CK的磷、鉀施用方式和用量一致，SN-1，SN-2，SN-3氮肥的用量在測定值低于下閾值的情況下每減低1個點追施純氮22.5 kg·hm-2，高于上閾值則每增加1個點減施純氮22.5 kg·hm-2，在上下閾值之間則按基肥∶苗肥∶花針肥∶莢果肥=4∶3∶2∶1施用，閾值設(shè)定見表1。試驗小區(qū)面積30 m2，4次重復(fù)。

1.3 田間管理

試驗于2015年4月15日左右結(jié)合整地，各小區(qū)按試驗設(shè)計施用基肥，4月20日左右播種花生，播種方式為穴播，每穴兩粒，穴距20 cm×33.3 cm，播后蓋土3～4 cm，并用乙草胺900～1 500 ml·hm-2兌水750 kg·hm-2，充分乳化后均勻噴灑畦面，花生出苗后進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，同時開好三溝，注意排水，8月18日收獲。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 花生葉片SPAD值及施氮量記載 分別于花生出苗后30、45、60、75 d和90 d，每小區(qū)選擇20蔸，用日本產(chǎn)SPAD-502儀測定主莖倒3葉的SPAD值，測定時要對花生復(fù)葉的4片小葉中部分別測定(避開葉脈)，平均后為復(fù)葉的SPAD值，并記錄追施的氮肥量。

1.4.2 干物質(zhì)及含氮量測定 分別于花針期、結(jié)莢期、飽果期和成熟期測定花生根系、莖葉和花生果的干物重，并用凱氏定氮法測定成熟期花生各部位全氮含量。

1.4.3 根瘤量的測定 花生成熟期每小區(qū)分別取10叢測定不同處理花生根瘤的個數(shù)和重量。

1.4.4 取樣考種 成熟期每處理選擇5叢有代表性的植株用于考種，各小區(qū)實收計產(chǎn)(成熟期考種樣計入產(chǎn)量)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

測定數(shù)據(jù)使用Excel 2013軟件和DPS 7.5數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥方案對花生葉片SPAD值的影響

對各方案的SPAD值測定結(jié)果顯示(圖1)，在花生出苗后的30 d和45 d，習(xí)慣施肥的SPAD值最大，在30 d時較SN-1、SN-2、SN-3的值分別增加了1.20、1.24和1.12，三方案之間比較接近，在45 d時，期間受二次施肥的影響，較SN-1、SN-2、SN-3的值分別增加了2.10、1.48和0.54，三方案之間出現(xiàn)了較大的差別，且和SN-3的差異最小，在60 d時，除SN-1的SPAD值低于43外，SN-2、SN-3和習(xí)慣施肥均在43～44之間，差別不大，到75 d及以后，受三、四次施肥的影響，習(xí)慣施肥的SPAD值均最低，各處理間也出現(xiàn)差異，其中，以SN-3的最高，在75、90 d和105 d分別較習(xí)慣施肥增加1.98、1.90和1.56，而SN-1和SN-2基本在一個范圍內(nèi)波動，但SN-2在三個時期的SPAD值均高于SN-1。

圖1 不同施肥方案的花生各生長時段SPAD值Fig.1 SPAD value of peanut leaves at different growthstages under different treatments

2.2 不同施肥方案的花生施肥時間及施氮量

按試驗設(shè)計的處理記載花生不同時期的氮肥施用時間及施肥量，從表2的結(jié)果可以看出，SN-1、SN-2、SN-3的氮肥按設(shè)定的SPAD值施用，分別需要施用3次、4次和4次，較習(xí)慣施肥增加1～2次，且增加施用時間在花生出苗后的60 d和90 d，施氮量分別為180、225 kg·hm-2和270 kg·hm-2，分別較習(xí)慣施肥減少20%、持平和增加20%。

2.3 不同施肥方案對花生干物質(zhì)量的影響

不同施肥方案對花生各時期的干物質(zhì)積累影響較大，從表3的結(jié)果可以看出，習(xí)慣施肥在花針期以前的根系生長量、莖葉量和花針莢果重最大，其次為SN-3，相對較少的為SN-2和SN-1，結(jié)莢期、飽果期和成熟期的根量、莖葉量大小為SN-3>SN-2> SN-1>習(xí)慣施肥>無氮肥，而花針及莢果重的大小在結(jié)莢期和飽果期為SN-2>SN-1>習(xí)慣施肥>SN-3>無氮肥，成熟期的花針莢果重則為SN-2>習(xí)慣施肥>SN-1>SN-3>無氮肥，從地上部和地下部的干物質(zhì)量比例來看，在整個生育期SN-1的比值均最大，其次為SN-2，而施氮量較大的習(xí)慣施肥和SN-3的較小。

2.4 不同施肥方案對花生根瘤生長的影響

不同施肥方案對花生根瘤的生長也有較大的影響，從表4的結(jié)果可以看出，根瘤數(shù)、根瘤重最大的均為SN-1，其它依次為SN-2>習(xí)慣施肥>SN-3>無氮肥。其中，SN-1較習(xí)慣施肥的主根和側(cè)根的根瘤分別增加9.84%和15.34%，單株主根根瘤重和側(cè)根根瘤重分別增加14.29%和20.00%。根瘤的固氮不僅受根瘤數(shù)的影響，而且與根瘤的大小也有關(guān)，對單個根瘤的大小比較其重量可以發(fā)現(xiàn)，主根和側(cè)根的平均單個根瘤重最大的也為SN-1，較習(xí)慣施肥主根和側(cè)根的單個根瘤重分別增加4.06%和4.76%，其它為SN-2>習(xí)慣施肥>SN-3>無氮肥。

2.5 不同施肥方案的花生產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)性狀

不同施肥方案對花生的產(chǎn)量及其經(jīng)濟(jì)性狀的影響也不同，從表5的花生經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量結(jié)果可以看出，產(chǎn)量最高的為SN-2，較習(xí)慣施肥處理增產(chǎn)414.00 kg·hm-2，增產(chǎn)幅度為14.07%，其次為SN-1，較習(xí)慣施肥處理增產(chǎn)381.00 kg·hm-2，增產(chǎn)幅度為12.95%，兩施肥處理與習(xí)慣施肥的產(chǎn)量差異達(dá)極顯著水平，但兩施肥處理之間的差異不顯著。SN-3施肥方案與習(xí)慣施肥的產(chǎn)量較為接近，均較不施肥處理有極顯著的提高。從花生的經(jīng)濟(jì)性狀來看，SN-1和SN-2的單株結(jié)果數(shù)、結(jié)實率、百粒重、單株仁數(shù)、百仁重和出仁率均較習(xí)慣施肥高，兩施肥方案之間比較，SN-1的結(jié)實率、百仁重和出仁率稍高，SN-2的單株結(jié)果數(shù)、百粒重表現(xiàn)較好。

表2 不同施肥方案的施肥時間及施氮量

表3 不同施肥方案對花生干物質(zhì)量的影響

注：同列不同字母表示處理間在P<0.05水平差異顯著，下同。

Note: Different letters indicate significant difference inP<0.05 level in the same column, the same below.

表4 不同施肥方案的花生根瘤生長情況

2.6 不同施肥方案對花生氮吸收及氮素利用效率的影響

評價不同施肥方案的優(yōu)劣除產(chǎn)量指標(biāo)外，同時要考慮對環(huán)境的作用及單位肥料的報酬，從表6的結(jié)果可以看出，單株氮肥吸收量最高的為SN-3，其它依次為SN-2>SN-1>習(xí)慣施肥>無氮肥，與施氮量具有較好的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)0.96**)?；ㄉ乩眯实慕Y(jié)果表明，氮素表觀利用率、氮素生理效率、氮素農(nóng)學(xué)利用效率和氮素偏生產(chǎn)力均以SN-1的表現(xiàn)最好，分別較對照提高了19.36、1.38、3.99和5.39個百分點，而施肥量相同，但施肥方式不同的SN-2和習(xí)慣施肥比較，其各項利用率分別增加9.67、0.67、1.84和1.84個百分點，SN-3在四個施肥方案中的氮利用率最低。

3 討論與結(jié)論

利用SPAD值來判斷作物氮素豐缺被認(rèn)為是一種無損、簡便和快速的方法，Uddling等[24]發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯葉片的SPAD值與葉片含氮量呈正相關(guān)，邱才飛等[8]也發(fā)現(xiàn)施氮水平與花生葉片SPAD值和葉片含氮量之間呈顯著的線性相關(guān)，并認(rèn)為主莖倒3葉是氮素診斷的理想葉位。說明選擇合適的葉位測定是利用SPAD值判斷作物需氮情況的關(guān)鍵。于亞利[9]、胡昊[14]、屈衛(wèi)群[16]、趙天成[26]等分別對春玉米、小麥、棉花和水稻的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同一作物在不同生育時期的葉片SPAD值之間存在顯著差異，說明在作物的不同生育時期不能使用一個SPAD值標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)分別確定各階段的判定值。陳百翠等[27]認(rèn)為馬鈴薯塊莖形成期SPAD臨界值為45.16，塊莖膨大期SPAD臨界值為44.00，淀粉積累期SPAD臨界值為44.14；賀廣生等[23]也發(fā)現(xiàn)烤煙品種K326在SPAD閾值40.50～43.00的范圍內(nèi)能獲得較高的干物質(zhì)、氮素積累和產(chǎn)質(zhì)量。董鵬等[28]則發(fā)現(xiàn)利用SPAD值進(jìn)行氮素管理比常規(guī)施肥可以提高氮肥利用率27.80%。本試驗是在南方紅壤旱地條件下，依據(jù)花生品種特性和土壤養(yǎng)分背景，并以花生高產(chǎn)栽培中各生育時期的SPAD值測定結(jié)果為依據(jù)，預(yù)設(shè)花生生育各時間段倒3葉片的SPAD上下閾值，制定氮肥施用方案，以期實行花生氮肥實時精確管理。

表5 不同施肥方案的花生經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量

表6 不同施肥方案的花生吸氮量及氮素利用效率

注：(1)氮素表觀利用率=(施氮處理吸氮量-不施氮處理吸氮量)/施氮量×100%；(2)氮素生理效率=(施氮處理籽粒產(chǎn)量-不施氮處理籽粒產(chǎn)量)/(施氮處理吸氮量-不施氮處理吸氮量)；(3)氮素農(nóng)學(xué)利用效率=(施氮處理籽粒產(chǎn)量-不施氮處理籽粒產(chǎn)量)/施氮量；(4)氮素偏生產(chǎn)力=施氮處理籽粒產(chǎn)量/施氮量。

Note: (1)Apparent N utilization rate =(N uptake by N treatment- N uptake by no N treatment)/ N application amount×100%;(2)N physiological efficiency = (Grain yield under N application - Grain yield under no N application)/ (N uptake by N treatment-N uptake by no N treatment);(3)N agronomic efficiency=(Grain yield under N application - Grain yield under no N application)/ N application amount;(4)N partial productivity= Grain yield under N application/ N application amount.

試驗結(jié)果顯示，不同的施肥方案中，采用 SPAD閾值進(jìn)行氮肥推薦的SN-1和SN-2方案，其產(chǎn)量和氮肥的利用效率較常規(guī)施肥有顯著的增加，且兩者產(chǎn)量差異較小，但SN-1的氮肥施用量較SN-2降低20%，氮素利用效率有較大的提高。由于花生根瘤的生長量和大小可以間接反映花生自身固氮能力，從根瘤生長來看，SN-1方案的根瘤量和單個根瘤數(shù)均較對照和其它施肥方案均有所增加，在施氮量減少的情況下，依然較對照增產(chǎn)12.95%。因此，在本試驗條件下，可將SN-1方案的SPAD預(yù)設(shè)值作為贛花1號高產(chǎn)栽培過程中各生育時段的氮素施用的判斷標(biāo)準(zhǔn)。然而，SN-1方案預(yù)設(shè)SPAD閾值在花生生產(chǎn)上要實現(xiàn)大面積推廣應(yīng)用則還有較多的問題需要搞清楚。劉井良等[29]發(fā)現(xiàn)黑麥草品種之間SPAD值差異顯著，汪華等[30]也認(rèn)為在應(yīng)用SPAD 計診斷氮肥施用量時，需要根據(jù)不同的水稻品種，針對水稻生長的生理周期采用不同的SPAD 閾值，來指導(dǎo)氮肥的施用；而蔡紅光等[31]則發(fā)現(xiàn)春玉米品種葉片SPAD值主要受氮肥水平影響，且因土壤肥力而變異；李俊霞等[32]認(rèn)為玉米SPAD值來源于氮水平的變異遠(yuǎn)高于品種。同理，在花生生態(tài)環(huán)境、品種和土壤養(yǎng)分狀況改變的條件下，SN-1方案的SPAD預(yù)設(shè)值是否依然適用，還需進(jìn)一步的研究。