張冠初徐 揚慈敦偉秦斐斐梁新波李澤倫張 晨丁 紅*張智猛*

(1.山東省花生研究所,山東 青島266100;2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆 烏魯木齊830052)

花生是我國重要的經(jīng)濟作物和油料作物,在國民生產(chǎn)中占有重要地位,隨著社會的發(fā)展,需求量與日俱增。 在種植過程中人工輔助能的投入不科學(xué)降低了花生的產(chǎn)量、品質(zhì)和肥料利用率,也帶來了土壤退化、環(huán)境污染等諸多問題[1-2]。 因此優(yōu)化肥料施用量和提高肥料利用率是當(dāng)前花生種植中亟需解決的問題。

關(guān)于提高氮肥利用率的研究已有較多報道[3-5]。在一定范圍內(nèi),施氮能促進作物光合作用,提高產(chǎn)量,但過量施氮會造成植株倒伏、貪青旺長、土壤酸化等問題[6-8]。 花生傳統(tǒng)施肥方式以基施為主,肥料一次施入不利于植株對養(yǎng)分的吸收利用,而膜下滴灌技術(shù)的應(yīng)用和水肥一體化設(shè)備的推廣為實現(xiàn)花生水肥供需同步配施提供了可能性。 因此,開展氮肥分期追施對花生農(nóng)藝性狀、光合生理、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素影響的研究具有重要意義。

本文設(shè)田間小區(qū)試驗,研究花生對膜下滴灌氮肥分期追施的光合響應(yīng)生理,明確減少氮肥施用對花生產(chǎn)量和效益的影響,揭示產(chǎn)量與光合特性間的關(guān)系,以期為花生化肥減施、提質(zhì)增效和實現(xiàn)花生種植過程中水肥供需同步的配施提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2019年在山東省臨沂市沂南縣進行。土壤類型為褐土,肥力中等,耕層基礎(chǔ)土壤p H6.4,有機質(zhì)含量13.2 g·kg-1,堿解氮92.41 mg·kg-1,速效磷27.56 mg·kg-1,速效鉀95.25 mg·kg-1。供試花生品種為當(dāng)?shù)刂魍破贩N龍花128。 磷鉀肥以基肥形式施入,磷肥按120 kg·hm-2施入,鉀肥按90 kg·hm-2施入,磷鉀肥為磷酸二氫鉀(P2O5為51%;K2O為33.8%),用硫酸鉀(K2O 為51%)補足鉀元素用量,氮肥為尿素(N為46%)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)8個處理:不施肥(CK),不施氮肥(N0)、氮肥基施120 kg·hm-2(N8)、分期追施氮肥總量分別為72 kg·hm-2(T1)、84 kg·hm-2(T2)、96kg·hm-2(T3)、108kg·hm-2(T4)、120kg·hm-2(T5),3次重復(fù),分期追施氮肥處理按1:1:1分別于苗期、花期、莢果期隨水一同施入。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 光合特性的測定

分別于花生播種后第40 天(D40)、第60 天(D60)、第80天(D80)、第100天(D100)測定葉片凈光合速率、SPAD 并同時采集植株樣品。 選擇晴朗天氣9:00-11:00,使用CIRAS-3型便攜式光合作用系統(tǒng)(PP Systems,Amesbury,USA)測定功能葉片的凈光合速率(Pn)。 選取主莖倒3～4葉,避開葉脈,每處理5 次重復(fù)。 SPAD 值采用SPAD 葉綠素儀(SPAD-502 Chlorophyll Meter Model SPAD-502)測定,每重復(fù)測5 片葉子,3次重復(fù)。

1.3.2 莢果產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

于收獲期測產(chǎn),隨機選取自然晾曬風(fēng)干的莢果,測定百果質(zhì)量、百仁質(zhì)量和出米率,3次重復(fù)。

1.3.3 肥料貢獻率

肥料貢獻率/%=(施肥處理產(chǎn)量-不施肥處理產(chǎn)量)/施肥處理產(chǎn)量×100

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進行分析,使用Origin 8.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥運籌對花生地上部干質(zhì)量的影響

圖1可見,D40 時,CK、N0 地上部干質(zhì)量較N8分別降低12.93%和4.57%,相互間差異均不顯著。 D60時,N8地上部干質(zhì)量最高,與其他處理間差異均達顯著水平,T5、T4、T3、T2、T1處理間差異不顯著。 D80時,T5地上部分干質(zhì)量較N8增加0.72%,T4、T3、T2、T1較N8低10.48%、9.71%、0.77%和0.72%。 D100時,T2、T3、T4、T5較N8分別高出2.09%、3.11%、5.70%、16.79%,其中T5與CK間差異顯著。

2.2 氮肥運籌對花生葉面積指數(shù)的影響

圖2可見,花生葉面積指數(shù)隨植株發(fā)育呈增長趨勢,峰值出現(xiàn)在D80～D100之間。 D40時,相較于N8,CK和N0處理均降低花生葉面積指數(shù),CK與N8間差異顯著。 D60時,N8處理葉面積指數(shù)最高,T5、T4、T3、T2、T1 較N8 降低21.08%、20.09%、16.20%、14.09%和9.90%,T5 與N8間差異顯著。 D80 時,T5 葉面積指數(shù)最大,CK最小,但T5、N8、T4、T3、T2處理間差異不顯著。D100時,T2、T3、T4、T5較N8高2.07%、3.08%、5.64%和16.62%,其中T5與N8間差異顯著。

2.3 氮肥運籌對花生葉片SPAD 的影響

圖1 氮肥運籌對花生地上部干質(zhì)量的影響Fig.1 Effect of nitrogen fertilizer allocation on aboveground dry mass of peanut

圖2 氮肥運籌對花生葉面積指數(shù)的影響Fig.2 Effect of nitrogen fertilizer allocation on leaf area index of peanut

圖3可見,花生葉片SPAD 隨植株發(fā)育呈現(xiàn)先增后減趨勢,峰值出現(xiàn)在D60～D80 之間。D40時,CK 和N0 葉片SPAD 較N8 分別降 低12.01%和7.13%。 D60 時,T5、T4 葉片SPAD較N8分別增加3.15%和0.74%,T3、T2、T1較N8分別降低2.03%、5.36%和4.07%。 D80時,T5、T3葉片SPAD 較N8升高2.13%和0.19%。T4、T1、T2較N8降低0.58%、6.00%和6.96%,其中T5、T4、T3、N8處理間差異未達顯著水平。D100時,T3、T4、T5較N8高6.01%、5.55%和8.09%,其中T5與N8間差異顯著。

2.4 氮肥運籌對花生葉片凈光合速率的影響

圖4可見,花生葉片凈光合速率變化隨著生育期的變化趨勢與SPAD 變化較為一致。 D40時,相較于N8,CK 和N0 葉片凈光合速率均降低。 D60時,N8處理葉片凈光合速率最高,但與T3、T4、T5處理差異不顯著。 D80時,處理間葉片凈光合速率變化為T5＞T4＞N8＞T3＞T2＞T1＞N0＞CK,T4、T5較N8高0.43%、10.25%。D100時,葉片凈光合速率T2、T3、T4、T5較N8高出5.12%、10.25%、18.44%和22.54%,其中T5、T4與N8均差異顯著。

2.5 氮肥運籌對花生產(chǎn)量及相關(guān)指標(biāo)的影響

表1可見,CK 產(chǎn)量最低,T4、T3、T5產(chǎn)量較N8高出5.24%、4.05%、3.45%,T4 產(chǎn)量最高。T3、T4、T5百果質(zhì)量較N8升高0.64%、0.63%和0.49%,T2、T1 較N8 降 低0.77%、1.19%。T5百仁質(zhì)量較N8高出0.548%,T4、T3、T2、T1較N8降低0.55%、1.10%、3.25%和6.91%。 處理間出米率的變化與百仁質(zhì)量較為一致。 T3、T4經(jīng)濟系數(shù)高于N8,CK經(jīng)濟系數(shù)最低。 氮肥分期追施下,花生的肥料平均貢獻率隨施氮量的增加呈先升高后降低的趨勢,T3和T4肥料平均貢獻率最高,較N8分別高出7.53%和9.64%。 綜合產(chǎn)量和肥料投入,以尿素2元·kg-1、花生5元·kg-1計,T5效益增加1014元·hm-2;T4效益增加1592元·hm-2;T3效益增加1294元·hm-2;綜上,總供氮量為108 kg·hm-2分期追施氮肥處理的肥料利用率最高,經(jīng)濟效益最高。

圖3 氮肥運籌對花生葉片SPAD 的影響Fig.3 Effect of nitrogen fertilizer allocation on leaf SPAD of peanut

圖4 氮肥運籌對花生葉片凈光合速率的影響Fig.4 Effect of nitrogen fertilizer allocation on net photosynthetic rate of peanut

表1 氮肥運籌對花生產(chǎn)量及相關(guān)指標(biāo)的影響Table 1 Effect of nitrogen fertilizer allocation on peanut yield and related indicators

圖5 花生葉片光合特性和產(chǎn)量間的線性分析Fig.5 Linear analysis on photosynthetic characteristics and yield of peanut

2.6 花生葉片光合特性和產(chǎn)量的線性分析

圖5可見,產(chǎn)量與凈光合速率、SPAD、葉面積指數(shù)均呈正相關(guān)。 生育前期葉片凈光合速率與產(chǎn)量的線性相關(guān)性高于生育后期。 花生葉片生育后期SPAD與產(chǎn)量相關(guān)性高于生育前期,葉面積指數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)性分析結(jié)果與SPAD 一致。 生育后期高的葉面積指數(shù)、SPAD和前期不弱于傳統(tǒng)基施葉片的凈光合速率是分期施加氮肥的總供氮量為96 kg·hm-2、108 kg·hm-2和120 kg·hm-2處理花生產(chǎn)量高于傳統(tǒng)基施處理的原因。

3 討 論

氮是植物生長所必須的營養(yǎng)元素,是蛋白質(zhì)、核酸和葉綠素的組成成分。 植物對氮素的吸收利用受品種、土壤質(zhì)地、水肥供應(yīng)等諸多因素的影響?；ㄉ鷤鹘y(tǒng)施肥方式以基施為主,利用率較低[6-7]。膜下滴灌技術(shù)是將覆膜種植與滴灌相結(jié)合的一種栽培模式[9],通過減少行間蒸發(fā)提高地溫,同時利用滴灌控制水分、養(yǎng)分的供給,進而提高水分和養(yǎng)分的利用率[10]。 研究表明,適宜比例氮素追施可顯著提高花生產(chǎn)量[11-12],但氮肥追施比例和時期因土壤類型的不同存在差異。 遼寧風(fēng)沙土型土壤種植花生氮肥以基肥(40%)+始花期追施(20%)+下針期追施(40%)處理的葉片光合性能和產(chǎn)量最高[13],而氮肥50%基施+30%花針期追施+20%結(jié)莢期追施對南方紅壤旱地花生產(chǎn)量增產(chǎn)和氮肥利用率提高的效果更顯著[14]。 本研究表明,相同供氮量下,氮肥分期追施較傳統(tǒng)基施肥料貢獻率提高39.21%、產(chǎn)量提高3.45%;生育后期較高的葉面積指數(shù)、SPAD和凈光合速率是氮肥分期追施處理產(chǎn)量優(yōu)于氮素一次性基施處理的原因。

花生是豆科固氮作物,可將空氣中的氮元素轉(zhuǎn)化為植株能吸收利用的硝態(tài)氮[15]。 花生根瘤固氮能力決定著全氮積累量[16],在一定氮肥施用范圍內(nèi),施氮可顯著提高光合作用、碳氮代謝、增加百果質(zhì)量和莢果籽仁產(chǎn)量[17-18],但過量施氮導(dǎo)致植株貪青晚熟,群體質(zhì)量降低,對產(chǎn)量影響亦不再顯著[19-20]。 本研究表明,氮肥分期施用96 kg·hm-2和108 kg·hm-2處理的花生產(chǎn)量高于72 kg·hm-2、84 kg·hm-2、120 kg·hm-2處理,且均優(yōu)于傳統(tǒng)基施氮肥120 kg·hm-2處理。