膜下滴灌追肥時期和次數對花生光合特性和產量的影響

郭潤澤秦文潔鄒曉霞張曉軍于曉娜王月福司 彤

(青島農業大學農學院/山東省旱作農業技術重點實驗室,山東 青島266109)

花生常被稱為長生果,是世界第四大油料作物,兼具食用和油用價值[1]。 同時花生也是我國重要的油料作物和經濟作物。 近年來,我國花生種植面積一直維持在400萬hm2左右,約占全球花生種植總面積的20%;我國花生總產量一直維持在1400萬t左右,約占全球花生總產量的40%。 因此,花生在我國農業生產中占據重要地位[2]。

目前,在農業生產中肥料當季利用率較低,氮磷鉀肥利用率分別為30%～35%、10%～25%、35%～50%[3]。 花生植株較矮,株行間距小,加上地上開花地下結果的特性,導致作物不適宜傳統土壤追肥方式,一是土壤追肥操作難,二是土壤追肥易傷及已入土果針和莢果,特別在地膜覆蓋栽培條件下,追肥操作更加難以進行。 因此,生產上肥料一次性基施非常普遍[4],導致花生生長前期肥料過量而旺長,后期則脫肥致早衰減產[5-6],還能夠造成肥料流失,降低肥料利用率,對生態環境構成潛在危害[7]。 畢振方等[8]試驗結果顯示在花針期追肥可提高花生葉片光合性能,為提高莢果產量提供物質基礎。 納斯如拉·克熱木[9]對玉米的研究發現分次追施尿素比一次效果要好,分次追施可提高玉米產量和經濟效益。 滴灌施肥可顯著提高氮肥和磷肥利用率[10-11]。 膜下滴灌施肥技術是將地膜覆蓋栽培技術與滴灌施肥技術結合起來的一項水肥一體化技術,該技術能夠使水分和肥料同時均勻、定時、定量到達作物根系生長區域,使得根系區土壤維持在最佳水肥狀態,被根系高效吸收,提高養分和水分利用率[12-13]。 然而,目前關于花生膜下滴灌追肥的研究較少,因此,本研究在大田覆膜滴灌條件下,設置不同追肥時期和次數,研究其對花生光合特性和產量的影響,以期確定花生適宜的追肥時期和次數,為花生科學追肥實現高產節本增效栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試花生品種為青花7號,肥料為尿素(總氮≥46.4%)、硝酸鈣(分析純)和硼砂(分析純),土壤為砂姜黑土,2017年播種前田間0～20cm 土層土壤含有機質1.15%,堿解氮55.93mg/kg,速效磷31.84mg/kg,速效鉀80.38mg/kg,全鈣5.09 g/kg,有效硼0.87 mg/kg,p H 值7.68。 2018年播種前田間0～20 cm 土層土壤含有機質1.15%,堿解氮66.76 mg/kg,速效磷30.39 mg/kg,速效鉀75.50 mg/kg,全鈣4.81g/kg,有效硼0.80 mg/kg,p H 值7.53。

1.2 試驗設計

試驗于2017年和2018年在青島農業大學膠州現代農業科技示范園(36.45°N,120.09°E)進行。 試驗區屬暖溫帶季風氣候,雨熱同季,降水集中,2017年和2018年5-9月份總降水量分別為489.1 mm 和611.6 mm,相關氣象數據見表1。

表1 2017年和2018年5-9月份相關氣象數據Table 1 Relevant meteorological data during May-September in 2017 and 2018

采用膜下滴灌方式,在統一施復合肥(N:P:K=15:15:15)300 kg/hm2的基礎上,在生育期間設置不灌水不追肥(對照),花針期追施1次肥,結莢期追施1次肥,飽果期追施1次肥,花針期和結莢期分別追施1次肥,花針期和飽果期分別追施1次肥,結莢期和飽果期分別追施1次肥,花針期、結莢期和飽果期分別追施1次肥,分別用T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7和T8表示。 各施肥處理追肥種類、總量和灌水總量均相同,每次每處理灌水量為10 mm,追肥種類和數量見表2。 種植方式為起壟覆膜、膜下鋪設滴灌帶,壟寬0.9 m,壟上種2行,行距30 cm,穴距16.5 cm,每穴2粒,滴灌帶鋪設于壟上中間。 于2017-05-08 進行機械播種,9月13日收獲。 花針期、結莢期和飽果期追肥時間分別為7月3日、7月29日和8月23日。 于2018-05-09 進 行 機 械 播 種,9 月11 日 收獲。 花針期、結莢期和飽果期追肥時間分別為7月5日、8月1日和8月14日。 每處理小區面積20m×2.7m=54 m2,3次重復,共24個小區,隨機排列。 其他田間管理同大田生產。

表2 各處理追肥種類和數量Table2 The variety and quantity of topdressing under each treatment (kg/hm2)

1.3 測定項目與方法

分別于花針期施肥前1 d(S1)、花針期施肥后12 d(S2)、結莢期施肥前1 d(S3)、結莢期施肥后12 d(S4)、飽果期施肥前1 d(S5)、飽果期施肥后12 d(S6)、收獲期(S7)進行田間取樣調查。由于2018年飽果期追肥時間提前,故S4期和S5期重合,減少S5時期取樣。 在各田間調查時期,選擇光照良好的天氣于9:00-11:00時,用美國產Li-6400便攜式光合測定儀測定各處理花生功能葉片(主莖倒數第三片展開葉,下同)的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度;同時用日產SPAD-502葉綠素計測定各處理花生功能葉片的葉綠素含量;選取長勢一致、有代表性的植株用AM100型葉面積儀測定葉面積,計算葉面積指數。 收獲期每處理每重復選擇沒取過樣的代表性位置連續收獲40穴,將莢果摘入網袋,自然晾曬,曬干后放入室內平衡10 d,測定計算莢果產量、百果質量、百仁質量、莢果數、籽仁質量、出仁率等。

1.4 數據處理

數據處理采用Excel 2010和DPS軟件,顯著性測驗采用LSD 方法。

2 結果與分析

2.1 追肥時期和次數對花生葉面積指數變化的影響

表3可見,兩年數據總體變化趨勢基本一致,隨著花生生育進程的推進,各處理花生葉面積指數均呈單峰曲線變化,先升高后下降,于S3-S4期達到最大值。 除T4處理外,其余追肥處理花生葉面積指數均顯著高于對照,其中T5、T8處理花生最終葉面積指數為最高,但兩者之間差異不顯著。 花生生育期間只追肥1次處理中,T2處理在S2時期葉面積指數較對照增加26.4%～31.3%,T3處理在S4時期較對照增加12.2%～21.1%,T4處理在S6時期較對照增加2.4%～4.4%。 說明追肥1次中花針期和結莢期追肥能夠顯著提高花生葉面積指數,飽果期追肥對葉面積指數已無顯著影響。 花生生育期間追肥2次,T5處理提高葉面積指數幅度最大,其次為T6處理,T7處理最小,且三者間差異顯著。 另在同一時期追肥表現為隨著追肥量的增大葉面積指數逐漸提高。 說明在3個追肥時期中,追肥時期越早、前期追肥量越大和分次追肥越有利于促進花生葉面積指數的增加,而飽果期追肥增加葉面積指數的效果不顯著。

2.2 追肥時期和次數對花生功能葉葉綠素SPAD值變化的影響

表4可見,兩年數據變化趨勢基本一致,隨生育進程的推進,各處理花生功能葉片葉綠素SPAD值均呈單峰曲線變化,先升高后下降,于S3期達到最高值。 各處理追肥后均能較對照顯著提高花生葉片葉綠素SPAD值,說明各時期追肥均有利于提高花生葉片葉綠素含量。 花生生育期間只追肥1次處理中,T2處理在S2時期葉綠素SPAD值較對照增加6.4%～8.7%,T3處理在S4時期較對照增加0.7%～8.6%,T4處理在S6時期較對照增加3.7%～6.4%。 說明花針期和結莢期追肥提高花生葉片葉綠素含量的幅度大。

表3 膜下滴灌追肥時期和次數對花生葉面積指數變化的影響Table 3 Effects of different fertigation period and times on leaf area index change of peanut functional leaves under mulched drip irrigation

表4 膜下滴灌追肥時期和次數對花生葉片葉綠素含量變化的影響Table 4 Effects of different fertigation period and times on chlorophyll content of peanut functional leaves under mulched drip irrigation

花生生育期間追肥2次,T5處理提高葉綠素含量幅度最大,其次為T6 處理,T7 處理最小。另在同一時期追肥表現為隨追肥量的增大葉綠素SPAD 值逐漸提高。 由此得出在3 個追肥時期中,追肥時期越早、前期追肥量越大和分次追肥越有利于提高花生葉片葉綠素含量,而分次追肥既有利于提高花生生育前期葉綠素含量,又能緩解生育后期葉綠素含量的下降。

2.3 追肥時期和次數對花生功能葉凈光合速率變化的影響

表5可見,兩年數據變化趨勢基本一致,隨著花生生育進程的推進,各處理花生功能葉片凈光合速率均呈單峰曲線變化,先升高后下降,于S3期達到最高值。 各處理追肥后均能較對照顯著提高花生葉片凈光合速率,說明各時期追肥均有利于提高花生葉片光合速率。 花生生育期間只追肥1次處理中,T2處理在S2時期凈光合速率較對照增加18.2%～18.3%,T3處理在S4時期較對照增加7.0%～17.4%,T4處理在S6時期較對照增加0.5%～6.3%。 表明追肥1次中花針期和結莢期追肥能夠顯著提高花生葉片光合速率,飽果期追肥提高花生葉片光合速率的幅度小。 花生生育期間追肥2次,T5處理提高凈光合速率幅度最大,其次為T6處理,T7 處理最小。 另在同一時期追肥表現為隨著追肥量的增大凈光合速率逐漸提高。 表明在3個追肥時期中,追肥時期越早、前期追肥量較大和分次追肥越有利于促進花生凈光合速率的提高,分次追肥既有利于提高花生生育前期的凈光合速率,又能夠緩解生育后期凈光合速率的下降。

表5 膜下滴灌追肥時期和次數對花生功能葉凈光合速率變化的影響Table 5 Effects of different fertigation period and times on net photosynthetic rate of peanut functional leaves under mulched drip irrigation

2.4 追肥時期和次數對花生功能葉氣孔導度變化的影響

表6可見,兩年數據總體變化趨勢基本一致,隨著花生生育進程的推進,各處理花生功能葉片氣孔導度均呈單峰曲線變化,先升高后下降,于S4期達到最高值。 除2018年T3、T4處理外,其余各追肥處理花生功能葉片最終氣孔導度均顯著高于對照,其中以T5處理最終氣孔導度為最高。花生生育期間只追肥1次處理中,T2處理在S2時期氣孔導度較對照增加13.9%～14.4%,T3處理在S4時期較對照增加3.7%～8.3%,T4處理在S6時期較對照增加5.2%～9.5%。 說明追肥1次中花針期追肥能夠使花生葉片氣孔導度在整個生育期間均保持較高水平。 花生生育期間追肥2次,T5處理提高氣孔導度幅度最大,T6、T7處理互有高低,且差異不顯著。 另在同一時期追肥表現為隨著追肥量的增大氣孔導度逐漸提高。由此得出在3個追肥時期中,追肥時期越早、前期追肥量越大和分次追肥越有利于促進花生功能葉片氣孔導度的提高,分次追肥既有利于花生生育前期氣孔導度的提高,又能夠緩解生育后期氣孔導度的下降。

表6 追肥時期和次數對花生功能葉片氣孔導度變化的影響Table 6 Effects of different fertigation period and times on Gs of peanut functional leaves under mulched drip irrigation

表7 追肥時期和次數對花生功能葉片胞間CO 2 濃度變化的影響Table 7 Effects of different fertigation period and times on Ci o f peanut functional leaves under mulched drip irrigation

2.5 追肥時期和次數對花生功能葉胞間CO2 濃度變化的影響

表7可見,隨著花生生育進程的推進,各處理花生功能葉胞間CO2濃度均先下降后升高,于S3期達到最低值。 各處理追肥后花生功能葉胞間CO2濃度均顯著低于對照,其中以T5處理胞間CO2濃度為最低。 花生生育期間只追肥1次處理中,T2處理在S2時期胞間CO2濃度較對照降低12.2%～15.2%,T3處理在S4時期較對照降低13.5%～14.1%,T4處理在S6時期較對照降低2.4%～3.3%。 說明追肥1次中花針期追肥能夠在整個生育期間均使花生葉片胞間CO2濃度保持較低值。 花生生育期間追肥2次,T5處理降低胞間CO2濃度幅度最大,但三個處理之間差異未達顯著水平。 另在同一時期追肥表現為隨著追肥量的增大胞間CO2濃度逐漸降低。 表明在3個追肥時期中,追肥時期越早、前期追肥量越大和分次追肥越有利于促進花生功能葉胞間CO2濃度的下降,胞間CO2濃度低,說明花生功能葉的CO2同化能力強。

2.6 追肥時期和次數對花生產量及產量構成因素的影響

由兩年數據綜合得出(表8),膜下滴灌條件下花生生育期間追肥2次和追肥3次處理均顯著提高莢果產量、百果質量、百仁質量、莢果數、籽仁產量和出仁率。 除T3、T4處理外,其余各追肥處理的莢果產量均與對照差異顯著。 其中,花生生育期間只追肥1次,T1處理莢果產量較對照增加13.5%～18.3%,生育期間追肥2次,T5處理莢果產量較對照增加28.8%～38.0%,生育期間追肥3次T8 處理莢果產量較對照增加22.0%～26.5%,說明追肥可顯著提高花生產量,而分2次追肥提高產量幅度最大,分3次追肥提高產量幅度反而下降。 追肥通過提高百果質量、百仁質量、莢果數和出仁率,而提高莢果產量和籽仁產量,各處理間百果質量、百仁質量、莢果數、籽仁產量、出仁率在兩年試驗中較對照均有不同程度增加,花針期+結莢期追肥(T5處理)和花針期+結莢期+飽果期追肥(T8處理)提高各產量構成因素的幅度較大,達顯著水平。

表8 追肥時期和次數對花生產量及產量構成因素的影響Table 8 Effects of different topdressing stage and times on peanut yield and yield components under mulching drip irrigation

3 討論與結論

光合速率的強弱影響作物植株本身能量的產生和碳代謝能力,光合產物是作物干物質的主要來源,通過增強光合性能,從而提高作物產量。 施肥作為一種提高作物產量的有效途徑,合理的追肥時期和次數能提高作物光合性能[14]。 不同時期施氮可以提高花生中后期葉片葉綠素含量,改善花生中后期葉片光合性能,提高凈光合速率和物質生產能力[15]。 劉佳等[16]研究表明氮肥分次施用并適當后移可顯著提高生物量,延長生物量累積的持續時間,從而有利于提高花生產量。 索炎炎等[17]認為要實現花生高產和氮素高效利用需在花生生育前期施用一定量的氮肥。 張翔等[18]研究結果為不同時期累計施氮120 kg/hm2顯著增加莢果產量,其中以基施氮40 kg/hm2+苗期和花針期分別追氮40 kg/hm2為最高。 劉欣婷等[19]在花生苗期、始花期、花針期和結莢期進行滴灌施肥,對花生具有不同的效應,其中始花期施肥可以提高花生產量。本試驗結果表明各時期追肥均有利于提高花生葉片的光合性能,從而增加產量。 就追肥時期而言,追肥效果表現為花針期＞結莢期＞飽果期;就追肥次數而言,分次追肥效果優于1次追肥,即在3個追肥時期中,追肥時期越早、前期追肥量越大和分次追肥越有利于促進花生葉面積指數、葉片葉綠素含量和氣孔導度的提高,降低胞間CO2濃度,從而提高光合速率,而分次追肥既有利于提高花生生育前期葉面積指數、葉綠素含量和光合速率,又能夠緩解生育后期葉面積指數、葉綠素含量和光合速率的下降。 追肥通過提高百果質量、百仁質量、莢果數和出仁率,從而提高莢果產量和籽仁產量,而分2次追肥提高產量幅度最大,分3次追肥提高產量幅度反而下降。 因此認為花針期和結莢期追肥適用于花生生產。