膜下滴灌追肥對花生生長發育、光合特性及產量的影響

丁 紅張冠初石程仁徐 揚慈敦偉袁 光秦斐斐姜常松張智猛*

(1.山東省花生研究所,山東 青島266100;2.新疆農業大學農學院,新疆 烏魯木齊830056;3.山東省海陽市農業技術推廣中心,山東 海陽265100)

花生雖然是較抗旱耐瘠的經濟和油料作物,但是地域降雨量偏少、降雨集中或季節性干旱仍然是限制花生產量與品質提高的主要因子[1]。 花生具有較大旱薄地產區,旱薄地花生土壤供肥保水能力差,且花生生產多采用基肥一次性施入,基本不追肥,造成生長后期脫肥早衰而使產量和品質下降[2]。 合理灌水和施肥是作物取得高產的重要影響因子。 研究表明合理追肥可以滿足作物不同生育期的養分需求,顯著提高作物產量和品質[3-4]。 適量追肥能夠提高小麥和玉米的葉片光合速率,顯著提高其產量[5-6]。

花生由于地膜覆蓋,存在追肥困難,追施位置不當、追施肥料種類和數量不明確等問題。 為解決花生膜下追肥難和追施位置不當的問題,研究者對花生膜下滴灌水肥一體化技術進行了研究[7-8]。 膜下滴灌水肥一體化技術可滿足花生不同生育期水分和養分需要,延緩生育后期花生早衰,從而提高產量改善品質[9]。 與其他作物相比,對花生膜下滴灌適宜追肥量的研究較少,研究集中于旱作追施或單一肥料品種對產量的影響[10-11]。 膜下滴灌水肥一體化條件下,魏正文[12]研究了追施氮磷鉀及鈣肥對花生生長發育的影響,劉兆娜等[9,13]分別研究了追施氮肥、硼肥和鈣肥對花生農藝性狀、光合特性和產量的影響,而膜下滴灌追肥對花生品質影響的研究較少。 本研究利用常規尿素和磷酸二氫鉀作為追肥,采用膜下滴灌補水肥技術,綜合研究追肥對花生生長發育、光合特性及產量品質的影響,由此確定花生花針期適宜的追肥量,為花生高產高效施肥提供理論依據與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用抗旱性強的早熟直立大花生品種花育25號為試驗材料,生育期130 d左右。

1.2 試驗設計

試驗在山東省花生研究所試驗農場進行,土壤基本理化性狀:土壤容重1.16 g·cm-3,p H7.4,有機質含量15.6g·kg-1,水解氮含量85.8mg·kg-1,速效P(P2O5)含量43.2mg·kg-1,速效K (K2O)含量107.2mg·kg-1。0～20 cm 和20～40 cm 土壤耕層含水量分別為9.79%、12.56%。 采用壟作覆膜種植方式,壟距為85 cm,雙粒穴播,播種密度為135000穴·hm-2。 播種前每公頃施三元復合肥(15-15-15)750 kg,于花針期通過膜下滴灌進行補水肥處理,以雨養條件為對照(CK),設3個肥料處理分別為每公頃追施尿素45 kg和磷酸二氫鉀60 kg(T1)、尿素67.5 kg和磷酸二氫鉀90 kg(T2)、尿素90kg和磷酸二氫鉀120 kg(T3),灌水量為150 m3·hm-2,每處理重復3次。其他管理同大田高產常規管理。 4月30日播種,9月3日收獲。

1.3 樣品采集與分析

花生開花期每小區標記同一天開花的植株100株,15 d后灌水并于灌水前采集植株樣品,在花針期、結莢期和飽果成熟期對樣品進行葉面積、葉綠素含量和光合速率測定。

1.3.1 葉面積的測定

取樣后摘取所有花生葉片,稱取所有葉片鮮質量。 取10片一致的葉片,用打孔器打取直徑為1.5 cm 的小圓葉片,稱取小圓葉片的質量,根據小圓葉的面積和質量計算葉片的面積。

1.3.2 葉綠素含量的測定

取0.2 g左右葉片稱質量后剪碎,以95%乙醇為浸提液提取色素,葉綠素含量的測定按照鄒琦[14]介紹的方法進行。

1.3.3 光合速率的測定

采用LI-6400光合測定系統,于晴天10:00-14:00采用開放式氣路測定。

1.3.4 測產與考種

收獲期各小區選取6.67 m2進行收獲,計算產量;并于每處理小區選取具有代表性的植株10株進行室內考種,測定項目包括主莖高、側枝長、葉片數、營養器官生物量和經濟產量。 對包括第一對和第二對側枝果數、單株莢果總數、單株飽果數和飽果率等花生莢果性狀進行測定計算。

1.3.5 籽仁品質

選取各處理自然風干后均勻一致的莢果脫殼,用德國布魯克光譜儀器公司制造的MPA 型傅立葉變換近紅外光譜儀測定各處理籽仁的蛋白質和脂肪含量以及O/L值等。

1.3.6 數據處理

用Excel 2007進行數據整理,用SPSS 19.0數據分析軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 追肥處理對收獲期花生農藝性狀的影響

表1可知,T1和T2處理較對照增加花生收獲期的主莖高、側枝長和葉片數,T3處理呈相反效應。 膜下滴灌追肥處理顯著降低花生營養器官生物量,提高收獲指數,而T1和T2處理較對照顯著增加花生經濟產量,增加幅度分別為5.96%和6.79%。 由此表明,水肥處理促進了光合產物由源向庫的轉化。

2.2 追肥處理對花生葉面積的影響

花生葉片葉面積隨著生育進程的推進而增加(圖1)。 膜下滴灌追肥處理顯著增加花針期和結莢期的葉面積,且結莢期增加幅度大于花針期,花針期T3處理較對照的增加幅度最大,為43.71%,而結莢期T1處理下葉面積增加了超過1倍。 膜下滴灌追肥處理對飽果成熟期的影響與其他生育期不同,T1和T2處理增加飽果成熟期的葉面積,而T3處理與對照無顯著差異。

2.3 追肥處理對花生葉綠素含量的影響

圖1 膜下滴灌追肥對花生葉片葉面積的影響Fig.1 Effects of topdressing under mulch drip irrigation on leaf area of peanut

圖2 膜下滴灌追肥對花生葉片葉綠素含量的影響Fig.2 Effects of topdressing under mulch drip irrigation on chlorophyll content of peanut leaves

圖2可知,葉綠素a和總葉綠素含量的變化趨勢相同,花針期葉片葉綠素a含量和葉片總葉綠素含量均隨膜下滴灌追肥量的增加而降低。 T1處理較對照降低結莢期葉片葉綠素a和總葉綠素含量,而T2和T3處理增加其兩者含量,葉綠素a的增加幅度分別為7.47%和6.40%。 T1處理顯著增加飽果成熟期的葉片葉綠素a和總葉綠素含量。膜下滴灌追肥處理對葉綠素b含量的影響與葉綠素a含量不同。 T1處理較對照降低花針期和飽果成熟期葉片葉綠素b含量,而T2和T3處理呈相反趨勢。 膜下滴灌追肥處理顯著增加結莢期葉片葉綠素b含量,增加幅度分別為46.43%、10.80%和33.43%。 由此表明,花生葉片葉綠素a含量對總葉綠素含量的貢獻較大。

葉片類胡蘿卜素含量的變化趨勢與葉綠素含量的變化趨勢不同。 膜下滴灌追肥處理對花針期葉片類胡蘿卜素含量無顯著影響,而顯著降低結莢期與飽果成熟期的葉片類胡蘿卜素含量,T1、T2和T3處理較對照降低幅度分別為32.36%、9.19%、23.14%和10.29%、10.67%、15.83%。 由此表明,膜下滴灌追肥處理改變了葉片不同的葉綠素組成,使葉片保綠功能持續。

2.4 追肥處理對花生功能葉片光合特性的影響

蒸騰速率是植物在一定時間內單位葉面積蒸騰的水量,結莢期和飽果成熟期的蒸騰速率大于花針期(圖3)。 膜下滴灌追肥處理增加花生蒸騰速率,增加幅度與花生生育期和追肥量相關。 花針期處理隨追肥量的增加而增加,結莢期僅T1處理顯著增加花生蒸騰速率,增幅為18.92%;飽果成熟期追肥處理對花生蒸騰速率的增加幅度基本一致,在10%左右。 隨花生生育進程的推進,凈光合速率在結莢期達到最大后下降,T1和T2處理較對照顯著提高各生育期花生葉片凈光合速率,飽果成熟期的增加幅度最大,T1和T2 處理分別為60.56%和45.71%。

2.5 追肥處理對花生產量及產量構成因素的影響

由表2可知,膜下滴灌追肥處理均能顯著增加花生莢果產量,3個追肥處理與對照相比分別增加12.94%,17.28%和10.73%。 T1處理增加第一對側枝莢果數和單株總莢果數,較對照增加幅度分別為9.58%和11.36%。 追肥處理均增加花生莢果百果質量、百仁質量及出仁率。 T1處理下第一對側枝莢果數和百仁質量最大,T2處理下飽果率和出仁率最大,而T3處理顯著提高百果質量,表明不同追肥處理對花生產量構成因素的影響不同。 以上數據表明,膜下滴灌追肥處理提高花生產量,主要是通過提高單株有效結果數、莢果飽滿程度及提高單果質量實現的。

2.6 追肥對花生籽仁品質的影響

膜下滴灌T1處理顯著增加花生籽仁蛋白質含量,較對照增加3.32%(表3)。 膜下滴灌T2和T3處理均顯著增加了花生籽仁脂肪和油酸含量,與對照相比,油酸含量的增加幅度分別為7.06%和10.61%。 追肥處理顯著降低了花生籽仁的亞油酸含量,從而顯著增加了其油酸/亞油酸比值(O/L)。 各追肥處理下O/L 較對照增加幅度分別為14.71%、13.72%、20.59%,由此表明膜下滴灌追肥處理增加了花生制品的耐儲性。

圖3 膜下滴灌追肥對花生葉片光合特性的影響Fig.3 Effects of topdressing under mulch drip irrigation on photosynthetic characteristics of peanut leaves

表2 膜下滴灌追肥對花生產量構成因素的影響Table 2 Effects of topdressing under mulch drip irrigation on yield components of peanut

表3 膜下滴灌追肥對花生籽仁品質的影響Table 3 Effects of topdressing under mulch drip irrigation on kernel quality of peanut

3 討論與結論

合理施肥可促進作物各生育期養分均衡吸收,提高作物光合產物積累,有利于作物產量的提高。 灌水追氮處理可顯著增加小麥株高和地上部生物量,但對單莖無顯著影響[15-16]。 花生花針期和結莢期對營養元素需求量較大[17],生產中多采用基肥方式一次性施入,易造成生育后期脫肥早衰而減產。 膜下滴灌追施氮磷鉀及硼肥、鈣肥可增加花生主莖高、側枝長、分枝數和莖稈生物量[9,12]。 本研究表明,在一定追肥量范圍內膜下滴灌追肥增加花生的主莖高和側枝長,與前人的研究結果相一致。 第一對側枝的長勢與產量密切相關,其莢果對產量的貢獻達一半以上[18]。 本研究中第一對側枝莢果數占總莢果數63.4%以上,與前人研究結果一致,追肥處理促進第一對側枝莢果數的增加,并顯著提高花生收獲指數,表明膜下滴灌處理促進花生光合產物由營養器官向生殖器官轉化,從而提高其經濟產量。

光合作用是作物光合產物積累及產量形成的重要基礎,光合速率和蒸騰速率是衡量光合作用的重要指標。 增加葉片光合面積,維持較高葉綠素含量,對提高光合速率具有重要作用[19]。 研究表明,拔節期追施氮肥顯著提高小麥灌漿期的單莖葉面積和葉片凈光合速率[20]。 旱地花生花針期追肥可維持功能葉片較高葉綠素含量,顯著提高凈光合速率[21]。 本研究結果表明,膜下滴灌適量追施肥料增加了葉面積,提高了葉片凈光合速率,降低了花針期葉綠素含量,對結莢期和飽果期的葉綠素含量呈相反效應,與前人的研究結果略有不同,可能是由于品種、追肥量、灌水量及生長環境等差異所致。

光合作用的提高對促進花生產量形成有重要作用。 膜下滴灌條件下在一定追肥量水平下,花生莢果產量、單株結果數和出仁率,隨追肥量的增加,呈先增加后降低,與劉兆娜等[13]研究結果一致。本研究中單株有效結果數、莢果飽滿程度、單果質量的提高是膜下滴灌追肥提高產量的主要體現。綜合考慮產量、收益及投入成本,在本試驗條件下,花生膜下滴灌追施尿素45.0～67.5 kg·hm-2和磷酸二氫鉀60～90 kg·hm-2是高產高效的肥料管理措施。