膜下滴灌氮肥分期追施對花生光合生理和產量的影響

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.新疆農業大學農學院,新疆 烏魯木齊830052)

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

關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,施氮能促進作物光合作用,提高產量,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]。 花生傳統施肥方式以基施為主,肥料一次施入不利于植株對養分的吸收利用,而膜下滴灌技術的應用和水肥一體化設備的推廣為實現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藝性狀、光合生理、產量及產量構成因素影響的研究具有重要意義。

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

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,耕層基礎土壤p H6.4,有機質含量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。供試花生品種為當地主推品種龍花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 試驗設計

試驗共設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,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(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。 SPAD 值采用SPAD 葉綠素儀(SPAD-502 Chlorophyll Meter Model SPAD-502)測定,每重復測5 片葉子,3次重復。

1.3.2 莢果產量及產量構成因素

于收獲期測產,隨機選取自然晾曬風干的莢果,測定百果質量、百仁質量和出米率,3次重復。

1.3.3 肥料貢獻率

肥料貢獻率/%=(施肥處理產量-不施肥處理產量)/施肥處理產量×100

1.4 數據處理

采用SPSS 19.0數據統計軟件進行分析,使用Origin 8.5作圖。

2 結果與分析

2.1 氮肥運籌對花生地上部干質量的影響

圖1可見,D40 時,CK、N0 地上部干質量較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的影響

圖2可見,花生葉面積指數隨植株發育呈增長趨勢,峰值出現在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,CK與N8間差異顯著。 D60時,N8處理葉面積指數最高,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 隨植株發育呈現先增后減趨勢,峰值出現在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 氮肥運籌對花生產量及相關指標的影響

表1可見,CK 產量最低,T4、T3、T5產量較N8高出5.24%、4.05%、3.45%,T4 產量最高。T3、T4、T5百果質量較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量較為一致。 T3、T4經濟系數高于N8,CK經濟系數最低。 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 氮肥運籌對花生產量及相關指標的影響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量的線性分析

圖5可見,產量與凈光合速率、SPAD、葉面積指數均呈正相關。 生育前期葉片凈光合速率與產量的線性相關性高于生育后期。 花生葉片生育后期SPAD與產量相關性高于生育前期,葉面積指數與產量的相關性分析結果與SPAD 一致。 生育后期高的葉面積指數、SPAD和前期不弱于傳統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處理花生產量高于傳統基施處理的原因。

3 討 論

氮是植物生長所必須的營養元素,是蛋白質、核酸和葉綠素的組成成分。 植物對氮素的吸收利用受品種、土壤質地、水肥供應等諸多因素的影響?；ㄉ鷤鹘y施肥方式以基施為主,利用率較低[6-7]。膜下滴灌技術是將覆膜種植與滴灌相結合的一種栽培模式[9],通過減少行間蒸發提高地溫,同時利用滴灌控制水分、養分的供給,進而提高水分和養分的利用率[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量最高[13],而氮肥50%基施+30%花針期追施+20%結莢期追施對南方紅壤旱地花生產量增產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基施肥料貢獻率提高39.21%、產量提高3.45%;生育后期較高的葉面積指數、SPAD和凈光合速率是氮肥分期追施處理產量優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化為植株能吸收利用的硝態氮[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,施氮可顯著提高光合作用、碳氮代謝、增加百果質量和莢果籽仁產量[17-18],但過量施氮導致植株貪青晚熟,群體質量降低,對產量影響亦不再顯著[19-20]。 本研究表明,氮肥分期施用96 kg·hm-2和108 kg·hm-2處理的花生產量高于72 kg·hm-2、84 kg·hm-2、120 kg·hm-2處理,且均優于傳統基施氮肥120 kg·hm-2處理。