膜下滴灌氮肥分期追施对花生光合生理和产量的影响

张冠初徐 扬慈敦伟秦斐斐梁新波李泽伦张 晨丁 红*张智猛*

(1.山东省花生研究所,山东 青岛266100;2.新疆农业大学农学院,新疆 乌鲁木齐830052)

花生是我国重要的经济作物和油料作物,在国民生产中占有重要地位,随着社会的发展,需求量与日俱增。 在种植过程中人工辅助能的投入不科学降低了花生的产量、品质和肥料利用率,也带来了土壤退化、环境污染等诸多问题[1-2]。 因此优化肥料施用量和提高肥料利用率是当前花生种植中亟需解决的问题。

关于提高氮肥利用率的研究已有较多报道[3-5]。在一定范围内,施氮能促进作物光合作用,提高产量,但过量施氮会造成植株倒伏、贪青旺长、土壤酸化等问题[6-8]。 花生传统施肥方式以基施为主,肥料一次施入不利于植株对养分的吸收利用,而膜下滴灌技术的应用和水肥一体化设备的推广为实现花生水肥供需同步配施提供了可能性。 因此,开展氮肥分期追施对花生农艺性状、光合生理、产量及产量构成因素影响的研究具有重要意义。

本文设田间小区试验,研究花生对膜下滴灌氮肥分期追施的光合响应生理,明确减少氮肥施用对花生产量和效益的影响,揭示产量与光合特性间的关系,以期为花生化肥减施、提质增效和实现花生种植过程中水肥供需同步的配施提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2019年在山东省临沂市沂南县进行。土壤类型为褐土,肥力中等,耕层基础土壤p H6.4,有机质含量13.2 g·kg-1,碱解氮92.41 mg·kg-1,速效磷27.56 mg·kg-1,速效钾95.25 mg·kg-1。供试花生品种为当地主推品种龙花128。 磷钾肥以基肥形式施入,磷肥按120 kg·hm-2施入,钾肥按90 kg·hm-2施入,磷钾肥为磷酸二氢钾(P2O5为51%;K2O为33.8%),用硫酸钾(K2O 为51%)补足钾元素用量,氮肥为尿素(N为46%)。

1.2 试验设计

试验共设8个处理:不施肥(CK),不施氮肥(N0)、氮肥基施120 kg·hm-2(N8)、分期追施氮肥总量分别为72 kg·hm-2(T1)、84 kg·hm-2(T2)、96kg·hm-2(T3)、108kg·hm-2(T4)、120kg·hm-2(T5),3次重复,分期追施氮肥处理按1:1:1分别于苗期、花期、荚果期随水一同施入。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 光合特性的测定

分别于花生播种后第40 天(D40)、第60 天(D60)、第80天(D80)、第100天(D100)测定叶片净光合速率、SPAD 并同时采集植株样品。 选择晴朗天气9:00-11:00,使用CIRAS-3型便携式光合作用系统(PP Systems,Amesbury,USA)测定功能叶片的净光合速率(Pn)。 选取主茎倒3～4叶,避开叶脉,每处理5 次重复。 SPAD 值采用SPAD 叶绿素仪(SPAD-502 Chlorophyll Meter Model SPAD-502)测定,每重复测5 片叶子,3次重复。

1.3.2 荚果产量及产量构成因素

于收获期测产,随机选取自然晾晒风干的荚果,测定百果质量、百仁质量和出米率,3次重复。

1.3.3 肥料贡献率

肥料贡献率/%=(施肥处理产量-不施肥处理产量)/施肥处理产量×100

1.4 数据处理

采用SPSS 19.0数据统计软件进行分析,使用Origin 8.5作图。

2 结果与分析

2.1 氮肥运筹对花生地上部干质量的影响

图1可见,D40 时,CK、N0 地上部干质量较N8分别降低12.93%和4.57%,相互间差异均不显著。 D60时,N8地上部干质量最高,与其他处理间差异均达显著水平,T5、T4、T3、T2、T1处理间差异不显著。 D80时,T5地上部分干质量较N8增加0.72%,T4、T3、T2、T1较N8低10.48%、9.71%、0.77%和0.72%。 D100时,T2、T3、T4、T5较N8分别高出2.09%、3.11%、5.70%、16.79%,其中T5与CK间差异显著。

2.2 氮肥运筹对花生叶面积指数的影响

图2可见,花生叶面积指数随植株发育呈增长趋势,峰值出现在D80～D100之间。 D40时,相较于N8,CK和N0处理均降低花生叶面积指数,CK与N8间差异显著。 D60时,N8处理叶面积指数最高,T5、T4、T3、T2、T1 较N8 降低21.08%、20.09%、16.20%、14.09%和9.90%,T5 与N8间差异显著。 D80 时,T5 叶面积指数最大,CK最小,但T5、N8、T4、T3、T2处理间差异不显著。D100时,T2、T3、T4、T5较N8高2.07%、3.08%、5.64%和16.62%,其中T5与N8间差异显著。

2.3 氮肥运筹对花生叶片SPAD 的影响

图1 氮肥运筹对花生地上部干质量的影响Fig.1 Effect of nitrogen fertilizer allocation on aboveground dry mass of peanut

图2 氮肥运筹对花生叶面积指数的影响Fig.2 Effect of nitrogen fertilizer allocation on leaf area index of peanut

图3可见,花生叶片SPAD 随植株发育呈现先增后减趋势,峰值出现在D60～D80 之间。D40时,CK 和N0 叶片SPAD 较N8 分别降 低12.01%和7.13%。 D60 时,T5、T4 叶片SPAD较N8分别增加3.15%和0.74%,T3、T2、T1较N8分别降低2.03%、5.36%和4.07%。 D80时,T5、T3叶片SPAD 较N8升高2.13%和0.19%。T4、T1、T2较N8降低0.58%、6.00%和6.96%,其中T5、T4、T3、N8处理间差异未达显著水平。D100时,T3、T4、T5较N8高6.01%、5.55%和8.09%,其中T5与N8间差异显著。

2.4 氮肥运筹对花生叶片净光合速率的影响

图4可见,花生叶片净光合速率变化随着生育期的变化趋势与SPAD 变化较为一致。 D40时,相较于N8,CK 和N0 叶片净光合速率均降低。 D60时,N8处理叶片净光合速率最高,但与T3、T4、T5处理差异不显著。 D80时,处理间叶片净光合速率变化为T5＞T4＞N8＞T3＞T2＞T1＞N0＞CK,T4、T5较N8高0.43%、10.25%。D100时,叶片净光合速率T2、T3、T4、T5较N8高出5.12%、10.25%、18.44%和22.54%,其中T5、T4与N8均差异显著。

2.5 氮肥运筹对花生产量及相关指标的影响

表1可见,CK 产量最低,T4、T3、T5产量较N8高出5.24%、4.05%、3.45%,T4 产量最高。T3、T4、T5百果质量较N8升高0.64%、0.63%和0.49%,T2、T1 较N8 降 低0.77%、1.19%。T5百仁质量较N8高出0.548%,T4、T3、T2、T1较N8降低0.55%、1.10%、3.25%和6.91%。 处理间出米率的变化与百仁质量较为一致。 T3、T4经济系数高于N8,CK经济系数最低。 氮肥分期追施下,花生的肥料平均贡献率随施氮量的增加呈先升高后降低的趋势,T3和T4肥料平均贡献率最高,较N8分别高出7.53%和9.64%。 综合产量和肥料投入,以尿素2元·kg-1、花生5元·kg-1计,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;综上,总供氮量为108 kg·hm-2分期追施氮肥处理的肥料利用率最高,经济效益最高。

图3 氮肥运筹对花生叶片SPAD 的影响Fig.3 Effect of nitrogen fertilizer allocation on leaf SPAD of peanut

图4 氮肥运筹对花生叶片净光合速率的影响Fig.4 Effect of nitrogen fertilizer allocation on net photosynthetic rate of peanut

表1 氮肥运筹对花生产量及相关指标的影响Table 1 Effect of nitrogen fertilizer allocation on peanut yield and related indicators

图5 花生叶片光合特性和产量间的线性分析Fig.5 Linear analysis on photosynthetic characteristics and yield of peanut

2.6 花生叶片光合特性和产量的线性分析

图5可见,产量与净光合速率、SPAD、叶面积指数均呈正相关。 生育前期叶片净光合速率与产量的线性相关性高于生育后期。 花生叶片生育后期SPAD与产量相关性高于生育前期,叶面积指数与产量的相关性分析结果与SPAD 一致。 生育后期高的叶面积指数、SPAD和前期不弱于传统基施叶片的净光合速率是分期施加氮肥的总供氮量为96 kg·hm-2、108 kg·hm-2和120 kg·hm-2处理花生产量高于传统基施处理的原因。

3 讨 论

氮是植物生长所必须的营养元素,是蛋白质、核酸和叶绿素的组成成分。 植物对氮素的吸收利用受品种、土壤质地、水肥供应等诸多因素的影响。花生传统施肥方式以基施为主,利用率较低[6-7]。膜下滴灌技术是将覆膜种植与滴灌相结合的一种栽培模式[9],通过减少行间蒸发提高地温,同时利用滴灌控制水分、养分的供给,进而提高水分和养分的利用率[10]。 研究表明,适宜比例氮素追施可显著提高花生产量[11-12],但氮肥追施比例和时期因土壤类型的不同存在差异。 辽宁风沙土型土壤种植花生氮肥以基肥(40%)+始花期追施(20%)+下针期追施(40%)处理的叶片光合性能和产量最高[13],而氮肥50%基施+30%花针期追施+20%结荚期追施对南方红壤旱地花生产量增产和氮肥利用率提高的效果更显著[14]。 本研究表明,相同供氮量下,氮肥分期追施较传统基施肥料贡献率提高39.21%、产量提高3.45%;生育后期较高的叶面积指数、SPAD和净光合速率是氮肥分期追施处理产量优于氮素一次性基施处理的原因。

花生是豆科固氮作物,可将空气中的氮元素转化为植株能吸收利用的硝态氮[15]。 花生根瘤固氮能力决定着全氮积累量[16],在一定氮肥施用范围内,施氮可显著提高光合作用、碳氮代谢、增加百果质量和荚果籽仁产量[17-18],但过量施氮导致植株贪青晚熟,群体质量降低,对产量影响亦不再显著[19-20]。 本研究表明,氮肥分期施用96 kg·hm-2和108 kg·hm-2处理的花生产量高于72 kg·hm-2、84 kg·hm-2、120 kg·hm-2处理,且均优于传统基施氮肥120 kg·hm-2处理。