播期与施氮量对花生干物质、产量及氮素吸收利用的影响

王建国，唐朝辉†，张佳蕾，高华鑫，尹 金，李新国,3，万书波,3，郭 峰*

（1 山东省农业科学院农作物种质资源研究所，山东济南 250100；2 山东省作物遗传改良与生态生理重点实验室，山东济南 250100；3 农业农村部华东地区作物栽培科学观测实验站，山东东营 257000）

花生是我国重要的油料和经济作物，种植面积约占世界的20%[1]。山东省是我国花生主产区，种植面积和产量均居全国第二位。花生生长发育和产量形成受温度、光照和降水等生态条件影响。通常播种时期变化导致温度、光照和降水季节性差异，影响花生光合产物积累分配与转运，甚至降低产量[2–4]。播期过早或过晚严重影响花生的百果重和饱果率，不利于花生高产[5]。近年来，花生品种的遗传改良和更新换代步伐加快，推动了高油酸花生产业的发展。花生新品种多为中早熟，生育期较传统品种缩短10～30天。生产上农民在4月中下旬抢墒早播，出苗期时常遭遇低温、冷害天气，影响花生出苗，特别对高油酸花生出苗影响较大，而后期雨季收获时烂果的问题则是影响花生产量和质量的关键[6]。因此，研究合理的播期与氮肥调控措施并综合考虑花生品种特性作为提高播种质量、产量、氮肥利用率的关键措施，对实现该地区花生优质丰产具有重要理论与实际意义。

氮肥是影响花生生长发育和产量的重要因素之一。适宜的施氮量对花生增产显著[7–10]，不同品种花生对氮肥的响应存在差异[11]。氮肥显著影响了花生植株氮素积累和利用[12–14]。当施氮量为 90 kg/hm2时，花生的氮素积累量和氮素利用率最高，之后随施氮量的增加二指标降低[15]。通过对近25年气候环境和土壤的研究发现，调整播期对氮肥利用效率的提升效果显著[16]。播期推迟后皮棉氮、磷和钾吸收量增加，但皮棉产量和养分利用效率显著降低[17]。早播(9月20日) 条件下小麦产量、氮素积累量、吸收效率以低密度处理最高[18]，也有研究显示推迟播期则加速冬小麦的干物质和氮素积累，有利于小麦的穗粒数形成[19]。随播期的推迟，不同类型水稻品种主要生育期的吸氮量呈逐步下降的趋势[20]。综上，有关花生播期的研究主要集中在物候期、品种筛选、农艺性状、生理特性、产量和品质等方面，对于播期与施氮量互作下花生干物质积累动态、氮素吸收积累与利用特征的研究，以及相关的研究在高油酸花生方面未见报道。基于此，本研究以生产中推广的普通型大花生品种“花育22号”和高油酸花生品种“冀花16号”为试验材料，参考黄淮海地区农民习惯花生播种时间、施氮量，设置4个播期，3个氮素水平，研究播期与氮肥互作下不同类型花生品种产量形成、干物质积累、氮素吸收积累特征及氮肥利用效率，为花生高产和资源高效利用技术研究提供支撑，确保花生“优质丰产、提质增效”。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2019—2020年在山东省农业科学院济阳综合试验示范基地进行。济阳基地位于山东省济南市济阳区太平镇 (36°58′N，116°58′E，海拔 18.1 m)。两年试验区位于同一地块的不同地段，前茬作物种植方式为夏玉米—冬小麦，冬小麦在每年3月底进行压青还田。土壤质地为砂壤土。土壤基础肥力是两年的平均值，基本理化性状：碱解氮124.2 mg/kg、有效磷 39.0 mg/kg、速效钾 140.0 mg/kg、有机质 17.3 g/kg、pH 8.24。2019 和 2020 年不同播期处理的花生生育时期内平均气温、积温及降雨量差异较小，详见表1。

表1 2019和2020年不同播期下花生生育期内平均气温、积温和降雨量Table 1 Average temperature, accumulated temperature and precipitation during peanut growth period under different sowing dates in 2019 and 2020

1.2 试验设计

根据黄淮海地区常用花生品种、种植时间及常用施氮量，选普通大花生品种花育22号和高油酸花生品种冀花16号为供试材料；设3个氮肥用量：0、120、240 kg/hm2，表示为 N0、N120、N240；设4 个播期：SD1 (4 月 30 日)、SD2 (5 月 10 日)、SD3(5月20日)、SD4 (5月30日)。氮肥选择普通尿素(N 46.4%)。各处理钙肥、磷钾肥施用量相同，钙镁磷肥 600 kg/hm2、磷酸二氢钾 57 kg/hm2、硫酸钾(K2O 50.0%) 201 kg/hm2。所有肥料均在播种前 7 天基施，旋耕起垄，垄距80 cm。单粒播种，株距10 cm，密度25万株/hm2，覆膜栽培。小区面积为48 m2，设3次重复。2019和2020年花生播种时间和收获时间一致，均按照试验设定播期依次进行播种和收获。每个处理花生从播种到收获时间为120天。按大田常规化管理。

1.3 样品采集方法

叶片叶绿素含量利用SPAD-502Plus分别于苗期、花针期、结荚期、饱果期、成熟期测定主茎倒三叶。每个处理测定9次重复。植株干物质取样时间与叶绿素含量测定时间一致。每个处理取6株，3次重复。植株按器官分为根、茎、叶、果针和荚果5个部分，放置在烘箱中105℃杀青30 min后，85℃烘干至恒重。将成熟期植株样品，按根、茎 (茎和果针)、叶、荚果进行粉碎，采用H2SO4-H2O2消煮法，利用AA3型流动分析仪测定全氮含量。收获时每个小区测产面积3.2 m2，记录株数，并将虫、芽、烂果挑出，3次重复。荚果晒干后称重，统计小区结果数 (饱果数、秕果数)，测定百果重、荚果含水量等，计算荚果产量 (荚果产量按5.0%含水量折算)。将部分花生荚果进行人工剥种，统计百仁重，挑选其中大小均匀的籽仁，采用多功能谷物近红外分析仪 (DA7250) 测定粗蛋白和粗脂肪含量。

1.4 计算公式

单位面积氮素积累量 (kg/hm2)=单株氮素积累量(mg/株)×种植密度 (株/hm2)/106

氮肥偏生产力 (kg/kg)=施氮区荚果产量 (kg/hm2)/施氮量 (kg/hm2)

氮肥农学效率 (kg/kg)=(施氮区荚果产量–不施氮区荚果产量，kg/hm2)/施氮量 (kg/hm2)

1.5 数据与分析

所用数据为2019和2020年试验结果的平均值。在进行成熟期干物质、氮素积累与分配的计算时将果针的数据归到茎。图表用Microsoft Excel 2019软件绘制；数据分析用SPSS 22.0统计软件。

2 结果与分析

2.1 播期与施氮对花生产量和产量构成的影响

由表2可知，播期和施氮量显著影响两品种的产量性状和产量。荚果产量、单株结果数、百果重和百仁重在一定氮肥水平内随施氮量的增加而显著提高。花育22产量随施氮量的增加先升后降，施氮量120 kg/hm2产量最高，较N240处理提高6.1%，与N0相比在SD1、SD2、SD3和SD4播期下分别提高19.0%、19.6%、19.5%和17.3%。冀花16在施氮量240 kg/hm2产量最高，与N0相比在SD1、SD2、SD3和SD4播期下分别提高16.9%、19.2%、19.2%和15.9%，N120和N240产量无显著性差异。增施氮肥，单株结果数和百果重分别显著提高15.9%～33.3%和5.9%～7.1%。同一氮肥水平下随着播期推迟，花生的产量逐渐降低。SD1产量最高，较SD2、SD3、SD4分别显著提高5.5%、12.8%、30.7% (花育22) 和7.3%、20.2%和44.9% (冀花16)，表明适时早播有利于产量的提高，播期过晚造成产量显著降低。增加氮肥施用可提高晚播花生产量。单株结果数、百果重和百仁重随播期的变化规律与产量一致。适当早播和施氮优化了花生产量性状，有利于高产形成。

表2 播期和施氮对花生产量和产量构成的影响Table 2Effects of sowing date and nitrogen application rate on the yieldand yield composition of two peanut cultivars

2.2 播期与施氮对花生品质的影响

施氮提高花生籽仁中粗蛋白质和脂肪含量 (表3)。随施氮量的增加，花育22的粗蛋白含量逐渐升高；冀花16粗蛋白含量、花育22和冀花16粗脂肪含量先升后降，与N0相比三者的N120处理分别提高17.6%、6.9%和4.7%。随播期的推迟，花育22粗蛋白含量先增后减，以SD2处理粗蛋白含量最高；冀花16粗蛋白含量先降后升，以SD1处理粗蛋白含量最高。花育22和冀花16粗脂肪含量均随播期的推迟呈降低趋势。

表3 播期和施氮对花生粗蛋白和粗脂肪的影响Table 3 Effects of sowing date and nitrogen application rate on crude protein and fat contents of peanut (%)

2.3 播期与施氮对花生干物质积累和分配的影响

由图1可知，播期和施氮量对花生植株干物质积累量影响显著。早播花生生育前期 (苗期SS和开花下针期FP) 的干物质积累较慢，表现为生长缓慢；生育后期干物质积累速率加快，表现为生长较快。晚播花生生长表现规律与早播相反，生育前期生长加快，干物质积累多；而生育中后期干物质积累缓慢，尤其是转向荚果的积累相对较少，表明花生晚播不利于高产。成熟期 (MS)，花育22植株干物质量在SD1、SD2、SD3播期下相比SD4分别提高14.4%～17.6%、10.4%～15.1%和5.7%～9.6%，冀花16植株干物质量分别提高17.7%～21.1%、12.8%～13.9%和7.3%～11.3%。施氮量为240 kg/hm2时，植株干物质量最高，在结荚期 (PS) 和成熟期较N0分别平均增加28.0%和26.1% (花育22)、27.0% 和 25.4% (冀花 16)。

图1 花育22和冀花16的干物质量积累动态Fig. 1 Dry matter accumulation dynamics of cultivar Huayu 22 and Jihua 16

由表4可知，施氮显著影响成熟期花生茎、叶、荚果干物质积累及其分配。播期显著影响荚果干物质积累及其分配 (P<0.05)。随施氮量增加，两品种花生茎、叶、荚果干物质量显著增加，与N0相比，N120和N240荚果干物质量分别提高27.6%～33.7%和34.9%～36.7%。N120和N240不同器官干物质量无明显差异。花育22和冀花16荚果分配比例分别以N120、N240处理最高，较其N0显著提高8.7%、7.6%和6.9%、7.6%。晚播显著降低了荚果干物质量，其中SD2、SD3、SD4荚果干物质量相比SD1分别减少5.9%、12.4%、22.0% (花育22)和8.9%、16.3%、26.9% (冀花16)。花生早播促进干物质向荚果中积累，提高了其分配比例，利于高产。

表4 播期与施氮对花生成熟期各器官干物质分配的影响Table 4 Effects of sowing date and nitrogen application rate on dry matter distribution in various organs of peanut at maturity stage

2.4 施氮对花生叶片叶绿素含量的影响

施氮对不同生育时期花生叶片SPAD影响显著。随施氮量增加，两品种花生叶片SPAD值升高 (图2)，冀花16的SPAD高于花育22。花针期 (FP) 不同处理叶片SPAD达到峰值，N120、N240处理SPAD较N0处理分别显著增加4.6%、9.1% (冀花16) 和4.8%、10.0% (花育22)。施氮延缓了生育期后期叶绿素含量的降低速率，成熟期N120、N240处理SPAD较N0平均提高了7.0%和11.6%。

图2 不同氮水平花生叶片SPAD值动态变化Fig. 2 Dynamics of SPAD value of peanut leaves under different N rates

2.5 播期与施氮对花生不同器官氮含量的影响

施氮对花生植株各器官氮含量影响显著 (P<0.05)，且两品种不同器官氮含量随施氮量增加表现出相同的趋势，但总体上冀花16各器官氮含量高于花育22(图3)。对于花育22，N120和N240处理较N0分别显著提高了茎、叶、荚果氮素含量27.3 %和30.6%、10.1%和13.1%、19.1%和23.1%；冀花16茎、叶、荚果氮含量分别提高13.3%和18.3%、10.4%和14.2%、13.5%和14.4%。

图3 不同氮水平下花生各器官氮含量Fig. 3 Nitrogen content in different organs of peanut under different N application rates

播期对花生植株各器官氮含量产生明显影响 (图4)。茎的氮含量随播期推迟逐渐降低，SD1较其SD2、SD3、SD4分别显著提高9.2%、8.3%、10.3% (花育22) 和 15.9%、20.8%、21.4% (冀花 16)。叶和荚果氮含量以播期SD1最高，SD3氮含量最低，其中SD1播期下花育22叶和荚果氮含量较SD3分别显著增加16.0%和10.5%，冀花16分别显著提高20.2%和 10.2% (P<0.05)。

图4 不同播期处理下花生各器官氮含量Fig. 4 Nitrogen content in different peanut organs under different sowing dates

2.6 播期与施氮对花生植株氮素吸收与分配的影响

由表5可知，播期和施氮量均极显著影响成熟期花育22植株各器官氮素积累量和分配比例，二者交互影响根系氮素积累与分配。适当早播和施氮有利于促进花生对氮素的吸收，提高花生的氮素积累量。不同器官中氮素积累量和分配比例表现为荚果>叶>茎>根。同一播期条件下，随施氮量的增加，茎、叶、荚果及植株氮素积累量增加，其中N240SD1处理植株氮素积累量最大，为405 kg/hm2。SD1、SD2、SD3和SD4播期下N120和N240的茎、叶、荚果氮素积累量分别较N0显著提高45.4%、23.7%、58.5%和55.9%、33.7%、68.8%。随着播期的推迟，植株氮素积累量逐渐降低。SD1植株氮素积累量分别比SD2、SD3、SD4显著提高15.4%、22.9%和32.1%。

表5 播期和施氮对花育22花生植株各器官氮素积累与分配的影响Table 5 Nitrogen accumulation and distribution in different organs of Huayu 22 as affected by N application rate and sowing date

根、茎、叶的氮素分配比例随施氮量的增加呈降低趋势，荚果的氮素分配比例则是随施氮量的增加呈升高趋势 (P<0.05)；当施氮量为240 kg/hm2时，荚果氮素分配比例略低于N120处理。随着播期的推迟，茎和叶的氮素分配比例逐渐升高，荚果中氮素分配比例逐渐降低。

从表6可知，随施氮量增加，冀花16植株各器官氮素积累量均显著升高。相比N0，N120和N240条件下茎、叶、荚果氮素积累量分别显著增加29.3%、22.3%、47.0%和37.3%、31.9%、57.9%。根、茎、叶的氮素分配比例随施氮量的增加逐渐降低，荚果中氮素分配比例随施氮量的增加而升高。各器官氮素积累量和植株氮素积累量均在SD1播期下最大，相比SD2、SD3、SD4处理分别提高18.5%、27.5%和35.3%。随播期推迟，花生茎、叶和荚果的氮素积累量逐渐降低，进而降低了花生植株对氮素的吸收和积累量，同时播期推迟后荚果氮素分配比例降低。荚果氮素积累量以N240SD1处理最高，为328.3 kg/hm2，而荚果氮素分配比例则以N120SD1最高，为75.0%。播期、施氮及其交互作用显著影响花生根、茎、叶氮素积累量及根系氮素分配比例。

表6 播期和施氮对冀花16植株器官氮素积累与分配的影响Table 6 Nitrogen accumulation and distribution in different organs of Jihua16 as affected by sowing date and N application rate

2.7 播期与施氮对花生氮肥利用效率的影响

由表7可知，播期和施氮量显著影响两品种氮肥农学效率和氮肥偏生产力。N120处理氮肥农学效率显著高于N240处理 (P<0.05)，其中花育22 N120SD1、冀花16 N120SD2处理最高，均为8.2 kg/kg。氮肥农学效率随播期的推迟呈降低趋势，花育22在SD1播期条件下氮肥农学效率最高，较SD2、SD3、SD4显著提高3.8%、10.2%和38.5%；冀花16氮肥农学效率在SD2播期下最高，较SD1、SD3、SD4显著提高5.0%、12.5%和46.5%。

表7 播期和施氮对花生氮肥利用效率的影响 (kg/kg)Table 7 Effects of sowing date and nitrogen application rate on nitrogen use efficiency of peanut

花育22和冀花16氮肥偏生产力以N120SD1处理最高，分别为51.2和54.2 kg/kg。两品种的氮肥偏生产力随播期推迟显著降低，花育22和冀花16均在SD1播期条件下最高，分别较SD2、SD3、SD4显著提高5.3%、12.5%、31.4%和6.8%、19.6%、45.7%。播期和施氮的交互作用对氮肥偏生产力影响显著。综上结果说明播期在4月30日至5月10日，且施氮量为120 kg/hm2，花生氮肥偏生产力、氮肥农学效率均较高。

3 讨论

3.1 播期和施氮对花生植株和产量性状的影响

播期影响花生前期和中期的发育进程，对后期影响较小[3, 21]。本研究发现，花生早播 (4月30日～5月10日)，两品种在生育前期植株干物质积累较慢、生育中后期干物质积累速率加快，成熟期植株干物质积累量显著高于晚播处理 (5月20日以后)。晚播花生生长发育特性与夏花生相似，表现为“前快后慢”，荚果干物质积累相对较少。早播有利于花生整个生育时期干物质的累积与产量形成，这与于旸[22]、冯昊等[23]研究结果相似。青花5号适宜播期在4月30日至5月10日，花育22号在胶东地区最适播期为4月25日至5月15日，山花108号在麦田套种模式下最适播期为5月25 日，以上适宜播期处理下干物质积累和产量均高于晚播处理[22–24]。适宜播期协调了地上部和地下部生长，促进干物质的有效积累和运转，最终实现高产[24]。晚播花生 (夏花生)生育进程中有“三短、一快”的特点，主要表现为开花期短、有效花期短、饱果成熟期短、前期干物质积累快[25]，同时根系活力下降快，叶片生理功能明显降低、衰老快[26]，严重影响营养生长和干物质积累[22, 26]，导致晚播花生产量不高。

氮肥对花生植株个体生长发育、产量形成作用显著[11, 27–28]。花生荚果产量对供氮水平的响应因品种、区域、土壤肥力水平不同有所差异。不同花生品种获得最高产量时施氮量不同，例如远杂9102在施氮量75 kg/hm2时荚果产量最高，鲁花12和白沙1016在施氮量112.5 kg/hm2时荚果产量最高[8]。中低产田施氮量为150～225 kg/hm2，花育25可获得高产[10]。前人依据产量水平和土壤基础地力水平来计算最佳施氮量。地膜覆盖栽培春花生荚果产量6000～6750 kg/hm2时，最佳施氮量为 184.6 kg/hm2[29]。综合考虑试验样点0—30 cm土层无机氮含量，山东省74个试验点花生平均产量为4914.0 kg/hm2，该产量水平下最佳土壤+氮肥用量为256.8 kg/hm2[30]。本研究中试验区域为中低产田，施氮量为120 kg/hm2，花育22荚果产量最高，施氮量再增加产量减少；冀花16的荚果产量随施氮量的增加不断增加。可解释为氮肥促进了花生根系生长，促进干物质积累，通过增加单位面积的果数和提高荚果的饱满度来实现花生增产[25, 27–28, 31]。本试验区域两品种产量水平在3700～6500 kg/hm2，高油酸花生品种冀花16平均产量略高于花育22，可能主要原因是冀花16的叶色浓绿、叶绿素及植株氮含量高，根系对氮素的吸收能力强，更好的促进了植株干物质积累，为多结果、结饱果提供了物质基础。对于中低产田花生种植，除了传统的地膜覆盖、轮作换茬、增施氮磷钾钙肥外[25]，还应注重选用良种良法、农机农艺融合，进一步发挥花生根瘤固氮作用，实现资源高效利用。

3.2 播期和施氮对花生氮素吸收利用的影响

适时早播可提高小麦籽粒的氮素积累量、吸收效率和氮素收获指数等[18]。播期过晚影响小麦对氮肥的吸收积累、降低籽粒氮含量[32]，进而导致氮素利用率降低[33]。本研究表明随播期的推迟，花生植株不同器官中氮素含量降低，植株吸收和积累氮素减少，并降低了荚果中氮素分配比例及氮肥农学效率和氮肥偏生产力。这与水稻相关研究结论相似，早、中、迟熟不同类型水稻吸收氮量随播期的推迟而降低[20]。也有报道随播期的推迟，皮棉氮吸收量增加，但皮棉养分利用效率显著降低[17]。播期推迟主要影响了作物根系活力，降低了叶片叶绿素含量及氮代谢酶活性[22]，减少了花前营养器官中储存氮素向籽粒的转运量[32]，不利于作物对氮素的吸收与利用。

适量施氮促进更多的氮素分配到生殖器官，更好的调控了群体质量，有利于花生产量的形成和氮肥利用效率的提高[10]，而过量施氮导致更多的氮素分配到花生营养器官，造成地上部生长过旺，限制产量的提高。本研究中随施氮量的增加，花生各器官氮含量和积累量均显著增加，荚果氮素分配比例显著提高，但降低了茎、叶氮素分配比例，这与刘佳等[34]研究结果一致。有研究认为，施氮量180 kg/hm2时，早播玉米获得高产，氮肥偏生产力随施氮量增大而减小[35]。随氮肥施用量增加，常规播期和迟播油菜根、茎、角果壳和籽粒氮含量、氮积累量呈上升趋势，当施氮量为240 kg/hm2时，籽粒氮素利用率最高[36]。但本试验中施氮量为120 kg/hm2时，花育22和冀花16氮肥农学效率和氮肥偏生产力均最高，这可能由于不同作物对氮肥需求不一致引起的，也可能是由于氮肥处理设置较少，可再增加氮肥梯度处理进一步研究。

4 结论

适当早播与增施氮肥可促进植株对氮素吸收，花生根、茎、叶和荚果中氮含量显著增加，提高了植株干物质和氮素积累，增加了荚果干物质和氮素分配比例，通过增加单株结果数和百果重实现了花生高产。花育22在施氮量120 kg/hm2时荚果产量达到最高，冀花16在施氮量240 kg/hm2时荚果产量达到最高，且两品种产量在120和240 kg/hm2施氮水平差异不显著。施氮量为120 kg/hm2时，两品种氮肥农学效率和氮肥偏生产力最高。综上所述，对于普通高产花生和高油酸花生，早播 (4月30日—5月10日) 可提高花生荚果产量，施氮量应控制在120 kg/hm2左右，以提高籽仁品质和氮肥利用效率。