氮肥后移对花生氮代谢相关酶活性、氮素利用效率及产量的影响

姚瑞，赵凯能，谢畅，宋海玲，徐爽，于海秋，张正，王婧，蒋春姬，赵姝丽，王晓光*

（1.沈阳农业大学农学院，辽宁 沈阳，110866；2.山东省农业科学院，山东 济南，250100）

氮素是花生必需的主要营养元素之一，对花生的生长发育及产量有重要的影响[1]。目前，我国已成为世界上最大的氮肥生产国和消费国。然而，花生大田生产中多采用一次性基施氮肥的施肥方式，导致有很大一部分的氮肥流失到生态环境中，仅有小部分会被花生吸收利用，降低了花生的氮肥利用率，也造成了严重的氮素污染，制约了生态农业的发展[2]。改进施氮方式，提高花生氮素利用效率，减少环境污染已成为未来发展的方向[3,4]。氮肥后移是在施氮量不变的条件下，调整作物施用氮肥的时期，减少对作物生长前期的氮肥投入并将节省的氮肥重点施于作物生长后期[5]。侯云鹏[6]等研究表明，在相同施氮量下，氮肥后移能显著提高玉米的氮素吸收利用率、农学利用率、偏生产力和生理利用率。孙虎[7]等研究表明，施氮量适宜的条件下，适当增加花针期前的氮肥供应，可显著提高花生的产量和氮肥利用率。因此，通过改进花生施氮肥时期来提高氮素利用效率也成为了农业关注的焦点。

已有研究表明，花生荚果中的氮大部分是从营养器官的氮素转化而来，只有小部分是荚果充实期同化的，花生在荚果成熟期间，营养器官内氮素的可利用性是产量提高的主要限制因素之一，所以增加花生前期氮素积累量十分重要[7～9]。氮素除了能够提高花生产量之外，对花生氮代谢相关酶的活性也具有调节作用。张智猛等[10]研究表明，施氮水平、施氮方式和微量元素肥料能够影响花生各器官氮代谢相关酶的活性；张翔[11]等研究表明，施氮总量相同时，施氮时期不同会影响花生的氮素利用效率；氮肥施用方式、氮肥形态、氮肥施用时期等均对花生氮的吸收利用存在显著影响[12～17]。

目前，针对不同施氮量、施氮时期和肥料配施对花生生长发育及产量的影响研究较多[11,18～23]，而在施氮量相同条件下改变追肥次数和追肥比例对花生氮代谢酶活性、氮素利用效率的研究较少。本试验在施氮总量为135.0 kg·hm-2的情况下，研究氮肥后移对花生植株氮代谢酶活性、氮素积累与利用效率及产量的影响，探讨在不增加氮肥施用量的情况下，是否可通过氮肥分期后移提高花生产量，旨在为花生高产高效栽培提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2016-2017 年在沈阳农业大学科研试验基地进行。供试花生品种为农花5 号，由沈阳农业大学选育。供试土壤为棕壤土，碱解氮含量102.2 mg·kg-1、速效磷含量25.7 mg·kg-1、速效钾含量116.6 mg·kg-1、有 机 质 含 量15.41 g·kg-1、pH值6.5。

1.2 试验设计

试验采用完全随机区组设计，在施肥总量（尿素135.0 kg·hm-2）一致的条件下设3个处理，以不施氮肥为对照，具体施用时期及各时期施用量见表1。小区行长7 m，7 行区，行距60 cm，小区面积为29.4 m2，3次重复。种植方式为裸地种植，播种密度为15 万穴·hm-2，每穴播3 粒，出苗后留2 株，采用开沟方式追施氮肥。各小区基施硫酸钾150 kg·hm-2、过磷酸钙600 kg·hm-2。试验地其他管理措施与常规大田相同。

表1 施尿素时期及施用量Table 1 Fertilization time and nitrogen fertilizer application rate

1.3 测定项目及方法

1.3.1 叶片氮代谢相关酶活性 于苗期、开花下针期、结荚期、饱果成熟期取有代表性植株的主茎倒数第三片完全展开叶的同一位置小叶测定硝酸还原酶（NR）活性、谷氨酰胺合成酶（GS）活性和谷氨酸脱氢酶（GDH）活性。

NR 活性测定参照植物生理学实验手册（1999）的 方 法[24]，GS 和GDH 活 性 测 定 参 照 文 献[25]的方法。

1.3.2 氮素利用效率 于出苗后24 d开始至108 d结束，其中每隔14 d从各小区取有代表性植株3株，测定籽粒中氮素积累量和植株地上部总氮素积累量，采用H2SO4-H2O2法消煮，凯氏定氮法测定植株各器官氮素含量。计算氮素收获指数、氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率和氮肥偏生产力，计算公式如下：

氮素收获指数（%）=籽粒中氮积累量/成熟期植株地上部总氮积累量×100

氮肥农学利用率（kg·kg-1）=（施氮区籽粒产量－氮空白区籽粒产量）/施氮量

氮肥偏生产力（kg·kg-1）=籽粒产量/施氮量

氮肥吸收利用率（%）=（施氮区植株吸氮量－氮空白区植株吸氮量）/施氮量×100

1.3.3 产量及产量构成因素 花生收获时在每小区连续取有代表性的10棵植株进行考种，调查单株荚果数、单株果重、饱果数和百仁重；另每个小区除去两边行和两地头，取中间3行×3 m上的植株，进行测产。

1.4 数据统计分析

用Microsoft Excel 软件（2019）进行数据处理作图，DPSv7.05软件统计分析数据。结果与分析的数据为两年数据的平均值。

2 结果与分析

2.1 氮肥后移对叶片氮代谢相关酶活性的影响

2.1.1 硝酸还原酶活性 图1可知，花生叶片的硝酸还原酶活性在整个生育进程中T1、T2 和CK 处理呈逐渐下降的趋势，而T3处理则先略有上升后逐渐下降。不同生育时期各施肥处理的硝酸还原酶活性均比无氮肥处理CK 高，但不同时期追施硝酸还原酶活性表现不尽相同，在花针期和饱果成熟期硝酸还原酶活性均为T3＞T2＞T1＞CK，T3 处理高于其它处理，且与CK 和T1 的差异达到显著水平（P＜0.05）。在花生生育中后期T2 和T3 两处理的硝酸还原酶活性高于CK 和T1，说明氮肥后移能显著提高花生生育后期硝酸还原酶活性，从而影响花生体内的N 素代谢，对光合产物的合成运转起到明显的促进作用。

图1 不同施肥方式下花生不同生育时期叶片硝酸还原酶活性Fig.1 NR activity in peanut at different growing periods under different fertilization patterns

2.1.2 谷氨酰胺合成酶活性 图2 为不同施肥方式下花生不同生育时期叶片谷氨酰胺合成酶活性，从图2 可以看出，花生叶片谷氨酰胺合成酶活性在整个生育期呈先升后降的趋势。各施肥处理的谷氨酰胺合成酶活性均比CK 高。由于追肥时期不同各处理间谷氨酰胺合成酶活性存在明显差异，在花针期和饱果成熟期谷氨酰胺合成酶活性均为T3＞T2＞T1＞CK，T3 处理高于其它处理，且在饱果成熟期差异达到显著水平（P＜0.05）。在花生生育中后期T2 和T3 两处理的谷氨酰胺合成酶活性亦高于CK 和T1，说明氮肥后移对花生体内谷氨酰胺合成酶的活性亦有促进作用，使谷氨酰胺合成酶活性在生育后期保持较高水平，进而保证氨同化途径的畅通运转。

图2 不同施肥方式下花生不同生育时期叶片谷氨酰胺合成酶活性Fig.2 GS activity in peanut at different growing periods under different fertilization patterns

2.1.3 谷氨酸脱氢酶活性 图3可见，花生叶片谷氨酸脱氢酶活性在整个生育期呈先下降再上升再下降的趋势。各施肥处理的谷氨酸脱氢酶活性均比CK 高。在花针期和饱果成熟期谷氨酸脱氢酶活性均为T3＞T2＞T1＞CK，T3 处理高于其它处理，且在饱果成熟期差异达到显著水平（P＜0.05）。从结荚期至饱果成熟期其他处理的谷氨酸脱氢酶活性下降幅度明显，而T3 处理则是略有下降，说明T3 处理有利于花生生育后期谷氨酸脱氢酶的合成。

图3 不同施肥方式下花生不同生育时期叶片谷氨酸脱氢酶活性Fig.3 GDH activity in peanut at different growing periods under different fertilization patterns

2.2 氮肥后移对氮素利用效率的影响

2.2.1 花生各器官氮素积累量 养分累积是生物量累积的基础，也是作物产量形成的基础。从图4A、B 可以看出，施氮时期对根和茎氮素积累量变化趋势无影响，在整个生育期中，两器官氮素积累均呈“波浪式”变化，只是最大值出现的时间不同，根系氮素积累最大值出现在出苗后38 d（花针期），茎秆氮素积累最大值出现在出苗后94 d（饱果成熟期）。两器官氮素积累量与不同时期追肥有关，根系氮素积累量各处理的最大值为T3＞T1＞T2＞CK，茎秆各处理的氮素积累量最大值为T1＞T3＞T2＞CK，各施肥处理间差异不显著，与CK相比差异达到显著水平（P＜0.05）。

图4 不同施肥方式下花生各器官及植株氮素积累Fig.4 Peanut N accumulation in each organ under different nitrogen treatments

叶片和果针的氮素积累量均呈谷-峰-谷的变化趋势（图4C、D），均在出苗后80 d（结荚期）达到最大值，此时各处理叶片的氮素积累为T1＞T3＞T2＞CK，果针为T1＞T2＞T3＞CK，均是T1 处理的氮素积累量最高，但各施肥处理间差异不显著。

荚果的氮素积累量随着生育进程逐渐增加，不同时期的氮素积累量均为CK 处理最低（图4E），在出苗后108 d（饱果成熟期）各处理的氮素积累量为T3＞T1＞T2＞CK，T3 处理的氮素积累量最高，各施肥处理间差异不显著，与CK 相比差异达到显著水平（P＜0.05）。

2.2.2 花生植株总氮素积累量 图4F是不同施肥方式下花生植株总氮素积累，随着生育进程的推移，各处理花生植株总氮素积累量逐渐增加后略有下降，这是由于后期部分叶片和果针会脱落。在苗期（出苗后24 d）各处理之间氮素积累量差异不显著，生育后期T2 和T3 处理的氮素积累量增加幅度变大，各处理在成熟期（出苗后108 d）达到最大值，CK、T1、T2 和T3 处理的氮素积累量分别为75.63 g·plant-1、85.97 g·plant-1、88.17 g·plant-1、89.13g·plant-1，其中T3处理的氮素积累量最高，各施肥处理显著高于CK 处理（P＜0.05），但施肥处理间差异不显著。

2.2.3 氮素利用效率 表2 为不同施肥方式下花生氮肥利用率。不同施肥处理的氮素收获指数表现为T3＞T1＞T2，各处理间差异不显著；氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均表现为T3＞T1＞T2，T3处理最高，且与其它处理差异达到显著水平（P＜0.05）；氮肥利用率表现为T3＞T2＞T1，T3 处理最高但各处理间差异不显著。

表2 不同施肥方式下花生氮肥利用率Table 2 Nitrogen use efficiency of peanuts at different fertilization methods

2.3 氮肥后移对产量及其构成因素的影响

由表3 可知，不同的施肥方式使花生的产量存在差异。与CK 相比，各施肥处理花生产量显著增加，增幅达到14.33%～20.79%，不同处理间产量表现为T3＞T1＞T2＞CK，可见施肥时期显著影响荚果产量。不同处理间单株果数和百仁重表现为施肥处理高于CK，且差异达到显著水平（P＜0.05）；花生单株果重表现为T3＞T1＞T2＞CK，T3 处理高于其它处理，且差异达到显著水平（P＜0.05）；花生饱果率表现为T3＞T2＞T1＞CK，T3 处理高于其它处理，且差异达到显著水平（P＜0.05），说明T3处理是通过显著提高单株果重和饱果率达到增产效果。

表3 不同施肥方式下花生产量及产量构成因素Table 3 Yield and components of peanut under different fertilization method

3 讨论

3.1 氮肥后移对花生氮代谢相关酶活性的影响

硝酸还原酶、谷氨酸脱氢酶及谷氨酰胺合成酶均为植物氮代谢关键酶，对植物氮素吸收和利用起重要作用[26]。NR 是植物器官中硝态氮还原同化过程中的第一个酶和限速酶，GS参与植物体内同化的过程，是整个氮代谢的中心[27,28]。已有研究[9]表明，在一定范围内增加氮肥施用量能够提高氮代谢相关酶活性。李文龙等[29]研究表明，适当的增施氮肥能够提高玉米叶片氮代谢相关酶活性，氮肥施用过量则会导致酶活性下降。本研究发现，在施氮量相同的条件下，氮肥后移两处理追肥后花生叶片氮代谢相关酶的活性会上升，且基施氮肥45 kg·hm-2＋苗期和开花下针期分别追肥45 kg·hm-2处理在生育后期的氮代谢相关酶活性显著高于其它处理，说明它延缓了植株的衰老，这可能是因为使花生生育后期氮肥充足[30]。

3.2 氮肥后移对花生氮素利用效率的影响

氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率和氮肥偏生产力是用来表示氮肥利用率的常用定量指标，它们从不同的侧面描述了作物对氮素或氮肥的利用效率[31]。已有研究[24]表明，增施氮肥会显著提高花生对氮素的吸收速率和积累量。马兴华等[32]研究表明，在施氮量相同的条件下，增加小麦拔节期追施比例提高了氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率和氮肥偏生产力，说明氮肥利用率还受底追肥比例的影响。也有研究认为氮肥分次追施比一次性施肥可以减少淋洗和反硝化造成的损失[2]。

本研究发现，施氮能显著提高花生各器官和植株的氮素积累量，在施氮量相同的条件下，基施氮肥45 kg·hm-2＋苗期和开花下针期分别追肥45 kg·hm-2和基施氮肥135 kg·hm-2这两个处理的氮素积累量较高，不过差异不显著（P＞0.05），但是基施氮肥45 kg·hm-2＋苗期和开花下针期分别追肥45 kg·hm-2处理的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力显著高于其他处理。这可能是因为在苗期过早追肥会导致花生生长发育的中后期出现氮素缺乏的现象，而且开花下针期是需氮量最大的时期，此时根瘤尚未长成，缺氮会影响根瘤生长从而影响花生对氮素的吸收利用[7,33～35]。

3.3 氮肥后移对花生产量的影响

氮肥运筹对产量的影响研究有很多，张甜等[30]研究表明，在施氮量相同条件下，在花针期追肥能提高花生产量，在苗期追肥虽然较不施肥有一定的增产效果，但是效果不及在花针期追肥。毕振方等[19]研究表明，在花针期追肥对花生增产效果最显著。本研究表明，施氮能显著提高花生荚果产量，在施氮量相同的条件下，不同处理产量表现为T3＞T1＞T2，其中基施氮肥45 kg·hm-2＋苗期和开花下针期分别追肥45 kg·hm-2处理产量最高，与其它处理相比产量提高了14.33%～20.79%，这是因为合理的施肥方式提高了花生的单株果重和饱果率，而基施氮肥67.5 kg·hm-2+苗期追肥67.5 kg·hm-2处理的产量最低，这与前人研究结果一致。因为只在苗期过早施肥会造成花生生长发育中后期出现氮素缺乏的现象，使植株早衰影响果实充实度，而且花针期是营养生长和生殖生长并进的时期，也是肥料需要最多的时期，此时氮肥供应不充足会影响花生对水分、养分的吸收和叶片光合作用的强弱，进而影响花生荚果体积的膨大和果仁的充实度，最终影响花生的产量[7,34,35]。

4 结论

在施氮量相同的条件下，基施氮肥45 kg·hm-2＋苗期和开花下针期分别追肥45 kg·hm-2处理能够满足花生各生育期的肥料需求，进而显著提高花生生育后期叶片的氮代谢相关酶活性，增强花生对氮素的吸收与利用，并通过显著提高单株果重和饱果率来达到增产，从而提高氮素利用率，增产效果比其它两个处理显著。

综合分析得出，在本试验条件下，施氮量为135 kg·hm-2时，基施氮肥45 kg·hm-2＋苗期和开花下针期分别追肥45 kg·hm-2处理能够提高氮代谢相关酶活性和氮素利用率，使花生显著增产。