葉面氮素施量對大豆氮素吸收與分配的影響

李燦東， 郭 泰， 王志新， 鄭 偉， 張振宇， 李 于， 王囡囡， 劉忠堂

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院,黑龍江佳木斯 154007)

葉面氮素施量對大豆氮素吸收與分配的影響

李燦東， 郭 泰*， 王志新， 鄭 偉， 張振宇， 李 于， 王囡囡， 劉忠堂

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院,黑龍江佳木斯 154007)

【目的】葉面噴施氮肥在大豆生產(chǎn)中已普遍應(yīng)用，大量研究報(bào)道表明葉面噴施氮肥能夠使大豆獲得不同程度的增產(chǎn)。本研究在前人研究的基礎(chǔ)上，采用15N示蹤技術(shù)，探索不同施氮量下氮素經(jīng)大豆葉面吸收后在大豆植株各組織器官的積累與分配情況，為大豆葉面氮肥的高效利用提供理論依據(jù)?！痉椒ā吭诤邶埥〈蠖箖?yōu)勢產(chǎn)區(qū)三江平原，以該地區(qū)5年內(nèi)推廣種植面積最大的大豆主栽品種“合豐55”為試驗(yàn)材料，采用15N示蹤技術(shù)，以上海化工研究院生產(chǎn)的豐度為20.17% 的15N標(biāo)記尿素水溶液為葉面肥料，設(shè)置不同葉面氮素噴施量處理N 0、3.5、4.0、4.5、5.0 kg/hm2(N0、N1、N2、N3、N4)，在大豆重要的需氮時(shí)期鼓粒期(R5)進(jìn)行葉面施氮處理。分析不同葉面氮素噴施量對大豆標(biāo)記氮吸收、分配利用規(guī)律以及對產(chǎn)量的影響?！窘Y(jié)果】葉面噴施N 4.5 kg/hm2(N3)大豆各器官干物質(zhì)積累量、氮素含量及氮素積累量均顯著高于其他處理(P<0.05)。與不施氮處理(N0)相比，籽粒干重(21.7 g/plant)和總干物重(70.1 g/plant)分別增加6.37%和8.51%，籽粒氮素含量(6.15 g/kg)增加10.81%，籽粒氮素積累量(133.3 mg/plant)增加18.07%。在同一施氮水平下，大豆不同器官標(biāo)記N積累量為籽粒>莖>葉>莢皮>葉柄>根，差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。在施氮量為4.5 kg/hm2處理?xiàng)l件下，籽粒標(biāo)記氮積累量(9.76 mg/plant)分別較莖(2.46 mg/plant)、葉(1.28 mg/plant)、莢皮(1.26 mg/plant)、葉柄(0.9 mg/plant)及根(0.41 mg/plant)高2.96、 6.63、 6.75、 9.84和22.8倍。不同施氮處理下，各器官標(biāo)記氮積累量隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，在施氮量為4.5 kg/hm2處理?xiàng)l件下達(dá)到最高值，其中籽粒中標(biāo)記氮達(dá)到9.76 mg/plant。標(biāo)記氮在各器官的分配比例與積累量無明顯相關(guān)性，可能是不同施氮量下各器官干物質(zhì)積累量不同所致，總體表現(xiàn)為籽粒>莖>葉>莢皮>葉柄>根，在施氮量為5.0 kg/hm2條件下籽粒標(biāo)記氮分配率最高，為63.81%?！窘Y(jié)論】在葉面噴施氮4.5 kg/hm2條件下，籽粒標(biāo)記氮積累量和干物重最高，分別為每株9.76 mg和21.7 g。就“合豐55”品種而言，葉面施氮量為4.5 kg/hm2最有利于籽粒氮素及干物質(zhì)積累。大豆鼓粒期(R5)進(jìn)行葉面施氮時(shí)，氮素主要積累于籽粒中，有利于籽粒干物質(zhì)積累，最終獲得增產(chǎn)。關(guān)鍵詞: 大豆； 葉面； 氮素； 吸收與分配

氮素是植物正常生長發(fā)育必需的重要元素之一，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中往往是限制產(chǎn)量的主要因子。大豆是需氮量較高的作物，氮對大豆生理活動(dòng)具有特別重要的意義[1-3]。大豆氮素來源于土壤氮、肥料氮和根瘤固氮，苗期大豆根瘤少而小，共生固氮作用尚未完全形成，土壤氮和肥料氮是此階段氮素主要來源；花期大豆根瘤充分發(fā)育，根瘤固氮成為主要氮源；鼓粒期間，固氮能力和無機(jī)氮同化能力逐漸減弱，適當(dāng)追施氮肥可以彌補(bǔ)氮素不足，促進(jìn)大豆產(chǎn)量形成[4-7]。劉志全等[8]研究指出，葉面噴施尿素可促進(jìn)單株莢數(shù)和單株粒數(shù)的增加，進(jìn)而提高產(chǎn)量；趙開兵等[9]也指出，大豆生育后期葉面噴施尿素可不同程度增加株高，降低結(jié)莢高度，增加單株莢數(shù)和百粒重；姚文秋等[10]通過葉面噴施氮磷鉀混合肥對大豆產(chǎn)量和品質(zhì)進(jìn)行研究表明，大豆蛋白質(zhì)含量隨施肥量增加而增加；張勇[11]對大豆豐收24號(hào)進(jìn)行葉面噴施氮肥試驗(yàn)，結(jié)果表明產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量有明顯增加，氮脂總量變化小，脂肪含量呈下降趨勢；曹娟華等[12]通過不同施肥方式對大豆產(chǎn)量的影響進(jìn)行研究，結(jié)果表明減少底肥施用量，增加葉面肥噴施頻率可以實(shí)現(xiàn)大豆增產(chǎn)，株高增加，改善大豆品質(zhì)。本研究利用15N示蹤技術(shù)，在鼓粒初期(R5)進(jìn)行葉面噴施含15N同位素標(biāo)記的尿素，研究不同葉面噴施氮量對標(biāo)記氮在大豆各器官積累、分配以及產(chǎn)量的影響，為通過葉面噴施氮肥改善鼓粒期間大豆氮素營養(yǎng)狀況,合理施用葉面氮肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以黑龍江省三江平原大豆主栽品種‘合豐55’為試驗(yàn)材料。以豐度為20.17%的15N標(biāo)記的尿素水溶液為葉面肥料(上?；ぱ芯吭荷a(chǎn))。試驗(yàn)用土理化性質(zhì): 有機(jī)質(zhì)含量5.3%、堿解氮229 mg/kg、速效磷126 mg/kg、速效鉀511 mg/kg、pH 6.9。盆栽試驗(yàn)于2013年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院進(jìn)行，塑料桶直徑0.3 m，高0.4 m，桶底鉆直徑0.02 m小孔3個(gè)，每桶用土12 kg，基肥按生產(chǎn)用量[NH4H2PO4∶K2SO4∶(NH2)2CO=3 ∶1 ∶1]一次性施入，每桶100 g。

1.2 試驗(yàn)方法

2013年5月20日播種，每桶3穴，雙粒點(diǎn)播，深度0.05 m，出苗后定苗3株。于8月15日(R5期)進(jìn)行葉面施氮處理，設(shè)5個(gè)施氮水平: N 0、1.63、1.87、2.10和2.33 kg/hm2，折合尿素分別為0、3.5、4.0、4.5和5.0 kg/hm2，依次用N0、N1、N2、N3和N4表示，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。將肥料配成1.0%(W/V)尿素水溶液，噴施標(biāo)準(zhǔn)以肥料水溶液覆蓋植株全部葉片但不滑落水珠為準(zhǔn)，噴施過程對桶栽土壤遮蓋，防止少量葉面肥細(xì)霧滴入土壤被根系吸收。保證生育期間各處理澆水量一致，定期移動(dòng)盆以消除邊際效應(yīng)。在大豆初熟期(R7)，用長2.0 m，寬1.5 m的紗網(wǎng)袋將各處理盆從底部將整株罩住，以便收集脫落殘葉待測定。

1.3 取樣與測定

1.3.1 取樣 大豆初熟期(R7)將葉(連同脫落殘葉)、葉柄、莢皮、莖、根和籽粒進(jìn)行分解取樣，用牛皮紙袋分裝，用烘箱105℃殺青30 min，85℃烘至恒重，稱量干重，粉碎后用于測定氮素含量及標(biāo)記氮豐度。

1.3.2 測定指標(biāo)及方法 采用ATN-300全自動(dòng)凱氏定氮儀測定植株各器官氮素含量；采用MAT271型質(zhì)譜儀檢測標(biāo)記氮豐度。

1.4 計(jì)算方法

標(biāo)記氮原子百分超=樣品或標(biāo)記氮標(biāo)記肥料的標(biāo)記氮豐度-標(biāo)記氮天然豐度；

Ndff(%)=樣品的標(biāo)記氮原子百分超/標(biāo)記肥料的標(biāo)記氮原子百分超×100%，Ndff%(The percentage of N drived from15N fertilizer)為植株內(nèi)氮素來自標(biāo)記肥料的百分比；

氮素積累量=干物質(zhì)積累量×氮素含量；

肥料氮積累量=氮素積累量×(測定樣品標(biāo)記氮豐度-自然界中標(biāo)記氮豐度)/肥料標(biāo)記氮豐度；

植株某一器官標(biāo)記氮積累量=該組織或器官的全氮×該組織或器官的Ndff(%)；

植株氮素利用率=植株Ndff%×植株吸氮量/施氮量×100%。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用DPS7.05數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同噴施氮量對大豆不同器官干物質(zhì)積累與分配的影響

從表1可看出，N2(4.0 kg/hm2)和N3(4.5 kg/hm2)處理大豆各器官干物質(zhì)量較其他處理高，差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。除根干物質(zhì)重外，N3處理其他器官干物質(zhì)積累量均顯著高于N2處理，為各處理最高值，其中籽粒干物質(zhì)重為21.7 g，總干物質(zhì)重達(dá)到70.1 g，分別比不施氮處理N0高6.37%和8.51%。N1(3.5 kg/hm2)處理葉、葉柄、莢皮及總干物質(zhì)量均較不施氮處理N0高，差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，而籽粒干物重與N0差異不明顯，說明較少的施氮量對產(chǎn)量形成作用不大，但可在一定程度上促進(jìn)葉、葉柄和莢皮的干物質(zhì)積累。N4(5.0 kg/hm2)處理各器官干物質(zhì)積累較不施氮處理N0略高，但未達(dá)到顯著水平，說明施氮量過多會(huì)抑制大豆植株干物質(zhì)的積累。

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母代表置信區(qū)間P<0.05內(nèi)差異顯著Values followed by different small letters mean significantly different among treatments atP<0.05 level.

2.2 不同噴施氮量對大豆不同器官氮素積累的影響

如表2所示，N3(4.5 kg/hm2)處理大豆各器官氮素含量較N1(3.5 kg/hm2)和N4(5.0 kg/hm2)高，且差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。N3與N2處理除葉柄氮素含量差異顯著外，其他器官氮素含量差異不顯著，說明當(dāng)施氮量達(dá)到4.0 kg/hm2時(shí)大豆各器官氮素含量增加不再明顯。雖然N3處理大豆各器官氮素含量與N2差異不顯著，但氮素積累量差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05)，說明各器官在N3處理較N2處理具有更高的干物質(zhì)積累量。

2.3 不同噴施氮量對標(biāo)記氮在大豆不同器官積累與分配的影響

表3表明，同一施氮水平下，由于干物質(zhì)積累量存在較大差異，導(dǎo)致標(biāo)記氮在不同器官積累量的大小順序?yàn)樽蚜?莖>葉>莢皮>葉柄>根，且差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。不同施氮處理下，標(biāo)記氮在各器官的積累量隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，在N3(4.5 kg/hm2)條件下達(dá)到最高值，籽粒中標(biāo)記氮達(dá)到9.76 mg/plant。

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母代表置信區(qū)間P<0.05內(nèi)差異顯著Values followed by different small letters mean significantly different among treatments atP<0.05 level.

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母代表置信區(qū)間P<0.05內(nèi)差異顯著Values followed by different small letters mean significantly different among treatments atP<0.05 level.

15N在各器官的分配比例與施氮量無明顯相關(guān)性，可能是與不同施氮量下各器官的干物質(zhì)積累量不同有關(guān)，總體表現(xiàn)為籽粒>莖>葉>莢皮>葉柄>根。N4(5.0 kg/hm2)處理中籽粒15N分配率最高，為63.81%。

以上結(jié)果表明，N3處理大豆各器官15N積累量較其他處理高，差異顯著，但各器官15N分配比例在N3處理并不是最高的，主要是由于各器官干物質(zhì)積累量不同所造成的。較高的15N分配率是由于其他器官積累量相對較少而間接體現(xiàn)的。

2.4 大豆15N的利用率

由于是葉面施氮，氮素沒有進(jìn)入土壤，因此植株氮素利用率與氮肥回收率一致。在不同施氮水平下，N1～N3處理隨著施氮量的增加植株氮素利用率反而逐漸降低，N1～N3處理間差異未達(dá)到顯著水平，但與N4處理差異達(dá)到顯著水平。說明在低施氮量條件下大豆植株氮素利用率較高，高施氮量條件下大豆植株氮素利用率逐漸降低，過高的施氮量會(huì)嚴(yán)重影響大豆植株對氮素的吸收(表4)。

3 討論

本研究在大豆初粒期(R5)進(jìn)行葉面施氮，能夠有效被籽粒吸收利用，促進(jìn)產(chǎn)量形成。謝普綈[13]研究指出，大豆在R5期肥料氮吸收量達(dá)到最大值(0.038 g/plant)，此時(shí)期進(jìn)行葉面施氮能夠促進(jìn)大豆籽粒形成，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)目的。由于大豆生長發(fā)育后期，根瘤固氮功能減弱，與大豆植株對氮素需求量的增加形成了矛盾，通過葉面噴施有望緩解這一矛盾[13]。因此，大豆生育后期進(jìn)行葉面施氮能夠有效實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)目的[14]。從大豆植株各器官15N元素的積累量可以看出，在R5期進(jìn)行葉面施氮素主要積累在籽粒中，并且籽粒干物質(zhì)積累量顯著高于不施肥處理。在不同施氮量處理下，氮素在各器官分配比例有所不同，施氮量較少處理下，氮素主要分配在籽粒中，隨著施氮量的不斷增加，氮素向其他器官的分配比例逐漸增加，同時(shí)在籽粒中的積累量也在增加，一方面是由于其他器官建成是籽粒形成的基礎(chǔ)，另一方面充足的氮素有利于籽粒充分吸收利用。這種增加趨勢不是持續(xù)的，在達(dá)到最適施氮量時(shí)是指籽粒干物重最高的施氮量，繼續(xù)增加施氮量反而會(huì)阻礙大豆植株器官對氮素的吸收，最終影響籽粒產(chǎn)量。因此，在大豆生產(chǎn)上施用葉面肥，應(yīng)確定最適施氮量才能達(dá)到增產(chǎn)效果。

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母代表置信區(qū)間P<0.05內(nèi)差異顯著Values followed by different small letters mean significantly different among treatments atP<0.05 level.

本研究針對大豆初粒期(R5)進(jìn)行葉面施氮的主要原因是大豆生育后期根瘤固氮能力逐漸減弱，且此時(shí)期進(jìn)行葉面施氮更容易被籽粒吸收利用[2]。但是針對‘合豐55’這一品種而言，不能斷定R5期為最佳施氮時(shí)期，在后續(xù)的研究中要側(cè)重于不同施氮時(shí)期進(jìn)行深入研究，以確定不同類型大豆品種的最佳施氮量及施氮時(shí)期，為大豆葉面氮肥的高效利用提供理論依據(jù)。

4 結(jié)論

大豆初粒期(R5)葉面施氮，相同施氮水平下，不同器官15N積累量為籽粒>莖>葉>莢皮>葉柄>根，差異達(dá)到顯著水平。各器官干物質(zhì)積累量、氮素含量及氮素積累量在噴施N 4.5 kg/hm2時(shí)達(dá)到最高水平(P<0.05)。不同施氮水平下，在4.5 kg/hm2處理下籽粒15N積累量及干物重最高，分別為每株9.76 mg和21.7 g。

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Effects of leaf nitrogen application on soybean nitrogen uptake and distribution

LI Can-dong, GUO Tai*, WANG Zhi-xin, ZHENG Wei, ZHANG Zhen-yu, LI Yu, WANG Nan-nan, LIU Zhong-tang

(JiamusiBranchofHeilongjiangAcademyofAgriculturalSciences,Jiamusi,Heilongjiang154007,China)

【Objectives】 Forlia nitrogen application has been reported to increase soybean yield in different degrees.15N tracer technique was used to explore the nitrogen accumulation and distribution in different soybean organs with different nitrogen application rate, which can supply theoretical foundation for soybean leaf nitrogen efficient utilization and practical application. 【Methods】This research was carried out in the soybean advantage producing area of Sanjiang Plain of Heilongjiang Province, the widely cultivated cultivar ‘HeFeng55’ in the past five years was selected as test materials. The15N tracer technique and the15N urea water solution(20.17%)were produced in Shanghai Chemical Research Institute. The nitrogen spray amounts were set as: 0, 3.5, 4.0, 4.5 and 5.0 kg/hm2, recordered as N0, N1, N2, N3 and N4. Nitrogen was sprayed at the important needful nitrogen R5stage, and the15N absorption and distribution, and the yield were measured. 【Results】The dry weights, nitrogen contents and accumulation in the soybean organs are significantly higher with N 4.5 kg/hm2treatment than with other treatments(P<0.05). The seed dry weightd and total plant dry weight are 70.1 and 21.7 g in treatment of N 4.5 kg/ hm2, with a significant increase of 8.51% and 6.15% compared with N0; the seeds nitrogen content is 6.15 g/kg with an increase of 10.81%; the seeds nitrogen accumulation is 133.3 mg/plant with an increase of 18.07%. Under the same nitrogen application level, the15N accumulation in different organs is in order of seed >stem> leaf > pod > petiole > root, and the differences reach significance level(P<0.05). The seed nitrogen accumulation in N 4.5 kg/hm2is 9.76 mg/plant, those in the stems, leaves, pods, petioles and roots are 2.46, 1.28, 1.26, 0.9 and 0.41 mg/plant. The N accumulation in seeds is 2.96, 6.63, 6.75, 9.84 and 22.8 times higher than the above organs. Within the tested nitrogen levels, the15N accumulation is first increased then decreased with the increase of nitrogen levels, and the highest seed15N accumulation(9.76 mg/plant)is achived in the N 4.5 kg/hm2treatment. The15N distribution ratios and accumulation in different organs are not related to their dry biomass. The distribution ratios in different organs are all in the order of seed >stem>leaf>pod> petiole>root, and the highest seed15N distribution ratio(63.81%)is in the treatment of N 5.0 kg/hm2. 【Conclusion】The highest seed15N accumulation and dry weights are achieved when the forlia application rate of N is 4.5 kg/hm2, which should be thought the most optimum amount for the cultivar ‘HeFeng55’. The appropriate forlia spray time is at the R5 stage, during which period, more applied N will be accumulated in seeds and in favour of the seed dry weight accumulation, achieving higher yield at last.

soybean; leaf; nitrogen; uptake and distribution

2014-05-04 接受日期: 2015-03-04 網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2015-05-08

黑龍江省青年科學(xué)基金(QC2012C121)資助。

李燦東(1984—)， 男， 黑龍江省賓縣人，博士研究生，助理研究員，主要從事大豆遺傳育種與栽培技術(shù)研究工作。 *通信作者Email: 45016423@qq.com

S565.1; S506.2

A

1008-505X(2015)05-1361-05