施氮肥對(duì)不同株型赤豆品種光合生理、干物積累及產(chǎn)量的影響

陳 劍， 敖 雪， 姚興東， 薛仁風(fēng)， 趙 陽(yáng)， 王英杰， 李 韜， 金曉梅， 莊 艷， 葛維德， 閆廣艷

(1.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110161； 2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，遼寧沈陽(yáng) 110866；3.遼寧特殊教育師范高等?？茖W(xué)校，遼寧沈陽(yáng) 110161)

赤豆[Vignaangularis(Willd) Ohwi & Ohashil]又名小豆、紅豆、紅小豆、赤小豆，起源于我國(guó)，1年生草本豆科豇豆屬。赤豆種子富含蛋白質(zhì)、淀粉和B族維生素等，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，可作糧食和副食品。赤豆可以糧、菜兼用，制作各色美味食品糕點(diǎn)；豆皮可作為食用色素材料；赤豆具有很高的藥用價(jià)值和食療保健作用，健脾利水，消腫解毒的功效，可用于水腫、增乳和減肥等。是藥食兩用的健康、保健、長(zhǎng)壽食品的原料。在當(dāng)前種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，雜豆是不可缺少的搭配作物，且其在山區(qū)、丘陵山地等地區(qū)已成為首選作物。人們對(duì)赤豆的作用認(rèn)識(shí)提高，越來(lái)越把雜豆食品放在老年人生活的首位，需求量也越來(lái)越大，同時(shí)也是出口創(chuàng)匯作物。

氮是植物必需的營(yíng)養(yǎng)元素，也是影響作物產(chǎn)量的重要養(yǎng)分因子。孫文相研究表明，氮是大豆蛋白質(zhì)、細(xì)胞器和酶等物質(zhì)的主要組成成分，參與許多生命活動(dòng)，對(duì)大豆生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成有重要作用[1]。Watabab等指出，開花期施用適量的氮肥能提高植株的光合作用，促進(jìn)植株對(duì)氮素的吸收，有利于種子的形成和發(fā)育[2]。章建新等研究大豆始花期追施尿素，促進(jìn)大豆開花結(jié)莢，氮的利用率提高，增加大豆的產(chǎn)量[3]。劉熤祥等研究了氮肥對(duì)綠豆氮磷鉀積累分配及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響，結(jié)果表明，高氮對(duì)綠豆氮磷鉀含量增加的影響較大，中氮影響顯著；不同株型的綠豆品種都是以中氮(30 kg/hm2)的產(chǎn)量性狀表現(xiàn)最佳，說明中氮有利于綠豆產(chǎn)量的提高[4]。陳振武等在黑豆花期追施氮肥對(duì)不同株型黑豆品種葉片生理生化特性的研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，不同施氮處理間葉綠素含量和凈光合速率呈明顯的差異，在開花期、結(jié)莢期、鼓粒期，隨施氮量的增加，黑豆品種的SOD、POD和CAT活性均逐漸增強(qiáng)[5]。陳劍等研究磷酸二銨對(duì)不同株型綠豆品種生理生化特性的影響，結(jié)果表明，對(duì)綠豆葉片中的葉色值、凈光合速率、葉片胞間二氧化碳濃度，氣孔導(dǎo)度值的影響都是以適量肥(150 kg/hm2)最高[6]。管瑤等研究指出，深松的土壤增施氮肥和磷肥能顯著增加產(chǎn)量，但是氮肥不施或多施都不利于高產(chǎn)[7]。氮肥施用不足會(huì)使葉片早衰，降低凈光合效率，造成減產(chǎn)；施用過多氮肥，生育后期干物質(zhì)過多積累在植株莖、葉，干物質(zhì)分配率降低，也會(huì)造成減產(chǎn)。合理施用氮肥是提高產(chǎn)量的重要措施。張忠學(xué)等研究表明，在較干旱狀況下，小幅度增加施氮量可以提高大豆產(chǎn)量，增產(chǎn)可達(dá)10%，但達(dá)到一定施肥量后，產(chǎn)量會(huì)隨施肥量的增加而降低[8]。倪麗研究表明，合理施用氮肥能提高產(chǎn)量構(gòu)成因素值[9]。施用適宜的氮肥量可以促進(jìn)植株的營(yíng)養(yǎng)吸收，從而有利于更多干物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，提高作物產(chǎn)量。

目前，施氮量對(duì)赤豆栽培的葉片光合生理、干物質(zhì)積累量、產(chǎn)量的影響研究報(bào)道較少，本試驗(yàn)運(yùn)用前人對(duì)大豆、黑豆、綠豆等方法，在植株始花期追施氮肥進(jìn)行試驗(yàn)，分析施氮量對(duì)直立型和半蔓生型赤豆品種的主要生育時(shí)期的光合生理特性、干物質(zhì)積累量及產(chǎn)量的影響，研究赤豆品種高產(chǎn)栽培最佳的施氮量，為指導(dǎo)高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2013年6月至2014年9月在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱田試驗(yàn)地進(jìn)行。前茬作物是花生，土壤質(zhì)地為壤土，0～20 cm 耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為：水解性氮含量91.0%、速效磷含量41.8 mg/kg、速效鉀含量210.0 mg/kg，pH值為6.31。試驗(yàn)材料選用種植面積較大，生育期相近的直立型品種白紅4號(hào)和半蔓生型品種遼紅小豆4號(hào)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)施氮量為高氮(N2，60 kg/hm2)、中氮(N1，30 kg/hm2)、無(wú)氮對(duì)照(N0，0 kg/hm2)的3個(gè)施氮處理。在赤豆生育的始花期，追施遼河牌尿素，含氮量為46%，其用量按設(shè)計(jì)1次施入。

試驗(yàn)采用復(fù)因子裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)施氮處理，副區(qū)品種處理，隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)行長(zhǎng)5 m，行距0.6 m，每個(gè)處理3行區(qū)，小區(qū)面積9 m2。種植密度為9.75萬(wàn)株/hm2；2013年6月4日播種，6月8日出苗，9月3日收獲；2014年6月2日播種，6月7日出苗，白紅4號(hào)于8月29日收獲；遼紅小豆4號(hào)于9月1日收獲。

1.3 調(diào)查項(xiàng)目與方法

1.3.1 光合生理指標(biāo)測(cè)定 在赤豆的開花期、結(jié)莢期、鼓粒期3個(gè)生育時(shí)期，用LI-6400光合儀，每次測(cè)定時(shí)所取的葉片位置是不同處理植株的主莖葉片的倒數(shù)第3張葉，每個(gè)處理測(cè)定3張葉。利用人工內(nèi)置紅藍(lán)光源，光照度設(shè)置為 1 200 μmol/(m2·s)，葉室溫度設(shè)置為30 ℃。每次測(cè)定時(shí)間在09：00—11：00進(jìn)行。測(cè)定指標(biāo)為葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Cond)、胞間CO2濃度(Ci)等。

1.3.2 葉色值測(cè)定 采用日本產(chǎn)的SPAD502葉綠素儀，測(cè)定施氮肥對(duì)不同株型赤豆品種的開花期、結(jié)莢期、鼓粒期等3個(gè)生育時(shí)期的葉色值。

1.3.3 干物質(zhì)積累量的測(cè)定 在赤豆的開花期、結(jié)莢期、鼓粒期，在田間選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致、有代表性的植株5株，將莖稈、葉片、葉柄、根系等分別裝入紗網(wǎng)袋內(nèi)，采用自然風(fēng)干法測(cè)定施氮量對(duì)不同株型赤豆品種植株的莖稈、葉片、葉柄、根系的干物質(zhì)量。

1.3.4 考種和測(cè)產(chǎn) 在成熟前，按小區(qū)試驗(yàn)的順序，每個(gè)小區(qū)連續(xù)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的植株5株進(jìn)行室內(nèi)考種，測(cè)量株高、分枝數(shù)、每株莢數(shù)、每莢粒數(shù)、每粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量，取其平均值作為考種性狀值，然后小區(qū)按實(shí)打?qū)嵤盏膶?shí)際產(chǎn)量，再取平均值，最后折合成單位面積產(chǎn)量。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理 用Microsoft Excel 2007進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的處理和作圖，用DPS 7.05軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮肥對(duì)不同株型赤豆光合生理指標(biāo)的影響

2.1.1 葉色值(SPAD值) 葉綠素是參與植物體內(nèi)光合作用的重要色素之一，在作物生長(zhǎng)過程中，植株葉片的葉綠素含量與作物產(chǎn)量形成及積累有密切關(guān)系。葉綠素含量高，光合作用強(qiáng)，光能利用率高，植株干物質(zhì)積累多，植株長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)壯，抗逆性增加，為高產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。從圖1可以看出，隨著施氮量的增加，2個(gè)赤豆品種的葉色值都在結(jié)莢期達(dá)最大，而后葉片葉色值逐漸降低。2個(gè)赤豆品種均是以中氮處理最高，不施氮處理最低。2個(gè)品種之間白紅4號(hào)低于遼紅小豆4號(hào)。方差分析結(jié)果顯示，白紅4號(hào)葉色值處理間差異顯著(P白紅 4 號(hào)=0.001 9)；而遼紅小豆4號(hào)葉色值處理間差異不顯著(P遼紅小豆4 號(hào)=0.232 0)。

2.1.2 凈光合速率 光合作用是決定作物產(chǎn)量的重要因素，光合速率直接影響光合產(chǎn)物的積累。凈光合速率大小決定赤豆產(chǎn)量的高低，凈光合速率越高，產(chǎn)量也越高。從圖2可以看出，2個(gè)赤豆品種的凈光合速率都是隨著赤豆的生育進(jìn)程，而呈先增后減，在花莢期達(dá)最大值，隨后逐漸下降，到成熟期降至最低，即凈光合速率趨勢(shì)表現(xiàn)為：N1>N2>N0。2個(gè)赤豆株型品種均在中氮處理為最高，不施氮肥處理的最低。2個(gè)品種間白紅4號(hào)高于遼紅小豆4號(hào)。方差分析結(jié)果顯示，白紅4號(hào)凈光合速率處理間差異顯著(P白紅 4 號(hào)=0.000 6)，遼紅小豆4號(hào)的凈光合速率處理間差異不顯著(P遼紅小豆 4 號(hào)=0.091 9)。

2.1.3 氣孔導(dǎo)度 從圖3可以看出，2個(gè)赤豆品種的氣孔導(dǎo)度的動(dòng)態(tài)變化一致，均在花莢期達(dá)到最高，然后隨生育進(jìn)程逐漸下降。2個(gè)品種都是在中氮處理的含量最高，不施氮肥處理最低。2個(gè)品種間白紅4號(hào)高于遼紅小豆4號(hào)。方差分析結(jié)果顯示，2個(gè)品種不同處理間的氣孔導(dǎo)度差異都未達(dá)到顯著水平(P白紅4號(hào)=0.211 6，P遼紅小豆4號(hào)=0.096 42)。

2.1.4 胞間CO2濃度 二氧化碳濃度高有利于光合作用增強(qiáng)，碳水化物形成多，干物質(zhì)積累多。從圖4可以看出，在施氮肥處理下，2個(gè)赤豆品種的葉片胞間CO2濃度都是在中氮處理達(dá)最大，不施氮肥處理最低。2個(gè)品種間白紅4號(hào)高于遼紅小豆4號(hào)。方差分析結(jié)果，同一株型品種不同處理間光合速率差異不顯著(P白紅4號(hào)=0.127 5、P遼紅小豆4號(hào)=0.073 1)。

2.2 施氮肥對(duì)不同株型赤豆干物質(zhì)積累的影響

2.2.1 根系 從圖5可以看出，在施氮肥處理下，2個(gè)赤豆品種的根系干物積累的動(dòng)態(tài)變化一致，均在鼓粒期達(dá)最大，2個(gè)品種都是以中氮處理最高，不施氮處理最低。2個(gè)品種間白紅4號(hào)低于遼紅小豆4號(hào)。方差分析結(jié)果，同一株型品種不同處理間的根系干物質(zhì)量差異顯著(P白紅4號(hào)=0.020 6、P遼紅小豆4號(hào)=0.010 8)。

2.2.2 莖稈 董鉆指出，對(duì)大豆來(lái)說，肥沃的土壤、適度施氮和有效根瘤共生固氮都是獲得高產(chǎn)所必須的；開花期施氮能減少花莢脫落，施氮植株的單株葉面積、干物質(zhì)量及莢粒數(shù)均高于對(duì)照[10]。氮肥能促進(jìn)植株干物質(zhì)積累及其向莢粒中的分配，提高植株的干物質(zhì)量以及單株莢數(shù)、每粒質(zhì)量和百粒質(zhì)量，施氮處理的經(jīng)濟(jì)系數(shù)明顯較高。從圖6可以看出，在施氮肥處理下，2個(gè)赤豆品種的莖稈干物質(zhì)積累量均變化一致，均在結(jié)莢期達(dá)到最大，以后逐漸下降減少。2個(gè)品種都是以中氮處理最高，不施氮肥處理最低。2個(gè)品種間白紅4號(hào)低于遼紅小豆4號(hào)。方差分析結(jié)果表明，同一株型品種不同處理間的莖稈干物質(zhì)質(zhì)量差異顯著(P白紅4號(hào)=0.013 0、P遼紅小豆4號(hào)=0.000 7)。

2.2.3 葉片 從圖7可以看出，在施氮量處理下，2個(gè)赤豆品種的葉片干物質(zhì)積累量的動(dòng)態(tài)變化一致，均在結(jié)莢期達(dá)最大值，2個(gè)品種都是以中氮處理達(dá)最高值，不施氮肥處理最低。2個(gè)品種間白紅4號(hào)低于遼紅小豆4號(hào)。方差分析結(jié)果表明，同一株型品種不同處理間的葉片干物質(zhì)積累量差異顯著(P白紅4號(hào)=0.020 6、P遼紅小豆4號(hào)=0.010 8)。

2.2.4 葉柄 從圖8可以看出，2個(gè)赤豆品種葉柄干物質(zhì)積累量都是隨著赤豆的生長(zhǎng)發(fā)育先增后減，在結(jié)莢期達(dá)最大值，隨后逐漸下降，至成熟期降至最低，即各時(shí)期的葉柄干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為N1>N2>N0。2個(gè)赤豆品種均以中氮處理最大，不施氮處理最低。2個(gè)品種間白紅4號(hào)低于遼紅小豆4號(hào)。方差分析結(jié)果表明，白紅4號(hào)葉柄干物質(zhì)積累量不同處理間差異不顯著(P白紅4號(hào)=0.166 0)，遼紅小豆4號(hào)差異顯著(P遼紅小豆4號(hào)=0.000 5)。

2.3 施氮肥對(duì)不同株型赤豆產(chǎn)量性狀及產(chǎn)量的影響

從表1可以看出，隨著氮肥用量的增加，2種不同株型赤豆品種的產(chǎn)量、百粒質(zhì)量、單株粒質(zhì)量、單株粒數(shù)均呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì)。其中，產(chǎn)量與百粒質(zhì)量2項(xiàng)指標(biāo)值都是在N1處理下達(dá)到最高，而單株粒質(zhì)量、單株粒數(shù)2項(xiàng)指標(biāo)值則是在N2處理下的值最大。

相同氮肥處理下，不同株型赤豆品種的產(chǎn)量、百粒質(zhì)量、單株粒質(zhì)量、單株粒數(shù)差異明顯。且半蔓生型赤豆品種遼紅小豆4號(hào)的各項(xiàng)指標(biāo)值均明顯大于直立型品種白紅4號(hào)。相同氮肥處理對(duì)2種不同株型赤豆品種的影響為半蔓生型赤豆品種遼紅小豆4號(hào)大于直立型品種白紅4號(hào)。

從品種與施氮肥用量互作對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響來(lái)看，2個(gè)品種間白紅4號(hào)低于遼紅小豆4號(hào)。方差分析結(jié)果表明，同一株型品種不同處理間的產(chǎn)量差異都不顯著(P白紅4號(hào)=0.137 8、P遼紅小豆 4 號(hào)=0.139 7)。

表1 施氮肥對(duì)不同株型赤豆產(chǎn)量性狀和產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論與討論

生長(zhǎng)環(huán)境的變化影響著不同地區(qū)或不同年份的產(chǎn)量[11-12]。王樹起等研究指出，施氮肥可增加大豆的單株莢數(shù)，且隨施氮量增加，單株莢數(shù)先增而后降，單株粒數(shù)也隨施氮水平的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，不同施氮處理均能提高大豆的單株產(chǎn)量，且隨施氮水平的提高呈增加趨勢(shì)，但過高的施氮量又會(huì)抑制大豆單株產(chǎn)量的提高[13]。張曉春等認(rèn)為，從不同施氮水平來(lái)看，施肥處理的單株有效莢數(shù)和單株粒數(shù)極顯著高于對(duì)照，過量施用氮肥會(huì)降低大豆百粒質(zhì)量，不但不能增產(chǎn)，反而造成減產(chǎn)[14]。趙雙進(jìn)等研究表明，夏大豆自始花期至盛花期后追施氮肥，為葉片的生長(zhǎng)供應(yīng)充足氮素，使鼓粒期葉面積顯著增加，有利于中后期葉片的植株生長(zhǎng)，明顯提高鼓粒期單株干質(zhì)量、有效莢數(shù)，產(chǎn)量與對(duì)照相比增加[15]。曹景勤等研究表明，初花期施氮可明顯增加每株莢數(shù)、粒數(shù)和粒質(zhì)量，且其產(chǎn)量最高，結(jié)莢期施氮次之，苗期施氮沒有增產(chǎn)效果[16]。滕云等研究指出，當(dāng)磷肥、鉀肥施用量不變時(shí)，大豆產(chǎn)量曲線隨施氮量的增加呈拋物線形狀，施氮量從0增至60 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量上升，當(dāng)施氮量繼續(xù)增加時(shí)，產(chǎn)量逐漸下降，說明大豆并不須要施用太多氮肥就能獲較高產(chǎn)量[17]。劉麗君等研究表明，施氮肥可顯著增加每株莢數(shù)，東農(nóng)163和綏農(nóng)14每株粒數(shù)均顯著增加，百粒質(zhì)量變化不明顯，最終提高單株產(chǎn)量[18]。

本研究中不同株型赤豆品種葉片的葉色值、凈光合速率、葉片胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度的值都是以N1處理為最高，其次是N2處理，N0處理的最低。

不同株型赤豆品種的根系、莖稈、葉片、葉柄的干物質(zhì)積累量都是N1處理為最高，其次是N2處理，N0處理的最低。株型品種，直立型品種優(yōu)于半蔓生型品種；品種間白紅4號(hào)低于遼紅小豆4號(hào)。

施氮肥對(duì)不同株型赤豆品種的產(chǎn)量影響最高的是N1處理，其次是N2處理，N0處理最低。白紅4號(hào)單株粒質(zhì)量、單株粒數(shù)、百粒質(zhì)量、產(chǎn)量低于遼紅小豆4號(hào)。

從施氮肥對(duì)赤豆的葉片生理指標(biāo)、干物質(zhì)積累量、產(chǎn)量性狀及產(chǎn)量分析可知，赤豆品種類型表現(xiàn)不同，在初花期追施氮肥(尿素)30 kg/hm2是最適宜。本研究結(jié)果與前人研究結(jié)論基本一致。

本研究結(jié)果表明，在施氮肥處理下，白紅4號(hào)干物質(zhì)積累快于遼紅小豆4號(hào)，這可能是由于葉片葉色值和胞間CO2濃度值高、直立型品種的主莖生長(zhǎng)速度快、物質(zhì)轉(zhuǎn)化也快、干物形成多而造成的。符合赤豆生育規(guī)律，但二者的差異是否受施氮肥的影響，具體有待進(jìn)一步研究闡明。本研究結(jié)果表明，對(duì)赤豆葉片的葉色值、凈光合速率、葉片胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度的值都是以中氮處理最高，對(duì)赤豆品種的根系、莖稈、葉片、葉柄的干物質(zhì)積累，產(chǎn)量均以中氮處理最高。不同株型赤豆品種最適施氮肥量(尿素)30 kg/hm2為宜，不同株型赤豆品種白紅4號(hào)低于遼紅小豆4號(hào)。