不同施氮量對麥茬夏花生氮素吸收分配及產(chǎn)量的影響

張 毅，張佳蕾，郭 峰，楊 莎，耿 耘，孟靜靜，李新國，萬書波

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東 青島 266109；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點實驗室，山東 濟南 250100)

氮素是作物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素之一，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中扮演著重要的角色，對花生的營養(yǎng)特性及產(chǎn)量有重要影響，但過量的氮肥施用，往往會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)問題，如水體富營養(yǎng)化、土壤板結(jié)和作物病蟲害加重等[1]。因此，經(jīng)濟施用氮肥，提高氮肥利用率具有重要意義。

作為我國花生主產(chǎn)區(qū)的黃淮海地區(qū)，春花生面積逐年下降，糧油兼顧的小麥花生兩熟制種植面積迅速擴大，逐漸成為該地區(qū)花生生產(chǎn)的主要種植方式之一。小麥花生兩熟制主要有麥田套種和麥茬夏直播。據(jù)統(tǒng)計在河南、山東等花生主產(chǎn)區(qū)，夏播花生種植面積已占花生總種植面積的50%以上[2-3]，但夏直播花生由于生育期短導(dǎo)致積溫不足，產(chǎn)量低、品質(zhì)差等問題直接影響到花生的生產(chǎn)效益。

花生作為豆科作物，可以與根瘤菌共生形成特有的固氮體系，將大氣中的氮氣作為氮源，但僅靠根瘤菌所固定的氮肥尚不能滿足花生對氮肥的需求，因此，仍需要施用氮肥來保證花生生長發(fā)育的正常進行[4]。前人對夏花生的研究多集中在前茬處理、播種方式、播期以及水分脅迫對其生長發(fā)育和產(chǎn)量影響方面[5-9]，對夏播花生肥料施用方面的研究較少，本試驗研究了不同氮肥施用量對花生氮積累及氮分配的影響，以期為夏直播花生經(jīng)濟施氮提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗地概況

田間試驗于2016年在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院章丘龍山試驗基地進行，前茬作物為小麥，供試花生品種為花育25號。6月15日播種，10月2日收獲。土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分見表1。

表1 播種前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分

1.2 試驗設(shè)計

起壟種植，單粒精播，每公頃249000株。設(shè)不同氮肥施用量處理：N0(不施氮，對照)； N1(純氮90 kg·hm-2)；N2(純氮150 kg·hm-2)；N3(純氮225 kg·hm-2)；N4(純氮300 kg·hm-2) 5個氮素水平，每處理3次重復(fù)，氮肥均做基肥；各處理均基施磷肥150 kg·hm-2P2O5(過磷酸鈣)和鉀肥150 kg·hm-2K2O(氯化鉀)，適量施用硫酸鋅15 kg·hm-2。

1.3 測定項目與方法

收獲前每小區(qū)選取5株代表性植株，用于測定植株性狀(主莖高、第一側(cè)枝長、分枝數(shù)和主莖節(jié)數(shù))、干物質(zhì)、全氮。植株干物質(zhì)測定：將植株按器官分為根、莖、葉、莢果，105 ℃下殺青30 min，80 ℃下烘干至恒質(zhì)量后稱量。

1.3.1 植株全氮

采用全自動凱氏定氮法測定。

1.3.2 土壤無機氮和全氮

每小區(qū)取土?xí)r期為收獲期，取土深度60 cm，分3層：0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm，分裝于塑料自封袋中帶回室內(nèi)冷凍留待測土壤無機氮。鮮土用1 mol·L-1CaCl2浸提，用AA3型流動分析儀測定土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮。干土用酸解法消煮后，用AA3型連續(xù)流動分析儀測定全氮。

1.3.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

各小區(qū)選取代表性植株10株，考察單株結(jié)果數(shù)、秕果數(shù)、飽果數(shù)等。各小區(qū)內(nèi)選取6.67 m2刨收，鮮果去雜后自然風(fēng)干稱質(zhì)量，計算產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel軟件進行計算和繪圖，用SPSS統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計檢驗分析；用Duncana新復(fù)極差法進行多重比較。

氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)花生產(chǎn)量/施氮量

氮肥利用率/%=(施氮處理植株吸收氮量-不施氮處理植株吸收氮量)/施氮量×100

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對花生植株性狀的影響

表2可看出，不施氮肥情況下，花生主莖高、側(cè)枝長、莖葉干質(zhì)量和莢果干質(zhì)量均最低，隨著施氮量的增加，主莖高、側(cè)枝長、莖葉干質(zhì)量和莢果干質(zhì)量均呈上升趨勢，施氮量達到N4 水平時，主莖高及側(cè)枝長繼續(xù)上升，但莢果干質(zhì)量出現(xiàn)顯著下降，說明花生出現(xiàn)徒長現(xiàn)象，影響了氮素向莢果的轉(zhuǎn)運；不同處理間分枝數(shù)和主莖綠葉數(shù)沒有顯著差異。各處理莢果干質(zhì)量與對照相比分別高出4.08%、9.05%、18.10%、9.37%，與對照相比均表現(xiàn)為顯著差異；但N3 和N4 之間莢果干質(zhì)量存在顯著差異，表明當(dāng)施氮量達到300 kg·hm-2時，對植株產(chǎn)量的提高存在抑制作用。

表2 不同氮水平對花生生長的影響

注：表中同列內(nèi)不同小寫字母表示處理間差異顯著性p<0.05，下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate the significance of the differencep<0.05. Same below.

2.2 植株不同器官氮積累量

表3可知，根部氮積累在N3處理下有最大值(0.33 g·m-2)，隨著施氮量的增加，呈現(xiàn)升高趨勢，但N3與N4間存在顯著差異，表明氮肥施用量達到300kg·hm-2時，會抑制花生根部的氮素積累。N1處理的莖葉部氮積累量與對照無顯著差異，其余各處理的氮積累量均顯著高于對照，N4處理下有最大值(16.02 g·m-2)，且N3 和N4 之間存在顯著差異，可見增施氮肥可以促進花生莖葉部氮素的積累。莢果氮積累量在N3 處理下達到最大值(28.68 g·m-2)，各處理氮積累量分別比對照提高了8.46%、23.14%、29.36%、25.71%，但N3與N4之間存在顯著差異，說明氮肥施用量達到300kg·hm-2時，會抑制花生莢果的氮素積累。

表3 不同氮水平中花生不同器官氮積累量

圖1 不同處理土壤剖面硝態(tài)氮的分布與累計情況

2.3 土壤氮素積累

2.3.1 土壤硝態(tài)氮的積累

氮肥施用量和土壤中的硝態(tài)氮(NO3--N)積累有密切關(guān)系，圖1為不同施氮水平花生收獲期各土層硝態(tài)氮含量的變化趨勢，0～60 cm土層硝態(tài)氮含量變化較大，隨著土壤深度的增加，土壤硝態(tài)氮含量逐漸增加，0～20 cm土層硝態(tài)氮含量最低；隨著施肥量的增加，土壤中硝態(tài)氮的含量隨之增加，各處理均在40～60 cm土層有最大硝態(tài)氮含量，說明硝態(tài)氮存在向下層轉(zhuǎn)運的趨勢。

2.3.2 土壤銨態(tài)氮的積累

圖2可知，銨態(tài)氮(NH4+-N)在土壤中含量較少，不同施氮量對土壤銨態(tài)氮含量的影響很小，各處理不同土層間土壤銨態(tài)氮含量均無顯著差異，表明土壤銨態(tài)氮難以遷移，其原因可能是銨態(tài)氮可被土壤膠體吸附，溶解在土壤溶液中，屬于速效性氮肥。

2.4 施氮量對花生產(chǎn)量和氮肥利用率的影響

表4可知，隨施氮量的增加，各處理產(chǎn)量均顯著提高，與對照相比，分別增產(chǎn)8.93%、14.35%、19.96%、15.71%；N3處理下，最高產(chǎn)量達6603.26 kg·hm-2，但與N3處理相比，N4處理產(chǎn)量有所下降，且存在顯著差異。隨施氮量增加，氮肥利用率呈先升高后降低的趨勢，N2處理下氮肥利用率達到最大，為39.20%；而氮肥偏生產(chǎn)力則呈顯著下降趨勢，最大值出現(xiàn)在N1處理，為66kg·kg-1。對氮肥施用量與花生產(chǎn)量關(guān)系進行擬合(圖3)，隨施氮量增加，花生產(chǎn)量呈拋物線變化趨勢，N最佳施用量為244.70 kg·hm-2。

表4 施氮量對花生氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和產(chǎn)量的影響

圖3 氮肥施用量與花生產(chǎn)量的關(guān)系Fig.3 Relationship of peanut yield and N application rates

3 討 論

3.1 不同施氮量對單作花生土壤無機氮分布的影響

土壤無機氮與氮肥施用量密切相關(guān)[10]。本試驗結(jié)果表明，土壤剖面硝態(tài)氮質(zhì)量分數(shù)的變化隨著施氮量的不同而表現(xiàn)出差異。在0～60 cm土層內(nèi)，土壤硝態(tài)氮含量隨土層深度的增加而增加，且差異逐漸增大，表明硝態(tài)氮存在向下層土壤遷移的特點。

本試驗中，各處理的土壤銨態(tài)氮含量較低。由于旱地的土壤硝化作用強烈，銨態(tài)氮易被轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，且銨態(tài)氮可被土壤膠體吸附，并溶解在土壤溶液中[11]。可以認為，施入的氮肥以銨態(tài)氮的形式被土壤顆粒吸附并固定，故各處理間銨態(tài)氮含量無顯著差異。因此，本試驗中施氮量與土壤銨態(tài)氮含量無顯著相關(guān)關(guān)系。

3.2 不同施氮量對花生“氮阻遏”及產(chǎn)量的影響

花生需氮量大，其氮素主要來源途徑為土壤、根瘤固氮及肥料。本試驗表明，不施氮肥的條件下，花生植株生長高度及其干質(zhì)量均較低；在一定范圍內(nèi)(0～225 kg·hm-2)隨著氮肥施用量的增加，花生植株生長量及莢果產(chǎn)量均顯著增加，最高產(chǎn)量達到6603.26 kg·hm-2，比不施用氮肥增產(chǎn)19.96%，同時促進花生莖葉部氮素的積累；氮肥施用量達到300 kg·hm-2以后，產(chǎn)量出現(xiàn)顯著下降趨勢，同時氮素更多地向莖葉部積累，進而植株主莖高、側(cè)枝長繼續(xù)增加，但增加程度并不顯著；在氮肥施用量過高的情況下，氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力均呈現(xiàn)出下降趨勢，抑制了花生根部和莢果的氮素積累，導(dǎo)致花生產(chǎn)量的下降，也造成了氮肥的浪費。豆科作物具有很強的固氮能力，孫彥浩等研究表明，花生根瘤菌固氮活動對施氮肥非常敏感，其固氮量與氮肥用量呈顯著負相關(guān)[12]。楊子文等通過盆栽試驗發(fā)現(xiàn)較低供氮水平對大豆根瘤菌無抑制作用，而4.0 mmol·L-1處理下大豆固氮百分率顯著低于對照，表明4.0 mmol·L-1的供氮水平可能已超過了大豆根瘤菌最高耐性[13]。王樹起等研究發(fā)現(xiàn)，適量施氮對根瘤生長有顯著的促進作用，當(dāng)?shù)毓?yīng)不足時則會抑制根瘤的生長，但當(dāng)?shù)毓?yīng)過量時也會抑制根瘤的形成[14]。以上研究均證明了“氮阻遏”現(xiàn)象的存在。在高水平外源氮條件下，豆科作物生物固氮能力減弱[15]，氮素對根瘤固氮的抑制程度與施肥量呈正相關(guān)[16]。因此提高豆科作物的固氮能力，減緩“氮阻遏”問題的關(guān)鍵是要明確不同豆科作物“氮阻遏”的界限水平。

4 結(jié)論

在一定施氮量(0～225 kg·hm-2)范圍內(nèi)，隨施氮量增加，花生產(chǎn)量逐漸提高，達300kg·hm-2氮肥施用量時，會抑制花生根部和莢果的氮素積累，進而產(chǎn)量會降低；隨施氮量增加，氮肥利用率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，氮肥偏生產(chǎn)力則呈顯著下降趨勢。從提高產(chǎn)量和減少氮素損失等方面考慮，本試驗條件下，244.70kg·hm-2為最佳施用量。