減氮條件下接種根瘤菌對花生生長、氮肥效率及經(jīng)濟效益的影響

章孜亮，高 俊，李麗艷，羅小梅，蘇海榆，杜迎輝，蘇建黨

(1.領(lǐng)先生物農(nóng)業(yè)股份有限公司,河北 秦皇島066004；2.河北省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)創(chuàng)新中心,河北 秦皇島066004；3.阜新蒙古族自治縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心,遼寧 阜新123100)

花生是我國重要的油料作物與經(jīng)濟作物,是食用油和蛋白質(zhì)的重要來源,目前已成為世界上最大的生產(chǎn)和消費國[1-2]。

氮素是花生必需的大量營養(yǎng)元素之一,參與植物體內(nèi)重要化合物的組成及多種營養(yǎng)代謝活動,與花生的生長發(fā)育及產(chǎn)量和品質(zhì)的形成關(guān)系密切[3-4]。作為豆科植物,花生可與根瘤菌形成共生固氮體系,利用大氣中的氮氣作為氮源[5],研究發(fā)現(xiàn),花生需氮量的50%左右是由根瘤固氮提供[6]。合理施用氮肥不僅可以促進花生生長、增加產(chǎn)量、改善莢果品質(zhì)、提高氮肥利用效率,還可獲得更高的經(jīng)濟效益[7-8],但過量施用氮肥易造成植株徒長、抑制莢果生長,致使產(chǎn)量下降[9],不利于花生根瘤形成[10],同時過量施用氮肥還會造成農(nóng)業(yè)環(huán)境污染[11]。

播種時人工接種根瘤菌,可有效提高作物的結(jié)瘤固氮能力,改善氮素營養(yǎng)、提高產(chǎn)量和經(jīng)濟效益[12-13]。根瘤菌的應(yīng)用效果受氮肥施用影響明顯,過量施氮對根瘤固氮能力產(chǎn)生抑制作用,且抑制程度與施氮量呈正比[14]。減少化肥施入量,對發(fā)揮豆科作物固氮能力、提高固氮效率及作物生產(chǎn)有巨大的優(yōu)勢[15]。前人關(guān)于花生減施氮肥及接種根瘤菌的研究報道較多,但將減施氮肥與根瘤菌配合使用鮮有報道,因此,本研究選擇遼寧阜新地區(qū)花生為研究對象,進行2年田間試驗,以當?shù)剞r(nóng)民習慣施氮量為對照,探討減施氮肥條件下接種根瘤菌對花生生長、氮肥利用效率及經(jīng)濟效益的影響,以期為花生科學合理施肥及氮素高效利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年和2019年在遼寧省阜新市蒙古族自治縣阜新鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心試驗地進行,年均氣溫7.2℃,平均日照數(shù)為2865.5h,無霜期150d左右,年平均降水量500mm左右。試驗地土壤類型為褐土,土壤質(zhì)地為砂壤土,其耕層土壤主要理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)Table 1 Soil basic physical and chemical properties

1.2 試驗材料

供試品種為當?shù)刂髟云贩N阜花17號,生育期119d左右。供試肥料:尿素(N≥46%)、過磷酸鈣(P2O5≥12%)、硫酸鉀(K2O≥50%)；供試根瘤菌:液體花生根瘤菌,有效活菌數(shù)≥50億/m L,由領(lǐng)先生物農(nóng)業(yè)股份有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗設(shè)計與方法

設(shè)4個處理,①不施氮肥(N0)；②常規(guī)施氮(N100%)；③減氮20%+接種根瘤菌(N80%+Ri)；④減氮50%+接種根瘤菌(N50%+Ri)。其中常規(guī)施氮量(施氮90 kg/hm2)為當?shù)亓晳T施肥量,對應(yīng)的減氮20%和減氮50%處理,施氮量分別為72 kg/hm2和45 kg/hm2,各處理磷、鉀肥用量一致,分別為P2O567.5 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2,接種根瘤菌處理的根瘤菌用量為2250 m L/hm2。氮、磷、鉀肥全部基施,根瘤菌在播種前進行拌種,具體用量150m L/袋拌15～20kg花生種子,操作方法是將菌劑直接噴灑在種子表面混拌均勻,確保每粒種子表面都粘上足夠數(shù)量的菌劑,陰干后播種。每處理3次重復,隨機區(qū)組排列,小區(qū)面積30m2(10m×3m),行距50cm,株距16cm,每小區(qū)種植6行。

1.4 測定指標及方法

于盛花期每小區(qū)隨機采取各處理5穴,測定株高、根瘤數(shù)(即有效根瘤數(shù),指著生在主根和側(cè)根上,個體飽滿,內(nèi)含物為紅色或粉紅色的根瘤總數(shù))、果針數(shù)(將直徑大于0.3cm的果針數(shù)作為有效果針數(shù)進行統(tǒng)計)、植株鮮質(zhì)量。

于收獲期每小區(qū)隨機采取2m2樣方,用于產(chǎn)量統(tǒng)計。另每個處理隨機取5穴,測定總分枝數(shù)、結(jié)果枝數(shù)、單株果數(shù)、百果質(zhì)量、百仁質(zhì)量、出仁率。

1.5 數(shù)據(jù)處理

1.5.1 氮肥利用率計算

植株氮素吸收量/(kg·hm-2)=植株某部位含氮量×該部位干物質(zhì)量

氮肥農(nóng)學利用率(AEN)/(kg·kg-1)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/氮肥用量

氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN)/(kg·kg-1)=施氮區(qū)產(chǎn)量/氮肥用量

氮肥生理效率(PEN)/(kg·kg-1)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/(施氮區(qū)植株總吸氮量-不施氮區(qū)植株總吸氮量)

1.5.2 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行處理,采用SASS 9.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行方差分析及差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對盛花期花生生長性狀的影響

由表2可知,不施氮肥處理明顯抑制花生的生長,與常規(guī)施肥處理相比,減氮條件下接種花生根瘤菌對花生根瘤數(shù)量、果針數(shù)及植株鮮質(zhì)量有明顯促進作用。2018年N50%+Ri處理和N80%+Ri處理花生結(jié)瘤數(shù)較常規(guī)施肥處理分別增加49.5%、20.7%,花生果針數(shù)分別增加5.2%、9.6%。植株鮮質(zhì)量表現(xiàn)為N80%+Ri處理最高,N50%+Ri處理較常規(guī)施肥處理略有下降,各處理間株高差異不顯著。2019年減氮施肥+接種根瘤菌處理結(jié)果與2018年相似,其中N80%+Ri處理花生結(jié)瘤數(shù)量、果針數(shù)、植株鮮質(zhì)量較常規(guī)施肥處理均有增加。N50%+Ri處理花生結(jié)瘤數(shù)和植株鮮質(zhì)量較常規(guī)施肥有增加,株高和果針數(shù)有下降的趨勢。說明合理的施氮量配施根瘤菌能充分發(fā)揮根瘤菌固氮效果,從而促進花生生長。

表2 不同處理對盛花期花生生長性狀的影響Table 2 Effect of different treatments on growth traits of peanut

2.2 對花生收獲期產(chǎn)量性狀的影響

表3可見,不施氮處理(N0)各項指標均為最低,施氮和接種根瘤菌處理花生產(chǎn)量性狀顯著優(yōu)于不施氮處理。2018年試驗結(jié)果表明,減氮條件下接種花生根瘤菌有利于花生總分枝數(shù)、單株果數(shù)及百果質(zhì)量數(shù)的增加,其中N80%+Ri處理表現(xiàn)最好,N50%+Ri處理次之,但與常規(guī)施肥間差異未達顯著水平。與不施氮處理(N0)相比,N80%+Ri處理、N50%+Ri處理及常規(guī)施肥處理分別增產(chǎn)11.7%、7.7%、5.6%。與常規(guī)施肥處理相比,減氮配施根瘤菌有增產(chǎn)趨勢,增幅1.9%～5.8%。2019年N80%+Ri處理花生結(jié)果枝數(shù)、單株果數(shù)、百果質(zhì)量、百仁質(zhì)量、出仁率表現(xiàn)最好,但N50%+Ri處理較不施氮處理各項指標有所增加,與常規(guī)施肥處理相比有減少趨勢?；ㄉa(chǎn)量表現(xiàn)為N80%+Ri處理產(chǎn)量最高、常規(guī)施肥和N50%+Ri處理次之,較不施氮處理分別增產(chǎn)18.7%、10.8%、8.9%。與常規(guī)施肥處理相比,N80%+Ri處理增產(chǎn)7.1%,N50%+Ri處理有減產(chǎn)的趨勢,但差異未達顯著水平。

2.3 對氮肥效率的影響

表4可見,減氮并接種根瘤菌對花生的氮肥效率影響明顯,與不施氮肥處理(N0)相比,所有施氮處理均顯著增加花生莢果氮素吸收量。2018年試驗結(jié)果表明,減氮條件下接種根瘤菌能顯著提高氮肥農(nóng)學效率、氮肥偏生產(chǎn)力。其中,與常規(guī)施肥處理相比,N80%+Ri處理和N50%+Ri處理氮肥農(nóng)學效率分別提高4.38 kg·kg-1、4.69 kg·kg-1；氮肥偏生產(chǎn)力分別提高16.49 kg·kg-1、53.11 kg·kg-1；氮肥生理效率間差異均不顯著,但有增加的趨勢。2019年試驗結(jié)果與2018年相似,與常規(guī)施肥處理相比,N80%+Ri處理和N50%+Ri處理氮肥農(nóng)學效率分別提高5.54 kg·kg-1、3.15 kg·kg-1；氮肥偏生產(chǎn)力分別提高17.14kg·kg-1、48.92 kg·kg-1；氮肥生理效率處理間差異均不顯著,其中N50%+Ri處理有下降的趨勢。

表3 不同處理對花生產(chǎn)量性狀的影響Table 3 Effect of different treatments on yield traits of peanut

utilization表4 不同處理對花生氮肥利用效率的影響Table 4 Effect of different treatments on peanut N efficiency

2.4對花生經(jīng)濟效益的影響

由表5可以看出,雖然施氮肥或接種根瘤菌增加了生產(chǎn)成本,但可以顯著增加經(jīng)濟效益。2018年,N80%+Ri處理產(chǎn)值和利潤最高,其次為N50%+Ri處理,減氮配施根瘤菌處理與常規(guī)施肥處理間差異不顯著。與不施氮肥處理(N0)相比,N80%+Ri處理、N50%+Ri處理及常規(guī)施肥處理產(chǎn)值分別增加11.7%、7.7%、5.6%；利潤分別增加10.7%、10.7%、4.4%。N80%+Ri處理較常規(guī)施肥處理產(chǎn)值和利潤分別增加7.6%、6.0%。2019年試驗結(jié)果同樣表現(xiàn)為N80%+Ri處理產(chǎn)值和利潤最大。

與不施氮肥相比,N80%+Ri處理、N100%處理、N50%+Ri處理產(chǎn)值分別增加18.6%、10.8%、8.9%,利潤分別增加18.7%、10.3%、8.3%；N80%+Ri處理較常規(guī)施肥產(chǎn)值和利潤分別增加7.1%和7.6%,N50%+Ri處理較常規(guī)施肥有下降的趨勢,但未達顯著水平。2018年和2019年的試驗結(jié)果說明,在減少氮素投入的情況下,接種花生根瘤菌能提高氮肥效益。

表5 不同處理對花生經(jīng)濟效益的影響Table 5 Effect of different treatments on peanut benefit economic

3 討論與結(jié)論

氮素在植物生長發(fā)育中不可或缺,氮素營養(yǎng)狀況是決定花生生長發(fā)育與產(chǎn)量形成的關(guān)鍵因素。我國花生產(chǎn)量雖居世界首位,種植方式較為成熟,但存在的問題也日漸突顯[16]。過量施用氮肥,增加了淋洗、氨揮發(fā)及徑流等途徑損失風險,導致資源浪費和環(huán)境污染,極大地限制了豆科作物結(jié)瘤固氮[6,17]。以往研究結(jié)果表明,減施氮肥配施有機肥和鈣肥,花生主莖高、側(cè)枝長、生物積累量、單株莢果數(shù)和飽果率顯著提高,補償因氮肥減施造成的生長和產(chǎn)量的降低,實現(xiàn)花生穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)[18]。

接種根瘤菌是提高豆科作物產(chǎn)量與品質(zhì)、減少氮肥用量、提高氮肥利用效率的關(guān)鍵措施[19-20]。根瘤菌與豆科植物形成的根瘤共生體是自然界中最為高效的固氮體系。前人研究認為,花生氮素營養(yǎng)主要來自根瘤固氮,其固氮量占花生植株氮素累積量的47.88%,其次為土壤氮素,占比為39.24%,肥料氮最小,僅占13.3%[21-23],說明在花生氮素代謝中根瘤固氮發(fā)揮著重要作用,而氮肥貢獻相對較小。因此,適當控制氮肥投入,充分發(fā)揮根瘤菌固氮潛力,是花生“減氮增效”的重要途徑。減氮50%+接種根瘤菌能夠明顯增加大豆的光合速率和干物質(zhì)累積,大豆籽粒產(chǎn)量均有明顯增加[24]。劉佳等[25-26]在南方紅壤土花生試驗結(jié)果表明,在減施氮肥25%條件下,配合接種根瘤菌產(chǎn)量增幅達26.1%,并且可以明顯提高花生的氮素吸收量和氮肥利用率,還可以顯著增加經(jīng)濟效益。本試驗兩年研究結(jié)果表明,適量減氮條件下接種根瘤菌,對花生根瘤數(shù)量、果針數(shù)及植株鮮質(zhì)量有明顯促進作用,有利于花生總分枝數(shù)、單株果數(shù)及產(chǎn)量的增加,同時減施氮肥配合接種根瘤菌可增加氮肥利用效率及經(jīng)濟效益,其中減氮20%接種根瘤菌處理表現(xiàn)最好,與前人結(jié)果基本一致。減氮50%配合接種根瘤菌處理在2018年較常規(guī)施肥處理產(chǎn)量略有增加,但2019年較常規(guī)施肥有減產(chǎn)的趨勢,可能由于第一年土壤肥力較好,減施氮肥能夠滿足花生生長,經(jīng)過一年的消耗,第二年的種植由于氮素養(yǎng)分不足使花生生長發(fā)育受到抑制,導致花生產(chǎn)量下降。

綜上所述,通過接種高含量根瘤菌,充分發(fā)揮根瘤菌固氮優(yōu)勢,能夠達到花生氮肥減施增效的目的。本試驗條件下,兩年試驗結(jié)果以減氮20%條件下接種根瘤菌(N80%+Ri)處理最優(yōu),花生各生長指標均有顯著增加,產(chǎn)量增幅為11.7%～18.7%,還可以明顯提高花生氮素吸收量及氮肥利用效率,顯著增加經(jīng)濟效益。本試驗結(jié)果對于花生高效高產(chǎn)種植、科學合理施用氮肥,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)本增效有很好的理論指導意義。