調(diào)虧灌溉下施氮量對農(nóng)田CO2固定排放和花生產(chǎn)量的影響

夏桂敏 王瑞敏 黃 旭 聶修平 鄭俊林 遲道才

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學水利學院，沈陽 110866；2.撫順市水利勘測設(shè)計研究院有限公司，撫順 113008)

0 引言

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程中最活躍的碳庫[1]，其參與農(nóng)田碳循環(huán)的途徑主要有兩種，一是利用區(qū)域內(nèi)的植物對空氣中的CO2進行有效固定，二是該生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)土壤的呼吸作用會釋放出一定量的CO2和CH4，既發(fā)揮重要的“碳匯”作用，也是重要的“碳源”[2]。RAICH 等[3]研究指出，每年有1/10的大氣CO2通過植物的光合作用被固定。土壤水分、氮含量是影響作物碳積累的重要因子，合理調(diào)控水、氮供應(yīng)有利于作物對CO2的固定。魏廷邦等[4]研究表明，低水情況下施肥對夏玉米干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量具有明顯的調(diào)控作用。張忠學等[5]研究黑土稻田碳循環(huán)發(fā)現(xiàn)，控制灌溉模式下各施氮量處理水稻各器官固碳量均高于常規(guī)淹灌。土壤呼吸是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的一個重要過程。據(jù)統(tǒng)計，每年以土壤呼吸的形式向大氣中排放的CO2量約為化學燃料燃燒釋放量的10倍[6]，是導(dǎo)致大氣CO2濃度增加的一個重要因素。相關(guān)研究表明，農(nóng)田土壤呼吸受到灌溉施肥、土地覆蓋及其利用變化等多種因素的綜合影響[7-11]。高德凱[12]指出，受干旱脅迫處理的葡萄，其土壤呼吸速率遠低于高水處理。土壤水分可以改變植物的根系分布，同時也會影響植物根系周圍的微生物群落，進而影響土壤呼吸速率[13]。眾多學者研究表明，施氮對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤CO2排放具有顯著影響[14-15]，但研究結(jié)論目前尚不一致。高會議等[16]研究黃土旱塬區(qū)麥田發(fā)現(xiàn)施氮量0～135 kg/hm2時，土壤呼吸速率均隨施氮量的增加而增加；當施氮量為135～180 kg/hm2時，隨著施氮量的增加土壤呼吸呈降低趨勢。而畢建杰等[17]則認為麥田土壤CO2排放量在施氮量為300 kg/hm2時最高，過量施氮和氮素虧缺均會導(dǎo)致土壤CO2排放量降低。不同水、氮條件會對農(nóng)田CO2固定排放產(chǎn)生不同的影響，不同地區(qū)及作物種類也會影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)CO2固定排放對水、氮的響應(yīng)，因此，針對特定作物因地制宜地開展研究將有助于得到適宜當?shù)氐奶镩g水氮管理模式。

花生是我國重要的油料作物，具有抗旱、耐貧瘠、適應(yīng)性強等特點，是遼寧地區(qū)發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)的首選作物。由于遼寧地區(qū)降雨集中、季節(jié)性干旱頻發(fā)，且花生主產(chǎn)區(qū)耕地肥力普遍較低、土壤供氮能力差[18]，難以滿足花生對水分和養(yǎng)分的需求，致使花生單位面積產(chǎn)量得不到保障，對遼寧地區(qū)油料作物安全生產(chǎn)具有一定的威脅。本課題組前期研究表明，調(diào)虧灌溉在遼寧地區(qū)花生生產(chǎn)中具有顯著的節(jié)水增產(chǎn)效應(yīng)[19-20]。盡管有關(guān)水分管理對農(nóng)田CO2固定排放影響的研究已有報道[21-22]，然而花生農(nóng)田CO2固定排放對調(diào)虧灌溉的響應(yīng)情況尚不明確，相關(guān)的研究更是鮮有報道。因此，本研究通過兩年測坑試驗，研究調(diào)虧灌溉條件下不同施氮量對花生植株碳積累量、土壤CO2排放量及花生產(chǎn)量的影響，以尋求花生農(nóng)田最佳水、氮處理模式，為實現(xiàn)花生農(nóng)田固碳減排和水氮資源高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018、2019年每年5—10月在沈陽農(nóng)業(yè)大學水利學院試驗場進行。試驗場位于沈陽市東部(41°44′N，123°27′E)，屬溫帶大陸性季風氣候區(qū)，冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨。本試驗在帶有滑動遮雨棚的測坑內(nèi)進行，共24個測坑，每個測坑面積為3 m2(2 m×1.5 m)。遇降雨，可關(guān)閉遮雨棚，以消除降雨對試驗的影響。試驗區(qū)土質(zhì)為潮棕壤土，容重1.38 g/cm3，堿解氮質(zhì)量比58.82 mg/kg，速效磷質(zhì)量比142.98 mg/kg，全氮質(zhì)量比0.33 g/kg，有機質(zhì)質(zhì)量比11.74 g/kg，速效鉀質(zhì)量比48.32 mg/kg，pH值7.95。連續(xù)2年試驗期間，日平均氣溫如圖1所示。

圖1 花生生長季日平均氣溫變化曲線Fig.1 Curves of daily mean air temperature during peanut growing stage

1.2 試驗材料

供試花生品種為“農(nóng)花9號”，供試氮肥為尿素(純N質(zhì)量分數(shù)為46%)。每個測坑均為獨立小區(qū)，采用大壟雙行種植模式，每個測坑2行，行距40 cm，株距15 cm，播種深度4 cm，每穴2～3粒。各測坑均按當?shù)胤N植標準施入磷肥(過磷酸鈣135 kg/hm2)和鉀肥(硫酸鉀105 kg/hm2)。

1.3 試驗設(shè)計

采用裂區(qū)試驗設(shè)計，以灌溉模式(全生育期充分灌溉，F(xiàn)；花針期和飽果期調(diào)虧灌溉，D)為主區(qū)，F(xiàn)、D的灌水上限均為田間持水率θf(占土壤體積百分比)，F(xiàn)的灌水下限為(75%～80%)θf，D在花針期和飽果期的灌水下限為(55%～60%)θf，其他生育期同F(xiàn)；施氮水平N0(0 kg/hm2)、N50(50 kg/hm2)、N100(100 kg/hm2)、N150(150 kg/hm2)為子區(qū)，每個處理設(shè)置3次重復(fù)。每個小區(qū)獨立控制灌水，滴灌帶距離播種行15 cm，覆0.008 cm黑色地膜。采用重力滴灌的方式灌水，灌水時將水引至距地面1.7 m高的塑料桶(容量50 L)內(nèi)，利用重力作用將塑料桶內(nèi)的水釋放到滴灌帶中，使灌溉水均勻流出。當土壤含水率下降至控水下限時進行灌水。

1.4 測定指標

1.4.1土壤含水率及灌水量

每個小區(qū)埋設(shè)3根1 m長的Trime管，每5 d測定一次花生根區(qū)土壤含水率。測定深度分別為10、20、30、40、50、60 cm，灌水前后加測含水率。當土壤含水率達到灌溉下限時進行灌水。灌水量計算公式為

M=1 000Hp(θmax-θmin)/η

(1)

式中M——灌水量，mm

H——土壤計劃濕潤層深度，m

p——土壤濕潤比，以地面以下20～30 cm處濕潤面積占總灌溉面積的百分比來表示，取60%[23]

θmax——設(shè)計土壤體積含水率上限

θmin——設(shè)計土壤體積含水率下限

η——灌溉水利用系數(shù)，取0.90[24]

1.4.2花生干物質(zhì)量及固碳量

于花生飽果期在各測坑選取1株具有代表性的花生植株，將植株根、莖、葉、果實分離，放置在干燥箱中105℃殺青30 min后，75℃恒溫干燥至質(zhì)量恒定，完全冷卻后稱量。之后對花生樣品進行粉碎、過0.5 mm篩，利用重鉻酸鉀- 濃硫酸稀釋熱法[25]測定植株各器官全碳含量。植株固碳量計算公式為

Cuptake=CcontentDm

(2)

式中Cuptake——植株固碳量，g

Ccontent——植株碳含量，%

Dm——植株干物質(zhì)量，g

1.4.3土壤CO2通量

在花生生長期，選擇晴朗少云的天氣，采用便攜式光合儀(LI6400XT-09型，美國LI-COR公司)的土壤測量氣室測定田間土壤CO2通量。每3～7 d測定一次，測定時間為09:00—12:00。測量氣室放置在事先已經(jīng)放入土壤的PVC環(huán)上進行測量。每個小區(qū)安置2個土壤呼吸PVC圈(直徑10 cm、高4 cm)，每次對各土壤呼吸圈進行3次測定，取6組數(shù)據(jù)的平均值作為該小區(qū)土壤呼吸速率當日水平值。為減少PVC環(huán)安置對測定的干擾，每次均在PVC環(huán)安置24 h后進行測定。PVC環(huán)埋入土壤后露出地表2 cm以保證測量氣室的密閉性，同時去除環(huán)內(nèi)土壤表面活體對測定的影響。各生育期土壤CO2平均排放量計算公式為

CE=Fd/10.368

(3)

式中CE——各生育期CO2平均排放量，kg/hm2

F——各生育期CO2排放通量，μmol/(m2·s)，1 μmol/(m2·s)=10.368 kg/(hm2·d)

d——花生各生育期時間，d

全生育期土壤CO2累積排放量為

(4)

式中RS——全生育期土壤CO2累積排放量，kg/hm2

i——采樣次數(shù)

t——采樣時間，d

1.4.4產(chǎn)量

花生成熟后單打單收，按照標準含水率14%折算計產(chǎn)，用電子秤(精度為0.01 g)測定花生的百果質(zhì)量、百仁質(zhì)量及產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析采用Excel 2008和DPS 7.05軟件，并采用R語言作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉模式和施氮量對花生飽果期干物質(zhì)積累量和固碳量的影響

圖2 不同灌溉模式和施氮量下花生飽果期各器官干物質(zhì)積累量及總干物質(zhì)積累量Fig.2 Dry matter accumulations of organs and total dry matter accumulation in peanut pod filling stage under different irrigation regimes and N application rates

不同灌溉方式與施氮量對花生飽果期各器官干物質(zhì)積累量的影響如圖2(圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(p<0.05)，下同)所示。由圖2可知，花生飽果期各器官干物質(zhì)積累量由大到小依次為：莢果、莖、葉、根。與充分灌溉(F)相比，調(diào)虧灌溉(D)處理下花生莢果、莖、根及總干物質(zhì)積累量分別增加了15.18%、4.95%、12.78%和7.59%(2年平均)，表明調(diào)虧灌溉更有利于花生各器官及總干物質(zhì)的形成。兩種灌溉模式下，從N0到N100，花生莢果、莖、葉、根及總干物質(zhì)積累量均隨施氮量的增加而增加，N100處理達到最大值，到N150有所降低。F模式下，與不施氮處理(N0)相比，N100和N150處理花生莢果干物質(zhì)量分別提高了18.80%和11.89%，葉干物質(zhì)量分別提高了32.05%和28.37%(2年平均)。與N0相比，N50、N100和N150處理下花生莖干物質(zhì)量分別提高了4.31%、26.21%和17.51%；根干物質(zhì)量分別提高了12.59%、31.19%和22.66%；總干物質(zhì)積累量分別提高了7.06%、23.86%和17.10%(2年平均)。而D模式下，N100和N150處理下花生葉干物質(zhì)量較N0分別提高了33.29%和27.49%，莖干物質(zhì)量較N0分別提高了30.80%和25.39%(2年平均)。與N0相比，N50、N100和N150處理下花生莢果干物質(zhì)量分別提高了8.46%、31.00%和16.45%；根干物質(zhì)量分別提高了21.62%、39.29%和30.30%；總干物質(zhì)積累量分別提高了8.72%、31.60%和21.24%(2年平均)。結(jié)果表明，施氮量100 kg/hm2對花生各器官及總干物質(zhì)積累量的提升效果更明顯。但與F相比，D模式下50 kg/hm2氮肥即顯著提升了花生莢果干物質(zhì)量，且效果優(yōu)于充分灌溉。綜上，調(diào)虧灌溉模式下，施氮量100 kg/hm2更有利于花生各器官及總干物質(zhì)量的積累。

圖3 不同灌溉模式和施氮量下花生飽果期各器官固碳量Fig.3 Carbon sequestration of organs in peanut pod filling stage under different irrigation regimes and N application rates

灌溉模式和施氮量對花生飽果期各器官及植株總固碳量的影響如圖3所示。由圖3可知，花生飽果期莢果固碳量最大，莖和葉次之，根固碳量最小。莢果碳積累量占植株體總碳積累量比例最高，說明莢果是花生植株的固碳中心。從灌溉模式主效應(yīng)來看，與充分灌溉(F)相比，調(diào)虧灌溉(D)模式下花生莢果、莖、根及植株總固碳量分別增加了17.67%、16.63%、16.03%和15.08%(2年平均)。兩種灌溉模式下，花生各器官及植株總固碳量均隨施氮量的增加呈先增加后減小的趨勢，在施氮量為100 kg/hm2時達到最大值。說明適量施氮有利于植株及各器官的固碳作用。交互分析表明，F(xiàn)模式下，與N0相比，N100和N150處理下花生葉固碳量分別提高了44.67%和31.51%(2年平均)；莖固碳量分別提高了43.23%和27.16%(2年平均)；2018年根固碳量分別提高了40.63%和24.83%。與N0相比，N50、N100和N150處理下花生莢果固碳量分別提高了13.24%、38.43%和24.40%(2年平均)；2019年根固碳量分別提高了17.18%、46.29%和28.20%；總植株固碳量分別提高了12.77%、38.61%和25.53%(2年平均)。D模式下，與N0相比，N100和N150處理下花生葉固碳量分別較N0提高了47.39%和37.25%(2年平均)；莖固碳量分別較N0提高了51.95%和38.39%(2年平均)；2108年根固碳量分別提高了50.75%和30.76%。與N0相比，N50、N100和N150處理下花生莢果固碳量分別提高了15.08%、43.29%和29.69%(2年平均)；2019年根固碳量分別提高了35.02%、60.32%和42.03%；總植株固碳量分別提高了14.93%、49.51%和31.54%(2年平均)。結(jié)果表明，施氮量100 kg/hm2對于花生各器官及總植株固碳效果更好，而調(diào)虧灌溉下增施氮肥對花生固碳作用的改善優(yōu)于充分灌溉。綜合來看，調(diào)虧灌溉下增施100 kg/hm2氮肥可較好地提高花生植株的固碳效應(yīng)。

2.2 灌溉模式和施氮量對土壤CO2排放量的影響

2018年和2019年灌溉模式和施氮量及二者交互作用(I×N)對花生花針期、飽果期、全生育期CO2平均排放量及累積排放量具有極顯著的影響(表1)。施氮量對苗期CO2排放量產(chǎn)生了極顯著的影響，灌溉方式與施氮量主效應(yīng)均對結(jié)莢期CO2排放量產(chǎn)生極顯著影響。

表1 不同灌溉模式和施氮量下花生農(nóng)田土壤CO2排放量Tab.1 Soil CO2 emissions in peanut field under different irrigation regimes and N application rates kg/hm2

由表1可知，在灌溉模式主效應(yīng)下，與F相比，D顯著減少了花針期、結(jié)莢期、飽果期、全生育期CO2平均排放量及累積排放量，減小幅度分別達13.80%、4.07%、11.54%、8.58%、7.33%(2年平均)，由此可見調(diào)虧灌溉較充分灌溉條件下花生農(nóng)田CO2排放量更小。在施氮量主效應(yīng)下，各生育期土壤CO2排放量、全生育期平均和CO2累積排放量均隨施氮量的增加而增加。與不施氮(N0)相比，N50、N100、N150施氮水平下的花針期、飽果期、全生育期平均及CO2累積排放量提高幅度分別為10.31%～32.17%、12.82%～26.62%、10.16%～29.29%及10.89%～29.69%(2年平均)。N100、N150施氮水平下結(jié)莢期CO2平均排放量提高幅度分別為15.82%和23.59%(2年平均)，CO2排放量最大值均出現(xiàn)在N150處理。以上結(jié)果表明，高氮施入量對土壤中CO2排放量的增加效果更加明顯。交互分析表明，兩種灌溉模式下施氮量均顯著提高了花針期和飽果期、全生育期土壤CO2平均排放量及累積排放量，但調(diào)虧灌溉模式下施氮量對土壤CO2平均排放量和土壤CO2累積排放量的提升幅度低于充分灌溉，說明調(diào)虧灌溉模式可降低施氮引起的土壤CO2排放。

2.3 灌溉模式和施氮量對花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

兩年試驗結(jié)果一致表明，灌溉模式和施氮量主效應(yīng)及其交互效應(yīng)顯著影響花生產(chǎn)量、百果質(zhì)量和百仁質(zhì)量(表2)。灌溉模式主效應(yīng)下，與F相比，D處理花生產(chǎn)量提高了7.16%(2年平均)。不同灌溉模式下，花生產(chǎn)量均隨施氮量的增加而增加，施氮量為100 kg/hm2時產(chǎn)量最高。與N0處理相比，N50、N100、N150處理下花生產(chǎn)量分別提高了12.76%、28.14%、19.88%(2年平均)。交互分析表明，調(diào)虧灌溉模式下增施100 kg/hm2氮肥(N100)較不施氮肥處理(N0)增產(chǎn)32.02%；充分灌溉模式下N100較N0處理產(chǎn)量提高了24.11%(2年平均)。說明調(diào)虧灌溉條件下施氮量100 kg/hm2增產(chǎn)效果更加顯著，較常規(guī)處理(FN0)增產(chǎn)了37.56%(2年平均)。

表2 不同灌溉模式和施氮量下花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成Tab.2 Yield and yield composition of peanut under different irrigation regimes and N application rates

產(chǎn)量構(gòu)成分析表明，灌溉模式主效應(yīng)下，與F相比，D處理顯著增加了花生百果質(zhì)量及百仁質(zhì)量2.53%及2.68%(2年平均)；施氮主效應(yīng)下，二者均在施氮量50 kg/hm2時顯著增高。交互分析表明，調(diào)虧灌溉條件下施氮量50 kg/hm2處理(DN50)花生百仁質(zhì)量及百果質(zhì)量最高，該處理下花生百果質(zhì)量和百仁質(zhì)量較常規(guī)處理(FN0)分別提高了15.21%和17.70%(2年平均)。

3 討論

3.1 調(diào)虧灌溉條件下施氮量對花生植株干物質(zhì)積累及固碳量的影響

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)植物對空氣中CO2進行有效固定是維持該生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的關(guān)鍵。飽果期是莢果膨大和籽粒飽滿時期，此時期莢果及總干物質(zhì)積累量的形成決定著花生的最終產(chǎn)量，植株各器官固碳量決定著植株最終的碳積累量和該農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳“匯”強度。本研究表明，調(diào)虧灌溉處理提高了花生植株干物質(zhì)積累量與固碳量。這可能是因為適度水分虧缺產(chǎn)生的干旱，有利于花生根系深扎，增加根冠比，增強了花生自身汲取土壤水分和養(yǎng)分的能力，促進了花生生長，從而提高了干物質(zhì)積累量[26]。吳曉茜等[27]研究發(fā)現(xiàn)，花生任何時期干旱均降低了葉片的光合性能，然而復(fù)水后產(chǎn)生的“補償效應(yīng)”，能提高花生的凈光合速率，其中花針期中度調(diào)虧灌溉較充分灌溉復(fù)水后顯著提高日平均光合速率8.57%，飽果期調(diào)虧灌溉復(fù)水后光合速率與充分灌溉無明顯差異。這表明花針期、飽果期適度調(diào)虧均有利于花生進行光合作用及碳的固定。兩種灌溉模式下，各施氮處理植株干物質(zhì)積累量及固碳量均高于不施氮處理。大量研究表明，施氮會增加植株干物質(zhì)積累量[28]及固碳量[29]，但并非施氮量越多越好，過量施氮反而會降低施氮所帶來的正效應(yīng)。郭佩[30]研究表明，在施氮量為105 kg/hm2時，花生各器官干物質(zhì)積累和養(yǎng)分積累效果最佳，但過量施氮效果并不顯著。本試驗結(jié)果表明，花生飽果期干物質(zhì)積累量及固碳量均隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢。適量施入氮肥能改善花生葉片的光合性能，使花生保持較高的光合速率和葉面積指數(shù)，增加植株光合作用產(chǎn)物，有利于植株積累干物質(zhì)，進而增加植株固碳量。而過量施氮則可能會造成植株莖葉徒長，群體內(nèi)透光條件變差，光合速率降低，不利于植株干物質(zhì)的積累。本研究發(fā)現(xiàn)，飽果期花生植株干物質(zhì)積累量、固碳量及產(chǎn)量均是調(diào)虧灌溉下施氮量100 kg/hm2處理最高。這可能是由于調(diào)虧灌溉下適度水分虧缺使花生在復(fù)水后產(chǎn)生了“補償效應(yīng)”，此時適量施氮增強了花生汲取土壤水分和養(yǎng)分的能力，二者的協(xié)同效應(yīng)促進了植株的生長及碳積累。

3.2 調(diào)虧灌溉條件下施氮量對土壤CO2排放量的影響

土壤呼吸主要包括土壤中植物根系呼吸、土壤動物和微生物呼吸以及含碳礦物質(zhì)的化學氧化作用產(chǎn)生并釋放CO2的過程，不僅受溫度、水分、土壤養(yǎng)分等自然環(huán)境的影響，還受到植物和微生物等生物因素以及人為因素的影響，且這些因素往往又是相互作用、相互影響、共同對土壤呼吸起作用[31-35]。本研究表明，調(diào)虧灌溉較充分灌溉降低了花針期、結(jié)莢期、飽果期土壤CO2平均排放量及累積排放量，這可能是由于調(diào)虧灌溉的控水作用導(dǎo)致作物根系層土壤水分虧缺。一方面，作物在土壤水分虧缺情況下會抑制根系代謝活性以適應(yīng)干旱環(huán)境，此時根系活力減弱，根系呼吸速率降低[36]；另一方面，土壤水分影響著土壤微生物的各種生命活動，在水分虧缺的環(huán)境中，土壤微生物會因缺少水分而處于休眠狀態(tài)，活性降低導(dǎo)致呼吸減弱，進而影響CO2排放[37]。嚴俊霞等[38]研究也表明，在油松林生長期內(nèi)，土壤水分對土壤呼吸有較大影響，土壤干旱對土壤呼吸的抑制作用非常明顯，可使土壤呼吸下降50%以上。張忠學等[5]研究指出，不同灌溉模式下施氮處理的水稻各生育期平均土壤總呼吸速率、微生物呼吸速率及根系呼吸速率均高于不施氮處理。本文也得出相似的結(jié)論，施氮處理各生育期土壤CO2排放量及累積排放量均高于不施氮處理，且均隨施氮量的增加而增加。這說明高氮處理會促使土壤向大氣中排放CO2，一方面施氮會促進礦質(zhì)土壤有機碳的氧化分解，同時促進異養(yǎng)呼吸和根系呼吸；另一方面氮的施入促進了植株根系生長，根系生物量的增加也導(dǎo)致根系分泌物增加，并為微生物提供更多的反應(yīng)底物；同時凋落物的增加為根系和土壤微生物活性提供了更多的碳底物[39]，從而提高了土壤總呼吸速率，增加了土壤CO2排放量。總體來看，同一施氮水平，調(diào)虧灌溉降低了土壤CO2排放量。因此，適量施氮條件下采用調(diào)虧灌溉，可在一定程度上緩解施氮引起的農(nóng)田CO2排放。

3.3 調(diào)虧灌溉條件下施氮量對花生產(chǎn)量的影響

有研究表明，適量施入氮肥可顯著提高花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成指標[40-41]。本研究表明，在充分灌溉(F)和調(diào)虧灌溉(D)模式下，各施氮量水平較不施氮處理均顯著提高了花生產(chǎn)量，施氮量100 kg/hm2對產(chǎn)量的提升效果最為明顯，說明適宜施氮量更有利于花生增產(chǎn)。作物產(chǎn)量的形成取決于干物質(zhì)積累及其對果實的分配[42]，適宜的施氮量能在花生生育期內(nèi)協(xié)調(diào)植株各器官干物質(zhì)分配及碳積累，促使干物質(zhì)積累適時向莢果處轉(zhuǎn)移，從而對作物增產(chǎn)起到積極作用。而過量施氮則會使干物質(zhì)積累向莖、葉等器官轉(zhuǎn)移，造成營養(yǎng)器官冗余生長，影響莢果形成，導(dǎo)致產(chǎn)量降低[43]。張俊等[44]研究表明，任何時期的干旱均會導(dǎo)致花生減產(chǎn)，李明陽等[45]研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)虧灌溉可以有效減少大豆耗水量，但不會嚴重降低大豆產(chǎn)量。孟兆江等[46]以玉米為研究對象，發(fā)現(xiàn)適度調(diào)虧灌溉能有效促進玉米生長并提高其產(chǎn)量。本研究結(jié)果與孟兆江等[46]研究結(jié)果一致，相同施氮量水平下，花生產(chǎn)量均表現(xiàn)為調(diào)虧灌溉(D)大于充分灌溉(F)。這可能是由于花針期和飽果期是花生下針與果實形成的關(guān)鍵時期，此時調(diào)虧灌溉產(chǎn)生的補償效應(yīng)增加了植株光合作用強度，有利于干物質(zhì)及養(yǎng)分的積累，促進了花生下針及果實飽滿，增加了花生百仁質(zhì)量和百果質(zhì)量(表2)，從而提高了花生產(chǎn)量。這與夏桂敏等[47]研究結(jié)果類似，該研究表明連續(xù)適度調(diào)虧灌溉可通過提高花生單株莢果數(shù)、百果質(zhì)量、莢果飽滿度，進而提高花生產(chǎn)量。綜上，適度水分虧缺條件下施入適量氮肥，可使花生更好地利用土壤中的水分及養(yǎng)分，促進其生殖器官生長，保證莢果的形成與膨大，最終實現(xiàn)花生增產(chǎn)。

4 結(jié)論

(1)調(diào)虧灌溉條件下施氮量顯著提高了花生植株干物質(zhì)積累量、固碳量及產(chǎn)量，在施氮量為100 kg/hm2時獲得最大值。其原因是適量氮肥的施入會增加土壤有效氮含量，促進作物生長，而適度水分虧缺能使花生產(chǎn)生“補償效應(yīng)”，進而更好地利用土壤中的養(yǎng)分，增強花生光合作用，促進干物質(zhì)積累及碳的固定，最終實現(xiàn)花生增產(chǎn)。

(2)各生育期土壤CO2平均排放量及累積排放量均隨施氮量的增加而增加。與全生育期充分灌溉相比，調(diào)虧灌溉降低了花針期、結(jié)莢期和飽果期土壤CO2平均排放量及全生育期累積排放量。同一施氮量水平下，調(diào)虧灌溉較充分灌溉處理對CO2減排的效果更為顯著。DN100處理較傳統(tǒng)處理(FN100)全生育期CO2累積排放量降低了7.51%(2年平均)。

(3)調(diào)虧灌溉條件下施氮100 kg/hm2(DN100)處理植株固碳量和產(chǎn)量最高，且CO2排放量相對較低，是實現(xiàn)花生農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)節(jié)水減肥和固碳減排目標的最佳處理。