施氮量對綠豆產(chǎn)量及生育期性狀氮利用效率的影響

紀鴻飛 廖思寒 袁榮 聶堂哲

(黑龍江大學水利電力學院，黑龍江 哈爾濱 150080)

引言

綠豆是亞科豇豆屬植物，是我國主要栽的傳統(tǒng)作物之一。綠豆具有較高的營養(yǎng)價值，其富含多種無機鹽、維生素、磷鐵、蛋白質等，對于腫脹、痱子、瘡癬、口腔炎、食物中毒等都有一定療效。屬藥食同源作物，既是理想的保健食品，又是較好的經(jīng)濟作物[1-6]。綠豆對種植環(huán)境具有較高的適應性，在我國大規(guī)模種植，世界上約30%的綠豆產(chǎn)量來自我國[7,8]。綠豆生育期短、耐瘠性強，其根系有共生固氮能力，但不合理的施肥不僅不會使作物生長，還會影響植株的發(fā)育。傳統(tǒng)種植認為，綠豆種植不需要施肥、不能施肥，這在一定程度上影響了綠豆的增產(chǎn)。這種靠天靠地的傳統(tǒng)種植方法，使綠豆產(chǎn)量低、經(jīng)濟效益差。氮是作物生長過程中所需的重要元素之一，合理施用氮肥是促進作物生長的有效措施[9-11]。在綠豆試驗中，施用氮肥是促進其生長和提高產(chǎn)量的重要技術措施[12]。

前人在研究綠豆生產(chǎn)中氮肥的最佳施用量存在差異，這與試驗地區(qū)土壤肥力的差異有關，同時黑龍江省綠豆的合理施氮水平研究較少，現(xiàn)有的研究結果并不能滿足黑龍江省綠豆的生產(chǎn)需要。針對這種情況，本文以綠豆不同氮肥施用量為研究對象，運用大田試驗的方式，分析不同氮肥條件對綠豆的干物質積累量、產(chǎn)量、生育期性狀及氮利用效率的影響，探究施氮量對綠豆產(chǎn)量和生長過程作用情況，根據(jù)作物需肥情況適時高效施肥，避免化肥污染，提高氮肥利用率，在保障糧食產(chǎn)量的同時達到增產(chǎn)增收的效果。本研究成果將對黑龍江省綠豆種植技術的應用和推廣有重要的價值，以期為黑龍江省中部地區(qū)綠豆栽培實踐科學合理施氮提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

大田試驗于2021年在黑龍江省哈爾濱市香坊區(qū)信義村進行，該地位于N45°44′4.65″，E126°44′31.60″。該地區(qū)屬中溫帶大陸性季風氣候，平均海拔150m，全年平均降水量569.1mm，夏季降水量占全年的60%，年均氣溫3.5℃。試驗區(qū)土壤類型為碳酸鹽黑鈣土。其養(yǎng)分含量比較豐富，適于各種農(nóng)作物生長。

1.2 試驗設計

全生育期設置4個氮肥施用量水平，N1、N2、N3、N4(0kg·hm-2、40kg·hm-2、80kg·hm-2、120kg·hm-2，每個水平處理重復3次，每小區(qū)面積為6.5m×7m=45.5m2，共設12個小區(qū)，各施氮水平小區(qū)隨機排列。本次試驗于2021年5月20日播種，地溫穩(wěn)定通過12℃，起垅深松深度為犁底層以下8～12cm，播種方式采用條播，各個小區(qū)均采用單壟種植，垅距65cm，共5排，株距10cm。供試綠豆品種為小明綠，試驗所用氮肥為尿素(含46%N)、過磷酸鈣(含16%P2O5)和硫酸鉀(含50%K2O)。磷肥施用287.5kg·hm-2，鉀肥施用62.5kg·hm-2，將過磷酸鈣、硫酸鉀和1/3尿素播種前開溝施入，剩余2/3尿素于花莢初期追肥。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 綠豆各時期干物質積累量

于各生育期末，取各小區(qū)完整綠豆植株，除去浮土，在烘箱中105℃殺青30min后，將綠豆葉、莖、花莢等器官分離，烘箱調制65℃累計烘干8h，稱量綠豆各器官樣本重量。

1.3.2 產(chǎn)量及其構成要素

在各小區(qū)成熟期對角線的中點作為中心抽樣點，再在對角線上選擇4個與中心樣點距離相等的點作為樣點，每點連續(xù)取樣5株綠豆樣本。自然條件下風干、脫粒、稱重，測量其莢長、百粒重、單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)、產(chǎn)量。

1.3.3 生育期特性觀測

各小區(qū)按5點取樣法確定選點，每點連續(xù)取樣5株綠豆并標記，記分枝與花芽分化期、花莢期、灌漿期、成熟期4個生育期綠豆的株高、莖粗。

1.3.4 氮肥農(nóng)學利用率及氮肥偏生產(chǎn)力

氮肥農(nóng)學利用效率(AEN，kg·kg-1)計算公式：

(1)

式中，Ya為施氮處理綠豆產(chǎn)量，kg·hm-2；Yb為不施氮處理綠豆產(chǎn)量，kg·hm-2；Na為施氮量，kg·hm-2。

氮肥偏生產(chǎn)力(PFP，kg·kg-1)計算公式：

(2)

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS進行數(shù)據(jù)分析，利用Excel進行數(shù)據(jù)處理和繪圖工作。

2 結果與分析

2.1 各生育期干物質積累量

綠豆各生育期干物質積累量如圖1所示，各生育期干物質總積累量呈先上升后下降的變化趨勢，灌漿末期達到峰值，為54.74～68.10g，成熟期的干物質積累量較灌漿期有所減少，平均減少0.445g。前期植株中干物質含量迅速積累呈上升趨勢，從灌漿期開始由于植株各器官水分的脫離以及干物質的轉運，植株干物質含量整體呈下降的趨勢。綠豆植株各時期干物質總積累量存在差異，各個器官的干物質積累量在不同生育期也存在差異。在綠豆生長前期干物質的積累主要是發(fā)生在莖和葉片，進入灌漿期及以后干物質的積累主要是發(fā)生在花莢。除分枝與花芽分化期莖與葉片干物質積累量占比接近外，其他生育期莖干物質重均大于葉片。且葉片和莖干物質積累量較大的，其成熟期花莢干物質積累量也大。各處理干物質積累量對比表示為N2>N3>N1>N4。

圖1 綠豆干物質積累量

2.2 產(chǎn)量及構成要素

不同施氮水平綠豆產(chǎn)量及構成要素如表1所示，產(chǎn)量大小關系為N2>N3>N4>N1，施氮量為40kg·hm-2時(N2)綠豆的增產(chǎn)效果達到了25.73%，產(chǎn)量為1293.61kg·hm-2。其中，單株莢數(shù)、莢長均為N2>N3>N1>N4；百粒重為N2>N3>N4>N1；單莢粒數(shù)為N2>N3>N4=N1。不同施氮水平對莢長和單莢粒數(shù)外各要素存在顯著影響，說明不同施氮量對莢長和單莢粒數(shù)影響不大，且施氮量為N2時對各要素有促進作用，產(chǎn)量最大。

2.3 不同處理生物學特性

2.3.1 不同處理的綠豆株高分析

表2為綠豆各處理不同生育期株高，由表2可知，因為試驗前期氮肥僅施用了總量的1/3，對綠豆株高變化影響不大。分枝與花芽分化期和花莢期顯著差異，而在灌漿期和成熟期時N3處理的株高最高，N4處理的株高最低。說明此試驗中前期氮肥施用量對株高影響不大，后期120kg·hm-2(N4)處理會抑制綠豆株高的增加，40kg·hm-2(N2)處理會促進綠豆株高的增加。

表1 綠豆產(chǎn)量構成要素表

表2 各處理綠豆不同生育期株高

由圖2可知，各處理全生育期內(nèi)綠豆株高變化趨勢大致相同，分枝與花芽分化期到花莢期綠豆株高迅速增大，花莢期到灌漿期綠豆株高增加幅度變緩，灌漿期到成熟期綠豆株高呈小幅度增加或減小的趨勢。

圖2 生育期內(nèi)綠豆株高變化趨勢

2.3.2 不同處理的綠豆莖粗分析

表3為綠豆各施氮處理不同生育期內(nèi)莖粗的差異情況。通過分析可知，不同處理綠豆在各生育期莖粗差異顯著，N2處理的莖粗均大于其他處理，表明N2施氮水平促進了莖粗的增長，而N1處理莖粗小于其他處理，表明不施用氮肥抑制了植株莖粗的增長。通過比較全生育期內(nèi)綠豆莖粗的變化，低氮(N2)莖粗一直大于其他處理，說明低氮(N2)可以有效提高綠豆莖粗。

表3 各處理綠豆不同生育期莖粗

由圖3可知，各處理全生育期內(nèi)綠豆莖粗變化規(guī)律大致相同，分枝與花芽分化期到花莢期綠莖部迅速變粗，于灌漿期達到最大，到成熟期時綠豆莖粗小幅度縮小，這是由于該生育期綠豆的養(yǎng)分供給由營養(yǎng)生長轉換到生殖增長。

圖3 生育期內(nèi)綠豆莖粗變化趨勢

2.4 氮肥農(nóng)學利用率及偏生產(chǎn)力分析

氮肥的農(nóng)學利用率表示單位面積施氮量所生產(chǎn)的綠豆干物質總量，氮肥的偏生產(chǎn)力表示單位面積施氮量所生產(chǎn)的綠豆產(chǎn)量，是判斷綠豆氮肥利用程度的2種指標。由表4可知，兩指標均為N2>N3>N4，N2處理氮肥農(nóng)學利用率為N3、N4處理的3.48倍和662倍，偏生產(chǎn)力是N3、N4處理的2.19倍和3.78倍。N2的氮肥農(nóng)學利用率和氮肥偏生產(chǎn)力最高。

表4 氮肥農(nóng)學利用率及氮肥偏生產(chǎn)力

3 討論

綠豆有耐旱特性[13]，黑龍江省干旱發(fā)生較為頻繁[14]，綠豆生產(chǎn)多以雨養(yǎng)為主。本文通過改變氮肥施用量來探究旱區(qū)綠豆的生長發(fā)育情況，根據(jù)各項指標推薦出適宜黑龍江綠豆高效生產(chǎn)的氮肥施用量。蔡曉軍等研究表明，增加氮肥施用量有利于干物質的積累，施氮量為37.5kg·hm-2時綠豆生長過程中干物質積累量最大[15]。本試驗中N2處理干物質積累量最大，并且過多的施氮量會抑制干物質的積累，各生育期干物質隨著氮肥施用量的增加呈先增大后減小的趨勢，試驗結果與前人結果一致。鄧昆鵬等研究提出，氮肥施用量在40～45kg·hm-2時綠豆產(chǎn)量呈最高[16]。本試驗中N2處理綠豆的產(chǎn)量最大，其值為40kg·hm-2，與前人研究結果一致，且整體隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢。不同施氮水平綠豆產(chǎn)量構成要素表現(xiàn)為，N2最大，N3僅次于N2處理水平。由此啟發(fā)，日后研究中可以縮短施氮水平的范圍，對N2和N3之間進行更細致的最佳施氮研究。不同施氮水平對莢長和單莢粒數(shù)外各要素存在顯著影響，不同施氮量對莢長和單莢粒數(shù)影響不大，說明產(chǎn)量受單株莢數(shù)、百粒重的影響更大。

蔡曉軍等研究發(fā)現(xiàn)，增施氮肥僅會對綠豆前期株高產(chǎn)生影響[15]。而本研究中與之相反，增施氮肥對綠豆前期影響不大，分析原因這可能是前期氮肥施用量僅為總量的1/3，且前期施氮量對莖粗影響較大，不利于綠豆長高，后期莖粗穩(wěn)定后，施氮量對株高影響較大。在本試驗中N2處理的氮肥農(nóng)學利用率和偏生產(chǎn)力最高，這是因為隨著施氮施用量的增加，產(chǎn)量呈先增大后減小的趨勢，在N2處理達到最大值，隨后變小，且在N4處理出現(xiàn)產(chǎn)量小于未施氮(N1)處理的情況，這說明過多施用氮肥會降低產(chǎn)量。N2的氮肥利用效果最好，對減少環(huán)境污染具有重要的意義。

4 結論

生育期內(nèi)綠豆干物質積累量總體呈先增加后減少的趨勢，于灌漿期達到最大值，氮肥施用量為40kg·hm-2(N2)時綠豆干物質積累量最大，為68.10g。

氮肥施用量為40kg·hm-2(N2)的綠豆產(chǎn)量最高，其產(chǎn)量為1293.61kg·hm-2。從綠豆產(chǎn)量構成要素分析，除了莢長和單莢粒數(shù)外，其它要素均受氮肥顯著影響，且在40kg·hm-2(N2)處理時數(shù)值最高，并直接影響產(chǎn)量。

各生育期綠豆莖粗的最大值均在氮肥施用量為40kg·hm-2(N2)時出現(xiàn)。不同施氮處理對分枝與花莢分化期、花莢期的株高影響不顯著。在灌漿期、成熟期時氮肥施用量為80kg·hm-2(N3)的株高數(shù)值最大。各生育期內(nèi)莖粗、株高隨著氮肥施用量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

適當?shù)氖┯玫蕰G豆生長起促進作用，過量的氮肥施用會抑制綠豆的生殖生長。氮肥施加量為40kg·hm-2(N2)時其農(nóng)學利用率和偏生產(chǎn)力最高。