施氮量對不同花生品種積累氮素來源和產(chǎn)量的影響

孫 虎,李尚霞,王月福,王銘倫

(1青島農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科技學(xué)院,山東青島266109;2山東省花生研究所,山東青島266100)

氮素參與植物體內(nèi)許多重要化合物的組成及多種營養(yǎng)代謝,直接或間接地影響植物的生長發(fā)育。花生屬于豆科植物,可以與根瘤菌形成共生固氮體系,直接利用大氣中的氮?dú)庾鳛榈础５L期以來,人們過高地估計(jì)了花生的根瘤固氮作用,認(rèn)為花生需氮量的70%～80%可由根瘤固氮提供,一度忽視了對花生氮素的補(bǔ)充。近年來,花生高產(chǎn)栽培實(shí)踐證明,花生根瘤固氮只能滿足其需氮量的40%～50%,另有一半以上的氮需從土壤和肥料中獲得。因此,合理施用氮肥是花生獲得高產(chǎn)的重要手段[1-2]。但過量施用氮肥對根侵染、根瘤發(fā)育、固氮作用和類菌體蛋白(包括固氮酶)均有抑制作用[3]。先前研究的重點(diǎn)多為花生的根瘤固氮,而花生對肥料氮和土壤氮的吸收利用較少涉及。為此,在前人研究的基礎(chǔ)上,應(yīng)用15N示蹤技術(shù),研究了不同施氮量對花生氮素積累來源和產(chǎn)量的影響,旨在為花生生產(chǎn)中科學(xué)施用氮肥提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

盆栽試驗(yàn)于2006年在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。供試土壤(0—30 cm土層)有機(jī)質(zhì) 10.6 g/kg、全氮 1.03 g/kg、堿解氮 53.51 mg/kg、速效磷36.25 mg/kg、速效鉀62.44 mg/kg。供試花生選用小花生品種白沙1016和大花生品種花育17號。試驗(yàn)設(shè)施N 0、45、90、135 kg/hm24個(gè)處理。氮肥為上海化工研究院提供的15N標(biāo)記硫酸銨,15N豐度為10.25%,每處理 10盆,播種前按 P2O5105 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2的磷、鉀肥和氮肥均勻地施于15 cm土層中。采用內(nèi)徑30 cm×30 cm的白瓷盆缽,堵住盆底小孔,每盆裝風(fēng)干土22 kg,盆埋入地下。選均勻飽滿的種子每盆播種4粒,出苗后選留2株。生長期精細(xì)管理,揀拾落葉。于成熟期(9月5日)按莖和葉片,果針和幼果,根,莢果分樣,于 70℃下烘干,稱重后磨細(xì)凱氏定氮法測定植株各部分的全氮含量,用Kjeltec 2300全自動(dòng)定氮儀(瑞士Foss公司產(chǎn))測定,采用ZHT-O2型質(zhì)譜儀分析15N豐度,由河北省農(nóng)林科學(xué)院理化所分析。

花生植株體中的土壤氮,肥料氮和大氣氮來源的計(jì)算方法:

植株吸收積累肥料氮=植株吸收積累15N量/15N豐度;

植株吸收積累土壤氮=(播種前土壤全氮量+施用的肥料氮)-(收獲時(shí)土壤含的全氮量-植株吸收積累肥料氮);

植株根瘤固定大氣氮=植株吸收積累總氮量-植株吸收積累土壤氮-植株吸收積累肥料氮。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)在DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)下進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對不同花生品種各器官產(chǎn)量的影響

兩品種的莖+葉片、果針+幼果和根的干物重均表現(xiàn)為隨著施氮量的增加而呈增加的趨勢(表1)。在同一施氮量下,花育17號的莖+葉片、果針+幼果和根的干物重高于白沙1016。莢果產(chǎn)量花育17號在本試驗(yàn)范圍內(nèi)隨著施氮量的增加而增加;而白沙1016在施N 0～90 kg/hm2范圍內(nèi)表現(xiàn)為隨著施氮量的增加顯著增加,但施N 135 kg/hm2莢果產(chǎn)量反而下降,說明兩品種對氮肥的增產(chǎn)效應(yīng)存在差異。

表1 施氮量對不同花生品種各器官產(chǎn)量的影響Table 1 Effects of nitrogen application amounts on yields of peanut organs

2.2 施氮量對不同花生品種成熟期各器官含氮量和積累量的影響

表2看出,兩品種成熟期各器官含氮量均表現(xiàn)為隨著施氮量的增加而增加,尤其是施N 135 kg/hm2,顯著提高了各器官的含氮量,但果仁含氮量各處理之間差異不顯著。說明成熟期營養(yǎng)器官過多的含氮量表明氮素在成熟期營養(yǎng)器官中滯留過多,不利于氮素向果仁中的及時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。

成熟期每盆花生植株氮素積累量為1512.51～2245.70 mg/pot,且主要積累在果仁中。成熟期各器官氮素積累量均表現(xiàn)為隨著施氮量的增加而增加,處理間差異顯著。其中,花育17的氮素積累量要高于白沙1016,說明施氮促進(jìn)了花生對氮素的吸收和積累(表2)。

表2 施氮量對不同花生品種成熟期各器官含氮量的影響Table 2 Effects of nitrogen application amounts on nitrogen contents in organs of two peanut cultivars at the maturity stage

2.3 施氮量對不同花生品種成熟期各器官15N含量的影響

兩品種成熟期各器官15N含量均隨著施氮量的增加而增加,處理間差異顯著(表3)。說明增施氮肥可以提高花生植株對肥料氮的吸收和積累。但花育17對肥料氮的吸收要高于白沙1016。

花生植株15N積累量在12.29～32.07 mg/pot之間;成熟期各器官15N積累量均表現(xiàn)為隨著施氮量的增加而增加(表3)。花育17的15N積累量高于白沙1016,說明施氮促進(jìn)了花生對肥料氮的吸收和積累。

2.4 施氮量對不同花生品種氮肥吸收量、土壤殘留率和損失率的影響

花生植株吸收15N量、15N土壤殘留量和15N損失量均表現(xiàn)為隨著施氮量的增加而增大;15N吸收率和15N土壤殘留率隨著施氮量的增加而減少,15N損失率隨著施氮量的增加而增大。表4看出,花生植株吸收15N量在12.29～32.07 mg/pot之間,15N土壤殘留量在11.71～35.20 mg/pot之間,15N損失量在5.92～28.19 mg/pot之間;15N吸收率在 31.28%～41.37%之間,15N土壤殘留率在36.18%～40.79%之間,15N損失率在19.25%～30.56%之間。

2.5 施氮量對不同花生品種吸收土壤氮、肥料氮、生物固氮量和比例的影響

根據(jù)花生植株吸收積累的15N量估計(jì)植株吸收積累肥料氮、土壤氮以及生物固氮量(表5)可以看出,花生植株吸收土壤氮為652.65～ 1014.13 mg/pot,吸收比例達(dá)41.85%～48.63%;吸收肥料氮

0～312.88 mg/pot,吸收比例為0～13.93%;生物固氮量為750.53～ 944.43 mg/pot,占總氮積累量的41.25%～56.85%。結(jié)果表明,隨著施氮量的增加花生植株吸收土壤氮和生物固氮量增加,增施氮肥促進(jìn)了花生植株對土壤氮的吸收和對大氣氮的固定;施氮量對吸收土壤氮的比例影響不規(guī)律,但吸收肥料氮的比例隨著施氮量的增加而增大,而生物固氮的比例隨著施氮量的增加而減小。

表3 施氮量對不同花生品種成熟期各器官15N含量和積累量的影響Table 3 Effects of N application rates on15N contents and accumulation in organs of two peanut cultivars at the maturity stage

表4 施氮量對不同花生品種氮肥利用率、土壤殘留率和損失率的影響Table 4 Effects of N application rate on N absorption,residual and loss rates of soil under the peanut cultivation

表5 施氮量對不同花生品種吸收土壤氮、肥料氮、生物固氮量和比例的影響Table 5 Effects of N application rate on proportions of N absorbed from soil,fertilizer and fixed from air of two peanut cultivars

3 討論和結(jié)論

花生是豆科作物,其氮素營養(yǎng)來源有根瘤固氮、土壤和肥料三條途徑[4]。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為,花生需氮量的70%～80%由根瘤固氮提供。近幾年生產(chǎn)實(shí)踐證明,花生根瘤固氮只能滿足其需氮量的40%～50%,一半以上的氮需從土壤和肥料中獲得[1-2]。萬書波等[5]研究認(rèn)為,花生植株中的氮素來源,在施肥條件下,只有6.37%～26.52%來自肥料,有19.24%～49.04%來自土壤,80.76%～24.44%來自根瘤菌固氮。本試驗(yàn)結(jié)果表明,兩個(gè)花生品種吸收土壤氮和根瘤固氮量隨施氮量的增加而增加,表明增施氮肥促進(jìn)了花生植株對土壤氮的吸收和對大氣氮的固定。花生吸收土壤氮的比例達(dá)41.85%～48.63%,吸收肥料氮的比例為0～ 13.93%,生物固氮占到41.25%～56.85%,吸收肥料氮的比例隨著施氮量的增加而增大,生物固氮的比例隨著施氮量的增加而減小。

關(guān)于花生氮肥利用效率的研究,萬書波等[5]認(rèn)為,花生對化肥氮素的當(dāng)季吸收利用率為31.80%～42.15%,并隨施氮量增加而顯著降低,損失率達(dá)31.04%～49.76%,隨施氮量增加而顯著提高。王才斌等[6]在小麥花生兩熟制條件下,全年兩作三次施用氮肥(小麥基肥、追肥和花生基肥),其氮素利用率為32.52%;一作兩次施用(小麥基肥和追肥,)氮素利用率為37.01%。但前者土壤殘留多,損失少,氮肥回收率為69.24%,較后者高12.03個(gè)百分點(diǎn)。夏直播花生當(dāng)茬及前茬小麥基肥和追肥(拔節(jié)期)的氮肥利用率分別為 23.70%、6.57%～7.70%和10.03%～12.73%。本試驗(yàn)結(jié)果表明,花生氮肥利用率在31.28%～ 41.37%之間,氮肥土壤殘留率在36.18%～ 40.79%之間,氮肥損失率在19.25%～30.56%之間。氮肥吸收率和土壤殘留率隨著施氮量的增加而減少,損失率隨著施氮量的增加而增大。

[1]李向東,萬勇善,于振文,等.花生葉片衰老過程中氮素代謝指標(biāo)變化[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2001,25(5):549-552.Li X D,Wan Y S,Yu Z W et al.Index change of nitrogen metabolizing during senescence of peanut leaf[J].Chin.J.Plant Ecol.2001,25(5):549-552.

[2]李向東,王曉云,張高英,等.花生衰老的氮素調(diào)控[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2000,33(5):1-7.Li X D,Wang X Y,Zhang G Y et al.Nitrogen control of peanut senescence[J].Sci.Agric.Sin.,2000,33(5):1-7.

[3]Watabab K,Morita T,NobuyasuH.Effect of pod removal on absorption and reduction of nitrate in soybean[J].Soil Sci Plant Nutr.,1997,43(1):63-73.

[4]趙秀芬,房增國.大豆、花生固氮與施氮關(guān)系的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2005,11(3):48-49.Zhao X F,Fang Z G.Study headway on relation of nitrogen fixation in soybean,peanut and appling nitrogen[J].J.Anhui Agron.,2005,11(3):48-49.

[5]萬書波,封勝海,左學(xué)青,等.不同供氮水平花生的氮素利用效率[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué),2000,(1):31-33.Wan S B,Feng S H,Zuo X Q et al.Nitrogen using efficiency of different providing nitrogen level in peanut[J].Shandong Agric.Sci.,2000,(1):31-33.

[6]王才斌,成波,孫秀山,等.應(yīng)用15N研究小麥花生兩熟制氮肥分配方式對小麥、花生產(chǎn)量及N肥利用率的影響[J].核農(nóng)學(xué)報(bào),2002,16(2):98-102.Wang C B,Cheng B,Sun X S et al.Effect of nitrogen distributing mode by using15N on wheat,peanut yield and nitrogen using efficiency[J].J.Nucl.Agron.,2002,16(2):98-102.