施氮肥對不同株型赤豆品種光合生理、干物積累及產量的影響

陳 劍， 敖 雪， 姚興東， 薛仁風， 趙 陽， 王英杰， 李 韜， 金曉梅， 莊 艷， 葛維德， 閆廣艷

(1.遼寧省農業科學院，遼寧沈陽 110161； 2.沈陽農業大學，遼寧沈陽 110866；3.遼寧特殊教育師范高等專科學校，遼寧沈陽 110161)

赤豆[Vignaangularis(Willd) Ohwi & Ohashil]又名小豆、紅豆、紅小豆、赤小豆，起源于我國，1年生草本豆科豇豆屬。赤豆種子富含蛋白質、淀粉和B族維生素等，具有很高的營養價值，可作糧食和副食品。赤豆可以糧、菜兼用，制作各色美味食品糕點；豆皮可作為食用色素材料；赤豆具有很高的藥用價值和食療保健作用，健脾利水，消腫解毒的功效，可用于水腫、增乳和減肥等。是藥食兩用的健康、保健、長壽食品的原料。在當前種植業結構調整中，雜豆是不可缺少的搭配作物，且其在山區、丘陵山地等地區已成為首選作物。人們對赤豆的作用認識提高，越來越把雜豆食品放在老年人生活的首位，需求量也越來越大，同時也是出口創匯作物。

氮是植物必需的營養元素，也是影響作物產量的重要養分因子。孫文相研究表明，氮是大豆蛋白質、細胞器和酶等物質的主要組成成分，參與許多生命活動，對大豆生長發育和產量形成有重要作用[1]。Watabab等指出，開花期施用適量的氮肥能提高植株的光合作用，促進植株對氮素的吸收，有利于種子的形成和發育[2]。章建新等研究大豆始花期追施尿素，促進大豆開花結莢，氮的利用率提高，增加大豆的產量[3]。劉熤祥等研究了氮肥對綠豆氮磷鉀積累分配及產量構成因子的影響，結果表明，高氮對綠豆氮磷鉀含量增加的影響較大，中氮影響顯著；不同株型的綠豆品種都是以中氮(30 kg/hm2)的產量性狀表現最佳，說明中氮有利于綠豆產量的提高[4]。陳振武等在黑豆花期追施氮肥對不同株型黑豆品種葉片生理生化特性的研究，試驗結果表明，不同施氮處理間葉綠素含量和凈光合速率呈明顯的差異，在開花期、結莢期、鼓粒期，隨施氮量的增加，黑豆品種的SOD、POD和CAT活性均逐漸增強[5]。陳劍等研究磷酸二銨對不同株型綠豆品種生理生化特性的影響，結果表明，對綠豆葉片中的葉色值、凈光合速率、葉片胞間二氧化碳濃度，氣孔導度值的影響都是以適量肥(150 kg/hm2)最高[6]。管瑤等研究指出，深松的土壤增施氮肥和磷肥能顯著增加產量，但是氮肥不施或多施都不利于高產[7]。氮肥施用不足會使葉片早衰，降低凈光合效率，造成減產；施用過多氮肥，生育后期干物質過多積累在植株莖、葉，干物質分配率降低，也會造成減產。合理施用氮肥是提高產量的重要措施。張忠學等研究表明，在較干旱狀況下，小幅度增加施氮量可以提高大豆產量，增產可達10%，但達到一定施肥量后，產量會隨施肥量的增加而降低[8]。倪麗研究表明，合理施用氮肥能提高產量構成因素值[9]。施用適宜的氮肥量可以促進植株的營養吸收，從而有利于更多干物質的轉化，提高作物產量。

目前，施氮量對赤豆栽培的葉片光合生理、干物質積累量、產量的影響研究報道較少，本試驗運用前人對大豆、黑豆、綠豆等方法，在植株始花期追施氮肥進行試驗，分析施氮量對直立型和半蔓生型赤豆品種的主要生育時期的光合生理特性、干物質積累量及產量的影響，研究赤豆品種高產栽培最佳的施氮量，為指導高產栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2013年6月至2014年9月在遼寧省農業科學院旱田試驗地進行。前茬作物是花生，土壤質地為壤土，0～20 cm 耕層土壤基礎養分含量為：水解性氮含量91.0%、速效磷含量41.8 mg/kg、速效鉀含量210.0 mg/kg，pH值為6.31。試驗材料選用種植面積較大，生育期相近的直立型品種白紅4號和半蔓生型品種遼紅小豆4號。

1.2 試驗設計

試驗設施氮量為高氮(N2，60 kg/hm2)、中氮(N1，30 kg/hm2)、無氮對照(N0，0 kg/hm2)的3個施氮處理。在赤豆生育的始花期，追施遼河牌尿素，含氮量為46%，其用量按設計1次施入。

試驗采用復因子裂區設計，主區施氮處理，副區品種處理，隨機區組排列，3次重復，小區行長5 m，行距0.6 m，每個處理3行區，小區面積9 m2。種植密度為9.75萬株/hm2；2013年6月4日播種，6月8日出苗，9月3日收獲；2014年6月2日播種，6月7日出苗，白紅4號于8月29日收獲；遼紅小豆4號于9月1日收獲。

1.3 調查項目與方法

1.3.1 光合生理指標測定 在赤豆的開花期、結莢期、鼓粒期3個生育時期，用LI-6400光合儀，每次測定時所取的葉片位置是不同處理植株的主莖葉片的倒數第3張葉，每個處理測定3張葉。利用人工內置紅藍光源，光照度設置為 1 200 μmol/(m2·s)，葉室溫度設置為30 ℃。每次測定時間在09：00—11：00進行。測定指標為葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Cond)、胞間CO2濃度(Ci)等。

1.3.2 葉色值測定 采用日本產的SPAD502葉綠素儀，測定施氮肥對不同株型赤豆品種的開花期、結莢期、鼓粒期等3個生育時期的葉色值。

1.3.3 干物質積累量的測定 在赤豆的開花期、結莢期、鼓粒期，在田間選取長勢均勻一致、有代表性的植株5株，將莖稈、葉片、葉柄、根系等分別裝入紗網袋內，采用自然風干法測定施氮量對不同株型赤豆品種植株的莖稈、葉片、葉柄、根系的干物質量。

1.3.4 考種和測產 在成熟前，按小區試驗的順序，每個小區連續選取長勢一致的植株5株進行室內考種，測量株高、分枝數、每株莢數、每莢粒數、每粒質量、百粒質量，取其平均值作為考種性狀值，然后小區按實打實收的實際產量，再取平均值，最后折合成單位面積產量。

1.3.5 數據處理 用Microsoft Excel 2007進行原始數據的處理和作圖，用DPS 7.05軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 施氮肥對不同株型赤豆光合生理指標的影響

2.1.1 葉色值(SPAD值) 葉綠素是參與植物體內光合作用的重要色素之一，在作物生長過程中，植株葉片的葉綠素含量與作物產量形成及積累有密切關系。葉綠素含量高，光合作用強，光能利用率高，植株干物質積累多，植株長勢強壯，抗逆性增加，為高產奠定良好的基礎。從圖1可以看出，隨著施氮量的增加，2個赤豆品種的葉色值都在結莢期達最大，而后葉片葉色值逐漸降低。2個赤豆品種均是以中氮處理最高，不施氮處理最低。2個品種之間白紅4號低于遼紅小豆4號。方差分析結果顯示，白紅4號葉色值處理間差異顯著(P白紅 4 號=0.001 9)；而遼紅小豆4號葉色值處理間差異不顯著(P遼紅小豆4 號=0.232 0)。

2.1.2 凈光合速率 光合作用是決定作物產量的重要因素，光合速率直接影響光合產物的積累。凈光合速率大小決定赤豆產量的高低，凈光合速率越高，產量也越高。從圖2可以看出，2個赤豆品種的凈光合速率都是隨著赤豆的生育進程，而呈先增后減，在花莢期達最大值，隨后逐漸下降，到成熟期降至最低，即凈光合速率趨勢表現為：N1>N2>N0。2個赤豆株型品種均在中氮處理為最高，不施氮肥處理的最低。2個品種間白紅4號高于遼紅小豆4號。方差分析結果顯示，白紅4號凈光合速率處理間差異顯著(P白紅 4 號=0.000 6)，遼紅小豆4號的凈光合速率處理間差異不顯著(P遼紅小豆 4 號=0.091 9)。

2.1.3 氣孔導度 從圖3可以看出，2個赤豆品種的氣孔導度的動態變化一致，均在花莢期達到最高，然后隨生育進程逐漸下降。2個品種都是在中氮處理的含量最高，不施氮肥處理最低。2個品種間白紅4號高于遼紅小豆4號。方差分析結果顯示，2個品種不同處理間的氣孔導度差異都未達到顯著水平(P白紅4號=0.211 6，P遼紅小豆4號=0.096 42)。

2.1.4 胞間CO2濃度 二氧化碳濃度高有利于光合作用增強，碳水化物形成多，干物質積累多。從圖4可以看出，在施氮肥處理下，2個赤豆品種的葉片胞間CO2濃度都是在中氮處理達最大，不施氮肥處理最低。2個品種間白紅4號高于遼紅小豆4號。方差分析結果，同一株型品種不同處理間光合速率差異不顯著(P白紅4號=0.127 5、P遼紅小豆4號=0.073 1)。

2.2 施氮肥對不同株型赤豆干物質積累的影響

2.2.1 根系 從圖5可以看出，在施氮肥處理下，2個赤豆品種的根系干物積累的動態變化一致，均在鼓粒期達最大，2個品種都是以中氮處理最高，不施氮處理最低。2個品種間白紅4號低于遼紅小豆4號。方差分析結果，同一株型品種不同處理間的根系干物質量差異顯著(P白紅4號=0.020 6、P遼紅小豆4號=0.010 8)。

2.2.2 莖稈 董鉆指出，對大豆來說，肥沃的土壤、適度施氮和有效根瘤共生固氮都是獲得高產所必須的；開花期施氮能減少花莢脫落，施氮植株的單株葉面積、干物質量及莢粒數均高于對照[10]。氮肥能促進植株干物質積累及其向莢粒中的分配，提高植株的干物質量以及單株莢數、每粒質量和百粒質量，施氮處理的經濟系數明顯較高。從圖6可以看出，在施氮肥處理下，2個赤豆品種的莖稈干物質積累量均變化一致，均在結莢期達到最大，以后逐漸下降減少。2個品種都是以中氮處理最高，不施氮肥處理最低。2個品種間白紅4號低于遼紅小豆4號。方差分析結果表明，同一株型品種不同處理間的莖稈干物質質量差異顯著(P白紅4號=0.013 0、P遼紅小豆4號=0.000 7)。

2.2.3 葉片 從圖7可以看出，在施氮量處理下，2個赤豆品種的葉片干物質積累量的動態變化一致，均在結莢期達最大值，2個品種都是以中氮處理達最高值，不施氮肥處理最低。2個品種間白紅4號低于遼紅小豆4號。方差分析結果表明，同一株型品種不同處理間的葉片干物質積累量差異顯著(P白紅4號=0.020 6、P遼紅小豆4號=0.010 8)。

2.2.4 葉柄 從圖8可以看出，2個赤豆品種葉柄干物質積累量都是隨著赤豆的生長發育先增后減，在結莢期達最大值，隨后逐漸下降，至成熟期降至最低，即各時期的葉柄干物質積累量表現為N1>N2>N0。2個赤豆品種均以中氮處理最大，不施氮處理最低。2個品種間白紅4號低于遼紅小豆4號。方差分析結果表明，白紅4號葉柄干物質積累量不同處理間差異不顯著(P白紅4號=0.166 0)，遼紅小豆4號差異顯著(P遼紅小豆4號=0.000 5)。

2.3 施氮肥對不同株型赤豆產量性狀及產量的影響

從表1可以看出，隨著氮肥用量的增加，2種不同株型赤豆品種的產量、百粒質量、單株粒質量、單株粒數均呈現出先升高后降低的變化趨勢。其中，產量與百粒質量2項指標值都是在N1處理下達到最高，而單株粒質量、單株粒數2項指標值則是在N2處理下的值最大。

相同氮肥處理下，不同株型赤豆品種的產量、百粒質量、單株粒質量、單株粒數差異明顯。且半蔓生型赤豆品種遼紅小豆4號的各項指標值均明顯大于直立型品種白紅4號。相同氮肥處理對2種不同株型赤豆品種的影響為半蔓生型赤豆品種遼紅小豆4號大于直立型品種白紅4號。

從品種與施氮肥用量互作對產量及產量性狀的影響來看，2個品種間白紅4號低于遼紅小豆4號。方差分析結果表明，同一株型品種不同處理間的產量差異都不顯著(P白紅4號=0.137 8、P遼紅小豆 4 號=0.139 7)。

表1 施氮肥對不同株型赤豆產量性狀和產量的影響

3 結論與討論

生長環境的變化影響著不同地區或不同年份的產量[11-12]。王樹起等研究指出，施氮肥可增加大豆的單株莢數，且隨施氮量增加，單株莢數先增而后降，單株粒數也隨施氮水平的增加呈先增加后降低的趨勢，不同施氮處理均能提高大豆的單株產量，且隨施氮水平的提高呈增加趨勢，但過高的施氮量又會抑制大豆單株產量的提高[13]。張曉春等認為，從不同施氮水平來看，施肥處理的單株有效莢數和單株粒數極顯著高于對照，過量施用氮肥會降低大豆百粒質量，不但不能增產，反而造成減產[14]。趙雙進等研究表明，夏大豆自始花期至盛花期后追施氮肥，為葉片的生長供應充足氮素，使鼓粒期葉面積顯著增加，有利于中后期葉片的植株生長，明顯提高鼓粒期單株干質量、有效莢數，產量與對照相比增加[15]。曹景勤等研究表明，初花期施氮可明顯增加每株莢數、粒數和粒質量，且其產量最高，結莢期施氮次之，苗期施氮沒有增產效果[16]。滕云等研究指出，當磷肥、鉀肥施用量不變時，大豆產量曲線隨施氮量的增加呈拋物線形狀，施氮量從0增至60 kg/hm2時產量上升，當施氮量繼續增加時，產量逐漸下降，說明大豆并不須要施用太多氮肥就能獲較高產量[17]。劉麗君等研究表明，施氮肥可顯著增加每株莢數，東農163和綏農14每株粒數均顯著增加，百粒質量變化不明顯，最終提高單株產量[18]。

本研究中不同株型赤豆品種葉片的葉色值、凈光合速率、葉片胞間CO2濃度、氣孔導度的值都是以N1處理為最高，其次是N2處理，N0處理的最低。

不同株型赤豆品種的根系、莖稈、葉片、葉柄的干物質積累量都是N1處理為最高，其次是N2處理，N0處理的最低。株型品種，直立型品種優于半蔓生型品種；品種間白紅4號低于遼紅小豆4號。

施氮肥對不同株型赤豆品種的產量影響最高的是N1處理，其次是N2處理，N0處理最低。白紅4號單株粒質量、單株粒數、百粒質量、產量低于遼紅小豆4號。

從施氮肥對赤豆的葉片生理指標、干物質積累量、產量性狀及產量分析可知，赤豆品種類型表現不同，在初花期追施氮肥(尿素)30 kg/hm2是最適宜。本研究結果與前人研究結論基本一致。

本研究結果表明，在施氮肥處理下，白紅4號干物質積累快于遼紅小豆4號，這可能是由于葉片葉色值和胞間CO2濃度值高、直立型品種的主莖生長速度快、物質轉化也快、干物形成多而造成的。符合赤豆生育規律，但二者的差異是否受施氮肥的影響，具體有待進一步研究闡明。本研究結果表明，對赤豆葉片的葉色值、凈光合速率、葉片胞間CO2濃度、氣孔導度的值都是以中氮處理最高，對赤豆品種的根系、莖稈、葉片、葉柄的干物質積累，產量均以中氮處理最高。不同株型赤豆品種最適施氮肥量(尿素)30 kg/hm2為宜，不同株型赤豆品種白紅4號低于遼紅小豆4號。