基于預設SPAD閾值的花生氮肥施用效果研究

邱才飛，邵彩虹，彭春瑞，錢銀飛，陳 金，關賢交， 謝 江

(江西省農業科學院土壤肥料與資源環境研究所/國家紅壤改良工程技術研究中心/農業部長江中下游作物生理生態與耕作重點實驗室，江西 南昌 330200)

花生為豆科作物，具有自身固氮能力，但其通過根瘤所固定的氮量不能完全滿足花生生產的需要，必需外施氮肥補充。雖然，外施氮肥可以有效提高花生產量，且在一定用量范圍內，產量隨著施氮量的增加而增加，但也存在氮肥施用量越多，花生自身的固氮能力越弱[1-2]，氮肥的利用率越低，氮素流失加重的現象[3-5]。而氮肥的大量流失又會直接造成水體和空氣的污染，對生態環境產生不利影響。為減少氮肥的損失，國內外科技工作者通過實時檢測植物養分豐缺的手段，精確制定施肥方案，來提高氮肥在植物體內的利用效率[6-7]。由于 SPAD值和葉片氮素濃度之間具有顯著的線性相關性[8-10]，利用葉綠素計(SPAD儀)實時實地監測作物生長過程中的所有氮素源的氮素利用狀況，指導作物氮素的施用較其它方式具有更加便捷、快速的優勢，在水稻[11-13]、小麥[14-15]、棉花[16-17]、玉米[18-19]、馬鈴薯[20-21]、煙草[22-23]等多種主要作物中得到應用，且均取得較好的效果。然而，該項技術在花生、大豆等豆科作物生產上的應用卻鮮見報道。花生作為重要的油料作物，氮素利用的特點與其它作物有較大差異，外施氮肥與自身固氮之間的動態平衡較難掌握，而利用花生葉片SPAD值來動態診斷花生生產中各生育時期的氮素豐缺具有較強的可行性[8,24-25]。因此，在不犧牲產量和環境為代價的條件下，為使花生的產量、施氮量、自身固氮力和環境保護之間達到平衡，實現花生自身固氮力和外施氮肥利用率的同步提高，有必要研究花生生產中表征氮素豐缺的適宜SPAD閾值。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在江西省進賢縣羅溪鎮進行，供試田塊平整，面積0.1 hm2。試驗地土壤為第四紀紅色粘土，耕層土壤(0～20 cm)基礎養分含量分別為：有機質10.1 g·kg-1，pH值5.26，全N 0. 997 g·kg-1，全P 0.66 g·kg-1，全K 10.7 g·kg-1，堿解N 90.9 mg·kg-1，有效P 25.2 mg·kg-1，速效K 120 mg·kg-1。

1.2 試驗材料和設計

以花生品種贛花1號為供試材料，設5個處理，即習慣施氮(CK)，SN-1，SN-2，SN-3和無氮肥(N0)處理，總施肥量以N 225 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2和K2O 225 kg·hm-2為基數，其中，CK的80%N、K2O作基肥(均為180 kg·hm-2)，磷肥100%作基肥，20%N、K2O作苗肥(花生4片真葉時施用，均為45 kg·hm-2)；N0處理和SN-1，SN-2，SN-3處理及CK的磷、鉀施用方式和用量一致，SN-1，SN-2，SN-3氮肥的用量在測定值低于下閾值的情況下每減低1個點追施純氮22.5 kg·hm-2，高于上閾值則每增加1個點減施純氮22.5 kg·hm-2，在上下閾值之間則按基肥∶苗肥∶花針肥∶莢果肥=4∶3∶2∶1施用，閾值設定見表1。試驗小區面積30 m2，4次重復。

1.3 田間管理

試驗于2015年4月15日左右結合整地，各小區按試驗設計施用基肥，4月20日左右播種花生，播種方式為穴播，每穴兩粒，穴距20 cm×33.3 cm，播后蓋土3～4 cm，并用乙草胺900～1 500 ml·hm-2兌水750 kg·hm-2，充分乳化后均勻噴灑畦面，花生出苗后進行查漏補缺，同時開好三溝，注意排水，8月18日收獲。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 花生葉片SPAD值及施氮量記載 分別于花生出苗后30、45、60、75 d和90 d，每小區選擇20蔸，用日本產SPAD-502儀測定主莖倒3葉的SPAD值，測定時要對花生復葉的4片小葉中部分別測定(避開葉脈)，平均后為復葉的SPAD值，并記錄追施的氮肥量。

1.4.2 干物質及含氮量測定 分別于花針期、結莢期、飽果期和成熟期測定花生根系、莖葉和花生果的干物重，并用凱氏定氮法測定成熟期花生各部位全氮含量。

1.4.3 根瘤量的測定 花生成熟期每小區分別取10叢測定不同處理花生根瘤的個數和重量。

1.4.4 取樣考種 成熟期每處理選擇5叢有代表性的植株用于考種，各小區實收計產(成熟期考種樣計入產量)。

1.5 數據統計方法

測定數據使用Excel 2013軟件和DPS 7.5數據處理系統進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥方案對花生葉片SPAD值的影響

對各方案的SPAD值測定結果顯示(圖1)，在花生出苗后的30 d和45 d，習慣施肥的SPAD值最大，在30 d時較SN-1、SN-2、SN-3的值分別增加了1.20、1.24和1.12，三方案之間比較接近，在45 d時，期間受二次施肥的影響，較SN-1、SN-2、SN-3的值分別增加了2.10、1.48和0.54，三方案之間出現了較大的差別，且和SN-3的差異最小，在60 d時，除SN-1的SPAD值低于43外，SN-2、SN-3和習慣施肥均在43～44之間，差別不大，到75 d及以后，受三、四次施肥的影響，習慣施肥的SPAD值均最低，各處理間也出現差異，其中，以SN-3的最高，在75、90 d和105 d分別較習慣施肥增加1.98、1.90和1.56，而SN-1和SN-2基本在一個范圍內波動，但SN-2在三個時期的SPAD值均高于SN-1。

圖1 不同施肥方案的花生各生長時段SPAD值Fig.1 SPAD value of peanut leaves at different growthstages under different treatments

2.2 不同施肥方案的花生施肥時間及施氮量

按試驗設計的處理記載花生不同時期的氮肥施用時間及施肥量，從表2的結果可以看出，SN-1、SN-2、SN-3的氮肥按設定的SPAD值施用，分別需要施用3次、4次和4次，較習慣施肥增加1～2次，且增加施用時間在花生出苗后的60 d和90 d，施氮量分別為180、225 kg·hm-2和270 kg·hm-2，分別較習慣施肥減少20%、持平和增加20%。

2.3 不同施肥方案對花生干物質量的影響

不同施肥方案對花生各時期的干物質積累影響較大，從表3的結果可以看出，習慣施肥在花針期以前的根系生長量、莖葉量和花針莢果重最大，其次為SN-3，相對較少的為SN-2和SN-1，結莢期、飽果期和成熟期的根量、莖葉量大小為SN-3>SN-2> SN-1>習慣施肥>無氮肥，而花針及莢果重的大小在結莢期和飽果期為SN-2>SN-1>習慣施肥>SN-3>無氮肥，成熟期的花針莢果重則為SN-2>習慣施肥>SN-1>SN-3>無氮肥，從地上部和地下部的干物質量比例來看，在整個生育期SN-1的比值均最大，其次為SN-2，而施氮量較大的習慣施肥和SN-3的較小。

2.4 不同施肥方案對花生根瘤生長的影響

不同施肥方案對花生根瘤的生長也有較大的影響，從表4的結果可以看出，根瘤數、根瘤重最大的均為SN-1，其它依次為SN-2>習慣施肥>SN-3>無氮肥。其中，SN-1較習慣施肥的主根和側根的根瘤分別增加9.84%和15.34%，單株主根根瘤重和側根根瘤重分別增加14.29%和20.00%。根瘤的固氮不僅受根瘤數的影響，而且與根瘤的大小也有關，對單個根瘤的大小比較其重量可以發現，主根和側根的平均單個根瘤重最大的也為SN-1，較習慣施肥主根和側根的單個根瘤重分別增加4.06%和4.76%，其它為SN-2>習慣施肥>SN-3>無氮肥。

2.5 不同施肥方案的花生產量及經濟性狀

不同施肥方案對花生的產量及其經濟性狀的影響也不同，從表5的花生經濟性狀和產量結果可以看出，產量最高的為SN-2，較習慣施肥處理增產414.00 kg·hm-2，增產幅度為14.07%，其次為SN-1，較習慣施肥處理增產381.00 kg·hm-2，增產幅度為12.95%，兩施肥處理與習慣施肥的產量差異達極顯著水平，但兩施肥處理之間的差異不顯著。SN-3施肥方案與習慣施肥的產量較為接近，均較不施肥處理有極顯著的提高。從花生的經濟性狀來看，SN-1和SN-2的單株結果數、結實率、百粒重、單株仁數、百仁重和出仁率均較習慣施肥高，兩施肥方案之間比較，SN-1的結實率、百仁重和出仁率稍高，SN-2的單株結果數、百粒重表現較好。

表2 不同施肥方案的施肥時間及施氮量

表3 不同施肥方案對花生干物質量的影響

注：同列不同字母表示處理間在P<0.05水平差異顯著，下同。

Note: Different letters indicate significant difference inP<0.05 level in the same column, the same below.

表4 不同施肥方案的花生根瘤生長情況

2.6 不同施肥方案對花生氮吸收及氮素利用效率的影響

評價不同施肥方案的優劣除產量指標外，同時要考慮對環境的作用及單位肥料的報酬，從表6的結果可以看出，單株氮肥吸收量最高的為SN-3，其它依次為SN-2>SN-1>習慣施肥>無氮肥，與施氮量具有較好的相關性(相關系數0.96**)。花生氮素利用效率的結果表明，氮素表觀利用率、氮素生理效率、氮素農學利用效率和氮素偏生產力均以SN-1的表現最好，分別較對照提高了19.36、1.38、3.99和5.39個百分點，而施肥量相同，但施肥方式不同的SN-2和習慣施肥比較，其各項利用率分別增加9.67、0.67、1.84和1.84個百分點，SN-3在四個施肥方案中的氮利用率最低。

3 討論與結論

利用SPAD值來判斷作物氮素豐缺被認為是一種無損、簡便和快速的方法，Uddling等[24]發現，馬鈴薯葉片的SPAD值與葉片含氮量呈正相關，邱才飛等[8]也發現施氮水平與花生葉片SPAD值和葉片含氮量之間呈顯著的線性相關，并認為主莖倒3葉是氮素診斷的理想葉位。說明選擇合適的葉位測定是利用SPAD值判斷作物需氮情況的關鍵。于亞利[9]、胡昊[14]、屈衛群[16]、趙天成[26]等分別對春玉米、小麥、棉花和水稻的研究結果發現，同一作物在不同生育時期的葉片SPAD值之間存在顯著差異，說明在作物的不同生育時期不能使用一個SPAD值標準，應分別確定各階段的判定值。陳百翠等[27]認為馬鈴薯塊莖形成期SPAD臨界值為45.16，塊莖膨大期SPAD臨界值為44.00，淀粉積累期SPAD臨界值為44.14；賀廣生等[23]也發現烤煙品種K326在SPAD閾值40.50～43.00的范圍內能獲得較高的干物質、氮素積累和產質量。董鵬等[28]則發現利用SPAD值進行氮素管理比常規施肥可以提高氮肥利用率27.80%。本試驗是在南方紅壤旱地條件下，依據花生品種特性和土壤養分背景，并以花生高產栽培中各生育時期的SPAD值測定結果為依據，預設花生生育各時間段倒3葉片的SPAD上下閾值，制定氮肥施用方案，以期實行花生氮肥實時精確管理。

表5 不同施肥方案的花生經濟性狀和產量

表6 不同施肥方案的花生吸氮量及氮素利用效率

注：(1)氮素表觀利用率=(施氮處理吸氮量-不施氮處理吸氮量)/施氮量×100%；(2)氮素生理效率=(施氮處理籽粒產量-不施氮處理籽粒產量)/(施氮處理吸氮量-不施氮處理吸氮量)；(3)氮素農學利用效率=(施氮處理籽粒產量-不施氮處理籽粒產量)/施氮量；(4)氮素偏生產力=施氮處理籽粒產量/施氮量。

Note: (1)Apparent N utilization rate =(N uptake by N treatment- N uptake by no N treatment)/ N application amount×100%;(2)N physiological efficiency = (Grain yield under N application - Grain yield under no N application)/ (N uptake by N treatment-N uptake by no N treatment);(3)N agronomic efficiency=(Grain yield under N application - Grain yield under no N application)/ N application amount;(4)N partial productivity= Grain yield under N application/ N application amount.

試驗結果顯示，不同的施肥方案中，采用 SPAD閾值進行氮肥推薦的SN-1和SN-2方案，其產量和氮肥的利用效率較常規施肥有顯著的增加，且兩者產量差異較小，但SN-1的氮肥施用量較SN-2降低20%，氮素利用效率有較大的提高。由于花生根瘤的生長量和大小可以間接反映花生自身固氮能力，從根瘤生長來看，SN-1方案的根瘤量和單個根瘤數均較對照和其它施肥方案均有所增加，在施氮量減少的情況下，依然較對照增產12.95%。因此，在本試驗條件下，可將SN-1方案的SPAD預設值作為贛花1號高產栽培過程中各生育時段的氮素施用的判斷標準。然而，SN-1方案預設SPAD閾值在花生生產上要實現大面積推廣應用則還有較多的問題需要搞清楚。劉井良等[29]發現黑麥草品種之間SPAD值差異顯著，汪華等[30]也認為在應用SPAD 計診斷氮肥施用量時，需要根據不同的水稻品種，針對水稻生長的生理周期采用不同的SPAD 閾值，來指導氮肥的施用；而蔡紅光等[31]則發現春玉米品種葉片SPAD值主要受氮肥水平影響，且因土壤肥力而變異；李俊霞等[32]認為玉米SPAD值來源于氮水平的變異遠高于品種。同理，在花生生態環境、品種和土壤養分狀況改變的條件下，SN-1方案的SPAD預設值是否依然適用，還需進一步的研究。