施氮量对不同花生品种积累氮素来源和产量的影响

孙 虎,李尚霞,王月福,王铭伦

(1青岛农业大学植物科技学院,山东青岛266109;2山东省花生研究所,山东青岛266100)

氮素参与植物体内许多重要化合物的组成及多种营养代谢,直接或间接地影响植物的生长发育。花生属于豆科植物,可以与根瘤菌形成共生固氮体系,直接利用大气中的氮气作为氮源。但长期以来,人们过高地估计了花生的根瘤固氮作用,认为花生需氮量的70%～80%可由根瘤固氮提供,一度忽视了对花生氮素的补充。近年来,花生高产栽培实践证明,花生根瘤固氮只能满足其需氮量的40%～50%,另有一半以上的氮需从土壤和肥料中获得。因此,合理施用氮肥是花生获得高产的重要手段[1-2]。但过量施用氮肥对根侵染、根瘤发育、固氮作用和类菌体蛋白(包括固氮酶)均有抑制作用[3]。先前研究的重点多为花生的根瘤固氮,而花生对肥料氮和土壤氮的吸收利用较少涉及。为此,在前人研究的基础上,应用15N示踪技术,研究了不同施氮量对花生氮素积累来源和产量的影响,旨在为花生生产中科学施用氮肥提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

盆栽试验于2006年在青岛农业大学农学实验站进行。供试土壤(0—30 cm土层)有机质 10.6 g/kg、全氮 1.03 g/kg、碱解氮 53.51 mg/kg、速效磷36.25 mg/kg、速效钾62.44 mg/kg。供试花生选用小花生品种白沙1016和大花生品种花育17号。试验设施N 0、45、90、135 kg/hm24个处理。氮肥为上海化工研究院提供的15N标记硫酸铵,15N丰度为10.25%,每处理 10盆,播种前按 P2O5105 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2的磷、钾肥和氮肥均匀地施于15 cm土层中。采用内径30 cm×30 cm的白瓷盆钵,堵住盆底小孔,每盆装风干土22 kg,盆埋入地下。选均匀饱满的种子每盆播种4粒,出苗后选留2株。生长期精细管理,拣拾落叶。于成熟期(9月5日)按茎和叶片,果针和幼果,根,荚果分样,于 70℃下烘干,称重后磨细凯氏定氮法测定植株各部分的全氮含量,用Kjeltec 2300全自动定氮仪(瑞士Foss公司产)测定,采用ZHT-O2型质谱仪分析15N丰度,由河北省农林科学院理化所分析。

花生植株体中的土壤氮,肥料氮和大气氮来源的计算方法:

植株吸收积累肥料氮=植株吸收积累15N量/15N丰度;

植株吸收积累土壤氮=(播种前土壤全氮量+施用的肥料氮)-(收获时土壤含的全氮量-植株吸收积累肥料氮);

植株根瘤固定大气氮=植株吸收积累总氮量-植株吸收积累土壤氮-植株吸收积累肥料氮。

数据统计分析和差异显著性检验在DPS数据处理系统下进行。

2 结果与分析

2.1 施氮量对不同花生品种各器官产量的影响

两品种的茎+叶片、果针+幼果和根的干物重均表现为随着施氮量的增加而呈增加的趋势(表1)。在同一施氮量下,花育17号的茎+叶片、果针+幼果和根的干物重高于白沙1016。荚果产量花育17号在本试验范围内随着施氮量的增加而增加;而白沙1016在施N 0～90 kg/hm2范围内表现为随着施氮量的增加显著增加,但施N 135 kg/hm2荚果产量反而下降,说明两品种对氮肥的增产效应存在差异。

表1 施氮量对不同花生品种各器官产量的影响Table 1 Effects of nitrogen application amounts on yields of peanut organs

2.2 施氮量对不同花生品种成熟期各器官含氮量和积累量的影响

表2看出,两品种成熟期各器官含氮量均表现为随着施氮量的增加而增加,尤其是施N 135 kg/hm2,显著提高了各器官的含氮量,但果仁含氮量各处理之间差异不显著。说明成熟期营养器官过多的含氮量表明氮素在成熟期营养器官中滞留过多,不利于氮素向果仁中的及时运转。

成熟期每盆花生植株氮素积累量为1512.51～2245.70 mg/pot,且主要积累在果仁中。成熟期各器官氮素积累量均表现为随着施氮量的增加而增加,处理间差异显著。其中,花育17的氮素积累量要高于白沙1016,说明施氮促进了花生对氮素的吸收和积累(表2)。

表2 施氮量对不同花生品种成熟期各器官含氮量的影响Table 2 Effects of nitrogen application amounts on nitrogen contents in organs of two peanut cultivars at the maturity stage

2.3 施氮量对不同花生品种成熟期各器官15N含量的影响

两品种成熟期各器官15N含量均随着施氮量的增加而增加,处理间差异显著(表3)。说明增施氮肥可以提高花生植株对肥料氮的吸收和积累。但花育17对肥料氮的吸收要高于白沙1016。

花生植株15N积累量在12.29～32.07 mg/pot之间;成熟期各器官15N积累量均表现为随着施氮量的增加而增加(表3)。花育17的15N积累量高于白沙1016,说明施氮促进了花生对肥料氮的吸收和积累。

2.4 施氮量对不同花生品种氮肥吸收量、土壤残留率和损失率的影响

花生植株吸收15N量、15N土壤残留量和15N损失量均表现为随着施氮量的增加而增大;15N吸收率和15N土壤残留率随着施氮量的增加而减少,15N损失率随着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之间,15N土壤残留量在11.71～35.20 mg/pot之间,15N损失量在5.92～28.19 mg/pot之间;15N吸收率在 31.28%～41.37%之间,15N土壤残留率在36.18%～40.79%之间,15N损失率在19.25%～30.56%之间。

2.5 施氮量对不同花生品种吸收土壤氮、肥料氮、生物固氮量和比例的影响

根据花生植株吸收积累的15N量估计植株吸收积累肥料氮、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为652.65～ 1014.13 mg/pot,吸收比例达41.85%～48.63%;吸收肥料氮

0～312.88 mg/pot,吸收比例为0～13.93%;生物固氮量为750.53～ 944.43 mg/pot,占总氮积累量的41.25%～56.85%。结果表明,随着施氮量的增加花生植株吸收土壤氮和生物固氮量增加,增施氮肥促进了花生植株对土壤氮的吸收和对大气氮的固定;施氮量对吸收土壤氮的比例影响不规律,但吸收肥料氮的比例随着施氮量的增加而增大,而生物固氮的比例随着施氮量的增加而减小。

表3 施氮量对不同花生品种成熟期各器官15N含量和积累量的影响Table 3 Effects of N application rates on15N contents and accumulation in organs of two peanut cultivars at the maturity stage

表4 施氮量对不同花生品种氮肥利用率、土壤残留率和损失率的影响Table 4 Effects of N application rate on N absorption,residual and loss rates of soil under the peanut cultivation

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

3 讨论和结论

花生是豆科作物,其氮素营养来源有根瘤固氮、土壤和肥料三条途径[4]。传统观点认为,花生需氮量的70%～80%由根瘤固氮提供。近几年生产实践证明,花生根瘤固氮只能满足其需氮量的40%～50%,一半以上的氮需从土壤和肥料中获得[1-2]。万书波等[5]研究认为,花生植株中的氮素来源,在施肥条件下,只有6.37%～26.52%来自肥料,有19.24%～49.04%来自土壤,80.76%～24.44%来自根瘤菌固氮。本试验结果表明,两个花生品种吸收土壤氮和根瘤固氮量随施氮量的增加而增加,表明增施氮肥促进了花生植株对土壤氮的吸收和对大气氮的固定。花生吸收土壤氮的比例达41.85%～48.63%,吸收肥料氮的比例为0～ 13.93%,生物固氮占到41.25%～56.85%,吸收肥料氮的比例随着施氮量的增加而增大,生物固氮的比例随着施氮量的增加而减小。

关于花生氮肥利用效率的研究,万书波等[5]认为,花生对化肥氮素的当季吸收利用率为31.80%～42.15%,并随施氮量增加而显著降低,损失率达31.04%～49.76%,随施氮量增加而显著提高。王才斌等[6]在小麦花生两熟制条件下,全年两作三次施用氮肥(小麦基肥、追肥和花生基肥),其氮素利用率为32.52%;一作两次施用(小麦基肥和追肥,)氮素利用率为37.01%。但前者土壤残留多,损失少,氮肥回收率为69.24%,较后者高12.03个百分点。夏直播花生当茬及前茬小麦基肥和追肥(拔节期)的氮肥利用率分别为 23.70%、6.57%～7.70%和10.03%～12.73%。本试验结果表明,花生氮肥利用率在31.28%～ 41.37%之间,氮肥土壤残留率在36.18%～ 40.79%之间,氮肥损失率在19.25%～30.56%之间。氮肥吸收率和土壤残留率随着施氮量的增加而减少,损失率随着施氮量的增加而增大。

[1]李向东,万勇善,于振文,等.花生叶片衰老过程中氮素代谢指标变化[J].植物生态学报,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.

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