不同氮肥施用方式及硝化抑制剂对小豆生长发育及氮素利用的影响
2016-02-06章淑艳王素花孙志梅李彩菊柳术杰古述江吴芳彤
章淑艳，王素花，孙志梅，李彩菊，柳术杰*，古述江，吴芳彤
(1.河北省微生物研究所，河北 保定 071051; 2.石家庄井陉矿区农牧局，河北 石家庄050100;3.河北农业大学 资源与环境学院，河北 保定 071000; 4.保定市农业科学研究所，河北 保定 071000)
不同氮肥施用方式及硝化抑制剂对小豆生长发育及氮素利用的影响
章淑艳1，王素花2，孙志梅3，李彩菊4，柳术杰4*，古述江1，吴芳彤1
(1.河北省微生物研究所，河北 保定 071051; 2.石家庄井陉矿区农牧局，河北 石家庄050100;3.河北农业大学 资源与环境学院，河北 保定 071000; 4.保定市农业科学研究所，河北 保定 071000)
为探讨小豆种植过程中氮素的合理施用方式，采用随机区组田间小区试验，研究了不同氮肥施用方式及硝化抑制剂对小豆生长发育及氮素利用的影响。结果表明：小豆始花期追施普通氮肥的处理，收获后植株鲜质量、干质量、产量和氮素累积量分别比基施处理高2.7%、3.7%、5.6%和1.9%，且鲜质量、产量和氮素积累量差异显著；且追施处理氮肥表观利用率、农学效率、生理效率和肥料贡献率分别比基施处理高7.4%、23.6%、15.6%和17.2%。基施氮肥同时配施硝化抑制剂处理的小豆鲜质量、干质量、产量和氮素积累量比不配施硝化抑制剂的处理高2.8%、10.1%、6.8%和6.9%，且均差异显著；氮肥表观利用率、农学效率、生理效率和肥料贡献率分别比不配施硝化抑制剂处理提高26.6%、28.5%、1.9%和20.1%。始花期追施氮肥配施硝化抑制剂处理的以上指标(鲜质量除外)与不配施硝化抑制剂处理差异不明显。因此，小豆种植过程中，不施硝化抑制剂时推荐氮肥追施，施用硝化抑制剂时推荐氮肥基施。
小豆； 氮肥施用方式； 生长发育； 养分利用
小豆又称赤小豆、赤豆、红豆等，为豆科(Leguminosae)菜豆属1年生草本植物，是中国、日本、韩国等亚洲国家和地区人们喜食的一种豆类[1]。小豆耐寒、耐旱、耐贫瘠土壤，一直被作为抗灾作物种植。传统的小豆生产一般不施肥，近年来，随着小豆市场需求量的逐步提高，肥料施用在其生产中也日益受到重视。但肥料施用量过高或施肥方法不科学，不仅不会提高产量，甚至还会影响豆类品质，造成养分资源浪费和环境污染[2-5]。因此，研究和推广小豆生产中肥料的科学施用技术十分必要。
氮素是植物生长必需的三大元素之一，影响植物的生长发育和产量形成，对植物干物质形成也起着重要的调节作用。与粮食作物、蔬菜和果树类不同，豆科作物的根瘤固氮能力使得豆科作物的氮肥施用技术表现出特殊性。研究表明，大豆全生育期植株所需氮素的1/4～2/3来源于根瘤固氮[6-7]。氮肥施用过多，一方面会限制豆科作物自身根瘤固氮的潜能，另一方面还会造成氮肥资源的浪费[8]。刘振兴等[9]研究表明，在始花期和盛花期喷施1%的尿素可有效提高小豆结荚率；郭洋[7]研究了不同氮肥施用量对小豆生长发育的影响。贾月慧等[10]试验表明，不同品种小豆对氮素的利用有差异。刘金龙[11]、崔洪秋[12]则分别给出了不同地区小豆合适的氮肥施用量。但目前关于小豆氮肥施用方式对其生长发育及氮素利用影响的研究未见报道。鉴于此，以冀中地区主栽小豆品种保红947为研究对象，探讨了不同氮肥施用方式以及硝化抑制剂对小豆生长发育及氮素利用的影响，旨在为小豆种植过程中氮素的合理施用提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 试验材料
试验在保定市农业科学研究所试验基地进行，土壤类型为潮褐土，养分含量为有机质13.36 g/kg、碱解氮86.56 mg/kg、速效磷13.79 mg/kg、速效钾63.08 mg/kg。供试小豆品种为保红947。供试肥料为尿素(46%)、过磷酸钙(P2O514%)和硫酸钾(K2O 50%)。硝化抑制剂为双氰胺(分析纯)。
1.2 试验设计
试验设5个处理，分别为N0处理(不施尿素)、Nd处理(氮素基施)、Nz处理(氮素于始花期追施)、NId处理(氮素基施配加硝化抑制剂)、NIz处理(氮素始花期追施配加硝化抑制剂)。各处理均以尿素为氮源，以过磷酸钙为磷源，以硫酸钾为钾源，施用量分别为N 60 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2，其中N0处理只施过磷酸钙和硫酸钾。硝化抑制剂按氮肥总量的1.5%添加。
试验于2014年6月23日播种，10月8日收获。小区面积为4 m×2.5 m，株距16.5 cm、行距50 cm，各处理重复3次，随机区组排列。田间管理按照当地的生产习惯进行。
1.3 样品采集与指标测定
分别在小豆生长的苗期、分枝期、花期和成熟期取样，苗期每小区随机取样15株，其他时期取样5株，称鲜质量；取部分代表性样品洗净后105 ℃杀青0.5 h，65 ℃烘干至恒质量，记录干质量，依次折算各时期的鲜、干物质积累量。收获时每个小区实收测产并测量株高、分枝数、单株荚数、百粒质量等指标。干样粉碎后，采用浓H2SO4-H2O2消煮，凯氏蒸馏法测定植株全氮含量，钒钼黄比色法测定全磷含量，火焰光度计法测定全钾含量[13]。
1.4 数据处理和统计分析
采用Excel 2013和SPSS 19.0进行数据处理和统计分析。有关养分利用各指标的计算公式[14-16]如下：
养分积累量(kg/hm2)=总干物质质量×植株内养分含量；
氮肥表观利用率(RE) =(施氮处理植株养分累积量-不施氮处理植株养分累积量)/施氮量×100%；
氮肥农学效率(AE，kg/kg)=(施氮处理产量-不施氮处理产量)/施氮量；
氮肥生理效率(PE，kg/kg)=(施氮处理产量-不施氮处理产量)/(施氮处理吸氮量-不施氮处理吸氮量)；
氮肥对产量的贡献率=(施氮处理产量-不施氮处理产量)/施氮处理产量×100%。
2 结果与分析
2.1 不同氮肥施用方式及硝化抑制剂对小豆植株鲜质量的影响
由图1可见，苗期到花期小豆植株鲜质量逐渐增加，花期以后则有所下降。苗期各处理植株鲜质量差别不大，说明土壤及种子中的氮素基本能满足苗期小豆生长的需要；分枝期小豆对氮素的需求增加，土壤中的氮素已不能满足小豆植株生长发育的需求，显著影响了植株生物量，不基施氮肥的处理(N0、Nz和NIz)鲜质量显著低于基施氮肥的处理(Nd和NId)，Nd、NId处理间差异不显著；花期追施氮肥后，Nd、NId处理鲜质量仍然显著高于其他处理，花期追肥的Nz、NIz处理鲜质量显著高于不施氮肥的N0处理；收获期，基追肥各处理鲜质量均显著高于N0处理，其中NId处理鲜质量最高，较Nd处理高2.8%(P<0.05)，而与Nz处理差异不显著，Nz处理比Nd处理高2.7%(P<0.05)。
同一时期不同字母表示差异显著(P<0.05)，下同
2.2 不同氮肥施用方式及硝化抑制剂对小豆植株干质量的影响
由图2可见，小豆植株干质量随生育期推进逐渐增加，苗期到分枝期的干物质累积量变化相对不大，而分枝期到收获期干物质质量大量积累。苗期各处理干质量差异不显著；分枝期，基施氮肥的Nd、NId处理小豆干质量显著高于N0、NIz、Nz处理，N0、NIz、Nz处理之间差异不显著；花期追施氮肥后，各施肥处理干质量均显著高于N0处理，基追肥处理之间差异不显著；收获期NId处理干质量最高，比Nd处理高10.1%(P<0.05)，Nz处理干质量比Nd处理高3.7%(P>0.05)，NIz处理与Nz处理差异不显著。
图2 氮肥不同施肥方式及添加硝化抑制剂对小豆干质量的影响
2.3 不同氮肥施用方式及硝化抑制剂对小豆生育性状的影响
由表1可以看出，各处理小豆株高依次为N0
表1 氮肥不同施肥方式及添加硝化抑制剂对小豆生育性状的影响
注：同列数据后不同字母表示差异显著(P<0.05)，下同。
2.4 不同氮肥施用方式及硝化抑制剂对小豆氮素累积的影响
由表2可以看出，由于不施肥N0处理干物质质量受到影响，氮素累积量最少。苗期各处理氮素累积量差别不大；分枝期，施基肥的NId、Nd处理氮素累积量均显著高于NIz、Nz、N0处理；始花期追肥后，开花期取样，各施肥处理氮素累积量均显著高于N0处理，其中Nz 处理氮素累积量最高，但与其他施肥处理差异不显著；收获期氮素累积量由高到低依次为NId>NIz>Nz>Nd>N0，NId、NIz、Nz和Nd处理氮素累积量分别比N0处理显著提高了44.2%、40.5%、37.5%和34.9%。Nz处理氮素累积量比Nd处理高1.9%(P<0.05)，NId处理比Nd处理高6.9%(P<0.05)。NId处理显著高于NIz处理，但NIz和Nz处理间差异不显著。
表2 氮肥不同施肥方式及添加硝化抑制剂对小豆氮素累积量的影响 kg/hm2
2.5 不同氮肥施用方式及硝化抑制剂对植株氮素利用的影响
由表3可以看出，各施肥处理小豆的氮肥表观利用率依次为NId>NIz>Nz>Nd，NId处理的氮素利用率最高，这与干质量、产量及氮素累积量的结果一致；NId处理的氮肥农学效率亦最高，其次为Nz处理，Nd处理最低；各处理的氮肥生理效率表现为Nz>NIz>NId>Nd，表明作物在吸收同等数量养分时Nz处理所获得的经济产量最高；几种氮肥施肥方式对产量的贡献率以NId处理最大。Nz处理氮肥表观利用率、农学效率、生理效率和贡献率分别比Nd 处理高7.4%、23.6%、15.6%和17.2%，NId处理分别比Nd处理高26.6%、28.5%、1.9%和20.1%。
表3 氮肥不同施肥方式及添加硝化抑制剂对小豆氮素利用的影响
3 结论与讨论
植物在不同生长阶段对营养的需求是不一样的，豆科作物由于具有自身固氮作用，所以在生长初期对环境氮素的需求不是很强烈，如果在生长初期施用氮肥过多，容易引起固氮菌的氮阻遏，影响根际结瘤，进而影响产量。甘银波等[17]指出，在大豆播种前及4片复叶期施入过量氮肥会抑制大豆的固氮功能，在生殖生长阶段追施氮肥却能显著增加大豆产量。本试验采用始花期追施氮肥，结果表明，苗期基追施处理差别不大，分枝期不施肥处理生长受到显著抑制，花期追肥后，追肥处理植株干、鲜质量增加较快，基追肥各处理干质量基本持平。虽然分枝期小豆受到氮素缺乏的抑制，但追施氮肥的处理(Nz)收获期干鲜质量、产量和氮素积累量依然高于基施氮肥处理(Nd)，且鲜质量、产量和氮素累积量差异显著。追施氮肥处理(Nz)氮肥表观利用率、农学效率、生理效率和肥料贡献率分别比基施处理(Nd)高7.4%、23.6%、15.6%和17.2%。可见，采用追肥更有利于小豆的生长发育和养分利用。将追肥时间提早是否会有更明显的试验效果，在今后的试验中将做进一步探讨。
关于氮肥增效剂对作物产量的影响报道较多。研究[18-19]表明，硝化抑制剂在粗质地的砂性土壤上应用效果最好，能提高玉米、小麦和马铃薯的产量，因为这种土壤保存氮素的能力差，淋溶损失较大，氮素不能满足作物整个生长期的需要，而在细质地土壤上硝化抑制剂作用不明显。黄东风等[20]将几种硝化抑制剂用于小白菜的种植，与不加硝化抑制剂的对照相比，几种硝化抑制剂处理产量均有不同程度的提高。田秀英等[21]将复合氮肥增效剂用于水稻种植，结果显示，氮肥施用量对复合氮肥增效剂发挥作用会产生一定影响，太高或太低的施肥量都不能使氮肥增效剂很好地发挥作用。复合氮肥增效剂的有效应用要以一定的施氮量为基础。本试验氮肥施用量为60 kg/hm2，硝化抑制剂添加量为氮肥的1.5%，结果表明，基施氮肥处理与配施硝化抑制剂处理苗期到花期干、鲜质量差别均不大；收获期，硝化抑制剂的氮素调控作用充分发挥，NId处理干鲜质量、产量、氮素累积量均显著高于对应的Nd处理。追施处理可能受追肥时间稍晚的影响，NIz处理与Nz处理并未表现出氮肥配施硝化抑制剂作底肥那样的效果。这还需要在以后的试验中进一步探讨。
综上所述，在不添加硝化抑制剂的情况下，采用追施氮肥的方式更有利于小豆生长发育和养分积累；而在添加硝化抑制剂的情况下，以基施氮肥的方式为最佳推荐氮肥施用方式。
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Effects of Different N Fertilizer Application Patterns and Nitrification Inhibitor on Growth and N Utilization of Adzuki Beans
ZHANG Shuyan1,WANG Suhua2,SUN Zhimei3,LI Caiju4,LIU Shujie4*,GU Shujiang1,WU Fangtong1
(1.Hebei Institute of Microbiology,Baoding 071051,China; 2.Agriculture and Animal Husbandry Bureau of Jingxing Mining Area,Shijiazhuang 050100,China; 3.College of Resource and Environmental Science,Agricultural University of Hebei,Baoding 071000,China； 4.Baoding Institute of Agricultural Sciences,Baoding 071000,China)
In order to investigate the application method of nitrogen in the process of planting adzuki bean, field experiments were conducted to study the effects of N fertilizer application patterns and nitrification inhibitor(NI) on growth and N utilization of adzuki beans.The results showed that the dry and fresh weight of plant,N accumulation and yield of adzuki beans treated with topdressing fertilization increased by 2.7%,3.7%,5.6%,1.9% compared with those of the base-fertilizer treatment respectively.And the difference of fresh weight,yield and N accumulation were significant.The apparent utilization efficiency,agronomic efficiency,physiological efficiency,yield contribution rate increased by 7.4%,23.6%,15.6% and 17.2% respectively.Compared to the treatment without NI,the combination of NI with urea as base fertilizer could increase the plant fresh and dry weight,yield and accumulation of N by 2.8%,10.1%,6.8% and 6.9% significantly.The apparent utilization efficiency,agronomic efficiency,physiological efficiency,yield contribution rate increased by 26.6%,28.5%,1.9% and 20.1% respectively(except the fresh weight).But no obvious difference was observed between the two treatments of topdressing N fertilizer with NI and without NI.Therefore,the topdressing N fertilizer was recommended under the condition without NI,and the base fertilization was recommended under the condition with NI.
adzuki beans; N fertilizer application patterns; growth; N utilization
2016-03-11
河北省科技计划项目(14226303D-4)；“十二五”国家科技支撑计划项目(2014BAD07B05)；国家现代农业产业技术体系项目(CARS-09-Z2)
章淑艳(1975-)，女，河北滦县人，副研究员,本科，主要从事微生物肥料与高效施肥技术研究。 E-mail:zsy7602@163.com
*通讯作者：柳术杰(1968-),男，河北涞水人，研究员，本科，主要从事豆类作物的育种及栽培研究。E-mail:lsj@sohu.com
S521
A
1004-3268(2016)10-0015-05
