覆膜条件下不同施氮量 对花生产量和水分利用效率的影响

黄 鹏，李援农，谷晓博，房云杰，方 恒，徐路全

(西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西 杨凌 712100)

氮是花生吸收量最大的营养元素，对花生的形成和品质改良起着至关重要的作用。花生是豆科作物，结瘤具有固氮作用，可达到花生生长发育所需总氮量的22.4%～80.8%。然而，固氮本身不能满足花生氮素的需要[1,2]。增施氮肥可提高花生产量，改良花生品质，但过量施用氮肥不仅会降低肥料利用率，危害农田的生态环境，也会对花生的产量和质量产生不利影响。因此，合理控制氮肥的施用量是提高花生产量和氮肥利用率的重要措施。研究表明，在一定的施氮量范围内，花生产量随着施氮量的增加而增加，但氮肥施用量增加效率受土壤质地和氮素水平的影响很大[3-9]。

花生生产有多种栽培方式，如覆盖地膜，露地和夏季直播。花生地膜覆盖栽培产量高，效益好。与露地栽培相比，覆膜栽培更有利于花生干物质的积累，分配和转移，有利于营养生长与生殖生长关系的协调。它可以显著增加干物质总量和花生产量，提高经济系数。

目前，国内外学者针对花生的适宜施氮量[3-6]、覆膜的增产特性[10-17]分别进行了大量的研究，但对覆膜条件下的适宜施氮量的研究很少。为确定关中地区花生覆膜的适宜性及覆膜条件下花生的适宜施氮量，本试验对花生覆膜条件下施氮肥的增产特性进行了探讨，同时研究了覆膜条件下不同的施氮量对花生产量和水分利用效率的影响，以期为关中西部地区花生的合理种植策略提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验于2017年6月2日-2017年10月18日在陕西省杨凌区西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室灌溉试验站进行，试验站地处北纬34°17′38″，东经108°04′08″，海拔521 m，地势平坦开阔，光热资源充足，年日照时数2 527.1 h，年平均气温13 ℃，多年平均蒸发量1 500 mm，年平均降水量632 mm，主要集中于7-9月，且降水年内季节分配不均，7-9月份降水占全年降水量的70%左右，地下水埋深80 m，属于半湿润易旱地区。试验站内设有县级自动气象站。试验田土壤质地为壤土，其中，砂粒、粉粒和黏粒分别占25.4%、44.1%和30.5%，平均干容重为1.40 g/cm3，田间持水率和凋萎系数分别为24.0%和8.5%(质量分数)。0～20 cm土层的土壤理化性状为：有机质13.20 g/kg，全氮0.93 g/kg，碱解氮76.27 mg/kg，速效磷25.38 mg/kg，速效钾131.97 mg/kg，pH值为8.12。花生全生育期降水量见表1。

表1 全生育期降水量 mm

1.2 试验材料与设计

试验花生品种为鲁花12号，生物降解膜宽40 cm，厚0.008 mm，供试肥料为尿素(总氮含量46%)、氧化钾(K2O质量分数50.0%)、过磷酸钙(有效P2O5含量≥16.0%)。覆膜(W1)和不覆膜(W0)处理均设置6个处理，施氮量为0、60、120、180、240和300 kg/hm2，分别记为N0、N2、N4、N6、N8和N10。小区宽3.2 m、长4 m，所有小区随机分布，每个小区两边设有保护行。2017年6月2日播种，于2017年6月27日覆膜，穴距15 cm，行距40 cm，采用人工穴播，每穴3粒种子。 2017年7 月由于干旱，为保证正常生长，于花针期(播种后47 d)向每小区灌水 30 mm。播前两天施肥翻耕，磷肥90 kg/hm2，钾肥120 kg/hm2。田间管理同一般大田。于2017年10月18日收获。

1.3 测量指标及方法

1.3.1 土壤含水率测定

在花生播种前以及苗期、花针期、成熟期分别测量0～200 cm土层土壤含水率，所有取土方式均采用土钻法，每隔10 cm取一个样，用烘干法测定含水率，取土位置为小区中间行相邻两株花生的中间区域。含水率(质量)计算公式为：

θ=[(Mm-Md)/(Md-M)]×100%

(1)

式中：θ为土壤质量含水率，%；Mm为湿土和铝盒总重，g；Md为干土和铝盒总重，g；M为铝盒重，g。

1.3.2 土壤贮水量

土壤贮水量计算如式：

W=10γHθ

(2)

式中：W为土壤贮水量，mm；γ为土壤容重，g/cm3；H为土层深度，cm；θ为土壤质量含水率，%

1.3.3 生育期耗水量

作物生育期耗水量计算如式：

ET=P+I+W1-W2

(3)

式中：ET为作物耗水量，mm；P为生育期降水量，mm；W1为播前土壤贮水量，mm；W2为收获后土壤贮水量，mm；I为生育期灌水量，mm。

水分利用效率计算如式：

WUE=Y/(10ET)

(4)

式中：WUE为水分利用效率，kg/m3；Y为籽粒产量，kg/hm2。

1.3.4 地上部干物质量

分别在苗期、花针期和成熟期分别在各小区取10株花生，将器官分离，分别测其鲜重，然后105 ℃杀青0.5 h，75 ℃烘干至恒重后称重。

1.3.5 产量及其构成因素

花生成熟后，各个处理的小区分别随机取样1 m2花生，测量其侧枝数、主茎高、侧枝长、分枝数、单株结果数、单株果重、百粒重、百仁重、实际产量等。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2007处理数据，DPS进行试验数据统计分析，方差分析使用LSD法进行；OriginPro8.5作图。

2 结果分析

2.1 覆膜条件下不同施氮量对花生地上干物质积累量的影响

不覆膜(W0)处理下，同一生育期，随着施氮量的增加，花生干物质累积量呈现先增加后降低的趋势见图1。幼苗期、开花期、结颊期N8处理的干物质积累量最大，分别较N0处理的显著增加48.6%、79.8%、106%，成熟期N6处理的干物质累积量最大，较N0处理的显著增加41.5%。

覆膜(W1)处理下，同一生育期内，花生干物质累积量随着施氮量的增加呈现先增加后降低的趋势见图1。幼苗期、花针期N8处理的干物质积累量最大，分别较N0处理的显著增加40.3%、8.1%，结颊期和成熟期N4处理的干物质积累量最大，分别较W0N0处理的显著增加47.4%、40.3%。

相同的施氮量水平，花生的干物质累积量覆膜(W1)比不覆膜(W0)处理在幼苗期、花针期、结颊期分别显著增加20.2%～27.3%、48.2%～149.5%、7.3%～43.3%，这三个时期，覆膜(W1)比不覆膜(W0)处理有显著差异，见表2。成熟期中N0、N2、N4处理分别显著增加10.9%、13.9%、19.5%，N6、N8、N10处理分别显著减少6.2%、5.5%、2.6%，覆膜(W1)比不覆膜(W0)处理也有显著差异。

图1 不同处理下花生成熟期的单株地上干物质量Fig.1 The quality of dry matter in peanut mature stage under different treatments

g

2.2 覆膜条件下不同施氮量处理对花生农艺性状和产量的影响

覆膜(W1)处理下，主茎高、侧枝长较不覆膜(W0)处理在不同的施氮水平下增长幅度不同，见表3。主茎高在N0～N10的施氮水平下增长幅度稳定在5.1%～8.9%，W1和W0处理存在显著差异，且W1处理下不同的施氮水平之间也存在显著差异。侧枝长在施氮水平N0～N4下，覆膜(W1)较不覆膜处理(W0)下增长7.3%～12.3%，差异显著，但在施氮水平N6～N10下，与不覆膜处理(W0)相差不大，不存在显著差异。覆膜(W1)和不覆膜(W0)处理下分枝数无显著差异，W1处理下不同的施氮水平分枝数也无显著差异。

表3 不同处理对花生农艺性状和产量的影响Tab.3 The effects of different treatments on peanut agronomic traits and yield

相同的施氮水平，花生覆膜(W1)较不覆膜(W0)处理表现出百果重大，百仁重大的高产性状。覆膜对花生百果重、百仁重的影响显著，百果重较不覆膜最大增幅达11.8%，百仁重较不覆膜最大增幅达8%，W1和W0处理在百果重和百仁重上存在显著差异，见表3。相同的施氮水平，W1较W0处理产量增产显著，增产幅度为17.3%～21.9%。施氮水平为N6，W1较W0处理增产最大，达到21.9%；施氮水平为N2，增产最小，为17.3%。W1处理不同的施氮水平，N0、N2、N4、N6、N8的产量均存在显著性差异，N0和N10不存在显著性差异，见图2。

图2 不同施氮处理下的产量Fig.2 Yield under different nitrogen treatment

2.3 覆膜条件下不同施氮量对花生的耗水量、水分利用效率的影响

覆膜(W1)处理下，耗水量、水分利用效率变化趋势一致，均随施氮量的增加先增加后降低，见图3、图4。施氮水平N6，其耗水量最多；施氮水平N4，其水分利用效率最高，较W1N0处理下显著提高25.5%。施氮水平N0和N10比较，N2和N8比较，N4和N6比较，两者水分利用效率基本一样，差异不显著。施氮水平N0、N2和N4比较，N6、N8和N10比较，三者水分利用效率差异显著。

图3 不同施氮处理下水分利用效率的变化Fig.3 The change of water utilization efficiency under different nitrogen treatment

图4 不同施氮处理下的耗水量Fig.4 The water consumption under different nitrogen treatment

相同的施氮水平，覆膜(W1)较不覆膜(W0)处理的耗水量差异性显著，见图3。施氮水平N0～N6，覆膜(W1)较不覆膜(W0)处理耗水量的增加随着施氮量的增加而增加；施氮水平N6～N10，耗水量的增加略微下降，保持在9.4～10.81 mm之间；施氮水平N6，W1N6的耗水量较W0N6增加最大，为10.81 mm。同时，覆膜(W1)较不覆膜(W0)处理的水分利用效率差异显著，见图4。W1较W0处理的水分利用效率提高幅度为16.1%～22.9%；施氮水平N4时，W1N4较W0N4处理水分利用效率提高幅度最大，达到22.9%。

覆膜(W1)处理下，花生耗水量有增加且差异显著，见图3、图4。同时，花生覆膜对其水分利用效率随着施氮量的增加先增加而后降低，说明施氮量过高反而会降低花生的水分利用效率，覆膜对花生的水分利用效率也有显著影响。

表4 不同处理下对花生的耗水量、水分利用效率的影响Tab.4 Effects of different treatments on water consumption and water use efficiency of peanut

3 讨 论

3.1 花生产量和农艺性状

花生的产量与整株及荚果干物质积累密切相关，积累的速率和形成周期是产量的关键[18,19]。甄志高[30]等研究认为，与露地栽培相比，覆膜处理能促进花生的生育进程，使覆膜花生整个生育期干物质积累始终处于较高水平，对光合产物的形成和干物质的积累与转移有着积极的作用。本研究也表明，覆膜对花生的生育期的干物质积累确实存在明显的促进作用，这可能是因为覆膜有利于增温保墒，减少不必要的水分蒸发，从而有利于花生对水分、养分和阳光的吸收。马登超[25]等研究表明，与露地栽培相比，覆膜栽培花生产量增加25.22%，同时单株结果数、百果重、百仁重和收获指数均有增加，但百果重增加最为显著。本研究表明覆膜对花生的产量确实存在明显的增产作用，增产幅度为17.3%～24.8%，对百果重的增加影响显著，对百仁重有影响，但增加不显著。同时，覆膜对花生的主茎和侧枝有促进作用，对分枝数几乎没有影响。这说明覆膜主要是增加花生的百果重从而增加花生的产量。

周录英[29]等研究表明，施氮量处于0～450 kg/hm2时，花生荚果的产量随着施氮量的增加呈增加趋势，施氮量为450 kg/hm2，荚果产量最大。张翔[28]等研究认为，施氮量在0～150 kg/hm2时，“鲁花12号”获得最高荚果产量的施氮量为112.5 kg/hm2。本试验研究表明，随着施氮量的增加，花生产量随着施氮量的增加先增加后减少，在施氮量为120 kg/hm2时，产量达到最大，与张翔研究基本一致，与周录英研究不一致的原因可能是因为土壤、花生品种不同等因素。低量施氮和高量施氮均会造成花生植株营养生长过剩，对花生增产的效果影响不大。施用氮肥对花生的百果重没有显著的影响，但对百仁重有显著的影响。这表明，氮肥主要是通过增加百仁重来达到增产的效果。同时，花生氮肥用量受多个因素的影响，其中土壤肥力差异是影响氮肥用量的重要因素之一。本实验探究的花生适宜的氮肥量与前人研究不一样，可能是因为关中地区壤土的土壤肥力差异。

3.2 耗水量和水分利用效率

杨传婷[22,23]等研究认为覆膜在自然条件下之所以能够获得高的水分利用效率，是因为能够更好地利用降水，获得较高的荚果产量。郭媛[30]等研究表明，产量和耗水量共同决定了水分利用效率的高低，通过减少水分无效损失和提高产量都能提高水分利用效率。本研究中，通过对收获后的贮水量与耗水量进行分析，覆膜通过对降水量的利用和减少土壤水分的蒸发来增加花生的耗水量。同时，覆膜通过对花生的增产来提高水分利用效率，提高幅度为16.1%～22.9%，这与杨传婷和郭媛等研究一致。

段文学[24]等研究结果表明，施氮可促进旱地小麦对土壤水分的消耗，同时在施氮量不超过150 kg/hm2时增加施氮量，有利于小麦水分利用效率的提高；施氮量增加到180 kg/hm2,籽粒水分利用效率无显著变化，施氮量继续增加到210 kg/hm2,水分利用效率、显著降低。本研究中，在0～120 kg/hm2的施氮量下，水分利用效率随施氮量的增加而增大，在160～300 kg/hm2的施氮量下，水分利用效率随施氮量的增加而降低。覆膜条件下施氮量为120 kg/hm2时，水分利用效率最大。适量施氮能显著提高花生的水分效率，但是过量施氮和不足施氮，对花生的水分利用效率却大幅降低。

4 结 论

(1)在施氮量不超过12 0kg/hm2时增加施氮量,有利于花生产量和水分利用效率的提高；施氮量增加到180～300 kg/hm2, 相比较施氮量为120 kg/hm2的处理，花生产量和水分利用效率明显降低。本试验条件下，施氮量为120 kg/hm2是兼顾产量和水分利用效率的适宜施氮量，此时增产幅度达到24.3%。

(2)覆膜能提高花生的产量和水分利用效率，在不同的施氮水平下，显著提高花生的产量，增产幅度为17.3%～24.8%。

(3)充分考虑覆膜、施氮以及二者的交互作用对花生的生长指标、产量和水分利用效率等的影响，在关中地区覆膜花生栽培模式下，施氮量为 120 kg/hm2最为适宜，即本实验中W1N4处理，其相比较于W0N0处理条件下，产量和水分利用效率提高最大，分别为47.2%和47.8%。