施氮肥对不同株型赤豆品种光合生理、干物积累及产量的影响

陈 剑， 敖 雪， 姚兴东， 薛仁风， 赵 阳， 王英杰， 李 韬， 金晓梅， 庄 艳， 葛维德， 闫广艳

(1.辽宁省农业科学院，辽宁沈阳 110161； 2.沈阳农业大学，辽宁沈阳 110866；3.辽宁特殊教育师范高等专科学校，辽宁沈阳 110161)

赤豆[Vignaangularis(Willd) Ohwi & Ohashil]又名小豆、红豆、红小豆、赤小豆，起源于我国，1年生草本豆科豇豆属。赤豆种子富含蛋白质、淀粉和B族维生素等，具有很高的营养价值，可作粮食和副食品。赤豆可以粮、菜兼用，制作各色美味食品糕点；豆皮可作为食用色素材料；赤豆具有很高的药用价值和食疗保健作用，健脾利水，消肿解毒的功效，可用于水肿、增乳和减肥等。是药食两用的健康、保健、长寿食品的原料。在当前种植业结构调整中，杂豆是不可缺少的搭配作物，且其在山区、丘陵山地等地区已成为首选作物。人们对赤豆的作用认识提高，越来越把杂豆食品放在老年人生活的首位，需求量也越来越大，同时也是出口创汇作物。

氮是植物必需的营养元素，也是影响作物产量的重要养分因子。孙文相研究表明，氮是大豆蛋白质、细胞器和酶等物质的主要组成成分，参与许多生命活动，对大豆生长发育和产量形成有重要作用[1]。Watabab等指出，开花期施用适量的氮肥能提高植株的光合作用，促进植株对氮素的吸收，有利于种子的形成和发育[2]。章建新等研究大豆始花期追施尿素，促进大豆开花结荚，氮的利用率提高，增加大豆的产量[3]。刘熤祥等研究了氮肥对绿豆氮磷钾积累分配及产量构成因子的影响，结果表明，高氮对绿豆氮磷钾含量增加的影响较大，中氮影响显著；不同株型的绿豆品种都是以中氮(30 kg/hm2)的产量性状表现最佳，说明中氮有利于绿豆产量的提高[4]。陈振武等在黑豆花期追施氮肥对不同株型黑豆品种叶片生理生化特性的研究，试验结果表明，不同施氮处理间叶绿素含量和净光合速率呈明显的差异，在开花期、结荚期、鼓粒期，随施氮量的增加，黑豆品种的SOD、POD和CAT活性均逐渐增强[5]。陈剑等研究磷酸二铵对不同株型绿豆品种生理生化特性的影响，结果表明，对绿豆叶片中的叶色值、净光合速率、叶片胞间二氧化碳浓度，气孔导度值的影响都是以适量肥(150 kg/hm2)最高[6]。管瑶等研究指出，深松的土壤增施氮肥和磷肥能显著增加产量，但是氮肥不施或多施都不利于高产[7]。氮肥施用不足会使叶片早衰，降低净光合效率，造成减产；施用过多氮肥，生育后期干物质过多积累在植株茎、叶，干物质分配率降低，也会造成减产。合理施用氮肥是提高产量的重要措施。张忠学等研究表明，在较干旱状况下，小幅度增加施氮量可以提高大豆产量，增产可达10%，但达到一定施肥量后，产量会随施肥量的增加而降低[8]。倪丽研究表明，合理施用氮肥能提高产量构成因素值[9]。施用适宜的氮肥量可以促进植株的营养吸收，从而有利于更多干物质的转化，提高作物产量。

目前，施氮量对赤豆栽培的叶片光合生理、干物质积累量、产量的影响研究报道较少，本试验运用前人对大豆、黑豆、绿豆等方法，在植株始花期追施氮肥进行试验，分析施氮量对直立型和半蔓生型赤豆品种的主要生育时期的光合生理特性、干物质积累量及产量的影响，研究赤豆品种高产栽培最佳的施氮量，为指导高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2013年6月至2014年9月在辽宁省农业科学院旱田试验地进行。前茬作物是花生，土壤质地为壤土，0～20 cm 耕层土壤基础养分含量为：水解性氮含量91.0%、速效磷含量41.8 mg/kg、速效钾含量210.0 mg/kg，pH值为6.31。试验材料选用种植面积较大，生育期相近的直立型品种白红4号和半蔓生型品种辽红小豆4号。

1.2 试验设计

试验设施氮量为高氮(N2，60 kg/hm2)、中氮(N1，30 kg/hm2)、无氮对照(N0，0 kg/hm2)的3个施氮处理。在赤豆生育的始花期，追施辽河牌尿素，含氮量为46%，其用量按设计1次施入。

试验采用复因子裂区设计，主区施氮处理，副区品种处理，随机区组排列，3次重复，小区行长5 m，行距0.6 m，每个处理3行区，小区面积9 m2。种植密度为9.75万株/hm2；2013年6月4日播种，6月8日出苗，9月3日收获；2014年6月2日播种，6月7日出苗，白红4号于8月29日收获；辽红小豆4号于9月1日收获。

1.3 调查项目与方法

1.3.1 光合生理指标测定 在赤豆的开花期、结荚期、鼓粒期3个生育时期，用LI-6400光合仪，每次测定时所取的叶片位置是不同处理植株的主茎叶片的倒数第3张叶，每个处理测定3张叶。利用人工内置红蓝光源，光照度设置为 1 200 μmol/(m2·s)，叶室温度设置为30 ℃。每次测定时间在09：00—11：00进行。测定指标为叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)、胞间CO2浓度(Ci)等。

1.3.2 叶色值测定 采用日本产的SPAD502叶绿素仪，测定施氮肥对不同株型赤豆品种的开花期、结荚期、鼓粒期等3个生育时期的叶色值。

1.3.3 干物质积累量的测定 在赤豆的开花期、结荚期、鼓粒期，在田间选取长势均匀一致、有代表性的植株5株，将茎秆、叶片、叶柄、根系等分别装入纱网袋内，采用自然风干法测定施氮量对不同株型赤豆品种植株的茎秆、叶片、叶柄、根系的干物质量。

1.3.4 考种和测产 在成熟前，按小区试验的顺序，每个小区连续选取长势一致的植株5株进行室内考种，测量株高、分枝数、每株荚数、每荚粒数、每粒质量、百粒质量，取其平均值作为考种性状值，然后小区按实打实收的实际产量，再取平均值，最后折合成单位面积产量。

1.3.5 数据处理 用Microsoft Excel 2007进行原始数据的处理和作图，用DPS 7.05软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 施氮肥对不同株型赤豆光合生理指标的影响

2.1.1 叶色值(SPAD值) 叶绿素是参与植物体内光合作用的重要色素之一，在作物生长过程中，植株叶片的叶绿素含量与作物产量形成及积累有密切关系。叶绿素含量高，光合作用强，光能利用率高，植株干物质积累多，植株长势强壮，抗逆性增加，为高产奠定良好的基础。从图1可以看出，随着施氮量的增加，2个赤豆品种的叶色值都在结荚期达最大，而后叶片叶色值逐渐降低。2个赤豆品种均是以中氮处理最高，不施氮处理最低。2个品种之间白红4号低于辽红小豆4号。方差分析结果显示，白红4号叶色值处理间差异显著(P白红 4 号=0.001 9)；而辽红小豆4号叶色值处理间差异不显著(P辽红小豆4 号=0.232 0)。

2.1.2 净光合速率 光合作用是决定作物产量的重要因素，光合速率直接影响光合产物的积累。净光合速率大小决定赤豆产量的高低，净光合速率越高，产量也越高。从图2可以看出，2个赤豆品种的净光合速率都是随着赤豆的生育进程，而呈先增后减，在花荚期达最大值，随后逐渐下降，到成熟期降至最低，即净光合速率趋势表现为：N1>N2>N0。2个赤豆株型品种均在中氮处理为最高，不施氮肥处理的最低。2个品种间白红4号高于辽红小豆4号。方差分析结果显示，白红4号净光合速率处理间差异显著(P白红 4 号=0.000 6)，辽红小豆4号的净光合速率处理间差异不显著(P辽红小豆 4 号=0.091 9)。

2.1.3 气孔导度 从图3可以看出，2个赤豆品种的气孔导度的动态变化一致，均在花荚期达到最高，然后随生育进程逐渐下降。2个品种都是在中氮处理的含量最高，不施氮肥处理最低。2个品种间白红4号高于辽红小豆4号。方差分析结果显示，2个品种不同处理间的气孔导度差异都未达到显著水平(P白红4号=0.211 6，P辽红小豆4号=0.096 42)。

2.1.4 胞间CO2浓度 二氧化碳浓度高有利于光合作用增强，碳水化物形成多，干物质积累多。从图4可以看出，在施氮肥处理下，2个赤豆品种的叶片胞间CO2浓度都是在中氮处理达最大，不施氮肥处理最低。2个品种间白红4号高于辽红小豆4号。方差分析结果，同一株型品种不同处理间光合速率差异不显著(P白红4号=0.127 5、P辽红小豆4号=0.073 1)。

2.2 施氮肥对不同株型赤豆干物质积累的影响

2.2.1 根系 从图5可以看出，在施氮肥处理下，2个赤豆品种的根系干物积累的动态变化一致，均在鼓粒期达最大，2个品种都是以中氮处理最高，不施氮处理最低。2个品种间白红4号低于辽红小豆4号。方差分析结果，同一株型品种不同处理间的根系干物质量差异显著(P白红4号=0.020 6、P辽红小豆4号=0.010 8)。

2.2.2 茎秆 董钻指出，对大豆来说，肥沃的土壤、适度施氮和有效根瘤共生固氮都是获得高产所必须的；开花期施氮能减少花荚脱落，施氮植株的单株叶面积、干物质量及荚粒数均高于对照[10]。氮肥能促进植株干物质积累及其向荚粒中的分配，提高植株的干物质量以及单株荚数、每粒质量和百粒质量，施氮处理的经济系数明显较高。从图6可以看出，在施氮肥处理下，2个赤豆品种的茎秆干物质积累量均变化一致，均在结荚期达到最大，以后逐渐下降减少。2个品种都是以中氮处理最高，不施氮肥处理最低。2个品种间白红4号低于辽红小豆4号。方差分析结果表明，同一株型品种不同处理间的茎秆干物质质量差异显著(P白红4号=0.013 0、P辽红小豆4号=0.000 7)。

2.2.3 叶片 从图7可以看出，在施氮量处理下，2个赤豆品种的叶片干物质积累量的动态变化一致，均在结荚期达最大值，2个品种都是以中氮处理达最高值，不施氮肥处理最低。2个品种间白红4号低于辽红小豆4号。方差分析结果表明，同一株型品种不同处理间的叶片干物质积累量差异显著(P白红4号=0.020 6、P辽红小豆4号=0.010 8)。

2.2.4 叶柄 从图8可以看出，2个赤豆品种叶柄干物质积累量都是随着赤豆的生长发育先增后减，在结荚期达最大值，随后逐渐下降，至成熟期降至最低，即各时期的叶柄干物质积累量表现为N1>N2>N0。2个赤豆品种均以中氮处理最大，不施氮处理最低。2个品种间白红4号低于辽红小豆4号。方差分析结果表明，白红4号叶柄干物质积累量不同处理间差异不显著(P白红4号=0.166 0)，辽红小豆4号差异显著(P辽红小豆4号=0.000 5)。

2.3 施氮肥对不同株型赤豆产量性状及产量的影响

从表1可以看出，随着氮肥用量的增加，2种不同株型赤豆品种的产量、百粒质量、单株粒质量、单株粒数均呈现出先升高后降低的变化趋势。其中，产量与百粒质量2项指标值都是在N1处理下达到最高，而单株粒质量、单株粒数2项指标值则是在N2处理下的值最大。

相同氮肥处理下，不同株型赤豆品种的产量、百粒质量、单株粒质量、单株粒数差异明显。且半蔓生型赤豆品种辽红小豆4号的各项指标值均明显大于直立型品种白红4号。相同氮肥处理对2种不同株型赤豆品种的影响为半蔓生型赤豆品种辽红小豆4号大于直立型品种白红4号。

从品种与施氮肥用量互作对产量及产量性状的影响来看，2个品种间白红4号低于辽红小豆4号。方差分析结果表明，同一株型品种不同处理间的产量差异都不显著(P白红4号=0.137 8、P辽红小豆 4 号=0.139 7)。

表1 施氮肥对不同株型赤豆产量性状和产量的影响

3 结论与讨论

生长环境的变化影响着不同地区或不同年份的产量[11-12]。王树起等研究指出，施氮肥可增加大豆的单株荚数，且随施氮量增加，单株荚数先增而后降，单株粒数也随施氮水平的增加呈先增加后降低的趋势，不同施氮处理均能提高大豆的单株产量，且随施氮水平的提高呈增加趋势，但过高的施氮量又会抑制大豆单株产量的提高[13]。张晓春等认为，从不同施氮水平来看，施肥处理的单株有效荚数和单株粒数极显著高于对照，过量施用氮肥会降低大豆百粒质量，不但不能增产，反而造成减产[14]。赵双进等研究表明，夏大豆自始花期至盛花期后追施氮肥，为叶片的生长供应充足氮素，使鼓粒期叶面积显著增加，有利于中后期叶片的植株生长，明显提高鼓粒期单株干质量、有效荚数，产量与对照相比增加[15]。曹景勤等研究表明，初花期施氮可明显增加每株荚数、粒数和粒质量，且其产量最高，结荚期施氮次之，苗期施氮没有增产效果[16]。滕云等研究指出，当磷肥、钾肥施用量不变时，大豆产量曲线随施氮量的增加呈抛物线形状，施氮量从0增至60 kg/hm2时产量上升，当施氮量继续增加时，产量逐渐下降，说明大豆并不须要施用太多氮肥就能获较高产量[17]。刘丽君等研究表明，施氮肥可显著增加每株荚数，东农163和绥农14每株粒数均显著增加，百粒质量变化不明显，最终提高单株产量[18]。

本研究中不同株型赤豆品种叶片的叶色值、净光合速率、叶片胞间CO2浓度、气孔导度的值都是以N1处理为最高，其次是N2处理，N0处理的最低。

不同株型赤豆品种的根系、茎秆、叶片、叶柄的干物质积累量都是N1处理为最高，其次是N2处理，N0处理的最低。株型品种，直立型品种优于半蔓生型品种；品种间白红4号低于辽红小豆4号。

施氮肥对不同株型赤豆品种的产量影响最高的是N1处理，其次是N2处理，N0处理最低。白红4号单株粒质量、单株粒数、百粒质量、产量低于辽红小豆4号。

从施氮肥对赤豆的叶片生理指标、干物质积累量、产量性状及产量分析可知，赤豆品种类型表现不同，在初花期追施氮肥(尿素)30 kg/hm2是最适宜。本研究结果与前人研究结论基本一致。

本研究结果表明，在施氮肥处理下，白红4号干物质积累快于辽红小豆4号，这可能是由于叶片叶色值和胞间CO2浓度值高、直立型品种的主茎生长速度快、物质转化也快、干物形成多而造成的。符合赤豆生育规律，但二者的差异是否受施氮肥的影响，具体有待进一步研究阐明。本研究结果表明，对赤豆叶片的叶色值、净光合速率、叶片胞间CO2浓度、气孔导度的值都是以中氮处理最高，对赤豆品种的根系、茎秆、叶片、叶柄的干物质积累，产量均以中氮处理最高。不同株型赤豆品种最适施氮肥量(尿素)30 kg/hm2为宜，不同株型赤豆品种白红4号低于辽红小豆4号。