基于预设SPAD阈值的花生氮肥施用效果研究

邱才飞，邵彩虹，彭春瑞，钱银飞，陈 金，关贤交， 谢 江

(江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所/国家红壤改良工程技术研究中心/农业部长江中下游作物生理生态与耕作重点实验室，江西 南昌 330200)

花生为豆科作物，具有自身固氮能力，但其通过根瘤所固定的氮量不能完全满足花生生产的需要，必需外施氮肥补充。虽然，外施氮肥可以有效提高花生产量，且在一定用量范围内，产量随着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，氮素流失加重的现象[3-5]。而氮肥的大量流失又会直接造成水体和空气的污染，对生态环境产生不利影响。为减少氮肥的损失，国内外科技工作者通过实时检测植物养分丰缺的手段，精确制定施肥方案，来提高氮肥在植物体内的利用效率[6-7]。由于 SPAD值和叶片氮素浓度之间具有显著的线性相关性[8-10]，利用叶绿素计(SPAD仪)实时实地监测作物生长过程中的所有氮素源的氮素利用状况，指导作物氮素的施用较其它方式具有更加便捷、快速的优势，在水稻[11-13]、小麦[14-15]、棉花[16-17]、玉米[18-19]、马铃薯[20-21]、烟草[22-23]等多种主要作物中得到应用，且均取得较好的效果。然而，该项技术在花生、大豆等豆科作物生产上的应用却鲜见报道。花生作为重要的油料作物，氮素利用的特点与其它作物有较大差异，外施氮肥与自身固氮之间的动态平衡较难掌握，而利用花生叶片SPAD值来动态诊断花生生产中各生育时期的氮素丰缺具有较强的可行性[8,24-25]。因此，在不牺牲产量和环境为代价的条件下，为使花生的产量、施氮量、自身固氮力和环境保护之间达到平衡，实现花生自身固氮力和外施氮肥利用率的同步提高，有必要研究花生生产中表征氮素丰缺的适宜SPAD阈值。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在江西省进贤县罗溪镇进行，供试田块平整，面积0.1 hm2。试验地土壤为第四纪红色粘土，耕层土壤(0～20 cm)基础养分含量分别为：有机质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，碱解N 90.9 mg·kg-1，有效P 25.2 mg·kg-1，速效K 120 mg·kg-1。

1.2 试验材料和设计

以花生品种赣花1号为供试材料，设5个处理，即习惯施氮(CK)，SN-1，SN-2，SN-3和无氮肥(N0)处理，总施肥量以N 225 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2和K2O 225 kg·hm-2为基数，其中，CK的80%N、K2O作基肥(均为180 kg·hm-2)，磷肥100%作基肥，20%N、K2O作苗肥(花生4片真叶时施用，均为45 kg·hm-2)；N0处理和SN-1，SN-2，SN-3处理及CK的磷、钾施用方式和用量一致，SN-1，SN-2，SN-3氮肥的用量在测定值低于下阈值的情况下每减低1个点追施纯氮22.5 kg·hm-2，高于上阈值则每增加1个点减施纯氮22.5 kg·hm-2，在上下阈值之间则按基肥∶苗肥∶花针肥∶荚果肥=4∶3∶2∶1施用，阈值设定见表1。试验小区面积30 m2，4次重复。

1.3 田间管理

试验于2015年4月15日左右结合整地，各小区按试验设计施用基肥，4月20日左右播种花生，播种方式为穴播，每穴两粒，穴距20 cm×33.3 cm，播后盖土3～4 cm，并用乙草胺900～1 500 ml·hm-2兑水750 kg·hm-2，充分乳化后均匀喷洒畦面，花生出苗后进行查漏补缺，同时开好三沟，注意排水，8月18日收获。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 花生叶片SPAD值及施氮量记载 分别于花生出苗后30、45、60、75 d和90 d，每小区选择20蔸，用日本产SPAD-502仪测定主茎倒3叶的SPAD值，测定时要对花生复叶的4片小叶中部分别测定(避开叶脉)，平均后为复叶的SPAD值，并记录追施的氮肥量。

1.4.2 干物质及含氮量测定 分别于花针期、结荚期、饱果期和成熟期测定花生根系、茎叶和花生果的干物重，并用凯氏定氮法测定成熟期花生各部位全氮含量。

1.4.3 根瘤量的测定 花生成熟期每小区分别取10丛测定不同处理花生根瘤的个数和重量。

1.4.4 取样考种 成熟期每处理选择5丛有代表性的植株用于考种，各小区实收计产(成熟期考种样计入产量)。

1.5 数据统计方法

测定数据使用Excel 2013软件和DPS 7.5数据处理系统进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥方案对花生叶片SPAD值的影响

对各方案的SPAD值测定结果显示(图1)，在花生出苗后的30 d和45 d，习惯施肥的SPAD值最大，在30 d时较SN-1、SN-2、SN-3的值分别增加了1.20、1.24和1.12，三方案之间比较接近，在45 d时，期间受二次施肥的影响，较SN-1、SN-2、SN-3的值分别增加了2.10、1.48和0.54，三方案之间出现了较大的差别，且和SN-3的差异最小，在60 d时，除SN-1的SPAD值低于43外，SN-2、SN-3和习惯施肥均在43～44之间，差别不大，到75 d及以后，受三、四次施肥的影响，习惯施肥的SPAD值均最低，各处理间也出现差异，其中，以SN-3的最高，在75、90 d和105 d分别较习惯施肥增加1.98、1.90和1.56，而SN-1和SN-2基本在一个范围内波动，但SN-2在三个时期的SPAD值均高于SN-1。

图1 不同施肥方案的花生各生长时段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时间及施氮量

按试验设计的处理记载花生不同时期的氮肥施用时间及施肥量，从表2的结果可以看出，SN-1、SN-2、SN-3的氮肥按设定的SPAD值施用，分别需要施用3次、4次和4次，较习惯施肥增加1～2次，且增加施用时间在花生出苗后的60 d和90 d，施氮量分别为180、225 kg·hm-2和270 kg·hm-2，分别较习惯施肥减少20%、持平和增加20%。

2.3 不同施肥方案对花生干物质量的影响

不同施肥方案对花生各时期的干物质积累影响较大，从表3的结果可以看出，习惯施肥在花针期以前的根系生长量、茎叶量和花针荚果重最大，其次为SN-3，相对较少的为SN-2和SN-1，结荚期、饱果期和成熟期的根量、茎叶量大小为SN-3>SN-2> SN-1>习惯施肥>无氮肥，而花针及荚果重的大小在结荚期和饱果期为SN-2>SN-1>习惯施肥>SN-3>无氮肥，成熟期的花针荚果重则为SN-2>习惯施肥>SN-1>SN-3>无氮肥，从地上部和地下部的干物质量比例来看，在整个生育期SN-1的比值均最大，其次为SN-2，而施氮量较大的习惯施肥和SN-3的较小。

2.4 不同施肥方案对花生根瘤生长的影响

不同施肥方案对花生根瘤的生长也有较大的影响，从表4的结果可以看出，根瘤数、根瘤重最大的均为SN-1，其它依次为SN-2>习惯施肥>SN-3>无氮肥。其中，SN-1较习惯施肥的主根和侧根的根瘤分别增加9.84%和15.34%，单株主根根瘤重和侧根根瘤重分别增加14.29%和20.00%。根瘤的固氮不仅受根瘤数的影响，而且与根瘤的大小也有关，对单个根瘤的大小比较其重量可以发现，主根和侧根的平均单个根瘤重最大的也为SN-1，较习惯施肥主根和侧根的单个根瘤重分别增加4.06%和4.76%，其它为SN-2>习惯施肥>SN-3>无氮肥。

2.5 不同施肥方案的花生产量及经济性状

不同施肥方案对花生的产量及其经济性状的影响也不同，从表5的花生经济性状和产量结果可以看出，产量最高的为SN-2，较习惯施肥处理增产414.00 kg·hm-2，增产幅度为14.07%，其次为SN-1，较习惯施肥处理增产381.00 kg·hm-2，增产幅度为12.95%，两施肥处理与习惯施肥的产量差异达极显著水平，但两施肥处理之间的差异不显著。SN-3施肥方案与习惯施肥的产量较为接近，均较不施肥处理有极显著的提高。从花生的经济性状来看，SN-1和SN-2的单株结果数、结实率、百粒重、单株仁数、百仁重和出仁率均较习惯施肥高，两施肥方案之间比较，SN-1的结实率、百仁重和出仁率稍高，SN-2的单株结果数、百粒重表现较好。

表2 不同施肥方案的施肥时间及施氮量

表3 不同施肥方案对花生干物质量的影响

注：同列不同字母表示处理间在P<0.05水平差异显著，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长情况

2.6 不同施肥方案对花生氮吸收及氮素利用效率的影响

评价不同施肥方案的优劣除产量指标外，同时要考虑对环境的作用及单位肥料的报酬，从表6的结果可以看出，单株氮肥吸收量最高的为SN-3，其它依次为SN-2>SN-1>习惯施肥>无氮肥，与施氮量具有较好的相关性(相关系数0.96**)。花生氮素利用效率的结果表明，氮素表观利用率、氮素生理效率、氮素农学利用效率和氮素偏生产力均以SN-1的表现最好，分别较对照提高了19.36、1.38、3.99和5.39个百分点，而施肥量相同，但施肥方式不同的SN-2和习惯施肥比较，其各项利用率分别增加9.67、0.67、1.84和1.84个百分点，SN-3在四个施肥方案中的氮利用率最低。

3 讨论与结论

利用SPAD值来判断作物氮素丰缺被认为是一种无损、简便和快速的方法，Uddling等[24]发现，马铃薯叶片的SPAD值与叶片含氮量呈正相关，邱才飞等[8]也发现施氮水平与花生叶片SPAD值和叶片含氮量之间呈显著的线性相关，并认为主茎倒3叶是氮素诊断的理想叶位。说明选择合适的叶位测定是利用SPAD值判断作物需氮情况的关键。于亚利[9]、胡昊[14]、屈卫群[16]、赵天成[26]等分别对春玉米、小麦、棉花和水稻的研究结果发现，同一作物在不同生育时期的叶片SPAD值之间存在显著差异，说明在作物的不同生育时期不能使用一个SPAD值标准，应分别确定各阶段的判定值。陈百翠等[27]认为马铃薯块茎形成期SPAD临界值为45.16，块茎膨大期SPAD临界值为44.00，淀粉积累期SPAD临界值为44.14；贺广生等[23]也发现烤烟品种K326在SPAD阈值40.50～43.00的范围内能获得较高的干物质、氮素积累和产质量。董鹏等[28]则发现利用SPAD值进行氮素管理比常规施肥可以提高氮肥利用率27.80%。本试验是在南方红壤旱地条件下，依据花生品种特性和土壤养分背景，并以花生高产栽培中各生育时期的SPAD值测定结果为依据，预设花生生育各时间段倒3叶片的SPAD上下阈值，制定氮肥施用方案，以期实行花生氮肥实时精确管理。

表5 不同施肥方案的花生经济性状和产量

表6 不同施肥方案的花生吸氮量及氮素利用效率

注：(1)氮素表观利用率=(施氮处理吸氮量-不施氮处理吸氮量)/施氮量×100%；(2)氮素生理效率=(施氮处理籽粒产量-不施氮处理籽粒产量)/(施氮处理吸氮量-不施氮处理吸氮量)；(3)氮素农学利用效率=(施氮处理籽粒产量-不施氮处理籽粒产量)/施氮量；(4)氮素偏生产力=施氮处理籽粒产量/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.

试验结果显示，不同的施肥方案中，采用 SPAD阈值进行氮肥推荐的SN-1和SN-2方案，其产量和氮肥的利用效率较常规施肥有显著的增加，且两者产量差异较小，但SN-1的氮肥施用量较SN-2降低20%，氮素利用效率有较大的提高。由于花生根瘤的生长量和大小可以间接反映花生自身固氮能力，从根瘤生长来看，SN-1方案的根瘤量和单个根瘤数均较对照和其它施肥方案均有所增加，在施氮量减少的情况下，依然较对照增产12.95%。因此，在本试验条件下，可将SN-1方案的SPAD预设值作为赣花1号高产栽培过程中各生育时段的氮素施用的判断标准。然而，SN-1方案预设SPAD阈值在花生生产上要实现大面积推广应用则还有较多的问题需要搞清楚。刘井良等[29]发现黑麦草品种之间SPAD值差异显著，汪华等[30]也认为在应用SPAD 计诊断氮肥施用量时，需要根据不同的水稻品种，针对水稻生长的生理周期采用不同的SPAD 阈值，来指导氮肥的施用；而蔡红光等[31]则发现春玉米品种叶片SPAD值主要受氮肥水平影响，且因土壤肥力而变异；李俊霞等[32]认为玉米SPAD值来源于氮水平的变异远高于品种。同理，在花生生态环境、品种和土壤养分状况改变的条件下，SN-1方案的SPAD预设值是否依然适用，还需进一步的研究。