氮、钙配施对花生根系生长及氮肥利用的影响

刘 颖 伊 淼 王建国 郭 峰 张佳蕾 唐朝辉 李新国,3 万书波,3

(1.山东省农业科学院 生物技术研究中心、山东省作物遗传改良与生态生理重点实验室，山东 济南 250100；2.青岛农业大学 农学院，山东 青岛 266109；3.农业农村部 华东地区作物栽培科学观测实验站，山东 东营 257000)

根系是植物重要的营养吸收器官，各器官干物质的形成、养分积累、分配与根系生长发育密切相关，根系通过自身形态和代谢活性等变化促进植物对氮素、钙素的吸收利用，且与地上部生长相互促进，最终实现作物高产高效[1, 2].根系的生长发育情况一般用根长、根平均直径、根体积、根表面积等指标衡量[3].有研究发现露地栽培条件下，施钙处理与不施钙肥处理相比，总根系长度、表面积、体积分别提高49.48%、39.07%、27.91%[4].培养液添加钙离子可显著提高花生根系活力，延缓根系的衰老[5].适量增施钙肥可以提高花生产量，增加花生钙积累量，但钙肥在花生生产中是经常被忽略的一种重要肥料[6].

合理的氮素供应有利于根系的生长，且大多集中在增施氮肥对产量、元素积累量及根系长度的影响[7, 9].王友华[10]等研究发现，施氮可以提高玉米的根系长度，且随施氮量增加而增加.但生产上片面追求产量导致氮肥用量过高，造成土壤中氮素的堆积，降低氮肥利用率，并给环境带来巨大压力，影响生态安全[11].适量减施氮肥配合基肥后移能够提高小麦生育后期的氮素吸收同化能力，为产量的提高奠定基础[12].合理的氮肥运筹可以促进夏玉米根系的生长，提高植株氮素积累量及氮肥利用效率[13].我国花生施肥中氮肥过多、养分失衡是主要问题.由于长期大量施用氮肥，严重抑制了根瘤菌的固氮作用.且作为花生所需大量元素的钙素施用极少或不施，成为限制花生产量提高的因素之一.为此，本试验采用盆栽试验，探究氮肥减施、增施钙肥对花生根系形态和氮钙素积累分配的影响，为花生减肥栽培提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2018年在山东省农业科学院饮马泉试验基地进行，供试花生品种‘花育25’，土壤质地为沙壤土，试验土壤基础养分含量见表1.

表1 播种前土壤基础养分

试验设6个处理(见表2)，供试肥料为尿素、磷酸二氢钾、氧化钙.试验用花盆高30 cm，直径40 cm，每盆装土18 kg(土壤经过风干过筛).基肥与0-10 cm土壤均匀混合，加水平衡2周后备用.花生于2018年7月8日播种，每盆2株，10月23日收获.试验采用完全随机设计，每个处理12盆，每次取样每个处理取3个重复.追肥处理于播种后50 d(开花下针期)，将肥料充分混匀后撒施到土壤表层，淋水溶解，不追肥处理浇灌等量水.

表2 肥料施用时期及施用量

1.2 测定项目与方法

1.2.1 根系采集.分别于花生播种后30 d(苗期)、80 d(结荚期)挖取6株花生根系，放置在1 mm孔径的筛子上，冲洗根系，密封袋封存，放置冰箱待测.用扫描仪(型号Epson Perfection V800 Photo)对根系进行扫描.扫描后保存图像，采用WinRHIZO根系分析系统对扫描图像进行分析.

1.2.2 根系干物质重测定.分别于花生播种后50、80、108 d挖取6株花生根系，105 ℃半小时杀青，80 ℃烘干至恒重称量.

1.2.3 氮、钙测定及方法.成熟期采集植株样品和测产，干物质质量测定：将植株分为叶片、茎杆、根系、果针，将样品置于烘箱105 ℃杀青30 min后，于80 ℃烘干至恒重，称取重量.荚果收获后及时晾晒、考种、测产，之后将果壳、籽仁分别进行烘干，所有植株样品用高速万能粉碎机进行粉碎，测定植株全氮、钙含量.

氮含量采用H2SO4-H2O2消煮，利用San++连续流动分析仪测定；钙含量运用电感耦合等离子体发射光谱仪(型号ICPE-9000，日本产)测定.

氮素积累量(mg/plant)=植株各器官生物量×植株各器官氮素含量.

钙素积累量(mg/plant)=植株各器官生物量×植株各器官钙素含量.

氮肥农学利用率(NA，kg/kg)=(施氮区荚果产量-T3无氮区荚果产量)/施氮量.

氮肥偏生产力(PEP，kg/kg)=施氮区荚果产量/施氮量.

1.3 数据处理

采用EXCEL2016进行数据整理及绘图，采用DPS数据分析软件进行数据处理分析.

2 结果分析

2.1 不同施肥方式花生根系生物量的影响

由图1可知，各处理花生根系生物量随生育期延长呈逐渐增加的趋势，播种后80 d，T2处理显著高于其他处理，而T4、T5处理根系生物量较低，可能是减施氮肥降低了根系生物量，虽花钟期追肥，但短时间也难以表现较强的优势.播后108 d，各处理根系生物量依次表现为T2>T4>T1>T5>T3>T0，T2处理根系生物量达3.15 g/plant，较T1增加20.26%，说明在高氮肥条件下，增施钙肥显著促进了根系的生长发育；钙肥做基肥的T2处理较T4虽增加6.83%，但二者并无显著差异，说明增钙基施条件下，减施氮肥且花针期追肥有利于根系生物量的增加；对于两个花针期追肥处理，T4(基施N67.5、Ca450 kg/hm2+追施N45 kg/hm2)根系生物量显著高于T5处理(基施N67.5+追施N45+Ca450)，且较T5显著提高15.54%，说明钙肥作底肥比花针期追肥效果好；T4处理根系生物量显著高于高氮肥T1(N157.5 kg/hm2)，虽减施氮肥但增施了钙肥并适期追肥促进了根系生物量的提高.

2.2 不同施肥方式对花生根系形态的影响

不同施肥方式显著影响花生根系形态(表3)，可以看出，花生播后30 d不同施肥方式对根长影响不显著，除T0处理外，其他施肥处理的根系总表面积、根系平均直径均无显著差异.播后80 d，同为高氮肥处理T2的根系长度、总表面积、平均直径、总体积分别较T1增加4.81%、2.93%、2.50%、11.26%，可见，T2增施钙肥对花生根系形态影响较小.对同样增施钙肥且钙做基肥的处理来说，T4(基施N67.5、Ca450 kg/hm2+追施N45 kg/hm2)处理根系形态相关指标与T2相比差异不显著，说明虽减施了氮肥，但增加了钙肥，并且适期追肥保证了根系的生长.T4处理的根系长度、总表面积、平均直径分别较T5提高了4.78%、3.24%、2.17%，二者并无显著差异，根系总体积较T5显著提高18.29%.

表3 不同施肥方式对花生根系形态的影响

2.3 不同施肥方式对花生氮、钙素积累、分配的影响

由图2可知，不同处理间各器官氮素积累量存在显著差异.生育前期，各处理氮素积累量以叶片最高，生育后期则以荚果氮积累量最高，说明花生氮素的分配中心随生育期延长由叶向荚果转移.不同处理根、茎、叶氮素积累量均在播种后80 d达到最大值，但荚果氮素积累量随着生育期不断提高，在播种后108 d达到最大值，在追肥后的生育期(播种后80 d)花生不同处理各器官氮素积累量依次为果>叶>茎>根.

不同施肥处理的根、茎、叶氮素积累量均以T2(底肥：N157.5+CaO 450 kg/hm2)处理较高，T2增施钙肥提高了各器官氮素积累量，与不增施钙肥处理(T1)相比(以播种后108 d为例)根、茎、叶分别提高了11.04%、28.39%、7.11%.而荚果的氮素积累量以T4处理较高，T4、T5处理的减氮措施并没有明显降低荚果的氮素积累量，以播种后108 d为例，增幅达到73.64%-90.89%，说明减氮配合不同时期的氮素运筹也可以提高花生对各器官的氮素积累.

由图3可知，不同施肥处理各器官的钙素积累量随着生育时期呈逐渐升高的趋势，播后108 d达到最大值，各处理不同器官钙素积累量依次为：叶>茎>果>根.

不同施肥处理的各器官钙素积累量均以T2处理较高，与不施钙肥处理(T1)相比(以播种后108 d为例)根、茎、叶、果分别提高了32.50%、27.10%、12.79%、2.32%.T4、T5(以播种后108 d为例)根、茎、叶的钙素积累量都高于传统施肥T1，分别增长了24.06%、14.27%、0.02%，0.74%、19.11%、4.3%，且T4、T5在追肥后(播种后80 d)可以明显提高荚果钙素积累量.

从表4中可以看出，不同施肥方式吸收的氮主要分配于籽仁中，分配率达56.95%-62.98%；叶次之，分配率达到17.30%-20.65%；根最少，只占2.95%-3.65%.钙素则主要分配在叶部，占全株的47.52%-53.42%；茎次之，分配率达28.37%-31.46%.

除T0、T5处理外，其他施肥处理的氮素、钙素在籽仁的分配率并无显著差异，增施钙肥降低了根、茎、叶氮素分配率，提高了花生籽仁氮素分配率，增幅最高达到10.59%.

表4 不同施肥方式对花生氮、钙素分配率的影响(%)

2.4 不同施肥方式对花生氮肥利用影响

由表5可知，T4减施氮肥处理的氮肥农学利用率、氮肥偏生产力最高，分别达到20.34 kg/kg、70.13 kg/kg，较T2高氮肥处理显著提高16.30%、32.08%.说明适量减施氮肥可显著提高花生的氮肥农学利用效率及氮肥偏生产力.T4较T5处理显著提高氮肥农学利用率、氮肥偏生产力，表明增施钙肥做底肥显著提高了花生的氮肥利用率.而同为高氮肥处理T2的氮肥农学利用效率及氮肥偏生产力分别较T1增加41.71%、10.75%.

表5 不同施肥方式对花生氮肥利用的影响

3 讨论与结论

研究表明，发达根系的吸收能力是植株高效吸收养分的基础，根系形态对氮素、钙素积累量及吸收效率起关键作用[14].丁红[15]等研究发现在干旱处理下，增施氮肥提高了花生40cm以下土层根系的生物量，根系长度、根系表面积也有显著增加.董桂春[16]等研究也表明增施氮肥有利于提高单株不定根总长和单株根活力，适量施氮可提高单株不定根数和单株根干重，原因在于施氮促进了不定根的发生和伸长.张英鹏[18]等在菠菜上研究发现，菠菜生长较适宜的氮、钙浓度为8.5 mmol/L.本试验研究结果与前人研究基本一致，施氮肥显著促进了根系生长，而基施氮肥+基施钙肥效果更好，根系生物量、根系形态及氮素、钙素积累量均显著高基施氮肥处理，表明在一定的氮肥用量基础上增施钙肥可增加花生根长、根系表面积、体积，为花生的生长发育提供了强大的根系，进而促进了花生产量的提高.

巨晓棠[19]研究发现，生产过程中过量施氮现象相当普遍，长期大量施氮造成的氮污染是难以解决的.大量研究发现在减施一定氮肥的基础上，适当提高化肥氮在生育后期的比例，也可保证氮素持续高效利用[20].水稻在前期施氮可促进单株根系形态性状(根数、根总长和根重)，后期施氮有利于不定根的充实和根系生理性状的提高[22].索炎炎[23]等研究发现适期追肥可以提高氮素积累量，花生种植以基施N60 kg/hm2+开花期追N60 kg/hm2氮肥利用效率最高.苟志文[25]玉米施肥处理中，在总氮肥450 kg/hm2水平下，把氮肥后移20%，可以显著提高玉米生育后期植株的氮素积累量，可以有效解决玉米全生育期的氮素供应矛盾.本研究发现减氮增钙并适期追肥可提高花生的根系生物量，且钙肥基施效果优于钙肥追施效果，同时促进了植株对氮素和钙素的吸收，提高了氮素利用效率，符合国家减肥战略.下一步工作将重点探讨减施氮肥对土壤生态环境的改善效果，研究发现[26]，氮肥施用会直接影响土壤的碳、氮投入，进而影响土壤的养分转化，减施氮肥可提高土壤微生物量碳、土壤酶活性、改善植株根系生长环境，提高产量.