膜下滴灌追肥时期和次数对花生光合特性和产量的影响

郭润泽秦文洁邹晓霞张晓军于晓娜王月福司 彤

(青岛农业大学农学院/山东省旱作农业技术重点实验室,山东 青岛266109)

花生常被称为长生果,是世界第四大油料作物,兼具食用和油用价值[1]。 同时花生也是我国重要的油料作物和经济作物。 近年来,我国花生种植面积一直维持在400万hm2左右,约占全球花生种植总面积的20%;我国花生总产量一直维持在1400万t左右,约占全球花生总产量的40%。 因此,花生在我国农业生产中占据重要地位[2]。

目前,在农业生产中肥料当季利用率较低,氮磷钾肥利用率分别为30%～35%、10%～25%、35%～50%[3]。 花生植株较矮,株行间距小,加上地上开花地下结果的特性,导致作物不适宜传统土壤追肥方式,一是土壤追肥操作难,二是土壤追肥易伤及已入土果针和荚果,特别在地膜覆盖栽培条件下,追肥操作更加难以进行。 因此,生产上肥料一次性基施非常普遍[4],导致花生生长前期肥料过量而旺长,后期则脱肥致早衰减产[5-6],还能够造成肥料流失,降低肥料利用率,对生态环境构成潜在危害[7]。 毕振方等[8]试验结果显示在花针期追肥可提高花生叶片光合性能,为提高荚果产量提供物质基础。 纳斯如拉·克热木[9]对玉米的研究发现分次追施尿素比一次效果要好,分次追施可提高玉米产量和经济效益。 滴灌施肥可显著提高氮肥和磷肥利用率[10-11]。 膜下滴灌施肥技术是将地膜覆盖栽培技术与滴灌施肥技术结合起来的一项水肥一体化技术,该技术能够使水分和肥料同时均匀、定时、定量到达作物根系生长区域,使得根系区土壤维持在最佳水肥状态,被根系高效吸收,提高养分和水分利用率[12-13]。 然而,目前关于花生膜下滴灌追肥的研究较少,因此,本研究在大田覆膜滴灌条件下,设置不同追肥时期和次数,研究其对花生光合特性和产量的影响,以期确定花生适宜的追肥时期和次数,为花生科学追肥实现高产节本增效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试花生品种为青花7号,肥料为尿素(总氮≥46.4%)、硝酸钙(分析纯)和硼砂(分析纯),土壤为砂姜黑土,2017年播种前田间0～20cm 土层土壤含有机质1.15%,碱解氮55.93mg/kg,速效磷31.84mg/kg,速效钾80.38mg/kg,全钙5.09 g/kg,有效硼0.87 mg/kg,p H 值7.68。 2018年播种前田间0～20 cm 土层土壤含有机质1.15%,碱解氮66.76 mg/kg,速效磷30.39 mg/kg,速效钾75.50 mg/kg,全钙4.81g/kg,有效硼0.80 mg/kg,p H 值7.53。

1.2 试验设计

试验于2017年和2018年在青岛农业大学胶州现代农业科技示范园(36.45°N,120.09°E)进行。 试验区属暖温带季风气候,雨热同季,降水集中,2017年和2018年5-9月份总降水量分别为489.1 mm 和611.6 mm,相关气象数据见表1。

表1 2017年和2018年5-9月份相关气象数据Table 1 Relevant meteorological data during May-September in 2017 and 2018

采用膜下滴灌方式,在统一施复合肥(N:P:K=15:15:15)300 kg/hm2的基础上,在生育期间设置不灌水不追肥(对照),花针期追施1次肥,结荚期追施1次肥,饱果期追施1次肥,花针期和结荚期分别追施1次肥,花针期和饱果期分别追施1次肥,结荚期和饱果期分别追施1次肥,花针期、结荚期和饱果期分别追施1次肥,分别用T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7和T8表示。 各施肥处理追肥种类、总量和灌水总量均相同,每次每处理灌水量为10 mm,追肥种类和数量见表2。 种植方式为起垄覆膜、膜下铺设滴灌带,垄宽0.9 m,垄上种2行,行距30 cm,穴距16.5 cm,每穴2粒,滴灌带铺设于垄上中间。 于2017-05-08 进行机械播种,9月13日收获。 花针期、结荚期和饱果期追肥时间分别为7月3日、7月29日和8月23日。 于2018-05-09 进 行 机 械 播 种,9 月11 日 收获。 花针期、结荚期和饱果期追肥时间分别为7月5日、8月1日和8月14日。 每处理小区面积20m×2.7m=54 m2,3次重复,共24个小区,随机排列。 其他田间管理同大田生产。

表2 各处理追肥种类和数量Table2 The variety and quantity of topdressing under each treatment (kg/hm2)

1.3 测定项目与方法

分别于花针期施肥前1 d(S1)、花针期施肥后12 d(S2)、结荚期施肥前1 d(S3)、结荚期施肥后12 d(S4)、饱果期施肥前1 d(S5)、饱果期施肥后12 d(S6)、收获期(S7)进行田间取样调查。由于2018年饱果期追肥时间提前,故S4期和S5期重合,减少S5时期取样。 在各田间调查时期,选择光照良好的天气于9:00-11:00时,用美国产Li-6400便携式光合测定仪测定各处理花生功能叶片(主茎倒数第三片展开叶,下同)的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度;同时用日产SPAD-502叶绿素计测定各处理花生功能叶片的叶绿素含量;选取长势一致、有代表性的植株用AM100型叶面积仪测定叶面积,计算叶面积指数。 收获期每处理每重复选择没取过样的代表性位置连续收获40穴,将荚果摘入网袋,自然晾晒,晒干后放入室内平衡10 d,测定计算荚果产量、百果质量、百仁质量、荚果数、籽仁质量、出仁率等。

1.4 数据处理

数据处理采用Excel 2010和DPS软件,显著性测验采用LSD 方法。

2 结果与分析

2.1 追肥时期和次数对花生叶面积指数变化的影响

表3可见,两年数据总体变化趋势基本一致,随着花生生育进程的推进,各处理花生叶面积指数均呈单峰曲线变化,先升高后下降,于S3-S4期达到最大值。 除T4处理外,其余追肥处理花生叶面积指数均显著高于对照,其中T5、T8处理花生最终叶面积指数为最高,但两者之间差异不显著。 花生生育期间只追肥1次处理中,T2处理在S2时期叶面积指数较对照增加26.4%～31.3%,T3处理在S4时期较对照增加12.2%～21.1%,T4处理在S6时期较对照增加2.4%～4.4%。 说明追肥1次中花针期和结荚期追肥能够显著提高花生叶面积指数,饱果期追肥对叶面积指数已无显著影响。 花生生育期间追肥2次,T5处理提高叶面积指数幅度最大,其次为T6处理,T7处理最小,且三者间差异显著。 另在同一时期追肥表现为随着追肥量的增大叶面积指数逐渐提高。 说明在3个追肥时期中,追肥时期越早、前期追肥量越大和分次追肥越有利于促进花生叶面积指数的增加,而饱果期追肥增加叶面积指数的效果不显著。

2.2 追肥时期和次数对花生功能叶叶绿素SPAD值变化的影响

表4可见,两年数据变化趋势基本一致,随生育进程的推进,各处理花生功能叶片叶绿素SPAD值均呈单峰曲线变化,先升高后下降,于S3期达到最高值。 各处理追肥后均能较对照显著提高花生叶片叶绿素SPAD值,说明各时期追肥均有利于提高花生叶片叶绿素含量。 花生生育期间只追肥1次处理中,T2处理在S2时期叶绿素SPAD值较对照增加6.4%～8.7%,T3处理在S4时期较对照增加0.7%～8.6%,T4处理在S6时期较对照增加3.7%～6.4%。 说明花针期和结荚期追肥提高花生叶片叶绿素含量的幅度大。

表3 膜下滴灌追肥时期和次数对花生叶面积指数变化的影响Table 3 Effects of different fertigation period and times on leaf area index change of peanut functional leaves under mulched drip irrigation

表4 膜下滴灌追肥时期和次数对花生叶片叶绿素含量变化的影响Table 4 Effects of different fertigation period and times on chlorophyll content of peanut functional leaves under mulched drip irrigation

花生生育期间追肥2次,T5处理提高叶绿素含量幅度最大,其次为T6 处理,T7 处理最小。另在同一时期追肥表现为随追肥量的增大叶绿素SPAD 值逐渐提高。 由此得出在3 个追肥时期中,追肥时期越早、前期追肥量越大和分次追肥越有利于提高花生叶片叶绿素含量,而分次追肥既有利于提高花生生育前期叶绿素含量,又能缓解生育后期叶绿素含量的下降。

2.3 追肥时期和次数对花生功能叶净光合速率变化的影响

表5可见,两年数据变化趋势基本一致,随着花生生育进程的推进,各处理花生功能叶片净光合速率均呈单峰曲线变化,先升高后下降,于S3期达到最高值。 各处理追肥后均能较对照显著提高花生叶片净光合速率,说明各时期追肥均有利于提高花生叶片光合速率。 花生生育期间只追肥1次处理中,T2处理在S2时期净光合速率较对照增加18.2%～18.3%,T3处理在S4时期较对照增加7.0%～17.4%,T4处理在S6时期较对照增加0.5%～6.3%。 表明追肥1次中花针期和结荚期追肥能够显著提高花生叶片光合速率,饱果期追肥提高花生叶片光合速率的幅度小。 花生生育期间追肥2次,T5处理提高净光合速率幅度最大,其次为T6处理,T7 处理最小。 另在同一时期追肥表现为随着追肥量的增大净光合速率逐渐提高。 表明在3个追肥时期中,追肥时期越早、前期追肥量较大和分次追肥越有利于促进花生净光合速率的提高,分次追肥既有利于提高花生生育前期的净光合速率,又能够缓解生育后期净光合速率的下降。

表5 膜下滴灌追肥时期和次数对花生功能叶净光合速率变化的影响Table 5 Effects of different fertigation period and times on net photosynthetic rate of peanut functional leaves under mulched drip irrigation

2.4 追肥时期和次数对花生功能叶气孔导度变化的影响

表6可见,两年数据总体变化趋势基本一致,随着花生生育进程的推进,各处理花生功能叶片气孔导度均呈单峰曲线变化,先升高后下降,于S4期达到最高值。 除2018年T3、T4处理外,其余各追肥处理花生功能叶片最终气孔导度均显著高于对照,其中以T5处理最终气孔导度为最高。花生生育期间只追肥1次处理中,T2处理在S2时期气孔导度较对照增加13.9%～14.4%,T3处理在S4时期较对照增加3.7%～8.3%,T4处理在S6时期较对照增加5.2%～9.5%。 说明追肥1次中花针期追肥能够使花生叶片气孔导度在整个生育期间均保持较高水平。 花生生育期间追肥2次,T5处理提高气孔导度幅度最大,T6、T7处理互有高低,且差异不显著。 另在同一时期追肥表现为随着追肥量的增大气孔导度逐渐提高。由此得出在3个追肥时期中,追肥时期越早、前期追肥量越大和分次追肥越有利于促进花生功能叶片气孔导度的提高,分次追肥既有利于花生生育前期气孔导度的提高,又能够缓解生育后期气孔导度的下降。

表6 追肥时期和次数对花生功能叶片气孔导度变化的影响Table 6 Effects of different fertigation period and times on Gs of peanut functional leaves under mulched drip irrigation

表7 追肥时期和次数对花生功能叶片胞间CO 2 浓度变化的影响Table 7 Effects of different fertigation period and times on Ci o f peanut functional leaves under mulched drip irrigation

2.5 追肥时期和次数对花生功能叶胞间CO2 浓度变化的影响

表7可见,随着花生生育进程的推进,各处理花生功能叶胞间CO2浓度均先下降后升高,于S3期达到最低值。 各处理追肥后花生功能叶胞间CO2浓度均显著低于对照,其中以T5处理胞间CO2浓度为最低。 花生生育期间只追肥1次处理中,T2处理在S2时期胞间CO2浓度较对照降低12.2%～15.2%,T3处理在S4时期较对照降低13.5%～14.1%,T4处理在S6时期较对照降低2.4%～3.3%。 说明追肥1次中花针期追肥能够在整个生育期间均使花生叶片胞间CO2浓度保持较低值。 花生生育期间追肥2次,T5处理降低胞间CO2浓度幅度最大,但三个处理之间差异未达显著水平。 另在同一时期追肥表现为随着追肥量的增大胞间CO2浓度逐渐降低。 表明在3个追肥时期中,追肥时期越早、前期追肥量越大和分次追肥越有利于促进花生功能叶胞间CO2浓度的下降,胞间CO2浓度低,说明花生功能叶的CO2同化能力强。

2.6 追肥时期和次数对花生产量及产量构成因素的影响

由两年数据综合得出(表8),膜下滴灌条件下花生生育期间追肥2次和追肥3次处理均显著提高荚果产量、百果质量、百仁质量、荚果数、籽仁产量和出仁率。 除T3、T4处理外,其余各追肥处理的荚果产量均与对照差异显著。 其中,花生生育期间只追肥1次,T1处理荚果产量较对照增加13.5%～18.3%,生育期间追肥2次,T5处理荚果产量较对照增加28.8%～38.0%,生育期间追肥3次T8 处理荚果产量较对照增加22.0%～26.5%,说明追肥可显著提高花生产量,而分2次追肥提高产量幅度最大,分3次追肥提高产量幅度反而下降。 追肥通过提高百果质量、百仁质量、荚果数和出仁率,而提高荚果产量和籽仁产量,各处理间百果质量、百仁质量、荚果数、籽仁产量、出仁率在两年试验中较对照均有不同程度增加,花针期+结荚期追肥(T5处理)和花针期+结荚期+饱果期追肥(T8处理)提高各产量构成因素的幅度较大,达显著水平。

表8 追肥时期和次数对花生产量及产量构成因素的影响Table 8 Effects of different topdressing stage and times on peanut yield and yield components under mulching drip irrigation

3 讨论与结论

光合速率的强弱影响作物植株本身能量的产生和碳代谢能力,光合产物是作物干物质的主要来源,通过增强光合性能,从而提高作物产量。 施肥作为一种提高作物产量的有效途径,合理的追肥时期和次数能提高作物光合性能[14]。 不同时期施氮可以提高花生中后期叶片叶绿素含量,改善花生中后期叶片光合性能,提高净光合速率和物质生产能力[15]。 刘佳等[16]研究表明氮肥分次施用并适当后移可显著提高生物量,延长生物量累积的持续时间,从而有利于提高花生产量。 索炎炎等[17]认为要实现花生高产和氮素高效利用需在花生生育前期施用一定量的氮肥。 张翔等[18]研究结果为不同时期累计施氮120 kg/hm2显著增加荚果产量,其中以基施氮40 kg/hm2+苗期和花针期分别追氮40 kg/hm2为最高。 刘欣婷等[19]在花生苗期、始花期、花针期和结荚期进行滴灌施肥,对花生具有不同的效应,其中始花期施肥可以提高花生产量。本试验结果表明各时期追肥均有利于提高花生叶片的光合性能,从而增加产量。 就追肥时期而言,追肥效果表现为花针期＞结荚期＞饱果期;就追肥次数而言,分次追肥效果优于1次追肥,即在3个追肥时期中,追肥时期越早、前期追肥量越大和分次追肥越有利于促进花生叶面积指数、叶片叶绿素含量和气孔导度的提高,降低胞间CO2浓度,从而提高光合速率,而分次追肥既有利于提高花生生育前期叶面积指数、叶绿素含量和光合速率,又能够缓解生育后期叶面积指数、叶绿素含量和光合速率的下降。 追肥通过提高百果质量、百仁质量、荚果数和出仁率,从而提高荚果产量和籽仁产量,而分2次追肥提高产量幅度最大,分3次追肥提高产量幅度反而下降。 因此认为花针期和结荚期追肥适用于花生生产。