膜下滴灌追肥对花生生长发育、光合特性及产量的影响

丁 红张冠初石程仁徐 扬慈敦伟袁 光秦斐斐姜常松张智猛*

(1.山东省花生研究所,山东 青岛266100;2.新疆农业大学农学院,新疆 乌鲁木齐830056;3.山东省海阳市农业技术推广中心,山东 海阳265100)

花生虽然是较抗旱耐瘠的经济和油料作物,但是地域降雨量偏少、降雨集中或季节性干旱仍然是限制花生产量与品质提高的主要因子[1]。 花生具有较大旱薄地产区,旱薄地花生土壤供肥保水能力差,且花生生产多采用基肥一次性施入,基本不追肥,造成生长后期脱肥早衰而使产量和品质下降[2]。 合理灌水和施肥是作物取得高产的重要影响因子。 研究表明合理追肥可以满足作物不同生育期的养分需求,显著提高作物产量和品质[3-4]。 适量追肥能够提高小麦和玉米的叶片光合速率,显著提高其产量[5-6]。

花生由于地膜覆盖,存在追肥困难,追施位置不当、追施肥料种类和数量不明确等问题。 为解决花生膜下追肥难和追施位置不当的问题,研究者对花生膜下滴灌水肥一体化技术进行了研究[7-8]。 膜下滴灌水肥一体化技术可满足花生不同生育期水分和养分需要,延缓生育后期花生早衰,从而提高产量改善品质[9]。 与其他作物相比,对花生膜下滴灌适宜追肥量的研究较少,研究集中于旱作追施或单一肥料品种对产量的影响[10-11]。 膜下滴灌水肥一体化条件下,魏正文[12]研究了追施氮磷钾及钙肥对花生生长发育的影响,刘兆娜等[9,13]分别研究了追施氮肥、硼肥和钙肥对花生农艺性状、光合特性和产量的影响,而膜下滴灌追肥对花生品质影响的研究较少。 本研究利用常规尿素和磷酸二氢钾作为追肥,采用膜下滴灌补水肥技术,综合研究追肥对花生生长发育、光合特性及产量品质的影响,由此确定花生花针期适宜的追肥量,为花生高产高效施肥提供理论依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用抗旱性强的早熟直立大花生品种花育25号为试验材料,生育期130 d左右。

1.2 试验设计

试验在山东省花生研究所试验农场进行,土壤基本理化性状:土壤容重1.16 g·cm-3,p H7.4,有机质含量15.6g·kg-1,水解氮含量85.8mg·kg-1,速效P(P2O5)含量43.2mg·kg-1,速效K (K2O)含量107.2mg·kg-1。0～20 cm 和20～40 cm 土壤耕层含水量分别为9.79%、12.56%。 采用垄作覆膜种植方式,垄距为85 cm,双粒穴播,播种密度为135000穴·hm-2。 播种前每公顷施三元复合肥(15-15-15)750 kg,于花针期通过膜下滴灌进行补水肥处理,以雨养条件为对照(CK),设3个肥料处理分别为每公顷追施尿素45 kg和磷酸二氢钾60 kg(T1)、尿素67.5 kg和磷酸二氢钾90 kg(T2)、尿素90kg和磷酸二氢钾120 kg(T3),灌水量为150 m3·hm-2,每处理重复3次。其他管理同大田高产常规管理。 4月30日播种,9月3日收获。

1.3 样品采集与分析

花生开花期每小区标记同一天开花的植株100株,15 d后灌水并于灌水前采集植株样品,在花针期、结荚期和饱果成熟期对样品进行叶面积、叶绿素含量和光合速率测定。

1.3.1 叶面积的测定

取样后摘取所有花生叶片,称取所有叶片鲜质量。 取10片一致的叶片,用打孔器打取直径为1.5 cm 的小圆叶片,称取小圆叶片的质量,根据小圆叶的面积和质量计算叶片的面积。

1.3.2 叶绿素含量的测定

取0.2 g左右叶片称质量后剪碎,以95%乙醇为浸提液提取色素,叶绿素含量的测定按照邹琦[14]介绍的方法进行。

1.3.3 光合速率的测定

采用LI-6400光合测定系统,于晴天10:00-14:00采用开放式气路测定。

1.3.4 测产与考种

收获期各小区选取6.67 m2进行收获,计算产量;并于每处理小区选取具有代表性的植株10株进行室内考种,测定项目包括主茎高、侧枝长、叶片数、营养器官生物量和经济产量。 对包括第一对和第二对侧枝果数、单株荚果总数、单株饱果数和饱果率等花生荚果性状进行测定计算。

1.3.5 籽仁品质

选取各处理自然风干后均匀一致的荚果脱壳,用德国布鲁克光谱仪器公司制造的MPA 型傅立叶变换近红外光谱仪测定各处理籽仁的蛋白质和脂肪含量以及O/L值等。

1.3.6 数据处理

用Excel 2007进行数据整理,用SPSS 19.0数据分析软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 追肥处理对收获期花生农艺性状的影响

表1可知,T1和T2处理较对照增加花生收获期的主茎高、侧枝长和叶片数,T3处理呈相反效应。 膜下滴灌追肥处理显著降低花生营养器官生物量,提高收获指数,而T1和T2处理较对照显著增加花生经济产量,增加幅度分别为5.96%和6.79%。 由此表明,水肥处理促进了光合产物由源向库的转化。

2.2 追肥处理对花生叶面积的影响

花生叶片叶面积随着生育进程的推进而增加(图1)。 膜下滴灌追肥处理显著增加花针期和结荚期的叶面积,且结荚期增加幅度大于花针期,花针期T3处理较对照的增加幅度最大,为43.71%,而结荚期T1处理下叶面积增加了超过1倍。 膜下滴灌追肥处理对饱果成熟期的影响与其他生育期不同,T1和T2处理增加饱果成熟期的叶面积,而T3处理与对照无显著差异。

2.3 追肥处理对花生叶绿素含量的影响

图1 膜下滴灌追肥对花生叶片叶面积的影响Fig.1 Effects of topdressing under mulch drip irrigation on leaf area of peanut

图2 膜下滴灌追肥对花生叶片叶绿素含量的影响Fig.2 Effects of topdressing under mulch drip irrigation on chlorophyll content of peanut leaves

图2可知,叶绿素a和总叶绿素含量的变化趋势相同,花针期叶片叶绿素a含量和叶片总叶绿素含量均随膜下滴灌追肥量的增加而降低。 T1处理较对照降低结荚期叶片叶绿素a和总叶绿素含量,而T2和T3处理增加其两者含量,叶绿素a的增加幅度分别为7.47%和6.40%。 T1处理显著增加饱果成熟期的叶片叶绿素a和总叶绿素含量。膜下滴灌追肥处理对叶绿素b含量的影响与叶绿素a含量不同。 T1处理较对照降低花针期和饱果成熟期叶片叶绿素b含量,而T2和T3处理呈相反趋势。 膜下滴灌追肥处理显著增加结荚期叶片叶绿素b含量,增加幅度分别为46.43%、10.80%和33.43%。 由此表明,花生叶片叶绿素a含量对总叶绿素含量的贡献较大。

叶片类胡萝卜素含量的变化趋势与叶绿素含量的变化趋势不同。 膜下滴灌追肥处理对花针期叶片类胡萝卜素含量无显著影响,而显著降低结荚期与饱果成熟期的叶片类胡萝卜素含量,T1、T2和T3处理较对照降低幅度分别为32.36%、9.19%、23.14%和10.29%、10.67%、15.83%。 由此表明,膜下滴灌追肥处理改变了叶片不同的叶绿素组成,使叶片保绿功能持续。

2.4 追肥处理对花生功能叶片光合特性的影响

蒸腾速率是植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量,结荚期和饱果成熟期的蒸腾速率大于花针期(图3)。 膜下滴灌追肥处理增加花生蒸腾速率,增加幅度与花生生育期和追肥量相关。 花针期处理随追肥量的增加而增加,结荚期仅T1处理显著增加花生蒸腾速率,增幅为18.92%;饱果成熟期追肥处理对花生蒸腾速率的增加幅度基本一致,在10%左右。 随花生生育进程的推进,净光合速率在结荚期达到最大后下降,T1和T2处理较对照显著提高各生育期花生叶片净光合速率,饱果成熟期的增加幅度最大,T1和T2 处理分别为60.56%和45.71%。

2.5 追肥处理对花生产量及产量构成因素的影响

由表2可知,膜下滴灌追肥处理均能显著增加花生荚果产量,3个追肥处理与对照相比分别增加12.94%,17.28%和10.73%。 T1处理增加第一对侧枝荚果数和单株总荚果数,较对照增加幅度分别为9.58%和11.36%。 追肥处理均增加花生荚果百果质量、百仁质量及出仁率。 T1处理下第一对侧枝荚果数和百仁质量最大,T2处理下饱果率和出仁率最大,而T3处理显著提高百果质量,表明不同追肥处理对花生产量构成因素的影响不同。 以上数据表明,膜下滴灌追肥处理提高花生产量,主要是通过提高单株有效结果数、荚果饱满程度及提高单果质量实现的。

2.6 追肥对花生籽仁品质的影响

膜下滴灌T1处理显著增加花生籽仁蛋白质含量,较对照增加3.32%(表3)。 膜下滴灌T2和T3处理均显著增加了花生籽仁脂肪和油酸含量,与对照相比,油酸含量的增加幅度分别为7.06%和10.61%。 追肥处理显著降低了花生籽仁的亚油酸含量,从而显著增加了其油酸/亚油酸比值(O/L)。 各追肥处理下O/L 较对照增加幅度分别为14.71%、13.72%、20.59%,由此表明膜下滴灌追肥处理增加了花生制品的耐储性。

图3 膜下滴灌追肥对花生叶片光合特性的影响Fig.3 Effects of topdressing under mulch drip irrigation on photosynthetic characteristics of peanut leaves

表2 膜下滴灌追肥对花生产量构成因素的影响Table 2 Effects of topdressing under mulch drip irrigation on yield components of peanut

表3 膜下滴灌追肥对花生籽仁品质的影响Table 3 Effects of topdressing under mulch drip irrigation on kernel quality of peanut

3 讨论与结论

合理施肥可促进作物各生育期养分均衡吸收,提高作物光合产物积累,有利于作物产量的提高。 灌水追氮处理可显著增加小麦株高和地上部生物量,但对单茎无显著影响[15-16]。 花生花针期和结荚期对营养元素需求量较大[17],生产中多采用基肥方式一次性施入,易造成生育后期脱肥早衰而减产。 膜下滴灌追施氮磷钾及硼肥、钙肥可增加花生主茎高、侧枝长、分枝数和茎秆生物量[9,12]。 本研究表明,在一定追肥量范围内膜下滴灌追肥增加花生的主茎高和侧枝长,与前人的研究结果相一致。 第一对侧枝的长势与产量密切相关,其荚果对产量的贡献达一半以上[18]。 本研究中第一对侧枝荚果数占总荚果数63.4%以上,与前人研究结果一致,追肥处理促进第一对侧枝荚果数的增加,并显著提高花生收获指数,表明膜下滴灌处理促进花生光合产物由营养器官向生殖器官转化,从而提高其经济产量。

光合作用是作物光合产物积累及产量形成的重要基础,光合速率和蒸腾速率是衡量光合作用的重要指标。 增加叶片光合面积,维持较高叶绿素含量,对提高光合速率具有重要作用[19]。 研究表明,拔节期追施氮肥显著提高小麦灌浆期的单茎叶面积和叶片净光合速率[20]。 旱地花生花针期追肥可维持功能叶片较高叶绿素含量,显著提高净光合速率[21]。 本研究结果表明,膜下滴灌适量追施肥料增加了叶面积,提高了叶片净光合速率,降低了花针期叶绿素含量,对结荚期和饱果期的叶绿素含量呈相反效应,与前人的研究结果略有不同,可能是由于品种、追肥量、灌水量及生长环境等差异所致。

光合作用的提高对促进花生产量形成有重要作用。 膜下滴灌条件下在一定追肥量水平下,花生荚果产量、单株结果数和出仁率,随追肥量的增加,呈先增加后降低,与刘兆娜等[13]研究结果一致。本研究中单株有效结果数、荚果饱满程度、单果质量的提高是膜下滴灌追肥提高产量的主要体现。综合考虑产量、收益及投入成本,在本试验条件下,花生膜下滴灌追施尿素45.0～67.5 kg·hm-2和磷酸二氢钾60～90 kg·hm-2是高产高效的肥料管理措施。