膜下滴灌分次施肥对花生衰老特性和产量的影响

王晓颖周宇浩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)

花生是我国重要的油料作物和经济作物,在农业生产中占有重要地位。科学合理施肥是提高花生产量和品质、提高肥料利用率、增加效益的重要措施[1]。合理追肥可满足作物不同生育期对养分的需求,显著提高作物产量和品质[2-3]。由于花生是地上开花地下结果作物,土壤追肥易伤及已入土果针和荚果,特别是地膜覆盖栽培追肥操作更是无法进行。因此,花生生产上多采用只施基肥或基肥配合少量种肥,基本不追肥的施肥方式[4-5],该施肥方式一是容易引起花生生育前期旺长,二是能够造成花生生长后期脱肥早衰致使产量和品质下降[6]。生育期间频繁灌溉会促进土壤水分蒸发和根区过度排水,当土壤水分保持在田间持水量的50%~60%时可提供最高的作物水分生产率[7]。

作物根系对水分和养分的吸收虽然是两个相对独立的过程,但水分和养分对于作物生长的作用却是相互制约的。研究者在对印度西北部的滴灌施肥管理研究中发现,滴灌和氮肥管理可起到提高玉米—小麦系统产量、氮肥利用率和水分生产率的作用[8]。对花生进行滴灌施肥能明显提高肥料中营养元素的利用效率,而且在生育期间两次滴灌的肥料利用效率较一次滴灌要高[9]。施用氮肥能显著提高叶片CAT和POD活性,降低MDA含量,降低叶片膜脂过氧化程度,延缓叶片衰老,促进花生根系和地上部生长[10]。施氮量的不同还会对花生各器官中游离氨基酸和可溶性蛋白质含量及氮代谢酶活性有影响[11]。

膜下滴灌技术能够使水分和肥料同时均匀、定时、定量到达花生根系生长区域,使得根系区土壤维持在最佳水肥状态,提高根系对养分的吸收利用效率;同时减少了株间蒸发,可将灌溉水集中供应根系,提高植物水分利用效率[12]。膜下滴灌水肥一体化栽培技术的开发应用为花生科学合理施肥提供了可行途径。因此,本研究在大田膜下滴灌和追肥总量一定的情况下,研究了分次施肥对花生有关衰老生理性状变化和产量的影响,以期为花生科学追肥实现高产优质节本增效栽培提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2017和2018年在青岛农业大学现代农业科技示范园(36.45°N,120.09°E)进行。供试花生品种青花7号,肥料为尿素(总氮≥46.4%)、硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O≥99.0%)和硼砂(分析纯),土壤为砂姜黑土,2017和2018年0~20 cm土层分别含有机质1.15%和1.15%,碱解氮55.93 mg/kg和66.76 mg/kg,速效磷31.84 mg/kg和30.39 mg/kg,速效钾80.38 mg/kg和75.50 mg/kg,全钙5.09 g/kg和4.81 g/kg,有效硼0.87 mg/kg和0.80 mg/kg,p H为7.68和7.53。

1.2 试验设计

试验在基施复合肥(N:P:K=15:15:15)300 kg/hm2的基础上,采用膜下滴灌方式在追肥种类、总量和灌水次数、总量均相同条件下,设置:生育期间不灌水不追肥(T0);花针期追施1次肥(T1);结荚期追施1次肥(T2);饱果期追施1次肥(T3);花针和结荚期各追施1次肥(T4);花针和饱果期各追施1次肥(T5);结荚和饱果期各追施1次肥(T6);花针、结荚和饱果期各追施1次肥(T7),共计8个处理,各处理追肥种类和数量见表1。基施肥量300 kg/hm2低于传统施肥量750 kg/hm2,可更好比较不同时期追肥和分次追肥对花生产量的影响。因供试土壤中磷、钾含量较高且基施复合肥中含有磷、钾元素,故未设置磷、钾追肥处理。小区面积20 m×2.7 m=54 m2,随机排列,重复3次,共24个小区。每次每处理灌水量为10 mm。

表1 各处理追肥时期、种类和数量(kg/hm2)Table 1 The fertigation periods,types,and times of the treatments(kg/hm2)

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行花生,垄上行距30 cm,穴距16.5 cm,每穴2粒,滴灌带铺设于垄上中间。2017年于5月8日播种,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。2018年于5月9日播种,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。其他田间管理同一般大田生产。

1.3 测定项目与方法

于花针期施肥后12 d、结荚期施肥后12 d、饱果期施肥后12 d分别进行取样测定。用美国产Li-6400便携式光合测定仪测定花生功能叶片(主茎倒数第三片完全展开叶,下同)的净光合速率。用日产SPAD-502叶绿素计测定花生功能叶片的叶绿素相对含量。同时取花生功能叶片迅速放入液氮中,后放入超低温冰箱中,用于测定超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物歧化酶(POD)活性以及丙二醛(MDA)含量。SOD活性测定参照王爱国等[13]的方法,POD活性测定采用愈创木酚法[14],MDA含量测定参照林植芳等[15]的方法。收获期每小区选择代表性地段连续收获20穴,将荚果摘入网袋,自然晾晒,测定单株结果数、百果质量和荚果产量。

1.4 数据处理

数据处理采用Microsoft Excel 2010和DPS软件,显著性测验采用LSD方法(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 分次施肥对花生功能叶SPAD值和净光合速率变化的影响

表2可见,多数情况下,花生不同时期追肥均能增加叶片叶绿素含量和光合速率。其中,花针期施肥后12 d花生叶片叶绿素含量和净光合速率表现为T1>T4和T5>T7,但施肥处理之间差异不显著,叶绿素含量和净光合速率最高的T1处理比不追肥的T0分别高6.36%~9.08%和18.18%~18.27%。结荚期施肥后12 d花生叶片叶绿素含量和净光合速率表现为T4最高,T7次之,两者叶绿素含量分别比T0高9.45%~15.12%和6.51%~11.09%,净光合速率分别比T0高19.34%~35.58%和17.19%~21.82%。饱果期施肥后12 d花生叶片叶绿素含量和净光合速率表现为T4最高,T7次之,两者叶绿素含量分别比T0高15.90%~25.37%和13.23%~23.07%,净光合速率分别比T0高39.01%~47.98%和26.68%~37.63%。说明不同时期追肥均可以不同程度提高花生叶片叶绿素含量和净光合速率,但只追施1次肥以花针期追施提高花生叶片叶绿素含量和净光合速率效果最好,其次为结荚期,饱果期施肥效果最差;追施2次肥则以花针期和结荚期追施提高花生叶片叶绿素含量和净光合速率效果最好;分次追肥提高花生叶片叶绿素含量和净光合速率较只追施1次肥的效果好,但追施3次肥提高花生叶片叶绿素含量和净光合速率效果不是最好的。

表2 分次施肥对花生功能叶SPAD值和净光合速率变化的影响Table 2 Effects of fractional fertilization on SPAD value and net photosynthetic rate of peanut functional leaves

2.2 分次施肥对花生功能叶SOD和POD活性的影响

表3可见,花生不同时期追肥较对照均能提高叶片SOD和POD活性。其中,花针期施肥后12 d花生叶片SOD和POD活性表现为T1>T4和T5>T7,叶片SOD和POD活性最高的T1处理比不追肥的T0分别高13.80%~16.48%和21.92%~26.24%。结荚期施肥后12 d花生SOD和POD活性表现为T4最高,T7次之,T4处理的SOD和POD活性分别比T0高19.13%~20.07%和62.75%~75.50%,T7处理的SOD和POD活性分别比T0高12.01%~13.18%和32.57%~43.77%。饱果期施肥后12 d花生叶片SOD活性表现为T4最高,T7次之,T4处理的SOD和POD活性分别比T0高46.07%~76.06%和48.67%~61.70%,T7处理的SOD和POD活性分别比T0高47.43%~56.20%和38.67%~51.76%。说明不同时期追肥均可不同程度提高花生叶片SOD和POD活性,但只追施1次肥以花针期追施提高花生叶片SOD和POD活性效果最好,其次为结荚期,饱果期追肥效果最差;追施2次肥则以花针期和结荚期追施提高花生叶片SOD和POD活性效果最好;分次追肥提高花生叶片SOD和POD活性较只追施1次肥的效果好,但追施3次肥提高花生SOD和POD活性效果并非最佳。

表3 分次施肥对花生功能叶SOD和POD活性变化的影响Table 3 Effect of fractional fertilization on activities of SOD and POD of peanut functional leaves

2.3 分次施肥对花生功能叶MDA含量的影响

表4可看出,花生不同时期追肥较对照均能降低叶片MDA含量。其中,花针期施肥后12 d花生叶片MDA含量表现为T1

表4 分次施肥对花生功能叶MDA含量变化的影响(μmol·g-1 FM)Table 4 Effects of fractional fertilization on MDA content of peanut functional leaves (μmol·g-1 FM)

2.4 分次施肥对花生产量及其构成因素的影响

表5可见,花生不同时期追肥较对照均能增加单株结果数,其中以T4处理最多,比T0多39.15%~47.71%,T7次之,比T0多35.46%~44.22%。只追肥1次处理间比较,表现为T1>T2>T3,T1和T2显著多于T0,T3与T0差异不显著。追施2次处理间比较,表现为T4>T5>T6,均显著高于T0。花生不同时期追肥较对照均能增加百果质量,其中以T4处理最高,比T0高14.88%~15.33%,T7处理次之,比T0高10.26%~15.35%。只追肥1次处理间比较,表现 为T3>T2>T1,均显著高于对照,但三处理间差 异不显著。追施2次处理间比较,表现为T4显著 高于T5和T6,T5和T6间差异不显著,三处理间 均显著高于对照。分次追肥增加百果质量效果较 只追施1次肥的为好。花生不同时期追肥较对照 均能增加荚果产量,其中以T4处理最高,比T0高28.75%~38.03%,T7处理次之,比T0高21.91%~26.54%。只追肥1次处理间比较,表现为T1>T2>T3,均显著高于T0(2018年T3除外)。追施2次处理间比较,表现为T4>T5>T6,T4显著高于T5和T6,三处理均显著高于T0。分次追肥和只追肥1次比较,分次追肥增加荚果产量的效果高于只追施1次肥的处理。说明不同时期追肥均可不同程度增加花生单株结果数和果质量而增产。但只追肥1次表现为:追肥时期早主要是依靠增加单株结果数而增加产量,追肥时期晚主要依靠增加果质量而增加产量;分次追肥则既能保证较多的单株结果数,又能确保果质量的提高而增产;但追施3次肥提高花生单株结果数和果质量的效果不是最好的。

表5 分次施肥对花生产量及其构成因素的影响Table 5 Effect of fractional fertilization on peanut yield and yield components

3 讨 论

光合作用是作物产量形成的基础,干旱胁迫会对光合作用造成抑制[16]。在花生生育过程中,自然降水量与花生生长阶段需水量往往有所差别,不同年份间不同生育时期常常会出现干旱胁迫的现象,对花生生长发育有一定影响,从而造成减产[17]。因此,需要根据花生不同生育时期的需水规律对花生进行灌水,在合适的时间灌溉合适的水量才能提高水分利用率并保证产量[18]。膜下滴灌的优越性在于一方面减少了株间蒸发,同时又将灌溉水集中供应根系,大大提高了灌溉水的利用效率,同时,还防止了种植期间频繁灌溉造成的土壤水分蒸发和根区过度排水,使土壤水分保持在最适宜作物生长的田间持水量。科学合理施肥可以满足作物各生育时期对养分的均衡吸收,是提高肥料利用效率和作物产量的有效途径。丁红等[5]于花生花针期在膜下滴灌水量一致下设3个追肥量处理,研究了不同追肥量对花生生长发育、光合特性和产量品质的影响,认为花针期追肥可显著增加结荚期和饱果成熟期叶片叶绿素含量和光合速率,提高收获指数,增加荚果产量。秦文洁等[6]研究表明花针期膜下滴灌追施氮、硼、钙肥及其配合施用均可不同程度地提高花生叶片叶绿素含量、光合速率、SOD和POD活性,降低MDA含量,增加单株结果数、百果质量和产量。毕振方等[19-20]采用在植株两侧撒施复混肥后培土盖肥的方法,研究了不同生育时期追肥对花生光合、衰老和产量的影响,认为花针期追肥可以增加叶面积系数、叶片叶绿素含量和光合速率,提高SOD、POD活性,降低MDA含量,延缓叶片衰老,从而促进花生增产。

本研究结果表明,不同时期追肥均可以不同程度提高花生叶片的叶绿素含量、净光合速率和SOD、POD活性,降低MDA含量,只追施1次肥以花针期追施效果最好,其次为结荚期,饱果期追肥效果最差;追施2次肥则以花针期和结荚期追施效果最好;分次追肥较只追施1次肥的效果好,但追施3次肥的效果不是最好的。花针期是花生生长发育最旺盛、水肥需求最敏感的时期[21],在花针期追肥可以提高功能叶中SOD、POD酶活性,降低MDA含量,提高生育后期叶片中可溶性蛋白含量,有利于延缓叶片衰老,延长叶片功能期,为荚果发育提供足够的光合产物。分次追肥能够更好地在花生不同生育期及时补充养分,尽可能使养分供应与花生不同生育期的需求相吻合,将肥料对植株的作用后移,维持较高的叶绿素含量,提高花生功能叶片净光合速率以提高光合性能,延缓生育后期叶片功能下降,缓解由于养分不足造成的衰老,使养分持续供应生长,获得高产、高品质的花生。不同时期追肥均可不同程度增加花生单株结果数和果质量而增产。若只追肥1次且追肥时期较早,则主要是依靠增加单株结果数而增加产量;若追肥时期较晚,则主要依靠增加果质量而增加产量。分次追肥既能保证较多的单株结果数,又能确保果质量的提高,从而使花生增产;但追施3次肥提高花生单株结果数和果质量的效果不是最好的。因而,在本试验基施一定复合肥的基础上,以花针期和结荚期各追肥1次对花生产量的提升效果为最佳,对探究花生生产中科学合理的滴灌追肥次数、追肥时期、肥料用量以及肥料种类等具有重要意义,可为节水省肥高效花生栽培体系的建立奠定基础,可考虑作为花生水肥一体化高效施肥管理措施。