有机无机配施下氮肥减施对红壤旱地花生产量及品质的影响

2022-12-01张志华吕丰娟肖运萍汪瑞清林洪鑫袁展汽魏林根吕茹洁

土壤与作物 2022年4期

张志华，吕丰娟，肖运萍，汪瑞清，林洪鑫，袁展汽，魏林根，吕茹洁

(1.江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所/农业农村部长江中下游作物生理生态与耕作重点实验室/国家红壤改良工程技术研究中心，江西南昌 330200； 2.井冈山红壤研究所江西省农业科学院井冈山分院，江西吉安 343016)

0 引言

花生(ArachishypogaeaL.)是我国重要的油料和经济作物[1-2]，具有种植历史悠久、分布范围广等特征，其种植面积和产量均居世界前列[3-4]。南方丘陵区在我国花生生产中占有重要地位，且种植地多为红壤旱地，红壤具有酸、瘠、黏、板等特征，因而，红壤旱地花生生产过程中需要投入大量养分。为获得较高产量，种植户大量施用化肥，而有机肥投入严重不足[5]，然而，长期大量施用化肥又极易导致土壤板结加剧、养分严重失衡和作物产量下降等问题。

有机无机配施和合理施用氮肥可有效提升作物产量和品质，关于水稻[6]、小麦[7]、玉米[8]、油菜[9]和大豆[10]等作物的有机无机配施和氮肥用量已开展了大量研究，花生亦有相关报道。研究表明，有机无机配施可以改善土壤理化性状，提升养分综合利用效率，促进花生生长，增加花生产量，进而改善花生荚果品质[11-15]。花生作为豆科作物，其根部的共生根瘤菌可直接利用大气中的氮气作为氮源[16]，因而，其氮肥利用效率相对其它作物较高。研究表明，合理施用氮肥可有效促进花生根瘤固氮，提升氮素和光能利用效率，增加花生产量和改善荚果品质，进而增加种植效益[17-21]。

然而，关于花生有机无机配施和氮肥合理施用的相关研究多集中于我国北方花生产区，针对南方红壤丘陵区花生施肥的研究相对较少。此外，前人对花生有机无机配施和氮肥用量的研究基本为单项研究，关于有机无机配施下花生氮肥适宜用量的研究鲜见报道。因此，本研究通过田间试验，探索了有机无机配施下氮肥减施对红壤旱地花生产量及品质的影响，以期为红壤旱地花生合理施肥和高效种植提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年在江西省南昌市进贤县罗溪镇(28°22′42″N，116°11′47″E)进行，试验地为典型红壤旱地，土壤质地为红壤土，其理化性状见表1。2020年4月至10月进贤县旬温变化趋势如图1所示，赣中北地区气温常年较赣南地区要低，因而赣中北地区花生播种较赣南地区要晚，一般集中在4月上中旬左右播种，在花生成熟期(8月中旬)又极易遇高温干旱极端气候，对花生产量形成和收获造成不利影响。

表1 试验地土壤理化性状

注：红色线代表江西花生生长发育时期界线。

1.2 试验设计

供试花生品种为汕油523，试验肥料为商品有机肥(有机质≥60%，N 2.5%，P2O51.5%，K2O 2.0%)、尿素(N 46%)、钙镁磷肥(P2O512%)、氯化钾(K2O 60%)。试验共设7个处理：① CK0(单施化肥对照，N 135 kg·hm-2)；② CK1(常规施肥，N 135 kg·hm-2，其中有机肥供氮25%，用量为1 350 kg·hm-2，化肥供氮75%，基肥氮45%，追肥氮30%)；③ B15(常规施肥基础上，基施化肥减氮15%)；④ B30(常规施肥基础上，基施化肥减氮30%)；⑤ B45(常规施肥基础上，基施化肥减氮45%)；⑥ B15T15(常规施肥基础上，基施化肥减氮15%，追施化肥减氮15%)；⑦ T30(常规施肥基础上，追施化肥减氮30%)，重复3次，共21个小区，小区面积13 m2(2.6 m×5 m)，随机区组排列。以上所有施肥处理中，有机肥、钙镁磷肥(P2O5135 kg·hm-2)、氯化钾(K2O 135 kg·hm-2)均作基肥，在开播种沟前一次性撒施，氮肥70%为基肥，30%作为花针期追肥，追施尿素按小区处理均匀撒施。花生在4月10日播种，种植密度约为2.25×106穴·hm-2(行距33 cm，穴距13.5 cm)，每穴1粒种子，在8月7日进行采样并收获，期间所有田间管理参照常规。

1.3 测定项目

花生成熟收获期，按小区收获自然晒干后单独计算荚果产量，并连续选取10株生长较为一致的花生植株，测定其产量构成和农艺性状。

收获指数=荚果重/(荚果重+植株重)出仁率(%)=果仁重/荚果重

将10株花生收取到的荚果剥壳，采用近红外分析仪(FOSS Infratec TM 1241)测定籽仁品质，包括含油率、蛋白质含量、油酸和亚油酸含量。

将花生茎叶、果壳、果仁分别风干后称重，粉碎，采用H2SO4-H2O2法进行消煮，再利用凯氏定氮仪测定氮含量，钼锑抗比色法测定磷含量，火焰光度计测定钾含量[22]。

氮肥偏生产力(kg·kg-1)=施氮区产量/氮肥用量

所有数据均采用Excel 2016和Origin 2021进行统计分析和作图，采用 SPSS 17.0 软件进行处理间各指标的差异显著性检验，显著水平为α=0.05，采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 有机无机配施下氮肥减施对红壤旱地花生产量及生长的影响

由图2可以看出，有机无机配施可以显著增加花生产量。有机无机配施下氮肥减施，基肥氮随着减施比例的增加，花生产量呈现先增后减的趋势；相同氮肥减施比例下，随着追肥氮减施比例的增加，其花生产量呈下降趋势。与单施化肥(CK0)相比，有机无机配施(CK1，3 895 kg·hm-2)的花生产量显著增加22.4%(P<0.05)，其它有机无机配施下氮肥减施处理的花生产量增幅在15.7%～28.0%，均达显著性差异。在有机无机配施条件下，与CK1处理相比，仅基施减氮15%处理(B15，4 073 kg·hm-2)增产177.9 kg·hm-2，增幅达4.7%，其余减氮处理均减产，减产幅度为1.3%～5.4%，其中B45处理产量最低(3 683.7 kg·hm-2)，显著减产5.4%；有机无机配施条件下减氮30%，基施减氮30%处理(B30)的花生产量较B15T15和T30处理分别增加45.2 kg·hm-2和145.2 kg·hm-2，但处理间差异未达显著水平。

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

由表2可知，有机无机配施可以不同程度改善花生生长的农艺性状，但有机无机配施下氮肥减施对花生农艺性状并无显著影响。与单施化肥(CK0)处理相比，有机无机配施(CK1)处理的花生主茎高、分枝数、单株饱果数、单株茎叶重均有所增加，收获指数降低了0.06，均达显著差异(P<0.05)。在有机无机配施条件下，基施减氮处理对花生主茎高、分枝数、单株饱果数均无显著性变化，与CK1处理相比，花生主茎高呈下降趋势，B45处理最低，为54.8 cm；分枝数呈增加趋势，B45处理最高为8个，增加了1个，各减氮处理的单株茎叶重分别下降7.3 g、2.3 g和2.9 g，收获指数仅B15处理显著增加了13.7%(P<0.05)；有机无机配施条件下减氮30%，基施减氮30%(B30)处理、B15T15和T30处理之间花生农艺性状无显著差异。

表2 氮肥减施对红壤旱地花生农艺性状的影响

由表3可以看出，有机无机配施和氮肥减施对红壤旱地花生产量构成具有一定影响。较CK0处理，CK1处理单株生产力显著增加了24.5%(P<0.05)，百果重和百仁重虽有所下降，但差异并不显著。有机无机配施下基施氮肥减施，与CK1处理相比，除B45处理百果重和白仁重显著降低了7.29%和7.01%外(P<0.05)，其余各处理不同指标虽有降低的趋势，但差异均未达到显著水平。有机无机配施条件下减氮30%，与基施减氮30%(B30)处理相比，B15T15和T30处理的百果重、百仁重呈增加趋势，500 g果数和单株生产力呈减少的趋势，但处理间差异均未达到显著水平。所有处理的出仁率在68.0%～70.6%之间，且处理间无显著差异。

表3 氮肥减施对红壤旱地花生产量构成的影响

2.2 有机无机配施下氮肥减施对红壤旱地花生各部位氮磷钾含量的影响

由图3可知，有机无机配施下氮肥减施对红壤旱地花生不同部位氮、磷、钾含量的影响不尽相同。与CK0处理相比，除CK1处理茎叶中钾含量显著增加了0.25个百分点(P<0.05)外，茎叶、果壳和果仁氮素含量虽呈下降趋势，果仁中磷含量表现为增加趋势，但均未达显著水平。有机无机配施下不同基施减氮比例，与CK1处理相比，B15和B45处理的茎叶氮含量分别增加了0.06和0.10个百分点，处理间无显著差异；果壳中氮含量呈下降趋势，其中B30和B45处理均显著下降了0.11个百分点；果仁中氮含量虽有所增加，但处理间差异未达显著水平。花生茎叶、果壳和果仁中磷素含量均无差异性变化。B15、B30和B45处理的茎叶钾含量分别显著增加了0.27、0.26和0.32个百分点(P<0.05)，果壳和果仁中钾含量无显著差异。有机无机配施条件下减氮30%，与B30相比，T30的茎叶氮含量显著增加了0.15个百分点(P<0.05)，B15T15和T30处理的果壳氮含量分别显著增加了0.18和0.10个百分点(P<0.05)果仁中氮含量，B15T15处理显著增加了0.43个百分点(P<0.05)，T30处理则显著降低了0.47个百分点(P<0.05)；除T30的茎叶磷含量显著增加了0.27个百分点(P<0.05)外，果壳和果仁中磷含量无显著差异；B15T15处理的果壳钾含量显著增加了0.13个百分点(P<0.05)，处理间的茎叶和果仁钾含量无显著差异。

图3 氮肥减施对红壤旱地花生各部位氮、磷和钾含量的影响

由图4可以看出，有机无机配施下氮肥减施对红壤旱地花生氮肥偏生产力(PFPN)的影响均表现为增加趋势。与CK0处理相比，CK1处理的氮肥偏生产力显著增加22.4%(P<0.05)；有机无机配施下不同基施减氮处理，与CK1相比，B15、B30和B45处理的氮肥偏生产力分别提升了3.65 kg·kg-1、11.83 kg·kg-1和20.76 kg·kg-1，处理间均表现为差异显著(P<0.05)；有机无机配施条件下减氮30%，B30、B15T15和T30处理的氮肥偏生产力均表现为无显著差异。

图4 氮肥减施对红壤旱地花生氮肥偏生产力的影响

2.3 有机无机配施下氮肥减施对红壤旱地花生品质的影响

由表4可以看出，有机无机配施下氮肥减施对红壤旱地花生品质的影响不尽一致。与CK0处理相比，CK1处理的含油率(52.5%)和亚油酸含量(30.0%)分别增加了0.67个百分点和0.49个百分点，蛋白质(26.2%)和油酸含量(26.2%)均下降了0.55个百分点。有机无机配施下不同基施减氮比例，与CK1相比，B30处理含油率最高，达52.8%，B15处理最低，处理间无显著性差异；B15处理蛋白质含量最高，达26.7%；B15和B30处理的油酸含量均表现为增加，B45处理下降，亚油酸含量则表现为先增后减的趋势，B45处理最低，但未达显著差异。有机无机配施条件下减氮30%，与B30相比较，B15T15和T30处理含油率表现为下降，但趋势不显著，T30蛋白质含量略有增加，且显著高于B15T15处理；各处理间油酸含量和亚油酸含量差异均未达显著水平。

表4 氮肥减施对红壤旱地花生品质的影响

3 讨论

3.1 有机无机肥配施对花生产量的影响

无机化肥具有养分单一、含量高、见效快等特点，但长期施用会导致土壤酸、板、瘠，破坏土壤结构，导致养分吸收利用率低，不利于作物可持续生产。然而，有机肥则养分全面，富含有机质，可改善土壤环境，促进养分吸收和作物生长，但其养分含量低、释放速率慢。因此有机无机肥配合施用不仅能够优势互补，而且还能增加产量，提高经济效益[23-26]。本研究表明，与单施无机化肥相比，有机无机肥配合施用可以显著提高花生产量，其花生产量可达3 895.2 kg·hm-2，增产幅度达22.4%。孙鹰翔等[11]已有研究表明，同等施肥量条件下，施用有机无机复混肥较化肥处理花生产量增加7.1%～9.3%；有机肥比例为35%时，花生荚果产量较常规施肥提高20.14%[13]。胡承伟等[27]研究发现，有机无机合理配施可培肥地力，改善花生农艺性状，从而增加结果枝数、单株果数、百果质量，显著提高花生产量。在本研究中，有机肥替代25%氮肥时，其花生的主茎高、分枝数、单株饱果数、茎叶质量、单株生产力均显著高于单施化肥处理，这与许小伟[14]、张敏[28]等人研究结果一致。本研究中，有机无机肥配施的花生氮素养分含量较单施化肥要低，这主要由于其有机无机肥配施的花生生长旺盛、生物量大，对氮素会有稀释作用，显著提升氮总吸收量。此外，单施化肥时花生的收获指数较高，有机无机肥配施导致收获指数降低，这是因为养分吸收不足时，光合产物会倾向于运往生殖器官，容易导致作物早熟，从而使得收获指数提升[29]。

3.2 氮肥用量对花生产量及品质的影响

氮素是必需营养元素之一，对作物的生长发育及产量具有重要影响[30-31]。花生虽属豆科作物，具有根瘤固氮能力，但并不能满足其对氮素营养的需求，因此施氮仍是满足花生氮素养分需求和提高产量的重要措施[32]。有研究表明，在一定范围内增施氮肥可显著提高花生产量，且随施氮量增加，其产量也相应增加，此时氮肥用量对花生产量起决定性作用[33-34]。刘兆辉等[35]研究发现适当减少氮肥用量，不仅不会减少作物产量，还可以降低生产成本。提高氮肥利用率氮素的积累与转化对花生品质具有重要影响，适量施用氮肥可以提高花生籽仁中蛋白质的含量，过量施用氮肥则会降低蛋白质和粗脂肪含量[36]。本研究表明，在有机无机配施条件下，氮肥减施15%(B15)不仅产量最高，达4 073.1 kg·hm-2，较CK0增产28.0%，较CK1增产4.7%，还提升了花生的分枝数、单株饱果数、单株生产力、收获指数及出仁率等农艺性状，其花生仁的蛋白质、油酸、亚油酸含量等品质指标也有所改善。此外，在减氮30%情况下，基肥减施氮处理的花生产量、农艺性状和品质要优于追肥减施氮处理。因此，在有机无机肥配施条件下，氮肥减施15%可以提升花生产量、农艺性状、养分吸收和品质，且基施减氮效果优于追施减氮。