葉面施氮對(duì)不同類型大豆品種氮素積累與分配的影響

李燦東 郭 泰 王志新 鄭 偉 張振宇 趙海紅 郭美玲 邱 強(qiáng)

(1黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院/國(guó)家大豆區(qū)域技術(shù)創(chuàng)新中心/國(guó)家大豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系佳木斯綜合試驗(yàn)站，黑龍江 佳木斯 154007；2吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所，吉林 長(zhǎng)春 136100)

大豆是需氮量較多的作物，可通過(guò)土壤吸收、肥料供應(yīng)及根瘤固氮三種途徑滿足所需氮素。這三種途徑既相互關(guān)聯(lián)又相互制約，為大豆生長(zhǎng)發(fā)育提供所需氮素[1-4]。研究表明，大豆的產(chǎn)量及品質(zhì)與氮素供應(yīng)密切相關(guān)，大豆外源氮素供給直接影響干物質(zhì)積累情況，在合理外源氮素供應(yīng)條件下大豆能夠獲得更高產(chǎn)量[5-8]。施用氮肥是大豆生產(chǎn)上常見的外源補(bǔ)氮措施，主要包括土壤施肥和葉面施肥，大量研究表明葉面施氮是重要的外源氮素來(lái)源，可有效提高大豆產(chǎn)量并改善大豆品質(zhì)[9-13]。不僅在大豆中，其他作物在葉面施氮效果方面也有相關(guān)研究，如紅小豆[14]玉米[15-17]、苦蕎[18]、冬小麥[19]、黃秋葵[20]、番茄[21]、蠶豆[22]、甘薯[23]等。現(xiàn)有研究普遍是針對(duì)葉面氮肥施用效果的研究，鮮有對(duì)不同類型品種間葉面氮肥利用進(jìn)行綜合比較分析的報(bào)道。基于此，本研究針對(duì)不同類型大豆品種，采用氮素標(biāo)記示蹤技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)上4 種主要類型品種在不同葉面施氮量下的氮素吸收、積累及分配進(jìn)行綜合分析，旨在為大豆葉面氮素利用機(jī)制研究及生產(chǎn)合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用黑龍江省東部地區(qū)主栽的4 種不同類型大豆品種，分別為亞有限圓葉型(YY)品種合豐48，亞有限尖葉型(YJ)品種合豐50，無(wú)限圓葉型(WY)品種合農(nóng)64 及無(wú)限尖葉型(WJ)品種合豐55，均由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院提供。

供試土壤為黑龍江省三江平原地區(qū)黑鈣土，取自黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院試驗(yàn)田。土壤含全氮0．308%、全磷0．224%、全鉀1．896%，速效磷126．5 mg.kg-1、速效鉀510．7 mg.kg-1、堿解氮229．3 mg.kg-1、有機(jī)質(zhì)5．3%，pH 值6．9。

基礎(chǔ)肥料為尿素(N 含量46%)、磷酸二胺(N 含量18%，P 含量46%)及硫酸鉀(K 含量75%)；示蹤肥料為15N 標(biāo)記尿素，豐度20．17atom%Urea-15N2，購(gòu)于上?；ぱ芯吭?。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用雙因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，4 種類型大豆品種參試，采取基肥常規(guī)施用(基肥：尿素30 kg.hm-2、磷酸二銨、150 kg.hm-2、氧化鉀30 kg.hm-2)、15N 標(biāo)記尿素葉面噴施的施肥方式。每種大豆類型設(shè)5 個(gè)15N 標(biāo)記尿素噴施量處理，分別為N0(0 kg.hm-2尿素用量)、N1(3．5 kg.hm-2尿素用量)、N2(4．0 kg.hm-2尿素用量)、N3(4．5 kg.hm-2尿素用量)及N4(5．0 kg.hm-2尿素用量)。每個(gè)處理3 次重復(fù)(即3 盆)，合計(jì)60 盆。盆栽桶規(guī)格為下底直徑0．3 m、上口直徑0．4 m、高0．45 m，桶底等邊均勻鉆3 個(gè)出水孔。

試驗(yàn)于2015年6月3日播種，采取雙粒點(diǎn)播，每盆3 穴，每穴2 粒于等邊三角形播種，出苗后每穴保留1 株?；适┓柿堪凑漳蛩?0 kg.hm-2、磷酸二銨150 kg.hm-2及硫酸鉀50 kg.hm-2折合施用。15N 標(biāo)記尿素在大豆初粒期(R5)葉面噴施。在大豆生長(zhǎng)至初熟期(R7)，用尼龍網(wǎng)袋將桶栽整桶從底部裝入，待完熟期(R8)將桶栽植株按組織器官分類收集，包括根、莖、葉、葉柄、莢及籽粒，放入牛皮紙袋中置于烘箱內(nèi)105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重。將烘干好的各組織器官去皮稱重，粉粹成粉末狀過(guò)80 目篩，用于測(cè)定各器官全氮含量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

植株器官全氮含量采用ATN-300+全自動(dòng)凱氏定氮儀(南京華奧儀器有限公司)測(cè)定，并經(jīng)過(guò)硝化預(yù)處理后采用MAT 271 質(zhì)譜儀(德國(guó)西德菲尼根瑪特公司)測(cè)定15N 豐度[24]。

式中，Ndff(the percentage of N drived from15N fertilizer)為植株內(nèi)氮素來(lái)自標(biāo)記肥料的百分比。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010 進(jìn)行整理，采用DPS 7．05 軟件進(jìn)行雙因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量及品種類型對(duì)大豆器官干物質(zhì)積累的影響

雙因素分析表明，不同施氮量對(duì)大豆根、莖、葉、葉柄、莢皮、籽粒及全株的干物質(zhì)積累影響均達(dá)到極顯著水平，不同品種類型對(duì)大豆根、莢皮、籽粒及全株的干物質(zhì)積累影響均達(dá)到極顯著水平，并對(duì)莖、葉干物質(zhì)積累影響達(dá)到顯著水平(表1)。

由表1 可知，品種與施氮量搭配組合中，以亞有限尖葉型品種在N3 的根、莖及葉器官干物質(zhì)量均為最高，分別為14．94、20．52 及7．17 g.plant-1，亞有限圓葉型大豆品種在N3 的葉柄、莢皮、籽粒及全株干物質(zhì)量均為最高，分別為4．94、4．24、23．20 和74．09 g.plant-1，各器官干物質(zhì)積累量分別總體顯著高于其他組合處理，說(shuō)明處理組合對(duì)大豆葉柄、莢皮、籽粒及全株的干物質(zhì)量影響較大。因此，在葉面施氮量4．5 kg.hm-2(N3)處理下，大豆各器官干物質(zhì)量最高，亞有限尖葉型品種的根、莖及葉器官干物質(zhì)量較高，亞有限圓葉型品種的葉柄、莢皮、籽粒及全株的干物質(zhì)量較高。

2.2 不同施氮量及品種類型對(duì)大豆器官氮素積累的影響

雙因素分析表明，不同施氮量及不同品種類型對(duì)大豆各器官及全株的氮素積累影響均達(dá)到極顯著水平，不同施氮量與不同品種類型的交互作用除對(duì)葉柄無(wú)顯著影響外，對(duì)其他各器官及全株氮素積累量的影響均達(dá)到極顯著水平(表2)。

由表2 可知，各品種與施氮量搭配組合中，以無(wú)限圓葉型大豆品種在N3 的根、莖、葉、籽粒及全株氮素積累量均為最高，分別為39．24、82．56、22．62、138．52及310．20 mg.plant-1，且與其他處理組合均達(dá)到差異顯著水平(除N3 處理的無(wú)限尖葉型品種和有限尖葉型品種)；無(wú)限尖葉型大豆品種在N3 的葉柄和莢皮的氮素積累量最高，分別為11．26 和16．32 mg.plant-1，且與除無(wú)限圓葉型外的其他處理組合均達(dá)到差異顯著水平。因此，在施氮量4．5 kg.hm-2(N3)處理下，無(wú)限圓葉型及無(wú)限尖葉型品種均具有較高的氮素積累量，且無(wú)限圓葉型品種根、莖、葉及籽粒的氮素積累量較高，而無(wú)限尖葉型品種葉柄和莢皮的氮素積累能力較強(qiáng)。

2.3 不同施氮量及品種類型對(duì)大豆器官標(biāo)記氮素積累與分配的影響

由表3 可知，各品種與施氮量搭配組合中，以亞有限圓葉型大豆品種在N3 的根、莖和葉柄中15N 積累量最高，分別為0．45、2．58 及0．93 mg.plant-1，其中根中的15N 積累量顯著高于其他處理；莖中的15N 積累量與亞有限尖葉型、無(wú)限圓葉型大豆品種在N3 的15N 積累量無(wú)顯著差異，但顯著高于其他處理組合；葉柄的15N積累量與相同施氮水平下的無(wú)限圓葉型大豆品種無(wú)顯著差異，顯著高于其他處理組合。葉中15N 積累量以在無(wú)限圓葉型、亞有限尖葉型大豆品種在N3 條件下較高，顯著高于其他處理，分別為1．48 和1．41 mg.plant-1； 莢皮中15N 積累量以無(wú)限圓葉型大豆品種在N4 條件下最高，顯著高于其他處理；籽粒中15N 積累量以無(wú)限尖葉型大豆品種在N3 條件下最高(9．76 mg.plant-1)， 顯著高于他處理。由此可見，大豆葉面氮素施用的最佳施用量為4．5 kg.hm-2(N3)，此條件下各器官氮素積累量較高，亞有限圓葉型品種根、莖和葉柄中15N 積累量最高，無(wú)限圓葉型品種葉中15N 積累量最高，無(wú)限尖葉型品種籽粒中15N 積累量最高。

表1 不同施氮處理下不同類型大豆品種各器官干物質(zhì)量 Table 1 Dry matter of different plant organs of different soybean varieties types under different N levels /(g·plant-1)

各器官標(biāo)記氮素分配率趨勢(shì)與積累量基本一致，其中根和葉柄15N 分配率均以在亞有限圓葉型品種在N3條件下最高(3．05%和6．30%)，葉中15N 分配率以無(wú)限圓葉型品種在N3 條件下最高(9．93%)，莢皮中15N 分配率以無(wú)限圓葉型品種在N4 條件下最高(13．99%)。莖和籽粒中15N 分配率與積累量表現(xiàn)不同，莖中15N 積累量以亞有限圓葉型品種在N3 條件下最高，而分配率以亞有限尖葉型、無(wú)限圓葉型品種在N4 條件下較高；籽粒中15N 積累量以無(wú)限尖葉型品種在N3 條件下最高，而分配率以無(wú)限尖葉型品種在N4 條件下較高。表明各器官氮素分配率不是評(píng)價(jià)最適施氮量的標(biāo)準(zhǔn)，較高施氮量下雖然氮素分配率較高，但氮素積累量仍然低于其他處理，說(shuō)明高施氮量反而影響了葉面氮素的吸收及利用。

表2 不同施氮處理下不同類型大豆品種各器官氮素積累量Table 2 N accumulation of different plant organs of different soybean varieties types under different N levels/(mg·plant-1)

3 討論

已有研究表明，葉面施用氮肥能夠有效提高大豆產(chǎn)量并改善其品質(zhì)[25-29]。尤其在大豆?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)期進(jìn)行葉面施氮，可有效提高葉片葉綠素含量，促進(jìn)植株光合作用，增加植株?duì)I養(yǎng)體生長(zhǎng)，為生殖生長(zhǎng)奠定良好基礎(chǔ)[30-31]。在大豆生育后期，大豆根瘤固氮能力逐漸減弱，外源葉面施氮是最有效的氮素補(bǔ)充途徑之一[32-36]，此時(shí)進(jìn)行葉面施氮能夠滿足氮素補(bǔ)充，促進(jìn)籽粒氮素積累。謝甫綈[4]認(rèn)為在大豆R5期肥料氮素吸收達(dá)到峰值，此時(shí)進(jìn)行葉面施氮能夠顯著提高籽粒蛋白質(zhì)含量并提高產(chǎn)量。本研究在大豆R5期采用不同施氮量處理對(duì)不同類型品種進(jìn)行葉面施氮試驗(yàn)，結(jié)果表明在4．5 kg.hm-2施氮量處理下各類型品種不同器官干物質(zhì)積累量均較高，該結(jié)果與已有研究報(bào)道一致[13]。不同類型品種間各器官氮素積累量及分配率則受不同施氮量影響。

本研究結(jié)果表明，在不同葉面施氮量處理下，不同類型大豆品種間各器官的干物質(zhì)積累、氮素分配及15N的分配具有顯著差異。因此針對(duì)不同類型品種進(jìn)行合理葉面施氮具有重要意義。不同類型品種干物質(zhì)積累結(jié)果表明，尖葉型品種較圓葉型在根、葉柄具有較高的干物質(zhì)量，亞有限圓葉型品種較無(wú)限尖葉型在莖、葉、莢皮及籽粒具有較高的干物質(zhì)量，原因在于無(wú)限尖葉型品種一般根系發(fā)達(dá)、葉柄較多，亞有限型品種主莖發(fā)達(dá)且圓葉型品種葉片較大，這些因素導(dǎo)致對(duì)應(yīng)器官干物質(zhì)量較大，屬于不同類型品種間的客觀差異；各器官氮素分配結(jié)果表明，無(wú)限型品種較亞有限型品種在各器官均具有更強(qiáng)的氮素吸收能力，無(wú)限圓葉型品種較亞有限尖葉型品種在莖、葉和籽粒中具有更強(qiáng)的吸收能力，雖然無(wú)限圓葉型品種具有較低的干物質(zhì)量，但由于該類型品種植株葉面積較大，氮素吸收能力較強(qiáng)，因此各器官氮素積累量較大；不同類型品種各器官15N分配結(jié)果表明，除籽粒外，各器官15N 積累量普遍以亞有限圓葉型品種較高，籽粒則以無(wú)限尖葉型品種具有較高的15N 積累量，可能是該類型品種產(chǎn)量較高所致，籽粒標(biāo)記氮素分配率以無(wú)限尖葉類型品種在高施氮處理下最高，說(shuō)明在高施氮量下籽粒對(duì)外源氮素利用率較高，但此時(shí)籽粒的產(chǎn)量并非最高，說(shuō)明過(guò)多施用葉面氮素雖然提高了籽粒的氮素分配率，但也造成其他器官干物質(zhì)積累量增加從而導(dǎo)致產(chǎn)量并不是最高水平。因此葉面氮素吸收和利用是各器官綜合平衡的結(jié)果，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)也不僅僅局限于籽粒對(duì)外源氮素的利用，要根據(jù)不同類型品種的需氮特點(diǎn)科學(xué)合理施用。

表3 不同類型大豆品種各器官15N 積累量及分配率Table 3 The15N accumulation and distribution rate of different plant organs of different soybean varieties types

4 結(jié)論

不同類型大豆品種對(duì)葉面氮素吸收及利用情況不同，施氮量與品種類型對(duì)氮素利用存在交互影響。施氮量是影響氮素利用的主要因素， 在施氮量4．5 kg.hm-2處理下，不同類型大豆品種各器官干物質(zhì)量、氮素積累量及15N 積累量總體均達(dá)到最高。同一施氮量下不同類型品種各組織器官氮素利用能力不同。本研究在前人關(guān)于大豆葉面施氮量及施氮效果的研究基礎(chǔ)上，補(bǔ)充了不同類型品種對(duì)大豆葉面氮素吸收及利用的分析，揭示了品種類型及不同器官對(duì)氮素的利用特點(diǎn)，為針對(duì)不同類型品種進(jìn)行科學(xué)合理葉面施氮提供了理論依據(jù)。