施氮量对绿豆产量及生育期性状氮利用效率的影响

纪鸿飞 廖思寒 袁荣 聂堂哲

(黑龙江大学水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080)

引言

绿豆是亚科豇豆属植物，是我国主要栽的传统作物之一。绿豆具有较高的营养价值，其富含多种无机盐、维生素、磷铁、蛋白质等，对于肿胀、痱子、疮癣、口腔炎、食物中毒等都有一定疗效。属药食同源作物，既是理想的保健食品，又是较好的经济作物[1-6]。绿豆对种植环境具有较高的适应性，在我国大规模种植，世界上约30%的绿豆产量来自我国[7,8]。绿豆生育期短、耐瘠性强，其根系有共生固氮能力，但不合理的施肥不仅不会使作物生长，还会影响植株的发育。传统种植认为，绿豆种植不需要施肥、不能施肥，这在一定程度上影响了绿豆的增产。这种靠天靠地的传统种植方法，使绿豆产量低、经济效益差。氮是作物生长过程中所需的重要元素之一，合理施用氮肥是促进作物生长的有效措施[9-11]。在绿豆试验中，施用氮肥是促进其生长和提高产量的重要技术措施[12]。

前人在研究绿豆生产中氮肥的最佳施用量存在差异，这与试验地区土壤肥力的差异有关，同时黑龙江省绿豆的合理施氮水平研究较少，现有的研究结果并不能满足黑龙江省绿豆的生产需要。针对这种情况，本文以绿豆不同氮肥施用量为研究对象，运用大田试验的方式，分析不同氮肥条件对绿豆的干物质积累量、产量、生育期性状及氮利用效率的影响，探究施氮量对绿豆产量和生长过程作用情况，根据作物需肥情况适时高效施肥，避免化肥污染，提高氮肥利用率，在保障粮食产量的同时达到增产增收的效果。本研究成果将对黑龙江省绿豆种植技术的应用和推广有重要的价值，以期为黑龙江省中部地区绿豆栽培实践科学合理施氮提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

大田试验于2021年在黑龙江省哈尔滨市香坊区信义村进行，该地位于N45°44′4.65″，E126°44′31.60″。该地区属中温带大陆性季风气候，平均海拔150m，全年平均降水量569.1mm，夏季降水量占全年的60%，年均气温3.5℃。试验区土壤类型为碳酸盐黑钙土。其养分含量比较丰富，适于各种农作物生长。

1.2 试验设计

全生育期设置4个氮肥施用量水平，N1、N2、N3、N4(0kg·hm-2、40kg·hm-2、80kg·hm-2、120kg·hm-2，每个水平处理重复3次，每小区面积为6.5m×7m=45.5m2，共设12个小区，各施氮水平小区随机排列。本次试验于2021年5月20日播种，地温稳定通过12℃，起垅深松深度为犁底层以下8～12cm，播种方式采用条播，各个小区均采用单垄种植，垅距65cm，共5排，株距10cm。供试绿豆品种为小明绿，试验所用氮肥为尿素(含46%N)、过磷酸钙(含16%P2O5)和硫酸钾(含50%K2O)。磷肥施用287.5kg·hm-2，钾肥施用62.5kg·hm-2，将过磷酸钙、硫酸钾和1/3尿素播种前开沟施入，剩余2/3尿素于花荚初期追肥。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 绿豆各时期干物质积累量

于各生育期末，取各小区完整绿豆植株，除去浮土，在烘箱中105℃杀青30min后，将绿豆叶、茎、花荚等器官分离，烘箱调制65℃累计烘干8h，称量绿豆各器官样本重量。

1.3.2 产量及其构成要素

在各小区成熟期对角线的中点作为中心抽样点，再在对角线上选择4个与中心样点距离相等的点作为样点，每点连续取样5株绿豆样本。自然条件下风干、脱粒、称重，测量其荚长、百粒重、单株荚数、单荚粒数、产量。

1.3.3 生育期特性观测

各小区按5点取样法确定选点，每点连续取样5株绿豆并标记，记分枝与花芽分化期、花荚期、灌浆期、成熟期4个生育期绿豆的株高、茎粗。

1.3.4 氮肥农学利用率及氮肥偏生产力

氮肥农学利用效率(AEN，kg·kg-1)计算公式：

(1)

式中，Ya为施氮处理绿豆产量，kg·hm-2；Yb为不施氮处理绿豆产量，kg·hm-2；Na为施氮量，kg·hm-2。

氮肥偏生产力(PFP，kg·kg-1)计算公式：

(2)

1.4 数据处理

使用SPSS进行数据分析，利用Excel进行数据处理和绘图工作。

2 结果与分析

2.1 各生育期干物质积累量

绿豆各生育期干物质积累量如图1所示，各生育期干物质总积累量呈先上升后下降的变化趋势，灌浆末期达到峰值，为54.74～68.10g，成熟期的干物质积累量较灌浆期有所减少，平均减少0.445g。前期植株中干物质含量迅速积累呈上升趋势，从灌浆期开始由于植株各器官水分的脱离以及干物质的转运，植株干物质含量整体呈下降的趋势。绿豆植株各时期干物质总积累量存在差异，各个器官的干物质积累量在不同生育期也存在差异。在绿豆生长前期干物质的积累主要是发生在茎和叶片，进入灌浆期及以后干物质的积累主要是发生在花荚。除分枝与花芽分化期茎与叶片干物质积累量占比接近外，其他生育期茎干物质重均大于叶片。且叶片和茎干物质积累量较大的，其成熟期花荚干物质积累量也大。各处理干物质积累量对比表示为N2>N3>N1>N4。

图1 绿豆干物质积累量

2.2 产量及构成要素

不同施氮水平绿豆产量及构成要素如表1所示，产量大小关系为N2>N3>N4>N1，施氮量为40kg·hm-2时(N2)绿豆的增产效果达到了25.73%，产量为1293.61kg·hm-2。其中，单株荚数、荚长均为N2>N3>N1>N4；百粒重为N2>N3>N4>N1；单荚粒数为N2>N3>N4=N1。不同施氮水平对荚长和单荚粒数外各要素存在显著影响，说明不同施氮量对荚长和单荚粒数影响不大，且施氮量为N2时对各要素有促进作用，产量最大。

2.3 不同处理生物学特性

2.3.1 不同处理的绿豆株高分析

表2为绿豆各处理不同生育期株高，由表2可知，因为试验前期氮肥仅施用了总量的1/3，对绿豆株高变化影响不大。分枝与花芽分化期和花荚期显著差异，而在灌浆期和成熟期时N3处理的株高最高，N4处理的株高最低。说明此试验中前期氮肥施用量对株高影响不大，后期120kg·hm-2(N4)处理会抑制绿豆株高的增加，40kg·hm-2(N2)处理会促进绿豆株高的增加。

表1 绿豆产量构成要素表

表2 各处理绿豆不同生育期株高

由图2可知，各处理全生育期内绿豆株高变化趋势大致相同，分枝与花芽分化期到花荚期绿豆株高迅速增大，花荚期到灌浆期绿豆株高增加幅度变缓，灌浆期到成熟期绿豆株高呈小幅度增加或减小的趋势。

图2 生育期内绿豆株高变化趋势

2.3.2 不同处理的绿豆茎粗分析

表3为绿豆各施氮处理不同生育期内茎粗的差异情况。通过分析可知，不同处理绿豆在各生育期茎粗差异显著，N2处理的茎粗均大于其他处理，表明N2施氮水平促进了茎粗的增长，而N1处理茎粗小于其他处理，表明不施用氮肥抑制了植株茎粗的增长。通过比较全生育期内绿豆茎粗的变化，低氮(N2)茎粗一直大于其他处理，说明低氮(N2)可以有效提高绿豆茎粗。

表3 各处理绿豆不同生育期茎粗

由图3可知，各处理全生育期内绿豆茎粗变化规律大致相同，分枝与花芽分化期到花荚期绿茎部迅速变粗，于灌浆期达到最大，到成熟期时绿豆茎粗小幅度缩小，这是由于该生育期绿豆的养分供给由营养生长转换到生殖增长。

图3 生育期内绿豆茎粗变化趋势

2.4 氮肥农学利用率及偏生产力分析

氮肥的农学利用率表示单位面积施氮量所生产的绿豆干物质总量，氮肥的偏生产力表示单位面积施氮量所生产的绿豆产量，是判断绿豆氮肥利用程度的2种指标。由表4可知，两指标均为N2>N3>N4，N2处理氮肥农学利用率为N3、N4处理的3.48倍和662倍，偏生产力是N3、N4处理的2.19倍和3.78倍。N2的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力最高。

表4 氮肥农学利用率及氮肥偏生产力

3 讨论

绿豆有耐旱特性[13]，黑龙江省干旱发生较为频繁[14]，绿豆生产多以雨养为主。本文通过改变氮肥施用量来探究旱区绿豆的生长发育情况，根据各项指标推荐出适宜黑龙江绿豆高效生产的氮肥施用量。蔡晓军等研究表明，增加氮肥施用量有利于干物质的积累，施氮量为37.5kg·hm-2时绿豆生长过程中干物质积累量最大[15]。本试验中N2处理干物质积累量最大，并且过多的施氮量会抑制干物质的积累，各生育期干物质随着氮肥施用量的增加呈先增大后减小的趋势，试验结果与前人结果一致。邓昆鹏等研究提出，氮肥施用量在40～45kg·hm-2时绿豆产量呈最高[16]。本试验中N2处理绿豆的产量最大，其值为40kg·hm-2，与前人研究结果一致，且整体随着施氮量的增加呈先增加后降低的趋势。不同施氮水平绿豆产量构成要素表现为，N2最大，N3仅次于N2处理水平。由此启发，日后研究中可以缩短施氮水平的范围，对N2和N3之间进行更细致的最佳施氮研究。不同施氮水平对荚长和单荚粒数外各要素存在显著影响，不同施氮量对荚长和单荚粒数影响不大，说明产量受单株荚数、百粒重的影响更大。

蔡晓军等研究发现，增施氮肥仅会对绿豆前期株高产生影响[15]。而本研究中与之相反，增施氮肥对绿豆前期影响不大，分析原因这可能是前期氮肥施用量仅为总量的1/3，且前期施氮量对茎粗影响较大，不利于绿豆长高，后期茎粗稳定后，施氮量对株高影响较大。在本试验中N2处理的氮肥农学利用率和偏生产力最高，这是因为随着施氮施用量的增加，产量呈先增大后减小的趋势，在N2处理达到最大值，随后变小，且在N4处理出现产量小于未施氮(N1)处理的情况，这说明过多施用氮肥会降低产量。N2的氮肥利用效果最好，对减少环境污染具有重要的意义。

4 结论

生育期内绿豆干物质积累量总体呈先增加后减少的趋势，于灌浆期达到最大值，氮肥施用量为40kg·hm-2(N2)时绿豆干物质积累量最大，为68.10g。

氮肥施用量为40kg·hm-2(N2)的绿豆产量最高，其产量为1293.61kg·hm-2。从绿豆产量构成要素分析，除了荚长和单荚粒数外，其它要素均受氮肥显著影响，且在40kg·hm-2(N2)处理时数值最高，并直接影响产量。

各生育期绿豆茎粗的最大值均在氮肥施用量为40kg·hm-2(N2)时出现。不同施氮处理对分枝与花荚分化期、花荚期的株高影响不显著。在灌浆期、成熟期时氮肥施用量为80kg·hm-2(N3)的株高数值最大。各生育期内茎粗、株高随着氮肥施用量的增加呈现先增大后减小的趋势。

适当的施用氮肥会对绿豆生长起促进作用，过量的氮肥施用会抑制绿豆的生殖生长。氮肥施加量为40kg·hm-2(N2)时其农学利用率和偏生产力最高。