叶面氮素施量对大豆氮素吸收与分配的影响

李灿东， 郭 泰， 王志新， 郑 伟， 张振宇， 李 于， 王囡囡， 刘忠堂

(黑龙江省农业科学院佳木斯分院,黑龙江佳木斯 154007)

叶面氮素施量对大豆氮素吸收与分配的影响

李灿东， 郭 泰*， 王志新， 郑 伟， 张振宇， 李 于， 王囡囡， 刘忠堂

(黑龙江省农业科学院佳木斯分院,黑龙江佳木斯 154007)

【目的】叶面喷施氮肥在大豆生产中已普遍应用，大量研究报道表明叶面喷施氮肥能够使大豆获得不同程度的增产。本研究在前人研究的基础上，采用15N示踪技术，探索不同施氮量下氮素经大豆叶面吸收后在大豆植株各组织器官的积累与分配情况，为大豆叶面氮肥的高效利用提供理论依据。【方法】在黑龙江省大豆优势产区三江平原，以该地区5年内推广种植面积最大的大豆主栽品种“合丰55”为试验材料，采用15N示踪技术，以上海化工研究院生产的丰度为20.17% 的15N标记尿素水溶液为叶面肥料，设置不同叶面氮素喷施量处理N 0、3.5、4.0、4.5、5.0 kg/hm2(N0、N1、N2、N3、N4)，在大豆重要的需氮时期鼓粒期(R5)进行叶面施氮处理。分析不同叶面氮素喷施量对大豆标记氮吸收、分配利用规律以及对产量的影响。【结果】叶面喷施N 4.5 kg/hm2(N3)大豆各器官干物质积累量、氮素含量及氮素积累量均显著高于其他处理(P<0.05)。与不施氮处理(N0)相比，籽粒干重(21.7 g/plant)和总干物重(70.1 g/plant)分别增加6.37%和8.51%，籽粒氮素含量(6.15 g/kg)增加10.81%，籽粒氮素积累量(133.3 mg/plant)增加18.07%。在同一施氮水平下，大豆不同器官标记N积累量为籽粒>茎>叶>荚皮>叶柄>根，差异达到显著水平(P<0.05)。在施氮量为4.5 kg/hm2处理条件下，籽粒标记氮积累量(9.76 mg/plant)分别较茎(2.46 mg/plant)、叶(1.28 mg/plant)、荚皮(1.26 mg/plant)、叶柄(0.9 mg/plant)及根(0.41 mg/plant)高2.96、 6.63、 6.75、 9.84和22.8倍。不同施氮处理下，各器官标记氮积累量随着施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，在施氮量为4.5 kg/hm2处理条件下达到最高值，其中籽粒中标记氮达到9.76 mg/plant。标记氮在各器官的分配比例与积累量无明显相关性，可能是不同施氮量下各器官干物质积累量不同所致，总体表现为籽粒>茎>叶>荚皮>叶柄>根，在施氮量为5.0 kg/hm2条件下籽粒标记氮分配率最高，为63.81%。【结论】在叶面喷施氮4.5 kg/hm2条件下，籽粒标记氮积累量和干物重最高，分别为每株9.76 mg和21.7 g。就“合丰55”品种而言，叶面施氮量为4.5 kg/hm2最有利于籽粒氮素及干物质积累。大豆鼓粒期(R5)进行叶面施氮时，氮素主要积累于籽粒中，有利于籽粒干物质积累，最终获得增产。关键词: 大豆； 叶面； 氮素； 吸收与分配

氮素是植物正常生长发育必需的重要元素之一，在农业生产中往往是限制产量的主要因子。大豆是需氮量较高的作物，氮对大豆生理活动具有特别重要的意义[1-3]。大豆氮素来源于土壤氮、肥料氮和根瘤固氮，苗期大豆根瘤少而小，共生固氮作用尚未完全形成，土壤氮和肥料氮是此阶段氮素主要来源；花期大豆根瘤充分发育，根瘤固氮成为主要氮源；鼓粒期间，固氮能力和无机氮同化能力逐渐减弱，适当追施氮肥可以弥补氮素不足，促进大豆产量形成[4-7]。刘志全等[8]研究指出，叶面喷施尿素可促进单株荚数和单株粒数的增加，进而提高产量；赵开兵等[9]也指出，大豆生育后期叶面喷施尿素可不同程度增加株高，降低结荚高度，增加单株荚数和百粒重；姚文秋等[10]通过叶面喷施氮磷钾混合肥对大豆产量和品质进行研究表明，大豆蛋白质含量随施肥量增加而增加；张勇[11]对大豆丰收24号进行叶面喷施氮肥试验，结果表明产量、蛋白质含量有明显增加，氮脂总量变化小，脂肪含量呈下降趋势；曹娟华等[12]通过不同施肥方式对大豆产量的影响进行研究，结果表明减少底肥施用量，增加叶面肥喷施频率可以实现大豆增产，株高增加，改善大豆品质。本研究利用15N示踪技术，在鼓粒初期(R5)进行叶面喷施含15N同位素标记的尿素，研究不同叶面喷施氮量对标记氮在大豆各器官积累、分配以及产量的影响，为通过叶面喷施氮肥改善鼓粒期间大豆氮素营养状况,合理施用叶面氮肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以黑龙江省三江平原大豆主栽品种‘合丰55’为试验材料。以丰度为20.17%的15N标记的尿素水溶液为叶面肥料(上海化工研究院生产)。试验用土理化性质: 有机质含量5.3%、碱解氮229 mg/kg、速效磷126 mg/kg、速效钾511 mg/kg、pH 6.9。盆栽试验于2013年在黑龙江省农业科学院佳木斯分院进行，塑料桶直径0.3 m，高0.4 m，桶底钻直径0.02 m小孔3个，每桶用土12 kg，基肥按生产用量[NH4H2PO4∶K2SO4∶(NH2)2CO=3 ∶1 ∶1]一次性施入，每桶100 g。

1.2 试验方法

2013年5月20日播种，每桶3穴，双粒点播，深度0.05 m，出苗后定苗3株。于8月15日(R5期)进行叶面施氮处理，设5个施氮水平: N 0、1.63、1.87、2.10和2.33 kg/hm2，折合尿素分别为0、3.5、4.0、4.5和5.0 kg/hm2，依次用N0、N1、N2、N3和N4表示，每个处理设3次重复。将肥料配成1.0%(W/V)尿素水溶液，喷施标准以肥料水溶液覆盖植株全部叶片但不滑落水珠为准，喷施过程对桶栽土壤遮盖，防止少量叶面肥细雾滴入土壤被根系吸收。保证生育期间各处理浇水量一致，定期移动盆以消除边际效应。在大豆初熟期(R7)，用长2.0 m，宽1.5 m的纱网袋将各处理盆从底部将整株罩住，以便收集脱落残叶待测定。

1.3 取样与测定

1.3.1 取样 大豆初熟期(R7)将叶(连同脱落残叶)、叶柄、荚皮、茎、根和籽粒进行分解取样，用牛皮纸袋分装，用烘箱105℃杀青30 min，85℃烘至恒重，称量干重，粉碎后用于测定氮素含量及标记氮丰度。

1.3.2 测定指标及方法 采用ATN-300全自动凯氏定氮仪测定植株各器官氮素含量；采用MAT271型质谱仪检测标记氮丰度。

1.4 计算方法

标记氮原子百分超=样品或标记氮标记肥料的标记氮丰度-标记氮天然丰度；

Ndff(%)=样品的标记氮原子百分超/标记肥料的标记氮原子百分超×100%，Ndff%(The percentage of N drived from15N fertilizer)为植株内氮素来自标记肥料的百分比；

氮素积累量=干物质积累量×氮素含量；

肥料氮积累量=氮素积累量×(测定样品标记氮丰度-自然界中标记氮丰度)/肥料标记氮丰度；

植株某一器官标记氮积累量=该组织或器官的全氮×该组织或器官的Ndff(%)；

植株氮素利用率=植株Ndff%×植株吸氮量/施氮量×100%。

1.5 数据处理

用Excel 2003软件对数据进行处理，利用DPS7.05数据处理软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同喷施氮量对大豆不同器官干物质积累与分配的影响

从表1可看出，N2(4.0 kg/hm2)和N3(4.5 kg/hm2)处理大豆各器官干物质量较其他处理高，差异达到显著水平(P<0.05)。除根干物质重外，N3处理其他器官干物质积累量均显著高于N2处理，为各处理最高值，其中籽粒干物质重为21.7 g，总干物质重达到70.1 g，分别比不施氮处理N0高6.37%和8.51%。N1(3.5 kg/hm2)处理叶、叶柄、荚皮及总干物质量均较不施氮处理N0高，差异达到显著水平(P<0.05)，而籽粒干物重与N0差异不明显，说明较少的施氮量对产量形成作用不大，但可在一定程度上促进叶、叶柄和荚皮的干物质积累。N4(5.0 kg/hm2)处理各器官干物质积累较不施氮处理N0略高，但未达到显著水平，说明施氮量过多会抑制大豆植株干物质的积累。

注(Note): 同列数据后不同小写字母代表置信区间P<0.05内差异显著Values followed by different small letters mean significantly different among treatments atP<0.05 level.

2.2 不同喷施氮量对大豆不同器官氮素积累的影响

如表2所示，N3(4.5 kg/hm2)处理大豆各器官氮素含量较N1(3.5 kg/hm2)和N4(5.0 kg/hm2)高，且差异达到显著水平(P<0.05)。N3与N2处理除叶柄氮素含量差异显著外，其他器官氮素含量差异不显著，说明当施氮量达到4.0 kg/hm2时大豆各器官氮素含量增加不再明显。虽然N3处理大豆各器官氮素含量与N2差异不显著，但氮素积累量差异达到了显著水平(P<0.05)，说明各器官在N3处理较N2处理具有更高的干物质积累量。

2.3 不同喷施氮量对标记氮在大豆不同器官积累与分配的影响

表3表明，同一施氮水平下，由于干物质积累量存在较大差异，导致标记氮在不同器官积累量的大小顺序为籽粒>茎>叶>荚皮>叶柄>根，且差异达到显著水平(P<0.05)。不同施氮处理下，标记氮在各器官的积累量随着施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，在N3(4.5 kg/hm2)条件下达到最高值，籽粒中标记氮达到9.76 mg/plant。

注(Note): 同列数据后不同小写字母代表置信区间P<0.05内差异显著Values followed by different small letters mean significantly different among treatments atP<0.05 level.

注(Note): 同列数据后不同小写字母代表置信区间P<0.05内差异显著Values followed by different small letters mean significantly different among treatments atP<0.05 level.

15N在各器官的分配比例与施氮量无明显相关性，可能是与不同施氮量下各器官的干物质积累量不同有关，总体表现为籽粒>茎>叶>荚皮>叶柄>根。N4(5.0 kg/hm2)处理中籽粒15N分配率最高，为63.81%。

以上结果表明，N3处理大豆各器官15N积累量较其他处理高，差异显著，但各器官15N分配比例在N3处理并不是最高的，主要是由于各器官干物质积累量不同所造成的。较高的15N分配率是由于其他器官积累量相对较少而间接体现的。

2.4 大豆15N的利用率

由于是叶面施氮，氮素没有进入土壤，因此植株氮素利用率与氮肥回收率一致。在不同施氮水平下，N1～N3处理随着施氮量的增加植株氮素利用率反而逐渐降低，N1～N3处理间差异未达到显著水平，但与N4处理差异达到显著水平。说明在低施氮量条件下大豆植株氮素利用率较高，高施氮量条件下大豆植株氮素利用率逐渐降低，过高的施氮量会严重影响大豆植株对氮素的吸收(表4)。

3 讨论

本研究在大豆初粒期(R5)进行叶面施氮，能够有效被籽粒吸收利用，促进产量形成。谢普绨[13]研究指出，大豆在R5期肥料氮吸收量达到最大值(0.038 g/plant)，此时期进行叶面施氮能够促进大豆籽粒形成，实现增产目的。由于大豆生长发育后期，根瘤固氮功能减弱，与大豆植株对氮素需求量的增加形成了矛盾，通过叶面喷施有望缓解这一矛盾[13]。因此，大豆生育后期进行叶面施氮能够有效实现增产目的[14]。从大豆植株各器官15N元素的积累量可以看出，在R5期进行叶面施氮素主要积累在籽粒中，并且籽粒干物质积累量显著高于不施肥处理。在不同施氮量处理下，氮素在各器官分配比例有所不同，施氮量较少处理下，氮素主要分配在籽粒中，随着施氮量的不断增加，氮素向其他器官的分配比例逐渐增加，同时在籽粒中的积累量也在增加，一方面是由于其他器官建成是籽粒形成的基础，另一方面充足的氮素有利于籽粒充分吸收利用。这种增加趋势不是持续的，在达到最适施氮量时是指籽粒干物重最高的施氮量，继续增加施氮量反而会阻碍大豆植株器官对氮素的吸收，最终影响籽粒产量。因此，在大豆生产上施用叶面肥，应确定最适施氮量才能达到增产效果。

注(Note): 同列数据后不同小写字母代表置信区间P<0.05内差异显著Values followed by different small letters mean significantly different among treatments atP<0.05 level.

本研究针对大豆初粒期(R5)进行叶面施氮的主要原因是大豆生育后期根瘤固氮能力逐渐减弱，且此时期进行叶面施氮更容易被籽粒吸收利用[2]。但是针对‘合丰55’这一品种而言，不能断定R5期为最佳施氮时期，在后续的研究中要侧重于不同施氮时期进行深入研究，以确定不同类型大豆品种的最佳施氮量及施氮时期，为大豆叶面氮肥的高效利用提供理论依据。

4 结论

大豆初粒期(R5)叶面施氮，相同施氮水平下，不同器官15N积累量为籽粒>茎>叶>荚皮>叶柄>根，差异达到显著水平。各器官干物质积累量、氮素含量及氮素积累量在喷施N 4.5 kg/hm2时达到最高水平(P<0.05)。不同施氮水平下，在4.5 kg/hm2处理下籽粒15N积累量及干物重最高，分别为每株9.76 mg和21.7 g。

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Effects of leaf nitrogen application on soybean nitrogen uptake and distribution

LI Can-dong, GUO Tai*, WANG Zhi-xin, ZHENG Wei, ZHANG Zhen-yu, LI Yu, WANG Nan-nan, LIU Zhong-tang

(JiamusiBranchofHeilongjiangAcademyofAgriculturalSciences,Jiamusi,Heilongjiang154007,China)

【Objectives】 Forlia nitrogen application has been reported to increase soybean yield in different degrees.15N tracer technique was used to explore the nitrogen accumulation and distribution in different soybean organs with different nitrogen application rate, which can supply theoretical foundation for soybean leaf nitrogen efficient utilization and practical application. 【Methods】This research was carried out in the soybean advantage producing area of Sanjiang Plain of Heilongjiang Province, the widely cultivated cultivar ‘HeFeng55’ in the past five years was selected as test materials. The15N tracer technique and the15N urea water solution(20.17%)were produced in Shanghai Chemical Research Institute. The nitrogen spray amounts were set as: 0, 3.5, 4.0, 4.5 and 5.0 kg/hm2, recordered as N0, N1, N2, N3 and N4. Nitrogen was sprayed at the important needful nitrogen R5stage, and the15N absorption and distribution, and the yield were measured. 【Results】The dry weights, nitrogen contents and accumulation in the soybean organs are significantly higher with N 4.5 kg/hm2treatment than with other treatments(P<0.05). The seed dry weightd and total plant dry weight are 70.1 and 21.7 g in treatment of N 4.5 kg/ hm2, with a significant increase of 8.51% and 6.15% compared with N0; the seeds nitrogen content is 6.15 g/kg with an increase of 10.81%; the seeds nitrogen accumulation is 133.3 mg/plant with an increase of 18.07%. Under the same nitrogen application level, the15N accumulation in different organs is in order of seed >stem> leaf > pod > petiole > root, and the differences reach significance level(P<0.05). The seed nitrogen accumulation in N 4.5 kg/hm2is 9.76 mg/plant, those in the stems, leaves, pods, petioles and roots are 2.46, 1.28, 1.26, 0.9 and 0.41 mg/plant. The N accumulation in seeds is 2.96, 6.63, 6.75, 9.84 and 22.8 times higher than the above organs. Within the tested nitrogen levels, the15N accumulation is first increased then decreased with the increase of nitrogen levels, and the highest seed15N accumulation(9.76 mg/plant)is achived in the N 4.5 kg/hm2treatment. The15N distribution ratios and accumulation in different organs are not related to their dry biomass. The distribution ratios in different organs are all in the order of seed >stem>leaf>pod> petiole>root, and the highest seed15N distribution ratio(63.81%)is in the treatment of N 5.0 kg/hm2. 【Conclusion】The highest seed15N accumulation and dry weights are achieved when the forlia application rate of N is 4.5 kg/hm2, which should be thought the most optimum amount for the cultivar ‘HeFeng55’. The appropriate forlia spray time is at the R5 stage, during which period, more applied N will be accumulated in seeds and in favour of the seed dry weight accumulation, achieving higher yield at last.

soybean; leaf; nitrogen; uptake and distribution

2014-05-04 接受日期: 2015-03-04 网络出版日期: 2015-05-08

黑龙江省青年科学基金(QC2012C121)资助。

李灿东(1984—)， 男， 黑龙江省宾县人，博士研究生，助理研究员，主要从事大豆遗传育种与栽培技术研究工作。 *通信作者Email: 45016423@qq.com

S565.1; S506.2

A

1008-505X(2015)05-1361-05