閆艷紅,楊文鈺 ,張新全,陳小林,陳忠群

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院,四川 雅安 625014;2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,四川 雅安 625014)

近年來,“玉米(Zey mays)-大豆(Glycine max)”套作模式在西南地區(qū)得到了迅猛發(fā)展[1-4]。在該模式中,大豆前期生長在玉米的蔭蔽之下,植株纖弱易倒伏;產(chǎn)量形成期葉片的光合速率逐漸下降,光合產(chǎn)物積累較少。因此,若想提高大豆產(chǎn)量,除了保證穩(wěn)健的壯苗之外,必須延緩大豆葉片衰老,保證花后(玉米已收獲)較高的光合速率和較多的干物質(zhì)積累量,才能獲得高產(chǎn)。有研究表明,作物95%以上的干物質(zhì)是由光合作用提供的,而葉綠素含量是影響作物光合作用的重要因素,氮是葉綠素的重要組分[5,6],氮素營養(yǎng)通過提高葉片老化過程中的葉綠素含量和光合速率,延緩葉片衰老和光合功能衰退[7]。大豆一生的氮素來源主要有3個方面,即土壤氮、肥料氮和根瘤固氮。研究認(rèn)為維持大豆正常生長僅靠土壤氮和根瘤固氮的供給是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,必須施以足夠的氮肥[8-12]。關(guān)于氮肥運(yùn)籌在水稻(Oryza sativa)、小麥(Triticum aestivum)、棉花(Gossypium hirsutum)、玉米、黑麥草(Lolium perenne)、羌活(Notopterygiumfranchetii)上的研究較多,均表明施用氮肥可以提高植株葉片的葉綠素含量和光合速率,延長綠葉功能期,增加光合產(chǎn)物的積累量[13-18]。但關(guān)于氮肥在大豆上的施用量和施用效果卻頗有爭議,尤其在我國南方新發(fā)展起來的“玉米-大豆”套作模式中,氮肥施用量對大豆花后光合特性及干物質(zhì)積累量的影響還未見報(bào)道。據(jù)此,開展了“玉米-大豆”套作模式下不同施氮量對套作大豆花后光合特性、干物質(zhì)積累量及產(chǎn)量的影響研究,旨在明確套作大豆花后光合產(chǎn)物積累及產(chǎn)量與氮素養(yǎng)分之間的關(guān)系,為完善套作大豆高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效栽培技術(shù)措施提供相應(yīng)的理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2008年5-10月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)農(nóng)場進(jìn)行。供試玉米品種為川單418(四川川單種業(yè)提供);大豆品種為貢選1號(四川省自貢市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供)。試驗(yàn)地為重壤土,pH 7.0,0～20cm土層土壤肥力為有機(jī)質(zhì)36.63 g/kg,全氮3.24 g/kg,全磷3.12 g/kg,全鉀 19.6 g/kg,堿解氮 131.44 mg/kg,速效磷 28.85 mg/kg,速效鉀81.24 mg/kg。

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),4個處理,分別為施純氮0(N0),32.4 kg/hm2(N1),64.8 kg/hm2(N2),97.2 kg/hm2(N3),基肥與追肥為1∶1,始花期(R1)(8月10日)追肥,3次重復(fù),共12個小區(qū)。小區(qū)面積為2 m×8 m,2 m開廂中玉米和大豆各占1 m。玉米于2008年4月8日播種,8月11日收獲,每廂播2行,行距50cm,穴距40cm,每穴留2苗,密度為5.0×104株/hm2;玉米底肥施純N 75 kg/hm2,KCl 22.5 kg/hm2,P2O522.5 kg/hm2;苗肥施純N 69 kg/hm2,兌糞水900擔(dān),攻苞肥施純N 135 kg/hm2,兌糞水900擔(dān)。大豆于2008年5月29日播種,10月25日收獲,行距33cm,穴距30cm,每穴留2苗,密度為1.0×105株/hm2;底肥施P2O563 kg/hm2;K2O 52.5 kg/hm2。大豆播種時大豆行的透光率(通過玉米冠層)為85%;當(dāng)大豆處于5節(jié)期(V5期)時,大豆行的透光率為69%;當(dāng)大豆處于R1期時,大豆行的透光率為75%,此時正是玉米收獲期。田間管理按常規(guī)高產(chǎn)栽培進(jìn)行。

1.2 調(diào)查測定項(xiàng)目與方法

1.2.1 葉綠素(chlorophyll,Chl)含量 以大豆倒5葉為樣本,于花后1 d開始,每隔15 d按小區(qū)隨機(jī)取葉片5～8片,采用Arnon法測定葉綠素含量[19]。將葉綠素丙酮溶液在663和645 nm波長下比色,所得的光密度(OD)值代入公式計(jì)算浸提液中Chl a、Chl b和Chl(a+b)的值。

1.2.2 群體葉面積指數(shù)(leaf area index,LAI) 于花后1 d開始,每隔14 d采用“SUSNCAN”冠層分析儀(英國產(chǎn))測定套作大豆群體LAI。

1.2.3 光合參數(shù) 以大豆倒5葉為樣本,于花后16,31和46 d,用 Li-6400型便攜式光合作用測定系統(tǒng)(美國產(chǎn)),使用開放式氣路,在晴天上午10:00-12:00測定光合參數(shù)。每小區(qū)選5片生長一致且受光方向相近的功能葉(倒5葉)測定中上部表面凈光合速率(net photosynthetic rate,Pn)、氣孔導(dǎo)度(stomatal conductance,Gs)及蒸騰速率(transpiration rate,T r),重復(fù)3次。

1.2.4 地上部干物質(zhì)積累量 于花后1 d開始,每隔14 d按小區(qū)隨機(jī)取5株大豆植株,減去根部,將莖稈、葉柄、葉和莢分別裝袋,于105℃殺青1 h,80℃烘干至恒重,稱干重。

1.2.5 套作大豆產(chǎn)量構(gòu)成 成熟時,每小區(qū)取樣9株(每行取3株),測定單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)及百粒重,計(jì)算理論產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對套作大豆花后光合特性的影響

2.1.1 花后葉片中葉綠素含量的動態(tài)變化 套作大豆植株花后葉片的Chl a、Chl b和Chl(a+b)含量呈先增加,花后46 d時達(dá)到最大值,隨后降低的趨勢;除N3處理外,花后葉片中Chl a/b值也呈先增加后降低的趨勢,但其升高與降低的速度均較緩慢(圖1)。施氮對花后葉片中的Chl a、Chl b和Chl(a+b)含量及Chl a/b值的變化規(guī)律基本沒有影響,但施氮顯著增加了Chl b和Chl(a+b)含量。

施氮處理間比較,花后葉片中的Chl a含量和Chl a/b值表現(xiàn)為:N1、N2處理均高于N0,而N3處理則低于N0;花后46 d時,N1、N2處理的Chl a含量分別較N0高15.56%和12.39%?；ê笕~片中的Chl b和Chl(a+b)含量表現(xiàn)為隨施氮量的增加而提高;花后46 d時,Chl b含量表現(xiàn)為N3處理極顯著高于其余施氮處理及對照,Chl(a+b)含量則表現(xiàn)為各施氮處理間無顯著性差異,卻極顯著高于對照。

2.1.2 花后大豆群體LAI的動態(tài)變化 花后套作大豆植株群體的LAI呈先增加,花后46 d時達(dá)到最高值,隨后降低的趨勢(圖2)。但各施氮處理間降低的趨勢不同,N3處理花后46 d迅速降低,N0、N1處理則呈緩慢降低的趨勢。施氮對LAI的變化規(guī)律基本沒有影響,卻顯著增加了花后1～46 d的LAI,且隨施氮量的提高而增加;花后61 d時,各處理間的LAI表現(xiàn)為N1>N2>N0>N3。

2.1.3 花后葉片中某些光合生理參數(shù)的動態(tài)變化 花后套作大豆葉片的Pn、Gs及Tr均呈先上升,隨后下降的趨勢(表1)。各施氮處理間比較,N1、N2處理植株花后葉片的Pn、Gs及 Tr均高于N0,且N1處理與N0間差異極顯著;N3處理植株花后葉片的Pn、Gs及Tr則低于N0?；ê?1 d時,N1處理植株葉片的Pn、Gs及T r分別較N0高14.92%,23.76%和16.79%。

2.2 施氮量對套作大豆花后干物質(zhì)積累的影響

圖1 套作大豆花后葉片光合色素含量的動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of chlorophyll contents of relay strip intercropping G.max leaves after blooming

施氮量對套作大豆花后干物質(zhì)積累量有顯著影響(表2)?；ê?～31 d,施氮處理植株葉片、莖稈、葉柄及地上部總干重均高于對照(N0),其中N1處理最高,與對照差異極顯著?；ê?6～61 d,N1、N2處理植株各器官的干物質(zhì)積累量高于N0處理,而N3處理植株各器官的干物質(zhì)積累量均顯著低于對照?；ê?1 d時,N3處理植株的葉片、莖稈、葉柄、莢和地上部總干重分別較N0處理低6.90%,4.08%,18.06%,5.08%和6.18%。

2.3 施氮量對套作大豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

施氮處理對套作大豆的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素有顯著影響(表3)。各處理間的有效莢數(shù)和產(chǎn)量大小順序均表現(xiàn)為N1>N2>N0>N3;其中N1處理的有效莢數(shù)和產(chǎn)量分別較對照(N0)高17.37%和18.22%。莢粒數(shù)隨施氮量的提高而增加,N2、N3處理極顯著高于N0、N1處理。百粒重隨施氮量的提高而降低,N3處理極顯著低于N0、N1處理。

3 討論

光合作用是物質(zhì)生產(chǎn)的基本過程,作物95%以上的干物質(zhì)是光合作用提供的,而作物產(chǎn)量的高低依賴于花后干物質(zhì)積累量的高低。葉綠素含量是影響作物光合作用的重要因子,所以,植物葉片葉綠素含量直接決定著葉片光合能力的大小,而氮是葉綠素的重要組分。李翎和曹翠玲[30]在水培條件下研究氮對葉綠素含量影響時發(fā)現(xiàn),在小麥生殖生長期,隨外源氮素水平提高,Chl a、Chl b含量提高,光合速率也提高。同時,氮也是大豆生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的主要元素之一,氮素供應(yīng)過多或過少都會引起大豆生長代謝紊亂,器官功能衰退,最終導(dǎo)致減產(chǎn)[20-23]。一些研究表明,大豆施氮不增產(chǎn)或增產(chǎn)效果不顯著[24-26],多數(shù)美國的大豆研究人員的試驗(yàn)結(jié)果支持這一觀點(diǎn)。其原因被解釋為,氮素影響根瘤的發(fā)育和功能。另一觀點(diǎn)則是大豆施氮具有增產(chǎn)效果[27-29],其原因是苗期適量少施氮肥可以氮換碳,以氮促碳,保證營養(yǎng)生長的物質(zhì)能源;而花期追肥可促進(jìn)營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn),達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)?？梢?不同的土壤類型和氮含量、栽培模式等諸多因素都可影響氮肥的施用效果。

表1 施氮量對套作大豆花后葉片某些光合生理參數(shù)的影響Table 1 Effect of nitrogen levels on some photosynthetic physiology parameters of relay strip intercropping G.max leaves after blooming

表2 施氮量對大豆花后地上部干物質(zhì)積累量的影響Table 2 Effect of nitrogen levels on the total above-ground biomass of relay strip intercropping G.max after blooming g/株P(guān)lant

表3 施氮量對套作大豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 3 Effect of nitrogen levels on relay strip intercropping G.max yield and its components

本試驗(yàn)的結(jié)果表明,施氮顯著增加了大豆植株花后葉片的Chl b和Chl(a+b)含量,表現(xiàn)為隨施氮量增加而提高的趨勢;中低氮水平下,Chl a含量和Chl a/b值顯著高于對照,高氮水平下,Chl a含量和Chl a/b值則低于對照,而Chl a是光合作用原初反應(yīng)的中心色素,Chl a/b反映植物對光能利用的多少。本試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn),在中低氮水平下,花后葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)及蒸騰速率(T r)均顯著高于對照及高氮處理;套作大豆花后各器官的干物質(zhì)積累量顯著提高,尤其有效莢數(shù)與對照間差異極顯著,進(jìn)而顯著增加了產(chǎn)量,但全生育期氮肥用量達(dá)到97.2 kg/hm2時,就開始減產(chǎn)。這是由于有效莢的高低決定于分枝莢的多少及群體通風(fēng)透光的好壞[31]。本試驗(yàn)也表明,在中低氮水平下,花后大豆群體的葉面積指數(shù)保持較高水平,均高于對照,而在高氮水平下,花后1～46 d大豆群體的葉面積指數(shù)極顯著高于對照,不利于通風(fēng)透光,落花落莢嚴(yán)重。因此,在西南區(qū)“玉米-大豆”套作模式中,若想獲得大豆高產(chǎn),在土壤肥力適中的情況下,施中低量的氮肥即可。

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