夏桂敏，羅秀蘭，聶修平，鄭俊林，遲道才

不同生育期水分虧缺耦合施氮量對花生光合特性和品質(zhì)的影響

夏桂敏，羅秀蘭，聶修平，鄭俊林※，遲道才

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，沈陽 110866）

為探究不同生育期水分虧缺和施氮量對花生光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，于2020和2021年設(shè)置測坑裂區(qū)試驗，研究充分灌溉（IF，灌水下限為田間持水率的70%～75%）和調(diào)虧灌溉（IRD，花針期和飽果期控水下限均為田間持水量的55%～60%）下，施氮量（0（N0）、50（N50）、100（N100））kg/hm2）對花生光合速率、蒸騰速率、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明，與充分灌溉相比，花針期調(diào)虧灌溉降低了花生葉片光合速率和蒸騰速率；結(jié)莢期復(fù)水后，由于補償效應(yīng)，調(diào)虧灌溉處理的光合速率和蒸騰速率均高于充分灌溉。調(diào)虧灌溉耦合100 kg/hm2氮肥處理（IRDN100）顯著提高了花針期和結(jié)莢期的光合速率和蒸騰速率（<0.05），且花生產(chǎn)量最高，較傳統(tǒng)水氮處理（IFN100）2 a平均提高了13.4%（<0.05）。與傳統(tǒng)水氮處理相比，IRDN100處理生產(chǎn)的花生具有相對較高的蛋白質(zhì)、油脂、油酸、亞油酸含量及油亞比，即出油量和儲存品質(zhì)均較好。因此，IRDN100處理不僅能節(jié)水增產(chǎn)，還能改善花生品質(zhì)，可為干旱半干旱地區(qū)實現(xiàn)花生節(jié)水提質(zhì)增效生產(chǎn)目標提供理論參考。

灌溉；蒸騰；花生；水分虧缺；補償效應(yīng)；水氮耦合；光合特性；品質(zhì)

0 引 言

水資源匱乏將直接影響農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的提高，制約農(nóng)業(yè)發(fā)展，是限制中國北方干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素[1]?；ㄉm屬抗旱耐瘠作物，但水分仍是限制其生長和產(chǎn)量的主要因子。維持作物正常生長需要有足夠的水分，當水分不足時，會造成作物體內(nèi)大量營養(yǎng)物質(zhì)無法分解與轉(zhuǎn)化[2]，從而影響作物產(chǎn)量。有研究表明，當花生植株體內(nèi)水分含量低于70%時，不僅會影響其光合作用，還會影響植株對養(yǎng)分的吸收和利用[3]。近年來，調(diào)虧灌溉（Regulated Deficit Irrigation，RDI）作為一種高效的節(jié)水技術(shù)，在作物節(jié)水增產(chǎn)方面取得了顯著效果[4]。調(diào)虧灌溉的主要思路是在作物的某一生長階段施加一定的水分脅迫，通過協(xié)調(diào)作物光合產(chǎn)物在不同組織或器官的分配，促使光合產(chǎn)物向籽粒傾斜，從而提高作物的經(jīng)濟產(chǎn)量[5-6]。水分脅迫程度和施加脅迫的時期對于作物產(chǎn)量具有重要影響。劉溢健等[7]研究表明，重度水分脅迫顯著降低了馬鈴薯光合作用，且復(fù)水后仍低于對照，導(dǎo)致最終產(chǎn)量也顯著降低。而孟兆江等[8]研究表明，冬小麥在經(jīng)過適度水分脅迫-復(fù)水處理后，其光合作用產(chǎn)生補償效應(yīng)，作物最終產(chǎn)量也顯著提高。目前，有關(guān)調(diào)虧灌溉的研究多集中于單生育期，也有少量多生育期調(diào)虧的報道。本課題組前期開展了花生連續(xù)生育期調(diào)虧灌溉研究，發(fā)現(xiàn)花針期和結(jié)莢期適度水分脅迫顯著改善了花生光合作用及根冠干物質(zhì)積累，最終提高了花生產(chǎn)量和水分利用效率[9]?；ㄉ诨ㄡ樒诤徒Y(jié)莢期對水分虧缺較為敏感，而飽果期則對水分需求相對較弱，因此，該生育階段可能具有更大的節(jié)水潛力。然而，有關(guān)花生非連續(xù)生育期（如花針期和飽果期）調(diào)虧灌溉的研究鮮見報道，且調(diào)虧灌溉對花生品質(zhì)的影響如何尚不明確。因此，探究花針期和飽果期適度水分脅迫對花生植株光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，對于進一步實現(xiàn)干旱半干旱地區(qū)花生節(jié)水、提質(zhì)、增效目標具有重要意義。

氮肥作為作物生長的基礎(chǔ)肥料，對于提高作物產(chǎn)量至關(guān)重要?；ㄉ且环N高需氮量作物，在一定施氮量范圍內(nèi)，施用氮肥不僅會促進花生生長發(fā)育，延緩葉片及植株衰老[10-11]，還可以改善花生植株地下及地上部分營養(yǎng)狀況，增強光合性能、提高氮代謝生理機能，進而提高花生干物質(zhì)積累及產(chǎn)量。趙婷等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)增施氮肥可促進花生生長發(fā)育，增加地上部干物質(zhì)積累，提高花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成。而張翔等[10]研究表明，過量施用氮肥會降低花生的單株飽果數(shù)和出仁率，從而導(dǎo)致花生減產(chǎn)，同時也會降低花生品質(zhì)。王艷瑩等[13]認為，當施氮量在150 kg/hm2以內(nèi)時，花生蛋白質(zhì)含量隨施氮量的增加而增加；當施氮量超過150 kg/hm2時，增施氮肥會導(dǎo)致花生養(yǎng)分吸收減少，蛋白質(zhì)和脂肪含量也會下降。近年來，農(nóng)田過量施氮現(xiàn)象日益突出，不僅降低了氮肥利用效率，還加劇了地表水資源富營養(yǎng)化、地下水污染、溫室效應(yīng)等諸多環(huán)境問題[14-15]。盡管有關(guān)花生田適宜施氮量的研究已有大量報道，但不同灌水下限下最佳施氮量如何尚不明確。因此，本研究通過2 a測坑試驗，采用裂區(qū)試驗設(shè)計，以充分灌溉為對照，研究不同生育期水分虧缺條件下不同施氮量對花生光合特性、產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成及品質(zhì)的影響，尋求適宜干旱半干旱地區(qū)花生生產(chǎn)的高效水氮管理模式，以期為旱地農(nóng)田水氮資源高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2020和2021年5–10月在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院綜合試驗場進行。試驗場位于沈陽市東部（北緯41°44′，東經(jīng)123°27′，海拔44.7 m），屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨。本試驗在帶有滑動遮雨棚的測坑內(nèi)進行，每個小區(qū)面積為3 m2(2 m×1.5 m)。為消除降雨對試驗的影響，下雨時關(guān)閉遮雨棚。試驗區(qū)土質(zhì)為潮棕壤土，具體理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗材料

供試花生品種為沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)花生研究所培育的“農(nóng)花9號”，氮肥采用尿素，磷肥采用過磷酸鈣（P2O5，135 kg/hm2），鉀肥采用硫酸鉀（K2O，105 kg/hm2），氮、磷、鉀肥均作為基肥一次性施入。

1.3 試驗設(shè)計

采用裂區(qū)試驗設(shè)計，設(shè)置施氮量（參考當?shù)厮皆O(shè)置梯度）和灌水下限2個因素。主區(qū)為不同灌水下限，設(shè)置2水平：充分灌溉（IF，灌水下限為田間持水率的70%～75%）和調(diào)虧灌溉（IRD，花針期和飽果期控水下限均為田間持水量的55%～60%）。不同灌溉處理的灌水上限均為田間持水量的90%。整個生育期采用便攜式土壤水分測量儀—時域反射儀（TDR，Time Domain Reflector）測定土壤含水率并進行控水，當含水率達到下限便灌水至上限。副區(qū)為施氮量，設(shè)置3個水平：0（N0）、50 kg/hm2（N50）和100 kg/hm2（N100）。試驗共計6個處理，每個處理設(shè)3次重復(fù)，共18個小區(qū)。具體試驗設(shè)計方案見表2。

各小區(qū)均采用大壟雙行種植模式，花生2行中間布置1條滴灌帶，滴灌帶距離播種行15 cm左右，花生行距為50 cm，株距為20 cm。播種深度為5 cm，每穴播2～3粒，每個小區(qū)播種20穴。播種時根據(jù)實際土壤水分狀況，適量打底水，以保證安全出苗。采用覆膜滴灌的方式進行灌溉，地膜選擇0.007 mm厚的黑色地膜，滴灌帶直徑為25 mm，厚度為0.2 mm，滴頭間距為30 cm，滴頭流量為2.4 L/h。每個小區(qū)均獨立控制灌水。采用重力滴灌的方式進行灌溉，灌水時用泵將水引至距地面1.7 m高處容量為50 L的塑料桶內(nèi)，利用重力作用將桶內(nèi)的水灌到花生根部附近的土壤，保證灌溉水均勻流出。分別于2020年5月18日和2021年5月24日播種花生，2020年9月28日和2021年10月5日收獲花生。試驗小區(qū)布置情況如圖1所示。本試驗將花生生育期劃分為4個，分別為苗期、花針期、結(jié)莢期和飽果期。

1.4 測定指標

1.4.1 土壤含水率

花生播種前，在每個小區(qū)靠近滴灌管處埋設(shè)3根Trime管，其中1根布置在1壟的中心位置，另外2根沿滴灌管方向均勻布置在另外1壟，形成三角形區(qū)域，以測量花生根區(qū)土壤含水率。每5 d測定1次，每次分別測定0～10、>10～20、>20～30、>30～40、>40～50和>50～60 cm土層深度的體積含水率，并在灌水前后加測土壤含水率。當土壤含水率達到灌溉下限時，進行灌水，灌水量按式（1）進行計算。

1.4.2 光合特性

分別于花針期和結(jié)莢期，采用LI-6400XT便攜式光合儀（美國LI-COR公司生產(chǎn)）測定植株光合速率和蒸騰速率。選擇晴朗無云的天氣測定花生葉片光合特性，測定時每個處理選擇生長及受光方向一致的主莖倒三葉，取3片葉子的平均值作為最終結(jié)果。

注：R1～ R3為重復(fù)1至3。

1.4.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

收獲時，每個小區(qū)單打單收，花生莢果經(jīng)自然風(fēng)干后，當含水量達到14%時，測定花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成，用電子秤（精度為0.0l g）測定花生的百果質(zhì)量、百仁質(zhì)量及莢果產(chǎn)量。

1.4.4 品 質(zhì)

利用近紅外快速品質(zhì)分析儀（丹麥FOSS公司生產(chǎn)）測定花生的蛋白質(zhì)、脂肪、棕櫚酸、油酸、亞油酸含量及油亞比（Oleic-Linoleic ratio，O/L）等指標，并對品質(zhì)組分進行聚類分析。

1.5 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2010對數(shù)據(jù)進行匯總，利用統(tǒng)計軟件DSP 9.01對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析和顯著性檢測，均值間差異采用Tukey’s HSD檢驗方法。運用Origin Pro 9.0軟件進行繪圖，采用R Studio軟件對品質(zhì)指標進行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)虧灌溉和施氮量對花生凈光合速率和蒸騰速率的影響

2.1.1 調(diào)虧灌溉和施氮量對花生凈光合速率的影響

不同灌溉和施氮量處理對花生日平均凈光合速率（Pn）影響的方差分析如表3所示。由表3可知，灌溉、施氮量處理主效應(yīng)及二者交互效應(yīng)均對花針期Pn有顯著影響，施氮量主效應(yīng)及二者交互效應(yīng)對結(jié)莢期Pn有顯著影響。

由圖2可知，在花針期和結(jié)莢期，同一灌溉處理下，日平均凈光合速率（Pn）均隨施氮量的增加而增加，N100處理下Pn值達最大。在花針期，同一施氮量水平下，調(diào)虧灌溉（IRD）處理的Pn值均低于充分灌溉（IF）。在結(jié)莢期復(fù)水后，光合作用出現(xiàn)了補償現(xiàn)象，相同施氮量水平下，調(diào)虧灌溉處理Pn值與充分灌溉相當，甚至高于充分灌溉，以2020年為例，IRDN0處理與IFN0處理的Pn值無顯著差異（>0.05），而IRDN50和IRDN100的Pn值分別顯著高于IFN50和IFN100處理（<0.05）。

表3 2020和2021年灌溉和施氮量處理對花生日平均凈光合速率影響的方差分析

注： *和**分別表示顯著影響（<0.05）和極顯著影響（<0.01）。ns表示不顯著。下同。

Note: * and ** indicate significant (<0.05) and extremely significant (0.01) effect, respectively. ns indicates non-significance. The same as below.

注：同一生育期內(nèi)不同小寫字母表示不同灌溉和施氮量處理間差異顯著（P<0.05）。

2.1.2 調(diào)虧灌溉和施氮量對花生蒸騰速率的影響

灌溉和施氮量處理對花生日平均蒸騰速率（Tr）的影響如圖3所示。

注：同一生育期內(nèi)，灌溉處理主效應(yīng)值是不同施氮水平的平均值，施氮量水平主效應(yīng)值是不同灌溉處理的平均值。

由圖3可知，在花針期，與IF處理相比，IRD處理Tr值顯著降低（<0.05），說明花針期虧水抑制了花生葉片的蒸騰作用；Tr值隨施氮量的增加而增加，與N0相比，N100處理Tr值顯著增加了14.3%（2020）和10.5%（2021）。結(jié)莢期復(fù)水后，2020年IRD處理Tr值與IF處理無差異；2021年，IRD處理Tr值相較與IF處理增加了11.4%。結(jié)莢期，與N0相比，N50處理Tr值無顯著變化，而N100處理Tr值分別顯著增加了10.9%（2020）和17.8%（2021）。

2.2 調(diào)虧灌溉和施氮量對花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

不同灌溉和施氮量處理對花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響如表4所示。由表4可知，2020和2021年，灌溉處理和施氮量主效應(yīng)及二者交互效應(yīng)對花生產(chǎn)量均有顯著影響。

同一灌溉方式下，花生產(chǎn)量均隨施氮量的增加而增加。相同施氮量水平下，IRD處理的花生產(chǎn)量均高于IF處理，以2020年為例，IRDN50處理產(chǎn)量比IFN50處理高13.0%，而IRDN100處理產(chǎn)量比IFN100處理高15.4%，即IRD與IF之間產(chǎn)量差異隨施氮水平的提高而增加。從交互效應(yīng)來看，IRDN100處理下花生產(chǎn)量2 a均為最高，較傳統(tǒng)水氮處理（IFN100），2 a平均提高了13.4%（<0.05）。，說明IRDN100處理達到了節(jié)水增產(chǎn)的目的。

由表4可知，灌溉和施氮量處理主效應(yīng)及二者交互效應(yīng)均顯著影響花生百果質(zhì)量和百仁質(zhì)量。從灌溉方式主效應(yīng)來看，相同氮肥施用量下，調(diào)虧灌溉（IRD）下的百果質(zhì)量和百仁質(zhì)量均高于充分灌溉（IF）。按不同施氮水平下的平均值計算，與IF相比，IRD處理下花生百果質(zhì)量增加了11.2%（2020）和12.7%（2021），百仁質(zhì)量增加了3.2%（2020）和3.3%（2021）。從施氮量主效應(yīng)來看，相同灌溉處理下，花生百果質(zhì)量和百仁質(zhì)量均隨施氮量的增加呈先增加后減少的趨勢，N50處理達到最大值。按不同灌溉處理下的平均值計算，與N0處理相比，N50和N100處理的百果質(zhì)量分別增加了12.3%和6.6%（2020），12.9%和7.0%（2021）；百仁質(zhì)量分別增加了10.3%和5.7%（2020），10.4%和5.1%（2021）。從灌溉處理與施氮量交互效應(yīng)來看，IRDN50處理百果質(zhì)量和百仁質(zhì)量均最大，與傳統(tǒng)水氮處理（IFN100）相比，百果質(zhì)量提高了11.5%（2020）和9.0%（2021），百仁質(zhì)量提高了6.7%（2020）和8.1%（2021）。

表4 2020和2021年灌溉和施氮量處理對花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

注：同一列內(nèi)不同小寫字母表示顯著差異（<0.05）。

Note: Within a column, different lowercase letters indicate significant difference (<0.05).

2.3 調(diào)虧灌溉和施氮量對花生品質(zhì)的影響

蛋白質(zhì)和脂肪含量是評價花生品質(zhì)好壞的重要指標，蛋白質(zhì)含量決定花生蛋白提取量的高低，油脂含量決定其出油量的多少。而油脂中90%以上的組分由棕櫚酸（C16:0）、油酸（C18:1）和亞油酸（C18:2）構(gòu)成。油亞比（O/L）決定了花生的儲藏品質(zhì)。因此，本試驗主要對以上品質(zhì)指標進行了分析。由于2020和2021年不同水氮處理對花生品質(zhì)的影響規(guī)律基本一致，本文以2020年數(shù)據(jù)為例進行分析。

2020年不同灌溉和施氮量處理對花生籽仁品質(zhì)的影響如表5所示。由表5可知，灌溉處理對脂肪、棕櫚酸和油酸有顯著影響，而施氮量對花生品質(zhì)均無顯著影響。灌溉處理與施氮量交互效應(yīng)對蛋白質(zhì)、脂肪、棕櫚酸、油酸、亞油酸及油亞比（O/L）均有顯著影響。對于蛋白質(zhì)含量，從交互效應(yīng)來看，IRDN0處理蛋白質(zhì)含量顯著低于IFN0，而IRDN50處理蛋白質(zhì)含量則顯著高于IFN50處理。灌溉處理和施氮量對脂肪含量的影響則與蛋白質(zhì)含量相反，即IRDN0處理脂肪含量顯著高于IFN0，而IRDN50處理脂肪含量則顯著低于IFN50處理。說明低氮水平（50 kg/hm2）下，與充分灌溉相比，調(diào)虧灌溉提高了花生籽仁蛋白質(zhì)含量、降低了籽仁脂肪含量。N50施氮水平下，IRD處理的棕櫚酸和亞油酸均顯著高于IF處理，而油酸和油亞比則低于IF處理。N100施氮水平下，IRD處理的油酸和油亞比均高于IF處理。由此可見，調(diào)虧灌溉對花生油酸和油亞比的影響隨施氮量的變化而變化，高施氮水平下調(diào)虧灌溉可提高花生油酸和油亞比。

表5 2020年灌溉和施氮量處理對花生品質(zhì)的影響

2.4 花生品質(zhì)各組分之間的聚類分析

灌溉和施氮量處理對花生品質(zhì)影響的聚類分析如圖4所示。

圖4 2020和2021年不同灌溉和施氮量處理下花生品質(zhì)聚類分析

根據(jù)圖4中花生品質(zhì)組分（蛋白質(zhì)、油脂、油酸、亞油酸及O/L值）的顏色深淺程度將6個處理分成以下2類：

A類：IFN0、IFN50、IFN100，該類花生生產(chǎn)的果實蛋白質(zhì)和亞油酸含量均處于較高水平（0～1.5），但油脂和O/L值較低（?0.5～?1.5）。因此，該類別處理生產(chǎn)的花生不適宜作為食用油原材料，不宜長時間放置存儲，但可作為花生生產(chǎn)蛋白或花生食品直接食用。

B類：IRDN0、IRDN50、IRDN100，該分類花生生產(chǎn)的果實蛋白質(zhì)含量較低（?0.5～?1.5），油脂含量處于較高水平（0～1.5），且O/L值也處于較高水平（0～1.5），因此，該類別處理生產(chǎn)出來的花生適宜長時間放置存儲，由于蛋白質(zhì)含量低且油脂含量較高，因此，可用于提煉花生油。

由此可知，IRDN100處理的蛋白質(zhì)、油脂、油酸、亞油酸及O/L值均處于相對較高的水平，因此，IRDN100處理的花生品質(zhì)最好。

3 討 論

3.1 調(diào)虧灌溉和施氮量對花生光合特性的影響

光合作用是植株生長的根本驅(qū)動力，是干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。干物質(zhì)積累的90%～95%都來源于光合產(chǎn)物。大量研究發(fā)現(xiàn)，不同生育期進行調(diào)虧灌溉會不同程度地降低作物葉片凈光合速率、蒸騰速率及氣孔導(dǎo)度[17-18]。顧學(xué)花等[19]研究發(fā)現(xiàn)，花針期干旱顯著降低了花生葉片光合速率，但復(fù)水處理對花生光合生理作用產(chǎn)生了補償效應(yīng)，致使光合速率恢復(fù)到正常水平甚至高于充分灌溉處理，且隨著復(fù)水時間的延長而增加。本研究結(jié)果表明，花針期調(diào)虧灌溉處理的Pn值顯著低于充分灌溉，即水分虧缺抑制了花生的光合作用，進而降低了Pn值；而結(jié)莢期復(fù)水后，調(diào)虧灌溉處理的Pn值反而高于充分灌溉，說明復(fù)水后的補償效應(yīng)較為明顯。然而，重度水分虧缺也會導(dǎo)致光合作用復(fù)水后也難以恢復(fù)。因此，水分虧缺程度的控制是決定調(diào)虧灌溉影響作物光合作用的關(guān)鍵，適度水分虧缺-復(fù)水處理可顯著提高花生光合速率。施用氮肥有利于花生保持較高的光合速率，當?shù)販p少時，為了滿足作物生長發(fā)育和生理代謝的需求，植株會將養(yǎng)分資源分配于最需要該養(yǎng)分的器官或部位，從而影響作物的光合特性。張曉春等[20]研究表明，施用氮肥可以提髙大豆葉片的葉面積指數(shù)、葉綠素含量和光合勢，進而使大豆獲得較高的生長速率，增加干物質(zhì)積累，提高大豆產(chǎn)量。但施用過多的氮肥會造成葉片間互相遮擋，植株下部光照條件變差，加快下部葉片的衰老進程，使得植株地下部氮含量降低，從而影響光合產(chǎn)物的形成。本研究結(jié)果表明，花針期和結(jié)莢期Pn值均隨施氮量的增加而增加，N100處理下Pn值最大，并未出現(xiàn)Pn值下降的現(xiàn)象，說明N100處理施氮量并未達到最大值，后續(xù)研究需設(shè)置更高梯度的施氮量。花針期不同施氮水平下，調(diào)虧灌溉處理Pn值均低于充分灌溉，且N100處理下調(diào)虧灌溉與充分灌溉Pn值的差異要小于N0和N50處理（圖2），說明100 kg/hm2施氮量緩解了水分虧缺對花生光合速率的抑制作用。此外，2020年結(jié)莢期復(fù)水后，IRDN0與IFN0處理的Pn值無顯著差異，而IRDN50和IRDN100處理的Pn值分別高于IFN50和IFN100處理，說明施氮量處理對水分虧缺-復(fù)水后的補償效應(yīng)有一定的促進作用。因此，施用氮肥緩解了水分虧缺對作物光合作用造成的不利影響，且復(fù)水后出現(xiàn)補償效應(yīng)，使得花生葉片光合速率在后續(xù)生育期出現(xiàn)顯著上升的趨勢，補償效應(yīng)隨施氮量的增加而增強。綜上，調(diào)虧灌溉條件下適宜的施氮量可促進花生光合作用，促進其干物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和積累。

3.2 調(diào)虧灌溉和施氮量對花生產(chǎn)量的影響

灌水量和施氮量均能顯著影響作物產(chǎn)量，且產(chǎn)量隨施氮量和灌水量的增加而增加[21]。與正常供水條件相比，輕度干旱脅迫可增加花生經(jīng)濟產(chǎn)量和收獲指數(shù)，但當達到中度脅迫時，結(jié)果則呈相反趨勢。Basal等[22]認為干旱脅迫條件下施氮對大豆具有正向效應(yīng)，可以提高大豆百粒質(zhì)量和產(chǎn)量，但過量施氮會降低單株花數(shù)和莢果數(shù)，降低大豆產(chǎn)量。丁紅等[23]研究發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下適量施用氮肥不僅能夠增加花生根系表面積，促進亞表土層根系生長，提高花生根系活力，促進地上部的生長，而且能夠降低花生葉片膜脂過氧化程度，從而提高花生抗干旱脅迫能力。本研究結(jié)果表明，相同施氮量水平下，IRD處理的花生產(chǎn)量要顯著均高于IF處理，說明花針期和飽果期適度水分虧缺有利于花生產(chǎn)量的形成，這主要是由于一方面花針期水分虧缺-復(fù)水處理后產(chǎn)生的補償效應(yīng)增強了植株的光合作用，促進了干物質(zhì)的積累；另一方面，飽果期水分虧缺-復(fù)水處理對花生光合作用無顯著影響[24]，該時期適度水分虧缺有利于花生根系扎深，增強花生對水分和養(yǎng)分的吸收能力，促進莢果的形成，最終提高花生產(chǎn)量。灌溉處理對花生產(chǎn)量的影響還與施氮量有關(guān)。本研究中，以2020年為例，IRDN50處理產(chǎn)量比IFN50處理高13.0%，而IRDN100處理產(chǎn)量比IFN100處理高15.4%，說明IRD與IF處理之間產(chǎn)量的差值隨施氮量的提高而增加，可能是高施氮量促進了飽果期莢果的形成，進而提高花生產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明，與不施氮肥處理相比，適量施用氮肥（N50）提高了花生的百果質(zhì)量和百仁質(zhì)量，但過量施氮（N100）反而降低了百果質(zhì)量和百仁質(zhì)量，如同一灌溉處理下，N100處理產(chǎn)量高于N50處理，但百果質(zhì)量和百仁質(zhì)量低于N50處理（表4），這與夏桂敏等[25-26]的研究結(jié)果一致，說明低氮有利于提高花生百果質(zhì)量和百仁質(zhì)量。因此，不同施氮量對花生產(chǎn)量的主要貢獻可歸因于不同的產(chǎn)量構(gòu)成因子。同一施氮量水平下，IRD處理下花生百果質(zhì)量和百仁質(zhì)量均高于IF處理，這與產(chǎn)量結(jié)果一致，說明調(diào)虧灌溉處理通過提高百果質(zhì)量和百仁質(zhì)量達到增產(chǎn)的目的。本文中IRDN100處理下花生產(chǎn)量2 a均為最高，說明調(diào)虧灌溉耦合100 kg/hm2施氮量處理是提高花生產(chǎn)量的有效途徑。

3.3 調(diào)虧灌溉和施氮量對花生品質(zhì)的影響

大量學(xué)者對番茄、大豆、甜瓜、馬鈴薯等農(nóng)作物進行調(diào)虧灌溉試驗發(fā)現(xiàn)，合理的調(diào)虧灌溉處理可以改善作物品質(zhì)，適度調(diào)虧有利于作物蛋白質(zhì)的形成和脂肪的累積[27-30]。也有研究表明，適宜的灌溉量是作物獲得較高籽粒蛋白質(zhì)含量的基礎(chǔ)，過度虧水和過量灌溉均不利于籽粒蛋白質(zhì)的積累和加工品質(zhì)的形成。但也有研究表明，水分增加對籽粒蛋白質(zhì)含量有稀釋效應(yīng)[31]。本研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)虧灌溉對花生蛋白質(zhì)含量的影響與施氮量水平有關(guān)，如N0水平下，IRD處理蛋白質(zhì)含量顯著低于IF處理；而N50水平下，IRD處理蛋白質(zhì)含量則顯著高于IF處理，說明不施氮肥條件下調(diào)虧灌溉不利于花生蛋白質(zhì)的形成，而適量施氮水平下適度調(diào)虧更有利于蛋白質(zhì)的形成。湯笑[32]研究認為，在花生不同生育期進行水分脅迫處理，降低了收獲期花生籽仁的脂肪酸含量和油酸含量，卻提高了亞油酸含量和油亞比（O/L值）。本研究發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果，N50處理下，與IF處理相比，IRD處理降低了花生脂肪含量、油酸和油亞比；而N100處理下，IRD處理則提高了脂肪含量、油酸和油亞比，說明適宜的施氮量水平（N100）下，花針期和飽果期適度水分虧缺有利于提高花生的出油量及其儲藏品質(zhì)。劉辰[33]認為，增施氮肥提高了花生籽仁中脂肪的含量及油酸/亞油酸比值，有利于花生經(jīng)濟效益的提升及花生的儲藏和加工，但同時也降低了花生的蛋白質(zhì)含量，不利于籽仁蛋白質(zhì)的形成。同樣地，在本研究中，IRD處理下，與N0處理相比，N100處理提高了花生籽仁中的油酸含量，表明適度調(diào)虧處理下適宜的施氮量可提高花生的油酸含量。王艷瑩等[13]認為，施氮量在150 kg/hm2以下時增施氮肥會提高花生蛋白質(zhì)含量。然而，本研究結(jié)果表明，IRDN100和IRDN0處理的蛋白質(zhì)含量無顯著差異（表5），即調(diào)虧灌溉處理下100 kg/hm2施氮量對蛋白質(zhì)含量無影響。因此，適時適度調(diào)虧處理下施氮量對花生蛋白質(zhì)含量的影響仍需進一步研究。綜上，花針期和飽果期適度調(diào)虧處理耦合100 kg/hm2施氮量可提高花生的出油量及其儲藏品質(zhì)。

4 結(jié) 論

1）調(diào)虧灌溉降低了花生花針期葉片光合速率和蒸騰速率，結(jié)莢期復(fù)水后，補償效應(yīng)使得調(diào)虧處理的光合速率和蒸騰速率均高于充分灌溉。調(diào)虧灌溉下施用100 kg/hm2氮肥顯著提高了花針期和結(jié)莢期光合速率和蒸騰速率，說明施用氮肥彌補了水分虧缺對花生光合作用的不利影響。

2）調(diào)虧灌溉模式下100 kg/hm2施氮量處理（IRDN100）花生產(chǎn)量最高，較傳統(tǒng)水氮處理（IFN100），2 a平均提高了13.4%（<0.05）。調(diào)虧灌溉模式下50 kg/hm2施氮量處理（IRDN50）花生百果質(zhì)量和百仁質(zhì)量均最高，同一灌溉處理下，花生百果質(zhì)量和百仁質(zhì)量均隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢，說明過高的施氮量會降低花生百果質(zhì)量和百仁質(zhì)量。

與IFN100處理相比，IRDN100處理生產(chǎn)的花生具有相對較高的蛋白質(zhì)、油脂、油酸、亞油酸含量及油亞比，即出油量和儲存品質(zhì)均較好。因此，IRDN100處理不僅能節(jié)水增產(chǎn)，還能改善花生品質(zhì)，可為實現(xiàn)干旱半干旱地區(qū)花生田節(jié)水提質(zhì)增效目標提供理論參考。

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Xia Guimin, Luo Xiulan, Nie Xiuping, Zheng Junlin※, Chi Daocai

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Regulated deficit irrigation has been ever increasingly utilized to cope with the limited irrigation water resources for better crop production. This study aimed to explore the effects of water deficit in different growth stages with the nitrogen application rates on the photosynthetic characteristics, yield, and quality of peanuts. A split-plot experimental design was conducted in the lysimeters at the Experimental Farm of College of Water Conservancy of Shenyang Agricultural University, Shenyang, China, during the 2020 and 2021 peanut growing seasons (May to October). An investigation was made on the effects of nitrogen application rates (0 (N0), 50 (N50), and 100 kg/hm2(N100)) on the photosynthetic rate, transpiration rate, yield, yield components, and quality of peanut under different levels of water deficit (full irrigation, IF, the lower limit for irrigation was 70%-75% field capacity; regulated deficit irrigation, IRD, the lower limit for irrigation at the flowering and pod filling stages was 55%-60% field capacity)). The soil moisture content was monitored at the 5-day interval during the peanut growing season. The photosynthetic rate and transpiration rate of peanut leaves were determined at the flowering and pod setting stages, respectively, using the Li-Cor 6400 portable photosynthesis measurement system. Three pieces of leaves were selected for determination each time. After harvest, the peanut yield and yield components were determined at the 14% moisture on a per-plot basis. The Near Infrared Quality Analyzer was also utilized to determine the peanut quality, including the protein, oil, oleic acid, linoleic acid content, and Oleic-Linoleic ratio (O/L). The clustering analysis was performed to identify the correlations between the different peanut quality traits under different irrigation and nitrogen treatments using the “pheatmap” package in R studio software. The results showed that the regulated deficit irrigation reduced the photosynthetic rate and transpiration rate of peanut leaves at the flowering stage, compared with the full irrigation. After rehydration at the pod setting stage, the photosynthetic rate and transpiration rate in the regulated deficit irrigation treatment was higher than those in the full irrigation due to the compensatory effect. The N100significantly increased the photosynthetic rate and transpiration rate under regulated deficit irrigation at the flowering and pod setting stages, compared with the non-nitrogen control. Consequently, the regulated deficit irrigation significantly increased the peanut yield, 100 fruit weight, and 100 kernel weight, compared with the full irrigation. The highest peanut yield was achieved in the regulated deficit irrigation coupled with the 100 kg/hm2nitrogen fertilizer treatment (IRDN100), which was 13.4% higher than that of the traditional water and nitrogen treatment (IFN100) (two-year average). The peanut produced in the IRDN100treatment presented a relatively higher protein, oil, oleic acid, linoleic acid content, and O/L, indicating better oil output and storage quality. Therefore, the IRDN100treatment can be expected to save water for the high peanut yield and quality. The finding can provide a theoretical reference for the water-saving, quality-improving, and efficiency-increasing in peanut production in arid and semi-arid areas.

irrigation;transpiration; peanut; water deficit; compensation effect; water-nitrogen coupling; photosynthetic characteristics; quality

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.21.009

S275.6; S565.2

A

1002-6819(2022)-21-0067-09

夏桂敏，羅秀蘭，聶修平，等. 不同生育期水分虧缺耦合施氮量對花生光合特性和品質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2022，38(21)：67-75.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.21.009 http://www.tcsae.org

Xia Guimin, Luo Xiulan, Nie Xiuping, et al. Effects of water deficit in different growth stages coupling with nitrogen application rates on photosynthetic traits and quality of peanuts[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(21): 67-75. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.21.009 http://www.tcsae.org

2022-09-19

2022-10-30

國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點項目（U21A20217）；國家自然科學(xué)基金項目（52209063）；遼寧省教育廳科學(xué)研究項目（LJKZ0695、LSNJC202003）；遼寧省博士科研啟動基金項目（2021-BS-143）

夏桂敏，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為農(nóng)業(yè)與生態(tài)節(jié)水理論及技術(shù)。E-mail：xiagm1229@126.com

鄭俊林，博士，講師，研究方向為水肥調(diào)控與高效利用。Email：junlinzheng@syau.edu.cn