氮肥后移對花生氮代謝相關酶活性、氮素利用效率及產量的影響

姚瑞，趙凱能，謝暢，宋海玲，徐爽，于海秋，張正，王婧，蔣春姬，趙姝麗，王曉光*

（1.沈陽農業大學農學院，遼寧 沈陽，110866；2.山東省農業科學院，山東 濟南，250100）

氮素是花生必需的主要營養元素之一，對花生的生長發育及產量有重要的影響[1]。目前，我國已成為世界上最大的氮肥生產國和消費國。然而，花生大田生產中多采用一次性基施氮肥的施肥方式，導致有很大一部分的氮肥流失到生態環境中，僅有小部分會被花生吸收利用，降低了花生的氮肥利用率，也造成了嚴重的氮素污染，制約了生態農業的發展[2]。改進施氮方式，提高花生氮素利用效率，減少環境污染已成為未來發展的方向[3,4]。氮肥后移是在施氮量不變的條件下，調整作物施用氮肥的時期，減少對作物生長前期的氮肥投入并將節省的氮肥重點施于作物生長后期[5]。侯云鵬[6]等研究表明，在相同施氮量下，氮肥后移能顯著提高玉米的氮素吸收利用率、農學利用率、偏生產力和生理利用率。孫虎[7]等研究表明，施氮量適宜的條件下，適當增加花針期前的氮肥供應，可顯著提高花生的產量和氮肥利用率。因此，通過改進花生施氮肥時期來提高氮素利用效率也成為了農業關注的焦點。

已有研究表明，花生莢果中的氮大部分是從營養器官的氮素轉化而來，只有小部分是莢果充實期同化的，花生在莢果成熟期間，營養器官內氮素的可利用性是產量提高的主要限制因素之一，所以增加花生前期氮素積累量十分重要[7～9]。氮素除了能夠提高花生產量之外，對花生氮代謝相關酶的活性也具有調節作用。張智猛等[10]研究表明，施氮水平、施氮方式和微量元素肥料能夠影響花生各器官氮代謝相關酶的活性；張翔[11]等研究表明，施氮總量相同時，施氮時期不同會影響花生的氮素利用效率；氮肥施用方式、氮肥形態、氮肥施用時期等均對花生氮的吸收利用存在顯著影響[12～17]。

目前，針對不同施氮量、施氮時期和肥料配施對花生生長發育及產量的影響研究較多[11,18～23]，而在施氮量相同條件下改變追肥次數和追肥比例對花生氮代謝酶活性、氮素利用效率的研究較少。本試驗在施氮總量為135.0 kg·hm-2的情況下，研究氮肥后移對花生植株氮代謝酶活性、氮素積累與利用效率及產量的影響，探討在不增加氮肥施用量的情況下，是否可通過氮肥分期后移提高花生產量，旨在為花生高產高效栽培提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2016-2017 年在沈陽農業大學科研試驗基地進行。供試花生品種為農花5 號，由沈陽農業大學選育。供試土壤為棕壤土，堿解氮含量102.2 mg·kg-1、速效磷含量25.7 mg·kg-1、速效鉀含量116.6 mg·kg-1、有 機 質 含 量15.41 g·kg-1、pH值6.5。

1.2 試驗設計

試驗采用完全隨機區組設計，在施肥總量（尿素135.0 kg·hm-2）一致的條件下設3個處理，以不施氮肥為對照，具體施用時期及各時期施用量見表1。小區行長7 m，7 行區，行距60 cm，小區面積為29.4 m2，3次重復。種植方式為裸地種植，播種密度為15 萬穴·hm-2，每穴播3 粒，出苗后留2 株，采用開溝方式追施氮肥。各小區基施硫酸鉀150 kg·hm-2、過磷酸鈣600 kg·hm-2。試驗地其他管理措施與常規大田相同。

表1 施尿素時期及施用量Table 1 Fertilization time and nitrogen fertilizer application rate

1.3 測定項目及方法

1.3.1 葉片氮代謝相關酶活性 于苗期、開花下針期、結莢期、飽果成熟期取有代表性植株的主莖倒數第三片完全展開葉的同一位置小葉測定硝酸還原酶（NR）活性、谷氨酰胺合成酶（GS）活性和谷氨酸脫氫酶（GDH）活性。

NR 活性測定參照植物生理學實驗手冊（1999）的 方 法[24]，GS 和GDH 活 性 測 定 參 照 文 獻[25]的方法。

1.3.2 氮素利用效率 于出苗后24 d開始至108 d結束，其中每隔14 d從各小區取有代表性植株3株，測定籽粒中氮素積累量和植株地上部總氮素積累量，采用H2SO4-H2O2法消煮，凱氏定氮法測定植株各器官氮素含量。計算氮素收獲指數、氮肥農學利用率、氮肥吸收利用率和氮肥偏生產力，計算公式如下：

氮素收獲指數（%）=籽粒中氮積累量/成熟期植株地上部總氮積累量×100

氮肥農學利用率（kg·kg-1）=（施氮區籽粒產量－氮空白區籽粒產量）/施氮量

氮肥偏生產力（kg·kg-1）=籽粒產量/施氮量

氮肥吸收利用率（%）=（施氮區植株吸氮量－氮空白區植株吸氮量）/施氮量×100

1.3.3 產量及產量構成因素 花生收獲時在每小區連續取有代表性的10棵植株進行考種，調查單株莢果數、單株果重、飽果數和百仁重；另每個小區除去兩邊行和兩地頭，取中間3行×3 m上的植株，進行測產。

1.4 數據統計分析

用Microsoft Excel 軟件（2019）進行數據處理作圖，DPSv7.05軟件統計分析數據。結果與分析的數據為兩年數據的平均值。

2 結果與分析

2.1 氮肥后移對葉片氮代謝相關酶活性的影響

2.1.1 硝酸還原酶活性 圖1可知，花生葉片的硝酸還原酶活性在整個生育進程中T1、T2 和CK 處理呈逐漸下降的趨勢，而T3處理則先略有上升后逐漸下降。不同生育時期各施肥處理的硝酸還原酶活性均比無氮肥處理CK 高，但不同時期追施硝酸還原酶活性表現不盡相同，在花針期和飽果成熟期硝酸還原酶活性均為T3＞T2＞T1＞CK，T3 處理高于其它處理，且與CK 和T1 的差異達到顯著水平（P＜0.05）。在花生生育中后期T2 和T3 兩處理的硝酸還原酶活性高于CK 和T1，說明氮肥后移能顯著提高花生生育后期硝酸還原酶活性，從而影響花生體內的N 素代謝，對光合產物的合成運轉起到明顯的促進作用。

圖1 不同施肥方式下花生不同生育時期葉片硝酸還原酶活性Fig.1 NR activity in peanut at different growing periods under different fertilization patterns

2.1.2 谷氨酰胺合成酶活性 圖2 為不同施肥方式下花生不同生育時期葉片谷氨酰胺合成酶活性，從圖2 可以看出，花生葉片谷氨酰胺合成酶活性在整個生育期呈先升后降的趨勢。各施肥處理的谷氨酰胺合成酶活性均比CK 高。由于追肥時期不同各處理間谷氨酰胺合成酶活性存在明顯差異，在花針期和飽果成熟期谷氨酰胺合成酶活性均為T3＞T2＞T1＞CK，T3 處理高于其它處理，且在飽果成熟期差異達到顯著水平（P＜0.05）。在花生生育中后期T2 和T3 兩處理的谷氨酰胺合成酶活性亦高于CK 和T1，說明氮肥后移對花生體內谷氨酰胺合成酶的活性亦有促進作用，使谷氨酰胺合成酶活性在生育后期保持較高水平，進而保證氨同化途徑的暢通運轉。

圖2 不同施肥方式下花生不同生育時期葉片谷氨酰胺合成酶活性Fig.2 GS activity in peanut at different growing periods under different fertilization patterns

2.1.3 谷氨酸脫氫酶活性 圖3可見，花生葉片谷氨酸脫氫酶活性在整個生育期呈先下降再上升再下降的趨勢。各施肥處理的谷氨酸脫氫酶活性均比CK 高。在花針期和飽果成熟期谷氨酸脫氫酶活性均為T3＞T2＞T1＞CK，T3 處理高于其它處理，且在飽果成熟期差異達到顯著水平（P＜0.05）。從結莢期至飽果成熟期其他處理的谷氨酸脫氫酶活性下降幅度明顯，而T3 處理則是略有下降，說明T3 處理有利于花生生育后期谷氨酸脫氫酶的合成。

圖3 不同施肥方式下花生不同生育時期葉片谷氨酸脫氫酶活性Fig.3 GDH activity in peanut at different growing periods under different fertilization patterns

2.2 氮肥后移對氮素利用效率的影響

2.2.1 花生各器官氮素積累量 養分累積是生物量累積的基礎，也是作物產量形成的基礎。從圖4A、B 可以看出，施氮時期對根和莖氮素積累量變化趨勢無影響，在整個生育期中，兩器官氮素積累均呈“波浪式”變化，只是最大值出現的時間不同，根系氮素積累最大值出現在出苗后38 d（花針期），莖稈氮素積累最大值出現在出苗后94 d（飽果成熟期）。兩器官氮素積累量與不同時期追肥有關，根系氮素積累量各處理的最大值為T3＞T1＞T2＞CK，莖稈各處理的氮素積累量最大值為T1＞T3＞T2＞CK，各施肥處理間差異不顯著，與CK相比差異達到顯著水平（P＜0.05）。

圖4 不同施肥方式下花生各器官及植株氮素積累Fig.4 Peanut N accumulation in each organ under different nitrogen treatments

葉片和果針的氮素積累量均呈谷-峰-谷的變化趨勢（圖4C、D），均在出苗后80 d（結莢期）達到最大值，此時各處理葉片的氮素積累為T1＞T3＞T2＞CK，果針為T1＞T2＞T3＞CK，均是T1 處理的氮素積累量最高，但各施肥處理間差異不顯著。

莢果的氮素積累量隨著生育進程逐漸增加，不同時期的氮素積累量均為CK 處理最低（圖4E），在出苗后108 d（飽果成熟期）各處理的氮素積累量為T3＞T1＞T2＞CK，T3 處理的氮素積累量最高，各施肥處理間差異不顯著，與CK 相比差異達到顯著水平（P＜0.05）。

2.2.2 花生植株總氮素積累量 圖4F是不同施肥方式下花生植株總氮素積累，隨著生育進程的推移，各處理花生植株總氮素積累量逐漸增加后略有下降，這是由于后期部分葉片和果針會脫落。在苗期（出苗后24 d）各處理之間氮素積累量差異不顯著，生育后期T2 和T3 處理的氮素積累量增加幅度變大，各處理在成熟期（出苗后108 d）達到最大值，CK、T1、T2 和T3 處理的氮素積累量分別為75.63 g·plant-1、85.97 g·plant-1、88.17 g·plant-1、89.13g·plant-1，其中T3處理的氮素積累量最高，各施肥處理顯著高于CK 處理（P＜0.05），但施肥處理間差異不顯著。

2.2.3 氮素利用效率 表2 為不同施肥方式下花生氮肥利用率。不同施肥處理的氮素收獲指數表現為T3＞T1＞T2，各處理間差異不顯著；氮肥農學利用率和氮肥偏生產力均表現為T3＞T1＞T2，T3處理最高，且與其它處理差異達到顯著水平（P＜0.05）；氮肥利用率表現為T3＞T2＞T1，T3 處理最高但各處理間差異不顯著。

表2 不同施肥方式下花生氮肥利用率Table 2 Nitrogen use efficiency of peanuts at different fertilization methods

2.3 氮肥后移對產量及其構成因素的影響

由表3 可知，不同的施肥方式使花生的產量存在差異。與CK 相比，各施肥處理花生產量顯著增加，增幅達到14.33%～20.79%，不同處理間產量表現為T3＞T1＞T2＞CK，可見施肥時期顯著影響莢果產量。不同處理間單株果數和百仁重表現為施肥處理高于CK，且差異達到顯著水平（P＜0.05）；花生單株果重表現為T3＞T1＞T2＞CK，T3 處理高于其它處理，且差異達到顯著水平（P＜0.05）；花生飽果率表現為T3＞T2＞T1＞CK，T3 處理高于其它處理，且差異達到顯著水平（P＜0.05），說明T3處理是通過顯著提高單株果重和飽果率達到增產效果。

表3 不同施肥方式下花生產量及產量構成因素Table 3 Yield and components of peanut under different fertilization method

3 討論

3.1 氮肥后移對花生氮代謝相關酶活性的影響

硝酸還原酶、谷氨酸脫氫酶及谷氨酰胺合成酶均為植物氮代謝關鍵酶，對植物氮素吸收和利用起重要作用[26]。NR 是植物器官中硝態氮還原同化過程中的第一個酶和限速酶，GS參與植物體內同化的過程，是整個氮代謝的中心[27,28]。已有研究[9]表明，在一定范圍內增加氮肥施用量能夠提高氮代謝相關酶活性。李文龍等[29]研究表明，適當的增施氮肥能夠提高玉米葉片氮代謝相關酶活性，氮肥施用過量則會導致酶活性下降。本研究發現，在施氮量相同的條件下，氮肥后移兩處理追肥后花生葉片氮代謝相關酶的活性會上升，且基施氮肥45 kg·hm-2＋苗期和開花下針期分別追肥45 kg·hm-2處理在生育后期的氮代謝相關酶活性顯著高于其它處理，說明它延緩了植株的衰老，這可能是因為使花生生育后期氮肥充足[30]。

3.2 氮肥后移對花生氮素利用效率的影響

氮肥農學利用率、氮肥吸收利用率和氮肥偏生產力是用來表示氮肥利用率的常用定量指標，它們從不同的側面描述了作物對氮素或氮肥的利用效率[31]。已有研究[24]表明，增施氮肥會顯著提高花生對氮素的吸收速率和積累量。馬興華等[32]研究表明，在施氮量相同的條件下，增加小麥拔節期追施比例提高了氮肥農學利用率、氮肥吸收利用率和氮肥偏生產力，說明氮肥利用率還受底追肥比例的影響。也有研究認為氮肥分次追施比一次性施肥可以減少淋洗和反硝化造成的損失[2]。

本研究發現，施氮能顯著提高花生各器官和植株的氮素積累量，在施氮量相同的條件下，基施氮肥45 kg·hm-2＋苗期和開花下針期分別追肥45 kg·hm-2和基施氮肥135 kg·hm-2這兩個處理的氮素積累量較高，不過差異不顯著（P＞0.05），但是基施氮肥45 kg·hm-2＋苗期和開花下針期分別追肥45 kg·hm-2處理的氮肥農學利用率和氮肥偏生產力顯著高于其他處理。這可能是因為在苗期過早追肥會導致花生生長發育的中后期出現氮素缺乏的現象，而且開花下針期是需氮量最大的時期，此時根瘤尚未長成，缺氮會影響根瘤生長從而影響花生對氮素的吸收利用[7,33～35]。

3.3 氮肥后移對花生產量的影響

氮肥運籌對產量的影響研究有很多，張甜等[30]研究表明，在施氮量相同條件下，在花針期追肥能提高花生產量，在苗期追肥雖然較不施肥有一定的增產效果，但是效果不及在花針期追肥。畢振方等[19]研究表明，在花針期追肥對花生增產效果最顯著。本研究表明，施氮能顯著提高花生莢果產量，在施氮量相同的條件下，不同處理產量表現為T3＞T1＞T2，其中基施氮肥45 kg·hm-2＋苗期和開花下針期分別追肥45 kg·hm-2處理產量最高，與其它處理相比產量提高了14.33%～20.79%，這是因為合理的施肥方式提高了花生的單株果重和飽果率，而基施氮肥67.5 kg·hm-2+苗期追肥67.5 kg·hm-2處理的產量最低，這與前人研究結果一致。因為只在苗期過早施肥會造成花生生長發育中后期出現氮素缺乏的現象，使植株早衰影響果實充實度，而且花針期是營養生長和生殖生長并進的時期，也是肥料需要最多的時期，此時氮肥供應不充足會影響花生對水分、養分的吸收和葉片光合作用的強弱，進而影響花生莢果體積的膨大和果仁的充實度，最終影響花生的產量[7,34,35]。

4 結論

在施氮量相同的條件下，基施氮肥45 kg·hm-2＋苗期和開花下針期分別追肥45 kg·hm-2處理能夠滿足花生各生育期的肥料需求，進而顯著提高花生生育后期葉片的氮代謝相關酶活性，增強花生對氮素的吸收與利用，并通過顯著提高單株果重和飽果率來達到增產，從而提高氮素利用率，增產效果比其它兩個處理顯著。

綜合分析得出，在本試驗條件下，施氮量為135 kg·hm-2時，基施氮肥45 kg·hm-2＋苗期和開花下針期分別追肥45 kg·hm-2處理能夠提高氮代謝相關酶活性和氮素利用率，使花生顯著增產。