水氮耦合對(duì)蘋(píng)果幼樹(shù)生長(zhǎng)及15N 吸收利用的影響

任飴華等

摘要：

以兩年生紅富士/平邑甜茶為試材，采用15N同位素標(biāo)記示蹤法，在滴灌施氮條件下研究3個(gè)氮水平與3個(gè)水量對(duì)蘋(píng)果幼樹(shù)生長(zhǎng)及15N 吸收、利用的影響。結(jié)果表明：隨著氮肥及水量的增加，蘋(píng)果植株新稍長(zhǎng)度、干物質(zhì)總量、植株15N吸收量均顯著提高，高水高氮（W3N3）處理蘋(píng)果植株新稍長(zhǎng)度、干物質(zhì)總量、植株15N吸收量最高，分別是77.98 cm、62.59 g、14.06 mg ，低水低氮（W1N1）處理最低，分別為21.40 cm 、35.29 g、3.55 mg。根系活力、葉綠素含量、植株各器官Ndff隨著水、氮量增加而顯著提高。15N利用率隨著水量的增加而顯著提高，隨著氮量的增加而顯著降低，W3N1處理最高，為20.0032%，W1N3處理最低，為9.0382%。

關(guān)鍵詞：蘋(píng)果；水氮耦合；生長(zhǎng)； 15N；吸收；利用

中圖分類(lèi)號(hào)：S661.106文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2015）05-0049-05

Influence of Water-Nitrogen Coupling on Growth

and 15N Absorption and Utilization of Apple Saplings

Ren Yihua， Feng Yanguang， Chen Jianming， Jiang Han， Ge Shunfeng， Wei Shaochong， Jiang Yuanmao*

（College of Horticulture Science and Engineering， Shandong Agricultural University/

State Key Laboratory of Crop Biology， Taian 271018，China）

AbstractThe effects of three nitrogen levels and three water levels under drip irrigation on the growth and 15N absorption and utilization of apple saplings were studied in field using 15N-labeled tracer method and with 2-year-old Red Fuji/Malus hupenensis as materials. The results showed that the shoot length， total dry matter quantity and 15N absorption increased significantly with the increase of nitrogen fertilizer and water amount； and they were the highest under W3N3 treatment as 77.98 cm， 62.59 g， and 14.06 mg respectively， while the lowest under W1N1 treatment as 21.40 cm， 35.29 g and 3.55 mg respectively. The root activity， chlorophyll content and Ndff in organs increased significantly with the increase of nitrogen fertilizer and water amount. The use rate of 15N increased significantly with the increase of water amount but decreased significantly with the increase of nitrogen fertilizer rate. The 15N use rate was the highest as 20.0032% under W3N1 treatment， but was the lowest as 9.0382% under W1N3 treatment.

Key wordsApple； Water-nitrogen coupling； Growth； 15N； Absorption； Utilization

我國(guó)水資源人均占有量約為世界人均的1/4，被列為世界13 個(gè)貧水國(guó)家之一。耕地的平均占有徑流量為28.32×103 m3·hm-2，僅為世界平均數(shù)的80%。而果園漫灌不僅造成水資源浪費(fèi)，而且抑制了果樹(shù)根系的呼吸作用，減少根系對(duì)肥料的吸收。對(duì)于坡度大、土層薄、灌水量大的地區(qū)，極易造成硝態(tài)氮的淋失，而灌水和肥料利用效率偏低不僅造成水氮資源的浪費(fèi)，增加生產(chǎn)成本，也造成環(huán)境污染。水分是作物生長(zhǎng)發(fā)育、養(yǎng)分通過(guò)擴(kuò)散與質(zhì)流的方式向植物根系表面遷移及根系對(duì)肥料吸收的必要條件。滴灌施肥改變了傳統(tǒng)灌溉與施肥分離的不足，使水肥均勻地作用到作物的根區(qū)，增加作物對(duì)肥料的吸收。氮素是果樹(shù)必需礦質(zhì)元素中的核心元素，是組成細(xì)胞結(jié)構(gòu)和能量代謝的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是果園管理中產(chǎn)量形成的關(guān)鍵因子，對(duì)提高植株光合效率、促進(jìn)植物生長(zhǎng)具有重要意義，是滴灌系統(tǒng)中最常用的大量元素。水氮耦合效應(yīng)是指使用水分和氮肥，使其產(chǎn)生協(xié)同作用，達(dá)到“以水促肥”和“以肥調(diào)水”的目的。水肥空間耦合效應(yīng)的研究表明，旱作農(nóng)業(yè)中水肥耦合效應(yīng)明顯，肥料的增產(chǎn)作用不僅在于肥料本身，更重要的還在于其與土壤水分的互作，合理的水氮供應(yīng)可起到相互促進(jìn)的增產(chǎn)增效作用，依水效施氮是充分提高作物產(chǎn)量和投肥效益的有效措施。水氮耦合效應(yīng)的研究對(duì)節(jié)約水、肥資源和保護(hù)環(huán)境有著重要的意義。目前在水氮耦合效應(yīng)方面的研究多集中于玉米、水稻、棉花、蔬菜等當(dāng)年生作物，而關(guān)于蘋(píng)果水氮耦合效應(yīng)對(duì)其生理及氮素利用方面的報(bào)道較少。為此，本試驗(yàn)擬通過(guò)研究水氮耦合對(duì)紅富士生長(zhǎng)及氮素吸收利用方面的影響，并通過(guò)15N同位素示蹤法，探索蘋(píng)果最佳水氮耦合配比方案，可為蘋(píng)果滴灌施氮提供理論依據(jù)。endprint

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2013年3～9月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗(yàn)站防雨棚中進(jìn)行。供試土壤為壤土，有機(jī)質(zhì)含量為5.43 g·kg-1，全氮0.62 g·kg-1，堿解氮37.57 mg·kg-1，速效磷14.60 mg·kg-1，速效鉀238.12 mg·kg-1，pH值7.61。供試蘋(píng)果幼苗為正常管理的2年生紅富士（M. domestica Borkh.‘Red Fuji）/平邑甜茶（Malus hupenensis Rhed.）。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為兩因素隨機(jī)組合設(shè)計(jì)。以田間最大持水量（FC）為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置3個(gè)水量處理，分別為：50%FC（W1）、70%FC（W2）、90%FC（W3），設(shè)置3個(gè)氮（N）水平，分別為50 kg·hm-2（N1）、100 kg·hm-2（N2）、200 kg·hm-2（N3）。共9個(gè)處理，即W1N1、W1N2、W1N3、W2N1、W2N2、W2N3、W3N1、W3N2、W3N3，每處理重復(fù)5次。

選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致、無(wú)病蟲(chóng)害的供試蘋(píng)果幼樹(shù)45株，栽于直徑30 cm、底部封口花盆中。供試氮肥為尿素，3個(gè)氮水平下每株施氮量分別為低氮0.78 g，中氮1.56 g，高氮3.12 g，同時(shí)每株施入0.5 g 15N尿素（上?；ぱ芯吭荷a(chǎn)，豐度10.26%）。氮肥溶于水，分3次于5月3日、6月15日、8月1日滴灌施肥。滴灌采用馬氏管控制，設(shè)定流速2 L/h。采用稱重法控制每盆含水量，每天稱重補(bǔ)充一次水分。磷酸二氫鉀（P2O5 100 kg·hm-2）、硫酸鉀（K2O 100 kg·hm-2）于4月施入。

1.3取樣與測(cè)定

2013年3～9月初整株解析前，進(jìn)行葉綠素、新梢長(zhǎng)度等指標(biāo)測(cè)定。于9月15日（秋梢停長(zhǎng)期）進(jìn)行破壞性采樣，各處理取3株，單株為一次重復(fù)。整株解析為根、主干、新梢、葉。樣品洗凈后，105℃殺青30 min，隨后80℃烘干，電磨粉碎后過(guò)60目篩，混勻后裝袋備用，生物量以干重質(zhì)量計(jì)。

葉綠素使用SPAD-502葉綠素儀測(cè)定，樣品全氮用凱氏定氮法測(cè)定。15N豐度在DELTAplusXP型質(zhì)譜儀中測(cè)定。用氯化三苯基四氮唑（TTC）還原法測(cè)定秋梢停長(zhǎng)期蘋(píng)果植株的根系活力，以單位鮮樣質(zhì)量根系還原的TTC 量表示。

總氮量（g）= 干物質(zhì)量（g）× N（%）；

Ndff（%）= （樣品中的15N豐度-自然15N豐度）/（肥料中15N的豐度-自然15N豐度） × 100；

15N吸收量（mg）= 總氮量（g）× Ndff（%） × 1000；

氮肥利用率（%） = 15N吸收量（g）/施氮量（g）×100。

所有數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel 2003進(jìn)行圖表繪制，并利用DPS 7.05統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和LSD多重比較分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同水氮處理對(duì)新梢長(zhǎng)度及生物量的影響

由表1可見(jiàn)，隨著氮肥及水量的增加顯著增加了蘋(píng)果植株新梢長(zhǎng)度，最高為W3N3處理，最低為W1N1處理。相同施氮水平下，隨著水量增加，新梢長(zhǎng)度顯著提高。W2N2處理較W1N2處理長(zhǎng)28.07 cm，W3N2較W2N2處理長(zhǎng)10.02 cm，表明W1（低水）與W2（中水）處理之間水量成為限制蘋(píng)果生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。相同水量條件下，隨著施氮量的增加，新梢長(zhǎng)度顯著提高，但增加值以W2 （中水）處理最高，為21.42 cm，W1（低水）最低，為8.85 cm，表明中水（W2）條件下增施氮肥促進(jìn)蘋(píng)果新梢生長(zhǎng)的效果最好。

隨著氮肥及水量增加也明顯增加蘋(píng)果的干物質(zhì)總量，以W3N3處理最高，W1N1處理最低。相同施氮量條件下，隨著水量的增加，植株干物質(zhì)總量顯著提高；相同水量條件下，隨著施氮量的增加，植株干物質(zhì)總量的增加值略有不同；只有在W2水量條件下不同供氮水平間達(dá)到顯著水平，在低水 （W1）條件下，W1N3較W1N1增幅為13.77%；高水（W3）條件下，W3N3較W3N1增幅為12.41%；中水（W2）條件下，W2N3較W2N1增幅為27.25%。表明在不同水量條件下，增施氮肥可以顯著增加蘋(píng)果生物量，但高水（W3）和低水（W1）條件下均不如中水（W2）條件下的增幅大。同時(shí)，W2N2較W1N1增加值（17.58 g）是通過(guò)單一增加水量及氮量的增加值和（12.43 g）的1.43倍，表明水氮耦合條件下對(duì)植株生長(zhǎng)的提高要比通過(guò)單一增加水量及氮量的增加要大，水氮在一定條件下表現(xiàn)為相互促進(jìn)效應(yīng)。

2.2不同水氮處理根系活力及葉綠素含量的影響

由圖1可見(jiàn)，不同水氮處理間根系活力存在顯著差異。9個(gè)處理間根系活力平均值由高到低依次為W2N3>W2N2>W3N3>W3N2>W2N1>W3N1>W1N3>W1N2>W1N1。相同氮水平條件下，隨著水量增加，蘋(píng)果根系活力顯著提高，但以中水（W2）處理的根系活力最高，說(shuō)明過(guò)高的水量抑制了根系活力；相同水量條件下，隨著施氮量的增加，根系活力顯著提高，其中以中水處理最高（14.49%），低水處理次之（11.88%），高水處理最低（7.33%）。W2條件下植株根系活力總體處于較高水平，說(shuō)明水量是影響蘋(píng)果根系活力的關(guān)鍵因素。

由圖2可見(jiàn)，相同供氮水平下，隨著灌水量增加，葉綠素含量?jī)H在N2條件下各處理間增加顯著，說(shuō)明增加水量對(duì)增加葉片的葉綠素含量效果不明顯。在相同水分條件下，隨著施氮量增加，蘋(píng)果葉片中葉綠素含量顯著增加，說(shuō)明增施氮肥可以有效提高蘋(píng)果葉片葉綠素含量，且增幅最大的為中水（W2）處理，達(dá)18.86%。相同供氮條件下增加水量對(duì)葉片葉綠素含量的增幅比相同水量下增加氮肥的增幅低，后者（18.86%）是前者（14.74%）的1.28倍，表明氮素對(duì)提高葉片葉綠素含量的作用要高于水分。endprint

2.3不同水氮處理對(duì)植株各器官Ndff的影響

由表2可見(jiàn)，根、莖、葉Ndff值最高均為W3N3處理，最低均為W1N1處理。相同施氮量條件下，隨著水量的增加，根、莖、葉的Ndff部分顯著增加；相同水量條件下，隨著施氮量的增加，各器官的Ndff大部分顯著增加。不同水氮處理下各器官Ndff基本以根系為最高，其次是莖、葉。同時(shí)，W2N2各器官Ndff較W1N1增加值比通過(guò)單一增加水量及氮量的增加值之和要高，表明水氮耦合使植株各器官對(duì)氮的吸收征調(diào)能力更強(qiáng)，促進(jìn)了植株對(duì)15N的吸收。

2.4不同水氮處理對(duì)植株總氮量、吸收15N量及15N利用率的影響

由表3可見(jiàn)，植株總氮量最高為W3N3處理，其次是W2N3處理，最低為W1N1處理。相同氮素條件下，隨著水量的增加，植株總氮量增加，但部分未達(dá)到顯著水平；相同水量條件下，隨著施氮量的增加，植株總氮量顯著增加。此時(shí)施氮量為影響植株總氮量的關(guān)鍵因素。

不同處理間植株15N吸收量差異顯著，由大到小依次為W3N3>W2N3>W3N2>W1N3>W2N2>W1N2>W3N1>W2N1>W1N1。相同施氮量條件下，隨著灌水量的增加，植株的15N吸收量部分顯著增加，說(shuō)明水分能夠促進(jìn)蘋(píng)果對(duì)5N吸收；相同水量條件下，隨著施氮量增加，植株15N吸收量顯著增加，但不同水量條件下的增幅不同，中水（W2）處理增幅（197%）和高水（W3）處理增幅（174%）比低水（W1）處理增幅（138%）分別高42.8%和26.1%，說(shuō)明在低水（W1）處理?xiàng)l件下水分影響了蘋(píng)果根系對(duì)15N尿素的吸收；同時(shí)，各處理間通過(guò)單一增加水量及氮量對(duì)植株的15N尿素的吸收增加值之和要小于水氮耦合條件下的15N尿素增加值，水分與氮素此時(shí)表現(xiàn)出一定的協(xié)同效應(yīng)。

W3N1處理氮素利用率最高為20.0032%，其次是W2N2，為17.3804%，W1N3處理最低，為9.0382%。相同施氮量條件下，隨著灌水量的增加，蘋(píng)果氮素利用率大部分增加顯著；相同水量條件下，隨著施氮量增加，除W2N2處理外植株對(duì)氮素的利用率顯著降低，但不同水量下氮素利用率減少的幅度不同，最高為低水（W1）條件下，達(dá)30.88%，其次是高水（W3）處理，達(dá)28.34%，最低為中水（W2）處理，為18.41%，說(shuō)明在中水（W2）條件下增施氮肥效果更優(yōu)于低水和高水條件，中水（W2）條件下水氮的協(xié)同效應(yīng)更高。水分和氮素共同影響了蘋(píng)果對(duì)15N肥的利用率，低水（W1）處理?xiàng)l件下，各處理間氮素吸收利用率表現(xiàn)為較低水平，說(shuō)明此時(shí)水量是限制蘋(píng)果對(duì)氮素吸收利用的關(guān)鍵因素；高水（W3）處理對(duì)氮素吸收利用總體處于較高水平，說(shuō)明高水量條件下可以促進(jìn)蘋(píng)果對(duì)氮素的吸收利用。灌水能夠提高蘋(píng)果氮素利用率，因此在相對(duì)貧瘠、肥料投入不足的果園，可以適當(dāng)增加水量來(lái)提高蘋(píng)果對(duì)氮素的吸收利用。

3結(jié)論與討論

王海茹等研究了不同水氮耦合條件對(duì)黍稷幼苗生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明高水量和高氮量條件下均有利于植株生長(zhǎng)及干物質(zhì)的積累，與本試驗(yàn)結(jié)果基本一致。水分的虧缺不利于植株的生長(zhǎng)，通過(guò)本試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，中水條件下增施氮肥促進(jìn)蘋(píng)果新梢生長(zhǎng)的效果最好，在低水（W1）與中水（W2）處理之間，水量成為限制蘋(píng)果生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，中水量處理成為蘋(píng)果限制生長(zhǎng)的臨界點(diǎn)。這也與房祥吉等的研究結(jié)論一致，但筆者在試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，高水條件下蘋(píng)果新梢徒長(zhǎng)現(xiàn)象較為嚴(yán)重。低水量條件下，氮對(duì)地上部的生長(zhǎng)促進(jìn)作用顯著低于中高水條件，而水分充足條件下增施氮肥，蘋(píng)果生物量顯著增加，這也與謝志良等的研究結(jié)果相同。袁宇霞等研究滴灌施肥水肥耦合對(duì)溫室番茄生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)過(guò)高的施肥量和灌水量不利于番茄的生長(zhǎng)，這與本試驗(yàn)的研究結(jié)果存在差異，這可能與生長(zhǎng)期、溫度及番茄為當(dāng)年生草本，而蘋(píng)果為多年生木本有一定關(guān)系。

水量相同條件下，隨著施氮量的增加，氮素利用率顯著降低；相同施氮量條件下，隨著水量增加，氮素利用率顯著提高，這與詹其厚等在玉米上的研究結(jié)果一致。陳瑞英等發(fā)現(xiàn)灌水量增加超過(guò)臨界點(diǎn)時(shí)，氮素利用率呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。本試驗(yàn)中高水（W3）與中水（W2）處理相比，15N尿素吸收利用并未受到影響，這可能與試驗(yàn)對(duì)象存在差異有關(guān)，同時(shí)本試驗(yàn)中W2～W3處理氮素吸收利用率增幅低于W1～W2處理，而W2N2處理氮素利用率也處于較高水平，可能與試驗(yàn)時(shí)間較短未充分體現(xiàn)，這點(diǎn)仍需進(jìn)一步試驗(yàn)證明。

水分與養(yǎng)分之間相互作用、相互影響，共同促進(jìn)蘋(píng)果的生長(zhǎng)。水氮耦合效應(yīng)要比通過(guò)單一增加水量及氮量的增加值之和要高，水與氮存在明顯的互作效應(yīng)。水分脅迫條件減弱了氮肥促進(jìn)蘋(píng)果吸氮的作用，增加氮肥能夠增加蘋(píng)果對(duì)氮素的吸收量，卻降低了氮素利用率，增加了損失。高水高氮雖能顯著促進(jìn)蘋(píng)果生長(zhǎng)及對(duì)氮素的吸收，但試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其徒長(zhǎng)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，因此在蘋(píng)果幼樹(shù)期及樹(shù)勢(shì)較弱的樹(shù)苗，可以采用高水高氮的水氮模式進(jìn)行滴灌施肥，以促進(jìn)其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，提早進(jìn)入結(jié)果期；對(duì)于徒長(zhǎng)現(xiàn)象嚴(yán)重的果樹(shù)，應(yīng)該嚴(yán)格控制水氮量。本試驗(yàn)是以盆栽紅富士幼苗為對(duì)象，而在大田中不同水氮處理對(duì)蘋(píng)果生長(zhǎng)及果實(shí)等方面影響的研究還有待繼續(xù)。

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