不同施氮量配施硝化抑制劑對柴達(dá)木枸杞園15N肥料去向的影響

盧九斤 盛海彥， 高亞軍 王永亮

（1青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016； 2省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016；3西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西 咸陽 712000； 4青海諾木洪農(nóng)場，青海 海西 817000）

枸杞（Lycium barbarumL.）是茄科枸杞屬多年生落葉灌木，其果實(shí)具有較高的藥理價值，如良好的補(bǔ)肝益腎功效［1］。枸杞具有極強(qiáng)的耐寒力及抗旱性，是柴達(dá)木地區(qū)綠化的先鋒樹種［2］。柴達(dá)木盆地作為青海省枸杞主要種植區(qū)，種植面積日益增長，自2019年青海省海西州的枸杞種植面積已超3萬公頃［3］，約占全國枸杞種植面積的三分之一。枸杞產(chǎn)業(yè)的迅速崛起帶動了地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，目前枸杞產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民群眾生活富裕、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

氮素是植物體內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)和激素的重要組成成分，在植物生理代謝中起著重要的作用［4］。適量施氮有助于細(xì)胞分裂及果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的提高［5］，但過量施氮易使氮肥投入量超過最佳經(jīng)濟(jì)施氮量，降低收益且極易引起環(huán)境污染［6］。前人研究表明，適量施氮可提高產(chǎn)量和氮肥利用率，如陳倩等［7］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蘋果園的年施氮量從300 kg·hm-2降低到200 kg·hm-2時，氮肥利用率從14.4%增加至16.3%，且單果產(chǎn)量顯著提高；何雪菲等［8］在庫爾勒香梨上的研究也發(fā)現(xiàn)，與每株施用1.45 kg的氮處理相比，施用0.97 kg氮處理的植株氮肥利用率顯著提高。同時，硝化抑制劑被廣泛用于提高植物的氮肥利用率［9-10］。劉濤等［11］發(fā)現(xiàn)氮肥配施氯甲基吡啶可顯著提高棉花的產(chǎn)量和氮肥利用率；李君等［12］研究表明，與單施尿素相比，尿素添加2-氯-6（三氯甲基）-吡啶（nitrapyrin）處理可有效抑制施入石灰性土壤中的尿素水解，降低氮素?fù)p失。

15N示蹤法是追蹤氮肥去向的重要方法，在消除環(huán)境和植物干擾方面具有明顯優(yōu)勢，更為嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確［13］。Jiang等［14］基于15N-尿素的分配、累積和再運(yùn)移，研究梨樹適時施氮策略，結(jié)果表明，秋季供應(yīng)的氮肥主要儲存在梨樹的細(xì)根和殘留在土壤中，對來年春天梨樹的生長起關(guān)鍵作用。柴達(dá)木地區(qū)枸杞規(guī)?；斯ぴ耘鄽v史短，從業(yè)人員缺乏成熟的栽培管理經(jīng)驗(yàn)［15］，枸杞生產(chǎn)中氮肥施用缺乏科學(xué)的理論依據(jù)，現(xiàn)今該區(qū)域“一斤干果一斤肥”的現(xiàn)象較普遍，盲目投入大量氮肥導(dǎo)致氮肥利用率低、農(nóng)業(yè)資源浪費(fèi)及生產(chǎn)成本高等問題普遍存在。明確柴達(dá)木枸杞的氮素利用情況、實(shí)現(xiàn)枸杞氮肥養(yǎng)分優(yōu)化管理變得極為迫切，而利用15N示蹤技術(shù)探究柴達(dá)木地區(qū)枸杞氮肥利用及吸收規(guī)律的相關(guān)研究鮮見報道。因此，本試驗(yàn)利用15N示蹤技術(shù)在青海諾木洪農(nóng)場開展田間試驗(yàn)，旨在明確施入枸杞園的氮肥去向，為提高柴達(dá)木枸杞生產(chǎn)的氮肥利用率、促進(jìn)枸杞產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年在青海省海西州青海諾木洪農(nóng)場（96°20′E， 36°25′N）進(jìn)行。該地區(qū)屬高原大陸性氣候，降雨和氣溫具有較強(qiáng)的季節(jié)性波動。平均海拔2 760 m，年日照時數(shù)3 600 h，年均降水量60 mm，6—10月降雨量約占全年降雨量的60%，年蒸發(fā)量2 800～3 000 mm。土壤類型為灰棕漠土，質(zhì)地為砂壤土，試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)測定參考《土壤農(nóng)化分析》［16］的方法，具體見表1。

表1 土壤基礎(chǔ)理化性狀Table 1 The basic physical and chemical properties of soil

1.2 試驗(yàn)材料

供試材料為樹齡11年的寧杞1號，種植株行距為1.5 m×2 m；氮肥為15N-尿素（含N 46%，15N豐度為10%，上?；ぱ芯吭海┖推胀蛩兀ê琋 46%，云天化集團(tuán)有限責(zé)任公司，昆明），磷肥為重過磷酸鈣（含P2O546%，云天化集團(tuán)有限責(zé)任公司，昆明），復(fù)合肥為商品有機(jī)肥（有機(jī)質(zhì)≥45%，N+P2O5+K2O≥5%，青海恩澤農(nóng)業(yè)技術(shù)有限公司，西寧）；供試硝化抑制劑為2-氯-6（三氯甲基）-吡啶（含量70%，可濕性粉劑，浙江奧復(fù)托化工有限公司，紹興）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

于2020年開展田間試驗(yàn)，根據(jù)前期開展的試驗(yàn)結(jié)果［17-18］，設(shè)置以下4個處理：N267、N133處理分別施用純氮267、133 kg·hm-2，N267I1.33、N133I0.67處理分別在N267、N133處理施氮量的基礎(chǔ)上配施2-氯-6（三氯甲基）-吡啶1.33、0.67 kg·hm-2，每處理3株枸杞樹，3次重復(fù)。商品有機(jī)肥（500 g∕株）和重過磷酸鈣（217.4 g∕株）于2020年5月19日作為基肥一次施入。15N-尿素和2-氯-6（三氯甲基）-吡啶充分混勻后于2020年5月19日及6月30日分基肥和追肥兩次（基肥和追肥的比例為1∶1）均勻撒施于施肥坑（距樹干30 cm，長為50 cm，寬為25 cm，深度為20 cm）。灌水方式采用大水漫灌，枸杞年生育期內(nèi)灌溉7次，灌溉定額6 000 m3·hm-2，其他田間管理措施和當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣一致。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

2020年10月15日于枸杞休眠前期對果樹進(jìn)行破壞性取樣，收集距主干半徑100 cm范圍內(nèi)、深0～100 cm坑中的所有根［19］。同時在距根30 cm的施肥區(qū)域使用直徑4 cm的土鉆采集0～200 cm土層土壤樣品（每20 cm土層采集1份樣品）。兩點(diǎn)取樣均勻混合為一個樣品，各點(diǎn)間和各層間要避免污染。整株分解為根、主干、多年生枝條、一年生枝條、葉和果實(shí)。當(dāng)年抽生的徒長枝于2020年6月4日、6月20日收集。枸杞各器官收集后先稱量鮮重，再于100～105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒量，并稱量其干物質(zhì)量［20］。植株各器官粉碎后過60目篩，土壤樣品風(fēng)干后過100目篩，分別均勻混合后裝袋備用。植株和土壤樣品的全氮含量采用凱氏定氮法測定［21］。植株和土壤樣品15N豐度送至南京師范大學(xué)，采用Delta V advantage元素分析-穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜聯(lián)用儀（德國賽默飛世爾科技有限公司）進(jìn)行測定，破壞性挖取植株時采用環(huán)刀法測定土壤容重。

2020年8月2日、8月24日、9月16日分別采摘15N標(biāo)記枸杞樹的全部果實(shí)，鮮果晾干后計產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 25.0軟件統(tǒng)計并分析數(shù)據(jù)。采用Duncan法進(jìn)行方差分析和多重比較（P<0.05），利用Origin 8.0軟件作圖。圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。參考文獻(xiàn)［22-25］計算如下各指標(biāo)：

式中，15N自然豐度為0.366 3%。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量和硝化抑制劑對枸杞各器官干物質(zhì)量、吸氮量及15N累積量的影響

由表2可知，枸杞各器官中果實(shí)的吸氮量、植株15N累積量（plant15N accumulation， Ndfa）均最高，N267I1.33處理在多數(shù)器官的各項(xiàng)指標(biāo)中均表現(xiàn)為最高。枸杞全株15N累積量隨施氮量的增加而增加，相同施氮量下添加2-氯-6（三氯甲基）-吡啶能顯著提高枸杞整株的干物質(zhì)量、吸氮量和植株15N累積量。

表2 施氮量和2-氯-6（三氯甲基）-吡啶對枸杞不同器官干物質(zhì)量、氮素吸收的影響Table 2 Effects of nitrapyrin and nitrogen application rate on wolfberry dry matter accumulation and N uptake in different organs/（kg·hm-2）

2.1.1 干物質(zhì)量 N267I1.33處理的全株干物質(zhì)量最高，N267I1.33、N133I0.67處理的全株干物質(zhì)量較N267、N133處理分別顯著提高了25.04%、4.78%。根、葉和果實(shí)的干物質(zhì)量均以N267I1.33處理最高，分別為6 343.81、1 774.93和7 699.23 kg·hm-2。N267I1.33處理葉和果實(shí)的干物質(zhì)量較N267、N133處理分別顯著提高了24.36%、63.77%和5.00%、8.96%。N267I1.33處理根的干物質(zhì)量較N267處理顯著增加了13.46%。

2.1.2 吸氮量 全株吸氮量以N267I1.33處理最高，N267處理最低，N267I1.33、N133I0.67處理的全株吸氮量分別較N267、N133處理顯著提高了30.17%、10.08%。多年生枝條、葉片和果實(shí)在N267I1.33處理下的吸氮量最高，一年生枝條、徒長枝在N133I0.67處理下的吸氮量最高。N267I1.33處理果實(shí)、葉和多年生枝條的吸氮量較N267、N133處理分別提高了7.41%、11.60%，64.03%、98.42%和192.02%、163.42%。

2.1.3 植株15N累積量（Ndfa） 相同施氮量下配施2-氯-6（三氯甲基）-吡啶顯著提高了枸杞全株15N累積量。全株的15N累積量以N267I1.33處理最高，為18.70 kg·hm-2，較其他處理提高了1.96%～37.60%。主干、多年生枝條、葉的15N累積量以N267I1.33處理最高，根、一年生枝條以N133I0.67處理的15N累積量最高。N267I1.33處理多年生枝條和葉的15N累積量較N267、N133處理分別提高了98.34%、83.16%和75.19%、167.82%。

2.2 施氮量和硝化抑制劑對土壤15N-尿素殘留量的影響

由圖1可知，土壤15N殘留量主要集中于0～100 cm土層。初果期、秋果期和休眠前期的土壤15N殘留量在0～200 cm土層中均表現(xiàn)出相同的變化趨勢，即土壤15N殘留量隨施氮量的增加而增加，其中20～80 cm土層的殘留量較高，相同施氮量配施硝化抑制劑提高了枸杞秋果期和休眠前期的土壤15N殘留量。初果期（7月29日），N267處理0～200 cm土層的土壤15N殘留量最高，較其他處理增加了10.84 kg·hm-2～20.87 kg·hm-2（圖1-a）。秋果期和休眠前期N267I1.33處理0～200 cm土層的土壤15N殘留量較其他處理分別增加了73.53%～132.98%和79.49%～164.35%。秋果期和休眠前期N267I1.33處理土壤15N殘留量的峰值均出現(xiàn)在20～40 cm土層，較其他處理分別增加了20.04%～258.60%、237.06%～292.68%（圖1-b、c）。

圖1 0～200 cm土層土壤15N殘留量Fig.1 Soil 15N residue in 0～200 cm soil depth

2.3 施氮量和硝化抑制劑對15N-尿素去向的影響

由表3可知，相同施氮量下添加硝化抑制劑顯著提高了植株15N累積量、土壤15N殘留量且降低了氮損失量。N267I1.33處理的植株15N累積量較N267和N133處理分別提高了1.96%和37.60%，土壤15N殘留量分別增加了165.71%和80.23%。N267處理的損失率最高，較N267I1.33處理提高了4.25個百分點(diǎn)，N133I0.67處理的損失率最低，較其余處理降低了2.08～10.29個百分點(diǎn)。由圖2可知，與未施用2-氯-6（三氯甲基）-吡啶處理（No NI）相比，施用2-氯-6（三氯甲基）-吡啶處理（NI addition）的植株15N累積量和0～200 cm土層的土壤15N殘留量分別增加了1.96%和165.86%，0～100 cm和100～200 cm土層的土壤15N殘留量分別提高了201.82%和59.28%，氮損失量降低了4.69%。

圖2 未施用2-氯-6（三氯甲基）-吡啶（No NI）和施用2-氯-6（三氯甲基）-吡啶處理（NI addition）的15N肥料去向Fig.2 Fate of 15N fertilizer for without nitrapyrin （No NI） and nitrapyrin addition （NI addition） treatment

表3 不同施氮處理的15N肥料去向Table 3 Fate of 15N fertilizer of different nitrogen application treatment

2.4 施氮量和硝化抑制劑對枸杞產(chǎn)量與收益的影響

由圖3可知，2020年50%以上的枸杞果實(shí)產(chǎn)量集中于第三茬果（采收期為9月14日）。N267I1.33處理的總產(chǎn)量最高，較其他處理顯著提高了5.00%～9.48%。而N133I0.67處理的總產(chǎn)量與N267、N133處理均無顯著差異。

圖3 成熟期枸杞產(chǎn)量Fig.3 Wolfberry fruit yield at maturity

由表4可知，N267I1.33處理的總收益和凈收益均最高，分別為307 972、276 367 yuan·hm-2·yr-1，N267I1.33處理的凈收益較N133和N133I0.67處理分別顯著提高了9.76%和10.45%。

表4 不同處理枸杞的收益Table 4 The wolfberry economic benefits of different treatments /（yuan·hm-2·a-1）

3 討論

3.1 施氮量和硝化抑制劑對植株吸氮量、產(chǎn)量和凈收益的影響

15N肥料中的氮素在植株各器官中的累積和分配可反映不同器官對15N肥料的吸收和征調(diào)能力［27］。本研究發(fā)現(xiàn)，枸杞休眠前期植株各器官對15N肥料的累積表現(xiàn)為果實(shí)>根>主干>多年生枝條>葉>一年生枝條>徒長枝，與前人關(guān)于庫爾勒梨［28］的研究結(jié)果相似。表明在果實(shí)成熟時，枸杞樹體最重要的生長中心為果實(shí)，其干物質(zhì)累積量最高，且大部分的營養(yǎng)物質(zhì)儲存在果實(shí)和根等貯藏器官中。但本研究也發(fā)現(xiàn)，除徒長枝和一年生枝條外，葉的干物質(zhì)量、吸氮量和Ndfa較其他器官低，該結(jié)果與梁振旭等［29］的研究結(jié)果不一致，這可能是由于破壞性采樣的時間是枸杞的休眠前期，且枸杞為多年生落葉植物的生長習(xí)性使得該時期葉片的養(yǎng)分回流入其他器官，導(dǎo)致葉片的干物質(zhì)量和吸氮量較低［7］。枸杞植株15N累積量隨施氮量的增加而增加，這與皇冠梨［30］的研究結(jié)果相似。本研究結(jié)果顯示，施氮量從133 kg·hm-2增加到267 kg·hm-2可提高枸杞產(chǎn)量和凈收益，且此施氮量配施硝化抑制劑處理的果實(shí)產(chǎn)量、吸氮量以及凈收益最高。一方面是由于氮肥的施用有利于供應(yīng)枸杞葉片的氮素養(yǎng)分，進(jìn)而增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)枸杞產(chǎn)量的提高；另一方面，在適宜的施氮量下增施2-氯-6（三氯甲基）-吡啶可有效抑制硝化作用，增加容易被植物吸收且不易損失的銨態(tài)氮，進(jìn)而提高枸杞的氮肥利用率［31-32］。因此，科學(xué)的氮肥管理，如在枸杞生長的關(guān)鍵階段及時補(bǔ)充氮肥并配施硝化抑制劑，是提高氮利用效率和降低環(huán)境污染的有效途徑。

3.2 施氮量和硝化抑制劑對土壤15N殘留量的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，枸杞不同生育期的土壤15N殘留量隨著施氮量的增加而增加，與葛順峰等［33］的研究結(jié)果一致。相同施氮量下配施硝化抑制劑提高了枸杞生育后期（秧果期和休眠前期）的土壤15N殘留量，這可能是由于硝化抑制劑降低了土壤中的硝態(tài)氮含量，提高了銨態(tài)氮含量，協(xié)調(diào)了土壤中氮素與作物氮素需求的同步供應(yīng)，進(jìn)而提高了土壤中的氮素殘留量。施氮量267 kg·hm-2且配施1.33 kg·hm-22-氯-6（三氯甲基）-吡啶可維持較高的土壤15N殘留量，以保證枸杞越冬及來年春天所需的營養(yǎng)［34］。本研究還表明，土壤中15N殘留量的波動主要集中于0～100 cm土層，且殘留的15N肥料隨著土壤深度的增加而減少，與楊婷婷等［35］的研究結(jié)果相似?？赡艿脑蚴堑适┯玫耐翆由疃葹?0 cm，且柴達(dá)木地區(qū)枸杞的根系主要分布在20～80 cm土層［36］。此外，本研究中土壤15N殘留率為2.48%～7.34%，但朱兆良［37］研究發(fā)現(xiàn)15N肥料回收率為12%～44%。產(chǎn)生差異的原因可能是本試驗(yàn)土壤的質(zhì)地是砂壤土，保水保肥性較差；且大量的氮肥因灌水而流失，故土壤15N殘留率偏低。柴達(dá)木地區(qū)枸杞果期持續(xù)2～3個月，適宜的施氮量配施2-氯-6（三氯甲基）-吡啶可保證枸杞果實(shí)收獲期對氮素養(yǎng)分的需求。

3.3 施氮量和硝化抑制劑對15N-尿素去向的影響

枸杞園土壤施入15N-尿素后，氮的去向主要有植株吸收、土壤殘留和氮損失（滲入地下水、反硝化作用等）［38］。本研究結(jié)果表明，在枸杞休眠前期，植株15N累積量、土壤15N殘留量和損失量均隨施氮量的增加而顯著增加，相同施氮量下配施硝化抑制劑顯著提高了植株15N累積量、土壤15N殘留量，且降低了氮損失量，與李文濤等［39］的研究結(jié)果一致?？赡苁怯捎谔砑右种苿┐龠M(jìn)了土壤對NH4+的固定，使其在枸杞年生育期內(nèi)緩慢釋放，供枸杞三茬果實(shí)吸收利用。本研究結(jié)果表明，枸杞園施入土壤的氮肥表現(xiàn)為氮損失量>土壤15N殘留量>植株15N累積量，這與前人在富士蘋果［40］上開展的研究結(jié)果一致。然而，枸杞植株氮回收率為6.87%～13.36%，低于成熟時矮化蘋果的氮素吸收率（23.63%～30.07%）［41］?？赡苁怯捎冢海?）本研究中，試驗(yàn)前土壤堿解氮的含量為70～112 mg·kg-1，高于矮化蘋果試驗(yàn)前土壤的氮含量（81.48 mg·kg-1），高氮土壤不利于植物對外源氮肥的吸收；（2）本研究的試驗(yàn)材料為樹齡11年的寧杞1號，而矮化蘋果的試驗(yàn)材料為5年生的蘋果樹，果樹吸收養(yǎng)分的能力隨著樹齡的增長而下降，本研究的枸杞樹樹齡高于蘋果樹，可能也導(dǎo)致枸杞的氮利用率相比蘋果樹較低。但本研究只測定了植株吸氮量及土壤氮?dú)埩袅?，未將氮素的氣體損失、地下水淋溶等考慮在內(nèi)，而這些因素會導(dǎo)致氮損失率偏高，有待后續(xù)進(jìn)一步深入研究探討。

4 結(jié)論

施氮量267 kg·hm-2且配施2-氯-6（三氯甲基）-吡啶1.33 kg·hm-2可獲得較高的枸杞產(chǎn)量、枸杞全株吸氮量和0～200 cm土壤氮?dú)埩袅俊Ｏ嗤┑肯屡涫┫趸种苿┯欣谔岣哞坭叫菝咔捌谕寥乐械?5N-尿素殘留量進(jìn)而降低土壤氮損失。15N標(biāo)記尿素在枸杞-土壤系統(tǒng)中損失較大，植株回收率僅為6.87%～13.36%?？傮w上，施氮量267 kg·hm-2且配施2-氯-6（三氯甲基）-吡啶1.33 kg·hm-2是提高柴達(dá)木高肥力枸杞園氮肥利用率并獲得高產(chǎn)的最優(yōu)組合。