施氮對(duì)黑麥草草坪生長(zhǎng)及土壤硝態(tài)氮的影響

張斐斐，白 龍，王曉紅，劉 英

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，遼寧 沈陽110866)

施肥是草坪養(yǎng)護(hù)管理中最重要的環(huán)節(jié)之一，與灌溉、修剪一起被稱為草坪養(yǎng)護(hù)管理的三大要素。尿素是常用的氮肥，合理的氮肥添加有利于草坪生長(zhǎng)，保持其良好的觀賞品質(zhì)。邊秀舉和胡林[1]的研究表明,氮肥可明顯改善草坪色澤，提高草坪質(zhì)量。李文慶等[2]認(rèn)為，建坪時(shí)施氮能明顯加速草坪成坪，縮短成坪時(shí)間，而過量施氮反而會(huì)影響草坪草的坪用質(zhì)量。章學(xué)梅等[3]通過對(duì)冷季型混播草坪的施肥研究發(fā)現(xiàn)，年施氮量為25 g·m-2較適合。同時(shí)，氮肥的不合理利用也會(huì)造成環(huán)境污染，尤其是硝態(tài)氮對(duì)地下水的污染。草坪是施肥量大、灌水多的人工植被，施入的氮肥一部分被植物吸收利用，一部分殘留在土壤中，約有10%以硝態(tài)氮形式移出系統(tǒng)，造成地表及地下水資源污染[4]。韓建國和劉帥[5]通過研究施肥對(duì)草地早熟禾(Poapretensis)草坪土壤中硝態(tài)氮的影響發(fā)現(xiàn)，0～20 cm土層中硝態(tài)氮的含量受施肥影響很大，并且與肥料類型、施肥次數(shù)以及施肥量有關(guān)。Decau等[6]根據(jù)對(duì)草坪進(jìn)行不同施氮量以及15N的跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，控制氮肥的施肥量可減少硝酸鹽淋失量。Barton和Colmer[7]通過對(duì)比試驗(yàn)指出，完善灌溉制度，并按照土壤對(duì)氮的需要量制定施肥量和施肥次數(shù)是減少草坪硝酸鹽淋失的有效對(duì)策。

多年生黑麥草(Loliumperenne)成坪速度快、分蘗能力強(qiáng)、綠期長(zhǎng)，常用于觀賞綠化和高爾夫場(chǎng)球道建植[8]。國外學(xué)者針對(duì)黑麥草施肥做了大量研究，Chaney[9]認(rèn)為，土壤中氮含量超過177.8 mg·kg-1時(shí)，黑麥草的生長(zhǎng)受到抑制。Cannway[10]發(fā)現(xiàn)，施氮量超過225 kg·hm-2·a-1時(shí)黑麥草的耐踐踏性急劇下降。邊秀舉和胡林[1]在我國河北地區(qū)對(duì)黑麥草的研究得出，施氮量3～12 g·m-2，可接受的草坪質(zhì)量持續(xù)時(shí)間為13～48 d。在不同土壤質(zhì)地、土壤水分和溫度條件下，氮肥的效應(yīng)有很大差異。目前,我國東北寒冷地區(qū)關(guān)于黑麥草量化施肥的研究還鮮見報(bào)道?；诖?，本研究以多年生黑麥草為對(duì)象，分析不同施氮量對(duì)草坪生長(zhǎng)及土壤中硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?，以期為我國東北地區(qū)棕壤土多年生黑麥草草坪的合理施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)百草園溫室進(jìn)行，41.46° N，123.25° E。沈陽市屬于溫帶大陸性氣候，年平均氣溫7.8～8.0 ℃,7月份氣溫最高，平均為24.6 ℃,1月份氣溫最低，歷史最低溫-33.1 ℃，年降水量700～800 mm。供試土壤來自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)棕壤土長(zhǎng)期定位站，土壤基本理化性質(zhì)為全氮1.317 g·kg-1，堿解氮129.27 mg·kg-1，速效磷18.36 mg·kg-1，速效鉀173 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)9.11 g·kg-1，pH值8.12。

1.2試驗(yàn)材料 供試草種為多年生黑麥草,品種為愛神特2號(hào)(AccentⅡ)。供試盆缽高40 cm，盆口直徑40 cm，底部直徑28 cm。分別在盆壁上20、40 cm深處打有直徑4 cm的圓孔，同一深度有10個(gè)孔，供取土樣用。將棕壤土和草炭以5∶1的質(zhì)量比例充分混勻后裝盆，土壤裝至距盆口約2.5 cm處，然后統(tǒng)一稱重,并調(diào)整使每一盆土的質(zhì)量都控制在29.3 kg左右。播種日期為2012年2月13日，播種量為25 g·m-2，出苗后開始施氮處理。

1.3試驗(yàn)方法 本試驗(yàn)設(shè)5個(gè)施氮處理，分別為CK，N100，N150，N250和N350，施氮量分別為0、100、150、250、350 kg·hm-2·a-1，每處理3次重復(fù)，共15盆。施氮時(shí)采用噴施法施氮，每次將各處理所需尿素溶解在2.5 kg水中，均勻噴灑每個(gè)盆栽，對(duì)照噴施等量的水。施氮量與施氮時(shí)期見表1。每隔4 d澆一次水，每次5 kg。每?jī)芍芗舨?次，留茬高度為6 cm。

1.4測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1草坪草生長(zhǎng)速度 生長(zhǎng)速度用草坪草每天的垂直凈生長(zhǎng)量表示，每個(gè)月第一次修剪前在每個(gè)盆內(nèi)選取有代表性的10株草坪草，測(cè)量其垂直伸展高度，將其數(shù)量值減去留茬高度除以天數(shù)即為生長(zhǎng)速度。

1.4.2草坪草地上生物量 每月16日、30日各修剪草坪1次，將修剪草屑收集，然后帶回實(shí)驗(yàn)室，于70 ℃條件下烘干24 h后稱重。

1.4.3葉綠素含量測(cè)定 將每月第一次修剪后的樣品混勻剪碎，準(zhǔn)確稱取0.1 g置于研缽中，加2 mL 80%的丙酮研磨成勻漿，然后定容至25 mL,搖勻并放在避光處，待殘?jiān)l(fā)白后過濾，濾液供測(cè)定用。在663和645 nm波長(zhǎng)下測(cè)定OD值(光密度，表示被檢測(cè)物吸收到的光密度)[11]。

1.4.4土壤硝態(tài)氮含量 于每月16日取土樣，分別在20、40 cm深處的圓孔中取樣后，將同一深度的土樣充分混合裝入保鮮袋。硝態(tài)氮含量的測(cè)定采用酚二磺酸法[12]。多年生黑麥草屬于淺根系植物，90%的根系分布在0～30 cm土層土壤中[13]，因此把土樣分為根系層(20 cm深處)和根下層(40 cm深處)進(jìn)行分析。

1.5數(shù)據(jù)分析 用SigmaPlot 10.0軟件制圖，用SPSS 12.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1施氮對(duì)草坪草生長(zhǎng)速率的影響 施氮15 d內(nèi)，草坪草生長(zhǎng)速率隨施氮量的增加而增大，N150、N250和N350分別比對(duì)照增加了16.3%、28.6%和32.7%，N250、N350顯著高于CK、N100、N150(P<0.05)，但N250與N350之間、CK與N100之間差異不顯著(P>0.05)(表2)。施氮45 d后，CK、N100、N150和N250處理下草坪草的生長(zhǎng)速率依次增大，N350處理則生長(zhǎng)延緩，CK顯著低于N100、N150、N250和N350，但N250和N350之間差異不顯著。后3次施肥，N350處理下草坪草生長(zhǎng)速率明顯下降，N250顯著高于CK、N100、N150和N350，N150與N350之間差異不顯著。

表1 不同施氮水平的施肥方案Table 1 Nitrogen aplication schedule of different treatments kg·hm-2

表2 不同施氮處理下草坪草的生長(zhǎng)速度Table 2 Effects of different nitrogen tredtments on lawn’s growth rate cm·d-1

2.2施氮對(duì)草坪草地上生物量的影響 草坪草地上生物量的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律與生長(zhǎng)速率基本一致。地上部分的累積生長(zhǎng)量在1 222.00和2 961.54 g·m-2之間變化，在N250處理下達(dá)到峰值2 961.54 g·m-2，當(dāng)達(dá)到最高施肥量N350時(shí)，累積生長(zhǎng)量減少為2 189.15 g·m-2。各處理累積地上生物量均顯著高于對(duì)照(P<0.05)，且N100、N150、N250和N350累積地上生物量分別是對(duì)照的1.3、1.7、2.4和1.8倍(表3)。

2.3施氮對(duì)草坪草葉綠素含量的影響 整個(gè)生長(zhǎng)期各處理葉綠素含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。5月1日前，葉綠素含量隨著施氮量的增加而增加，CK、N100、N150均與N250、N350差異顯著(P<0.05)。5月1日后，葉綠素含量在0～250 kg·hm-2范圍內(nèi)隨施氮量的增加而增加，當(dāng)施氮量超過350 kg·hm-2時(shí)開始下降。6月1日，各處理葉綠素含量均到達(dá)峰值，且N250處理葉綠素含量出現(xiàn)最高值4.03 mg·g-1，比CK、N100、N150和N350分別高0.81、0.50、0.33和0.19 mg·g-1。這可能是由于尿素養(yǎng)前期的肥效適應(yīng)和累積使其產(chǎn)生了顯著的變化。

2.4施氮對(duì)不同土層土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?各處理土壤殘留硝態(tài)氮主要分布在根系層，根下層硝態(tài)氮?dú)埩袅枯^低，僅為根系層硝態(tài)氮?dú)埩袅康囊话?。施氮量越高，根系層和根下層土壤中硝態(tài)氮的殘留量也越高。CK、N100和N150處理下土壤硝態(tài)氮剖面分布相似，且同一土層土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅坎町惒伙@著，N250、N350處理根系層硝態(tài)氮?dú)埩袅匡@著高于CK、N100與N150處理(P<0.05)。4-8月，N250處理下根下層土壤中硝態(tài)氮?dú)埩袅糠謩e比對(duì)照增加了7.70%、18.55%、25.44%、34.74%和19.71%；N350處理下根下層土壤中硝態(tài)氮?dú)埩袅糠謩e比對(duì)照增加了10.11%、21.09%、33.01%、51.65%和44.39%；黑麥草生長(zhǎng)的不同時(shí)期土壤硝態(tài)氮的殘留量不同土壤中硝態(tài)氮?dú)埩袅繛?月份最少，8月份最高(圖2)。

表3 不同施氮處理下草坪草的地上生物量Table 3 Effects of different nitrogen treetments on lawn’s aboveground biomass g·m-2

圖1 不同施氮水平下草坪草葉綠素含量 Fig.1 Effects of different concentration of nitrogen treatments on lawn’s chlorophyll content

圖2 不同施氮水平下土壤中硝態(tài)氮的殘留量Fig.2 Effects of different concentration of nitrogen treatments on nitrate residue in soil

3 討論

3.1施氮對(duì)草坪草生長(zhǎng)的影響 從草坪草的生長(zhǎng)量來看，CK顯著低于施氮處理，說明適量施氮能夠明顯促進(jìn)草坪草生長(zhǎng)。這與韓建國等[14]通過盆栽試驗(yàn)得出的結(jié)論一致，施氮肥能夠明顯增加草坪的生長(zhǎng)量。本試驗(yàn)得出，并不是施氮量越大草坪長(zhǎng)得越好，在250 kg·hm-2施氮水平下黑麥草生長(zhǎng)最佳。氮肥作為草坪植物需求的大量元素，合理的氮素釋放速率可以供給草坪正常生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，氮素釋放不足或超過范圍都會(huì)導(dǎo)致莖葉的凈光合速率、呼吸速率以及其他生理反應(yīng)相應(yīng)降低，從而影響地上生物量[15]，這與Beard[16]的研究結(jié)論相同。第2次施肥后N350處理生長(zhǎng)速度開始下降，但N250與N350處理之間無顯著差異。后3次施肥N350處理下草坪草生長(zhǎng)速率下降明顯，N250與N350處理之間差異顯著(P<0.05)。這與張鶴山等[17]在不同施氮濃度、不同施氮頻率下對(duì)冷季型混播草坪草的研究結(jié)果一致。說明高濃度的氮肥使草坪生長(zhǎng)速度降低，隨著施肥次數(shù)的增加減緩草坪生長(zhǎng)的作用增強(qiáng)。7-8月，各處理生長(zhǎng)速率下降，可能由于夏季高溫，各處理生長(zhǎng)勢(shì)遭到影響，特別是施肥量高的N350處理和施肥量低的N100處理，嚴(yán)重時(shí)期出現(xiàn)根腐現(xiàn)象。N250處理長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)于其它處理，CK長(zhǎng)勢(shì)則一直很弱。

3.2施氮對(duì)草坪草葉綠素含量的影響 本試驗(yàn)表明，在施氮量0～250 kg·hm-2范圍內(nèi)，葉綠素含量隨施氮量的增加而增加，達(dá)到350 kg·hm-2時(shí)，葉綠素含量反而下降。錢永生等[18]對(duì)溝葉結(jié)縷草(Zoysiamatrella)的研究表明，濃度225 kg·hm-2的尿素組成效果最顯著，葉綠素含量變化最大，草坪草色澤鮮綠，而濃度達(dá)到375和450 kg·hm-2時(shí)，葉綠素含量減少，草坪草觀賞質(zhì)量下降。本試驗(yàn)中草坪草葉綠素含量為N250處理>N350處理>N150處理>N100處理>CK，趨勢(shì)與之相似。說明施氮可以顯著提高草坪草葉綠素含量，在一定氮肥施量范圍內(nèi)，葉綠素含量隨著施氮量的增加而增加，但超過該閾值，氮肥的效應(yīng)就會(huì)減弱，從而影響草坪的觀賞價(jià)值。這可能是由于氮缺乏或者過量導(dǎo)致同化力合成、酶含量和酶活性的下降，并進(jìn)一步導(dǎo)致植物葉面積降低和光合同化物的減少，從而影響了光合作用[19]。

3.3施氮對(duì)草坪草土壤中硝態(tài)氮?dú)埩袅康挠绊?研究發(fā)現(xiàn)，各時(shí)期同一施氮水平下根系層土壤中硝態(tài)氮的殘留量明顯高于根下層，約是根下層土壤中硝態(tài)氮?dú)埩袅康膬杀?。在一年生黑麥?Loliummuctiflorum)生長(zhǎng)的各個(gè)時(shí)期，同一施氮量水平下硝態(tài)氮在表層土壤(0～20 cm)中含量最高，隨土層深度增加而減少[20]。本試驗(yàn)結(jié)果與其相符，這主要是因?yàn)榈孰S著水分的下滲進(jìn)入不同的土層，在根系層達(dá)到最大累積量。另外，也可能是因?yàn)楦祵拥奈⑸锘顒?dòng)及相關(guān)酶活性比較強(qiáng)，利于氮素的積累。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在350 kg·hm-2·a-1施氮水平時(shí)，根下層土壤中硝態(tài)氮的殘留量達(dá)到最大值9.01 mg·kg-1。隨著氮量增加，氮的淋溶損失也隨之加大[21]。在低氮條件下草坪草氮素吸收量是高氮條件下氮素吸收量的6倍[22]。本試驗(yàn)結(jié)果與以上結(jié)論一致，說明氮肥施用量和土壤中硝態(tài)氮的殘留量密切相關(guān)，施氮量越高草坪土壤中殘留的硝態(tài)氮也越多。Enjelsjord等[23]對(duì)混播草地早熟禾、多年生黑麥草氮去向的研究表明，施氮量293 kg·hm-2，分6次施用，氮的回收率為70%～90%。本試驗(yàn)中施用CO(NH2)2,施氮量150 kg·hm-2·a-1，分5次施用，土壤中殘留的硝態(tài)氮和對(duì)照無明顯變化，氮的回收率較高。說明在重施氮肥的情況下，氮肥總量超過了草坪吸收、草坪土壤固定和氨揮發(fā)損失的量，將會(huì)造成硝態(tài)氮在土壤剖面不同程度的淋溶和累積。Kevin等[24]研究了建植25年草坪中氮肥的施用對(duì)硝酸鹽淋溶的影響，得出施氮量為245 kg·hm-2時(shí)淋溶液中的硝酸鹽是可飲用水中允許硝酸鹽含量的2～3倍，這有可能導(dǎo)致地下水污染。不同地區(qū)、不同氣候條件下草坪草對(duì)氮素的吸收也有差異。章學(xué)梅等[3]通過對(duì)草地早熟禾和高羊茅(Festucaarundinacea)混播草坪的尿素施肥試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，北京地區(qū)黃潮土條件下最佳施氮量是250 kg·hm-2·a-1，在該水平下草坪草能迅速吸收氮素，促進(jìn)尿素向氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化，減少氨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化；施氮量為400 kg·hm-2·a-1時(shí)，土壤中氮量低，一方面可能是因?yàn)楦邼舛鹊蕦?dǎo)致地上部分過量生長(zhǎng)而使土壤中的氮降低，另一方面是由于施氮量大，土壤溶液中硝態(tài)氮的濃度高，從而氮淋失較多，導(dǎo)致殘留在土壤溶液中的氮少。揚(yáng)州地區(qū)粘土條件下，多花黑麥草的吸氮量在200 kg·hm-2時(shí)最高，達(dá)到300 kg·hm-2時(shí)吸氮量下降，而且不同施氮處理中N300處理、N100處理、CK均比N200處理硝態(tài)氮下滲顯著增加[25]。本研究表明，東北地區(qū)棕壤土條件下，施氮量超過250 kg·hm-2·a-1時(shí)多年生黑麥草土壤中硝態(tài)氮?dú)埩袅烤仁┑繛?00、150 kg·hm-2·a-1時(shí)顯著增加，在施氮量為350 kg·hm-2·a-1時(shí)達(dá)到最大值。6月份根下層土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅孔畹?，主要是由于多年生黑麥草生長(zhǎng)量大，吸收氮素多；8月份根下層土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅孔罡撸赡苁遣萜荷L(zhǎng)因高溫脅迫而受抑制，導(dǎo)致其對(duì)養(yǎng)分的需求量降低。因此，建議草坪實(shí)際施肥中，在合理的施氮范圍內(nèi)6月份可多施肥，8月份少施或盡量不施，以避免氮肥的損失和潛在的危險(xiǎn)性。

4 結(jié)論

施氮量為250 kg·hm-2·a-1時(shí)，草坪草能迅速吸收氮素，促進(jìn)生長(zhǎng)。施氮量超過250 kg·hm-2·a-1時(shí)，則超過了多年生黑麥草的最大吸氮量，造成根下層土壤硝態(tài)氮的淋溶和累積。施氮量達(dá)350 kg·hm-2·a-1時(shí)，不但不能促進(jìn)草坪生長(zhǎng)，反而增大了硝酸鹽的淋溶損失。因此，東北地區(qū)棕壤土條件下建議草坪草施氮量為250 kg·hm-2·a-1。

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