樹盤施肥區(qū)域大小對 15N吸收利用及桃幼樹生長的影響

肖元松， 彭福田， 房 龍， 顏克發(fā)， 張華美， 齊玉吉， 李 勇

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東泰安 271018)

合理施用化肥是保證果樹產(chǎn)量與品質(zhì)的重要措施。目前我國桃生產(chǎn)中，由于化肥施用的盲目性及果農(nóng)施肥決策不合理，導(dǎo)致化肥利用率低[1]，不僅浪費(fèi)了資源，而且造成了對環(huán)境的污染[2-4]。受施肥方式和根系在土壤中非均勻分布的影響，只有局部土壤營養(yǎng)空間能夠滿足根系對養(yǎng)分的需求。有研究指出，局部供應(yīng)磷素可以促進(jìn)小麥幼苗生長及同化物向根系的運(yùn)輸[5]； 局部供應(yīng)氮、 鋅元素有利于根系向養(yǎng)分富集區(qū)生長[6 ]。研究表明，養(yǎng)分局部供應(yīng)區(qū)域根系的吸收能力明顯增大，可以補(bǔ)償根區(qū)養(yǎng)分非均勻供應(yīng)造成的影響，這種局部供氮使根系生長提高是對缺氮部分的生長補(bǔ)償[7-8]。秦嶺等[9]在葡萄上的研究認(rèn)為，盆栽葡萄根系局部改良可有效促進(jìn)葡萄地上部和根系的平衡生長。目前有關(guān)養(yǎng)分局部供應(yīng)的研究多集中在模式植物上，且多在實(shí)驗(yàn)室盆栽條件下進(jìn)行，而在大田條件下，有關(guān)局部施肥對養(yǎng)分吸收利用和分配的研究報(bào)道較少。本研究利用15N同位素示蹤技術(shù)，通過大田條件下根系分區(qū)施肥和限制性局部分區(qū)交替施肥技術(shù)，對桃幼樹交替施肥下的15N吸收利用進(jìn)行研究，探討樹盤施肥區(qū)域大小變化的氮素吸收與分配特點(diǎn)以及適合桃園的優(yōu)化施肥模式，以期為桃園施肥管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采取完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)分為不同根區(qū)施肥和2/4根區(qū)交替施肥試驗(yàn)。不同根區(qū)施肥試驗(yàn)分為: 1/4根區(qū)施肥； 2/4根區(qū)施肥； 3/4根區(qū)施肥； 4/4根區(qū)施肥4個處理，不施肥為對照，每處理8次重復(fù)。施肥分兩次進(jìn)行，時間為5月4日，7月10日。每次各處理施入等量的普通尿素21.6 g，15N-尿素(上?；ぱ芯吭荷a(chǎn)，豐度10.22%)2.5 g，硫酸鉀23.14 g，磷酸二氫銨10.18 g。各處理的施肥方法為: 1/4根區(qū)施肥， 將肥料溶于1 L水中，然后澆在相應(yīng)的1/4根區(qū)，其它3個根區(qū)澆入等量水； 2/4根區(qū)施肥，將肥料平均分為2份，分別溶于1L水中，然后分別澆在相應(yīng)的2/4根區(qū)，其它2個根區(qū)澆入等量水； 3/4根區(qū)施肥，將肥料平均分為3份，分別溶于1L水中，然后分別澆在相應(yīng)的3/4根區(qū)，另外1個根區(qū)澆入等量水； 4/4根區(qū)施肥，將肥料平均分為4份，分別溶于1L水中，然后分別澆在4個根區(qū)。兩次施肥均施于相同根區(qū)。

2/4根區(qū)交替施肥試驗(yàn)分為2/4固定根區(qū)施肥和2/4根區(qū)交替施肥2個處理，以不施肥為對照，每個處理8次重復(fù)。于5月4日，7月10日分兩次施肥。2/4固定根區(qū)施肥處理為始終給2/4根區(qū)施肥，另2/4根區(qū)不施肥； 2/4根區(qū)交替施肥處理是第一次施肥施在2/4根區(qū)，另2/4根區(qū)不施肥，第二次施肥在另一個2/4根區(qū)，第一次施肥的2/4根區(qū)不施肥。每次各處理施入等量的普通尿素21.6 g，15N-尿素(上?；ぱ芯吭荷a(chǎn)，豐度10.22%)2.5 g，硫酸鉀23.14 g，磷酸二氫銨10.18 g。施肥方法為: 2/4固定根區(qū)施肥是將肥料溶于2 L水中，均勻澆在固定的2/4根區(qū)，兩次施肥施在相同根區(qū)，另2/4根區(qū)澆2 L水； 2/4根區(qū)交替施肥是將肥料溶于2 L水中，第一次施肥施在先施肥的2/4根區(qū)(先施肥區(qū))，另2/4根區(qū)澆2 L水，第二次施肥施入上次未施肥的2/4根區(qū)，另2/4根區(qū)澆2 L水。每次施肥完成后隨即對各處理澆足量的水。各處理田間管理均同常規(guī)。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

分別于5月14日、 6月14日、 7月16日、 8月16日和9月17日測定各處理干莖。試驗(yàn)結(jié)束時，破壞性整株取樣，整株解析為各施肥區(qū)與非施肥區(qū)對應(yīng)的地上部和地下部，地上部解析為對應(yīng)根區(qū)的枝、 葉和干； 地下部解析為對應(yīng)根區(qū)的粗根(直徑>0.2 cm)和細(xì)根(直徑≤0.2 cm)，稱量各部分鮮重。其中1/4根區(qū)施肥，2/4根區(qū)施肥，3/4根區(qū)施肥，4/4根區(qū)施肥處理取樣時地上部和地下部均按東南西北四個方向平均分為四部分進(jìn)行取樣； 2/4固定根區(qū)施肥和2/4根區(qū)交替施肥處理取樣時地上部和地下部按施肥邊和非施肥邊及先施肥邊和后施肥邊，分為兩部分進(jìn)行取樣； 并對各部分進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。樣品按清水→洗滌劑→清水→3次去離子水順序沖洗后，立即在105℃下殺青30 min，隨后在80℃下烘至恒重，并稱量各部分干重。之后在80 ℃下烘至恒重，用不銹鋼電磨粉碎后過0.25 mm篩，樣品混合裝袋備用。

干莖使用游標(biāo)卡尺測定； 植株全氮用 Foss 半自動式定氮儀(凱氏定N法)測定。15N 豐度值的測定方法為: 吸濃硫酸 4 mL溶解樣品，催化劑為K2SO4∶Se 為 500 ∶1的混合物，消化8 h后用0.02 mol/L的稀硫酸吸收后上機(jī)操作。MAT-251 質(zhì)譜儀測定15N豐度，樣品在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工所測試。

1.3 計(jì)算公式

器官全氮量(g)=器官總干重(g)×全氮(%)

Ndff=植物樣品中15N 原子百分超(%)/肥料中15N原子百分超(%)×100

原子百分超=樣品中15N 豐度(%)-自然豐度(%)

氮肥利用率= Ndff(%)×器官全氮量(g)/施肥量(g)×100

氮肥分配率=各器官從氮肥中吸收的氮量(g)/總吸收氮量(g)×100

從氮肥中吸收的氮量=器官全氮量(g)×樣品15N原子百分超(%)/肥料15N原子百分超(%)

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用 Microsoft Excel 2003 軟件繪圖、 制表，DPS 7.05 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)行單因素方差分析和差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同根區(qū)施肥桃幼樹各器官的Ndff

器官的Ndff 是指植株器官從15N肥料中吸收分配到的15N量對該器官全氮量的貢獻(xiàn)率，它反映了植株器官對肥料15N 的吸收征調(diào)能力[10]。四種不同根區(qū)施肥處理下，桃幼樹各器官Ndff存在一定差異。由表1看出，施肥區(qū)根系的Ndff高于非施肥區(qū)根系的Ndff，差異顯著。施肥區(qū)根系的Ndff，隨施肥根區(qū)的增多而減少，非施肥區(qū)根系的Ndff，隨施肥根區(qū)的增多而增大。新梢和葉的Ndff，隨施肥根區(qū)的增多而增大。干的Ndff 隨施肥根區(qū)的增多而增大。1/4根區(qū)施肥處理施肥區(qū)細(xì)根的Ndff最大為4.28%，分別為2/4根區(qū)施肥、 3/4根區(qū)施肥、 4/4根區(qū)施肥的1.39倍、 1.62倍、 1.68倍。1/4根區(qū)施肥處理施肥區(qū)粗根的Ndff最大為3.98%，分別為2/4根區(qū)施肥、 3/4根區(qū)施肥、 4/4根區(qū)施肥的1.22倍、 1.24倍、 1.39倍。1/4根區(qū)施肥處理非施肥區(qū)新梢的Ndff是施肥區(qū)的1.42倍，其它施肥處理施肥區(qū)新梢與非施肥區(qū)新梢的Ndff無顯著差異。1/4根區(qū)施肥處理中非施肥區(qū)葉的Ndff是施肥區(qū)的1.59倍，其它施肥處理新梢施肥區(qū)與非施肥區(qū)葉的Ndff無顯著差異。

2.2 不同根區(qū)施肥桃幼樹各器官的15N分配率

各器官中15N占全株15N總量的百分率反映了肥料氮在樹體內(nèi)的分布及在各器官遷移的規(guī)律[11]。不同根區(qū)施肥處理，植株各器官的15N 分配率不同(表2)。施肥區(qū)根系15N分配率隨施肥根區(qū)的增多(等施肥量施肥區(qū)域增大)有降低趨勢，施肥區(qū)大于非施肥區(qū)，細(xì)根的15N分配率以1/4根區(qū)施肥處理施肥區(qū)最大為1.84%，分別為2/4根區(qū)施肥、 3/4根區(qū)施肥、 4/4根區(qū)施肥的1.01倍、 1.53倍、 1.77倍； 粗根的15N分配率以1/4根區(qū)施肥處理施肥區(qū)最大為2.75%，分別為2/4根區(qū)施肥、 3/4根區(qū)施肥、 4/4根區(qū)施肥的1.23倍、 1.86倍、 1.83倍。各處理新梢的15N分配率無顯著差異，施肥區(qū)新梢的15N分配率與非施肥區(qū)的15N分配率無顯著差異。結(jié)果表明，不同根區(qū)施肥處理，氮素優(yōu)先分配到施肥區(qū)根系，然后再向非施肥區(qū)根系轉(zhuǎn)移，最終氮素在地上部新生器官中均衡分配。施肥區(qū)根系的Ndff值與15N分配率均高于非施肥區(qū)根系的Ndff 與15N分配率，差異顯著。

表1 不同根區(qū)施肥條件下植株各器官的Ndff(%)

表2 不同根區(qū)施肥條件下植株各器官15N分配率(%)

2.3 不同根區(qū)施肥15N肥料吸收利用率

由圖1可以看出，各處理隨施肥根區(qū)的增多，植株對15N肥料吸收利用率依次增大。在等施肥量的情況下，樹盤下施肥區(qū)域增大，對肥料吸收利用率提高。4/4根區(qū)施肥處理15N肥料吸收利用率最大，為4.16%，分別為1/4根區(qū)施肥、 2/4根區(qū)施肥、 3/4根區(qū)施肥的3.62倍、 1.65倍、 1.24倍?？梢姡珮浔P均勻施肥有利于氮素的吸收和肥料吸收利用率的提高。

2.4 不同根區(qū)施肥桃幼樹生長發(fā)育狀況

圖1 不同施肥根區(qū)面積15N肥料利用率 Fig.1 15N utilization rates under different root zone fertilization areas

不同根區(qū)施肥方式對桃幼樹根系干重影響不同。由表4看出，各處理根系干重隨施肥根區(qū)的增多有增加的趨勢。施肥區(qū)細(xì)根干重，4/4根區(qū)施肥處理最大為4.65 g，分別是1/4根區(qū)施肥、 2/4根區(qū)施肥、 3/4根區(qū)施肥的2.20倍、 1.23倍、 1.10倍。在非施肥區(qū)，細(xì)根干重以3/4根區(qū)施肥處理最大為3.34 g，分別是1/4根區(qū)施肥、 2/4根區(qū)施肥處理的1.39倍、 1.13倍。施肥區(qū)粗根干重，4/4根區(qū)施肥處理最大，為7.00 g，分別是1/4根區(qū)施肥、 2/4根區(qū)施肥、 3/4根區(qū)施肥的2.21倍、 1.64倍、 1.20倍。非施肥區(qū)粗根干重，以3/4根區(qū)施肥處理最大，為10.24 g，分別是1/4根區(qū)施肥、 2/4根區(qū)施肥處理的2.12倍、 1.19倍。除1/4根區(qū)施肥處理外，其它各處理施肥區(qū)細(xì)根干重均大于非施肥區(qū)，并均大于對照。施肥區(qū)的根系總干重均小于非施肥區(qū)根系的總干重。各處理施肥區(qū)粗根均小于非施肥區(qū)?？梢?，在根區(qū)養(yǎng)分濃度大于一定閾值時，會抑制細(xì)根的生長，小于一定閾值時，可促進(jìn)細(xì)根的生長； 在養(yǎng)分局部供應(yīng)條件下，非養(yǎng)分供應(yīng)區(qū)表現(xiàn)出顯著的補(bǔ)償效應(yīng)。

表4 不同根區(qū)施肥方式對根系干重的影響(g)

2.5 交替施肥對15N吸收利用率的影響

由圖2可以看出，2/4根區(qū)固定施肥氮肥吸收利用率為2.52%，但與2/4根區(qū)交替施肥沒有顯著差異。

2.6 交替施肥對桃幼樹干莖生長的影響

3 討論與結(jié)論

表5 交替施肥對桃幼樹干莖的影響(cm/month)

研究表明部分根系不供養(yǎng)分時，充分供應(yīng)區(qū)根系的生長受到明顯刺激，表現(xiàn)在側(cè)根數(shù)目的增多和側(cè)根的伸長。習(xí)金根等[17]研究部分根系施肥對劍麻根系生長的影響時發(fā)現(xiàn)，施肥區(qū)須根發(fā)達(dá)，根毛較密，發(fā)根量增多。也有前人研究表明，低養(yǎng)分濃度的環(huán)境能促進(jìn)根系的生長[18]。本試驗(yàn)在大田條件下進(jìn)行，不同根區(qū)施肥對桃幼樹根系生長有一定的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，除1/4根區(qū)施肥處理，其它各處理細(xì)根干重均大于對照，施肥區(qū)細(xì)根干重均大于非施肥區(qū)細(xì)根干重。在一定施肥濃度范圍內(nèi)，施肥刺激了細(xì)根的生長，且隨養(yǎng)分濃度的減小，干重增大。而施肥區(qū)粗根干重均小于非施肥區(qū)粗根干重； 施肥區(qū)根系總干重均小于非施肥區(qū)根系總干重。大田條件下，局部養(yǎng)分供應(yīng)對桃根系生長影響的機(jī)制和確定利于桃根系生長的養(yǎng)分濃度，還有待進(jìn)一步研究 。

果樹根系是“ 生態(tài)變異大、 對環(huán)境反應(yīng)敏感、 功能性不完整的補(bǔ)償結(jié)構(gòu) ”， 其生長發(fā)育在特定的土壤條件下會形成特定的功能適應(yīng)型[19]。 而當(dāng)土壤環(huán)境條件發(fā)生變化后果樹根系便會產(chǎn)生不適應(yīng)，需要進(jìn)行一系列的調(diào)整重新建立起新的適應(yīng)型[20]。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，兩種局部施肥方式下，2/4根區(qū)交替施肥處理氮肥利用率均低于2/4根區(qū)固定施肥處理施肥。這可能是因?yàn)?，固定施肥處理?次施肥位置不變，根系在第一次施肥處理刺激下，根系建立起一種生態(tài)適應(yīng)型，再次施肥時根系更容易感受到養(yǎng)分信號，利于根系對養(yǎng)分的高效吸收； 而交替施肥處理，2次施肥位置發(fā)生變化，根系原有的生態(tài)適應(yīng)型被破壞，后施肥邊根系吸收養(yǎng)分需要重新感受土壤養(yǎng)分信號，需要一定的時間通過一定的生理生化過程重新建立生態(tài)適應(yīng)型，這不利于根系對養(yǎng)分的及時吸收。本研究發(fā)現(xiàn)， 2/4根區(qū)固定施肥桃幼樹植株總干重低于2/4根區(qū)交替施肥處理桃幼樹植株總干重，這可能是局部施肥降低了非施肥區(qū)的氮素供應(yīng)與吸收，從而減少了干物質(zhì)積累量。另外，試驗(yàn)是在大田條件下進(jìn)行的，2/4根區(qū)局部施肥方式可能會存在部分養(yǎng)分的側(cè)滲，因此，植株對養(yǎng)分的吸收和利用狀況，可能會與盆栽嚴(yán)格控制條件下局部施肥結(jié)論并不完全一致，還有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

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