NO3--N/NH4+-N混合氮不同水平對紫花苜蓿生長特性的影響

馮博政，劉曉靜，郝 鳳

(甘肅農(nóng)業(yè)大學 草業(yè)學院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室/甘肅省草業(yè)工程實驗室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

NO3--N/NH4+-N混合氮不同水平對紫花苜蓿生長特性的影響

馮博政，劉曉靜，郝 鳳

(甘肅農(nóng)業(yè)大學 草業(yè)學院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室/甘肅省草業(yè)工程實驗室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

以甘農(nóng)3號為研究材料，采用室外防雨網(wǎng)室盆栽營養(yǎng)液砂培法，以混合氮NO3--N∶NH4+-N 1∶1為氮源，研究了5個供氮水平0、105、210、315、420 mg/L對紫花苜蓿苗期、現(xiàn)蕾期和盛花期地上部分及根系生長特性的影響。研究表明：NO3--N/NH4+-N混合氮能夠促進紫花苜蓿根系和地上部分的生長發(fā)育，氮素濃度為315 mg/L最能促進地上部分的生長發(fā)育，該濃度下，與對照相比，株高和地上生物量最高可分別增大169.39%和333%。根系的最適濃度在氮素濃度210 mg/L，根重、根長和根尖數(shù)最高可分別增大570.83%，161.79%和343.82%。NO3--N/NH4+-N混合氮素濃度105 mg/L處理對紫花苜蓿根系生長和株高的促進作用高于氮素濃度420 mg/L處理，對地上生物量累積的促進作用則相反。苗期供氮主要促進根系的生長發(fā)育，現(xiàn)蕾期供氮主要促進株高和生物量的累積。因此，對紫花苜蓿生長最適NO3--N/NH4+-N混合氮濃度為210 mg/L。

紫花苜蓿；混合態(tài)氮素；生物量；根系

紫花苜蓿(Medicagosativa)是世界上栽培和利用最廣泛的多年生豆科牧草，具有適應(yīng)性強、產(chǎn)草量高、品質(zhì)優(yōu)良、耐刈割等優(yōu)點。不僅可作為優(yōu)良牧草，而且還可改土肥田[1]。傳統(tǒng)觀點認為，種植苜蓿不需施入氮肥，苜蓿的共生固氮作用可以滿足自身生長發(fā)育的需求[2]。若苜蓿施入過量氮肥，一方面增加了種植成本，造成資源浪費[3]。另一方面多余的氮素長期滯留在土壤中會對環(huán)境造成污染[4]。但也有研究表明，施入氮肥對苜蓿生長有顯著促進作用，可以提高苜蓿光合效率[5]，促進苜蓿生物量的積累[6]，特別是提高了種子產(chǎn)量[7，8]，認為苜蓿在根瘤未形成之前及苜蓿開花之后，共生固氮不能滿足苜蓿對氮素的需求，在此時施入氮肥能顯著促進苜蓿生長。

根系是苜蓿生長和再生的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是苜蓿吸收養(yǎng)分和根瘤著生的主要部位。作為公認的深根系植物，紫花苜蓿的根系生物量直接影響著地上生物產(chǎn)量[9]。有研究發(fā)現(xiàn)，盆栽條件下施氮可增加紫花苜蓿根系生物量，如Saindon等[10〗[11]和Esechie等[12]分別以NH4+-N和NO3--N為氮源，采用盆栽試驗，設(shè)定施氮水平為0，3和6 mmol/L，發(fā)現(xiàn)苜蓿的根系生物量隨施氮量的增大而增大。目前，對于高水平混合態(tài)氮作用下紫花苜蓿各生育期的根系生長特性的影響鮮見報道，能夠同時達到促進紫花苜蓿地上部及根系生長的供氮濃度還有待進一步研究篩選。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試材料 紫花苜蓿品種為甘農(nóng)3號(Medicagosativacv.Gannong No.3)，供試根瘤菌為中華根瘤菌(12531)，均由甘肅農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院提供。

1.1.2 營養(yǎng)液 Fahraeus無氮植物營養(yǎng)液為基本營養(yǎng)液，加入Ca(NO3)2和(NH4)2SO4，以作為NO3--N和NH4+-N的來源[13]。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子處理 選取大小均勻，顆粒飽滿的紫花苜蓿種子放入滅菌小三角瓶中，先用95%乙醇浸泡5 min，再用0.1%HgCl2溶液滅菌6～10 min，再無菌水沖洗5～6次，最后用無菌濾紙吸干，備用。

1.2.2 粗砂處理 將粗砂經(jīng)自來水沖洗若干次，直到?jīng)_洗用水不再渾濁為止，然后，蒸餾水沖2～3次。先經(jīng)121℃滅菌，再經(jīng)高溫(150℃)烘干后，備用。

1.2.3 菌液處理 將中華根瘤菌(12531)采用平板劃線培養(yǎng)，挑起單個菌落，將其接入YMA液體培養(yǎng)基[14，15]。在28℃下120 r/min的恒溫搖床上培養(yǎng)至菌液的光密度值(OD600nm)≥1.0時，再在10 000 r/min下離心10 min，除去上清液用無菌水洗下根瘤菌體并配制成吸光值為0.6的菌懸液，備用。

1.2.4 試驗設(shè)計 試驗在甘肅農(nóng)業(yè)大學校園內(nèi)的室外防雨網(wǎng)室中盆栽進行，花盆直徑32 cm、高20 cm，每盆裝入粗砂10 kg，選取籽粒飽滿的滅菌種子播種到裝有滅菌粗砂澆透水的花盆中，幼苗長至3 cm高間苗，每盆保留30株健壯幼苗。以土壤中可被植物直接吸收利用的2個形態(tài)氮：NO3--N和NH4+-N 1∶1混合態(tài)為氮源，設(shè)定0、105、210、315、420 mg/L 5個濃度水平，記為CK、N105、N210、N315、N420，共5個處理，9次重復。以Fahraeus無氮植物營養(yǎng)液結(jié)合Ca(NO3)2和(NH4)2SO4配制所需營養(yǎng)液，調(diào)節(jié)pH為7，每次澆500 mL，每7 d用蒸餾水淋洗后更換1次營養(yǎng)液，紫花苜蓿生長至三片復葉時，每盆接種新培養(yǎng)的苜蓿根瘤菌液25 mL，于45，65和85 d取樣測定，分別對應(yīng)苗期、現(xiàn)蕾期、盛花期，每次各處理均取3盆。

1.3 測定指標及方法

株高 采用直尺直接測量，每處理隨機取樣30株，取其平均值；地上生物量，剪下地上部分，用濾紙吸干水分，放入烘箱105℃下殺青15 min，在65～75℃下烘干至衡重，稱其單株地上干重；根重以剪下的根系，用濾紙吸干水分，在65～75℃下烘干至衡重，稱其單株根干重；根長和根尖數(shù)，將各處理的根系用清水洗凈，隨機取3株完整的根，采用臺式掃描儀(EPSON Experssion)將幼苗根系圖像掃描并存入電腦，再用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)軟件(Regent Instruments,Inc,Quebec,Canada)對根的圖像進行分析，獲得根系總長度和根尖數(shù)等數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2003和SPSS 20.0專業(yè)統(tǒng)計分析軟件進行差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水平混合氮對紫花苜蓿株高的影響

株高是反映紫花苜蓿生長狀況的直接指標，在接種根瘤菌并且其他營養(yǎng)供應(yīng)充分的條件下，各生育期不同混合態(tài)氮處理下紫花苜蓿的株高均高于對照并達到顯著水平(P<0.05)，試驗中的無氮處理出現(xiàn)明顯的莖紫紅，葉片發(fā)黃等生長不良現(xiàn)象。同一生育期內(nèi)，隨著混合態(tài)氮水平的增大，紫花苜蓿的株高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，最大值出現(xiàn)在處理N210和N315下，二者間差異不顯著(P>0.05)，卻顯著高于其他處理。N420處理的株高小于N105處理。說明供氮對紫花苜蓿生長的促進作用存在區(qū)域性，濃度過高會出現(xiàn)抑制現(xiàn)象。從紫花苜蓿苗期到盛花期，株高隨著生育期的推進而增高，各生育期最大值，苗期為13.8 cm，現(xiàn)蕾期38.63 cm和盛花期40.63 cm，相比較CK分別增大了104.75%，169.39%和74.83%，說明現(xiàn)蕾期施氮對紫花苜蓿株高的促進作用更明顯(圖1)。

2.2 不同水平混合氮對紫花苜蓿地上生物量的影響

紫花苜蓿地上生物量直接決定著生產(chǎn)效益。在同一生育期內(nèi)，施氮處理下的地上部生物量明顯高于不施氮的處理(P<0.05)。隨著外源氮濃度的增大，紫花苜蓿地上生物量呈先增大后減小的趨勢，最大值出現(xiàn)在N315處理。說明適量供應(yīng)的混合態(tài)氮能夠促進紫花苜蓿產(chǎn)量的增加，而氮素水平過高則可能導致減產(chǎn)，造成肥料浪費。從苗期到盛花期，各處理下紫花苜蓿的地上生物量呈明顯的增長趨勢，各生育期最大值，苗期0.08 g，現(xiàn)蕾期0.26 g和盛花期0.64 g，相比較CK分別增大了300%，333%和300%，呈先增大后減小趨勢(圖2)。

2.3 不同水平混合氮對紫花苜蓿根重的影響

根系是植物吸收外界營養(yǎng)元素的主要器官。不同生育期施氮處理下紫花苜蓿根重均高于無氮處理CK，差異顯著(P<0.05)。在苗期，各處理根重表現(xiàn)為N105>N210>N315>N420>CK，現(xiàn)蕾期和盛花期都表現(xiàn)為N210>N105>N315>N420>CK?？傮w表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢，低氮處理對根重的促進作用大于高氮處理。隨著生育期的推進，紫花苜蓿的根重逐漸增大，對養(yǎng)分的吸收能力不斷增強，各生育期最大值可達到苗期0.029 g，現(xiàn)蕾期0.161 g和盛花期0.594 g，相比較CK分別增大了383.33%，570.83%和64.54%，現(xiàn)蕾期的增大效果更明顯(圖3)。

圖1 不同水平混合氮處理下紫花苜蓿株高Fig.1 Effect of different mixed N levels on plant height of alfalfa

圖2 不同水平混合氮處理下紫花苜蓿地上生物量Fig.2 Effect of different mixed N levels on aboveground biomass of alfalfa

圖3 不同水平混合氮處理下紫花苜蓿根重Fig.3 Effect of different mixed N levels on root weight of alfalfa

2.4 不同水平混合氮對紫花苜蓿根長的影響

從表1可以看出，各個生育期內(nèi)供氮處理下的根長顯著高于對照處理(P<0.05)，各生育期內(nèi)隨著混合氮水平的增大，各指標呈先增大后減小的趨勢。在苗期，各處理下的根長表現(xiàn)為N210>N315>N105>N420>CK；在現(xiàn)蕾期，根長最大值出現(xiàn)在處理N210和N105下，N210略大于N105，二者差異不顯著(P>0.05)；在盛花期，根長的最大值出現(xiàn)在處理N210下。在3個生育期中，供氮處理下根長的最小值均出現(xiàn)在N420。說明不同混合氮水平下紫花苜蓿的根長雖然在不同生育期內(nèi)的變化趨勢存在略微的差異，但總體上具有一致的表現(xiàn)，即最大值在處理N210附近，氮素濃度過高，如N420處理，對根長的促進作用反而不如低氮處理。隨著生育期的推進，根長呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，各生育期最大值相比較中CK分別增大了161.79%，129.65%和106.07%，增長比例逐漸降低。

表1 不同水平混合氮處理下紫花苜蓿根總長和根尖數(shù)Table1 Effect of different mixed N levels on root length and apical of alfalfa

2.5 不同水平混合氮對紫花苜蓿根尖數(shù)的影響

從表1可以看出，各個生育期內(nèi)施氮處理下的根尖數(shù)均顯著高于對照處理CK(P<0.05)，根尖數(shù)隨著生育期的推進，呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢各生育期最大值相比較CK分別增大了。各生育期內(nèi)隨著混合氮水平的增大，根尖數(shù)呈先增大后減小的趨勢，各處理下的根尖數(shù)均表現(xiàn)為N210>N105>N315>N420>CK。在現(xiàn)蕾期，處理N210和N105下的根尖數(shù)，差異不顯著(P>0.05)，N210略大于N105。說明紫花苜蓿的根尖數(shù)在不同水平混合氮下的各指標雖然在不同生育期內(nèi)的變化趨勢存在些微的差異，但總體上具有一致的表現(xiàn)，即最大值為N210處理，供氮處理下根尖數(shù)的最小值均出現(xiàn)在N420，氮素濃度過高，會抑制根尖的生成。根尖數(shù)隨著生育期的推進，呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，各生育期最大值相比較CK分別增大了343.82%，173.49%和132.16%，增長比例逐漸降低。

3 討論與結(jié)論

施氮對促進紫花苜蓿的生長發(fā)育是十分必要，在試驗中施用混合態(tài)氮的處理其地上部分和根系的生長狀況均顯著高于CK(P<0.05)，張進霞等[16]的研究也證明了這點。說明施用混合態(tài)氮能夠促進紫花苜蓿的生長發(fā)育。研究發(fā)現(xiàn)，不同水平NO3--N/NH4+-N混合氮對紫花苜蓿生長的促進作用不同。地上部分生長指標隨著混合態(tài)氮水平的增大，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。最大值出現(xiàn)在氮素濃度315 mg/L，略大于氮素濃度210 mg/L處理，二者間差異不顯著(P>0.05)，氮素濃度420 mg/L下株高小于氮素濃度105 mg/L，說明高氮水平對株高的促進作用小于低氮水平。氮素濃度420 mg/L下的地上生物量卻高于氮素濃度105 mg/L，蒯佳林等[17]對紫花苜蓿苗期的研究中也有相似的結(jié)論。是因為高氮水平對紫花苜蓿葉片的生長及分枝的促進作用大于低氮水平，從而導致生物量與株高的不同變化。根系生長指標的最大值出現(xiàn)在氮素濃度105 mg/L和氮素濃度210 mg/L下，濃度420 mg/L處理下最小。說明低氮處理對根系各指標的促進作用高于高氮處理。

隨著生育期的變化，紫花苜蓿株高和地上生物量的最大值始終出現(xiàn)在NO3--N/NH4+-N混合氮濃度315 mg/L下；根重的最大值在苗期出現(xiàn)在處理氮濃度105 mg/L下，現(xiàn)蕾期和盛花期出現(xiàn)在氮濃度210 mg/L處，說明在苗期，低氮處理更有利于根重的增加。出現(xiàn)這種變化可能是因為在苗期，低氮處理下紫花苜蓿吸收和合成的營養(yǎng)物質(zhì)主要用來供應(yīng)根系生長，以從地下吸收更多的養(yǎng)分。在現(xiàn)蕾期和盛花期，地上部分生長更旺盛的氮濃度210 mg/L下的光合產(chǎn)物更多的向根系反饋[18]，從而促使其地下生物量的增大[19]。根長和根尖數(shù)的最大值一直出現(xiàn)在氮濃度210 mg/L處理下。隨著生育期的推進，紫花苜蓿各生長指標逐漸增大，與對照相比，各混合態(tài)氮處理株高、地上生物量和根重增長比例最大的生育期為現(xiàn)蕾期，根長和根尖數(shù)增長比例最大的時期為苗期。說明，在苗期施氮，能夠促使根長和根尖數(shù)迅速增大，為現(xiàn)蕾期氮素的吸收利用提供充分的條件，在現(xiàn)蕾期施氮對株高、地上生物量和根重的促進作用最明顯。

綜上所述，NO3--N/NH4+-N混合氮能夠促進紫花苜蓿根系和地上部分的生長發(fā)育，混合氮素濃度為315 mg/L最能促進地上部分的生長發(fā)育，根系的最適濃度在混合態(tài)氮素濃度210 mg/L左右。NO3--N/NH4+-N混合氮素濃度105 mg/L處理對紫花苜蓿根系生長和株高的促進作用高于氮素濃度420 mg/L處理，對地上生物量累積的促進作用則相反。苗期供氮主要促進根系的生長發(fā)育，現(xiàn)蕾期供氮主要促進株高和生物量的累積。因此，對紫花苜蓿生長最適NO3--N/NH4+-N混合氮濃度為210 mg/L。

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Effects of different levels of NO3--N/NH4+-N mixed nitrogen on growth characteristics ofMedicagosativaL.

FENG Bo-zhi,LIU Xiao-jing,HAO Feng

(CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China)

Choosing Medicago sativa L.Gannong No.3 as the material,this experiment was conducted to study the effect of five kinds of nitrogen levels (0,105,210,315,420 mg/L)of mixed nitrogen (NO3--N∶NH4+-N=1∶1)on the growth characteristics of root and overground parts of Medicago sativa L.during its seedling stage,squaring stage and full-bloom stage by the method of outdoor(rain-proof screenhouse) potting nutrient solution sand culture.The result shows that NO3--N/NH4+-N mixed nitrogen application could promote the growth and development of root and overground parts ofMedicagosativaL.The concen- tration of mixed nitrogen which can facilitate the growth of overground parts the most is 315 mg/L,At this concentration,the highest of the plant height and aboveground biomass were increase of 169.39% and 333% than the CK,and 210 mg/L was the optimum mixed nitrogen concentration of root growth,the root weight,length and tips increased by 570.83%,161.79% and 343.82%,repectively.The promote role of mixed nitrogen concentration 105 mg/L on root growth and the plant height of alfalfa were higher than that of 420 mg/L;the ground biomass was on the contrary.Nitrogen mainly promotes root growth in seedling and promotes the plant height and biomass accumulation in bud stage.It is suggested that the optimum mixed nitrogen concentration is 210 mg/L.

Medicagosativa；mixed nitrogen;biomass;root

2015-04-17；

2015-04-22

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201403048-8)資助

馮博政(1991-)，男，山西運城人，碩士研究生。 E-mail：729712268@qq.com 劉曉靜為通訊作者。

S 143

A

1009-5500(2015)06-0035-06