用15N示蹤研究不同氮水平下劍麻的氮素吸收利用特性

譚施北 習(xí)金根 賀春萍 吳偉懷 鄭肖蘭 梁艷瓊 李銳 鄭金龍 易克賢

摘 ?要 ?采用盆栽試驗(yàn)和15N示蹤技術(shù)，研究4個(gè)不同氮（N）水平對(duì)劍麻生長(zhǎng)及氮素吸收利用特性的影響。結(jié)果表明，施氮顯著提高劍麻株高、葉長(zhǎng)、葉寬和根粗。施氮處理地上部鮮重、含水量、全氮含量和吸氮量均有所增加，但施氮處理之間差異不顯著。劍麻地上部和根系吸收的肥料N隨著氮水平增加而增加，各處理整株肥料N比例，以示蹤法計(jì)算為24.2%～32.6%，差減法計(jì)算為34.6%～53.1%。不同氮水平下劍麻氮素利用率變化不明顯，整株氮素利用率，示蹤法計(jì)算為20.0%～22.0%，差減法計(jì)算為30.0%～35.7%。可見，劍麻吸收的肥料氮低于土壤氮;劍麻的氮素利用率偏低;以示蹤法求得的肥料N比例和氮素利用率均低于以差減法求得的結(jié)果。

關(guān)鍵詞 ?劍麻;15N示蹤技術(shù);氮水平;氮素利用

中圖分類號(hào) ?S563.8 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ?A

Nitrogen Utilization Characteristics of Sisal on Different

Nitrogen Rates， Using 15N Isotope Tracer Technique

TAN Shibei1， XI Jingen2 *， HE Chunping2， WU Weihuai2， ZHENG Xiaolan2，

LIANG Yanqiong2， LI Rui2， ZHENG Jinlong2， YI Kexian2 *

1 Agricultural College， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China

2 Environment and Plant Protection Institute， CATAS / Danzhou Scientific Observing and Experimental

Station of Agro-Environment， Ministry of Agriculture， Haikou， Hainan 571101， China

Abstract ?Pot experiment and 15N tracer technique were used to explore the effects of different nitrogen levels on the growth and nitrogen utilization characteristics of sisal. Four levels of nitrogen fertilizer were： none， low（0.69 g）， medium（0.98 g）and high（1.24 g）. The results showed that plant height， leaf length， leaf width， leaf fresh weight and water content of the leaf increased significantly when using nitrogen fertilizers. The content of N and the amount of N accumulation of the aboveground parts and roots increased as the application of nitrogen fertilizers increased. The uptake of N from the fertilizer（Ndff）by above-ground parts and roots all increased with the N rates. The percentage of N from the fertilizer（%Ndff）ranged between 24.2% and 32.6% when calculated by the tracer method， and 34.6%-53.1% when calculated by the difference method. N uptake efficiency of plants ranged between 20.0% and 22.0% when calculated by the tracer method， and 30.0%-35.7% when calculated by difference method， whereas no significant differences were found between the treatments. The results showed that（1）the uptake of N from the fertilizer was higher than from soil，（2）the N uptake efficiency of sisal was low，（3）the values of the percentage of N from the fertilizer and N uptake efficiency that calculated by the tracer method were lower than that calculated by the difference method.

Key words ?Sisal; 15N Isotope; Nitrogen rates; Nitrogen utilization

doi ?10.3969/j.issn.1000-2561.2015.10.002

劍麻（Agave Sisalana Perrine）為龍舌蘭科（Agavaceae）龍舌蘭屬（Agave linnaeus）多年生硬質(zhì)纖維作物，其纖維具有拉力強(qiáng)、堅(jiān)韌耐磨、富有彈性等特點(diǎn)，廣泛用于制作繩纜、編織劍麻地毯、工藝品等，是國(guó)防、漁業(yè)、航海、石油、工礦等領(lǐng)域的重要原料[1]。前人對(duì)劍麻的氮素營(yíng)養(yǎng)和氮肥施用技術(shù)已做過大量研究，發(fā)現(xiàn)適量施用氮肥可促進(jìn)劍麻高產(chǎn)，但劍麻吸收利用有限，過量施氮只會(huì)造成資源浪費(fèi)[2-5]。目前，15N示蹤技術(shù)在小麥、甘蔗、棉花、桃樹等多種作物的氮素利用研究中已有廣泛的應(yīng)用[6-9]，但在劍麻上的應(yīng)用尚未見報(bào)道。本試驗(yàn)以龍舌蘭H.11648幼苗為材料進(jìn)行盆栽土培試驗(yàn)，應(yīng)用15N示蹤技術(shù)探索不同施氮水平對(duì)劍麻苗生長(zhǎng)的影響以及不同來源氮在劍麻體內(nèi)的吸收利用特性，以期為改進(jìn)劍麻施肥技術(shù)，提高肥料利用率提供理論參考。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗(yàn)材料

龍舌蘭（H.11648）品種吸芽，重（350±50）g，采集于廣西山圩農(nóng)場(chǎng)高產(chǎn)劍麻園。供試土壤成分：有機(jī)質(zhì)9.20 g/kg、pH4.7、堿解氮24.77 mg/kg、速效磷11.18 mg/kg、速效鉀42.04 mg/kg。黑色環(huán)保塑料袋;塑料盆（口徑23 cm，高30 cm）;供試15N標(biāo)記尿素（含N 46%），上?；ぱ芯吭荷a(chǎn)，標(biāo)記豐度為10.08%;過磷酸鈣（含P2O5 16%）和氯化鉀（含K2O 60%），以上均為市售。

1.2 ?測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì) ? 試驗(yàn)于海南省儋州市中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所基地大棚進(jìn)行，選取長(zhǎng)勢(shì)正常一致的劍麻幼苗進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。每盆裝土5 kg，每盆1株，2012年8月31日種下，每隔10 d澆水1次，每次200 mL。以劍麻生產(chǎn)施氮水平為參考，設(shè)置CK（不施氮）、N1（低氮）、N2（中氮）、N3（高氮）4個(gè)處理，5次重復(fù)，每處理氮水平（15N標(biāo)記尿素，以N計(jì)）為：0、0.138、0.196、0.248 g N/kg，磷鉀肥施用量一致，每盆施用過磷酸鈣（以P2O5計(jì)）0.21 g，氯化鉀（以K2O計(jì)）0.70 g。2012年10月15日，于盆中挖兩小溝，將尿素、過磷酸鈣和氯化鉀一次性施入。

1.2.2 ?測(cè)定內(nèi)容與方法 ? 2013年6月13日對(duì)劍麻植株進(jìn)行破壞性采樣，測(cè)量葉數(shù)、株高、葉長(zhǎng)、葉厚、葉寬、葉片鮮重/干重、整株鮮重/干重以及根數(shù)、根長(zhǎng)、根粗、根鮮重，根干重。并通過以下方法測(cè)定劍麻植株地上部和根系N、P、K含量[10]：樣品經(jīng)過H2SO4-H2O2消化后，N用奈氏比色法測(cè)定，P用鉬銻抗比色法，K用火焰光度法。測(cè)定各處理地上部和根系15N豐度值。各指標(biāo)計(jì)算方法[11-12]：

各器官吸N量=各器官干重×各器官全N含量;

植株總吸N量=地上部吸N量+根吸N量;

示蹤法：

15N原子百分超=樣品或15N標(biāo)記肥料的15N豐度-15N自然豐度（0.366%）;

各器官吸N量中肥料N的比例=各器官15N原子百分超/肥料15N原子百分超;

各器官吸收的肥料N量=各器官吸N量×各器官吸N量中肥料N的比例;

植株吸收的肥料N量=地上部吸收的肥料N量+根吸收的肥料N量;

各器官吸收土壤N量=植株吸N量-植株吸收的肥料N量;

氮素利用率=植株吸收的肥料N量/施N量×100%。

差減法：

各器官吸收的肥料N量=施氮處理各器官吸N量-CK各器官吸N量;

各器官吸收的肥料N占總吸N量比例=各器官吸收的肥料N量/各器官吸N量;

植株吸收的肥料N量=施氮處理植株總吸N量-CK植株總吸N量;

氮肥利用率=植株吸收的肥料N量/施N量×100%。

1.3 ?數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2007和JMP 10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 ?不同氮水平對(duì)劍麻生物學(xué)性狀的影響

由表1可見，隨著氮水平增加，劍麻株高、葉長(zhǎng)、葉寬和根粗均呈上升趨勢(shì)，而葉數(shù)、葉厚、根數(shù)和根長(zhǎng)變化不明顯。其中，高氮處理株高、葉長(zhǎng)、葉寬、根粗分別比對(duì)照顯著提高29.8%、20.3%、23.3%、55.6%。施氮處理株高、葉長(zhǎng)均顯著高于對(duì)照，而其葉寬與對(duì)照差異不顯著。低氮和中氮處理之間株高、葉長(zhǎng)、葉寬和根粗差異均不顯著。

2.2 ?不同氮水平對(duì)劍麻生物量的影響

由表2可見，不同氮水平對(duì)劍麻地上部鮮重、地上部含水量和根冠比有所影響。其中，中氮和高氮處理地上部鮮重顯著高于對(duì)照，而低氮處理與對(duì)照之間、施氮處理之間差異不顯著。施氮處理地上部含水量均高于對(duì)照，而施氮處理之間差異不顯著。根冠比隨著氮水平增加呈先增后減的趨勢(shì)，其中，低氮和中氮處理根冠比顯著高于對(duì)照，而高氮處理與對(duì)照差異不顯著。不同處理之間根鮮重、地上部和根干重、根含水量差異不顯著。

2.3 ?不同氮水平下劍麻地上部和根系養(yǎng)分含量

由表3可見，施氮處理地上部全氮含量均顯著高于對(duì)照，而施氮處理之間差異不顯著。高氮處理根系全氮含量顯著高于其它處理。根系全鉀含量隨著氮水平的增加而降低。不同處理之間根系全氮含量、地上部全磷含量、地上部全鉀含量差異不顯著。

2.4 ?不同氮水平下劍麻各器官中肥料N的比例

由表4可見，以示蹤法和差減法求得的地上部、根系和整株中肥料N的比例總體上隨著氮水平的增加而增加，但示蹤法求得的高氮和中氮處理根系中肥料N的比例差異不明顯。以差減法求得的肥料N比例均高于示蹤法算得的結(jié)果。以示蹤法計(jì)算時(shí)，地上部、根和整株肥料N比例分別為23.4%～31.8%、35.0%～40.7%、24.2%～32.6%。以差減法計(jì)算時(shí)，地上部、根和整株肥料N比例分別為34.7%～51.8%、33.1%～65.3%、34.6%～53.1%。

2.5 ?不同氮水平對(duì)劍麻氮素積累的影響

由表5可見，施氮處理劍麻地上部和整株吸N量均顯著高于對(duì)照，而施氮處理之間差異不顯著。其中，高氮處理整株吸氮量比對(duì)照高113.2%。各處理劍麻氮素主要累積在地上部，地上部吸氮量占整株吸氮量的90%以上。以示蹤法和差減法求得的地上部吸收的來自肥料的氮素的量均隨著氮水平的增加而增加，而根系則變化不明顯。其中，以示蹤法求得的高氮處理整株肥料N量比低氮處理高88.1%。以差減法求得的地上部和根系的肥料氮量均高于示蹤法算得的結(jié)果。

2.6 ?不同氮水平下劍麻的氮素利用率

由表6可見，不同氮水平下劍麻氮素利用率變化不明顯，即不同氮水平處理之間均未達(dá)到顯著水平。然而，劍麻地上部氮素利用率較高，根部較低。以示蹤法求得的劍麻整株氮素利用率為20.0%～22.0%，而以差減法求得的結(jié)果較大，為30.0%～35.7%。

3 ?討論與結(jié)論

不同氮水平明顯影響劍麻生長(zhǎng)，株高、葉長(zhǎng)、葉寬、根粗、地上部鮮重和含水量均隨氮水平增加而增加。氮水平的提高促進(jìn)劍麻對(duì)氮素的吸收，地上部全氮含量和氮素積累量總體上隨著氮水平的增加而增加。不同氮水平還明顯影響劍麻對(duì)肥料氮的吸收利用。地上部、根系和整株吸收的氮素主要來自土壤，來自肥料的較少，且肥料N的比例總體上隨著氮水平的增加而增加。在該試驗(yàn)條件下，劍麻氮素利用率較低，且不同氮水平下差異不明顯。

可見，施氮對(duì)劍麻幼苗生長(zhǎng)具有一定的促進(jìn)作用，苗期需要施用適量氮肥，才能滿足劍麻快速生長(zhǎng)的需要。但氮肥利用率較低，劍麻幼苗吸收的氮素主要來自土壤，試驗(yàn)期內(nèi)大部分肥料氮未能被植株吸收。因此，在生產(chǎn)上應(yīng)控制施氮量在合理水平。本試驗(yàn)中，不同氮水平處理劍麻各生長(zhǎng)指標(biāo)差異不顯著，說明中氮和高氮處理增產(chǎn)效果不明顯，而低氮處理已滿足劍麻生長(zhǎng)需要，故推薦0.138 g N/kg為劍麻幼苗最佳施肥水平。

本研究還發(fā)現(xiàn)，以示蹤法計(jì)算時(shí)，劍麻地上部、根和整株肥料N比例分別為23.4%～31.8%、35.0%～40.7%、24.2%～32.6%，說明劍麻根系中肥料N的比例高于地上部，且劍麻吸收的氮素中，來自肥料的氮素較少，大部分來自土壤，前人在研究水稻和小麥時(shí)也有類似發(fā)現(xiàn)。徐彩龍等[13]研究發(fā)現(xiàn)，小麥植株吸收的氮素大部分來自土壤氮，開花期小麥地上部植株積累的氮素只有28.7%～32.0%來自肥料氮，成熟期只有22.3%～33.6%來自肥料氮。周瑞慶等[14]研究發(fā)現(xiàn)，水稻所吸收的氮約2/3來源于土壤氮，1/3來源于當(dāng)季所施的肥料氮。趙廣才等[15]研究發(fā)現(xiàn)，小麥各器官從肥料中吸收的氮的比例以根系最多，其次為籽粒和莖稈。

中國(guó)農(nóng)田氮肥平均利用率只有30%～35%[16]，本試驗(yàn)中，以示蹤法和差減法求得的劍麻整株氮素利用率分別為20.0%～22.0%、30.0%～35.7%，可見，以示蹤法求得的結(jié)果較低，而以差減法求得的結(jié)果與前人一致。Harmsen發(fā)現(xiàn)，在缺氮土壤中，用差減法計(jì)算所得的氮素回收率一般高于示蹤法計(jì)算所得的結(jié)果[17]。中國(guó)學(xué)者也認(rèn)為，示蹤法測(cè)得的氮肥利用率低于差減法，因?yàn)榈聚櫡ㄓ?jì)算的氮肥利用率僅僅是差減法計(jì)算的氮肥利用率的一部分，沒有包含因施肥交換出土壤原有氮素的部分[18-19]。本試驗(yàn)中，以示蹤法求得的劍麻各器官氮素利用率均低于以差減法求得的結(jié)果，這與前人的研究結(jié)果一致。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃 ?艷. 海南劍麻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2013， 33（2）： 88-90.

[2] 林 ?苾， 許能琨， 余讓水， 等. 不同用量肥料對(duì)H.11648麻的效應(yīng)[J]. 廣西熱作科技， 1991， 4： 20-23.

[3] 林勝忠. 劍麻施用氮肥評(píng)價(jià)[J]. 廣西熱作科技， 1992（3）： 38.

[4] 許能琨， 余讓水， 孫光明， 等. 氮磷鉀鈣鎂肥不同用量對(duì)劍麻產(chǎn)量質(zhì)量和礦質(zhì)組分的影響[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)， 1994， 15（1）： 39-45.

[5] 習(xí)金根， 蘭 ?天， 賀春萍， 等. 水肥運(yùn)籌對(duì)劍麻幼苗生長(zhǎng)的影響[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)， 2013， 34（10）： 1 877-1 882.

[6] 張 ?娟， 武同華， 代興龍. 種植密度和施氮水平對(duì)小麥吸收利用土壤氮素的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2015（6）： 1-10.

[7] Franco H C J， Otto R， Faroni C E， et al. Nitrogen in sugarcane derived from fertilizer under Brazilian field conditions[J]. Field Crops Research. 2011， 121（1）： 29-41.

[8] Yang G Z， Chu K Y， Tang H Y， et al. Fertilizer 15N Accumulation， Recovery and Distribution in Cotton Plant as Affected by N Rate and Split[J]. Journal of Integrative Agriculture. 2013， 12（6）： 999-1 007.

[9] 張守仕， 彭福田， 齊玉吉， 等. 不同養(yǎng)分供應(yīng)方式對(duì)盆栽桃樹生長(zhǎng)及其氮素吸收、 分配的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料報(bào)， ?2015， 21（1）： 156-163.

[10] 南京農(nóng)業(yè)大學(xué). 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京： 農(nóng)業(yè)出版社， 1986： 33-89.

[11] 孟維偉， 王 ?東， 于振文， 等. 15N示蹤法研究不同灌水處理對(duì)小麥氮素吸收分配及利用效率的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 2011， 17（4）： 831-837.

[12] 張福鎖， 王激清， 張衛(wèi)峰， 等. 中國(guó)主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑[J]. 土壤學(xué)報(bào)， 2008， 45（5）： 915-924.

[13] 徐彩龍， 王振林， 尹燕枰， 等. 15N示蹤法研究弱光對(duì)不同穗型冬小麥氮素積累和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 2013， 19（1）： 1-10.

[14] 周瑞慶， 陳開鐵， 李合松， 等. 應(yīng)用巧N示蹤技術(shù)研究水稻對(duì)氮素的吸收利用[J]. 湖南農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)， 1991， 17（4）： 665-669.

[15] 趙廣才， 張保明， 王崇義. 應(yīng)用15N研究小麥各部位氮素分配利用及施肥效應(yīng)[J]. 作物學(xué)報(bào)， 1998， 24（6）： 85-858.

[16] 嚴(yán)小龍， 張福鎖. 植物營(yíng)養(yǎng)研究進(jìn)展與展望[M]. 北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2000.

[17] Harmsen K. A comparison of the isotope-dilution and the difference method for estimating fertilizernitrogen recovery fractions in crops.II. Mineralization and immobilization of nitrogen[J]. Netherlands Journal of Agricultural Science. 2003， 50（3-4）： 349-381.

[18] 朱兆良. 中國(guó)土壤氮素研究[J]. 土壤學(xué)報(bào)， 2008， 45（5）： 778-783.

[19] 巨曉棠， 張福鎖. 關(guān)于氮肥利用率的思考[J]. 生態(tài)環(huán)境， 2003， 12（2）： 192-197.