不同形態(tài)氮素及銨硝比例對咖啡氮吸收和生長的影響①

林興軍 陳鵬 孫燕 董云萍

摘 要 為提高咖啡氮肥肥料有效性，采用溶液培養(yǎng)的方法，研究NH4+和NO3- 2種不同形態(tài)氮吸收速率、5種銨硝比例（10∶0、7∶3、5∶5、3∶7、0∶10）對咖啡生長及其氮素利用的影響。結(jié)果表明，不同形態(tài)氮素對咖啡的生長影響差異顯著，銨硝混合營養(yǎng)下咖啡的生長明顯優(yōu)于單一形態(tài)氮素處理。在單一形態(tài)氮素條件下，咖啡對NH4+的最大吸收速率大于對NO3-的最大吸收速率；當(dāng)2種形態(tài)氮素同時存在時，銨態(tài)氮會抑制硝態(tài)氮的吸收，硝態(tài)氮促進銨態(tài)氮的吸收；銨態(tài)氮促進地上部分生長，但濃度過高反而抑制地上部分生長；硝態(tài)氮的增加有利于根系的生長，但抑制了咖啡地上部分的生長。因此，在咖啡苗期，銨硝比例控制在7∶3～3∶7有利于咖啡生長。

關(guān)鍵詞 咖啡 ；銨態(tài)氮 ；硝態(tài)氮 ；氮吸收 ；咖啡生長

中圖分類號 S571.2 文獻標識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.07.005

氮素對植物生長發(fā)育、產(chǎn)量形成與品質(zhì)好壞有極為重要的作用。從營養(yǎng)意義來講，作物在生長發(fā)育過程中主要吸收NH4+和NO3- 2種形態(tài)氮。關(guān)于作物對NH4+和NO3-的吸收、貯存、運輸和同化過程等方面已有報道[1-3]。NH4+和NO3-被作物吸收后，除硝態(tài)氮需先還原成NH4+（NH3）以外，其余同化過程完全相同。據(jù)報道，作物對NH4+和NO3-的吸收量因作物特性、種類和環(huán)境條件而變化[4]。

雖然銨、硝態(tài)氮都是植物根系吸收的主要無機氮，但不同作物對其有不同的偏好性[5-7]。一般情況下，同時施用銨態(tài)氮和硝態(tài)氮肥，往往能使作物獲得較高的生長速率和產(chǎn)量。近年來，關(guān)于NH4+-N和NO3--N對植物生長發(fā)育的影響，國內(nèi)外已進行了大量研究，但大多集中在蔬菜、水稻等作物[8-11]。而在不同形態(tài)氮素對咖啡營養(yǎng)元素積累的影響方面尚未見系統(tǒng)報道。筆者采用水培研究的方法，控制體系一定的pH條件和養(yǎng)分離子濃度，研究不同銨態(tài)氮、硝態(tài)氮比例對咖啡吸收氮素和其它一些養(yǎng)分元素的影響，以期更深層次探討銨態(tài)氮、硝態(tài)氮比例對咖啡礦質(zhì)營養(yǎng)吸收與積累的影響，為咖啡生產(chǎn)中的施肥與養(yǎng)分管理提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2015 年在中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所溫室中進行，供試材料為中粒種咖啡興28。

1.2 方法

1.2.1 植株培養(yǎng)

咖啡種子經(jīng)催芽后播于沙床中，二葉一心時移栽于育苗袋中，六葉一心時移栽于營養(yǎng)液中。營養(yǎng)液采用改良的Hoagland's營養(yǎng)液，總氮濃度為20 mmol/L，其中銨硝（NH4+- N∶NO3-- N）比例分別為10 ∶0、7 ∶3、5∶5、3 ∶7、0 ∶10。各處理除銨態(tài)氮和硝態(tài)氮比例有差異外[其中NH4+采用（NH4）H2PO4 、（NH4）2HPO4、NH4Cl試劑調(diào)節(jié)使其達到所需比例]，營養(yǎng)液中PO43-、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+和Fe2+等離子濃度保持一致，其中Fe2+用Fe（EDTA-Na2）代替，以7.0 μmol/L的二氰胺作為硝化抑制劑。營養(yǎng)液用蒸餾水配置，各種養(yǎng)分均由分析純（AR）試劑提供。為了維持營養(yǎng)液中NH4+和NO3-的濃度和離子平衡，每5 d換1次營養(yǎng)液，每天用0.1 mmol/L NaOH或HCl溶液調(diào)營養(yǎng)液pH為（5.8± 0.1）。水培容器采用0.5 L棕色玻璃瓶，在瓶口處用具孔糠醛泡沫板固定咖啡苗，使咖啡根系完全伸入營養(yǎng)液內(nèi)。每瓶裝營養(yǎng)液0.5 L，栽植1株咖啡苗，用供氣泵保持通氣。試驗共設(shè)5個處理，每個處理10株苗。

1.2.2 生長特性測定

于2015年9月2日移栽咖啡苗，10月30日取樣，一部分植株用于測定株高、莖粗、葉面積，取鮮葉測定葉綠素含量；一部分植株分為根、莖、葉3部分，于85℃殺青30 min后，在80℃條件下烘干，稱重，測生物量。將干樣粉碎后過0.4 mm篩，用杜馬斯燃燒法測定樣品氮含量，用95%乙醇提取比色法測定葉綠素含量。

1.2.3 咖啡根系對NH4+和NO3-的吸收速率測定

咖啡對NH4+和NO3-的吸收動力學(xué)試驗采用常規(guī)耗竭法。將咖啡（苗齡為六葉一心）苗根系經(jīng)蒸餾水漂洗后，浸入蒸餾水中饑餓培養(yǎng)24 h；隨后將其浸入含不同氮源[KNO3、（NH4）2SO4、NH4NO3]的營養(yǎng)液中，試驗過程中用供氣泵保持通氣。NH4+（或NO3-）的濃度分別為0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1.0、2.0 mmol/L，共8個處理，5次重復(fù)。試驗在溫度30℃、濕度80%～90%、光照強度為9 000 lx的人工氣候箱（MGC-450HP-2）中進行，吸收24 h后，分別稱量地上部分和地下部分，并測定營養(yǎng)液中NH4+和NO3-的含量，根據(jù)吸收前后N濃度的變化量，計算單位根重在單位時間內(nèi)的N凈吸收量，即根系對N的凈吸收速率。營養(yǎng)液中NO3-采用紫外分光光度法測定，NH4+采用靛酚藍比色法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel作圖，用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同單一形態(tài)氮素對咖啡吸收NH4+和NO3-的影響

從圖1可以看出，以KNO3為氮源，NO3-濃度在1.46 mmol/L時，吸收速率達到最大[最大吸收速率為3.91 μmol/（g·h FW），F(xiàn)W表示鮮重]。從圖2可以看出，以（NH4）2SO4為氮源，NH4+濃度在1.75 mmol/L時，吸收速率達到最大[最大吸收速率為5.92 μmol/（g·h FW）]。NH4+最大吸收速率較NO3-最大吸收速率高51.4%，說明咖啡對NH4+的最大吸收速率大于對NO3-的最大吸收速率，并且達到最大吸收速率時，NH4+濃度大于NO3-濃度。

2.2 2種形態(tài)氮素同時存在對咖啡吸收NH4+和NO3-的影響

從圖3和圖4可以看出，以NH4NO3為氮源，NO3-濃度在1.55 mmol/L時，吸收速率達到最大[1.71 μmol/（g·h FW）]，NH4+濃度為1.66 mmol/L時，吸收速率達到最大[6.08 μmol/（g·h FW）]。NH4+最大吸收速率較NO3-最大吸收速率高255.56%，說明在2種氮源同時存在時，咖啡對NH4+的最大吸收速率顯著大于對NO3-的最大吸收速率。

與單一氮源相比，2種氮源同時存在時，咖啡對NO3-的最大吸收速率是以KNO3為氮源時的44%，但對NH4+的最大吸收速率與以（NH4）2SO4為氮源時相差較小，并且達到最大吸收速率時，以NH4NO3為氮源的NH4+濃度小于以（NH4）2SO4為氮源時的NH4+濃度。說明銨態(tài)氮會抑制硝態(tài)氮的吸收，降低硝態(tài)氮最大吸收速率，硝態(tài)氮促進銨態(tài)氮的吸收。

2.3 不同形態(tài)氮素比例對咖啡葉片葉綠素含量的影響

營養(yǎng)液中銨硝比從10∶0（全部為銨態(tài)氮）至0∶10（全部為硝態(tài)氮）的過程中，葉綠素含量呈現(xiàn)“M”型曲線變化。葉綠素a含量以銨硝比3∶7時最高，其次為7∶3，最低為0∶10（表1）；葉綠素b含量以銨硝比3∶7時最高，其次為7∶3，最低為10∶0；葉綠素總含量以銨硝比3∶7時最高，其次為7∶3，最低為0∶10。說明不同銨硝配比對咖啡葉片葉綠素含量產(chǎn)生顯著影響，全為銨態(tài)氮或全為硝態(tài)氮時均會抑制葉片葉綠素含量的增加。

2.4 不同形態(tài)氮素比例對咖啡生長干物質(zhì)重量的影響

營養(yǎng)液中銨硝比從10∶0（全部為銨態(tài)氮）至0∶10（全部為硝態(tài)氮）的變化過程中，咖啡根系干物質(zhì)重量隨硝態(tài)氮增多而持續(xù)增加（表2），但咖啡葉片、莖與全株干物質(zhì)重量變化趨勢不同。當(dāng)銨硝比10∶0時，葉片、莖、根與全株干物質(zhì)重量均為最??；當(dāng)銨硝比7∶3 時，葉片和莖干重分別達到最大值（分別為1.92，0.68 g/株），之后隨硝態(tài)氮的增加而降低。

株高以銨硝比5∶5最高，其次為7：3，最低為0∶10；莖粗以銨硝比7∶3時最高，其次為10∶0，最低為0∶10；葉面積以銨硝比3∶7時最高，其次為0∶10，最低為10∶0。說明不同銨硝配比對咖啡形態(tài)指標產(chǎn)生顯著影響。

2.5 不同形態(tài)氮素比例對咖啡植株全氮含量的影響

通過測量植株體內(nèi)N元素的含量，分析不同銨硝比對咖啡植株氮含量影響。從表3可以看出，隨著硝態(tài)氮比例提高，葉片和莖氮含量下降；根氮含量變化趨勢與葉片不一致。根氮含量以銨硝比3∶7時最高，其次為7∶3，最低為0∶10；葉片氮含量以銨硝比10∶0時最高，其次為7∶3，最低為0∶10；莖氮含量以銨硝比10∶0時最高，其次為5∶5，最低為0∶10。說明不同銨硝配比對咖啡各器官氮含量產(chǎn)生顯著影響。銨態(tài)氮比例的提高顯著增加了咖啡地上部氮含量，抑制了地下部分氮含量的增加，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮過高均會抑制根系氮含量的增加。

3 討論與結(jié)論

離子吸收是作物吸收礦物質(zhì)營養(yǎng)過程中極其重要的環(huán)節(jié)。在水稻[12]、燕麥[13]、蔬菜[8]等作物上，都已證明作物對NH4+和NO3-的吸收存在明顯的差異。本研究結(jié)果表明，在單一形態(tài)氮素條件下，咖啡對NH4+的最大吸收速率大于對NO3-的最大吸收速率。當(dāng)2種形態(tài)氮素同時存在時，銨態(tài)氮會抑制硝態(tài)氮的吸收，降低硝態(tài)氮的最大吸收速率，硝態(tài)氮促進銨態(tài)氮的吸收。與單一形態(tài)氮素相比，2種氮源同時存在時，對NO3-的最大吸收速率產(chǎn)生顯著影響，但對NH4+最大吸收速率影響較小，并且達到最大吸收速率時，以NH4NO3為氮源時NH4+濃度小于以（NH4）2SO4為氮源時的NH4+濃度。說明咖啡對不同形態(tài)氮吸收存在顯著差異，這與在其他作物上的研究結(jié)果一致[14]。

本研究結(jié)果表明，在其它養(yǎng)分形態(tài)與濃度一定的條件下，隨著銨硝比從10∶0至0∶10，咖啡葉綠素含量呈現(xiàn)“M”型曲線變化；葉片、莖與全株干物質(zhì)重量呈拋物線型變化，而咖啡根系干物質(zhì)重量呈直線上升趨勢，說明不同銨硝比對咖啡形態(tài)指標產(chǎn)生影響。銨態(tài)氮促進地上部分生長，但濃度過高，反而抑制葉綠素含量和地上部分生長；硝態(tài)氮的增加有利于根系的生長，促進地下部分的生長，但抑制了咖啡植株葉、莖等地上部分的生長，從而影響咖啡的生長。

銨態(tài)氮肥被施入土壤后發(fā)生硝化反應(yīng)形成硝態(tài)氮肥。中國咖啡主要種植在海南、云南省，土壤呈酸性，硝化反應(yīng)相對較慢，因此施銨態(tài)氮肥后，在一定時期內(nèi)土壤同時存在NH4+和NO3- 2種形態(tài)氮肥，可以有效促進咖啡生長。所以咖啡施肥宜施銨態(tài)氮肥，減少硝態(tài)氮復(fù)合肥使用量。在強酸性的咖啡園，土壤pH低，硝化能力弱，可以用石灰適當(dāng)提高土壤pH，提高土壤硝化能力，促進銨態(tài)氮肥的轉(zhuǎn)化，使NH4+與NO3-的比例保持在一定范圍內(nèi)，進而提高咖啡園肥料利用率。

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