保水劑與尿素混施對(duì)土壤氮素保持和葡萄利用的影響

賈名波，于夢(mèng)，曹耀鵬，邵小杰

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018)

氮素作為果樹(shù)必需礦質(zhì)元素中的核心元素，是蛋白質(zhì)和葉綠素的主要組成成分，適量施用氮肥能夠提高葉片的光合速率，促進(jìn)果樹(shù)器官的分化和樹(shù)體建成，延長(zhǎng)葉片功能期[1]，提高果樹(shù)產(chǎn)量，并改善果實(shí)品質(zhì)[2,3]。但是過(guò)量施氮、集中施氮在葡萄生產(chǎn)中普遍存在，部分產(chǎn)區(qū)還存在春季一次施氮肥的現(xiàn)象，這不但會(huì)導(dǎo)致植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)旺、果實(shí)品質(zhì)下降，還會(huì)加劇土壤中氮素淋溶，造成氮素利用率降低和環(huán)境污染。在水稻[4]、玉米[5]、蘋(píng)果[6]上的研究表明，分次施肥較一次性施肥可提高肥料利用率、增加產(chǎn)量和改善品質(zhì)，但分次施肥生產(chǎn)成本提高，加上目前勞動(dòng)力短缺，生產(chǎn)上分次施肥實(shí)施困難。

保水劑(Super absorbent polymer, SAP)，又稱土壤保水劑，是一種利用強(qiáng)吸性樹(shù)脂制成的具有超高吸水、保水能力的高分子聚合物。吸水后的水凝膠可緩慢釋放水分供作物利用[7]，同時(shí)具有改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤吸水、保水和保肥的能力，在國(guó)內(nèi)外逐漸得到廣泛應(yīng)用[8,9]。目前許多保水劑被用來(lái)控制氮肥養(yǎng)分的吸附與釋放[11]，保水劑降低了土壤氮素淋失，提高了脲酶活性和植物吸收氮素的能力，具有明顯保肥效果[12]。另有研究表明，在不同氮肥種類中，保水劑對(duì)尿素有更強(qiáng)的吸持能力，緩釋效果明顯[13,14]。尿素與保水劑配施，水肥調(diào)控達(dá)到最好，尿素對(duì)保水劑吸水性能影響最小，尿素的氨揮發(fā)量最小[14,15]。因此，筆者以釀酒葡萄赤霞珠為試材，采用保水劑吸附尿素的施肥方式，研究其對(duì)土壤氮素保持及葡萄氮素利用的影響，以期為保水劑在葡萄施肥上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及處理

本研究于2013～2014年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)核心示范園進(jìn)行。供試葡萄品種為3年生自根赤霞珠，株行距為1m×2m。試驗(yàn)前測(cè)定土壤的基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)，取葡萄基地0～40cm土壤作為試驗(yàn)研究地肥沃程度的指標(biāo)，有機(jī)質(zhì)含量12.09g/kg，全氮1.28g/kg，速效氮106.28mg/kg，速效磷59.92mg/kg，速效鉀58.73mg/kg。

保水劑為BJ2101L型交聯(lián)聚丙烯酰胺保水蓄肥改土劑(丙烯酰胺-丙烯酸鉀共聚物，英文為CL-PAM-K，縮寫(xiě)為保水劑)，由北京漢力淼新技術(shù)有限公司生產(chǎn)，直徑約5mm左右。試驗(yàn)前按照保水劑∶尿素∶水=1∶20∶200的比例制備保水劑吸附尿素，將保水劑放入尿素溶液中，待吸附完全后施入土壤。

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，分別為：①B+N。保水劑吸附尿素87.46g，5月1日新梢旺長(zhǎng)期施入。②N。尿素87.46g，5月1日新梢旺長(zhǎng)期一次性施入。③NF。尿素87.46g，分5次施入，分別為5月1日新梢旺長(zhǎng)期15%、6月1日坐果期15%、7月1日果實(shí)膨大期40%、8月1日轉(zhuǎn)色期10%、9月1日成熟期20%。④CK。不施氮肥。選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的植株，每處理10株，單株為1次重復(fù)。各處理均在新梢旺長(zhǎng)期一次性施入磷鉀肥，不再施其他肥料，常規(guī)管理。

1.2 測(cè)定方法及數(shù)據(jù)處理

土壤堿解氮采用凱氏定氮法測(cè)定；植株全氮采用濃硫酸-過(guò)氧化氫(H2SO4-H2O2)消煮法、凱氏定氮法測(cè)定；土壤pH值用pH510型臺(tái)式pH儀測(cè)定；脲酶活性測(cè)定采用苯酚鈉比色法；干物質(zhì)量使用電子天平測(cè)定。計(jì)算氮累積量及氮肥利用率。氮累積量(g/plant )=干物質(zhì)量(g/plant )×氮含量(%)/100；氮肥利用率(%)=(施氮區(qū)吸氮量-不施氮區(qū)吸氮量)/氮肥用量×100。

采用Microsoft excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮方式對(duì)土壤性狀的影響

2.1.1對(duì)土壤堿解氮含量的影響 由圖1可知，0～20cm、20～40cm土層的土壤堿解氮含量規(guī)律比較一致，除分次施入NF處理外，其余各處理土壤堿解氮含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中以一次性施入N處理的下降速度最快，B+N保水劑吸附尿素處理的堿解氮下降趨勢(shì)變緩。0～20cm土層的堿解氮含量各處理間差異較大，各處理的顯著大于對(duì)照，NF處理的土壤堿解氮含量一直穩(wěn)定在較高水平，至10月1日其堿解氮含量與對(duì)照相比增加136.31%。N處理的土壤堿解氮到10月1日比6月1日減少50%左右。B+N處理的土壤堿解氮也一直呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但是下降速度相對(duì)N處理慢。到成熟期土壤堿解氮含量大小順序?yàn)椋篘F>B+N>N>CK。20～40cm土層堿解氮含量明顯低于0～20cm，變化規(guī)律總體與0～20cm土層相似，但下降趨勢(shì)變小，且各處理間差異減小。因此，保水劑吸附尿素后能夠降低氮素的淋溶，使氮素維持在葡萄根系附近。

圖1 不同施氮方式下土壤堿解氮含量變化

2.1.2對(duì)土壤pH值的影響 不同施氮處理均不同程度地提高了土壤pH值，不同處理間pH升高趨勢(shì)不完全一致(圖2)。其中N處理的前期相比于其他處理升高效果顯著，但是后期由于尿素的減少，土壤pH值迅速下降，10月1日的pH值比6月1日下降約9.38%，此規(guī)律與其土壤堿解氮規(guī)律類似。NF處理的一直保持較高的上升趨勢(shì)，至10月1日顯著高于其他處理。保水劑的施入使尿素分解速率降低，pH值變化比較平緩，與對(duì)照間差異不顯著。20～40cm的土壤pH變化規(guī)律與0～20cm的相似，但保水劑處理的土壤pH值顯著高于對(duì)照。

2.1.3對(duì)土壤脲酶活性的影響 由圖3可知，隨著土壤深度的增加，土壤脲酶活性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，各施肥處理均顯著增加了土壤脲酶活性。其中NF處理的脲酶活性一直比較穩(wěn)定，后期還有一定提高。其他處理脲酶活性前期較高，但8月1日以后下降趨勢(shì)明顯。10月1日數(shù)據(jù)與6月1日數(shù)據(jù)相比，0～20cm土層各處理下降幅度均在60%以上，20～40cm土層各處理降幅也在60%左右。大多數(shù)時(shí)期保水劑與尿素混施處理的土壤脲酶活性顯著高于其他處理。

圖2 不同施氮方式土壤pH變化

圖3 不同施氮方式土壤脲酶活性變化

2.2 施氮方式對(duì)赤霞珠葡萄植株的影響

2.2.1對(duì)葡萄葉氮素營(yíng)養(yǎng)的影響 葉片與葉柄中的全氮含量變化趨勢(shì)存在較大差異，葉片中的全氮含量顯著高于葉柄，各施肥處理的氮含量均高于對(duì)照。葉柄：B+N處理的葉柄全氮含量先下降，自7月1日開(kāi)始上升，至10月1日升至1.48%左右。NF處理6月1日至7月1日有一個(gè)較顯著的上升過(guò)程，增幅達(dá)37.08%，隨后一直穩(wěn)定在較高的水平。而N處理前期有一個(gè)顯著的下降過(guò)程，后期有小幅下降。葉片：6月1日至7月1日，各處理的葉片全氮含量均有所上升，其中N處理全氮含量最高，其次是B+N處理。7月1日之后，N處理的全氮含量一直呈現(xiàn)較明顯的下降趨勢(shì)，而B(niǎo)+N處理在8月1日之前仍有一個(gè)上升過(guò)程，隨后再進(jìn)入下降過(guò)程。NF處理變化幅度相對(duì)較小(圖4)。

圖4 不同施氮方式赤霞珠葉氮素營(yíng)養(yǎng)的變化

2.2.2對(duì)落葉期干物質(zhì)累積量的影響 由圖5可知，保水劑吸附尿素處理B+N各器官的干物質(zhì)累積量均維持在較高水平，顯著高于其他處理。多年生枝、根和果實(shí)的干物質(zhì)累積量，各處理的規(guī)律相似，即 B+N>NF>N>CK，而葉片的干物質(zhì)累積量各處理間無(wú)顯著性差異。各處理間當(dāng)年生枝的干物質(zhì)累積量差異非常大，其中B+N處理最高，其次是N處理，再次是NF處理，CK最低。就整株總的干物質(zhì)累積來(lái)看：B+N>NF>N>CK，其中NF和N處理之間無(wú)顯著性差異。

圖5 不同施氮方式植株各器官的干物質(zhì)累積量比較

注：柱上不同小寫(xiě)字母表示在5%水平差異顯著，下同。

2.2.3對(duì)落葉期各器官氮含量與累積量的影響 葡萄各器官氮含量規(guī)律和累積量規(guī)律呈現(xiàn)相似性，氮素的含量和累積量都是葉片中最高，葉片是吸收和累積氮素的關(guān)鍵器官。葉片和果實(shí)中的氮含量規(guī)律比較一致：B+N處理和NF處理的氮含量最高，其次是N處理，CK最低。當(dāng)年生枝中的氮含量各施肥處理間無(wú)顯著性差異，但均高于對(duì)照。多年生枝和根中的氮含量規(guī)律相似，NF和N處理的氮含量較高，其次是保水劑與尿素混施處理，對(duì)照最低。葉片和果實(shí)的氮素累積量規(guī)律與其氮素含量規(guī)律相似。各處理當(dāng)年生枝中的氮素累積量差異較大，B+N處理累積的氮素最高，為CK處理的2.85倍，其次是NF和N處理的氮素累積量，分別為CK處理2.08倍和2.22倍。當(dāng)年生枝和根中的氮素累積量規(guī)律相似，大小順序?yàn)镹F>B+N>N>CK，且各處理間差異較小(圖6)。

2.2.4對(duì)氮素利用率的影響 肥料的表觀利用率能很好地反映作物對(duì)化肥養(yǎng)分的吸收狀況，是中國(guó)學(xué)術(shù)界和政府關(guān)注的焦點(diǎn)[16]。通過(guò)試驗(yàn)得知(表1)，各施肥處理當(dāng)季氮素利用率大小順序?yàn)椋築+N>NF>N，保水劑吸附氮素處理B+N提高了氮素利用率，比一次性施氮處理N提高了7個(gè)百分點(diǎn)。同時(shí)分次施氮NF的氮素利用率也比較高，比一次性施氮處理提高了5～6個(gè)百分點(diǎn)。保水劑吸附尿素的施肥方式與分次施肥的氮肥利用率相近。

圖6 不同施肥方式葡萄植株各器官的氮含量

氮素累積量(g/plant)當(dāng)季施氮量(g/plant)氮肥表觀利用率(%)CK14.17--NF22.3949.4716.63B+N23.1949.4718.25N19.6949.4711.16

3 討論

土壤堿解氮包括無(wú)機(jī)態(tài)氮(銨態(tài)氮、硝態(tài)氮)及易水解的有機(jī)態(tài)氮，其中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是速效氮，是脲酶與尿素反應(yīng)后的終產(chǎn)物[17]。保水劑與尿素的混施有助于土壤對(duì)氮素的保持，使土壤堿解氮含量比較穩(wěn)定，這與眾多在保水劑上的研究結(jié)果一致[18,19]。后期土壤堿解氮含量有所下降，這可能由于夏季雨水較多，對(duì)尿素的淋溶較多，導(dǎo)致了后期尿素含量降低，因此保水劑對(duì)肥料的緩釋效果還要充分考慮當(dāng)季的降水量等天氣因素。張為政指出脲酶活性的變化與土壤氮素狀況及土壤理化特性有關(guān)[20]，其活性大小可以反映土壤肥力的微小變化。保水劑的應(yīng)用使脲酶活性一直保持在較高水平，說(shuō)明保水劑改善了土壤的理化性質(zhì)，同時(shí)對(duì)土壤氮素有很好的保持作用。有研究表明尿素施入土壤后能夠快速引起土壤pH的升高[21]，但是保水劑與吸附尿素之后，對(duì)尿素的緩釋效果使土壤pH比較穩(wěn)定。

雖然對(duì)于葡萄植株?duì)I養(yǎng)診斷，用葉片或葉柄國(guó)內(nèi)外看法不一致，但研究普遍認(rèn)為葡萄的葉片及葉柄的元素含量能夠反映樹(shù)體的養(yǎng)分需求情況[22]，保水劑吸附尿素之后完全可以滿足葡萄對(duì)氮素的需求，尤其是后期的持續(xù)供氮能力，在葉柄中保水劑處理的效果甚至比分次施尿素處理更好。關(guān)于緩控釋肥能夠顯著提高肥料利用率的研究較多[23,24]，本試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)保水劑吸附尿素之后能夠顯著提高尿素的肥料利用率，且其效果超出了分次施肥處理。

科學(xué)簡(jiǎn)化施肥是未來(lái)科學(xué)施肥的目標(biāo)和方向[25]，保水劑對(duì)尿素能夠起到很好的緩釋作用，一次施入完全能夠滿足作物對(duì)氮素的需求，與氮素分次施入處理相比大大減少了勞動(dòng)成本，同時(shí)由于保水劑本身對(duì)土壤的改良作用，使赤霞珠葡萄能夠更好的生長(zhǎng)。

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