不同硝銨比對(duì)油菜生長(zhǎng)、生理與產(chǎn)量的影響

唐偉杰，官春云，林良斌，李麗萍，張振華，王 峰，肖 鋼，李 博，劉屹湘

（1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家油料改良中心湖南分中心，湖南長(zhǎng)沙 410128；2 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，云南昆明 650201）

氮是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素。植物吸收利用的氮素形態(tài)是以硝態(tài)氮 () 和銨態(tài)氮() 為主的無(wú)機(jī)氮，其中吸收的和占陰、陽(yáng)離子吸收總量的70%左右[1]。植物對(duì)和NH4+吸收和利用的機(jī)理不盡相同[1]，并且植物吸收氮素的形態(tài)也會(huì)影響植物生長(zhǎng)、生理過(guò)程，如干物質(zhì)積累、根系形態(tài)、光合作用、氮素同化等[2–4]。因此，科研人員開(kāi)展了不同形態(tài)氮素對(duì)植物生長(zhǎng)、生理影響的研究，但由于植物種類、品種或基因型、生育期、環(huán)境條件不同等原因而得出的結(jié)論不盡相同。例如：有的植物如水稻、枇杷、香蕉等偏好銨態(tài)氮，在銨態(tài)氮環(huán)境下生長(zhǎng)更好[5–7]，而有的植物如小麥、柑橘、番茄等偏好硝態(tài)氮，在硝態(tài)氮環(huán)境下生長(zhǎng)更好[8–10]。

油菜是世界第二大油料作物，對(duì)氮肥需求量較大，合理施用氮肥能顯著提高油菜籽粒產(chǎn)量[11]，同時(shí)不同油菜品種對(duì)氮素利用效率存在明顯的基因型差異[12]。我國(guó)油菜種植區(qū)域廣泛，在大田、山地中均有種植，但不同土壤類型中氮形態(tài)、氮含量等也不同。在南方稻油、稻稻油輪作的偏酸性水田土壤中多以銨態(tài)氮為主，而在云南山地、北方旱地土壤中多以硝態(tài)氮為主[1]。目前，對(duì)油菜氮肥研究多從不同施氮水平對(duì)油菜產(chǎn)量影響角度展開(kāi)，而有關(guān)不同形態(tài)氮肥及配施對(duì)不同氮效率油菜生長(zhǎng)、生理、籽粒產(chǎn)量、油產(chǎn)量影響研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本文通過(guò)砂培試驗(yàn)，研究不同比例硝態(tài)氮和銨態(tài)氮配施對(duì)已篩選出的不同氮效率油菜品種湘油15 (氮高效) 和814 (氮低效) 全生育期生長(zhǎng)、生理與產(chǎn)量的影響，旨在為油菜生產(chǎn)中氮肥合理施用，促進(jìn)油菜高產(chǎn)、高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試油菜品種為氮高效油菜品種湘油15和氮低效品種814，由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家油料中心湖南改良分中心提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年9月—2017年4月在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)科中心大棚試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。為防止轉(zhuǎn)化為，試驗(yàn)選用30 cm × 30 cm塑料盆缽進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)液澆灌的砂培試驗(yàn) (石英砂)，并在各處理營(yíng)養(yǎng)液中加入10 μmol/L的等量硝化抑制劑 (DCD)。在同一氮濃度下，試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)硝銨比處理，摩爾比例分別為：100/0 (N1)、75/25 (N2)、50/50 (N3)、25/75 (N4)、0/100 (N5)。于2016年9月25日采用育苗盤(pán)播種育苗，11月2日移栽，每缽移苗一棵，每個(gè)處理30缽，2個(gè)品種5個(gè)處理共300個(gè)生長(zhǎng)缽。

以Hoagland完全營(yíng)養(yǎng)液[13]為基礎(chǔ)并改進(jìn)后進(jìn)行澆灌培養(yǎng)，營(yíng)養(yǎng)液中N素濃度為15 mmol/L，不同形態(tài)氮肥處理分別用KNO3和 (NH4)2SO4進(jìn)行配置，營(yíng)養(yǎng)液中大量元素組成成分見(jiàn)表1。微量元素營(yíng)養(yǎng)液成分為：B 1.0 mg/L、Mn 0.5 mg/L、Zn 0.05 mg/L、Cu 0.02 mg/L、Mo 0.01 mg/L。每五天澆灌一次營(yíng)養(yǎng)液，為防止Ca2+與、反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，CaCl2單獨(dú)澆灌，各處理總施氮量均為每生長(zhǎng)缽4.2 g純氮，于初花期前將所有營(yíng)養(yǎng)液全部施入基質(zhì)中。

表1 營(yíng)養(yǎng)液組成成分Table 1 Composition of hydroponic solution

1.3 取樣與測(cè)定方法

分別于油菜移栽后70 d (苗期)、130 d (花期)、180 d (收獲期) 收獲全株。每處理取5株植株，先用蒸餾水多次清洗，去除地上部塵土和根系上的養(yǎng)分離子，用根系掃描儀 EPSON(PER-FECTION C700)對(duì)根進(jìn)行掃描，用WinRHIZO PRO2009軟件進(jìn)行分析，獲得植株總根長(zhǎng)、根系總表面積、根系平均直徑、根總體積等數(shù)據(jù)。根、莖、葉、角果 (花) 在105℃下殺青30min，80℃烘干至恒重，測(cè)定生物量，磨碎過(guò)篩后測(cè)定氮含量。籽粒于50℃烘干至恒重，測(cè)定生物量和氮含量，并在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家油料改良中心湖南分中心用近紅外反射光譜法測(cè)定籽粒油分含量。

1) 光合作用參數(shù)測(cè)定：于苗期、花期取樣前的晴天上午9:00—11:30，使用Li-6400便攜式光合作用測(cè)定儀測(cè)定各處理5株長(zhǎng)勢(shì)一致植株功能葉片 (倒3、4葉) 的凈光合速率 (Pn)、氣孔導(dǎo)度 (Gs)、細(xì)胞間CO2濃度 (Ci)。測(cè)定時(shí)使用紅藍(lán)光源葉室，采用開(kāi)放式氣路，設(shè)置光照強(qiáng)度為1500 μmol/(m2·s)，葉溫20℃。同時(shí)采用葉綠素儀測(cè)定葉片葉綠素含量(SPAD值)，每株測(cè)定其功能葉片 (倒3、4葉)2片。測(cè)定每葉片選取6個(gè)測(cè)定部位，每部位測(cè)1次數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)的平均值作為該單株的SPAD值[14]。

2) 氮含量的測(cè)定：植株總氮含量測(cè)定采用濃H2SO4–H2O2消煮，微量凱氏定氮儀測(cè)定總氮[15]。氮累積量 = 干物質(zhì)量 × 氮含量。地上部的氮含量和氮累積量根據(jù)莖、葉、角果 (花)、籽粒的干物質(zhì)量、氮含量和氮累積量換算而來(lái)。

3) 油菜籽粒產(chǎn)量相關(guān)性狀測(cè)定，主要指標(biāo)包括：籽粒產(chǎn)量、含油量、油產(chǎn)量。油產(chǎn)量 = 籽粒產(chǎn)量 × 含油量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均為5次重復(fù)的平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)誤。用SPSS (22.0) 軟件進(jìn)行ANOVA統(tǒng)計(jì)分析，Duncan's法檢驗(yàn)處理間差異顯著性 (P ＜ 0.05)，并對(duì)同一氮素形態(tài)處理下湘油15和與814品種之間各指標(biāo)的差異作t檢驗(yàn) (P ＜ 0.05)。用Sigmaplot 12.5軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同形態(tài)氮肥對(duì)油菜生物量的影響

不同形態(tài)氮肥處理對(duì)油菜全生育期生長(zhǎng)影響差異顯著 (圖1)。與單施硝態(tài)氮相比，單施銨態(tài)氮顯著降低了湘油15 (氮高效) 和814 (氮低效) 全生育期地上部和根的生物量。氮肥處理中當(dāng)銨態(tài)氮比例超過(guò)50%時(shí)顯著降低了湘油15和814全生育期地上部和根的生物量。苗期814地上部生物量則隨著氮肥中銨態(tài)氮比例增加呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)銨態(tài)氮比例為25%時(shí)最高，而后顯著降低。苗期不同氮效率油菜根部的干物質(zhì)積累均呈現(xiàn)相同規(guī)律，即隨著銨態(tài)氮比例的增加先升高而后降低，與N1處理相比，N2處理更有利于油菜根系干物質(zhì)積累?；ㄆ?、收獲期時(shí)，N1、N2處理下不同氮效率品種地上部和根的生物累量均顯著高于N3、N4、N5處理。氮高效品種湘油15和氮低效品種814的干物質(zhì)積累差異在不同生育期均呈相似規(guī)律。苗期和花期，N1、N3處理下湘油15地上部和根的生物量顯著高于814；收獲期，N1、N2、N3、N4處理下湘油15地上部和根的生物量顯著高于814。

2.2 不同形態(tài)氮肥對(duì)油菜根系構(gòu)型的影響

植物根系構(gòu)型即根系在其生長(zhǎng)介質(zhì)中的生長(zhǎng)與分布直接影響著植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。苗期不同形態(tài)氮肥對(duì)油菜根系構(gòu)型影響差異顯著 (表2)。氮高效油菜品種湘油15和氮低效品種814的根長(zhǎng)、根表面積、根體積均隨著氮肥中銨態(tài)氮比例的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在N2處理時(shí)最大，然后隨著銨態(tài)氮比例的增加而顯著降低。N1、N2、N3、N4處理下氮高效品種湘油15的根長(zhǎng)和根表面積、根體積均顯著高于氮低效品種814。其中，N1、N2、N3、N4處理下，湘油15的根長(zhǎng)、根表面積和根體積分別是 814 的 1.41、1.12、1.54、1.88，1.51、1.16、1.25、1.52 和 1.63、1.18、1.29、1.23倍。

收獲期不同形態(tài)氮肥對(duì)油菜根系形態(tài)具有顯著影響 (表2)。單施銨態(tài)氮 (N5處理) 顯著降低了油菜根長(zhǎng)、根表面積、根體積。N1、N2處理下湘油15和814的根長(zhǎng)、根表面積和根體積均顯著高于N3、N4、N5處理。氮高效油菜品種湘油15在各氮肥處理下的根長(zhǎng)、根表面積、根體積均顯著高于814。與苗期相比，收獲期N1、N2、N3、N4、N5處理下湘油15根長(zhǎng)分別增加至1.87、1.34、2.01、3.19、4.37倍，收獲期N1、N3、N4、N5處理下814根長(zhǎng)分別增加至1.35、1.45、3.58、2.21倍，814在N2處理下根長(zhǎng)降低。與根長(zhǎng)相比，湘油15和814的根表面積、根直徑、根體積增幅較小或略有降低。

圖1 各生育期供應(yīng)不同硝銨比氮肥的油菜生物量Fig. 1 Biomass of oilseed rapes supplied with different ratios at different growth periods

表2 苗期和收獲期供應(yīng)不同硝銨比氮肥油菜的根系構(gòu)型Table 2 Root architectures of oilseed rape treated with different ratios at the seedling and harvest period

表2 苗期和收獲期供應(yīng)不同硝銨比氮肥油菜的根系構(gòu)型Table 2 Root architectures of oilseed rape treated with different ratios at the seedling and harvest period

注（Note）： N1～N5 處理硝態(tài)氮/銨態(tài)氮摩爾比例依次為 100/0、75/25、50/50、25/75 和 0/100 The NO3–/NH4+ ratio from N1 to N5 was 100/0, 75/25, 50/50, 25/75 and 0/100 in mole；同列數(shù)字后不同字母表示同一品種同一生育期不同處理間差異顯著 Values followed by different letters indicate significantly different among treatments for the same cultivar at the same growth period (P ＜ 0.05)；* 表示同一氮肥處理同一生育期不同品種間差異顯著 Indicates significantly different between cultivars under the same treatment at the same growth period (P ＜ 0.05).

品種Cultivar處理Treatment根長(zhǎng) (cm)Root length根表面積 (cm2)Root surface根直徑 (mm)Root diameter根體積 (cm3)Root volume苗期Seedling收獲期Harvest苗期Seedling收獲期Harvest苗期Seedling收獲期Harvest苗期Seedling收獲期Harvest湘油15 Xiangyou 15 N1 33760.3 b* 63028.7 a* 2729.6 b* 3962.4 a* 0.2657 b 0.1981 b 17.81 b* 20.52 a*N2 46023.9 a* 61632.8 a* 4271.4 a* 3885.3 a* 0.2826 b 0.2045 b 31.26 a* 19.67 a*N3 20999.9 c* 42130.8 b* 1758.9 c* 2739.6 b* 0.2960 b 0.2127 ab 14.91 b* 14.36 b*N4 9975.5 d* 31785.7 c* 961.0 d* 2211.5 b* 0.3057 b 0.2239 a 7.39 c* 12.41 b*N5 3092.6 e 13503.3 d* 327.1 e 946.4 c* 0.3882 a 0.2273 a 2.90 d 5.33 c*814 N1 24022.1 b 32523.6 a 1805.0 b 2561.5 a 0.2405 c 0.2384 a* 10.90 b 15.70 a N2 41144.3 a 31198.2 a 3691.8 a 2495.6 a 0.2842 b 0.2410 a* 26.44 a 16.08 a N3 13636.0 c 19720.2 b 1401.9 c 1461.2 b 0.3320 a* 0.2398 a* 11.53 b 8.82 b N4 5307.1 d 19004.8 b 632.5 d 1246.8 b 0.3809 a* 0.2090 b 6.01 c 6.53 b N5 4002.8 e 8837.1 c 349.4 e 569.0 c 0.3527 a 0.2060 b 3.40 d 2.92 c

2.3 不同形態(tài)氮肥對(duì)油菜光合作用的影響

與單施硝態(tài)氮相比，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮配施顯著增加了苗期湘油15和814葉片的葉綠素含量 (SPAD值) 和凈光合速率，單施銨態(tài)氮顯著降低苗期油菜的葉綠素含量和凈光合速率 (表3)。在試驗(yàn)過(guò)程中，雖然銨態(tài)氮、硝態(tài)配施增加了N3、N4處理油菜葉片的葉綠素含量，但葉片面積顯著小于N1處理，因此N3、N4處理油菜葉片光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物要小于N1處理。此外，N1、N2、N3處理下湘油15葉片的SPAD值、凈光合速率、胞間CO2濃度顯著高于814。

花期單施銨態(tài)氮處理下湘油15和814葉片的葉綠素含量 (SPAD值) 和凈光合速率顯著高于單施硝態(tài)氮處理 (表3)。這可能與基質(zhì)中部分銨態(tài)氮在微生物作用下轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮有關(guān)，花期時(shí)N5處理基質(zhì)中可能含有部分硝態(tài)氮，同時(shí)試驗(yàn)過(guò)程中筆者觀察發(fā)現(xiàn)814品種在N5處理下葉片數(shù)和總?cè)~面積顯著小于其他氮肥處理，因此814單位葉面積的葉綠素含量(SPAD值) 顯著高于其他處理，但由于N5處理植株葉片總?cè)~面積顯著小于其他處理，因此油菜光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物總量還是偏小。花期在各氮肥處理下，氮高效品種湘油15葉片的SPAD值、凈光合速率、胞間CO2濃度顯著高于氮低效品種814。

2.4 不同形態(tài)氮肥對(duì)油菜氮含量和氮累積量的影響

各氮肥處理下，湘油15、814地上部和根的氮含量均隨著油菜生育期的推進(jìn)呈降低的趨勢(shì) (圖2)，苗期最高，花期次之，收獲期最低。苗期時(shí)N3、N4、N5處理下，湘油15和814苗期植株地上部和根的氮含量均顯著高于N1、N2處理，至花期時(shí)湘油15和814根的氮含量均為N5處理最高。收獲期N5處理下，湘油15和814根的氮含量仍顯著高于其他處理。苗期、花期時(shí)，各氮肥處理下不同氮效率油菜間地上部和根的氮含量差異不明顯。收獲期時(shí)N1、N2、N3、N4處理下，814地上部和根的氮含量顯著高于湘油15。

隨著生育期的推進(jìn)，各氮肥處理油菜地上部和根的氮累積量均呈現(xiàn)先增加而后降低的趨勢(shì) (圖3)，花期時(shí)油菜氮累積量最高，而后少量降低。不同形態(tài)氮肥處理對(duì)油菜氮累積影響差異顯著。當(dāng)銨態(tài)氮比例超過(guò)50%時(shí)顯著降低了油菜地上部和根的氮累積量。不同生育期，N1、N2處理下植株地上部和根的氮累積量顯著高于其他處理。不同生育期，湘油15地上部和根的氮累積量在N1、N2處理下無(wú)顯著差異。苗期品種814地上部和根的氮累積量在N2處理下最高；花期品種814地上部氮累積量在N2處理下最高，而根的氮累積量在N1和N2處理下顯著高于其他處理；收獲期品種814地上部和根的氮累積量在N1、N2處理下無(wú)顯著差異。不同氮效率油菜間，苗期湘油15根的氮累積量在N1、N3、N4處理下顯著高于品種814，花期湘油15地上部氮累積量在N1、N2、N3、N4處理下顯著高于品種814，收獲期在各氮肥形態(tài)處理下不同氮效率油菜間的氮累積量差異不顯著。

表3 苗期和花期供應(yīng)不同硝銨比氮肥對(duì)油菜光合作用的影響Table 3 Effects of different ratios on the photosynthesis of oilseed rape at the seedling and flowering period

表3 苗期和花期供應(yīng)不同硝銨比氮肥對(duì)油菜光合作用的影響Table 3 Effects of different ratios on the photosynthesis of oilseed rape at the seedling and flowering period

注（Note）：N1～N5 處理硝態(tài)氮/銨態(tài)氮摩爾比例依次為 100/0、75/25、50/50、25/75 和 0/100 The NO3–/NH4+ ratio from N1 to N5 was 100/0, 75/25, 50/50, 25/75 and 0/100 in mole；Pn—Net photosynthetic rate；Gs—Stomatal conductance；Ci—Intercellular CO2 concentration；LDW—Leaf dry weight; 同列數(shù)值后不同字母表示同一品種同一生育期不同處理間差異顯著 Values followed by different letters indicate significantly different among treatments for the same cultivar at the same growth period (P ＜ 0.05)；* 表示同一氮肥處理同一生育期不同品種間差異顯著 Indicates significantly different between cultivars under the same treatment at the same growth period (P ＜ 0.05).

處理Treatment SPAD 凈光合速率Pn [μmol/(m2·s)]氣孔導(dǎo)度Gs [mol/(m2·s)]胞間CO2濃度Ci (μmol/mol)葉干重LDW (g/plant)苗期Seedling花期Flowering苗期Seedling花期Flowering苗期Seedling花期Flowering苗期Seedling花期Flowering苗期Seedling花期Flowering湘油15 Xiangyou 15 N1 49.89 c* 50.20 b* 15.8 b* 17.0 b* 0.182 b 0.204 b* 220.8 b* 230.4 b 24.64 a* 8.28 a*N2 54.81 a* 53.60 a* 19.3 a* 19.0 a* 0.226 a 0.216 a* 239.5 a* 249.9 a* 24.34 a 9.03 a N3 51.40 b* 49.72 b* 17.1 b* 16.6 b* 0.198 b 0.207 b* 226.2 b* 224.0 b 9.81 b* 7.11 b*N4 52.48 b 49.83 b* 17.9 b 16.9 b* 0.200 b 0.206 b* 228.1 b 225.6 b 3.91 c 5.82 c*N5 46.50 d 52.20 a* 12.0 c 18.8 a* 0.102 c 0.214 a* 201.1 c 240.3 a 2.87 d 2.94 d 814 N1 46.63 b 46.90 b 14.8 bc 15.0 b 0.202 b 0.190 b 209.0 b 230.9 b 16.25 b 7.03 b N2 50.03 a 46.72 b 18.2 a 15.3 b 0.222 a 0.193 b 226.8 a 233.2 b 24.03 a 8.94 a N3 48.40 ab 46.74 b 15.9 b 15.8 b 0.190 b 0.192 b 199.5 ab 231.5 b 7.07 c 4.65 c N4 51.84 a 45.76 b 18.0 a 14.9 b 0.219 b 0.190 b 223.3 b 229.4 b 3.27 d 2.75 d N5 44.73 b 48.14 a 10.1 d 16.3 a 0.106 c 0.194 a 210.1 b 236.3 a 1.98 e 1.97 e

2.5 不同形態(tài)氮肥對(duì)油菜產(chǎn)量的影響

不同形態(tài)氮肥處理對(duì)油菜產(chǎn)量影響差異顯著 (表4)。N1、N2處理下，湘油15的籽粒產(chǎn)量和油產(chǎn)量顯著高于N3、N4、N5處理。814的籽粒產(chǎn)量和油產(chǎn)量則隨著氮肥處理中銨態(tài)氮比例的增加而先增高后降低，在N2處理時(shí)產(chǎn)量最高。從產(chǎn)量結(jié)果看，兩個(gè)品種對(duì)銨態(tài)氮、硝態(tài)氮表現(xiàn)有差異，這可能與兩個(gè)品種對(duì)硝態(tài)氮利用效率的高低有關(guān)。與單施硝態(tài)氮相比，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮配施顯著提高了籽粒含油量，這可能與單施硝態(tài)氮處理下油菜籽粒氮含量較高有關(guān)(表4)。同時(shí)，N1、N2、N3、N4處理下湘油15的籽粒產(chǎn)量、含油量、油產(chǎn)量均顯著高于品種814，而品種814的籽粒氮含量顯著高于湘油15。

3 討論

圖2 不同硝銨比下不同生育期油菜氮含量Fig. 2 N concentration of oilseed rape treated with different ratios at different growth periods

硝態(tài)氮和銨態(tài)氮都是油菜的主要氮源[11]，但油菜的適宜銨態(tài)氮/硝態(tài)氮配比及其對(duì)不同生育期、不同氮效率油菜品種的生長(zhǎng)、生理及產(chǎn)量的影響等問(wèn)題研究甚少。本研究發(fā)現(xiàn)無(wú)論是氮高效品種還是氮低效品種，在不同生育期時(shí) (苗期、花期、收獲期)，與單施硝態(tài)氮相比，單施銨態(tài)氮以及銨態(tài)氮比例超過(guò)50%時(shí)均顯著降低了油菜的生物產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量和油產(chǎn)量，抑制了油菜根系生長(zhǎng)，并顯著降低了油菜對(duì)氮的吸收和積累，表明過(guò)多的銨態(tài)氮對(duì)油菜是一種逆境，而100%硝態(tài)氮和75%硝態(tài)氮 + 25%銨態(tài)氮均為適宜油菜生長(zhǎng)的氮營(yíng)養(yǎng)環(huán)境。有研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于喜硝作物來(lái)說(shuō)，加入一定量的銨態(tài)氮可以促進(jìn)作物生長(zhǎng)[8]；對(duì)于喜銨作物來(lái)說(shuō)，加入一定量硝態(tài)氮可以促進(jìn)作物生長(zhǎng)[6]。本試驗(yàn)中，油菜在硝態(tài)氮下正常生長(zhǎng)，加入少量的銨態(tài)氮可促進(jìn)其生長(zhǎng)，而當(dāng)銨態(tài)氮比例超過(guò)50%時(shí)顯著抑制其生長(zhǎng)、降低產(chǎn)量。已有研究表明，對(duì)于大部分旱地作物，單施銨態(tài)氮肥或施用過(guò)多的銨態(tài)氮肥會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低[1]?？梢詺w為以下幾點(diǎn)原因：一是銨態(tài)氮肥會(huì)抑制作物對(duì)K+、Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子的吸收；二是銨態(tài)氮肥比例過(guò)高時(shí)，會(huì)抑制作物氮代謝關(guān)鍵酶活性，如硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶；三是過(guò)多銨態(tài)氮肥抑制作物生長(zhǎng)，減少葉面積，降低光合產(chǎn)物向根部運(yùn)輸量；四是硝態(tài)氮吸收進(jìn)入植物細(xì)胞內(nèi)可以大量?jī)?chǔ)存在液泡中，對(duì)植物是安全的，而銨態(tài)氮進(jìn)入植物細(xì)胞內(nèi)不能進(jìn)入液泡儲(chǔ)存，必須盡快與有機(jī)酸結(jié)合，形成氨基酸或酰胺，并造成植物細(xì)胞內(nèi)酸化，銨在植物體內(nèi)的積累對(duì)植物毒害作用較大，因此過(guò)高濃度的銨態(tài)氮容易對(duì)旱地作物產(chǎn)生銨毒作用[1,16]。綜上所述，可初步判定油菜為喜硝作物。本研究結(jié)果是在砂培條件下獲取的，在土培條件下，銨態(tài)氮可在微生物作用下發(fā)生硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，硝態(tài)氮不被土壤吸附易淋失和反硝化，二者處于動(dòng)態(tài)變化中，同時(shí)作物對(duì)銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的吸收還受土壤類型、土壤pH值、肥力水平、生育期等影響[1]。于飛等[17]利用盆栽試驗(yàn)研究了土壤pH為8.7的石灰性潮土中不同氮肥對(duì)甘藍(lán)型油菜“寧雜一號(hào)”生長(zhǎng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)初期，除硝酸鈣外，不同氮肥均顯著抑制油菜的生長(zhǎng)，氯化銨 ＞ 硫酸銨≈尿素 ＞ 硝酸銨，但隨著時(shí)間推移，各氮肥最終均顯著促進(jìn)油菜生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收，且不同氮肥的差異也逐漸減小。張萌[18]研究認(rèn)為，在pH為6.55的潴育型水稻土和pH為6.47的黃棕壤水稻土中，直播油菜“華油雜9號(hào)”籽粒產(chǎn)量在硝銨比為1∶3時(shí)最大，且增加銨態(tài)氮施用比例可以相對(duì)增加油菜干物質(zhì)量。因此，將本試驗(yàn)結(jié)果用于指導(dǎo)油菜施肥時(shí)，還需根據(jù)所處土壤環(huán)境及不同生育期土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的數(shù)量及比例，用兩種氮源肥料調(diào)控。

圖3 不同硝銨比下不同生育期油菜的氮累積量Fig. 3 N accumulation of oilseed rape treated with different ratios at different growth periods

同時(shí)，本研究表明硝態(tài)氮中添加少量銨態(tài)氮有利于油菜苗期生長(zhǎng)。本試驗(yàn)中，苗期在75%硝態(tài)氮 +25%銨態(tài)氮的氮肥處理下不同氮效率品種根系的根長(zhǎng)、根表面積、根體積均顯著高于其他處理，且湘油15根部干物質(zhì)累積量、品種814地上部和根部的干物質(zhì)累積量和氮累積量顯著高于其他處理。植物吸收硝態(tài)氮是一個(gè)需要更多能量參與的主動(dòng)吸收過(guò)程，吸收銨態(tài)氮可以減少自身能量的消耗[1]。苗期油菜干物質(zhì)積累較少，因此添加少量的銨態(tài)氮可以降低油菜能量消耗，促進(jìn)干物質(zhì)累積。同時(shí)，與單施硝態(tài)氮相比，銨態(tài)氮與硝態(tài)氮配施顯著增加了苗期植株葉片葉綠素含量 (SPAD值) 和凈光合速率 (表3)。此外，有研究認(rèn)為高濃度的硝態(tài)氮會(huì)導(dǎo)致植物 (尤其是雙子葉植物) 的缺鐵黃化，由于硝態(tài)氮的吸收使植物質(zhì)外體pH升高，降低了鐵營(yíng)養(yǎng)的有效性，抑制了Fe (Ⅲ) 的還原，使進(jìn)入共質(zhì)體的鐵減少，而添加一定比例的銨態(tài)氮能顯著改善植物的鐵營(yíng)養(yǎng)狀況，因?yàn)殇@態(tài)氮的吸收能使植物根際和質(zhì)外體pH降低，進(jìn)而提高鐵的有效性[19]。上述原因說(shuō)明與單施硝態(tài)氮相比，苗期施硝態(tài)氮添加少量的銨態(tài)氮有利于油菜生長(zhǎng)。本研究結(jié)果與其他研究有一致性。張樹(shù)杰等[20]通過(guò)水培試驗(yàn)研究認(rèn)為，供應(yīng)硝態(tài)氮時(shí)搭配少量的銨態(tài)氮更有利于中雙9號(hào)油菜幼苗生長(zhǎng)。Lu等[21]也發(fā)現(xiàn)，與硝態(tài)氮為單一氮源相比，番茄幼苗根系和地上部干重在75%硝態(tài)氮 + 25%銨態(tài)氮時(shí)顯著升高10.3%和15.6%。隨著油菜生育進(jìn)程推進(jìn)，光合作用總面積擴(kuò)大、碳水化合物大量累積，植株儲(chǔ)存的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)吸收、同化硝態(tài)氮多消耗的能量，同時(shí)隨著植株根系的不斷生長(zhǎng)，對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收面積等營(yíng)養(yǎng)元素吸收的抑制作用，并且由于油菜生長(zhǎng)后期根系吸收能力減弱，不能很好地利用環(huán)境中的氮素，主要以植株體內(nèi)的有機(jī)氮 (如Rubisco) 和硝態(tài)氮() 再利用為主[22]，植株同化銨態(tài)氮的低能量消耗優(yōu)勢(shì)減少，而本試驗(yàn)花期、收獲期時(shí)不同氮效率油菜根部的氮含量和氮累積量在N1和N2處理間差異不顯著，上述原因促使花期、收獲期時(shí)N2處理下不同氮效率油菜根部生物量以及收獲期根系構(gòu)型與N1處理相比優(yōu)勢(shì)并不明顯。

作物氮效率有兩方面的含義，一方面是指作物在同等供氮水平下吸氮量大，另一方面是指對(duì)已吸收氮素的利用效率高，單位吸收氮素所生產(chǎn)的干物質(zhì)多[23]。本試驗(yàn)中，相比氮低效油菜，氮高效油菜具有更為優(yōu)良的根系統(tǒng)構(gòu)型、植株體內(nèi)氮素利用更充分。作物根系是吸收水分和養(yǎng)分的主要器官，同時(shí)也是物質(zhì)同化、轉(zhuǎn)化和合成的重要器官，根系的形態(tài)及生理特性直接影響作物的養(yǎng)分吸收效率，進(jìn)而對(duì)產(chǎn)量形成具有舉足輕重的影響[24]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，苗期和收獲期氮高效品種湘油15在N1、N2、N3、N4處理下根系的根長(zhǎng)、根表面積、根體積均顯著高于品種814。具有較長(zhǎng)的根長(zhǎng)和多而發(fā)達(dá)側(cè)根的作物，其根系與介質(zhì)中的養(yǎng)分有較大的接觸面積，因而對(duì)氮素的吸收也有更大的潛力[25]，所以湘油15苗期根部的氮累積量、花期地上部的氮累積量在大部分氮肥處理下顯著高于品種814，但收獲期湘油15和品種814地上部和根的氮累積量無(wú)顯著差異 (圖3)。Han等[26]研究認(rèn)為，與氮高效品種湘油15相比，氮低效品種814將根系吸收的硝態(tài)氮更大比例地儲(chǔ)存在根系液泡內(nèi)，導(dǎo)致根系向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的硝態(tài)氮減少，然而為了滿足地上部的生長(zhǎng)發(fā)育需要，814品種的根系需要吸收更多的硝態(tài)氮。即產(chǎn)生相同的生物量，814品種需要吸收更多的硝態(tài)氮，從而導(dǎo)致了其氮素利用效率較低。這也解釋了收獲期湘油15生物量顯著高于814 (圖1)，但兩個(gè)品種之間氮累積量無(wú)顯著差異 (圖3)。同時(shí)，由于814更多地將硝態(tài)氮儲(chǔ)存在根系液泡中，對(duì)硝態(tài)氮利用效率較低，而添加少量的銨態(tài)氮能夠促進(jìn)814對(duì)氮的吸收、利用，因此收獲期814品種在N2處理下地上部生物量 (圖1)和籽粒產(chǎn)量 (表4) 均明顯高于N1處理，而湘油15對(duì)硝態(tài)氮能夠高效利用，所以湘油15地上部和根的生物量 (圖1) 以及籽粒產(chǎn)量 (表4) 在N1和N2處理間差異不顯著。

表4 不同硝銨比油菜籽粒的產(chǎn)量性狀Table 4 Yield-related traits of oilseed rape treated with different ratios

表4 不同硝銨比油菜籽粒的產(chǎn)量性狀Table 4 Yield-related traits of oilseed rape treated with different ratios

注（Note）：N1～N5 處理硝態(tài)氮/銨態(tài)氮摩爾比例依次為 100/0、75/25、50/50、25/75 和 0/100 The ratio from N1 to N5 was 100/0, 75/25, 50/50, 25/75 and 0/100 in mole；同列數(shù)值后不同字母表示同一品種同一生育期不同處理間差異顯著 Values followed by different letters indicate significantly different among treatments for the same cultivar at the same growth period (P ＜ 0.05)；* 表示同一氮肥處理同一生育期不同品種間差異顯著 Indicates significantly different between cultivars under the same treatment at the same growth period (P ＜ 0.05).

品種Cultivar處理Treatment籽粒產(chǎn)量 (g/plant)Seed yield含油量 (%)Oil content油產(chǎn)量 (g/plant)Oil yield籽粒氮含量 (%)Seed N content湘油15 Xiangyou 15 N1 29.0 ± 2.8 a* 39.9 ± 1.0 b* 11.6 ± 1.3 a* 3.63 ± 0.11 a N2 27.9 ± 3.2 a* 41.4 ± 0.9 a* 11.6 ± 1.5 a* 3.38 ± 0.13 b N3 22.8 ± 2.6 b* 42.0 ± 0.8 a* 9.6 ± 1.2 b* 3.30 ± 0.12 b N4 15.1 ± 1.9 c* 41.9 ± 1.1 a* 6.3 ± 0.8 c* 3.33 ± 0.11 b N5 5.6 ± 0.9 d 40.3 ± 1.0 b 2.3 ± 0.5 d 3.62 ± 0.10 a 814 N1 18.3 ± 2.0 b 37.9 ± 0.8 b 6.9 ± 0.8 b 3.88 ± 0.12 a*N2 22.6 ± 1.6 a 39.9 ± 0.7 a 9.0 ± 0.7 a 3.62 ± 0.10 b*N3 12.3 ± 1.0 c 39.5 ± 1.0 a 4.8 ± 0.5 c 3.65 ± 0.11 b*N4 8.3 ± 0.6 d 39.4 ± 0.9 a 3.3 ± 0.4 d 3.66 ± 0.13 b*N5 4.2 ± 1.0 e 39.3 ± 1.2 a 1.7 ± 0.8 e 3.68 ± 0.09 b

4 結(jié)論

單施硝態(tài)氮能夠明顯促進(jìn)油菜生長(zhǎng)、增加生物量、提高產(chǎn)量，而單施銨態(tài)氮抑制油菜生長(zhǎng)、降低產(chǎn)量。在供應(yīng)硝態(tài)氮的條件下適當(dāng)添加銨態(tài)氮(75%+ 25%) 能夠促進(jìn)油菜生長(zhǎng)、增強(qiáng)光合作用、提高產(chǎn)量，而當(dāng)銨態(tài)氮比例超過(guò)50%時(shí)，則顯著抑制其生長(zhǎng)。氮高效品種湘油15具有較高的根長(zhǎng)、根表面積、根體積，有利于其對(duì)氮素的吸收，是氮高效的基礎(chǔ)。氮高效品種對(duì)硝態(tài)氮的高效利用，是氮高效的關(guān)鍵。氮低效品種814雖然也有較強(qiáng)的氮素吸收能力，但其對(duì)硝態(tài)氮利用效率不高，不利于氮效率的提高。