桃氮素營(yíng)養(yǎng)及高效利用技術(shù)研究進(jìn)展*

李俊豪，解 斌，李六林

（1山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，太谷030801）（2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所）

氮素被稱為“生命元素”，是構(gòu)成植物細(xì)胞原生質(zhì)、核酸、磷脂、葉綠素及酶等的重要組成成分。氮素供應(yīng)的充足與否與果樹(shù)器官分化以及樹(shù)體結(jié)構(gòu)建成等密切相關(guān)[1]。我國(guó)傳統(tǒng)果園中氮肥施用量很大，是大田的數(shù)倍甚至數(shù)十倍，但氮肥當(dāng)季利用率僅為10%～15%[2]，顯著低于國(guó)外果園氮肥利用率的40%，也顯著低于蔬菜作物的50%和牧草的70%[3]。氮肥的不合理使用不僅增加了種植投入，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境污染，更使得土壤環(huán)境處于持續(xù)惡性循環(huán)狀態(tài)，嚴(yán)重影響果樹(shù)生產(chǎn)。

桃樹(shù)大量施用氮肥，使樹(shù)冠郁閉問(wèn)題嚴(yán)重，這不僅增加了修剪量，也造成養(yǎng)分浪費(fèi)、果實(shí)品質(zhì)下降，甚至發(fā)生生理病害[4]。合理施肥不僅可以改變果樹(shù)新梢生長(zhǎng)發(fā)育等，還可以提高果實(shí)質(zhì)量[5]。當(dāng)前，為提高氮肥利用效率，提高果實(shí)品質(zhì)，減少農(nóng)業(yè)投入和環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)“減肥增效”的目標(biāo)，建立高效的果園肥料管理體系成為研究者探討的熱點(diǎn)。本文從桃園氮素利用形態(tài)、施肥方式、特種肥料開(kāi)發(fā)利用等方面展開(kāi)論述。

1 氮素營(yíng)養(yǎng)形態(tài)

在生產(chǎn)中，氮肥形態(tài)主要分為3種類型：銨態(tài)氮肥、硝態(tài)氮肥和酰胺態(tài)氮肥。其中，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮是果樹(shù)樹(shù)體可以吸收和利用的2種無(wú)機(jī)氮素形態(tài)。硝態(tài)氮中的硝酸根帶有負(fù)電荷，不易被土壤膠體吸附，容易隨雨水遷移和流失；銨態(tài)氮中的銨離子帶正電荷，易被土壤吸附固定，但也易于被轉(zhuǎn)化為氨氣進(jìn)入空氣中，過(guò)量施用會(huì)導(dǎo)致樹(shù)體中毒[6]。酰胺態(tài)氮肥尿素是易于被許多植物利用的有機(jī)氮源，也是植物氮代謝的重要部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，尿素用量已占全世界范圍內(nèi)氮素化肥總用量的50%[7]。但是，采用傳統(tǒng)施肥方法，尿素施入土壤后會(huì)迅速被土壤微生物釋放的脲酶水解生成CO2和NH3，并誘導(dǎo)發(fā)生多種失氮途徑，導(dǎo)致大部分尿素氮不能充分發(fā)揮其功能[8]。因此，傳統(tǒng)施肥方法往往導(dǎo)致樹(shù)體對(duì)尿素的當(dāng)季利用率很低。大多果樹(shù)喜硝態(tài)氮[9]。Paula等[10]研究表明，桃砧木‘Tsukuba1’和‘Aldrighi’對(duì)硝態(tài)氮的吸收存在低親和轉(zhuǎn)運(yùn)和高親和轉(zhuǎn)運(yùn)2個(gè)系統(tǒng)，而對(duì)銨態(tài)氮的吸收只存在高親和轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。王兆燕[11]研究表明，‘中華壽桃’樹(shù)體對(duì)銨態(tài)氮的利用效率大于硝態(tài)氮。與單一施用硝態(tài)氮和銨態(tài)氮相比，以銨態(tài)氮與硝態(tài)氮質(zhì)量比為2∶1的2種不同形態(tài)氮素配施，可以顯著提高‘鳳紅桃’的株產(chǎn)和單果重[6]。說(shuō)明不同形式氮素的適當(dāng)配施可以更好地促進(jìn)桃樹(shù)對(duì)氮素的吸收利用效率。

2 桃樹(shù)氮素營(yíng)養(yǎng)需求特性

由于對(duì)桃氮素養(yǎng)分吸收分配規(guī)律缺乏精確系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，果農(nóng)偏施氮肥問(wèn)題嚴(yán)重，造成畸形果、旺長(zhǎng)及結(jié)果晚等現(xiàn)象。在桃樹(shù)的關(guān)鍵需肥時(shí)期施肥，不僅有助于提高肥料的利用率，而且能夠顯著降低施肥量。李付國(guó)等[12]研究認(rèn)為，桃園施氮量控制在150～300 kg/hm2時(shí)果實(shí)品質(zhì)最好。目前，研究者將桃樹(shù)的年生長(zhǎng)周期分為利用貯藏養(yǎng)分期、貯藏養(yǎng)分與當(dāng)年養(yǎng)分交替利用期、利用當(dāng)年?duì)I養(yǎng)期和營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)化積累貯藏期等4個(gè)時(shí)期。Rufat等[13]研究表明，桃樹(shù)在春季返青的前1個(gè)月左右，所有的氮素營(yíng)養(yǎng)供給全部來(lái)自樹(shù)體上一年的貯藏養(yǎng)分，并且該養(yǎng)分可以持續(xù)供給桃樹(shù)至花后75 d左右，從花后至收獲前桃樹(shù)對(duì)氮素的需求為0.5～1.0 kg·hm-2·d-1。Mu?oz等[14]對(duì)3年生桃樹(shù)氮素營(yíng)養(yǎng)需求分析表明，3月每株桃樹(shù)花、幼果和新梢總氮量約1.59 g，93.1%來(lái)源于樹(shù)體貯存氮；8—11月，每株桃樹(shù)枝和根木質(zhì)部總氮量有12.84 g，66.2%來(lái)自葉片氮素的回流。秋施氮肥能顯著提高桃樹(shù)貯藏氮的水平，保證翌年春季樹(shù)體對(duì)氮素養(yǎng)分的需求。在萌芽前，根外追施氮肥也可以明顯地改善萌芽后氮素養(yǎng)分供應(yīng)不足的現(xiàn)象，提高早期葉片質(zhì)量和增強(qiáng)葉片功能。果實(shí)膨大期（即利用當(dāng)年?duì)I養(yǎng)期）前追施尿素可以改善當(dāng)年?duì)I養(yǎng)供給期營(yíng)養(yǎng)不足的狀況，不僅利于果實(shí)品質(zhì)形成，同時(shí)利于翌年桃樹(shù)開(kāi)花和坐果。王兆燕[11]研究表明，土壤硝態(tài)氮含量40～83 mg/kg或銨態(tài)氮含量12～20 mg/kg范圍內(nèi)可滿足13年生‘中華壽桃’果實(shí)膨大期對(duì)氮素的需求，保證產(chǎn)量。所以，結(jié)合桃樹(shù)需肥特性和生長(zhǎng)地土壤營(yíng)養(yǎng)情況適時(shí)補(bǔ)施肥料，可以保證樹(shù)體生長(zhǎng)正常和連年豐產(chǎn)。

3 氮肥管理技術(shù)對(duì)桃樹(shù)氮素利用的影響

3.1 肥料用量

控制肥料用量是氮肥管理技術(shù)中的核心目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)北方桃園主分布區(qū)來(lái)自有機(jī)肥中的氮素投入量高達(dá)1 300 kg/hm2，此外山東省桃園化肥氮總投入量達(dá)500 kg/hm2[15-16]。但是，桃園的氮肥推薦使用量?jī)H在100～200 kg/hm2。Ferreira等[17]研究表明，每年以開(kāi)花初期50%、疏果后30%和收獲后20%的量施入尿素100 kg/hm2，‘BRS Kampai’的產(chǎn)量與施用尿素200 kg/hm2處理效果相當(dāng)。Mirabdulbaghi等[18]對(duì)桃開(kāi)展的為期2年的試驗(yàn)表明，施用硫酸銨400 kg/hm2樹(shù)體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)平衡，而尿素600 kg/hm2的效果最不理想，增加了桃樹(shù)體修剪量。在2007年和2008年，Rufat等[19]以滴灌配以氮素60 kg/hm2即可保證6年生桃樹(shù)氮素供應(yīng)，保證產(chǎn)量和品質(zhì)。合理的肥料用量可以調(diào)節(jié)樹(shù)體營(yíng)養(yǎng)成分，協(xié)調(diào)樹(shù)體營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)的關(guān)系。由于時(shí)間因素，在試驗(yàn)研究中，低氮處理的樹(shù)體看似有足夠的氮濃度，但是長(zhǎng)期的低氮處理可能導(dǎo)致樹(shù)體發(fā)育不良和減產(chǎn)等現(xiàn)象。此外，合理的施肥方式等因素也可以減少肥料的用量。

3.2 施肥方式

我國(guó)桃生產(chǎn)仍以小農(nóng)戶形式發(fā)展居多。因此，桃園施肥方式更多采取傳統(tǒng)習(xí)慣。果樹(shù)生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，樹(shù)種、品種根系分布不一，因此在施肥時(shí)“找對(duì)位置，用對(duì)方式”是關(guān)鍵。

肥料位置效應(yīng)是指肥料在不同位置施入土壤后所取得的植物生長(zhǎng)效應(yīng)、肥料利用效應(yīng)及土壤轉(zhuǎn)化效應(yīng)等綜合效應(yīng)[20]。肥料施用位置影響著營(yíng)養(yǎng)元素在土壤中的運(yùn)移和轉(zhuǎn)化，進(jìn)而調(diào)控根系生長(zhǎng)發(fā)育，影響樹(shù)體的營(yíng)養(yǎng)吸收。從垂直方向分析，肖元松等[21]研究表明，桃園土壤表層施肥的氮肥利用率是下層施肥的3.75倍。從水平方向施肥分析，在生產(chǎn)中也形成了環(huán)狀溝施、放射狀溝施等多種施肥方式，但其效果各有不同。環(huán)狀溝施肥更有利于氮素分配到營(yíng)養(yǎng)器官，放射狀溝施肥更有利于氮素分配到貯藏器官，但是環(huán)狀溝施的氮素利用效率顯著高于放射狀溝施。施肥槍施肥是將適宜濃度的可溶性肥料溶液借助高壓系統(tǒng)槍頭上的出水孔直接迅速地注入植物根際土壤的一種新型施肥方式[22]。該技術(shù)省工，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，靈活且對(duì)根系沒(méi)有損傷，并且提高了施肥效率。于世欣等[23]研究表明，施肥槍施肥下桃園各土層土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量較放射狀溝撒施顯著提高，最高可提高76.44%和48.77%。吳小賓等[24]研究證實(shí)，施肥槍施肥還可以使氮素更迅速地被吸收和分配到新生器官中，且比放射狀溝局部施肥的氮素吸收率高出5.87個(gè)百分點(diǎn)。白紅等[22]研究表明，用施肥槍以0.507 kg/株的尿素為‘阿部白’桃施肥，不僅提高了肥料的利用效率，更重要的是可以顯著增加單果重，提高果實(shí)可溶性糖和可溶性固形物含量等指標(biāo)。所以，上述3種施肥方式各有優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合桃樹(shù)生長(zhǎng)時(shí)期特性選擇合適的施肥位置可以更顯著地提高肥料利用率，但這有待更為系統(tǒng)化的研究。

灌溉施肥是傳統(tǒng)管理模式中的一種重要方式，但是不同的灌溉技術(shù)對(duì)肥料的利用效率影響差異顯著。與傳統(tǒng)澆灌施肥相比，滴灌施肥技術(shù)的應(yīng)用可顯著地減少肥料態(tài)氮的遷移、富集和轉(zhuǎn)化作用[25]。顏克發(fā)等[26-27]研究證實(shí)，與傳統(tǒng)漫灌+撒施肥料相比，滴灌與施肥相結(jié)合即“水肥一體化”使得桃樹(shù)根區(qū)60 cm以上土層中硝態(tài)氮含量顯著提高，不僅如此，滴灌施肥更利于樹(shù)體根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收。張鵬[28]在溫室開(kāi)展的滴灌水肥耦合技術(shù)研究進(jìn)一步證實(shí)，該技術(shù)以氮肥200 kg/hm2的施用量，即可以增加桃果實(shí)產(chǎn)量、可溶性固形物含量和花青素含量。但是“水肥一體化”施用價(jià)格昂貴，且對(duì)土地和水質(zhì)要求高，推廣存在一定困難。

硝化抑制劑是研究者為了減肥增效而開(kāi)發(fā)的一類抑制劑[29]，原理是通過(guò)抑制銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化而減少其以硝態(tài)氮形式供給植物。該藥品在使用時(shí)一般需與肥料同時(shí)施入土壤，起到調(diào)整氮肥存在形態(tài)以及時(shí)空分布的作用，同時(shí)減少氮肥的損失和對(duì)環(huán)境的危害[30]。目前，雙氰胺（DCD）和3,4-二甲基吡唑磷酸鹽（DMPP）等硝化抑制劑引起許多研究者關(guān)注。王雨歌等[31]研究發(fā)現(xiàn)，‘灰棗’施肥時(shí)添加硝化抑制劑可以增加土壤中銨態(tài)氮含量，降低硝態(tài)氮含量，延長(zhǎng)氮肥肥效。劉少波[32]研究表明，DMPP的使用可抑制桃園土壤中銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，提高桃幼樹(shù)氮素利用率。與此同時(shí)，硝化抑制劑的抑制效果并非是穩(wěn)定不變的。研究認(rèn)為，影響硝化抑制劑作用效果的因素主要包括硝化抑制劑的用量和土壤因素（土壤質(zhì)地、土壤pH值、土壤有機(jī)質(zhì)含量等）。當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)含量高時(shí)，硝化抑制劑可被有機(jī)質(zhì)吸附，有利于延長(zhǎng)抑制劑在土壤中的存留時(shí)間[33]。進(jìn)一步表明土壤本身有機(jī)質(zhì)含量的提高是增強(qiáng)藥劑效果和減肥增效的根本。

3.3 新型肥料應(yīng)用

控釋肥料是采用聚合物包膜，可定量控制肥料中養(yǎng)分釋放數(shù)量和釋放期，使肥料養(yǎng)分釋放與作物養(yǎng)分吸收規(guī)律基本同步的肥料[34-35]，該技術(shù)可有效降低肥料養(yǎng)分的淋失和揮發(fā)。目前已研究的有硫包膜尿素、硫加樹(shù)脂包膜尿素和樹(shù)脂包膜尿素等。大量的研究證實(shí)，包膜控釋氮肥可顯著提高作物氮素利用效率，可減少施肥次數(shù)，而不減少產(chǎn)量[36-37]。蘋(píng)果園中使用控釋氮肥可以提高果實(shí)產(chǎn)量和糖、鈣及維生素C含量[38]。但是包膜控釋肥有生產(chǎn)成本較高、前期養(yǎng)分釋放緩慢等問(wèn)題。特別是在果園中的研究利用仍十分滯后。

緩釋肥料是采用物理、化學(xué)和生物化學(xué)方法制造的能使肥料中養(yǎng)分在土壤中緩慢釋放、作用有效性明顯延長(zhǎng)的肥料[34]。肥料袋控緩釋肥是基于果樹(shù)樹(shù)體較大的特征創(chuàng)制的，是一種利用率高、環(huán)保、省工的新型肥料，主要通過(guò)控釋袋的微孔數(shù)目實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的控釋。與普通肥料相比，袋控緩釋肥處理可以在桃樹(shù)的整個(gè)生長(zhǎng)季提供穩(wěn)定的養(yǎng)分供應(yīng)，提高土壤酶活力，維持較高的有效養(yǎng)分含量[39]。楊樂(lè)等[40]研究表明，袋控技術(shù)可以使桃樹(shù)對(duì)尿素的利用效率提高近5%。張亞飛等[41]連續(xù)5年進(jìn)行肥料袋控緩釋肥試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)土壤中堿解氮比較穩(wěn)定，且肥料袋控緩釋處理的桃產(chǎn)量比等量 1次溝施處理提高22.32%。進(jìn)一步研究[42-44]證實(shí)，這一種肥料形式可以促進(jìn)樹(shù)體細(xì)根的發(fā)生，建構(gòu)密集型根系，從而提高樹(shù)體對(duì)氮肥等的利用效率。

納米技術(shù)中的納米碳顆粒具有特殊的物理化學(xué)特性，其對(duì)土壤質(zhì)地和養(yǎng)分遷移等方面有重要作用。已有研究[45]證實(shí)，納米碳可以改變土壤中水分分布。陳曉鵬等[46]研究表明，土壤中納米碳的施加可以改善土壤結(jié)構(gòu)，并且可以改變土壤中硝態(tài)氮的位置，進(jìn)而影響植物養(yǎng)分吸收。隨著研究的進(jìn)一步深入，研究者將納米碳材料添加到傳統(tǒng)肥料中，經(jīng)過(guò)改性制成納米碳增效肥[47]。該技術(shù)的研發(fā)開(kāi)辟了高科技成果和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合應(yīng)用的新方向。目前，由納米材料制成的納米增效肥料在減少肥料流失、提高肥料利用率等方面已經(jīng)表現(xiàn)較好效果。王國(guó)棟等[48-49]從納米碳使用量和施用部位開(kāi)展的研究證實(shí)，高濃度的納米碳（200 μg/mL處理）與氮素共施，提高了桃樹(shù)新生器官對(duì)氮素的吸收征調(diào)能力；并且低濃度的納米碳可以提高桃樹(shù)成熟枝條的全氮含量，高濃度的納米碳可以提高功能葉片及嫩梢和嫩葉的全氮含量。沈光業(yè)[47]研究證實(shí)，納米碳溶膠的使用不僅提高營(yíng)養(yǎng)元素的利用效率，減少了養(yǎng)分流失，并且顯著增加了果實(shí)產(chǎn)量，提高了桃果實(shí)中可溶性固形物和維生素C含量，同時(shí)降低了可滴定酸含量。據(jù)此表明，納米碳增效肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中具有廣闊前景。

4 小結(jié)與展望

近年來(lái)，雖然研究者為提高桃園氮素利用已經(jīng)做了諸多相關(guān)工作，建立了一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但研究者對(duì)桃樹(shù)氮素養(yǎng)分吸收利用的認(rèn)識(shí)仍不夠深入、全面。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)管理理念根深蒂固，加之包括水肥一體化在內(nèi)的多種新型方式的成本較高，這些都嚴(yán)重影響了科學(xué)施肥方式的推廣。同時(shí)生產(chǎn)研發(fā)的特種肥料種類較少且價(jià)格較貴，諸多配套技術(shù)不成熟。綜上，建議從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步開(kāi)展研究。①充分認(rèn)識(shí)桃樹(shù)養(yǎng)分利用規(guī)律是科學(xué)施肥的基礎(chǔ)。桃樹(shù)對(duì)于養(yǎng)分的吸收利用并非是固定不變的，研究者可以重點(diǎn)以桃樹(shù)品種特性、優(yōu)質(zhì)產(chǎn)區(qū)環(huán)境及果實(shí)品質(zhì)相關(guān)參數(shù)為參考指標(biāo)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析構(gòu)建地區(qū)優(yōu)勢(shì)桃品種樹(shù)體生命周期和年生長(zhǎng)周期內(nèi)的氮素養(yǎng)分利用模型。②傳統(tǒng)施肥觀念方式轉(zhuǎn)變是減肥提質(zhì)增效的核心，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)新技術(shù)的宣傳和示范。與此同時(shí)，研究者在保證施肥效果的同時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步推進(jìn)施肥設(shè)備簡(jiǎn)化，降低投資成本。③特種肥料是利用多學(xué)科交叉發(fā)展而成的高科技成果。其中的“特”，一指特種肥料制作工藝中特殊技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，二是指其針對(duì)固定植物固定生長(zhǎng)時(shí)期所發(fā)揮的特優(yōu)功能。研究者應(yīng)繼續(xù)深化高新技術(shù)在肥料研發(fā)中的應(yīng)用融合和桃園特種肥料應(yīng)用配套技術(shù)的相關(guān)研究。