水氮耦合下小桐子的生長(zhǎng)特性及其根區(qū)土壤的水氮遷移

苗為偉，楊啟良，熊凱，韓煥豪，劉小剛，周平，曹春號(hào)

水氮耦合下小桐子的生長(zhǎng)特性及其根區(qū)土壤的水氮遷移

苗為偉，楊啟良*，熊凱，韓煥豪，劉小剛，周平，曹春號(hào)

(昆明理工大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品學(xué)院，云南 昆明 650500)

采用3個(gè)滴灌灌水水平(10、20、30 mm，分別記為W1、W2、W3)和3個(gè)施氮水平(尿素)(0、90、180 g/株，分別記為N0、N1、N2)的耦合方式對(duì)1年生小桐子進(jìn)行灌溉和施肥處理，研究小桐子的生理生長(zhǎng)特性，并探索小桐子根區(qū)土壤的水氮遷移規(guī)律。結(jié)果表明：水氮耦合對(duì)小桐子的株高、莖粗和生物量具有顯著(<0.05)或極顯著(<0.01)的影響，且二者間存在著一定的互作效應(yīng)；在W1低水處理下，施加適量的氮肥可促進(jìn)小桐子的生長(zhǎng)和干物質(zhì)積累；當(dāng)灌水水平相同時(shí)，N1處理的小桐子的莖粗、株高和所測(cè)生物量指標(biāo)值均較大；當(dāng)施氮水平相同時(shí)，W2處理的小桐子的莖粗、株高和所測(cè)生物量指標(biāo)值均較大；縱向上，2016年6、9月根系所在中層(>20～40 cm)土壤含水率均值最高，深層(>40～60 cm)的其次，淺層(0～20 cm)的最小，2017年6、9月各土層深度水分分布比較均勻，在施氮處理(N1、N2)下，2016年6月深層土壤的硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著灌水水平的增加而提高，W3處理對(duì)比W1和W2處理更容易導(dǎo)致硝態(tài)氮的淋失；橫向上，距樹(shù)干10 cm測(cè)量點(diǎn)的硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)始終低于距樹(shù)干30 cm測(cè)量點(diǎn)的，2016年6、9月水分的橫向分布保持與硝態(tài)氮的分布規(guī)律一致，處理1年后由于小桐子須根生長(zhǎng)，受導(dǎo)流作用影響，使得2017年6、9月水分在中層土壤中橫向分布發(fā)生改變。在本研究條件下，施尿素90 g和滴灌20 mm灌水水平的處理為有利于小桐子生長(zhǎng)的最優(yōu)水氮耦合處理。

小桐子；水氮耦合；滴灌；環(huán)形施肥；土壤；硝態(tài)氮分布；水分分布；遷移

小桐子(L.)為大戟科、麻瘋樹(shù)屬能源植物，屬多年生落葉灌木或小喬木。小桐子具有生長(zhǎng)較快、耐寒、耐旱、耐侵蝕等特性[1]，具有恢復(fù)植被、修復(fù)污染土壤等改善生態(tài)環(huán)境的作用[2]，可用于生物醫(yī)藥[3–4]和生物飼料[5–7]等，其種子含非食用油量高達(dá)40%～60%，可替代柴油作為燃料[8–9]，是生產(chǎn)生物柴油[10]的原料樹(shù)種，具有重要的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。

云南干熱河谷地區(qū)光熱資源豐富，但水資源缺乏，成為限制該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的瓶頸。近年來(lái)，小桐子因具有較強(qiáng)的耐旱特性成為該地區(qū)發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)[11]，而如何提高小桐子的生物量和果實(shí)產(chǎn)量成為亟需解決的問(wèn)題。目前，大多數(shù)研究[11–16]集中在不同水氮耦合處理的小桐子的生長(zhǎng)、形態(tài)特征和水分、養(yǎng)分吸收利用等方面。研究[12,16]發(fā)現(xiàn)，采用適當(dāng)?shù)墓嗨~進(jìn)行交替灌溉處理小桐子，可提高葉片、葉柄、冠層和整株的貯存水調(diào)節(jié)能力，過(guò)高或過(guò)低的灌水量均不利于小桐子的生長(zhǎng)；小桐子生理生長(zhǎng)特性及干物質(zhì)積累等受土壤含水量的影響顯著。小桐子根系主要分布于土層深度20～40 cm的范圍內(nèi)，且沿水平方向生長(zhǎng)；小桐子根系生長(zhǎng)及根區(qū)水肥狀況對(duì)其水肥利用效率影響顯著[13]。

確定適宜小桐子生長(zhǎng)的水氮量和研究小桐子根區(qū)土壤水氮的分布規(guī)律具有重要意義。本研究中，在不同的水氮耦合條件下，研究小桐子的生理生長(zhǎng)特性，并探索小桐子根區(qū)的水氮遷移規(guī)律，旨在為揭示小桐子抗旱能力強(qiáng)的生理機(jī)制提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)材料

小桐子1年生幼樹(shù)來(lái)自云南元謀干熱河谷區(qū)。供試土壤為燥紅壤土，田間持水量為24.8%，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4.89、0.71、0.24、6.90 g/kg。

1.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年2月至2017年10月在昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院的玻璃溫室(N102°08′，E25°01′)進(jìn)行。于2016年2月10日，挑選已移植于玻璃溫室且長(zhǎng)勢(shì)均勻的小桐子幼樹(shù)，并統(tǒng)一澆水至田間持水量。于2016年3月10日開(kāi)始水分處理，采用滴灌壓力補(bǔ)償式滴頭進(jìn)行灌水。試驗(yàn)設(shè)10、20、30 mm共3個(gè)灌水水平，分別記為W1、W2、W3，灌水周期為20 d或21 d，水分處理持續(xù)至2017年9月10日，共澆水28次，W1、W2、W3灌溉定額分別為280、560、840 mm。于2016年3月20日施肥，氮肥處理設(shè)添加分析純尿素0、90、180 g/株共3個(gè)水平，分別記為N0、N1、N2，另外每株統(tǒng)一施100 g磷酸二氫鉀。于距離樹(shù)干20 cm處的環(huán)形位置施肥和滴灌，施肥深度為15 cm。試驗(yàn)采用完全耦合設(shè)計(jì)，共9組處理(W1N0、W1N1、W1N2、W2N0、W2N1、W2N2、W3N0、W3N1、W3N2)。試驗(yàn)小區(qū)規(guī)格為12 m×8 m，行距為1.25 m，株距為1.00 m。1行為1個(gè)處理，每個(gè)處理共定植6株小桐子幼樹(shù)。為防止水氮的側(cè)滲，每個(gè)處理兩側(cè)設(shè)置埋深60 cm的不透水薄膜。試驗(yàn)期間其他田間管理均保持一致。

1.3　測(cè)定項(xiàng)目與方法

1) 株高和莖粗測(cè)定。自2016年6月1日至當(dāng)年12月20日，除第1、2次只間隔18 d外，每20 d或21 d用直尺測(cè)定株高，用螺旋測(cè)微儀測(cè)定基莖粗。因小桐子幼苗生長(zhǎng)過(guò)快，故在第2年進(jìn)行了修枝處理。小桐子有了側(cè)枝后，因無(wú)法統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，故采用第1年的生長(zhǎng)情況。

2) 土壤水分和硝態(tài)氮測(cè)定。于2016、2017年的6月6日和9月6日，在距離小桐子幼樹(shù)樹(shù)干10、30 cm處分別取土，深度為0～60 cm，垂直方向每10 cm取1層土，每個(gè)點(diǎn)共取土6層，其中0～20 cm為淺層、>20～40 cm為中層、>40～60 cm為深層。每個(gè)處理隨機(jī)取樣3次。采用烘干法測(cè)定土壤含水率；采用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

3) 生物量測(cè)定。于2016、2017年的10月26日，每個(gè)處理選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的小桐子樹(shù)測(cè)定生物量，包括小桐子葉片數(shù)、葉干質(zhì)量、主桿干質(zhì)量、根干質(zhì)量和主根長(zhǎng)。

1.4　數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0進(jìn)行顯著性分析；運(yùn)用Excel 2016進(jìn)行繪圖。

2　結(jié)果與分析

2.1　水氮耦合對(duì)小桐子莖粗和株高的影響

由表1可知，小桐子的莖粗和株高受灌水水平、施氮處理的影響效果相似，隨著種植時(shí)間的增加，各處理下的小桐子的莖粗和株高呈逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，且在7～10月生長(zhǎng)速度較快，之后生長(zhǎng)速度放緩，增長(zhǎng)趨于平穩(wěn)；灌水水平及施氮處理對(duì)小桐子的莖粗和株高影響表現(xiàn)為顯著(<0.05)或極顯著(<0.01)，且二者對(duì)除6月小桐子莖粗和株高無(wú)顯著互作效應(yīng)外，對(duì)其他時(shí)期小桐子的莖粗和株高存在顯著(<0.05)或極顯著(<0.01)的互作效應(yīng)。

表1　水氮耦合下小桐子的莖粗和株高及其方差分析

處理莖粗/mm株高/cm 11–1011–3012–2006–0106–2007–1007–30 W1N0(30.99±1.74)d(32.04±1.42)e(33.67±1.41)e(25.60±0.88)d(27.00±1.00)f(30.67±0.76)d(39.67±1.53)f W1N1(40.76±0.52)a(40.85±0.86)bc(41.70±1.16)b(26.67±0.58)bc(34.67±2.52)cd(55.33±3.51)b(78.67±5.51)c W1N2(33.56±0.86)c(35.86±0.98)d(36.57±0.68)d(26.00±0.44)dc(29.33±0.50)ef(37.00±5.00)c(61.33±5.69)d W2N0(37.84±1.35)b(40.33±1.54)c(41.46±0.78)b(26.67±0.44)bc(32.00±1.00)f(59.00±2.65)b(81.00±4.58)c W2N1(41.65±1.80)a(43.09±1.29)a(44.12±0.44)a(27.33±0.29)a(40.33±3.06)a(71.33±2.52)a(102.67±4.16)a W2N2(39.51±1.21)ab(41.46±0.98)abc(42.56±0.89)ab(26.87±0.44)b(38.67±1.53)ab(60.67±1.53)b(89.67±2.08)b W3N0(34.78±1.28)c(37.33±0.65)d(39.26±1.20)c(26.33±0.44)c(27.33±1.53)e(31.67±3.21)d(49.00±2.00)e W3N1(41.07±1.30)a(42.65±0.72)ab(43.68±1.17)a(27.25±0.58)a(37.33±2.08)ab(69.67±2.31)a(93.67±5.86)b W3N2(39.43±1.00)ab(40.74±0.98)bc(41.55±1.35)b(26.67±0.29)bc(35.33±2.52)bc(58.33±3.79)b(80.33±6.43)b W************* N************* W×N***********

表1(續(xù))

同列不同字母示在0.05水平差異顯著；“*”和“**”分別示在0.05和0.01水平差異顯著。

由表1還可知，當(dāng)灌水水平相同時(shí)，N1處理小桐子的莖粗和株高值均較大，其次是N2處理，N0處理的莖粗和株高值最?。划?dāng)施氮水平相同時(shí)，W2處理小桐子的莖粗和株高值均較大，其次是W3處理，W1處理的株高和莖粗值最小；6月1日至12月20日，W2處理的平均莖粗增量和平均株高增量較W1處理的分別增加了21.22%和39.35%，較W3處理的分別增加了2.43%和11.02%，且其差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(<0.05)；6月1日至12月20日，N1處理的平均莖粗增量和平均株高增量較N2處理的分別增加了9.59%和17.82%，較N0處理的分別增加了16.22%和38.08%，且其差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(<0.05)；在W1灌水水平下，N1和N2處理的小桐子株高和莖粗較N0處理的均有不同程度增加，其中N1處理的株高和莖粗增量最大，說(shuō)明在低水處理時(shí)，通過(guò)施加適量的氮肥可提升小桐子的抗干旱脅迫能力，促進(jìn)其株高與莖粗的發(fā)育；W2N1處理的小桐子的莖粗和株高值均高于其他處理的，且在12月20日測(cè)得最大值，最大平均莖粗和株高值分別為44.12 mm和235.67 cm，較同時(shí)期W1N1處理的分別提高了5.80%和24.48%，且其差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(<0.05)。

2.2　水氮耦合對(duì)小桐子生物量的影響

由表2可知，灌溉水量和施氮水平處理對(duì)小桐子的生物量存在極顯著影響(<0.01)，且二者存在顯著或極顯著的互作效應(yīng)；當(dāng)灌溉水平相同時(shí)，N1處理小桐子的葉片數(shù)、葉干物質(zhì)量、主桿干物質(zhì)量、根干物質(zhì)量和主根長(zhǎng)值均較大，N2處理的次之，N0處理的最??；當(dāng)施氮水平相同時(shí)，W2處理小桐子的葉片數(shù)、葉干物質(zhì)量、主桿干物質(zhì)量、根干物質(zhì)量和主根長(zhǎng)值均較大，W3處理的次之，W1處理的最??；隨著種植時(shí)間的延長(zhǎng)，小桐子的葉片數(shù)、葉干物質(zhì)量、主桿干物質(zhì)量、根干物質(zhì)量和主根長(zhǎng)均呈逐漸增加的趨勢(shì)；與小桐子的株高和莖粗一樣，在W1處理下，通過(guò)增加適量的氮肥可提高小桐子的生物量，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的目標(biāo)。2016年，N1處理小桐子的平均葉片數(shù)、平均葉干物質(zhì)量、平均主桿干物質(zhì)量、平均根干物質(zhì)量和平均主根長(zhǎng)較N2處理的分別增加了19.47%、26.54%、66.75%、96.91%和28.16%，較N0處理的分別增加了65.99%、148.26%、47.26%、63.14%和25.86%；2017年，N1處理下小桐子的平均葉片數(shù)、平均葉干物質(zhì)量、平均主桿干物質(zhì)量、平均根干物質(zhì)量和平均主根長(zhǎng)較N2處理的分別增加了10.81%、24.33%、17.16%、43.39%和9.02%，較N0處理的分別增加了63.50%、67.43%、112.02%、66.33%和14.29%。2016、2017年小桐子的葉片數(shù)、葉干物質(zhì)量、主桿干物質(zhì)量、根干物質(zhì)量和主根長(zhǎng)均在W2N1處理下測(cè)得最大值。

表2　水氮耦合下小桐子的生物量及其方差分析

同列不同字母示在0.05水平差異顯著；“*”和“**”分別示在0.05和0.01水平差異顯著。

2.3　土壤硝態(tài)氮的分布

由圖1可知，各處理的土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著小桐子的種植時(shí)間的增加均逐漸降低。橫向上，距小桐子樹(shù)干10 cm與30 cm土壤硝態(tài)氮的分布規(guī)律相似，二者距施氮位置(距樹(shù)干20 cm)間隔相等，但同一時(shí)間點(diǎn)，前者的土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于后者的。縱向上，2016年6月相同施氮處理的土壤中硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)一致，N0處理的不同水分處理間硝態(tài)氮在各土層深度的分布差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；N1、N2處理的硝態(tài)氮集中分布在中層土壤；隨著灌水水平的增加，深層土壤的硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨之增加。2016年9月和2017年6月，各處理的土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有減少，其中N2處理0～10 cm土層土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯下降，接近于N0處理0～10 cm土層的；同一施氮水平下，除0～10 cm土層外，其他土層土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布曲線比較平穩(wěn)。2017年9月，所有處理的土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)減少，相較于其他土層，>10～30 cm土層土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，>50～60 cm土層土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高；深層中W1N2處理的土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，比W2N2、W3N2高出3～4個(gè)梯度。綜合整個(gè)測(cè)量時(shí)期，不同水氮處理下，中層土壤硝態(tài)氮分布一直較為均勻，主要原因可能是小桐子的根系集中在該土層附近，根系對(duì)其區(qū)域附近的氮元素具有調(diào)控作用。

a、b、c、d分別示距小桐子樹(shù)干10 cm處2016年6、9月和2017年6、9月采集樣品的硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)；e、f、g、h分別示距小桐子樹(shù)干30 cm處2016年6、9月和2017年6、9月采集樣品的硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2.4　土壤的含水率分析

由表3可知，橫向上，2016年6、9月距樹(shù)干10 cm取樣點(diǎn)的土壤含水率低于距樹(shù)干30 cm取樣點(diǎn)的，其中距樹(shù)干10 cm取樣點(diǎn)的淺層、中層、深層土壤的含水率均值分別較距樹(shù)干30 cm取樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)土層深度土壤含水率均值低10.86%、8.65%、7.71%；2017年6、9月的2處采樣點(diǎn)含水率高低則相反，距樹(shù)干10 cm取樣點(diǎn)的淺層、中層、深層土壤的含水率均值分別較距樹(shù)干30 cm取樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)土層深度土壤含水率均值高10.23%、13.74%、3.19%，該差異性在中層土壤最明顯。這可能是一年后小桐子的側(cè)根生長(zhǎng)呈開(kāi)口朝下的拋物線型，距樹(shù)干10 cm取樣點(diǎn)處的中層土為無(wú)側(cè)根區(qū)，而距樹(shù)干30 cm取樣點(diǎn)處的中層土為側(cè)根分布較密集的區(qū)域，當(dāng)土壤水分接觸側(cè)根后，水分會(huì)沿著側(cè)根向下朝遠(yuǎn)離樹(shù)干的方向快速遷移，造成該土層水分流失?？v向上，2016年6、9月距樹(shù)干10 cm取樣點(diǎn)的淺層、中層、深層土壤含水率均值分別為22.88%、25.95%、24.84%，距樹(shù)干30 cm取樣點(diǎn)的淺層、中層、深層土壤含水率均值分別為25.67%、28.40%、26.92%，中層土壤含水率均值最大，深層土壤的其次，淺層土壤的最小，這與同期土壤中硝態(tài)氮的分布規(guī)律一致，具有較好的相關(guān)性；2017年6、9月，各土層深度水分分布比較均勻，分布差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。同一施氮水平下，隨著灌水水平的增加，不同土層深度總含水率呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)。

表3　水氮耦合下小桐子種植土壤不同土層的含水率

3　結(jié)論與討論

本研究中，水氮耦合對(duì)小桐子的生理生長(zhǎng)特性和生物量影響顯著，當(dāng)采用半徑為20 cm的環(huán)形施肥方式，施肥深度為15 cm時(shí)，最優(yōu)處理為W2N1，即施尿素90 g和滴灌20 mm灌水水平。根系是作物從外界吸收水分和養(yǎng)分來(lái)維持自身正常生長(zhǎng)的重要器官[17]，而施氮具有調(diào)節(jié)根系吸收土壤水分和提高水分利用效率的作用[18]。在W1低灌水量條件下適量增施氮肥，提高了小桐子根系對(duì)土壤水分的吸收，增強(qiáng)了小桐子抗干旱脅迫的能力，促進(jìn)了小桐子的生長(zhǎng)。W2N1處理的小桐子株高、莖粗、主根長(zhǎng)和干物質(zhì)量均大于W3N2處理(高水高氮處理)的。這與對(duì)毛白楊幼林[19]、夏玉米[20]、甜瓜[21]、番茄[22]等作物的研究結(jié)果相似。適合的水肥用量可促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，而作物對(duì)硝態(tài)氮的吸收利用存在極限值[23–25]，超出該值會(huì)對(duì)作物產(chǎn)量和生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，進(jìn)而影響作物的生長(zhǎng)。

本研究中，水氮耦合是影響水分和硝態(tài)氮的分布與遷移的重要因素。一方面，水分遷移促進(jìn)硝態(tài)氮遷移。2016年6月，隨著灌水量的增加，水分向深層土壤入滲，帶動(dòng)氮元素向下淋洗，致使深層土壤中硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨之升高，這會(huì)導(dǎo)致根區(qū)土壤的硝態(tài)氮淋入深層土壤，影響小桐子根部對(duì)氮元素的吸收。此外，由于土壤自身的水勢(shì)梯度作用，在水分從含水量高的區(qū)域向含水量低的區(qū)域遷移的同時(shí)，也會(huì)攜帶土壤硝態(tài)氮隨之遷移。滴灌方式也是影響水氮遷移的一個(gè)原因。在灌水后，滴灌點(diǎn)源入滲的土壤濕潤(rùn)體為橢球體，干濕交界處的硝態(tài)氮溶于水后，由于濃度較高，不僅會(huì)隨水分向下發(fā)生遷移，而且較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硝態(tài)氮也會(huì)在土壤水分飽和區(qū)發(fā)生橫向擴(kuò)散。另一方面，當(dāng)灌水量相同時(shí)，各土層深度土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨施氮量增加而提高，這與趙允格等[26]、劉小剛等[27]的研究結(jié)果相吻合，說(shuō)明硝態(tài)氮的遷移能力與施氮水平和灌水水平呈正比，水氮耦合能夠促進(jìn)硝態(tài)氮的遷移。

本研究中，小桐子的根系對(duì)水分和硝態(tài)氮的分布也有著調(diào)控作用，各處理的根系區(qū)域硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)和含水率變化趨勢(shì)基本一致，且根系所在的中層土壤含水率較其他土層更高。根系對(duì)水氮分布的影響主要在水氮處理后第二年的生長(zhǎng)階段，此時(shí)期的小桐子根系生長(zhǎng)更加成熟，對(duì)土壤中氮元素和水分的吸收能力增強(qiáng)。具體調(diào)控作用為：首先，小桐子側(cè)根對(duì)水分具有導(dǎo)流作用，不但提高了灌溉后水分的下滲速度，而且改變了水分下滲的流動(dòng)方向，使得水分?jǐn)U散開(kāi)來(lái)，不會(huì)集中某一區(qū)域；其次，當(dāng)土壤水氮分布不均勻時(shí)，小桐子的根系為了吸收更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，會(huì)刺激低養(yǎng)分區(qū)域內(nèi)的側(cè)根向周圍生長(zhǎng)，新生的根尖區(qū)對(duì)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分調(diào)動(dòng)能力更強(qiáng)，能夠促進(jìn)該區(qū)域土壤水氮遷移，使得其區(qū)域內(nèi)的水氮分布更加均勻[28]；最后，水氮分布與小桐子葉、莖和根部分泌的有機(jī)、無(wú)機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)有關(guān)。植物通過(guò)代謝合成大量有機(jī)、無(wú)機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，從而增加其滲透壓，增強(qiáng)植株的保水能力[27]。生長(zhǎng)較好的小桐子可使木質(zhì)部液流黏滯性減小，增加對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收和運(yùn)輸[24]。同時(shí)氮肥作為促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)的主要肥料之一，根系通過(guò)吸收大量氮元素為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成供應(yīng)能量，從而提高小桐子根系對(duì)水分和養(yǎng)分平衡的調(diào)控能力。

[1] 陳楊玲，王海波，陳凱，等．能源植物小桐子抗逆性研究進(jìn)展[J]．中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29(10)：1–6．

CHEN Y L，WANG H B，CHEN K，et al．The research progress on stress resistance of energy plantL.[J]．Chinese Agricultural Science Bulletin，2013，29(10)：1–6．

[2] 李星，唐琳，雷蕾，等．麻瘋樹(shù)葉提取物對(duì)惡性黑色素瘤A375細(xì)胞增殖抑制及誘導(dǎo)凋亡作用的研究[J]. 時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥，2010，21(9)：2291–2293．

LI X，TANG L，LEI L，et al．Study on the effects of extract from leaves ofL. on the proliferation inhibition and apoptosis induction in human melanoma cell line A375[J]．Lishizhen Medicine and Materia Medica Research，2010，21(9)：2291–2293．

[3] 劉娟，雷蕾，唐琳，等．麻瘋樹(shù)提取物體外抗病毒和殺菌作用的初步研究[J]．時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥，2009，20(8)：1890–1893．

LIU J，LEI L，TANG L，et al．Study on antivirus and bactericidal effects of extracts fromL. in vitro[J]．Lishizhen Medicine and Materia Medica Research，2009，20(8)：1890–1893．

[4] KUMAR V，MAKKAR H P S，BECKER K. Evaluations of the nutritional value ofprotein isolate in common carp(L.)[J]. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition，2012，96(6)：1030–1043．

[5] MAKKAR H P S，BECKER K．，a promising crop for the generation of biodiesel and value-added coproducts[J]．European Journal of Lipid Science and Technology，2009，111(8)：773–787．

[6] WAKANDIGARA A．Chemistry of phorbol ester toxicity inseed：a review[J]. International Journal of Biochemistry Research & Review，2013，3(3)：146–161．

[7] 戴妮．生物燃料引領(lǐng)航空業(yè)綠色未來(lái)[J]．世界環(huán)境，2009(4)：31–32．

DAI N．Bio-fuel leads up the green future of air industry[J]．World Environment，2009(4)：31–32．

[8] 趙琳，郎南軍，孔繼君，等．我國(guó)小桐子生物柴油產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展探討[J]．廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，37(3)：80–83．

ZHAO L，LANG N J，KONG J J，et al．Status quo and development of biodiesel industry ofin China[J]. Guangdong Agricultural Sciences，2010，37(3)：80–83．

[9] MPONELA P，JUMBE C B L，MWASE W F. Determinants and extent of land allocation forL．cultivation among smallholder farmers in Malawi[J]．Biomass and Bioenergy，2011，35(7)：2499–2505．

[10] 徐天宇，李婕，楊啟良，等．限量灌溉和施氮對(duì)小桐子產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2018，44(3)：244–250．

XU T Y，LI J，YANG Q L，et al．Yeilds and quality evaluation ofwith limited irrigation and nitrogen[J]．Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences)，2018，44(3)：244–250．

[11] 楊啟良，孫英杰，齊亞峰，等．不同水量交替灌溉對(duì)小桐子生長(zhǎng)調(diào)控與水分利用的影響[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(18)：121–126．

YANG Q L，SUN Y J，QI Y F．Effects of alternated different irrigation amount modes on growth regulation and water use ofL.[J]．Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2012，28(18)：121–126．

[12] 李婕，楊啟良，徐曼，等．調(diào)虧灌溉和氮處理對(duì)小桐子生長(zhǎng)及水分利用的影響[J]．排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2016，34(11)：995–1002．

LI J，YANG Q L，XU M，et al．Effect of regulated deficit irrigation and nitrogen nutrition on growth and water use efficiency ofL.[J]．Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering，2016，34(11)：995–1002．

[13] 楊啟良，周兵，劉小剛，等．虧缺灌溉和施氮對(duì)小桐子根區(qū)硝態(tài)氮分布及水分利用的影響[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29(4)：142–150．

YANG Q L，ZHOU B，LIU X G，et al．Effect of deficit irrigation and nitrogen fertilizer application on soil nitrate-nitrogen distribution in root-zone and water use ofL.[J]．Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2013，29(4)：142–150．

[14] 焦娟玉，尹春英，陳珂．土壤水、氮供應(yīng)對(duì)麻瘋樹(shù)幼苗光合特性的影響[J]．植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，35(1)：91–99．

JIAO J Y，YIN C Y，CHEN K．Effects of soil water and nitrogen supply on the photosynthetic characteristics ofseedlings[J]．Chinese Journal of Plant Ecology，2011，35(1)：91–99．

[15] 焦娟玉，陳珂，尹春英．土壤含水量對(duì)麻瘋樹(shù)幼苗生長(zhǎng)及其生理生化特征的影響[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30(16)：4460–4466．

JIAO J Y，CHEN K，YIN C Y．Effects of soil moisture content on growth，physiological and biochemical characteristics ofL.[J]. Acta Ecologica Sinica，2010，30(16)：4460–4466．

[16] 王明克，楊啟良，劉小剛，等．水氮耦合對(duì)小桐子生長(zhǎng)和灌溉水利用效率的影響[J]．生態(tài)學(xué)雜志，2013，32(5)：1175–1180．

WANG M K，YANG Q L，LIU X G，et al．Coupling effects of watering and nitrogen fertilization on the growth and irrigation water use efficiency of[J]．Chinese Journal of Ecology，2013，32(5)：1175–1180．

[17] 王世平，張才喜，羅菊花，等．果樹(shù)根域限制栽培研究進(jìn)展[J]．果樹(shù)學(xué)報(bào)，2002，19(5)：298–301．

WANG S P，ZHANG C X，LUO J H，et al. Advances in research of rooting-zone restricted fruit growing[J]. Journal of Fruit Science，2002，19(5)：298–301．

[18] 余華清，丁峰，殷堯翥，等．不同水氮管理下麥茬雜交稻氮磷鉀吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)及其與產(chǎn)量的關(guān)系[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2019，45(4)：337–343．

YU H Q，DING F，YIN Y Z，et al．The uptake and transfer of nitrogen，phosphorus，potassium and their relationship with the yield in wheat stubble hybrid rice under different management of water and nitrogen[J]. Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences)，2019，45(4)：337–343．

[19] 賀曰林，王燁，張宏錦，等．地表滴灌水氮耦合對(duì)毛白楊幼林生長(zhǎng)及土壤水氮分布的影響[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(20)：90–98．

HE Y L，WANG Y，ZHANG H J，et al．Coupling effects of water and nitrogen on tree growth and soil water-nitrogen distribution in youngplantations under surface drip irrigation[J]．Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2018，34(20)：90–98．

[20] 宋海星，李生秀．水、氮供應(yīng)和土壤空間所引起的根系生理特性變化[J]．植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2004，10(1)：6–11．

SONG H X，LI S X．Changes of root physiological characteristics resulting from supply of water，nitrogen and root-growing space in soil[J]．Plant Nutrition and Fertilizers Science，2004，10(1)：6–11．

[21] 岳文俊，張富倉(cāng)，李志軍，等．日光溫室甜瓜根系生長(zhǎng)及單果重的水氮耦合效應(yīng)[J]．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，48(10)：1996–2006．

YUE W J，ZHANG F C，LI Z J，et al．Effects of water and nitrogen coupling on root growth and single fruit weight of greenhouse muskmelon[J]．Scientia Agricultura Sinica，2015，48(10)：1996–2006．

[22] 石小虎，曹紅霞，杜太生，等．膜下溝灌水氮耦合對(duì)溫室番茄根系分布和水分利用效率的影響[J]．西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，41(2)：89–93．

SHI X H，CAO H X，DU T S，et al．Effects of water and nitrogen coupling on root distribution and water use efficiency of tomato[J]．Journal of Northwest A & F University(Natural Science Edition)，2013，41(2)：89–93.

[23] GAO K，CHEN F，YUAN L，et al．A comprehensive analysis of root morphological changes and nitrogen allocation in maize in response to low nitrogen stress[J]. Plant，Cell & Environment，2015，38(4)：740–750．

[24] REMANS T，NACRY P，PERVENT M，et al．TheNRT1.1 transporter participates in the signaling pathway triggering root colonization of nitrate-rich patches[J]．Proceedings of the National Academy of Sciencesof the United States of America(PNAS)，2006，103(50)：19206–19211．

[25] 吳現(xiàn)兵，白美健，李益農(nóng)，等．水肥耦合對(duì)膜下滴灌甘藍(lán)根系生長(zhǎng)和土壤水氮分布的影響[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(17)：110–119．

WU X B，BAI M J，LI Y N，et al．Effect of water and fertilizer coupling on root growth，soil water and nitrogen distribution of cabbage with drip irrigation under mulch[J]．Transactions of the Chinese Society of Agri- cultural Engineering，2019，35(17)：110–119．

[26] 趙允格，邵明安．不同施肥條件下農(nóng)田硝態(tài)氮遷移的試驗(yàn)研究[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2002，18(4)：37–40．

ZHAO Y G，SHAO M A．Experimental study on nitrate transport for different fertilization methods[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2002，18(4)：37–40．

[27] 劉小剛，張巖，程金煥，等．水氮耦合下小?？Х扔讟?shù)生理特性與水氮利用效率[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45(8)：160–166．

LIU X G，ZHANG Y，CHENG J H，et al. Biochemical property and water and nitrogen use efficiency of young Arabica coffee tree under water and nitrogen coupling[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2014，45(8)：160–166．

[28] 江華波，王盛鋒，楊峰，等．不同濃度硝態(tài)氮供應(yīng)下小麥生長(zhǎng)、硝態(tài)氮累積及根系鈣信號(hào)特征[J]．植物科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，33(3)：362–368．

JIANG H B，WANG S F，YANG F，et al．Plant growth，nitrate content and Ca signaling in wheat(L.)roots under different nitrate supply[J]．Plant Science Journal，2015，33(3)：362–368．

Characterization of the growth ofunder water-nitrogen coupling condition and its root soil water and nitrogen migration

MIAO Weiwei，YANG Qiliang*，XIONG Kai，HAN Huanhao，LIU Xiaogang，ZHOU Ping，CAO Chunhao

(School of Agriculture and Food, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650500, China)

In order to study the physiological growth characteristics of annual seedling ofand explore the law of water and nitrogen transfer in the root soil ofunder three drip irrigation levels, 10 mm(W1), 20 mm(W2) and 30 mm(W3), and three nitrogen(urea) levels, 0 g(N0), 90 g(N1) and 180g(N3) pre tree were applied. The results showed that the coupling of water and nitrogen had significant(<0.05) or extremely significant(<0.01) effects on the plant height, stem diameter and biomass ofwith some interaction effects between them. Under W1 treatment, the growth and dry matter accumulation could be promoted by applying appropriate nitrogen fertilizer. The values of stem diameter, plant height and measured biomass of N1 were larger than those of the others treatments when only considering the N treatment, while for the irrigation condition, W2 group had larger values of stem diameter, plant height and measured biomass. Longitudinally, the mean water content achieved the peak in the middle layer(>20-40 cm) from the 2016 June and September root, followed by the deep layer(>40-60 cm) and the shallow layer(0-20 cm). The water distribution was more uniform across soil depths in June and September 2017. Under nitrogen treatment(N1, N2), the mass fraction of nitrate nitrogen in the deep soil layer in June 2016 increased over the increasing of irrigation level, and W3 treatment was more likely to lead to nitrate nitrogen leaching than W1 and W2 treatment. Horizontally, the mass fraction of nitrate nitrogen at the measuring point 10 cm away from the trunk was lower than that at the 30 cm away from the trunk. The horizontal distribution of water keeps the same distribution rule with nitrate nitrogen in June and September, 2016. In June and September, 2017, due to the diversion offibrous roots, the horizontal distribution of water in the middle soil changed. Based on the study, we concluded that the treatment with 90 g per tree of urea and 20 mm of drip irrigation level was the optimal treatment for the growth of.

; water-nitrogen coupling; drip irrigation; circular fertilization; soil; nitrate nitrogen distribution; moisture distribution; migration

S794.9

A

1007–1032(2021)05–0553–09

苗為偉，楊啟良，熊凱，韓煥豪，劉小剛，周平，曹春號(hào)．水氮耦合下小桐子的生長(zhǎng)特性及其根區(qū)土壤的水氮遷移[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2021，47(5)：553–561．

MIAO W W，YANG Q L，XIONG K，HAN H H，LIU X G，ZHOU P，CAO C H．Characterization of the growth ofunder water-nitrogen coupling condition and its root soil water and nitrogen migration[J]．Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences)，2021，47(5)：553–561．

http://xb.hunau.edu.cn

2020–02–21

2020–04–24

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51379004)；云南省高校特色作物高效用水與綠色生產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(KKPS201923009)

苗為偉(1996—)，男，江蘇鹽城人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉與智能化測(cè)控技術(shù)研究，1457754563@qq.com；*通信作者，楊啟良，教授，主要從事農(nóng)業(yè)節(jié)水與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究，yangqilianglovena@163.com

責(zé)任編輯：鄒慧玲

英文編輯：柳正