肥料袋控緩釋對(duì)葡萄細(xì)根生長(zhǎng)和氮素利用的影響

張守仕　謝克英　常介田　徐明輝　韓芳　柴夢(mèng)穎　喬寶營(yíng)

關(guān)鍵詞：葡萄；肥料袋控緩釋；細(xì)根；生長(zhǎng)

中圖分類號(hào)：S663.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-9980（2023）01-0088-10

隨著“藥肥雙減”項(xiàng)目的持續(xù)推進(jìn)，緩釋肥因其養(yǎng)分利用率高、省工等優(yōu)點(diǎn)在水果生產(chǎn)中得到重視。袋控緩釋肥根據(jù)果樹養(yǎng)分需求特點(diǎn)，采用紙塑材料包裹袋內(nèi)肥芯，與顆粒包膜類緩釋肥相比降低了成本，取得了良好效果，在山東、陜西等果品生產(chǎn)大省得到推廣應(yīng)用。張亞飛等研究認(rèn)為，施用袋控緩釋肥可以提高肥料利用率，提高果實(shí)品質(zhì)。研究人員多從緩釋肥養(yǎng)分釋放和土壤養(yǎng)分供應(yīng)角度出發(fā)，與化肥撒施的傳統(tǒng)施肥方法相比，使用緩釋肥后養(yǎng)分釋放慢，土壤養(yǎng)分濃度變化幅度小，從而提高養(yǎng)分利用率。

根系尤其是新生細(xì)根是果樹養(yǎng)分最主要的吸收器官。新生細(xì)根生長(zhǎng)一段時(shí)間后會(huì)變褐，吸收能力降低，大部分新生細(xì)根死亡。能夠進(jìn)行次生生長(zhǎng)的新根變?yōu)槎嗄晟歉筛?，行使固定、養(yǎng)分通道等功能。新根數(shù)量增多，根系變褐時(shí)間延長(zhǎng)，壽命延長(zhǎng)，有利于根系養(yǎng)分吸收。劉照霞等研究煙富3矮化中間砧蘋果萌芽前不同位置施氮對(duì)新梢旺長(zhǎng)期細(xì)根分布、氮素吸收的影響，發(fā)現(xiàn)施氮增加了細(xì)根根長(zhǎng)密度，施肥位置不同根長(zhǎng)密度增加不同，氮素利用率不同。Baldi等研究表明，施用有機(jī)肥比撒施氮肥提高了桃細(xì)根數(shù)量，延長(zhǎng)了褐變時(shí)間和細(xì)根壽命，根系壽命與土壤硝態(tài)氮含量相關(guān)。有機(jī)肥比化肥撒施養(yǎng)分釋放緩慢，土壤養(yǎng)分濃度保持平穩(wěn)。緩釋肥在養(yǎng)分釋放、土壤養(yǎng)分供應(yīng)方面與有機(jī)肥類似，但緩釋肥對(duì)果樹根系生長(zhǎng)、發(fā)育影響的研究尚不多見。因此，研究緩釋肥施肥對(duì)根系的生長(zhǎng)、發(fā)育的影響，尤其是新根產(chǎn)生、褐變、死亡等動(dòng)態(tài)變化情況，從根系生長(zhǎng)、發(fā)育角度探討?zhàn)B分利用率提高的原因具有重要意義。生產(chǎn)中施肥對(duì)果樹地上部生長(zhǎng)、發(fā)育的影響研究較多，但是受觀測(cè)方法困難的影響，對(duì)果樹根系生長(zhǎng)、發(fā)育的研究相對(duì)較少?，F(xiàn)有研究多采用挖掘法、根鉆法、根窖法等方法研究果樹根系，但這些方法存在根系擾動(dòng)大、僅是階段結(jié)果、準(zhǔn)確度不高等問題。微根管法對(duì)根擾動(dòng)較小，通過預(yù)先埋置在土壤中的攝像機(jī)定期拍攝根系圖片及分析軟件獲得根系的生長(zhǎng)、發(fā)育動(dòng)態(tài)及有關(guān)參數(shù)。目前為止，微根管技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于植物根系的研究中，尤其是根系發(fā)生數(shù)量和根系壽命分析方面。因此筆者采用微根管觀察肥料袋控緩釋下葡萄根系細(xì)根生長(zhǎng)情況，結(jié)合15N同位素示蹤技術(shù)，從細(xì)根生長(zhǎng)、發(fā)育角度探討肥料袋控緩釋提高葡萄氮肥利用率的原因，以期為葡萄合理施肥提供依據(jù)。

1材料和方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于河南省大宗水果中牟綜合試驗(yàn)站內(nèi)，品種為夏黑，避雨栽培，南北行向，株行距為1.5 m×3.0m，定植于2011年3月，單干、單臂“雙十形”樹形。2018年3月初挑選大小均勻一致7年生葡萄樹24株，分為2組，一組15株用于根系觀察試驗(yàn)，另外9株用于15N示蹤試驗(yàn)。根系觀察試驗(yàn)和15N示蹤試驗(yàn)均設(shè)肥料袋控緩釋施肥（BCRF）、撒施施肥（SA）、不施肥（CK）3個(gè)處理，根系觀察試驗(yàn)每處理5次重復(fù)，¹⁵N示蹤試驗(yàn)每處理3次重復(fù)，均為單株小區(qū)。

1.2試驗(yàn)處理與樣品采集

3月20日肥料袋控緩釋施肥處理株施8袋袋控緩釋肥（95 g·袋^-1），每袋內(nèi)含有尿素40 g、二銨14 g、硫酸鉀41 g，挖坑施肥。施肥坑分別沿葡萄架面上最外側(cè)鐵絲位置地面投影往外20 cm處，施肥時(shí)鐵鍬入土深20 cm，將鐵鍬略前傾撬開土后將1袋袋控緩釋肥放入底部，抽出鐵鍬，踩實(shí)施肥位置。以后每年3月中旬在上一年施肥異側(cè)以同樣量進(jìn)行施肥。撒施施肥處理分別在相同位置分2次撒施肥料，與袋控緩釋肥等量且配比相同的摻混肥60%在3月份施入，剩余40%在8月下旬施入。不施肥處理只挖土不施肥。施肥后在葡萄植株正東側(cè)距樹干40 cm處埋入70 cm長(zhǎng)、外徑70 mm粗微根管。微根管與地面呈450夾角，管口距地5 cm左右，垂直距離40 cm，安裝前管底密封，微根管漏出地面部分先用黑色膠帶包裹，再加一層鋁箔，試驗(yàn)過程中注意保護(hù)微根管，防止擾動(dòng)。微根管安裝后需要穩(wěn)定一段時(shí)間，數(shù)據(jù)采集從2018年6月份開始，生長(zhǎng)季內(nèi)觀測(cè)周期為2周，分別在每月1日和15日觀察，休眠期觀測(cè)周期為4周，只在每月15日觀察。采用CI-600植物根系生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行根系圖片的采集。根據(jù)微根管編號(hào)、觀測(cè)層次、取樣時(shí)間、細(xì)根編號(hào)建立細(xì)根數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計(jì)細(xì)根數(shù)量。圖像采集面積為21.59 cmx19.57 cm，利用系統(tǒng)所帶ROOTSNAP根系圖像分析軟件進(jìn)行根系數(shù)量、壽命分析，白色與褐色細(xì)根定義為活根，黑色或皺縮的根和兩次觀測(cè)期間消失的根定義為死根。

¹⁵N示蹤試驗(yàn)處理試材和處理方法與上面相同，袋控緩釋施肥每個(gè)肥料袋內(nèi)裝有¹⁵N尿素（上海化工研究院，豐度10.10%）4 g和36 g普通尿素，撒施施肥處理兩次施肥時(shí)分別混有2.4 g和1.6g¹⁵N尿素。冬季葡萄植株落葉后對(duì)植株進(jìn)行破壞性取樣，整株解析為細(xì)根（直徑<2 mm）、粗根（直徑≥2 mm）、主干、主蔓、1年生枝。樣品洗凈后，105℃殺青30 min，80℃烘干至恒質(zhì)量，稱量干物質(zhì)質(zhì)量，不銹鋼電磨粉碎后過250μn篩，混勻后裝入自封袋中備用。植株樣品采用Isoprime100型質(zhì)譜儀測(cè)定¹⁵N豐度。植物樣品經(jīng)濃硫酸一過氧化氫消煮后，利用BDFIA8000流動(dòng)注射分析儀銨態(tài)氮模塊測(cè)定樣品含氮量。

2018年在3月底、6月初、8月底、11月底用不銹鋼土鉆在葡萄行內(nèi)距離施肥位置20 cm處取土樣，土樣帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土壤Nmin （NH₄⁺-N+NO₃^--N）測(cè)定。土壤樣品過2 mm篩后，用2mol·L^-1KCl溶液浸提后用BDFIA8000流動(dòng)分析儀銨態(tài)氮、硝態(tài)氮模塊進(jìn)行測(cè)試。

2018年在8月底、11月底在葡萄行內(nèi)距離施肥位置20 cm處用土鉆取土樣，土樣沖洗后保留根系，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）還原法測(cè)定細(xì)根根系活力。

1.3數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

新根中值壽命采用SPSS 19.0軟件生存分析進(jìn)行計(jì)算，指存活率為50%時(shí)對(duì)應(yīng)的生存時(shí)間。新根年周轉(zhuǎn)率為年新根死亡量與年新根現(xiàn)存量之比。

Ndff（%）指植株器官?gòu)姆柿现形辗峙涞降?5N量對(duì)該器官全氮量的貢獻(xiàn)率，它反映了植株器官對(duì)肥料15N的吸收征調(diào)能力，計(jì)算公式：

Ndff（%）=[樣品中的¹⁵N豐度（%）-自然豐度（0.366%）]／[肥料中¹⁵N的豐度（%）-自然豐度（0.366%）]×100;

總N量（g）=干物質(zhì)質(zhì)量（g）×N濃度；

吸收¹⁵N量（mg）=總N量（g）×Ndff（%）×1000;

氮肥利用率（%）=Ndff（%）×植株總N量（g）/施¹⁵N量（g）×100。

文中所有數(shù)據(jù)和圖使用Excel 2019和SPSS19.0軟件分析和制作，不同處理間差異性分析采用Duncan新復(fù)極差法檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

2.1肥料袋控緩釋對(duì)土壤Nmin的影響

土壤Nmin可以被根系直接吸收，包括NH₄⁺-N和NO₃^--N。表1采樣結(jié)果表明，土壤NH₄⁺-N含量處于較低水平，0～20 cm土層撒施施肥處理NH₄⁺-N含量變化劇烈，袋控緩釋處理NH₄⁺-N含量變化較小，第4次取樣時(shí)袋控緩釋處理高于撒施處理。>20～40 cm土層，各采樣期土壤NH₄⁺-N含量袋控緩釋處理均顯著高于撒施處理，且均維持在較高水平。表2結(jié)果表明，撒施處理每次施肥后土壤NO₃^--N含量迅速提高，隨著時(shí)間延長(zhǎng)迅速降低。袋控緩釋處理前2次采樣低于肥料撒施處理，后2次采樣均高于肥料撒施處理，并且維持在較高水平。

2.2肥料袋控緩釋對(duì)葡萄細(xì)根生長(zhǎng)的影響

表3結(jié)果表明，試驗(yàn)觀察到的葡萄細(xì)根數(shù)量以肥料袋控緩釋處理最多，其次為撒施處理，不施肥處理最少，分別為603條、413條和326條。2018年各個(gè)觀測(cè)期內(nèi)各處理之間差異顯著，2019年肥料袋控緩釋處理和撒施處理顯著高于不施肥處理，2020年肥料袋控緩釋處理顯著高于撒施處理和不施肥處理。圖1顯示，2018年各處理在8月份有1次生長(zhǎng)高峰，2019年和2020年在3月份有1次生長(zhǎng)高峰，2019年在8月份有1次生長(zhǎng)高峰，2020年7月份有1次生長(zhǎng)高峰，7月或8月生長(zhǎng)高峰葡萄新根數(shù)量高于3月。

2.3肥料袋控緩釋對(duì)葡萄細(xì)根變褐和壽命的影響

葡萄新根顏色的變化反映了葡萄根系呼吸、吸收能力的變化。圖2結(jié)果表明，不施肥處理平均根系褐變時(shí)間為46 d，撒施處理為63 d，肥料袋控緩釋處理為71 d，肥料袋控緩釋處理顯著高于撒施和不施肥處理。

圖3根系中值壽命計(jì)算結(jié)果表明，肥料袋控緩釋處理為238 d，撒施處理為196 d，不施肥處理為140 d，肥料袋控緩釋處理顯著延長(zhǎng)了根系中值壽命。

2.4肥料袋控緩釋對(duì)葡萄細(xì)根現(xiàn)存量和周轉(zhuǎn)率的影響

試驗(yàn)觀察期內(nèi)，根系現(xiàn)存量肥料袋控緩釋處理顯著高于肥料撒施處理和不施肥處理（圖4），2018年為241條，2019年、2020年分別為79條和69條，2018年肥料撒施處理和不施肥處理差異顯著，2019年、2020年肥料撒施處理和不施肥處理差異不顯著，數(shù)量均在60條以下。

2018年、2020年各處理間根系周轉(zhuǎn)率存在顯著差異（表4），各年內(nèi)數(shù)據(jù)均以肥料袋控緩釋處理最低。2019年撒施處理和不施肥處理間差異不顯著，但顯著高于肥料袋控緩釋處理。

2.5肥料袋控緩釋對(duì)葡萄細(xì)根根系活力的影響

根系活力反映了細(xì)根吸收能力，8月底數(shù)據(jù)表明肥料袋控緩釋處理根系活力達(dá)54.36 mg·g^-1·h^-1，顯著高于撒施處理和不施肥處理，分別為37.48和35.69mg·g^-1·h^-1，肥料袋控緩釋處理顯著高于撒施處理和不施肥處理。11月底的結(jié)果表明，各處理間根系活力均處于較低狀態(tài)，各處理間差異不顯著（圖5）。

2.6肥料袋控緩釋對(duì)葡萄氮養(yǎng)分吸收的影響

落葉后采樣時(shí)，各處理間器官生物量當(dāng)年生器官細(xì)根和1年生枝差異顯著，多年生器官如粗根、主干、主蔓處理間差異不顯著（表5）。各器官氮濃度肥料袋控緩釋處理均顯著高于肥料撒施處理。Ndff（%）表示來源于肥料的氮占總氮的比率，Ndff（g）表示器官中的氮來自肥料的具體質(zhì)量，肥料袋控緩釋施肥處理Ndff（%）和Ndff（g）各部位顯著高于肥料撒施處理。氮素利用率肥料袋控緩釋處理達(dá)到16.69%，顯著高于撒施施肥處理的8.38%。

3討論

果園土壤中NH₄⁺-N和NO₃^-N含量低，果樹生長(zhǎng)過程中所需氮素需要施肥進(jìn)行補(bǔ)充。傳統(tǒng)施肥中果農(nóng)片面追求高產(chǎn)，肥料用量過高，造成果實(shí)風(fēng)味變差、不耐貯運(yùn)等問題。更嚴(yán)重的是大量肥料隨灌溉水進(jìn)入土壤深層，揮發(fā)進(jìn)入大氣，造成環(huán)境問題。為解決這些問題，不同類型的緩釋肥在果樹生產(chǎn)中得到推廣應(yīng)用。緩釋肥養(yǎng)分釋放緩慢，可以在控釋期內(nèi)穩(wěn)定供應(yīng)養(yǎng)分，因此土壤養(yǎng)分相對(duì)穩(wěn)定，試驗(yàn)中Nmin結(jié)果與沙建川等結(jié)果一致。本試驗(yàn)中袋控緩釋肥在微孔袋的控制下，養(yǎng)分緩慢釋放。傳統(tǒng)肥料撒施可以迅速提高土壤中NH₄⁺-N和NO₃^--N含量，因此3月30日和6月1日兩次取樣時(shí)，撒施施肥處理顯著高于袋控緩釋肥處理。受土壤淋溶、硝化、反硝化等過程影響，土壤中NH₄⁺-N和NO₃^--N含量下降也很快，肥料袋控緩釋處理土壤中NH₄⁺-N和NO₃^--N含量不高，但波動(dòng)較小。試驗(yàn)地區(qū)8月份雨水多，施入肥料容易溶解并被降雨淋溶到土壤深處，袋控緩釋肥袋內(nèi)肥芯不受降雨影響，因此，8月30日取樣時(shí)撒施施肥處理顯著低于袋控緩釋肥處理。

果樹根系比農(nóng)作物分布稀疏，不利于養(yǎng)分吸收、利用。白色細(xì)根吸收能力強(qiáng)，從提高肥料利用率角度考慮，應(yīng)該提高細(xì)根數(shù)量和延長(zhǎng)細(xì)根壽命。黨祝慶等在桃幼樹上研究表明，有機(jī)肥、化肥配施比單施化肥有利于誘發(fā)細(xì)根，增加根系生物量，提高氮素利用率。Baldi等采用微根管原位觀測(cè)技術(shù)研究了有機(jī)肥對(duì)桃樹根系發(fā)生、生長(zhǎng)的影響，認(rèn)為施有機(jī)肥通過改變土壤NO₃^--N含量，比化肥撒施提高了細(xì)根發(fā)生數(shù)量。本試驗(yàn)結(jié)果表明，肥料袋控緩釋施肥處理細(xì)根發(fā)生數(shù)量最多，這與桃樹上采用挖掘法得到的結(jié)果一致。果園施有機(jī)肥條件下，土壤養(yǎng)分濃度相對(duì)穩(wěn)定。本試驗(yàn)中肥料袋控緩釋施肥處理比撒施施肥處理土壤養(yǎng)分穩(wěn)定，說明細(xì)根增多、細(xì)根變褐的時(shí)間和壽命延長(zhǎng)與肥料袋控緩釋施肥土壤養(yǎng)分穩(wěn)定有關(guān)。葡萄年生長(zhǎng)周期內(nèi)3月和7月或8月是細(xì)根產(chǎn)生的1個(gè)高峰，但各年份之間在時(shí)間上有差異，這與Centinari等在葡萄上、An等在蘋果上的觀察結(jié)果一致。另外細(xì)根產(chǎn)生還受溫度、水分、土層等其他因素影響，各年份間這些因素差異大。細(xì)根產(chǎn)生年份間變化較大，2018年細(xì)根產(chǎn)生多，2019年和2020年細(xì)根產(chǎn)生較少。有研究表明，細(xì)根產(chǎn)生和微根管安裝有關(guān)，為避免微根管安裝的影響，本試驗(yàn)將觀察時(shí)間比微根管埋置時(shí)間推后3個(gè)月，但仍然影響安裝根管當(dāng)年的新根數(shù)量，該方法應(yīng)用中延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間結(jié)果更為準(zhǔn)確。細(xì)根產(chǎn)生數(shù)量后兩年顯著低于第1年的原因可能是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)同一部位產(chǎn)生新根的能力逐漸變?nèi)?，新根發(fā)生受到影響。

細(xì)根數(shù)量增多，壽命延長(zhǎng)，從而提高了根系現(xiàn)存量。試驗(yàn)中細(xì)根年死亡量與細(xì)根現(xiàn)存量的比值表示新根周轉(zhuǎn)率，試驗(yàn)中肥料袋控緩釋施肥處理根系現(xiàn)存量顯著高于其他處理，細(xì)根周轉(zhuǎn)率顯著低于其他處理。肥料撒施處理根系因施肥后短期土壤養(yǎng)分濃度迅速上升，土壤養(yǎng)分濃度不適宜，會(huì)造成較多細(xì)根死亡，后期脫肥造成土壤養(yǎng)分濃度低，因此造成細(xì)根現(xiàn)存量降低，細(xì)根周轉(zhuǎn)率顯著提高。羅飛雄等研究蘋果不同砧木對(duì)細(xì)根周轉(zhuǎn)率影響，結(jié)果表明矮化自根砧細(xì)根死亡高峰提前，細(xì)根壽命短導(dǎo)致矮化自根砧新根的年周轉(zhuǎn)率高于喬化砧。本試驗(yàn)肥料撒施處理和不施肥處理細(xì)根壽命顯著低于肥料袋控緩釋施肥處理，因此細(xì)根年周轉(zhuǎn)率高于肥料袋控緩釋施肥處理。

根系活力表征根系吸收能力，于坤等在葡萄上的研究表明，葡萄一側(cè)地下穴貯滴灌施肥或一側(cè)地面滴灌施肥處理提高了20～60 cm土層深度處根系的根系活力。滴灌施肥提高了土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量，本試驗(yàn)中肥料袋控緩釋處理根系活力能夠在8月份維持較高水平，結(jié)果與其一致。進(jìn)入休眠期后僅維持微弱吸收能力，11月下旬取樣結(jié)果表明各處理根系活力都處于較低水平。

本試驗(yàn)¹⁵N示蹤試驗(yàn)結(jié)果表明，肥料袋控緩釋施肥處理顯著提高了各器官氮含量和Ndff（%），促進(jìn)了葡萄氮素養(yǎng)分吸收。這與肥料袋控緩釋施肥在蘋果上的結(jié)果一致。滴灌施肥因其土壤養(yǎng)分濃度高且變化小，可以提高葡萄氮素利用率，肥料袋控緩釋具有相似效果。本試驗(yàn)對(duì)根系生長(zhǎng)、發(fā)育觀測(cè)結(jié)果表明，氮素養(yǎng)分吸收率提高的原因除土壤氮素養(yǎng)分穩(wěn)定供應(yīng)外，肥料袋控緩釋施肥對(duì)根系發(fā)生、生長(zhǎng)的改變也是一個(gè)重要因素。

4結(jié)論

肥料袋控緩釋處理生長(zhǎng)季內(nèi)土壤Nmin含量波動(dòng)小，保持穩(wěn)定，顯著增加了葡萄細(xì)根數(shù)量，延長(zhǎng)了細(xì)根變褐時(shí)間以及細(xì)根壽命，降低了葡萄根系細(xì)根年周轉(zhuǎn)率，提高了生長(zhǎng)季根系活力，提高了葡萄氮素利用率。