施加不同形態(tài)氮肥對蘆葦生長和莖稈理化特性的影響1)

羅佳 鄭孟雨 鄒小智 蒲苗艷 何禹滔 龍治堅(jiān) 胡尚連

(西南科技大學(xué),四川省·綿陽市,621010)

蘆葦(Phragmitesaustralis)是禾本科多年生水生或濕生植物,適宜的生態(tài)區(qū)廣,纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高;與木材相比,蘆葦生長速度快、產(chǎn)量高,具有不占耕地、耐粗放管理等優(yōu)點(diǎn);是我國造紙工業(yè)中重要的非木漿造紙?jiān)牧?。有研究表明[7-8],葦漿纖維特性與闊葉木纖維的比較接近,在適宜的制漿條件時,可生產(chǎn)出具有高抄造性能的葦漿,以替代闊葉木漿,抄造多種紙種。但由于其木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,使得木質(zhì)纖維生物質(zhì)利用效率不高。近年來,紙制品消耗量迅速增長,造紙?jiān)蠂?yán)重短缺。數(shù)據(jù)顯示[9-10],我國造紙產(chǎn)業(yè)中1/4的原料都來源于進(jìn)口廢紙,對進(jìn)口過度依賴,2021年也開始全面禁止了廢紙進(jìn)口。用樹木造紙?jiān)絹碓绞艿劫Y源、環(huán)境與成本的制約,因此發(fā)展非木漿纖維用原料,對解決造紙?jiān)隙倘本哂兄匾饬x。

關(guān)于蘆葦?shù)难芯?多集中在生物炭[11]、生物質(zhì)能源[12]、生物吸附[13]等方面,但關(guān)于不同形態(tài)氮肥對蘆葦生長發(fā)育、產(chǎn)量以及纖維形態(tài)等方面的綜合性研究較少。為此,本研究在西南科技大學(xué)蘆葦溫室大棚,將白洋淀白花蘆葦、白洋淀黃花蘆葦、宿州蘆葦?shù)牡叵赂登げ迮鑳?nèi),在大棚內(nèi)育苗15 d后,選取長勢良好,大小一致的幼苗盆栽;選用不同形態(tài)氮素(酰胺態(tài)氮(CO(NH2)2)、銨態(tài)氮(NH4Cl)、硝態(tài)氮(KNO3))設(shè)計(jì)單施、混施8種施肥方案(其中以不施氮肥為對照)對蘆葦扦插苗進(jìn)行施肥試驗(yàn);測定成熟期蘆葦?shù)闹旮?、第三?jié)節(jié)間長、植株干質(zhì)量、生物量、纖維形態(tài)、纖維素、木質(zhì)素;應(yīng)用方差分析法(ANOVA)、最小顯著性差異法(LSD),分析施加不同形態(tài)氮肥對蘆葦生長和莖稈理化特性的影響。旨在為蘆葦高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供參考。

1 材料與方法

試驗(yàn)地位于四川省綿陽市涪城區(qū)青義鎮(zhèn)的西南科技大學(xué)蘆葦溫室大棚(地理中心坐標(biāo):東經(jīng)104°70′、北緯31°54′)。屬亞熱帶季風(fēng)氣候,干濕寒暑分明、光照充足、水熱資源豐富,年平均氣溫17.2 ℃,年平均降水量793.5 mm。

供試土壤采自四川省綿陽市涪城區(qū)青義鎮(zhèn),將5 kg風(fēng)干土裝盆(盆內(nèi)凈高27.0 cm,上口內(nèi)徑25.5 cm,盆底內(nèi)徑22.5 cm,盆內(nèi)土深約為13.6 cm),取施肥前盆中3～7 cm土層的土壤,將清理、風(fēng)干后的土樣進(jìn)行碾磨,用100目篩網(wǎng)(篩孔直徑0.150 mm)過篩備用。施肥前測得的土壤pH為7.40、全碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.22%、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.51%、總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.35%、全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.16 g/kg、全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為322 mg/kg、銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.93 mg/kg、硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.61 mg/kg、酰胺態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為891 mg/kg。

供試蘆葦(Phragmitesaustralis)為白洋淀白花蘆葦(BYD-W)、白洋淀黃花蘆葦(BYD-Y)、宿州蘆葦(SZ),購自河北雄安聚鵬生態(tài)科技有限公司。

供試氮肥為銨態(tài)氮(NH4Cl)、硝態(tài)氮(KNO3)與酰胺態(tài)氮(CO(NH2)2),均為分析純,購自成都市科隆試劑有限公司。

2022年5月20日開始育苗,將購買的蘆葦?shù)叵赂登げ迮鑳?nèi),在大棚內(nèi)育苗15 d。6月5日,選取長勢良好、大小一致的幼苗盆栽,保持土壤田間持水量約為65%。6月7日,進(jìn)行施肥試驗(yàn),以不施肥處理為對照,共8個施肥處理方案(見表1),每個處理3次重復(fù),每個重復(fù)4株,共96株。10月6日,測定成熟期蘆葦?shù)闹旮?、第三?jié)節(jié)間長等生長指標(biāo);10月7日,各處理分別隨機(jī)選取3株,以全株收獲取樣,測定生物量、纖維形態(tài)、纖維素、木質(zhì)素。

表1 蘆葦施肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)

生物量的測定方法:株高用卷尺測量,以土壤表面到植株最高點(diǎn)計(jì)算;第三節(jié)節(jié)間長用卷尺測量、第三節(jié)節(jié)間直徑用游標(biāo)卡尺測量,以從土壤表面以上、從下往上數(shù)第三節(jié)進(jìn)行記錄;自蘆葦分蘗時開始觀察,記錄分蘗數(shù)量;植株干質(zhì)量采用萬分之一天平測定。

纖維形態(tài)、纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)等指標(biāo),參照文獻(xiàn)[6]、[14]、[15]方法測定。土壤基礎(chǔ)肥力指標(biāo),分別取未施肥前、施肥后成熟期盆中3～7 cm土層的土壤,將清理、風(fēng)干后的土樣進(jìn)行碾磨,用100目篩網(wǎng)(篩孔直徑0.150 mm)過篩后,取25 g土樣測定土壤基礎(chǔ)肥力,包括全氮磷鉀、速效氮磷鉀以及土壤pH等指標(biāo)。

采用Microsoft Excel(2019)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,使用SPSS 26分析軟件,應(yīng)用方差分析法(ANOVA)進(jìn)行方差分析、最小顯著性差異法(LSD)進(jìn)行差異性檢驗(yàn)(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 施加不同形態(tài)氮肥對蘆葦生長的影響

由表2可見:施用不同形態(tài)的氮肥對蘆葦?shù)纳L指標(biāo)的促進(jìn)效果不同。復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%KNO3”處理對白洋淀白花蘆葦株高增加效果最顯著,復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”處理對白洋淀黃花蘆葦株高增加效果最顯著,分別比對照(不施加氮肥)提高了41.22%、40.21%;7種不同氮肥配比的處理對宿州蘆葦株高增加效果不顯著。復(fù)合施肥“50%NH4Cl+50%KNO3”處理對白洋淀白花蘆葦?shù)谌?jié)節(jié)間長增加效果最顯著,單施NH4Cl處理對白洋淀黃花蘆葦?shù)谌?jié)節(jié)間長增加效果最顯著,復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”處理對宿州蘆葦?shù)谌?jié)節(jié)間長增加效果最顯著,分別比對照(不施加氮肥)提高了95.46%、15.70%、42.30%。復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”處理、復(fù)合施肥“33.3%CO(NH2)2+33.3%NH4Cl+33.3%KNO3”處理,對白洋淀黃花蘆葦?shù)谌?jié)節(jié)間直徑增加效果最顯著,比對照(不施加氮肥)均高了21.63%;7種不同氮肥配比的處理,對白洋淀白花蘆葦、宿州蘆葦?shù)谌?jié)節(jié)間直徑增加效果不顯著。

表2 施加不同形態(tài)氮肥時3種蘆葦?shù)纳L指標(biāo)

與對照(不施加氮肥)相比,單施NH4Cl、單施KNO3處理,白洋淀白花蘆葦?shù)纳锪匡@著提高;而其他處理,白洋淀白花蘆葦?shù)纳锪?與對照(不施加氮肥)相比差異不顯著。單施KNO3、復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”、復(fù)合施肥“50%NH4Cl+50%KNO3”處理,白洋淀黃花蘆葦?shù)纳锪匡@著高于對照(不施加氮肥);而其他處理,白洋淀黃花蘆葦生物量,與對照(不施加氮肥)相比無顯著差異。復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”處理,宿州蘆葦?shù)纳锪匡@著高于對照(不施加氮肥),是未施入氮肥處理的145.83%。

除單施NH4Cl、復(fù)合施肥“33.3%CO(NH2)2+33.3%NH4Cl+33.3%KNO3”處理外,其他處理白洋淀白花蘆葦?shù)姆痔Y數(shù)顯著高于對照(不施加氮肥),其中單施KNO3處理影響最為顯著,比對照(不施加氮肥)提高了1.4倍。除單施NH4Cl處理外,其他處理的白洋淀黃花蘆葦分蘗數(shù)均顯著高于對照(不施加氮肥),其中單施NH4Cl處理白洋淀黃花蘆葦分蘗數(shù)最高,是對照(不施加氮肥)的1.8倍。7種不同氮肥配比的處理,宿州蘆葦?shù)姆痔Y數(shù)均顯著高于對照(不施加氮肥);且復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%KNO3”處理宿州蘆葦?shù)姆痔Y數(shù)最高,比對照(不施加氮肥)提高了2.67倍。

上述結(jié)果表明,施加不同形態(tài)氮肥,對白洋淀白花蘆葦?shù)闹旮吆偷谌?jié)節(jié)間長促進(jìn)效果最佳、對白洋淀黃花蘆葦?shù)纳锪看龠M(jìn)效果最佳、對宿州蘆葦分蘗數(shù)促進(jìn)效果最佳。其中,單施硝態(tài)氮(KNO3)更有助于提高蘆葦?shù)姆痔Y數(shù),混施酰胺態(tài)氮和銨態(tài)氮(復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”)對蘆葦?shù)闹旮?、第三?jié)節(jié)間長、生物量更有利。

2.2 施加不同形態(tài)氮肥對蘆葦纖維形態(tài)的影響

纖維長度是評價(jià)纖維原料制漿性能的一個重要依據(jù)。纖維越長、長寬比越大,紙張的纖維交接點(diǎn)會相應(yīng)增加,從而提高紙張各項(xiàng)物理力學(xué)性能,尤其是紙張的裂斷長和撕裂度。由表3可見,在施入氮鉀量比例和總量一致時,與對照(不施加氮肥)相比,不同形態(tài)氮處理的白洋淀白花蘆葦、白洋淀黃花蘆葦纖維長度均明顯增加。其中,復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”處理的白洋淀白花蘆葦纖維長度最高,比對照(不施加氮肥)增加了71.82%;單施CO(NH2)2處理的白洋淀黃花蘆葦纖維長度最高,比對照(不施加氮肥)增加了42.78%。而不同形態(tài)氮處理,對宿州蘆葦纖維長度的影響,較前兩種蘆葦則有所不同;復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”處理,宿州蘆葦纖維長度比對照(不施加氮肥)增加了9.27%,其他氮肥處理的宿州蘆葦纖維長度顯著低于對照(不施加氮肥)。

表3 施加不同形態(tài)氮肥時3種蘆葦纖維形態(tài)指標(biāo)

纖維長寬比越大對制漿適宜度越有利[16]。本研究表明,復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”處理的白洋淀白花蘆葦纖維長寬比最高,比對照(不施加氮肥)增加了33.00%;單施CO(NH2)2處理的白洋淀黃花蘆葦纖維長寬比最高,比對照(不施加氮肥)增加了45.01%;復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%KNO3”處理的宿州蘆葦纖維長寬比顯著低于對照(不施加氮肥),降低了12.33%。細(xì)小纖維質(zhì)量比例過高,會對紙的強(qiáng)度等性質(zhì)產(chǎn)生不利影響[17]。單施NH4Cl處理的白洋淀白花蘆葦細(xì)小纖維質(zhì)量比例最低,比對照(不施加氮肥)減少了42.55%;復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”處理的白洋淀黃花蘆葦細(xì)小纖維質(zhì)量比例最低,比對照(不施加氮肥)減少了33.13%。單施KNO3、復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%KNO3”、復(fù)合施肥“50%NH4Cl+50%KNO3”、復(fù)合施肥“33.3%CO(NH2)2+33.3%NH4Cl+33.3%KNO3”處理的宿州蘆葦,細(xì)小纖維質(zhì)量比例顯著增加;而單施CO(NH2)2、單施NH4Cl、復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”處理的宿州蘆葦細(xì)小纖維質(zhì)量比例,與對照(不施加氮肥)之間無顯著差異。綜合分析表明,混施酰胺態(tài)氮和銨態(tài)氮(復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”),更有利于改善蘆葦?shù)睦w維形態(tài)。

2.3 施加不同形態(tài)氮肥對蘆葦細(xì)胞壁組成成分構(gòu)成的影響

纖維素能明顯提高紙張的物理強(qiáng)度,增加紙張的柔韌性和結(jié)合力[18]。由表4可見,與對照(不施加氮肥)相比,不同氮肥配比處理,對白洋淀黃花蘆葦、白洋淀白花蘆葦、宿州蘆葦?shù)睦w維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有不同程度的提高。對照(不施加氮肥)的白洋淀黃花蘆葦纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù),顯著高于白洋淀白花蘆葦、宿州蘆葦?shù)睦w維素質(zhì)量分?jǐn)?shù);除單施KNO3處理外,在其他5個不同氮肥配比的處理,白洋淀黃花蘆葦?shù)睦w維素質(zhì)量分?jǐn)?shù),均顯著高于白洋淀白花蘆葦、宿州蘆葦纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”處理的白洋淀黃花蘆葦、白洋淀白花蘆葦?shù)睦w維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高最顯著,分別比對照(不施加氮肥)提高了2.92%、3.91%;單施CO(NH2)2處理,對宿州蘆葦纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高效果最顯著,比對照(不施加氮肥)提高了6.09%。

表4 施加不同形態(tài)氮肥時3種蘆葦?shù)募?xì)胞壁組成成分

高木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)被普遍認(rèn)為是導(dǎo)致紙張強(qiáng)度降低的主要原因[19];紙漿纖維表面木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與紙漿的抗張強(qiáng)度、耐破強(qiáng)度呈線性負(fù)相關(guān),增加纖維表面木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)會降低紙漿纖維間的結(jié)合強(qiáng)度[20]。由表4可見,與對照(不施加氮肥)相比,不同形態(tài)氮處理的白洋淀黃花蘆葦木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有所降低,而各氮肥處理對白洋淀白花蘆葦、宿州蘆葦木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響不顯著。在6個不同氮肥配比的處理中,白洋淀黃花蘆葦木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù),均顯著低于白洋淀白花蘆葦、宿州蘆葦木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù);復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”處理,白洋淀黃花蘆葦?shù)哪举|(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低,比對照(不施加氮肥)減少了15.1%。綜上所述,白洋淀黃花蘆葦具有成為高纖維素、低木質(zhì)素優(yōu)勢品種的潛力。與其他氮肥處理相比,混施酰胺態(tài)氮和銨態(tài)氮(復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”)對提高蘆葦纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、降低木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的效果最顯著。

2.4 施加不同形態(tài)氮肥對蘆葦從土壤中吸收化學(xué)元素的影響

由圖1可見:單施NH4Cl處理,使白洋淀黃花蘆葦和宿州蘆葦2種蘆葦對鉀、銨態(tài)氮的吸收多。單施KNO3處理,使白洋淀黃花蘆葦對鉀、磷、硝態(tài)氮的吸收多;而白洋淀白花蘆葦和宿州蘆葦除對鉀吸收多外,白洋淀白花蘆葦對磷吸收也較多、宿州蘆葦對酰胺態(tài)氮吸收也較多。復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”處理,使白洋淀白花蘆葦對鉀、磷、銨態(tài)氮的吸收較多。復(fù)合施肥“50%NH4Cl+50%KNO3”處理,使白洋淀白花蘆葦和宿州蘆葦對氮、磷、鉀的吸收均較多。復(fù)合施肥“33.3%CO(NH2)2+33.3%NH4Cl+33.3%KNO3”處理,使白洋淀白花蘆葦對酰胺態(tài)氮的吸收多,白洋淀黃花蘆葦對鉀、磷的吸收較多。與白洋淀黃花蘆葦、宿州蘆葦相比,施加不同形態(tài)氮后,白洋淀白花蘆葦對N、P、K的吸收效果更好。

3 討論與結(jié)論

已有研究表明,合理施用氮肥能改善纖維作物纖維的長度和細(xì)度,可使亞麻(LinumusitatissimumL.)莖稈增粗,并顯著增大纖維細(xì)胞數(shù)量和纖維細(xì)胞大小,但卻使得細(xì)小纖維質(zhì)量比例略有降低[27]。本研究表明,施加氮肥能夠增加白洋淀白花蘆葦、白洋淀黃花蘆葦?shù)睦w維長度和纖維寬度,并減少其細(xì)小纖維質(zhì)量比例;復(fù)合施肥“50%CO(NH2)2+50%NH4Cl”處理,更能促進(jìn)白洋淀白花蘆葦?shù)睦w維伸長和變粗,對降低白洋淀黃花蘆葦細(xì)小纖維質(zhì)量比例的作用更顯著;單施NH4Cl處理,更能促進(jìn)白洋淀黃花蘆葦?shù)睦w維伸長和增粗,對降低白洋淀白花蘆葦細(xì)小纖維質(zhì)量比例的作用更顯著。原因是氮的供應(yīng),導(dǎo)致細(xì)胞伸長和擴(kuò)張的變化[28-29]。

綜上所述,混施酰胺態(tài)氮和銨態(tài)氮,能夠有效增加蘆葦?shù)纳锪?并明顯改善其纖維形態(tài),且蘆葦莖稈細(xì)胞壁纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高、木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低,進(jìn)而提高蘆葦?shù)哪举|(zhì)纖維利用率。再綜合考慮造紙相關(guān)指標(biāo),與白洋淀白花蘆葦、宿州蘆葦相比,白洋淀黃花蘆葦更具有高纖維、低木質(zhì)素的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)造紙?jiān)系臐摿Α?/p>