施氮对黑麦草草坪生长及土壤硝态氮的影响

张斐斐，白 龙，王晓红，刘 英

(沈阳农业大学园艺学院，辽宁 沈阳110866)

施肥是草坪养护管理中最重要的环节之一，与灌溉、修剪一起被称为草坪养护管理的三大要素。尿素是常用的氮肥，合理的氮肥添加有利于草坪生长，保持其良好的观赏品质。边秀举和胡林[1]的研究表明,氮肥可明显改善草坪色泽，提高草坪质量。李文庆等[2]认为，建坪时施氮能明显加速草坪成坪，缩短成坪时间，而过量施氮反而会影响草坪草的坪用质量。章学梅等[3]通过对冷季型混播草坪的施肥研究发现，年施氮量为25 g·m-2较适合。同时，氮肥的不合理利用也会造成环境污染，尤其是硝态氮对地下水的污染。草坪是施肥量大、灌水多的人工植被，施入的氮肥一部分被植物吸收利用，一部分残留在土壤中，约有10%以硝态氮形式移出系统，造成地表及地下水资源污染[4]。韩建国和刘帅[5]通过研究施肥对草地早熟禾(Poapretensis)草坪土壤中硝态氮的影响发现，0～20 cm土层中硝态氮的含量受施肥影响很大，并且与肥料类型、施肥次数以及施肥量有关。Decau等[6]根据对草坪进行不同施氮量以及15N的跟踪研究发现，控制氮肥的施肥量可减少硝酸盐淋失量。Barton和Colmer[7]通过对比试验指出，完善灌溉制度，并按照土壤对氮的需要量制定施肥量和施肥次数是减少草坪硝酸盐淋失的有效对策。

多年生黑麦草(Loliumperenne)成坪速度快、分蘖能力强、绿期长，常用于观赏绿化和高尔夫场球道建植[8]。国外学者针对黑麦草施肥做了大量研究，Chaney[9]认为，土壤中氮含量超过177.8 mg·kg-1时，黑麦草的生长受到抑制。Cannway[10]发现，施氮量超过225 kg·hm-2·a-1时黑麦草的耐践踏性急剧下降。边秀举和胡林[1]在我国河北地区对黑麦草的研究得出，施氮量3～12 g·m-2，可接受的草坪质量持续时间为13～48 d。在不同土壤质地、土壤水分和温度条件下，氮肥的效应有很大差异。目前,我国东北寒冷地区关于黑麦草量化施肥的研究还鲜见报道。基于此，本研究以多年生黑麦草为对象，分析不同施氮量对草坪生长及土壤中硝态氮残留的影响，以期为我国东北地区棕壤土多年生黑麦草草坪的合理施肥提供依据。

1 材料与方法

1.1试验地概况 试验在沈阳农业大学百草园温室进行，41.46° N，123.25° E。沈阳市属于温带大陆性气候，年平均气温7.8～8.0 ℃,7月份气温最高，平均为24.6 ℃,1月份气温最低，历史最低温-33.1 ℃，年降水量700～800 mm。供试土壤来自沈阳农业大学棕壤土长期定位站，土壤基本理化性质为全氮1.317 g·kg-1，碱解氮129.27 mg·kg-1，速效磷18.36 mg·kg-1，速效钾173 mg·kg-1，有机质9.11 g·kg-1，pH值8.12。

1.2试验材料 供试草种为多年生黑麦草,品种为爱神特2号(AccentⅡ)。供试盆钵高40 cm，盆口直径40 cm，底部直径28 cm。分别在盆壁上20、40 cm深处打有直径4 cm的圆孔，同一深度有10个孔，供取土样用。将棕壤土和草炭以5∶1的质量比例充分混匀后装盆，土壤装至距盆口约2.5 cm处，然后统一称重,并调整使每一盆土的质量都控制在29.3 kg左右。播种日期为2012年2月13日，播种量为25 g·m-2，出苗后开始施氮处理。

1.3试验方法 本试验设5个施氮处理，分别为CK，N100，N150，N250和N350，施氮量分别为0、100、150、250、350 kg·hm-2·a-1，每处理3次重复，共15盆。施氮时采用喷施法施氮，每次将各处理所需尿素溶解在2.5 kg水中，均匀喷洒每个盆栽，对照喷施等量的水。施氮量与施氮时期见表1。每隔4 d浇一次水，每次5 kg。每两周剪草1次，留茬高度为6 cm。

1.4测定项目与方法

1.4.1草坪草生长速度 生长速度用草坪草每天的垂直净生长量表示，每个月第一次修剪前在每个盆内选取有代表性的10株草坪草，测量其垂直伸展高度，将其数量值减去留茬高度除以天数即为生长速度。

1.4.2草坪草地上生物量 每月16日、30日各修剪草坪1次，将修剪草屑收集，然后带回实验室，于70 ℃条件下烘干24 h后称重。

1.4.3叶绿素含量测定 将每月第一次修剪后的样品混匀剪碎，准确称取0.1 g置于研钵中，加2 mL 80%的丙酮研磨成匀浆，然后定容至25 mL,摇匀并放在避光处，待残渣发白后过滤，滤液供测定用。在663和645 nm波长下测定OD值(光密度，表示被检测物吸收到的光密度)[11]。

1.4.4土壤硝态氮含量 于每月16日取土样，分别在20、40 cm深处的圆孔中取样后，将同一深度的土样充分混合装入保鲜袋。硝态氮含量的测定采用酚二磺酸法[12]。多年生黑麦草属于浅根系植物，90%的根系分布在0～30 cm土层土壤中[13]，因此把土样分为根系层(20 cm深处)和根下层(40 cm深处)进行分析。

1.5数据分析 用SigmaPlot 10.0软件制图，用SPSS 12.0软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1施氮对草坪草生长速率的影响 施氮15 d内，草坪草生长速率随施氮量的增加而增大，N150、N250和N350分别比对照增加了16.3%、28.6%和32.7%，N250、N350显著高于CK、N100、N150(P<0.05)，但N250与N350之间、CK与N100之间差异不显著(P>0.05)(表2)。施氮45 d后，CK、N100、N150和N250处理下草坪草的生长速率依次增大，N350处理则生长延缓，CK显著低于N100、N150、N250和N350，但N250和N350之间差异不显著。后3次施肥，N350处理下草坪草生长速率明显下降，N250显著高于CK、N100、N150和N350，N150与N350之间差异不显著。

表1 不同施氮水平的施肥方案Table 1 Nitrogen aplication schedule of different treatments kg·hm-2

表2 不同施氮处理下草坪草的生长速度Table 2 Effects of different nitrogen tredtments on lawn’s growth rate cm·d-1

2.2施氮对草坪草地上生物量的影响 草坪草地上生物量的动态变化规律与生长速率基本一致。地上部分的累积生长量在1 222.00和2 961.54 g·m-2之间变化，在N250处理下达到峰值2 961.54 g·m-2，当达到最高施肥量N350时，累积生长量减少为2 189.15 g·m-2。各处理累积地上生物量均显著高于对照(P<0.05)，且N100、N150、N250和N350累积地上生物量分别是对照的1.3、1.7、2.4和1.8倍(表3)。

2.3施氮对草坪草叶绿素含量的影响 整个生长期各处理叶绿素含量呈现先上升后下降的趋势。5月1日前，叶绿素含量随着施氮量的增加而增加，CK、N100、N150均与N250、N350差异显著(P<0.05)。5月1日后，叶绿素含量在0～250 kg·hm-2范围内随施氮量的增加而增加，当施氮量超过350 kg·hm-2时开始下降。6月1日，各处理叶绿素含量均到达峰值，且N250处理叶绿素含量出现最高值4.03 mg·g-1，比CK、N100、N150和N350分别高0.81、0.50、0.33和0.19 mg·g-1。这可能是由于尿素养前期的肥效适应和累积使其产生了显著的变化。

2.4施氮对不同土层土壤硝态氮残留的影响 各处理土壤残留硝态氮主要分布在根系层，根下层硝态氮残留量较低，仅为根系层硝态氮残留量的一半。施氮量越高，根系层和根下层土壤中硝态氮的残留量也越高。CK、N100和N150处理下土壤硝态氮剖面分布相似，且同一土层土壤硝态氮残留量差异不显著，N250、N350处理根系层硝态氮残留量显著高于CK、N100与N150处理(P<0.05)。4-8月，N250处理下根下层土壤中硝态氮残留量分别比对照增加了7.70%、18.55%、25.44%、34.74%和19.71%；N350处理下根下层土壤中硝态氮残留量分别比对照增加了10.11%、21.09%、33.01%、51.65%和44.39%；黑麦草生长的不同时期土壤硝态氮的残留量不同土壤中硝态氮残留量为6月份最少，8月份最高(图2)。

表3 不同施氮处理下草坪草的地上生物量Table 3 Effects of different nitrogen treetments on lawn’s aboveground biomass g·m-2

图1 不同施氮水平下草坪草叶绿素含量 Fig.1 Effects of different concentration of nitrogen treatments on lawn’s chlorophyll content

图2 不同施氮水平下土壤中硝态氮的残留量Fig.2 Effects of different concentration of nitrogen treatments on nitrate residue in soil

3 讨论

3.1施氮对草坪草生长的影响 从草坪草的生长量来看，CK显著低于施氮处理，说明适量施氮能够明显促进草坪草生长。这与韩建国等[14]通过盆栽试验得出的结论一致，施氮肥能够明显增加草坪的生长量。本试验得出，并不是施氮量越大草坪长得越好，在250 kg·hm-2施氮水平下黑麦草生长最佳。氮肥作为草坪植物需求的大量元素，合理的氮素释放速率可以供给草坪正常生长所需的养分，氮素释放不足或超过范围都会导致茎叶的净光合速率、呼吸速率以及其他生理反应相应降低，从而影响地上生物量[15]，这与Beard[16]的研究结论相同。第2次施肥后N350处理生长速度开始下降，但N250与N350处理之间无显著差异。后3次施肥N350处理下草坪草生长速率下降明显，N250与N350处理之间差异显著(P<0.05)。这与张鹤山等[17]在不同施氮浓度、不同施氮频率下对冷季型混播草坪草的研究结果一致。说明高浓度的氮肥使草坪生长速度降低，随着施肥次数的增加减缓草坪生长的作用增强。7-8月，各处理生长速率下降，可能由于夏季高温，各处理生长势遭到影响，特别是施肥量高的N350处理和施肥量低的N100处理，严重时期出现根腐现象。N250处理长势优于其它处理，CK长势则一直很弱。

3.2施氮对草坪草叶绿素含量的影响 本试验表明，在施氮量0～250 kg·hm-2范围内，叶绿素含量随施氮量的增加而增加，达到350 kg·hm-2时，叶绿素含量反而下降。钱永生等[18]对沟叶结缕草(Zoysiamatrella)的研究表明，浓度225 kg·hm-2的尿素组成效果最显著，叶绿素含量变化最大，草坪草色泽鲜绿，而浓度达到375和450 kg·hm-2时，叶绿素含量减少，草坪草观赏质量下降。本试验中草坪草叶绿素含量为N250处理>N350处理>N150处理>N100处理>CK，趋势与之相似。说明施氮可以显著提高草坪草叶绿素含量，在一定氮肥施量范围内，叶绿素含量随着施氮量的增加而增加，但超过该阈值，氮肥的效应就会减弱，从而影响草坪的观赏价值。这可能是由于氮缺乏或者过量导致同化力合成、酶含量和酶活性的下降，并进一步导致植物叶面积降低和光合同化物的减少，从而影响了光合作用[19]。

3.3施氮对草坪草土壤中硝态氮残留量的影响 研究发现，各时期同一施氮水平下根系层土壤中硝态氮的残留量明显高于根下层，约是根下层土壤中硝态氮残留量的两倍。在一年生黑麦草(Loliummuctiflorum)生长的各个时期，同一施氮量水平下硝态氮在表层土壤(0～20 cm)中含量最高，随土层深度增加而减少[20]。本试验结果与其相符，这主要是因为氮肥随着水分的下渗进入不同的土层，在根系层达到最大累积量。另外，也可能是因为根系层的微生物活动及相关酶活性比较强，利于氮素的积累。本试验结果表明，在350 kg·hm-2·a-1施氮水平时，根下层土壤中硝态氮的残留量达到最大值9.01 mg·kg-1。随着氮量增加，氮的淋溶损失也随之加大[21]。在低氮条件下草坪草氮素吸收量是高氮条件下氮素吸收量的6倍[22]。本试验结果与以上结论一致，说明氮肥施用量和土壤中硝态氮的残留量密切相关，施氮量越高草坪土壤中残留的硝态氮也越多。Enjelsjord等[23]对混播草地早熟禾、多年生黑麦草氮去向的研究表明，施氮量293 kg·hm-2，分6次施用，氮的回收率为70%～90%。本试验中施用CO(NH2)2,施氮量150 kg·hm-2·a-1，分5次施用，土壤中残留的硝态氮和对照无明显变化，氮的回收率较高。说明在重施氮肥的情况下，氮肥总量超过了草坪吸收、草坪土壤固定和氨挥发损失的量，将会造成硝态氮在土壤剖面不同程度的淋溶和累积。Kevin等[24]研究了建植25年草坪中氮肥的施用对硝酸盐淋溶的影响，得出施氮量为245 kg·hm-2时淋溶液中的硝酸盐是可饮用水中允许硝酸盐含量的2～3倍，这有可能导致地下水污染。不同地区、不同气候条件下草坪草对氮素的吸收也有差异。章学梅等[3]通过对草地早熟禾和高羊茅(Festucaarundinacea)混播草坪的尿素施肥试验发现，北京地区黄潮土条件下最佳施氮量是250 kg·hm-2·a-1，在该水平下草坪草能迅速吸收氮素，促进尿素向氨态氮转化，减少氨态氮向硝态氮转化；施氮量为400 kg·hm-2·a-1时，土壤中氮量低，一方面可能是因为高浓度氮肥导致地上部分过量生长而使土壤中的氮降低，另一方面是由于施氮量大，土壤溶液中硝态氮的浓度高，从而氮淋失较多，导致残留在土壤溶液中的氮少。扬州地区粘土条件下，多花黑麦草的吸氮量在200 kg·hm-2时最高，达到300 kg·hm-2时吸氮量下降，而且不同施氮处理中N300处理、N100处理、CK均比N200处理硝态氮下渗显著增加[25]。本研究表明，东北地区棕壤土条件下，施氮量超过250 kg·hm-2·a-1时多年生黑麦草土壤中硝态氮残留量均比施氮量为100、150 kg·hm-2·a-1时显著增加，在施氮量为350 kg·hm-2·a-1时达到最大值。6月份根下层土壤硝态氮残留量最低，主要是由于多年生黑麦草生长量大，吸收氮素多；8月份根下层土壤硝态氮残留量最高，可能是草坪生长因高温胁迫而受抑制，导致其对养分的需求量降低。因此，建议草坪实际施肥中，在合理的施氮范围内6月份可多施肥，8月份少施或尽量不施，以避免氮肥的损失和潜在的危险性。

4 结论

施氮量为250 kg·hm-2·a-1时，草坪草能迅速吸收氮素，促进生长。施氮量超过250 kg·hm-2·a-1时，则超过了多年生黑麦草的最大吸氮量，造成根下层土壤硝态氮的淋溶和累积。施氮量达350 kg·hm-2·a-1时，不但不能促进草坪生长，反而增大了硝酸盐的淋溶损失。因此，东北地区棕壤土条件下建议草坪草施氮量为250 kg·hm-2·a-1。

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