树盘施肥区域大小对 15N吸收利用及桃幼树生长的影响

肖元松， 彭福田， 房 龙， 颜克发， 张华美， 齐玉吉， 李 勇

(山东农业大学园艺科学与工程学院，作物生物学国家重点实验室， 山东泰安 271018)

合理施用化肥是保证果树产量与品质的重要措施。目前我国桃生产中，由于化肥施用的盲目性及果农施肥决策不合理，导致化肥利用率低[1]，不仅浪费了资源，而且造成了对环境的污染[2-4]。受施肥方式和根系在土壤中非均匀分布的影响，只有局部土壤营养空间能够满足根系对养分的需求。有研究指出，局部供应磷素可以促进小麦幼苗生长及同化物向根系的运输[5]； 局部供应氮、 锌元素有利于根系向养分富集区生长[6 ]。研究表明，养分局部供应区域根系的吸收能力明显增大，可以补偿根区养分非均匀供应造成的影响，这种局部供氮使根系生长提高是对缺氮部分的生长补偿[7-8]。秦岭等[9]在葡萄上的研究认为，盆栽葡萄根系局部改良可有效促进葡萄地上部和根系的平衡生长。目前有关养分局部供应的研究多集中在模式植物上，且多在实验室盆栽条件下进行，而在大田条件下，有关局部施肥对养分吸收利用和分配的研究报道较少。本研究利用15N同位素示踪技术，通过大田条件下根系分区施肥和限制性局部分区交替施肥技术，对桃幼树交替施肥下的15N吸收利用进行研究，探讨树盘施肥区域大小变化的氮素吸收与分配特点以及适合桃园的优化施肥模式，以期为桃园施肥管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验采取完全随机设计，试验分为不同根区施肥和2/4根区交替施肥试验。不同根区施肥试验分为: 1/4根区施肥； 2/4根区施肥； 3/4根区施肥； 4/4根区施肥4个处理，不施肥为对照，每处理8次重复。施肥分两次进行，时间为5月4日，7月10日。每次各处理施入等量的普通尿素21.6 g，15N-尿素(上海化工研究院生产，丰度10.22%)2.5 g，硫酸钾23.14 g，磷酸二氢铵10.18 g。各处理的施肥方法为: 1/4根区施肥， 将肥料溶于1 L水中，然后浇在相应的1/4根区，其它3个根区浇入等量水； 2/4根区施肥，将肥料平均分为2份，分别溶于1L水中，然后分别浇在相应的2/4根区，其它2个根区浇入等量水； 3/4根区施肥，将肥料平均分为3份，分别溶于1L水中，然后分别浇在相应的3/4根区，另外1个根区浇入等量水； 4/4根区施肥，将肥料平均分为4份，分别溶于1L水中，然后分别浇在4个根区。两次施肥均施于相同根区。

2/4根区交替施肥试验分为2/4固定根区施肥和2/4根区交替施肥2个处理，以不施肥为对照，每个处理8次重复。于5月4日，7月10日分两次施肥。2/4固定根区施肥处理为始终给2/4根区施肥，另2/4根区不施肥； 2/4根区交替施肥处理是第一次施肥施在2/4根区，另2/4根区不施肥，第二次施肥在另一个2/4根区，第一次施肥的2/4根区不施肥。每次各处理施入等量的普通尿素21.6 g，15N-尿素(上海化工研究院生产，丰度10.22%)2.5 g，硫酸钾23.14 g，磷酸二氢铵10.18 g。施肥方法为: 2/4固定根区施肥是将肥料溶于2 L水中，均匀浇在固定的2/4根区，两次施肥施在相同根区，另2/4根区浇2 L水； 2/4根区交替施肥是将肥料溶于2 L水中，第一次施肥施在先施肥的2/4根区(先施肥区)，另2/4根区浇2 L水，第二次施肥施入上次未施肥的2/4根区，另2/4根区浇2 L水。每次施肥完成后随即对各处理浇足量的水。各处理田间管理均同常规。

1.2 测定项目与方法

分别于5月14日、 6月14日、 7月16日、 8月16日和9月17日测定各处理干茎。试验结束时，破坏性整株取样，整株解析为各施肥区与非施肥区对应的地上部和地下部，地上部解析为对应根区的枝、 叶和干； 地下部解析为对应根区的粗根(直径>0.2 cm)和细根(直径≤0.2 cm)，称量各部分鲜重。其中1/4根区施肥，2/4根区施肥，3/4根区施肥，4/4根区施肥处理取样时地上部和地下部均按东南西北四个方向平均分为四部分进行取样； 2/4固定根区施肥和2/4根区交替施肥处理取样时地上部和地下部按施肥边和非施肥边及先施肥边和后施肥边，分为两部分进行取样； 并对各部分进行数据分析。样品按清水→洗涤剂→清水→3次去离子水顺序冲洗后，立即在105℃下杀青30 min，随后在80℃下烘至恒重，并称量各部分干重。之后在80 ℃下烘至恒重，用不锈钢电磨粉碎后过0.25 mm筛，样品混合装袋备用。

干茎使用游标卡尺测定； 植株全氮用 Foss 半自动式定氮仪(凯氏定N法)测定。15N 丰度值的测定方法为: 吸浓硫酸 4 mL溶解样品，催化剂为K2SO4∶Se 为 500 ∶1的混合物，消化8 h后用0.02 mol/L的稀硫酸吸收后上机操作。MAT-251 质谱仪测定15N丰度，样品在中国农业科学院农产品加工所测试。

1.3 计算公式

器官全氮量(g)=器官总干重(g)×全氮(%)

Ndff=植物样品中15N 原子百分超(%)/肥料中15N原子百分超(%)×100

原子百分超=样品中15N 丰度(%)-自然丰度(%)

氮肥利用率= Ndff(%)×器官全氮量(g)/施肥量(g)×100

氮肥分配率=各器官从氮肥中吸收的氮量(g)/总吸收氮量(g)×100

从氮肥中吸收的氮量=器官全氮量(g)×样品15N原子百分超(%)/肥料15N原子百分超(%)

1.4 数据处理

应用 Microsoft Excel 2003 软件绘图、 制表，DPS 7.05 软件进行统计分析，进行单因素方差分析和差异性分析。

2 结果与分析

2.1 不同根区施肥桃幼树各器官的Ndff

器官的Ndff 是指植株器官从15N肥料中吸收分配到的15N量对该器官全氮量的贡献率，它反映了植株器官对肥料15N 的吸收征调能力[10]。四种不同根区施肥处理下，桃幼树各器官Ndff存在一定差异。由表1看出，施肥区根系的Ndff高于非施肥区根系的Ndff，差异显著。施肥区根系的Ndff，随施肥根区的增多而减少，非施肥区根系的Ndff，随施肥根区的增多而增大。新梢和叶的Ndff，随施肥根区的增多而增大。干的Ndff 随施肥根区的增多而增大。1/4根区施肥处理施肥区细根的Ndff最大为4.28%，分别为2/4根区施肥、 3/4根区施肥、 4/4根区施肥的1.39倍、 1.62倍、 1.68倍。1/4根区施肥处理施肥区粗根的Ndff最大为3.98%，分别为2/4根区施肥、 3/4根区施肥、 4/4根区施肥的1.22倍、 1.24倍、 1.39倍。1/4根区施肥处理非施肥区新梢的Ndff是施肥区的1.42倍，其它施肥处理施肥区新梢与非施肥区新梢的Ndff无显著差异。1/4根区施肥处理中非施肥区叶的Ndff是施肥区的1.59倍，其它施肥处理新梢施肥区与非施肥区叶的Ndff无显著差异。

2.2 不同根区施肥桃幼树各器官的15N分配率

各器官中15N占全株15N总量的百分率反映了肥料氮在树体内的分布及在各器官迁移的规律[11]。不同根区施肥处理，植株各器官的15N 分配率不同(表2)。施肥区根系15N分配率随施肥根区的增多(等施肥量施肥区域增大)有降低趋势，施肥区大于非施肥区，细根的15N分配率以1/4根区施肥处理施肥区最大为1.84%，分别为2/4根区施肥、 3/4根区施肥、 4/4根区施肥的1.01倍、 1.53倍、 1.77倍； 粗根的15N分配率以1/4根区施肥处理施肥区最大为2.75%，分别为2/4根区施肥、 3/4根区施肥、 4/4根区施肥的1.23倍、 1.86倍、 1.83倍。各处理新梢的15N分配率无显著差异，施肥区新梢的15N分配率与非施肥区的15N分配率无显著差异。结果表明，不同根区施肥处理，氮素优先分配到施肥区根系，然后再向非施肥区根系转移，最终氮素在地上部新生器官中均衡分配。施肥区根系的Ndff值与15N分配率均高于非施肥区根系的Ndff 与15N分配率，差异显著。

表1 不同根区施肥条件下植株各器官的Ndff(%)

表2 不同根区施肥条件下植株各器官15N分配率(%)

2.3 不同根区施肥15N肥料吸收利用率

由图1可以看出，各处理随施肥根区的增多，植株对15N肥料吸收利用率依次增大。在等施肥量的情况下，树盘下施肥区域增大，对肥料吸收利用率提高。4/4根区施肥处理15N肥料吸收利用率最大，为4.16%，分别为1/4根区施肥、 2/4根区施肥、 3/4根区施肥的3.62倍、 1.65倍、 1.24倍。可见，全树盘均匀施肥有利于氮素的吸收和肥料吸收利用率的提高。

2.4 不同根区施肥桃幼树生长发育状况

图1 不同施肥根区面积15N肥料利用率 Fig.1 15N utilization rates under different root zone fertilization areas

不同根区施肥方式对桃幼树根系干重影响不同。由表4看出，各处理根系干重随施肥根区的增多有增加的趋势。施肥区细根干重，4/4根区施肥处理最大为4.65 g，分别是1/4根区施肥、 2/4根区施肥、 3/4根区施肥的2.20倍、 1.23倍、 1.10倍。在非施肥区，细根干重以3/4根区施肥处理最大为3.34 g，分别是1/4根区施肥、 2/4根区施肥处理的1.39倍、 1.13倍。施肥区粗根干重，4/4根区施肥处理最大，为7.00 g，分别是1/4根区施肥、 2/4根区施肥、 3/4根区施肥的2.21倍、 1.64倍、 1.20倍。非施肥区粗根干重，以3/4根区施肥处理最大，为10.24 g，分别是1/4根区施肥、 2/4根区施肥处理的2.12倍、 1.19倍。除1/4根区施肥处理外，其它各处理施肥区细根干重均大于非施肥区，并均大于对照。施肥区的根系总干重均小于非施肥区根系的总干重。各处理施肥区粗根均小于非施肥区。可见，在根区养分浓度大于一定阈值时，会抑制细根的生长，小于一定阈值时，可促进细根的生长； 在养分局部供应条件下，非养分供应区表现出显著的补偿效应。

表4 不同根区施肥方式对根系干重的影响(g)

2.5 交替施肥对15N吸收利用率的影响

由图2可以看出，2/4根区固定施肥氮肥吸收利用率为2.52%，但与2/4根区交替施肥没有显著差异。

2.6 交替施肥对桃幼树干茎生长的影响

3 讨论与结论

表5 交替施肥对桃幼树干茎的影响(cm/month)

研究表明部分根系不供养分时，充分供应区根系的生长受到明显刺激，表现在侧根数目的增多和侧根的伸长。习金根等[17]研究部分根系施肥对剑麻根系生长的影响时发现，施肥区须根发达，根毛较密，发根量增多。也有前人研究表明，低养分浓度的环境能促进根系的生长[18]。本试验在大田条件下进行，不同根区施肥对桃幼树根系生长有一定的影响。试验结果表明，除1/4根区施肥处理，其它各处理细根干重均大于对照，施肥区细根干重均大于非施肥区细根干重。在一定施肥浓度范围内，施肥刺激了细根的生长，且随养分浓度的减小，干重增大。而施肥区粗根干重均小于非施肥区粗根干重； 施肥区根系总干重均小于非施肥区根系总干重。大田条件下，局部养分供应对桃根系生长影响的机制和确定利于桃根系生长的养分浓度，还有待进一步研究 。

果树根系是“ 生态变异大、 对环境反应敏感、 功能性不完整的补偿结构 ”， 其生长发育在特定的土壤条件下会形成特定的功能适应型[19]。 而当土壤环境条件发生变化后果树根系便会产生不适应，需要进行一系列的调整重新建立起新的适应型[20]。本试验研究结果表明，两种局部施肥方式下，2/4根区交替施肥处理氮肥利用率均低于2/4根区固定施肥处理施肥。这可能是因为，固定施肥处理，2次施肥位置不变，根系在第一次施肥处理刺激下，根系建立起一种生态适应型，再次施肥时根系更容易感受到养分信号，利于根系对养分的高效吸收； 而交替施肥处理，2次施肥位置发生变化，根系原有的生态适应型被破坏，后施肥边根系吸收养分需要重新感受土壤养分信号，需要一定的时间通过一定的生理生化过程重新建立生态适应型，这不利于根系对养分的及时吸收。本研究发现， 2/4根区固定施肥桃幼树植株总干重低于2/4根区交替施肥处理桃幼树植株总干重，这可能是局部施肥降低了非施肥区的氮素供应与吸收，从而减少了干物质积累量。另外，试验是在大田条件下进行的，2/4根区局部施肥方式可能会存在部分养分的侧渗，因此，植株对养分的吸收和利用状况，可能会与盆栽严格控制条件下局部施肥结论并不完全一致，还有待进一步试验验证。

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