应用15N示踪技术研究橡胶树幼苗对不同氮肥的吸收和分配

杜海燕等

摘 要 采用15N示踪技术研究橡胶树幼苗对尿素、硫酸铵、硝酸钙及硝酸铵等4种氮肥的吸收和分配特征。结果表明：施用尿素、硫酸铵的胶苗生长要显著优于硝酸钙；各器官对4种氮肥的吸收和分配并不一致；器官中15N丰度大致以形成层最高，叶片、粗根和叶柄最低；15N示踪下4种氮肥利用率介于18.04%～19.03%，但差异不显著；4种氮肥的表观利用率以尿素和硫酸铵处理的最高，分别为20.18%和19.53%，硝酸钙处理的最低，仅有9.25%。综上所述，盆栽试验条件下酰胺态和铵态氮肥的表观利用率要优于硝态氮肥。

关键词 橡胶树；15N标记氮肥；吸收和分配

中图分类号 S143.1 文献标识码 A

Abstract The characteristics of the absorption and distribution of four nitrogen fertilizers： urea， ammonium sulfate， calcium nitrate and ammonium nitrate in rubber tree（Hevea brasiliensis）seedlings were studied using 15N tracer technique through pot experiment. The results showed that the rubber tree seedlings receiving the urea， ammonium sulfate fertilizer grew significantly better than those receiving the calcium nitrate； The absorption and distribution nitrogen were uneven in different organs. The 15N abundance in cambium was highest， while those in leaf， coarse root and petiole were minimum； The recovery efficiency of the four nitrogen fertilizers ranged from 18.04% to19.03% under 15N tracer， but the difference were not significant； Apparent nitrogen fertilizer recovery of urea and ammonium sulfate were the highest in four nitrogen fertilizers， which were 20.18% and 19.53%， respectively. Calcium nitrate was the lowest， which was only 9.25%. In summary， apparent nitrogen fertilizer recovery of amide nitrogen fertilizer and ammonium nitrogen fertilizer performed better than the nitrate nitrogen fertilizer for rubber tree（Hevea brasiliensis）seedling growth in the pot experiment.

Key words Rubber tree； 15N label nitrogen fertilizer； Absorption and distribution

提高氮肥利用率、减少氮肥损失已经成为全球性的重大研究课题[1-2]。对此，国内外已经进行了长期、大量的研究，并逐渐达成共识：合理施用氮肥（包括施肥量、施肥时期、施肥方法及氮肥品种）是提高氮肥利用、减少氮肥损失的重要措施[2-4]。橡胶是中国热区典型的经济作物，与东南亚等主要植胶国相比，中国植胶区自然条件稍差，且单产与其相比也有一定差距[5]。因此，在中国植胶业的发展历程中，施肥一直是保证橡胶树增产、稳产的基本措施。然而经过60年来的植胶生产，中国植胶区已经面临单产提升困难、土壤养分大面积下降等重大问题。研究表明，海南植胶区土壤全氮仅0.82 g/kg，已成为低氮水平的植胶土壤[6]。由此可见，发展和研究橡胶树合理施用氮肥的原理和方法已经成为植胶业的一项重要而紧迫的任务，对于橡胶树的增产、稳产以及橡胶林土壤培肥具有重要意义。

氮肥主要以铵态氮、硝态氮和酰胺态氮3种形态为主。长期以来，国内外学者围绕不同作物对不同形态氮素吸收、利用及分配开展了大量的研究。由于15N示踪技术的特殊性，能准确的区别15N与其他来源的氮素，被广泛用于植株体内氮素利用、分配及损失去向研究[7-11]。橡胶树为多年生的高大乔木，利用传统氮肥研究方法来明确橡胶树对氮素的吸收、利用和分配机理存在很大的实际困难，而橡胶树利用15N示踪技术的相关研究仅见潘中耀等[12]和王文斌等的报道[13]。本文采用15N示踪技术研究橡胶树幼苗对不同形态15N标记氮肥的吸收和分配利用，试图明确不同氮肥品种在橡胶树幼苗利用和分配特性，以期为橡胶树氮素优化管理提出理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

选用热研7-33-97袋装芽接幼苗（两蓬叶）为试材。供试土壤采自中国热带农业科学院试验场五队胶园（0～20 cm的表层土壤），土壤类型为花岗片麻岩发育而来的砖红壤。其基本理化性状如下：pH为5.19，土壤有机质20.84 g/kg，全氮0.94 g/kg，有效磷13.41 mg/kg，速效钾21.76 mg/kg。供试肥料选用上海化工研究院生产的4种15N标记肥，分别为：15N标记尿素[CO（15NH2）2]、15N标记硫酸铵[（15NH4）2SO4]、15N标记硝酸钙[Ca（15NO3）2]、15N双标记硝酸铵[15NH415NO3]，经过标记氮肥与普通氮肥不同比例混合计算，得到最后15N丰度均为2.80%，磷肥为普通过磷酸钙（P2O5 16%），钾肥为氯化钾（K2O 62.87%，分析纯）。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验在中国热带农业科学院橡胶研究所种质资源苗圃温室进行。盆栽容器选择高38 cm、口径38 cm、底径33 cm的塑料桶，每桶装土30 kg（风干后过2 mm筛）。试验设置4个处理，分别施4种标记氮肥，随机排列4次重复，以不施氮肥为对照。小苗移栽4个月后，待小苗生长稳定后进行施肥。氮肥用量为2.00 g/桶，过磷酸钙11.03 g/桶，氯化钾1.90 g/桶，施肥处理及施肥量详见表1。在距幼苗基部10 cm处，挖环状沟（6 cm深），将氮磷钾肥一次性全部施入土壤，施肥后覆土并统一定量灌水，之后定期灌溉，其他按照常规措施统一管理。

1.2.2 测定项目与方法 试验结束后，采集苗木全株，将植株样本带回实验室分别解析为叶片、叶柄、主茎皮、形成层、主茎、粗根和细根。清洁处理后，经过110 ℃杀青20 min，再于75 ℃烘干至恒重，冷却后称重。测算干、鲜重后粉碎混匀，用元素分析-稳定同位素联用仪（Thermo Flash EA1112，美国）-稳定性同位素质谱联用仪（GV IsoPrime GB312，英国）测定15N丰度（精度0.000 1）。植物样采用浓硫酸-双氧水消煮，用AA3连续流动仪测定全氮含量[14]。

相关计算公式：

氮肥利用率/%=×100

氮肥农学利用率/%=

×100

1.3 数据处理与分析

采用Excel 2007进行数据处理。采用SAS 9.0进行单因素方差分析，差异的显著性分析均在p<0.05水平下进行。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥对橡胶树幼苗生长的影响

从表2可以看出，不同氮肥处理下叶片、主茎皮和形成层等器官生物量差异显著（p<0.05）。就叶片生物量而言，尿素、硫酸铵和硝酸铵处理显著高于对照和硝酸钙的；叶柄生物量以尿素处理最高，硝酸钙处理最低；硫酸铵处理的主茎皮生物量显著高于硝酸钙的，4种氮肥处理均显著高于对照；形成层生物量以硝酸钙的最高，尿素和对照的最低；尿素处理下得主茎生物量显著高于对照，而其他处理与对照差异不显著；粗根的生物量以对照的最高，硝酸钙处理最低；尿素处理的细根生物量最高，而硝酸铵和对照的最低。以上结果说明，不同氮肥处理对橡胶树幼苗叶片、主茎皮和形成层等器官的生物量产生了显著影响，但上述器官生物量对不同氮肥的肥效反馈并不一致。总体而言，不施氮促进了橡胶树幼苗粗根的生长，施氮处理中尿素要优于硝酸钙。笔者还统计了不同氮肥处理下的胶苗株径、株高及总生物量等指标（图1），结果表明，不同氮肥处理的胶苗株径、株高及总生物量存在显著差异（p<0.05）。其中，尿素处理的株径最高，达12.33 mm，而硝酸钙处理的株径最低，为10.93 mm；尿素、硫酸铵、硝酸铵以及对照处理下的株高之间并无差异，但均显著高于硝酸钙处理；胶苗的总生物量也以尿素最高，硝酸钙最低。从3个指标综合来看，施用尿素、硫酸铵（酰胺态和铵态氮肥）的胶苗生长要显著优于硝酸钙的（硝态氮肥），而施用硝酸铵（硝铵均有）也要略好于硝酸钙的。

2.2 不同氮肥对橡胶树幼苗各器官含氮量的影响

由表3可以看出，施用不同氮肥后，胶苗器官含氮量差异显著（p<0.05）。尿素、硫酸铵和硝酸铵处理的胶苗叶片、主茎皮含氮量要显著高于硝酸钙和对照的；尿素、硝酸铵的叶柄含氮量显著高于硝酸钙和对照的；形成层含氮量以硫酸铵处理的最高，对照最低；尿素和硫酸铵处理的主茎含氮量显著高于硝酸铵、硝酸钙和对照处理的，且以对照处理最低；粗根含氮量以尿素处理的最高，对照处理的最低；尿素和硫酸铵处理的细根含氮量要显著高于硝酸铵和对照的，且以对照处理最低。从胶苗的总含氮量来看，不同氮肥处理间仍存在显著差异（p<0.05）。以尿素和硫酸铵处理的胶苗总氮量最高，显著高于硝酸钙和对照处理的，且以对照处理的最低。上述结果表明，施氮显著提高了胶苗的含氮量，施用酰胺态氮肥和铵态氮肥胶苗中的含氮量要显著优于施用硝态氮肥的。

2.3 橡胶树幼苗各器官对肥料氮的吸收和分配

为了明确橡胶树幼苗对不同氮肥的吸收特性，笔者利用15N示踪技术验证了胶苗各器官对肥料氮的吸收能力。由表4可见，叶柄、主茎皮、形成层、主茎和细根等器官对4种氮肥吸收能力存在显著差异（p<0.05）。硝酸铵处理的叶柄吸收肥料氮显著高于其他处理的；硫酸铵和硝酸铵处理的主茎皮所吸收的肥料氮显著高于尿素处理的；形成层吸收的肥料氮以硫酸铵和硝酸钙2个处理的最高；而主茎中吸收的肥料氮又以硫酸铵的最高，硝酸铵的最低；细根中以硝酸钙的最高，硝酸铵的最低；从胶苗吸收的总肥料氮量来看，4种肥料处理之间并无差异。以上结果说明：胶苗对4种氮肥的吸收能力并无差异；胶苗各器官对4种氮肥的吸收能力存在一定差异，规律并不一致。

植株中15N丰度表示其对15N标记肥料氮的吸收积累以及肥料氮在植株体内迁移的状况。为此，笔者比较了4种氮肥处理胶苗不同器官的15N的丰度（表5）。由表5可知，尿素处理的胶苗各器官15N丰度介于0.96%～1.33%，以形成层最高，主茎、主茎皮和细根居中，粗根和叶柄次之，叶片最低；硫酸铵处理的胶苗各器官15N丰度介于0.97%～1.40%，以形成层最高，叶片、叶柄和粗根最低；硝酸铵处理的胶苗各器官15N丰度介于1.09%～1.34%，以形成层最高；硝酸钙处理的胶苗各器官15N丰度介于1.08%～1.46%，以形成层最高，叶柄最低。综合来看，4种氮肥处理胶苗各器官15N丰度大致以形成层最高，叶片、粗根和叶柄最低。

2.4 不同氮肥的利用率

4种氮肥处理的胶苗总含氮量以尿素和硫酸铵处理最高，硝酸钙最低，而胶苗从4种氮肥中吸收的总肥料氮并无差异。因此，胶苗总氮中来自肥料氮的比例以硝酸钙的最高，而尿素和硫酸铵的最低（表6）。笔者利用差减法计算了胶苗总氮中来自土壤氮的比例，以尿素和硫酸铵处理的最高，为73.45%和72.63%，硝酸钙的最低，为66.54%；就其氮肥利用率而言，4种氮肥之间并无差异；4种氮肥的表观利用率方面，以尿素和硫酸铵处理的最高，分别为20.18%和19.53%，硝酸钙最低，仅有9.25%；从胶苗对4种氮肥的表观利用率来看，酰胺态氮肥和铵态氮肥的表观利用率要显著优于硝态氮肥。

3 讨论与结论

生理学家认为NO3-N和NH4-N在作为植物供氮源时具有同等价值，但在可以选择的条件下，不同植物对2种氮源的相对吸收量存在明显差异，作物不同器官对2种氮源的吸收、积累和分配上也存在显著差异[11，15-16]。李晶等[11]采用15N同位素示踪法研究了苹果树对硝态氮和铵态氮的利用和分配，结果表明，苹果树对硝态氮的利用率显著高于铵态氮。董雯怡等[15]的研究结果表明，毛白杨对硝态氮的利用率同样显著高于铵态氮，前者约为后者2.5倍。在各器官对肥料氮的吸收和分配能力上，硝态氮也显著高于铵态氮。其中以茎对肥料氮的征调能力最高，其次为叶和根。另有研究结果表明[16]，施用15N肥料后梨树的叶片、新梢及果实较其他部位具有更高的氮素吸收能力。潘中耀等[12]的研究结果表明，叶片对NO3-15N的征调能力要优于NH4-15N。但是该研究仅将叶片作为对不同氮源的反应器官进行了研究，研究结论不足以说明橡胶树对不同氮源的征调能力。另外王文斌等[13]利用同位素示踪技术研究了尿素在橡胶树幼苗中得吸收和分配特性，认为施用尿素后，氮素在橡胶树各器官中分配差异显著。落叶前期橡胶树吸收的氮素主要分配在叶片中，落叶后橡胶树吸收的氮素则主要分配在主茎中。本研究结果表明，橡胶树幼苗对4种氮肥的吸收能力并无差异，而各器官对4种氮肥的吸收能力存在一定差异，但规律并不一致。就各器官的15N丰度而言，大致以形成层最高，叶片、粗根和叶柄最低。该结果与前人在苹果树[11]、毛白杨[15]及梨树[16]的研究结果不同，说明不同作物对氮源的选择上存在明显差异，不同作物不同器官对氮肥的吸收能力也不尽相同。

本研究结果表明，橡胶树幼苗对4种氮肥的吸收率差异并不显著。而从胶苗生物量、株高、株径和含氮量的综合分析来看，施用铵态氮肥或酰胺态氮肥后胶苗的生长要优于施用硝态氮的。由于15N示踪技术能够准确的反映作物对肥料氮的利用情况，是目前为止最为精确的氮肥利用研究方法，然而却不能反映作物对土壤氮的利用。在反映田间氮肥的肥效方面，氮肥表观利用率使用差减法计算氮肥利用率，包括了作物因施用氮肥而多吸收的土壤氮，更符合田间实际。因此，在研究氮的转化和去向时应采用示踪法，以了解化肥氮的利用等情况。而从农学角度来看，在评价氮肥效果时应采用差减法的氮肥利用率。从胶苗对4种氮肥的表观效率来看，酰胺态氮肥（20.18%）和铵态氮肥（19.53%）的表观效率要显著优于硝态氮肥（9.25%）。上述结果主要是因为施用铵态氮肥和酰胺态氮肥胶苗对土壤氮的吸收要显著高于施用硝态氮肥，施用铵态氮肥和酰胺态氮肥后可能激发了胶苗对土壤氮的吸收，其氮肥表观利用效率显著高于施用硝态氮肥的。Sivanadyan等[17]选用尿素、硫酸铵、硝酸铵和氯化铵对橡胶树设置了7个氮肥田间试验，对4种氮肥在橡胶树上的肥效进行了长期跟踪（8 a）和评价，结果表明，4种氮肥对橡胶树生长效应（茎围、开割率、生物量、叶片含氮量以及对养分的吸收）并不一致，多个试验的氮肥产量效应也不一致，橡胶树对各种氮肥类型均适应。这与本文15N示踪下橡胶树幼苗对4种氮肥的吸收率并无差异的结论基本一致。另外本文酰胺态氮肥和铵态氮肥的表观利用率要显著优于硝态氮肥的，其研究结果是在室内盆栽条件下取得的，而田间实际生产条件与盆栽田间差异巨大，因此，该研究结果尚需在田间做进一步研究。

参考文献

[1] Galloway J N， Townsend A R， Erisman J W， et al. Transformation of the nitrogen cycle： recent trends， questions， and potential solutions[J]. Science， 2008， 320（5 878）： 889-892.

[2] Ju X T， Xing G X， Chen X P， et al. Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems[J]. PNAS， 2009， 106（9）： 3 041-3 046.

[3] Chen X P， Cui Z L， Vitousek P M， et al. Integrated soil-crop system management for food security[J]. PNAS， 2011， 108（16）： 6 399-6 404.

[4] 巨晓棠， 谷保静. 我国农田氮肥施用现状、 问题及趋势[J]. 植物营养与肥料学报， 2014， 20（4）： 783-795.

[5] 何 康， 黄宗道. 热带北缘橡胶树栽培[M]. 广州： 广东科技出版社， 1987： 186-214， 327-391.

[6] 王大鹏， 王秀全， 成 镜， 等. 海南植胶区养分管理现状与改进策略[J]. 热带农业科学， 2013， 33（9）： 22-27.

[7] Stevens W B， Hoeft R G， Mulvaney R L. Fate of nitrogen-15 in a long-term nitrogen rate study[J]. Agronomy Journal， 2005， 97（4）： 1 046-1 053.

[8] Gooding M J， Gregory P J， Ford K E， et al. Recovery of nitrogen from different sources following applications to winter wheat at and after anthesis[J]. Field Crops Research， 2007， 100（2）： 143-154.

[9] 朱兆良. 中国土壤氮素研究[J]. 土壤学报， 2008， 45（5）： 778-783.

[10] Sebilo M， Mayer B， Nicolardot B， et al. Long-term fate of nitrate fertilizer in agricultural soils[J]. PNAS， 2013， 110（45）： 18 185-18 189.

[11] 李 晶， 姜远茂， 门永阁， 等. 供应铵态和硝态氮对苹果幼树生长及15N利用特性的影响[J]. 中国农业科学， 2013， 46（18）： 3 818-3 825.

[12] 潘中耀， 郭海超， 王文斌， 等. 应用15N标记氮肥研究肥料氮在橡胶树幼苗叶片中的动态变化[J]. 热带作物学报， 2010， 31（8）： 1 312-1 316.

[13] 王文斌， 郭海超， 罗雪华， 等. 应用15N尿素研究氮素在幼龄橡胶树中吸收和分配特性[J]. 热带作物学报， 2011， 32（1）： 7-10.

[14] 贝美容， 罗雪华， 杨红竹. AA3型连续流动分析仪（CFA）同时测定橡胶叶全氮、 全磷、 全钾的方法研究[J]. 热带作物学报， 2011， 32（7）： 1 258-1 264.

[15] 董雯怡， 聂立水， 李吉跃， 等. 应用15N示踪研究毛白杨苗木对不同形态氮素的吸收及分配[J]. 北京林业大学学报， 2009， 31（4）： 97-101.

[16] Sanchez E E， Righetti T L， Sugar D， et al. Effects of timing of nitrogen application on nitrogen partitioning between vegetative， reproductive， and structural components of mature ‘Comice pears[J]. Journal of Horticultural Science， 1992， 67： 51-58.

[17] Sivanadyan K， Sudin M N， Balakrishnan V. Nitrogen fertilizers for rubber cultivation： a reassessment on urea[J]. Planters Bulletin， 1991， 207： 73-75.