水氮耦合对苹果幼树生长及15N 吸收利用的影响

任饴华等

摘要：

以两年生红富士/平邑甜茶为试材，采用15N同位素标记示踪法，在滴灌施氮条件下研究3个氮水平与3个水量对苹果幼树生长及15N 吸收、利用的影响。结果表明：随着氮肥及水量的增加，苹果植株新稍长度、干物质总量、植株15N吸收量均显著提高，高水高氮（W3N3）处理苹果植株新稍长度、干物质总量、植株15N吸收量最高，分别是77.98 cm、62.59 g、14.06 mg ，低水低氮（W1N1）处理最低，分别为21.40 cm 、35.29 g、3.55 mg。根系活力、叶绿素含量、植株各器官Ndff随着水、氮量增加而显著提高。15N利用率随着水量的增加而显著提高，随着氮量的增加而显著降低，W3N1处理最高，为20.0032%，W1N3处理最低，为9.0382%。

关键词：苹果；水氮耦合；生长； 15N；吸收；利用

中图分类号：S661.106文献标识号：A文章编号：1001-4942（2015）05-0049-05

Influence of Water-Nitrogen Coupling on Growth

and 15N Absorption and Utilization of Apple Saplings

Ren Yihua， Feng Yanguang， Chen Jianming， Jiang Han， Ge Shunfeng， Wei Shaochong， Jiang Yuanmao*

（College of Horticulture Science and Engineering， Shandong Agricultural University/

State Key Laboratory of Crop Biology， Taian 271018，China）

AbstractThe effects of three nitrogen levels and three water levels under drip irrigation on the growth and 15N absorption and utilization of apple saplings were studied in field using 15N-labeled tracer method and with 2-year-old Red Fuji/Malus hupenensis as materials. The results showed that the shoot length， total dry matter quantity and 15N absorption increased significantly with the increase of nitrogen fertilizer and water amount； and they were the highest under W3N3 treatment as 77.98 cm， 62.59 g， and 14.06 mg respectively， while the lowest under W1N1 treatment as 21.40 cm， 35.29 g and 3.55 mg respectively. The root activity， chlorophyll content and Ndff in organs increased significantly with the increase of nitrogen fertilizer and water amount. The use rate of 15N increased significantly with the increase of water amount but decreased significantly with the increase of nitrogen fertilizer rate. The 15N use rate was the highest as 20.0032% under W3N1 treatment， but was the lowest as 9.0382% under W1N3 treatment.

Key wordsApple； Water-nitrogen coupling； Growth； 15N； Absorption； Utilization

我国水资源人均占有量约为世界人均的1/4，被列为世界13 个贫水国家之一。耕地的平均占有径流量为28.32×103 m3·hm-2，仅为世界平均数的80%。而果园漫灌不仅造成水资源浪费，而且抑制了果树根系的呼吸作用，减少根系对肥料的吸收。对于坡度大、土层薄、灌水量大的地区，极易造成硝态氮的淋失，而灌水和肥料利用效率偏低不仅造成水氮资源的浪费，增加生产成本，也造成环境污染。水分是作物生长发育、养分通过扩散与质流的方式向植物根系表面迁移及根系对肥料吸收的必要条件。滴灌施肥改变了传统灌溉与施肥分离的不足，使水肥均匀地作用到作物的根区，增加作物对肥料的吸收。氮素是果树必需矿质元素中的核心元素，是组成细胞结构和能量代谢的物质基础，也是果园管理中产量形成的关键因子，对提高植株光合效率、促进植物生长具有重要意义，是滴灌系统中最常用的大量元素。水氮耦合效应是指使用水分和氮肥，使其产生协同作用，达到“以水促肥”和“以肥调水”的目的。水肥空间耦合效应的研究表明，旱作农业中水肥耦合效应明显，肥料的增产作用不仅在于肥料本身，更重要的还在于其与土壤水分的互作，合理的水氮供应可起到相互促进的增产增效作用，依水效施氮是充分提高作物产量和投肥效益的有效措施。水氮耦合效应的研究对节约水、肥资源和保护环境有着重要的意义。目前在水氮耦合效应方面的研究多集中于玉米、水稻、棉花、蔬菜等当年生作物，而关于苹果水氮耦合效应对其生理及氮素利用方面的报道较少。为此，本试验拟通过研究水氮耦合对红富士生长及氮素吸收利用方面的影响，并通过15N同位素示踪法，探索苹果最佳水氮耦合配比方案，可为苹果滴灌施氮提供理论依据。endprint

1材料与方法

1.1试验材料

试验于2013年3～9月在山东农业大学园艺试验站防雨棚中进行。供试土壤为壤土，有机质含量为5.43 g·kg-1，全氮0.62 g·kg-1，碱解氮37.57 mg·kg-1，速效磷14.60 mg·kg-1，速效钾238.12 mg·kg-1，pH值7.61。供试苹果幼苗为正常管理的2年生红富士（M. domestica Borkh.‘Red Fuji）/平邑甜茶（Malus hupenensis Rhed.）。

1.2试验设计

试验为两因素随机组合设计。以田间最大持水量（FC）为标准，设置3个水量处理，分别为：50%FC（W1）、70%FC（W2）、90%FC（W3），设置3个氮（N）水平，分别为50 kg·hm-2（N1）、100 kg·hm-2（N2）、200 kg·hm-2（N3）。共9个处理，即W1N1、W1N2、W1N3、W2N1、W2N2、W2N3、W3N1、W3N2、W3N3，每处理重复5次。

选取长势基本一致、无病虫害的供试苹果幼树45株，栽于直径30 cm、底部封口花盆中。供试氮肥为尿素，3个氮水平下每株施氮量分别为低氮0.78 g，中氮1.56 g，高氮3.12 g，同时每株施入0.5 g 15N尿素（上海化工研究院生产，丰度10.26%）。氮肥溶于水，分3次于5月3日、6月15日、8月1日滴灌施肥。滴灌采用马氏管控制，设定流速2 L/h。采用称重法控制每盆含水量，每天称重补充一次水分。磷酸二氢钾（P2O5 100 kg·hm-2）、硫酸钾（K2O 100 kg·hm-2）于4月施入。

1.3取样与测定

2013年3～9月初整株解析前，进行叶绿素、新梢长度等指标测定。于9月15日（秋梢停长期）进行破坏性采样，各处理取3株，单株为一次重复。整株解析为根、主干、新梢、叶。样品洗净后，105℃杀青30 min，随后80℃烘干，电磨粉碎后过60目筛，混匀后装袋备用，生物量以干重质量计。

叶绿素使用SPAD-502叶绿素仪测定，样品全氮用凯氏定氮法测定。15N丰度在DELTAplusXP型质谱仪中测定。用氯化三苯基四氮唑（TTC）还原法测定秋梢停长期苹果植株的根系活力，以单位鲜样质量根系还原的TTC 量表示。

总氮量（g）= 干物质量（g）× N（%）；

Ndff（%）= （样品中的15N丰度-自然15N丰度）/（肥料中15N的丰度-自然15N丰度） × 100；

15N吸收量（mg）= 总氮量（g）× Ndff（%） × 1000；

氮肥利用率（%） = 15N吸收量（g）/施氮量（g）×100。

所有数据均采用Microsoft Excel 2003进行图表绘制，并利用DPS 7.05统计软件进行方差分析和LSD多重比较分析。

2结果与分析

2.1不同水氮处理对新梢长度及生物量的影响

由表1可见，随着氮肥及水量的增加显著增加了苹果植株新梢长度，最高为W3N3处理，最低为W1N1处理。相同施氮水平下，随着水量增加，新梢长度显著提高。W2N2处理较W1N2处理长28.07 cm，W3N2较W2N2处理长10.02 cm，表明W1（低水）与W2（中水）处理之间水量成为限制苹果生长的关键因素。相同水量条件下，随着施氮量的增加，新梢长度显著提高，但增加值以W2 （中水）处理最高，为21.42 cm，W1（低水）最低，为8.85 cm，表明中水（W2）条件下增施氮肥促进苹果新梢生长的效果最好。

随着氮肥及水量增加也明显增加苹果的干物质总量，以W3N3处理最高，W1N1处理最低。相同施氮量条件下，随着水量的增加，植株干物质总量显著提高；相同水量条件下，随着施氮量的增加，植株干物质总量的增加值略有不同；只有在W2水量条件下不同供氮水平间达到显著水平，在低水 （W1）条件下，W1N3较W1N1增幅为13.77%；高水（W3）条件下，W3N3较W3N1增幅为12.41%；中水（W2）条件下，W2N3较W2N1增幅为27.25%。表明在不同水量条件下，增施氮肥可以显著增加苹果生物量，但高水（W3）和低水（W1）条件下均不如中水（W2）条件下的增幅大。同时，W2N2较W1N1增加值（17.58 g）是通过单一增加水量及氮量的增加值和（12.43 g）的1.43倍，表明水氮耦合条件下对植株生长的提高要比通过单一增加水量及氮量的增加要大，水氮在一定条件下表现为相互促进效应。

2.2不同水氮处理根系活力及叶绿素含量的影响

由图1可见，不同水氮处理间根系活力存在显著差异。9个处理间根系活力平均值由高到低依次为W2N3>W2N2>W3N3>W3N2>W2N1>W3N1>W1N3>W1N2>W1N1。相同氮水平条件下，随着水量增加，苹果根系活力显著提高，但以中水（W2）处理的根系活力最高，说明过高的水量抑制了根系活力；相同水量条件下，随着施氮量的增加，根系活力显著提高，其中以中水处理最高（14.49%），低水处理次之（11.88%），高水处理最低（7.33%）。W2条件下植株根系活力总体处于较高水平，说明水量是影响苹果根系活力的关键因素。

由图2可见，相同供氮水平下，随着灌水量增加，叶绿素含量仅在N2条件下各处理间增加显著，说明增加水量对增加叶片的叶绿素含量效果不明显。在相同水分条件下，随着施氮量增加，苹果叶片中叶绿素含量显著增加，说明增施氮肥可以有效提高苹果叶片叶绿素含量，且增幅最大的为中水（W2）处理，达18.86%。相同供氮条件下增加水量对叶片叶绿素含量的增幅比相同水量下增加氮肥的增幅低，后者（18.86%）是前者（14.74%）的1.28倍，表明氮素对提高叶片叶绿素含量的作用要高于水分。endprint

2.3不同水氮处理对植株各器官Ndff的影响

由表2可见，根、茎、叶Ndff值最高均为W3N3处理，最低均为W1N1处理。相同施氮量条件下，随着水量的增加，根、茎、叶的Ndff部分显著增加；相同水量条件下，随着施氮量的增加，各器官的Ndff大部分显著增加。不同水氮处理下各器官Ndff基本以根系为最高，其次是茎、叶。同时，W2N2各器官Ndff较W1N1增加值比通过单一增加水量及氮量的增加值之和要高，表明水氮耦合使植株各器官对氮的吸收征调能力更强，促进了植株对15N的吸收。

2.4不同水氮处理对植株总氮量、吸收15N量及15N利用率的影响

由表3可见，植株总氮量最高为W3N3处理，其次是W2N3处理，最低为W1N1处理。相同氮素条件下，随着水量的增加，植株总氮量增加，但部分未达到显著水平；相同水量条件下，随着施氮量的增加，植株总氮量显著增加。此时施氮量为影响植株总氮量的关键因素。

不同处理间植株15N吸收量差异显著，由大到小依次为W3N3>W2N3>W3N2>W1N3>W2N2>W1N2>W3N1>W2N1>W1N1。相同施氮量条件下，随着灌水量的增加，植株的15N吸收量部分显著增加，说明水分能够促进苹果对5N吸收；相同水量条件下，随着施氮量增加，植株15N吸收量显著增加，但不同水量条件下的增幅不同，中水（W2）处理增幅（197%）和高水（W3）处理增幅（174%）比低水（W1）处理增幅（138%）分别高42.8%和26.1%，说明在低水（W1）处理条件下水分影响了苹果根系对15N尿素的吸收；同时，各处理间通过单一增加水量及氮量对植株的15N尿素的吸收增加值之和要小于水氮耦合条件下的15N尿素增加值，水分与氮素此时表现出一定的协同效应。

W3N1处理氮素利用率最高为20.0032%，其次是W2N2，为17.3804%，W1N3处理最低，为9.0382%。相同施氮量条件下，随着灌水量的增加，苹果氮素利用率大部分增加显著；相同水量条件下，随着施氮量增加，除W2N2处理外植株对氮素的利用率显著降低，但不同水量下氮素利用率减少的幅度不同，最高为低水（W1）条件下，达30.88%，其次是高水（W3）处理，达28.34%，最低为中水（W2）处理，为18.41%，说明在中水（W2）条件下增施氮肥效果更优于低水和高水条件，中水（W2）条件下水氮的协同效应更高。水分和氮素共同影响了苹果对15N肥的利用率，低水（W1）处理条件下，各处理间氮素吸收利用率表现为较低水平，说明此时水量是限制苹果对氮素吸收利用的关键因素；高水（W3）处理对氮素吸收利用总体处于较高水平，说明高水量条件下可以促进苹果对氮素的吸收利用。灌水能够提高苹果氮素利用率，因此在相对贫瘠、肥料投入不足的果园，可以适当增加水量来提高苹果对氮素的吸收利用。

3结论与讨论

王海茹等研究了不同水氮耦合条件对黍稷幼苗生长的影响，结果表明高水量和高氮量条件下均有利于植株生长及干物质的积累，与本试验结果基本一致。水分的亏缺不利于植株的生长，通过本试验数据可知，中水条件下增施氮肥促进苹果新梢生长的效果最好，在低水（W1）与中水（W2）处理之间，水量成为限制苹果生长的关键因素，中水量处理成为苹果限制生长的临界点。这也与房祥吉等的研究结论一致，但笔者在试验中也发现，高水条件下苹果新梢徒长现象较为严重。低水量条件下，氮对地上部的生长促进作用显著低于中高水条件，而水分充足条件下增施氮肥，苹果生物量显著增加，这也与谢志良等的研究结果相同。袁宇霞等研究滴灌施肥水肥耦合对温室番茄生长的影响，发现过高的施肥量和灌水量不利于番茄的生长，这与本试验的研究结果存在差异，这可能与生长期、温度及番茄为当年生草本，而苹果为多年生木本有一定关系。

水量相同条件下，随着施氮量的增加，氮素利用率显著降低；相同施氮量条件下，随着水量增加，氮素利用率显著提高，这与詹其厚等在玉米上的研究结果一致。陈瑞英等发现灌水量增加超过临界点时，氮素利用率呈现降低趋势。本试验中高水（W3）与中水（W2）处理相比，15N尿素吸收利用并未受到影响，这可能与试验对象存在差异有关，同时本试验中W2～W3处理氮素吸收利用率增幅低于W1～W2处理，而W2N2处理氮素利用率也处于较高水平，可能与试验时间较短未充分体现，这点仍需进一步试验证明。

水分与养分之间相互作用、相互影响，共同促进苹果的生长。水氮耦合效应要比通过单一增加水量及氮量的增加值之和要高，水与氮存在明显的互作效应。水分胁迫条件减弱了氮肥促进苹果吸氮的作用，增加氮肥能够增加苹果对氮素的吸收量，却降低了氮素利用率，增加了损失。高水高氮虽能显著促进苹果生长及对氮素的吸收，但试验中发现其徒长现象较为严重，因此在苹果幼树期及树势较弱的树苗，可以采用高水高氮的水氮模式进行滴灌施肥，以促进其营养生长，提早进入结果期；对于徒长现象严重的果树，应该严格控制水氮量。本试验是以盆栽红富士幼苗为对象，而在大田中不同水氮处理对苹果生长及果实等方面影响的研究还有待继续。

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