氮肥运筹对苏北沿海滩涂马齿苋生长及土壤养分的影响

2015-12-23刘冲王茂文刘兴华丁海荣邢锦城赵宝泉朱小梅董静洪立洲

江苏农业科学 2015年10期

刘冲　王茂文　刘兴华　丁海荣　邢锦城　赵宝泉　朱小梅　董静　洪立洲

摘要：为明确沿海滩涂上氮肥运筹对马齿苋生长及土壤养分的影响，通过田间小区试验研究了4个氮肥运筹水平对马齿苋产量形成、植株离子分布、光合荧光以及土壤养分的影响。结果表明：施氮能显著提高马齿苋的鲜菜产量，其中N2（150 kg/hm2）处理与不施氮相比，鲜菜产量提高了46.3%；施用氮肥，马齿苋根、茎、叶中的Na+、K+、Ca2+、Mg2+离子积累量提高，尤其是N3 （225 kg/hm2）处理下，Na+ 比对照增加93.3%；施氮可以显著提高马齿苋光合荧光能力，净光合速率、细胞间隙CO2浓度以及Fo、Fm、Fv/Fo 在N2、N3水平下显著增加；施氮能够增加土壤养分，土壤微生物氮、碳含量以及土壤全氮含量在N2（150 kg/hm2）水平下分别比对照增加74.5%、61.7%、44.4%。

关键词：沿海滩涂；马齿苋；氮肥；产量；叶绿素荧光；土壤养分

中图分类号： S580.6 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）10-0402-03

苏北地区海涂资源十分丰富，拥有占全国1/4以上的滩涂面积，是非常宝贵的后备土地资源[1]。滩涂土壤盐分高、养分低，是限制其农业发展的重要因素。氮素既是植物最重要的结构物质，又是生理代谢中最活跃、无处不在的重要物质[2]，是作物增产的主要措施。氮素不仅可以增强植株光合作用，还可以影响其叶绿素的荧光特性，在小麦、棉花等作物上均有氮素改善荧光动力学参数及适宜氮肥运筹技术方面的研究[3]。长期不同的农业管理措施在很大程度上解释了土壤性质的变化，尤其是不同氮肥措施对土壤碳氮矿化、交换性离子、微生物活性等土壤性质变化的解释[4]；在盐碱地上追施氮肥还具有降低土壤中的Na+ 浓度，降低盐害，促进对盐碱土的生物修复的独特功效[5]。马齿苋（Portulaca oleracea L.），隶属马齿苋科、马齿苋属，含丰富的蛋白质、多糖、有机酸、矿质元素等，具有丰富的营养价值，被誉为21世纪最有前途的、值得开发的绿色食品[6]。马齿苋对气候、土壤等环境条件适应性极强，几乎可以在任何土壤上生长[7]。本研究通过田间试验，探讨了沿海滩涂上不同氮肥运筹水平对马齿苋产量形成、植株离子吸收累积、光合荧光特性以及土壤养分的影响，以期为沿海滩涂马齿苋人工栽培中氮肥的营养措施及滨海盐碱地地力持续培育提供指导依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试土壤

试验地点位于江苏省大丰市金海农场滩涂实验基地，东距黄海约6 km，处于北亚热带季风气候区，具有明显的过渡性、海洋性和季风性，四季分明，年均降水量1 058.4 mm，主要集中在6—8月。供试土壤为冲积盐土类。

1.2 试验设计及田间管理

氮肥（纯氮）处理设4个水平：CK （0 kg/hm2）、N1 （75 kg/hm2）、N2 （150 kg/hm2）和N3 （225 kg/hm2），计4个处理，每处理3 次重复，采用完全随机区组设计。试验小区长4 m，宽3 m，面积为12 m2，四边均设有保护行，以防侧渗和互溢。供试植物为马齿苋，品种提供为江苏沿海地区农科所培育的苏马齿苋1号上年采收种子。平整小区时使用尿素作为氮肥，氮肥30%、磷肥（P2O5） 135 kg/hm2作基肥。2013年4月12日播种，采用条播方式，播种量 kg/hm2，行距50 cm，播种深度1 cm。根据生长期，剩余的氮肥均分3次以尿素形态分别在马齿苋的苗期、分枝期和花期作为追肥施入。

1.3 测定项目及方法

土壤基本理化测定采用鲍士旦方法[8]，田间鲜菜产量测定采用常规法。植株离子含量的测定：样品烘干粉碎研磨后，过60目筛，精确称量约0.500 0 g，用H2SO4 ∶ H2O2 = 3 ∶ 1（mL ∶ mL）消煮，定容于100 mL，经适量稀释，采用ICP-AES （美国，LEEMAN 公司Prodigy）测定含量。光合作用参数：采用英国PP_System 公司CIRAS_1 型全自动便携式光合测定系统测定马齿苋叶片净光合速率（Pn）、细胞间隙CO2 浓度（Ci）。叶绿素荧光参数：采用英国Hansatech 公司生产的 FMS_2 便携调制式荧光仪测定。

1.4 数据分析

试验数据采用SPSS13.0软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2. 1 氮肥运筹对苏北沿海滩涂马齿苋鲜菜产量的影响

从图1可以看出，随着施氮量的增加，马齿苋鲜菜产量均比对照显著增加，增产幅度呈现先上升后下降的趋势。N1、N2、N3水平下鲜菜产量分别比对照增加24.2%、46.3%、263%。说明在沿海滩涂上适当施用氮肥可明显促进马齿苋的生长，有利于提高其鲜菜产量。

同时，马齿苋的鲜菜产量与氮肥施用量之间存在一定的相关性，即鲜菜产量与氮肥施用量呈二阶多项式的方程关系，y=-0.49x2+141.53x+24 107.5（y为鲜菜产量、x为氮肥施用量），说明马齿苋鲜菜产量与施氮量密切相关。

2.2 氮肥运筹对苏北沿海滩涂马齿苋植株离子含量的影响

不同氮肥施用水平下，马齿苋根、茎、叶中的Na+、K+ 含量显著高于对照（图2），尤其是Na+。不同氮处理下叶片中的Na+含量分别比对照增加20%、66.6%、93.3%，K+ 含量分别比对照增加11.1%、17.7%、22.2%，差异达显著水平（P<0.05），说明合理增施氮肥显著提高了马齿苋植株内Na+、K+含量，且Na+的增长幅度大于K+。另外，叶片中的Na+含量大于根，Na+在马齿苋叶部的积累有利于增大植株地上部和地下部的渗透差，促进水分从根部向地上部分运输，有利于改善地上部分的水分状况，有利于促进植株生长。

随着施氮量的增加，马齿苋根、茎、叶中的Ca2+、Mg2+ 含量呈现先增加后下降的趋势，在N2水平达到较大值。以叶片为例，N1、N2、N3水平下Ca2+含量分别比对照增加8.3%、25.0%、16.6%；Mg2+含量分别比对照增加7.3%、10.9%、90%，说明高量氮肥不能进一步提高马齿苋Ca2+、Mg2+ 含量。总体来看，增施氮肥可显著提高马齿苋植株离子含量（Pendprint

2.3 氮肥运筹对苏北沿海滩涂马齿苋光合及荧光效应的影响

净光合速率、细胞间隙CO2浓度能直接反映出植物单位叶面积的物质生产能力[9]。如表1所示，氮肥可显著提高马齿苋净光合速率、细胞间隙CO2浓度，N3水平下净光合速率、细胞间隙CO2浓度分别比对照增加22.0%、8.6%。

Fo为PSⅡ反应中心处于完全开放状态时的荧光产量，与光合作用光系统转换状态有关。Fm为最大荧光，是已经暗适应的光合机构全部PSⅡ中心均关闭时的荧光强度。Fv/Fo常用于度量PSⅡ的潜在活性，尽管Fv/Fo不是一个直接的效率指标，但其对效率的变化很敏感，所以Fv/Fo在一些情况下是表达资料的好形式[10]。从表2可以看出，随着氮肥水平的增加，马齿苋叶片的Fo、Fm及Fv/Fo均呈现逐渐上升的趋势，N1水平下，各参数与对照差异不显著，N2、N3水平下与对照相比显著增加。以Fo为例，N1、N2、N3 水平分别比对照增加3.8%、13.2%、18.9%。

2.4 氮肥运筹对苏北沿海滩涂土壤养分的影响

氮素在作物生长发育中具有重要作用。土壤微生物可通过吸取外界的氮素以及通过自身的矿化作用来增加自身氮素含量，从而改善土壤氮素营养。从表2可以看出，施氮处理后，土壤微生物氮、碳含量在N2、N3水平下显著增加（P<005），其中土壤微生物氮含量分别比对照增加74.5%、79.4%。土壤全氮含量的变化趋势同土壤微生物氮、碳含量。说明土壤微生物也能够间接为作物生长提供其生长所必须的氮素营养。随着施氮量的增加，土壤呼吸呈现上升的趋势，但差异不显著。

3 讨论

沿海滩涂土壤资源利用的最主要限制因素是土壤高含盐量[11]。种植常规作物较难以完成其生活史。种植耐盐植物便成为经济有效的方式之一，不仅能够带来显著的经济效益，还能显著降低土壤Na+含量，增加土壤有机质、氮、磷、钾含量和微生物数量[12]，改善沿海滩涂生态环境，实现经济与环境效益的双丰收。张立宾等发现种植碱蓬不仅能够降低盐碱地土壤含盐量，还显著增加土壤有机质含量，提高土壤氮磷钾含量[13]。

氮是植物生长发育的必需营养元素之一。沿海滩涂土壤中的有效氮较低，难以满足植物生长发育的需求。增施氮肥不仅可明显改善植物体内的氮素养分状况，还能提高耐盐植物的耐盐与渗透调节能力，促进生长发育和产量积累。王界平等发现追施氮肥可促进盐角草生长，提高其对土壤盐分的累积，还可达到改良盐碱土的目的[14]。

本试验系统研究了沿海滩涂上不同氮肥水平对马齿苋鲜菜产量形成、植株离子分布、植株光和荧光效应以及对土壤养分的影响。结果发现，沿海滩涂上追施氮肥不仅能提高马齿苋鲜菜产量，还可以显著提高马齿苋植株全盐含量，尤其是Na+。其中N2（150 kg/hm2）水平最利于各种离子在马齿苋根、茎、叶中的积累（图2）。这样就避免了盐碱地土壤溶液中因过高的Na+ 浓度而导致K+、Ca2+、Mg2+ 运输受到阻碍，植物体内离子不平衡，细胞正常生理功能遭到破坏的情况。叶片的光合作用是产量形成的物质基础，因此产量与最大净光合速率之间呈极显著正相关；氮是作物叶绿素的组成成分，除了叶绿素总量外，其荧光参数也与叶片的光合效率有关，而叶绿素的荧光参数在一定程度上受氮肥水平等环境条件的影响[15]。本研究中，施用氮肥可显著提高马齿苋光合及荧光能力，高氮水平下（N2、N3）差异显著，这与其鲜菜产量的增加密不可分。

通过对土壤养分的进一步分析，发现施用氮肥可以显著提高土壤微生物氮、碳以及全氮含量，这与梁飞等的结果[5]一致。滩涂环境中，盐分、水分和肥料之间存在着协同、顺序加和及表现拮抗等作用[16]，其交互耦合现象是非常普遍及复杂的，不仅因植物种类、植物生长阶段的不同而不同，而且对于不同的盐分与养分形式，其影响也不尽相同。对于马齿苋而言，氮肥不但能促进其产量的增加，还能起到耦合土壤盐分与养分的作用，从而促进盐渍土的生物修复效果。

综上所述，在沿海滩涂上施用氮肥对马齿苋的生长、植株离子分布、光合荧光能力以及对土壤养分累积产生了一系列的影响，包括：随着施氮量的增加，马齿苋鲜菜产量增加；植株根、茎、叶的离子含量的积累量提高（尤其是Na+），光合荧光能力增强，土壤养分增加，且以上效果以N2（150 kg/hm2）水平最佳。

沿海滩涂土壤含有丰富的离子，作用机理比较复杂。为了能增加耐盐植物产量，提高其品质，还必须进一步研究如何在滩涂上科学的施加肥料以及与盐分的耦合作用机制研究，这将在以后的工作中进行。

参考文献：

[1]姚荣江，杨劲松，陈小兵，等. 苏北海涂围垦区土壤质量模糊综合评价[J]. 中国农业科学，2009，42（6）：2019-2027.

[2]洪立洲，王茂文，丁海荣，等. 苏北沿海滩涂海滨锦葵盐肥耦合效应研究[J]. 江苏农业科学，2012，40（4）：350-352.

[3]郑顺林，杨世民，李世林，等. 氮肥水平对马铃薯光合及叶绿素荧光特性的影响[J]. 西南大学学报：自然科学版，2013，35（1）：1-9.

[4]陈林，张佳宝，赵炳梓，等. 施氮和灌溉管理下作物产量和土壤生化性质[J]. 中国生态农业学报，2014，22（5）：501-508.

[5]梁飞，田长彦，田明明，等. 追施氮肥对盐地碱蓬生长及其改良盐渍土效果研究[J]. 草业学报，2013，22（3）：234-240.

[6]王光全，孟庆杰.药食兼用佳蔬马齿苋栽培技术[J]. 北方园艺，2006（6）：79.

[7]赵红，邓洪平，雷胜勇.南北种源马齿苋种子在相同预处理条件下的萌发差异[J]. 北方园艺，2010（2）：24-27.

[8]鲍士旦.土壤农化分析[M]. 3版.北京：中国农业出版社，2000：25-69.

[9]隆小华，刘兆普，蒋云芳，等. 海水处理对不同产地菊芋幼苗光合作用及叶绿素荧光特性的影响[J]. 植物生态学报，2006，30（5）：827-834.