4种梨实生苗硝态氮和铵态氮利用特性研究

葛顺峰 夏 营 沈红艳 张莉莉 要雅倩 刘松忠 姜远茂,*

(1 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；2 北京市林业果树科学研究院, 北京 100093)

梨(PyruscommunisL.)是我国继苹果、柑橘之后的第三大栽培果树，2015年全国栽培面积和产量分别为111万hm2和1 869万t。近年来，由于梨园不合理施肥，导致氮肥利用率下降、土壤质量降低等问题日益突出[1]，不仅影响土壤养分的有效性[2]，而且降低了果实品质[3]。硝态氮和铵态氮是植物根系能够吸收的最主要的氮素形态[4]，且不同氮素形态能够显著影响植株根系对氮的吸收和利用，进而影响地上部的生长[5]。研究发现植物对不同形态氮素的喜好受多种因素的影响，其中比较关键的因素是植物的基因型和物种特性[6-7]。梨作为多年生果树，生产上的栽培苗一般是由砧木和接穗两部分构成，其中砧木为整个植株提供根系，通过水分和养分的吸收来影响地上部的长势、逆境适应能力及果实品质[8-9]。因此，明确不同梨砧木对不同氮素形态的利用特性，对生产上制定不同砧木的氮素管理策略具有重要意义。目前，对梨砧木的研究主要集中在遗传多样性、抗旱、抗寒、高温胁迫、缺Fe胁迫等方面[10-13]，而关于不同梨砧木对不同形态氮素吸收、分配和利用等方面的研究尚未见报道。因此，本试验以生产上常用的4种梨砧木实生苗为试材，利用15N示踪技术研究不同梨实生苗对硝态氮和铵态氮的吸收、分配和利用特性，以期为不同梨砧木实生苗的氮素营养管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验材料为正常管理的一年生杜梨(PyrusbetulifoliaBge.)、豆梨(P.calleryanaDcne.)、川梨(P.pashiaD. Don.)、木梨(P.xerophilaYü)实生苗，由北京市林业果树科学研究院梨研究室提供。盆栽土壤为黏质壤土，基本理化性质：硝态氮36.89 mg·kg-1、铵态氮17.06 mg·kg-1、有机质10.09 g·kg-1、碱解氮75.36 mg·kg-1、速效磷25.31 mg·kg-1、速效钾184.99 mg·kg-1、pH值6.7。

1.2 试验设计

试验于2016年3-9月在山东农业大学南校区园艺实验站进行，室内分析在山东农业大学园艺学院果树营养研究室进行。种子经过层积处理65 d后，直接播种于盆中，待2片真叶时(4月8日)，选取长势基本一致的幼苗，每盆保留1株。每品种实生苗选取24株，分为2组，每组设6次重复，以2株为1次重复。于2016年4月11日进行施肥处理，施肥量详见表1，其中双氰胺施用量为纯氮量的5%，以抑制硝化作用[14]。

表1 不同处理肥料投入量

1.3 采样与指标测定

于2016年9月15日进行取样，测定根系形态指标、根系活力以及全氮含量和N丰度。

1.3.1 根系形态指标 每个处理选取6株幼苗，经去离子水清洗后，用LC-4800植物根系扫描测定仪(SINTEK公司，加拿大)和WinRHIZO 2007根系分析软件(SINTEK公司)分析根系总表面积、根尖数和根系总长度，以单株为1次重复。

1.3.2 根系活力 采用氯化三苯基四氮唑法[15]进行测定。

1.3.3 全氮含量和15N丰度 每处理选取6株幼苗，解析成根、茎、叶3部分，称重后将样品放入烘箱于105℃下烘30 min，然后80℃下烘干至恒重。每个器官设3次重复。磨碎后过0.25 mm筛，采用凯氏定氮法[15]测定各样品全氮含量(g)，采用MAT-251质谱仪(Thermo Fisher公司，美国)测定各样品的15N丰度(%)。

1.4 计算公式及数据处理

Ndff=(植物样品中15N丰度-自然丰度)/(肥料中15N丰度-自然丰度)×100%

式中，Ndff：从肥料中吸收的15N量对该器官全氮量的贡献。

15N利用率=[Ndff×器官全氮量(g)]/施15N量(g)×100%

(2)

15N分配率=各器官中的15N量/总吸收15N量×100%

(3)

利用Microsoft Excel 2007进行数据处理；DPS 11.5软件Duncan法进行显著差异分析。

2 结果与分析

2.1 不同梨实生苗生物量、根系形态指标和根系活力的差异

由表2可知，不同梨实生苗的生物量存在显著差异，其中木梨的地上部干重和总干重均最大，分别为20.56和29.21 g，其次是川梨，分别为16.93和25.73 g，杜梨地上部干重和总干重均最小，分别为11.57和18.48 g，仅为木梨的56.27%和63.27%。川梨和木梨的地下部干重分别为8.80 g和8.65 g，二者差异不显著，但均显著高于杜梨和豆梨。不同梨实生苗的根系形态也存在显著差异，根系总表面积以川梨最大，为533.23 cm2，其次为木梨和豆梨，杜梨最小，为364.74 cm2；总根长以川梨最大，为2 986.95 cm，其次是木梨和豆梨，二者差异不显著，但均显著高于杜梨(1 745.20 cm)；川梨的根尖数最多，其次是木梨，豆梨和杜梨的根尖数均较少，二者间差异不显著。结果表明，不同梨实生苗的生物量和根系形态指标差异显著，这可能与其基因型不同有关。

由图1可知，不同梨实生苗的根系活力存在显著差异，其中以木梨的根系活力最大，为2.04 mg·g-1·h-1，显著高于其他3种实生苗，川梨和豆梨间差异不显著，杜梨的根系活力最低，分别为木梨、川梨和豆梨的60.29%、75.01%和75.93%。

2.2 不同形态氮素处理对不同梨实生苗各器官Ndff的影响

Ndff是指植株器官从15N肥中吸收分配到的15N量对该器官全氮量的贡献率，反映了植株器官对15N肥的吸收征调能力[16]。由表3可知，标记不同形态氮素处理显著影响了各器官的Ndff，标记硝态氮处理时4种梨实生苗各器官的Ndff均高于标记铵态氮处理，表明4种实生苗对硝态氮的吸收征调能力均高于铵态氮。标记同一氮素处理下，不同梨砧木同一器官的Ndff也存在差异。标记硝态氮处理，杜梨和木梨叶的Ndff差异不显著，但均显著高于川梨和豆梨；木梨和川梨茎的Ndff均显著高于杜梨和豆梨，其中以木梨茎的Ndff最大；杜梨根的Ndff最大，且与木梨差异不显著，但显著高于川梨和豆梨。结果表明，4种梨实生苗中，木梨各器官对硝态氮的吸收征调能力均处于较高水平。标记铵态氮处理川梨各器官的Ndff均最大，且均显著高于其他3种实生苗，其次是木梨和豆梨，杜梨最小，表明川梨各器官对铵态氮的吸收征调能力最强。

表2 不同梨实生苗的生物量和根系形态指标

注：表中数值为平均值±标准差。同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

Note：Values in the table are mean ± SD. Different lowercase letters in the same column mean significant difference at 0.05 level. The same as following.

表3 不同梨实生苗各器官的Ndff

注：图中不同大写字母表示差异显著(P<0.01)。Note：Different capital letters mean significant difference at 0.01 level.图1 不同梨实生苗的根系活力Fig.1 Root activity of different pear seedlings

2.3 不同梨实生苗各器官15N分配率的差异

由表4可知，同一品种梨实生苗的叶、茎和根的15N分配率的顺序不受标记氮素形态的影响，不管是标记硝态氮还是铵态氮，杜梨、川梨和豆梨各器官的15N分配率均表现为叶>根>茎，而木梨表现为叶>茎>根。标记同一种氮素时，不同梨实生苗同一器官的15N分配率存在差异。标记硝态氮时，叶的15N分配率以杜梨最高，为70.71%，其次是木梨和川梨，豆梨最低(59.54%)；茎的15N分配率以木梨最高，为21.13%，显著高于川梨和豆梨，杜梨最低，为14.51%；根的15N分配率以豆梨最高，为22.37%，其次是川梨和杜梨，木梨最低，为12.02%。标记铵态氮时，叶和茎的15N分配率均以木梨最高，分别为67.45%和23.18%，根的15N分配率以豆梨最高，为27.98%。

表4 不同梨实生苗各器官的15N分配率

2.4 不同梨实生苗对两种形态15N利用率的差异

由表5可知，4种实生苗对硝态氮的利用率均高于铵态氮，杜梨、木梨、川梨和豆梨的硝态氮利用率分别是铵态氮的3.24、2.64、1.43和2.53倍，表明4种梨实生苗均为喜硝植物。硝态氮利用率最高的是木梨，为16.37%，其次是川梨，为11.35%，杜梨和豆梨对硝态氮的利用率均较低，分别仅为8.01%和7.82%。铵态氮利用率较高的是川梨和木梨，二者差异不显著，但均显著高于豆梨和杜梨。

表5 不同梨实生苗的15N利用率Table 5 15N utilization efficiency of different pear seedlings /%

2.5 根系形态指标和根系活力与15N利用率的相关性

由表6可知，梨实生苗对硝态氮的利用率与根系形态指标和根系活力均呈正相关，其中与根尖数呈显著正相关(P<0.05)；梨实生苗对铵态氮的利用率与根系总表面积、根尖数和根系活力均呈正相关，但与总根长呈负相关。

3 讨论

基因型的差异以及植物长期进化对环境的适应能力造成了植物对不同形态氮素的喜好，一般认为硝态氮是陆生植物喜好的形态，植物根系对硝态氮的吸收分为高亲和力、低亲和力转运系统2种机制，分别在土壤中硝态氮缺乏和丰富时发挥作用，因此根系可以高效吸收硝态氮[17]。本研究中，4种梨实生苗对硝态氮的利用率及其各器官对硝态氮的征调能力均高于铵态氮，说明4种梨实生苗均是喜硝植物。这与前人研究结果一致。王海宁等[18]研究表明，5种苹果砧木植株各器官从硝态氮中吸收分配到的15N量对该器官全氮量的贡献均显著高于铵态氮。樊卫国等[19]研究发现脐橙幼树根系也表现出对硝态氮的明显偏好，且根系对硝态氮的最大吸收速率和对硝态氮的亲和力均高于铵态氮，此外，硝酸根离子在根系中的流动速度也较铵根离子快。

表6 根系形态指标和根系活力与15N利用率的相关性

注：*表示显著相关(P<0.05)。

Note:*indicates significant correlation at 0.05 level.

不同的氮素形态在植物体内的转化和代谢机制是不同的，单独或者混合供应下植物会表现出不同的生理反应[25-26]。邢素芝等[27]研究发现随着铵态氮/硝态氮的值从100/0变化到0/100，菠菜的生物量、株高、根系长度、硝酸盐和亚硝酸盐累积量以及有机酸含量均呈增加趋势，而氨基酸总量则明显下降；王晋等[28]研究表明，当铵态氮/硝态氮的值为3/1时，有利于油麦菜根系氮同化速率的提高和可溶性糖的积累，显著促进了根系的生长和地上部生物量的提高。因此，不同硝态氮和铵态氮混合是否更有利于梨砧木的生长，以及何种混合比例更为适宜，还有待进一步研究。

4 结论

氮肥形态显著影响了梨实生苗对氮的吸收利用，4种梨实生苗对硝态氮的利用率和各器官对硝态氮的征调能力(Ndff)均高于铵态氮，表明4种梨实生苗均是喜硝植物。4种梨实生苗中，木梨对硝态氮的利用率最高，其次是川梨，豆梨最低；川梨对铵态氮利用率最高，其次是木梨，二者均显著高于豆梨和杜梨。