桃氮素营养及高效利用技术研究进展*

李俊豪，解 斌，李六林

（1山西农业大学园艺学院，太谷030801）（2中国农业科学院果树研究所）

氮素被称为“生命元素”，是构成植物细胞原生质、核酸、磷脂、叶绿素及酶等的重要组成成分。氮素供应的充足与否与果树器官分化以及树体结构建成等密切相关[1]。我国传统果园中氮肥施用量很大，是大田的数倍甚至数十倍，但氮肥当季利用率仅为10%～15%[2]，显著低于国外果园氮肥利用率的40%，也显著低于蔬菜作物的50%和牧草的70%[3]。氮肥的不合理使用不仅增加了种植投入，导致生态环境污染，更使得土壤环境处于持续恶性循环状态，严重影响果树生产。

桃树大量施用氮肥，使树冠郁闭问题严重，这不仅增加了修剪量，也造成养分浪费、果实品质下降，甚至发生生理病害[4]。合理施肥不仅可以改变果树新梢生长发育等，还可以提高果实质量[5]。当前，为提高氮肥利用效率，提高果实品质，减少农业投入和环境污染，实现我国农业“减肥增效”的目标，建立高效的果园肥料管理体系成为研究者探讨的热点。本文从桃园氮素利用形态、施肥方式、特种肥料开发利用等方面展开论述。

1 氮素营养形态

在生产中，氮肥形态主要分为3种类型：铵态氮肥、硝态氮肥和酰胺态氮肥。其中，硝态氮和铵态氮是果树树体可以吸收和利用的2种无机氮素形态。硝态氮中的硝酸根带有负电荷，不易被土壤胶体吸附，容易随雨水迁移和流失；铵态氮中的铵离子带正电荷，易被土壤吸附固定，但也易于被转化为氨气进入空气中，过量施用会导致树体中毒[6]。酰胺态氮肥尿素是易于被许多植物利用的有机氮源，也是植物氮代谢的重要部分。据统计，尿素用量已占全世界范围内氮素化肥总用量的50%[7]。但是，采用传统施肥方法，尿素施入土壤后会迅速被土壤微生物释放的脲酶水解生成CO2和NH3，并诱导发生多种失氮途径，导致大部分尿素氮不能充分发挥其功能[8]。因此，传统施肥方法往往导致树体对尿素的当季利用率很低。大多果树喜硝态氮[9]。Paula等[10]研究表明，桃砧木‘Tsukuba1’和‘Aldrighi’对硝态氮的吸收存在低亲和转运和高亲和转运2个系统，而对铵态氮的吸收只存在高亲和转运系统。王兆燕[11]研究表明，‘中华寿桃’树体对铵态氮的利用效率大于硝态氮。与单一施用硝态氮和铵态氮相比，以铵态氮与硝态氮质量比为2∶1的2种不同形态氮素配施，可以显著提高‘凤红桃’的株产和单果重[6]。说明不同形式氮素的适当配施可以更好地促进桃树对氮素的吸收利用效率。

2 桃树氮素营养需求特性

由于对桃氮素养分吸收分配规律缺乏精确系统的认识，果农偏施氮肥问题严重，造成畸形果、旺长及结果晚等现象。在桃树的关键需肥时期施肥，不仅有助于提高肥料的利用率，而且能够显著降低施肥量。李付国等[12]研究认为，桃园施氮量控制在150～300 kg/hm2时果实品质最好。目前，研究者将桃树的年生长周期分为利用贮藏养分期、贮藏养分与当年养分交替利用期、利用当年营养期和营养转化积累贮藏期等4个时期。Rufat等[13]研究表明，桃树在春季返青的前1个月左右，所有的氮素营养供给全部来自树体上一年的贮藏养分，并且该养分可以持续供给桃树至花后75 d左右，从花后至收获前桃树对氮素的需求为0.5～1.0 kg·hm-2·d-1。Muñoz等[14]对3年生桃树氮素营养需求分析表明，3月每株桃树花、幼果和新梢总氮量约1.59 g，93.1%来源于树体贮存氮；8—11月，每株桃树枝和根木质部总氮量有12.84 g，66.2%来自叶片氮素的回流。秋施氮肥能显著提高桃树贮藏氮的水平，保证翌年春季树体对氮素养分的需求。在萌芽前，根外追施氮肥也可以明显地改善萌芽后氮素养分供应不足的现象，提高早期叶片质量和增强叶片功能。果实膨大期（即利用当年营养期）前追施尿素可以改善当年营养供给期营养不足的状况，不仅利于果实品质形成，同时利于翌年桃树开花和坐果。王兆燕[11]研究表明，土壤硝态氮含量40～83 mg/kg或铵态氮含量12～20 mg/kg范围内可满足13年生‘中华寿桃’果实膨大期对氮素的需求，保证产量。所以，结合桃树需肥特性和生长地土壤营养情况适时补施肥料，可以保证树体生长正常和连年丰产。

3 氮肥管理技术对桃树氮素利用的影响

3.1 肥料用量

控制肥料用量是氮肥管理技术中的核心目标。据统计，我国北方桃园主分布区来自有机肥中的氮素投入量高达1 300 kg/hm2，此外山东省桃园化肥氮总投入量达500 kg/hm2[15-16]。但是，桃园的氮肥推荐使用量仅在100～200 kg/hm2。Ferreira等[17]研究表明，每年以开花初期50%、疏果后30%和收获后20%的量施入尿素100 kg/hm2，‘BRS Kampai’的产量与施用尿素200 kg/hm2处理效果相当。Mirabdulbaghi等[18]对桃开展的为期2年的试验表明，施用硫酸铵400 kg/hm2树体内营养平衡，而尿素600 kg/hm2的效果最不理想，增加了桃树体修剪量。在2007年和2008年，Rufat等[19]以滴灌配以氮素60 kg/hm2即可保证6年生桃树氮素供应，保证产量和品质。合理的肥料用量可以调节树体营养成分，协调树体营养生长和生殖生长的关系。由于时间因素，在试验研究中，低氮处理的树体看似有足够的氮浓度，但是长期的低氮处理可能导致树体发育不良和减产等现象。此外，合理的施肥方式等因素也可以减少肥料的用量。

3.2 施肥方式

我国桃生产仍以小农户形式发展居多。因此，桃园施肥方式更多采取传统习惯。果树生长周期长，树种、品种根系分布不一，因此在施肥时“找对位置，用对方式”是关键。

肥料位置效应是指肥料在不同位置施入土壤后所取得的植物生长效应、肥料利用效应及土壤转化效应等综合效应[20]。肥料施用位置影响着营养元素在土壤中的运移和转化，进而调控根系生长发育，影响树体的营养吸收。从垂直方向分析，肖元松等[21]研究表明，桃园土壤表层施肥的氮肥利用率是下层施肥的3.75倍。从水平方向施肥分析，在生产中也形成了环状沟施、放射状沟施等多种施肥方式，但其效果各有不同。环状沟施肥更有利于氮素分配到营养器官，放射状沟施肥更有利于氮素分配到贮藏器官，但是环状沟施的氮素利用效率显著高于放射状沟施。施肥枪施肥是将适宜浓度的可溶性肥料溶液借助高压系统枪头上的出水孔直接迅速地注入植物根际土壤的一种新型施肥方式[22]。该技术省工，设备简单，成本低，灵活且对根系没有损伤，并且提高了施肥效率。于世欣等[23]研究表明，施肥枪施肥下桃园各土层土壤中铵态氮、硝态氮含量较放射状沟撒施显著提高，最高可提高76.44%和48.77%。吴小宾等[24]研究证实，施肥枪施肥还可以使氮素更迅速地被吸收和分配到新生器官中，且比放射状沟局部施肥的氮素吸收率高出5.87个百分点。白红等[22]研究表明，用施肥枪以0.507 kg/株的尿素为‘阿部白’桃施肥，不仅提高了肥料的利用效率，更重要的是可以显著增加单果重，提高果实可溶性糖和可溶性固形物含量等指标。所以，上述3种施肥方式各有优点，结合桃树生长时期特性选择合适的施肥位置可以更显著地提高肥料利用率，但这有待更为系统化的研究。

灌溉施肥是传统管理模式中的一种重要方式，但是不同的灌溉技术对肥料的利用效率影响差异显著。与传统浇灌施肥相比，滴灌施肥技术的应用可显著地减少肥料态氮的迁移、富集和转化作用[25]。颜克发等[26-27]研究证实，与传统漫灌+撒施肥料相比，滴灌与施肥相结合即“水肥一体化”使得桃树根区60 cm以上土层中硝态氮含量显著提高，不仅如此，滴灌施肥更利于树体根系对营养的吸收。张鹏[28]在温室开展的滴灌水肥耦合技术研究进一步证实，该技术以氮肥200 kg/hm2的施用量，即可以增加桃果实产量、可溶性固形物含量和花青素含量。但是“水肥一体化”施用价格昂贵，且对土地和水质要求高，推广存在一定困难。

硝化抑制剂是研究者为了减肥增效而开发的一类抑制剂[29]，原理是通过抑制铵态氮向硝态氮转化而减少其以硝态氮形式供给植物。该药品在使用时一般需与肥料同时施入土壤，起到调整氮肥存在形态以及时空分布的作用，同时减少氮肥的损失和对环境的危害[30]。目前，双氰胺（DCD）和3,4-二甲基吡唑磷酸盐（DMPP）等硝化抑制剂引起许多研究者关注。王雨歌等[31]研究发现，‘灰枣’施肥时添加硝化抑制剂可以增加土壤中铵态氮含量，降低硝态氮含量，延长氮肥肥效。刘少波[32]研究表明，DMPP的使用可抑制桃园土壤中铵态氮向硝态氮的转化，提高桃幼树氮素利用率。与此同时，硝化抑制剂的抑制效果并非是稳定不变的。研究认为，影响硝化抑制剂作用效果的因素主要包括硝化抑制剂的用量和土壤因素（土壤质地、土壤pH值、土壤有机质含量等）。当土壤有机质含量高时，硝化抑制剂可被有机质吸附，有利于延长抑制剂在土壤中的存留时间[33]。进一步表明土壤本身有机质含量的提高是增强药剂效果和减肥增效的根本。

3.3 新型肥料应用

控释肥料是采用聚合物包膜，可定量控制肥料中养分释放数量和释放期，使肥料养分释放与作物养分吸收规律基本同步的肥料[34-35]，该技术可有效降低肥料养分的淋失和挥发。目前已研究的有硫包膜尿素、硫加树脂包膜尿素和树脂包膜尿素等。大量的研究证实，包膜控释氮肥可显著提高作物氮素利用效率，可减少施肥次数，而不减少产量[36-37]。苹果园中使用控释氮肥可以提高果实产量和糖、钙及维生素C含量[38]。但是包膜控释肥有生产成本较高、前期养分释放缓慢等问题。特别是在果园中的研究利用仍十分滞后。

缓释肥料是采用物理、化学和生物化学方法制造的能使肥料中养分在土壤中缓慢释放、作用有效性明显延长的肥料[34]。肥料袋控缓释肥是基于果树树体较大的特征创制的，是一种利用率高、环保、省工的新型肥料，主要通过控释袋的微孔数目实现养分的控释。与普通肥料相比，袋控缓释肥处理可以在桃树的整个生长季提供稳定的养分供应，提高土壤酶活力，维持较高的有效养分含量[39]。杨乐等[40]研究表明，袋控技术可以使桃树对尿素的利用效率提高近5%。张亚飞等[41]连续5年进行肥料袋控缓释肥试验，发现土壤中碱解氮比较稳定，且肥料袋控缓释处理的桃产量比等量 1次沟施处理提高22.32%。进一步研究[42-44]证实，这一种肥料形式可以促进树体细根的发生，建构密集型根系，从而提高树体对氮肥等的利用效率。

纳米技术中的纳米碳颗粒具有特殊的物理化学特性，其对土壤质地和养分迁移等方面有重要作用。已有研究[45]证实，纳米碳可以改变土壤中水分分布。陈晓鹏等[46]研究表明，土壤中纳米碳的施加可以改善土壤结构，并且可以改变土壤中硝态氮的位置，进而影响植物养分吸收。随着研究的进一步深入，研究者将纳米碳材料添加到传统肥料中，经过改性制成纳米碳增效肥[47]。该技术的研发开辟了高科技成果和农业生产结合应用的新方向。目前，由纳米材料制成的纳米增效肥料在减少肥料流失、提高肥料利用率等方面已经表现较好效果。王国栋等[48-49]从纳米碳使用量和施用部位开展的研究证实，高浓度的纳米碳（200 μg/mL处理）与氮素共施，提高了桃树新生器官对氮素的吸收征调能力；并且低浓度的纳米碳可以提高桃树成熟枝条的全氮含量，高浓度的纳米碳可以提高功能叶片及嫩梢和嫩叶的全氮含量。沈光业[47]研究证实，纳米碳溶胶的使用不仅提高营养元素的利用效率，减少了养分流失，并且显著增加了果实产量，提高了桃果实中可溶性固形物和维生素C含量，同时降低了可滴定酸含量。据此表明，纳米碳增效肥在农业生产应用中具有广阔前景。

4 小结与展望

近年来，虽然研究者为提高桃园氮素利用已经做了诸多相关工作，建立了一些标准规范，但研究者对桃树氮素养分吸收利用的认识仍不够深入、全面。当前，农业传统管理理念根深蒂固，加之包括水肥一体化在内的多种新型方式的成本较高，这些都严重影响了科学施肥方式的推广。同时生产研发的特种肥料种类较少且价格较贵，诸多配套技术不成熟。综上，建议从以下几个方面进一步开展研究。①充分认识桃树养分利用规律是科学施肥的基础。桃树对于养分的吸收利用并非是固定不变的，研究者可以重点以桃树品种特性、优质产区环境及果实品质相关参数为参考指标，结合大数据分析构建地区优势桃品种树体生命周期和年生长周期内的氮素养分利用模型。②传统施肥观念方式转变是减肥提质增效的核心，应当加强新技术的宣传和示范。与此同时，研究者在保证施肥效果的同时，应进一步推进施肥设备简化，降低投资成本。③特种肥料是利用多学科交叉发展而成的高科技成果。其中的“特”，一指特种肥料制作工艺中特殊技术的创新应用，二是指其针对固定植物固定生长时期所发挥的特优功能。研究者应继续深化高新技术在肥料研发中的应用融合和桃园特种肥料应用配套技术的相关研究。