不同位置滴灌施氮对苹果氮素利用及果实产量和品质的影响*

田 歌，李慧峰，朱占玲，陈 倩，任饴华，葛顺峰，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，泰安271018）（2 山东省果树研究所）

氮素是组成植物细胞的结构物质，也是能量代谢的物质基础，果树对氮素的需求高于其他任何一种营养元素[1]。氮素的适量供应能增加苹果光合产物的积累[2]，促进新生器官生长，提高产量[3]，对苹果品质的形成有非常重要的作用[4]。然而，我国苹果园的氮素施入已经远远超出了树体所需[5]。氮肥的过量施用不仅导致树体旺长，影响果实品质[6-7]，还间接导致了水体富营养化、温室气体排放、病虫害加剧等严重危害的发生[10]。因此，如何促进氮素的减施增效，是我国苹果生产上急需解决的重要问题。

滴灌施肥是水肥一体化的一种模式，指肥料随同灌溉水一起进入果园的过程，能够在节水节肥的基础上，保证作物生产的高产高效[11-12]，在果树的关键物候期，适时适量地供给果树水分与养分，高效实现水分和养分的时空匹配[13]，并在一定程度上维持土壤的水分和养分含量[14]，既可改善果树栽培过程中水肥供应不协调和耦合效应差的弊端，又能及时满足作物对养分的需求，从而提高养分利用率。相关研究表明，水肥一体化可以促进‘富士’苹果枝条生长及开花[15]，增加灰枣的产量[16]，提高西瓜的品质[17]，还可以有效提高苹果[18]和黄瓜[19]等作物的肥料利用率。当前，苹果生产上的水肥一体化主要以地表滴灌为主，相关的研究也大多集中在滴灌施肥对作物产量、品质以及养分的利用等斱面，而对于滴灌施肥具体位置的研究相对较少，因此，本试验设置了不同的滴灌施肥位置，并借助15N 同位素示踪技术，研究其对苹果氮素吸收利用特性的影响，以期从氮肥减施增效的角度上为进一步完善水肥一体化技术提供支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017 年3 月10 日至10 月20 日在山东省烟台市莱山镇官庄村果园中进行。供试材料为6年生烟富3/M26/平邑甜茶，行株距4.0 m×1.5 m。试验园土壤有机碳含量7.85 g/kg、硝态氮含量24.15 mg/kg、铵态氮含量15.17 mg/kg、有效磷含量27.93 mg/kg、速效钾含量221.24 mg/kg。

1.2 试验设计

选取无病虫害、生长势基本一致的6 株树，铺设水肥一体化的环状滴灌设施，滴头位置设置2 种，在树干底部和1/2 树冝投影处，每处理3 次重复，1次重复1 株。每株树共施入100 g 尿素和10 g15N-尿素（上海化工研究院生产，丰度10.16%），分别于3 月20 日、4 月20 日、5 月20 日与水混合通过滴灌设施施入，滴头流速6 L/h，各次供水量保持一致。在果实成熟期（10 月20 日）对处理植株进行整株破坏性取样。同时在距树干1/4 树冝投影处取土，分为0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm，每株树取4 钻，将同一土层混合，风干并过60 目筛备用。

1.3 测定方法和计算公式

叶面积指数和叶绿素含量：每株树在4 个斱位随机选取新梢中部叶片10 片，测定叶绿素含量和叶面积指数。叶面积用Taxin-1241 叶面积仪测定，叶绿素用浙江托普SPAD-502P LUS 日本叶绿素测定仪测定。

氮含量和15N 丰度：整株解析样品分为果实（花）、叶片、1 年生枝、多年生枝、中心干和根。样品按清水→洗涤剂→清水→1%盐酸→3 次去离子水顺序冲洗后，105 ℃下杀青30 min，随后在80 ℃下烘干至恒量，电磨粉碎后过60 目筛，混匀后装袋备用。植株与土壤样品的全氮含量用凯氏定氮法测定，植株和土壤的15N 丰度用ZHT-03（北京分析仪器厂）质谱计（河北省农林科学院遗传生理研究所）测定。

产量和品质：在果实成熟期（10 月20 日）每株树在4个斱位随机采取果实30 个，用于平均单果重、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、硬度等指标的测定。单果重用百分之一电子天平称量，可溶性固形物采用手持折光仪测定，可滴定酸含量采用酸碱中和滴定法测定，采用GY-1 型手持硬度计检测果实硬度，产量用电子秤称量。

植株器官从肥料中吸收的15N量占该器官全氮量的比率（Ndffp，%）＝［（样品中15N丰度-15N 自然丰度）/（肥料中15N丰度-15N自然丰度）］×100

15N 利用率（%）=［（各器官Ndffp×各器官全氮量）/15N施用量］×100

15N 分配率=（各器官15N 吸收量/总15N 吸收量）×100

15N 残留率（%）=［（Ndffs×土层体积×土壤容重×土层全氮量）/15N 施入量］×100

15N 损失率（%）=1-15N 利用率-15N 残留率

1.4 数据处理

用Microsoft Excel 2007 进行数据处理，用SPSS数据处理系统单因素试验统计分析斱法进行显著性分析。显著性水平设定为P＜0.05，图中数据为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 不同位置滴灌施氮对叶片叶面积、叶绿素及氮含量的影响

由表1 可知，不同位置滴灌施氮显著影响了叶片叶绿素含量、叶面积及氮含量。树干底部处理的叶面积、叶绿素和氮含量显著高于1/2 树冠投影处处理，分别是其1.12、1.07 和1.19 倍。可见，树干底部滴灌施氮有效促进了叶片生长发育与氮含量的提升，有利于树体生长，促进了光合作用。

表1 不同位置滴灌施氮处理叶片叶面积、叶绿素、氮含量

2.2 不同位置滴灌施氮对15N吸收量及利用率的影响

不同位置滴灌施氮，植株的15N 吸收量以及15N利用率显著不同（表2）。树干底部的15N 吸收量及利用率较高，分别为1.07 g/株和22.11%，1/2 树冠投影处的15N 利用率仅是树干底部的72.9%。树干底部滴灌施氮更有利于苹果对氮素的吸收利用。

表2 不同位置滴灌施氮处理果实成熟期苹果植株15N 吸收量和15N 利用率

2.3 不同位置滴灌施氮对各器官15N 分配率的影响

图1 不同位置滴灌施氮果实成熟期各器官15N 分配率

从图1 可以看出，不同位置滴灌施氮苹果树各器官15N 分配率有所不同。树干底部滴灌施氮处理的植株15N 分配率表现为生殖器官（果实）＞贮藏器官（多年生枝、中心干和根系）＞营养器官（新梢和叶片），且差异达到显著水平。1/2 树冠投影处滴灌施氮的植株15N 分配率分布较均衡，以生殖器官最小，营养器官和贮藏器官之间的15N 分配率差异不显著。

2.4 不同位置滴灌施氮对15N 的利用、残留及损失的影响

由表3 可知，树干底部滴灌施氮处理15N 残留率略大于1/2 树冠投影处滴灌施氮处理，但差异显著；而树干底部处理15N 损失率显著低于1/2 树冠投影处处理，为39.76%，仅为1/2 树冠投影处处理的83.93%，这是由于树干底部滴灌施氮15N 利用率较高。

表3 不同位置滴灌施氮苹果树15N 的利用、残留及损失

不同位置滴灌施氮处理各土层的15N 残留率有差异（图2），树干底部处理0～60 cm 土层的15N 残留率为28.82%，而60～100 cm 土层的15N 残留率仅为9.31%，表明在树干底部滴灌施氮，氮肥主要分布于上层土壤，更利于根系的吸收。而1/2 树冠投影处处理的15N残留率在各个土层的分布比较均匀，其中0～60 cm 的15N 残留率要低于树干底部处理，为23.42%，是树干底部处理0～60 cm 土层的81.26%；60～100 cm 的15N 残留率较高，为13.09%，是树干底部处理同土层的1.41 倍，表明1/2 树冠投影处滴灌施氮更容易向深层土壤淋溶。

图2 不同位置滴灌施氮土壤15N 残留率

2.5 不同位置滴灌施氮对苹果产量及品质的影响

不同位置滴灌施氮显著影响了苹果的单果重和产量，树干底部处理的单果重和单株产量较高，均高于1/2 树冠投影处处理。不同处理的果实硬度及可滴定酸含量差异显著；可溶性固形物含量、可溶性糖含量和糖酸比均以树干底部处理最高，显著高于1/2 树冠投影处处理（表4）。

表4 不同位置滴灌施氮苹果品质及产量

3 讨论与结论

优良的营养器官是果树生长发育的关键，其中叶片的生长状况尤为重要，叶绿素含量和叶面积指数可反映出叶片的生长状况以及合成有机物质的能力。前人的研究表明，在适宜的位置施氮能显著增加葡萄叶片氮含量[20]，提高小麦叶面积[21]，提升苹果叶片叶绿素含量[22]。本试验结果表明，树干底部滴灌施氮处理的苹果叶片叶面积、叶绿素含量以及氮含量显著高于1/2 树冠投影处，说明树干底部滴灌施氮有利于改善叶片质量，从而有利于光合作用。

朱兆良[23]总结发现，国外土壤15N 残留率一般为12%～44%，国内当季作物的肥料氮残留率一般为15%～30%。本试验中2 个处理的15N 残留率为36.51%和38.13%，其中，树干底部滴灌施氮0～60 cm 土层的15N 残留率（28.82%）显著高于同土层的1/2 树冠投影处滴灌（23.42%），表明树干底部滴灌施氮，残留主要集中于0～60 cm 土层，而1/2 树冠投影处滴灌施氮的氮肥更容易向深层土壤淋溶。

不同作物最佳施肥位置存在差异的根本原因在于根系分布的差异，杨洪强等[24]发现，苹果根系分布层主要集中在10～40 cm，认为此区间具有合适的生态条件，从而有利于根系生长，李慧峰等[25]研究表明，苹果根系具有浅层分布的特点，地表以下15～40 cm 为根系密集层，因此，树干底部滴灌施氮，一方面氮素直接作用于苹果树体根层，更有利于根系的吸收；另一方面树冠对雨水有一定的遮蔽作用，减轻了雨水对氮素向深层土壤的淋溶作用，使氮素在苹果根层的分布更为持久，根系与氮素的接触面积和接触时间都增加了，从而提高了氮素的利用效率，树干底部滴灌施氮15N 利用率是1/2树冠投影处滴灌施氮的1.37 倍。树干底部滴灌施氮不仅提高了15N 利用率，还增加了15N 向生殖器官的分配，这可能是因为根层较高的氮素浓度促进了根系的生长发育，提高了细根密度，在增加氮素吸收的同时，细根合成的细胞分裂素也进一步促进地上部生殖器官的生长与氮素分配[26]。

适宜的供氮水平、水平供氮位置及深度均能显著影响苹果的产量和品质[7，27-28]。本试验中树干底部滴灌施氮处理显著提高了叶片功能和优化了氮素分配，进而提高了苹果产量和品质，尤其是可溶性固形物含量、可溶性糖含量及糖酸比。因此，对于根系分布较浅且集中的矮化砧木苹果园，建议将滴灌管铺设在靠近树干底部，以利于提高氮肥利用效率以及产量和品质。