肖元松， 彭福田， 房 龍， 顏克發(fā)， 張華美， 齊玉吉， 李 勇

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東泰安 271018)

合理施用化肥是保證果樹(shù)產(chǎn)量與品質(zhì)的重要措施。目前我國(guó)桃生產(chǎn)中，由于化肥施用的盲目性及果農(nóng)施肥決策不合理，導(dǎo)致化肥利用率低[1]，不僅浪費(fèi)了資源，而且造成了對(duì)環(huán)境的污染[2-4]。受施肥方式和根系在土壤中非均勻分布的影響，只有局部土壤營(yíng)養(yǎng)空間能夠滿足根系對(duì)養(yǎng)分的需求。有研究指出，局部供應(yīng)磷素可以促進(jìn)小麥幼苗生長(zhǎng)及同化物向根系的運(yùn)輸[5]； 局部供應(yīng)氮、 鋅元素有利于根系向養(yǎng)分富集區(qū)生長(zhǎng)[6 ]。研究表明，養(yǎng)分局部供應(yīng)區(qū)域根系的吸收能力明顯增大，可以補(bǔ)償根區(qū)養(yǎng)分非均勻供應(yīng)造成的影響，這種局部供氮使根系生長(zhǎng)提高是對(duì)缺氮部分的生長(zhǎng)補(bǔ)償[7-8]。秦嶺等[9]在葡萄上的研究認(rèn)為，盆栽葡萄根系局部改良可有效促進(jìn)葡萄地上部和根系的平衡生長(zhǎng)。目前有關(guān)養(yǎng)分局部供應(yīng)的研究多集中在模式植物上，且多在實(shí)驗(yàn)室盆栽條件下進(jìn)行，而在大田條件下，有關(guān)局部施肥對(duì)養(yǎng)分吸收利用和分配的研究報(bào)道較少。本研究利用15N同位素示蹤技術(shù)，通過(guò)大田條件下根系分區(qū)施肥和限制性局部分區(qū)交替施肥技術(shù)，對(duì)桃幼樹(shù)交替施肥下的15N吸收利用進(jìn)行研究，探討樹(shù)盤施肥區(qū)域大小變化的氮素吸收與分配特點(diǎn)以及適合桃園的優(yōu)化施肥模式，以期為桃園施肥管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采取完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)分為不同根區(qū)施肥和2/4根區(qū)交替施肥試驗(yàn)。不同根區(qū)施肥試驗(yàn)分為: 1/4根區(qū)施肥； 2/4根區(qū)施肥； 3/4根區(qū)施肥； 4/4根區(qū)施肥4個(gè)處理，不施肥為對(duì)照，每處理8次重復(fù)。施肥分兩次進(jìn)行，時(shí)間為5月4日，7月10日。每次各處理施入等量的普通尿素21.6 g，15N-尿素(上海化工研究院生產(chǎn)，豐度10.22%)2.5 g，硫酸鉀23.14 g，磷酸二氫銨10.18 g。各處理的施肥方法為: 1/4根區(qū)施肥， 將肥料溶于1 L水中，然后澆在相應(yīng)的1/4根區(qū)，其它3個(gè)根區(qū)澆入等量水； 2/4根區(qū)施肥，將肥料平均分為2份，分別溶于1L水中，然后分別澆在相應(yīng)的2/4根區(qū)，其它2個(gè)根區(qū)澆入等量水； 3/4根區(qū)施肥，將肥料平均分為3份，分別溶于1L水中，然后分別澆在相應(yīng)的3/4根區(qū)，另外1個(gè)根區(qū)澆入等量水； 4/4根區(qū)施肥，將肥料平均分為4份，分別溶于1L水中，然后分別澆在4個(gè)根區(qū)。兩次施肥均施于相同根區(qū)。

2/4根區(qū)交替施肥試驗(yàn)分為2/4固定根區(qū)施肥和2/4根區(qū)交替施肥2個(gè)處理，以不施肥為對(duì)照，每個(gè)處理8次重復(fù)。于5月4日，7月10日分兩次施肥。2/4固定根區(qū)施肥處理為始終給2/4根區(qū)施肥，另2/4根區(qū)不施肥； 2/4根區(qū)交替施肥處理是第一次施肥施在2/4根區(qū)，另2/4根區(qū)不施肥，第二次施肥在另一個(gè)2/4根區(qū)，第一次施肥的2/4根區(qū)不施肥。每次各處理施入等量的普通尿素21.6 g，15N-尿素(上?；ぱ芯吭荷a(chǎn)，豐度10.22%)2.5 g，硫酸鉀23.14 g，磷酸二氫銨10.18 g。施肥方法為: 2/4固定根區(qū)施肥是將肥料溶于2 L水中，均勻澆在固定的2/4根區(qū)，兩次施肥施在相同根區(qū)，另2/4根區(qū)澆2 L水； 2/4根區(qū)交替施肥是將肥料溶于2 L水中，第一次施肥施在先施肥的2/4根區(qū)(先施肥區(qū))，另2/4根區(qū)澆2 L水，第二次施肥施入上次未施肥的2/4根區(qū)，另2/4根區(qū)澆2 L水。每次施肥完成后隨即對(duì)各處理澆足量的水。各處理田間管理均同常規(guī)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

分別于5月14日、 6月14日、 7月16日、 8月16日和9月17日測(cè)定各處理干莖。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，破壞性整株取樣，整株解析為各施肥區(qū)與非施肥區(qū)對(duì)應(yīng)的地上部和地下部，地上部解析為對(duì)應(yīng)根區(qū)的枝、 葉和干； 地下部解析為對(duì)應(yīng)根區(qū)的粗根(直徑>0.2 cm)和細(xì)根(直徑≤0.2 cm)，稱量各部分鮮重。其中1/4根區(qū)施肥，2/4根區(qū)施肥，3/4根區(qū)施肥，4/4根區(qū)施肥處理取樣時(shí)地上部和地下部均按東南西北四個(gè)方向平均分為四部分進(jìn)行取樣； 2/4固定根區(qū)施肥和2/4根區(qū)交替施肥處理取樣時(shí)地上部和地下部按施肥邊和非施肥邊及先施肥邊和后施肥邊，分為兩部分進(jìn)行取樣； 并對(duì)各部分進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。樣品按清水→洗滌劑→清水→3次去離子水順序沖洗后，立即在105℃下殺青30 min，隨后在80℃下烘至恒重，并稱量各部分干重。之后在80 ℃下烘至恒重，用不銹鋼電磨粉碎后過(guò)0.25 mm篩，樣品混合裝袋備用。

干莖使用游標(biāo)卡尺測(cè)定； 植株全氮用 Foss 半自動(dòng)式定氮儀(凱氏定N法)測(cè)定。15N 豐度值的測(cè)定方法為: 吸濃硫酸 4 mL溶解樣品，催化劑為K2SO4∶Se 為 500 ∶1的混合物，消化8 h后用0.02 mol/L的稀硫酸吸收后上機(jī)操作。MAT-251 質(zhì)譜儀測(cè)定15N豐度，樣品在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工所測(cè)試。

1.3 計(jì)算公式

器官全氮量(g)=器官總干重(g)×全氮(%)

Ndff=植物樣品中15N 原子百分超(%)/肥料中15N原子百分超(%)×100

原子百分超=樣品中15N 豐度(%)-自然豐度(%)

氮肥利用率= Ndff(%)×器官全氮量(g)/施肥量(g)×100

氮肥分配率=各器官?gòu)牡手形盏牡?g)/總吸收氮量(g)×100

從氮肥中吸收的氮量=器官全氮量(g)×樣品15N原子百分超(%)/肥料15N原子百分超(%)

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用 Microsoft Excel 2003 軟件繪圖、 制表，DPS 7.05 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)行單因素方差分析和差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同根區(qū)施肥桃幼樹(shù)各器官的Ndff

器官的Ndff 是指植株器官?gòu)?5N肥料中吸收分配到的15N量對(duì)該器官全氮量的貢獻(xiàn)率，它反映了植株器官對(duì)肥料15N 的吸收征調(diào)能力[10]。四種不同根區(qū)施肥處理下，桃幼樹(shù)各器官Ndff存在一定差異。由表1看出，施肥區(qū)根系的Ndff高于非施肥區(qū)根系的Ndff，差異顯著。施肥區(qū)根系的Ndff，隨施肥根區(qū)的增多而減少，非施肥區(qū)根系的Ndff，隨施肥根區(qū)的增多而增大。新梢和葉的Ndff，隨施肥根區(qū)的增多而增大。干的Ndff 隨施肥根區(qū)的增多而增大。1/4根區(qū)施肥處理施肥區(qū)細(xì)根的Ndff最大為4.28%，分別為2/4根區(qū)施肥、 3/4根區(qū)施肥、 4/4根區(qū)施肥的1.39倍、 1.62倍、 1.68倍。1/4根區(qū)施肥處理施肥區(qū)粗根的Ndff最大為3.98%，分別為2/4根區(qū)施肥、 3/4根區(qū)施肥、 4/4根區(qū)施肥的1.22倍、 1.24倍、 1.39倍。1/4根區(qū)施肥處理非施肥區(qū)新梢的Ndff是施肥區(qū)的1.42倍，其它施肥處理施肥區(qū)新梢與非施肥區(qū)新梢的Ndff無(wú)顯著差異。1/4根區(qū)施肥處理中非施肥區(qū)葉的Ndff是施肥區(qū)的1.59倍，其它施肥處理新梢施肥區(qū)與非施肥區(qū)葉的Ndff無(wú)顯著差異。

2.2 不同根區(qū)施肥桃幼樹(shù)各器官的15N分配率

各器官中15N占全株15N總量的百分率反映了肥料氮在樹(shù)體內(nèi)的分布及在各器官遷移的規(guī)律[11]。不同根區(qū)施肥處理，植株各器官的15N 分配率不同(表2)。施肥區(qū)根系15N分配率隨施肥根區(qū)的增多(等施肥量施肥區(qū)域增大)有降低趨勢(shì)，施肥區(qū)大于非施肥區(qū)，細(xì)根的15N分配率以1/4根區(qū)施肥處理施肥區(qū)最大為1.84%，分別為2/4根區(qū)施肥、 3/4根區(qū)施肥、 4/4根區(qū)施肥的1.01倍、 1.53倍、 1.77倍； 粗根的15N分配率以1/4根區(qū)施肥處理施肥區(qū)最大為2.75%，分別為2/4根區(qū)施肥、 3/4根區(qū)施肥、 4/4根區(qū)施肥的1.23倍、 1.86倍、 1.83倍。各處理新梢的15N分配率無(wú)顯著差異，施肥區(qū)新梢的15N分配率與非施肥區(qū)的15N分配率無(wú)顯著差異。結(jié)果表明，不同根區(qū)施肥處理，氮素優(yōu)先分配到施肥區(qū)根系，然后再向非施肥區(qū)根系轉(zhuǎn)移，最終氮素在地上部新生器官中均衡分配。施肥區(qū)根系的Ndff值與15N分配率均高于非施肥區(qū)根系的Ndff 與15N分配率，差異顯著。

表1 不同根區(qū)施肥條件下植株各器官的Ndff(%)

表2 不同根區(qū)施肥條件下植株各器官15N分配率(%)

2.3 不同根區(qū)施肥15N肥料吸收利用率

由圖1可以看出，各處理隨施肥根區(qū)的增多，植株對(duì)15N肥料吸收利用率依次增大。在等施肥量的情況下，樹(shù)盤下施肥區(qū)域增大，對(duì)肥料吸收利用率提高。4/4根區(qū)施肥處理15N肥料吸收利用率最大，為4.16%，分別為1/4根區(qū)施肥、 2/4根區(qū)施肥、 3/4根區(qū)施肥的3.62倍、 1.65倍、 1.24倍?？梢?jiàn)，全樹(shù)盤均勻施肥有利于氮素的吸收和肥料吸收利用率的提高。

2.4 不同根區(qū)施肥桃幼樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育狀況

圖1 不同施肥根區(qū)面積15N肥料利用率 Fig.1 15N utilization rates under different root zone fertilization areas

不同根區(qū)施肥方式對(duì)桃幼樹(shù)根系干重影響不同。由表4看出，各處理根系干重隨施肥根區(qū)的增多有增加的趨勢(shì)。施肥區(qū)細(xì)根干重，4/4根區(qū)施肥處理最大為4.65 g，分別是1/4根區(qū)施肥、 2/4根區(qū)施肥、 3/4根區(qū)施肥的2.20倍、 1.23倍、 1.10倍。在非施肥區(qū)，細(xì)根干重以3/4根區(qū)施肥處理最大為3.34 g，分別是1/4根區(qū)施肥、 2/4根區(qū)施肥處理的1.39倍、 1.13倍。施肥區(qū)粗根干重，4/4根區(qū)施肥處理最大，為7.00 g，分別是1/4根區(qū)施肥、 2/4根區(qū)施肥、 3/4根區(qū)施肥的2.21倍、 1.64倍、 1.20倍。非施肥區(qū)粗根干重，以3/4根區(qū)施肥處理最大，為10.24 g，分別是1/4根區(qū)施肥、 2/4根區(qū)施肥處理的2.12倍、 1.19倍。除1/4根區(qū)施肥處理外，其它各處理施肥區(qū)細(xì)根干重均大于非施肥區(qū)，并均大于對(duì)照。施肥區(qū)的根系總干重均小于非施肥區(qū)根系的總干重。各處理施肥區(qū)粗根均小于非施肥區(qū)?？梢?jiàn)，在根區(qū)養(yǎng)分濃度大于一定閾值時(shí)，會(huì)抑制細(xì)根的生長(zhǎng)，小于一定閾值時(shí)，可促進(jìn)細(xì)根的生長(zhǎng)； 在養(yǎng)分局部供應(yīng)條件下，非養(yǎng)分供應(yīng)區(qū)表現(xiàn)出顯著的補(bǔ)償效應(yīng)。

表4 不同根區(qū)施肥方式對(duì)根系干重的影響(g)

2.5 交替施肥對(duì)15N吸收利用率的影響

由圖2可以看出，2/4根區(qū)固定施肥氮肥吸收利用率為2.52%，但與2/4根區(qū)交替施肥沒(méi)有顯著差異。

2.6 交替施肥對(duì)桃幼樹(shù)干莖生長(zhǎng)的影響

3 討論與結(jié)論

表5 交替施肥對(duì)桃幼樹(shù)干莖的影響(cm/month)

研究表明部分根系不供養(yǎng)分時(shí)，充分供應(yīng)區(qū)根系的生長(zhǎng)受到明顯刺激，表現(xiàn)在側(cè)根數(shù)目的增多和側(cè)根的伸長(zhǎng)。習(xí)金根等[17]研究部分根系施肥對(duì)劍麻根系生長(zhǎng)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，施肥區(qū)須根發(fā)達(dá)，根毛較密，發(fā)根量增多。也有前人研究表明，低養(yǎng)分濃度的環(huán)境能促進(jìn)根系的生長(zhǎng)[18]。本試驗(yàn)在大田條件下進(jìn)行，不同根區(qū)施肥對(duì)桃幼樹(shù)根系生長(zhǎng)有一定的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，除1/4根區(qū)施肥處理，其它各處理細(xì)根干重均大于對(duì)照，施肥區(qū)細(xì)根干重均大于非施肥區(qū)細(xì)根干重。在一定施肥濃度范圍內(nèi)，施肥刺激了細(xì)根的生長(zhǎng)，且隨養(yǎng)分濃度的減小，干重增大。而施肥區(qū)粗根干重均小于非施肥區(qū)粗根干重； 施肥區(qū)根系總干重均小于非施肥區(qū)根系總干重。大田條件下，局部養(yǎng)分供應(yīng)對(duì)桃根系生長(zhǎng)影響的機(jī)制和確定利于桃根系生長(zhǎng)的養(yǎng)分濃度，還有待進(jìn)一步研究 。

果樹(shù)根系是“ 生態(tài)變異大、 對(duì)環(huán)境反應(yīng)敏感、 功能性不完整的補(bǔ)償結(jié)構(gòu) ”， 其生長(zhǎng)發(fā)育在特定的土壤條件下會(huì)形成特定的功能適應(yīng)型[19]。 而當(dāng)土壤環(huán)境條件發(fā)生變化后果樹(shù)根系便會(huì)產(chǎn)生不適應(yīng)，需要進(jìn)行一系列的調(diào)整重新建立起新的適應(yīng)型[20]。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，兩種局部施肥方式下，2/4根區(qū)交替施肥處理氮肥利用率均低于2/4根區(qū)固定施肥處理施肥。這可能是因?yàn)椋潭ㄊ┓侍幚恚?次施肥位置不變，根系在第一次施肥處理刺激下，根系建立起一種生態(tài)適應(yīng)型，再次施肥時(shí)根系更容易感受到養(yǎng)分信號(hào)，利于根系對(duì)養(yǎng)分的高效吸收； 而交替施肥處理，2次施肥位置發(fā)生變化，根系原有的生態(tài)適應(yīng)型被破壞，后施肥邊根系吸收養(yǎng)分需要重新感受土壤養(yǎng)分信號(hào)，需要一定的時(shí)間通過(guò)一定的生理生化過(guò)程重新建立生態(tài)適應(yīng)型，這不利于根系對(duì)養(yǎng)分的及時(shí)吸收。本研究發(fā)現(xiàn)， 2/4根區(qū)固定施肥桃幼樹(shù)植株總干重低于2/4根區(qū)交替施肥處理桃幼樹(shù)植株總干重，這可能是局部施肥降低了非施肥區(qū)的氮素供應(yīng)與吸收，從而減少了干物質(zhì)積累量。另外，試驗(yàn)是在大田條件下進(jìn)行的，2/4根區(qū)局部施肥方式可能會(huì)存在部分養(yǎng)分的側(cè)滲，因此，植株對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用狀況，可能會(huì)與盆栽嚴(yán)格控制條件下局部施肥結(jié)論并不完全一致，還有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

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