李永旗， 董合林*， 李鵬程， 劉敬然， 劉愛忠， 王曉茹, 杜 軍, 李亞兵

(1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所， 棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河南安陽(yáng) 455000； 2 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所， 河南鄭州 450002)

作物葉面施肥具有養(yǎng)分吸收快、 利用率高，針對(duì)性強(qiáng)，易于控制濃度、 增強(qiáng)作物抗逆能力等作用[1-3]。巨峰葡萄晚秋葉面噴施15N-尿素，紅燈甜櫻桃葉面涂抹15N-尿素、 尿素浸泡蘋果不同節(jié)位葉片[7-9]均對(duì)15N-尿素的吸收分配及利用起到了良好的促進(jìn)作用[4-5]。苗期低溫，棉花根系對(duì)養(yǎng)分的吸收難以滿足棉花生長(zhǎng)需求，經(jīng)常給我國(guó)棉花生產(chǎn)造成不利影響[6]。這時(shí)葉面施肥就顯得尤為重要。本研究利用15N示蹤技術(shù)，在大田栽培條件下，于棉花苗期葉面噴施不同濃度的15N-尿素水溶液，研究棉株氮素的吸收利用情況以及葉面施氮對(duì)棉花根系吸收養(yǎng)分的影響，以揭示棉花葉面施氮的營(yíng)養(yǎng)機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2013年在河南省安陽(yáng)縣中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)田土壤有機(jī)質(zhì)含量13.7 g/kg、 全氮含量0.78 g/kg、 速效磷18 mg/kg、 速效鉀163 mg/kg。

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)棉花葉面噴施15N-尿素處理，濃度分別為0%、 0.5%、 1.0%、 2.0%，以N1、 N2、 N3、 N4表示。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積為43.2 m2。棉花葉面噴施15N-尿素分別于5月29日、 6月5日和6月12日進(jìn)行3次，噴液量為375 kg/hm2(即N1、 N2、 N3、 N4的噴氮量分別為0、 0.872、 1.744、 3.488 kg/hm2)。供試品種為中棉所79，播種期為4月23日，采用地膜覆蓋種植方式，棉花行距80 cm、 株距23.8 cm、 密度52500株/hm2。

1.2 樣品采集與測(cè)定方法

5月29日，早上8：00按試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)每個(gè)小區(qū)分別噴施15N-尿素溶液，并于噴施后2、 4、 6、 8、 12、 24、 48、 96、 168 h隨機(jī)取2株棉花，棉株樣品經(jīng)清水→洗滌劑→清水→1%HCl和三次去離子水沖洗后，立即在105℃下殺青30 min，于65℃烘干，然后稱重、 粉碎，測(cè)定棉株全氮和15N含量。

6月19日(即第3次噴施15N-尿素后一周),對(duì)各小區(qū)隨機(jī)取棉株倒3葉，并測(cè)定葉綠素含量、 硝酸還原酶(NR)活性、 谷氨酰胺合成酶(GS)活性。每小區(qū)隨機(jī)選取3棵長(zhǎng)勢(shì)一致的棉株，用LC Pro-SD全自動(dòng)便攜式光合儀測(cè)定光合速率，然后測(cè)量株高與葉面積。按照上述試驗(yàn)的處理方法測(cè)定棉株地上部與地下部的全氮和15N含量。

棉株樣品用濃H2SO4-混合加速劑消煮，半微量凱氏法測(cè)定全氮[10]；使用ZHT-03超精度同位素質(zhì)譜儀測(cè)定15N豐度；丙酮乙醇混合液法測(cè)定葉綠素含量[11]；參照李合生[12]離體法測(cè)定硝酸還原酶的活性；參照Lin等[13-15]的方法測(cè)定谷氨酰胺合成酶的活性。

1.3 數(shù)據(jù)計(jì)算及分析

15N質(zhì)量豐度(15N g/100g, N)=100×15N豐度×15/[15N豐度×15+(1-15N豐度)×14]；

植株15N含量(mg/g)=植株N含量(%)×植株15N質(zhì)量豐度/10；

氮素平均吸收速率[mg/(g·h)]=(t2植株15N含量-t1植株15N含量)/肥料15N質(zhì)量豐度/(t2-t1)；

噴施尿素15N量=噴施尿素量×尿素含氮量×尿素15N質(zhì)量豐度；

葉面15N利用率(%)=植株15N量(g)/噴施尿素15N量(g)×100；

根系吸收N量(mg/株)=植株總N量(mg/株)-葉面吸收15N量(mg/株)

數(shù)據(jù)采用Microsoft excel處理，用SAS軟件進(jìn)行方差分析，用Duncan法進(jìn)行平均數(shù)的顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面噴施15N-尿素對(duì)棉花氮素吸收利用的影響

圖1 噴施尿素后棉株15N含量Fig.1 15N contents of cotton plants in different hours after urea spraying

各時(shí)間點(diǎn)的吸收速率大多以N3處理吸收速率最高，這與圖1中各時(shí)間點(diǎn)棉花植株內(nèi)的15N含量變化趨勢(shì)一致。而N4處理在各時(shí)間點(diǎn)低于N3處理，可能是N4尿素濃度偏高，對(duì)葉片造成傷害，從而影響了葉片對(duì)氮素的吸收。

圖3表明，隨葉面噴施尿素濃度的提高，葉面噴施氮素的利用率逐漸降低，尿素噴施濃度0.5%(N2)和1%(N3)兩處理的氮肥利用率分別為80%和72%，而噴施濃度為2%(N4)時(shí)，其氮肥利用率只有26%。N3處理與N2處理差異不顯著，N4處理顯著低于N2、 N3處理。

圖2 噴后不同時(shí)間氮素的平均吸收速率 [mg/(g·h)]Fig.2 Average N absorption rate in different hourse after spraying

圖3 不同處理的15N利用率Fig.3 15N use efficiency of different treatments

2.1.3 葉施15N-尿素對(duì)棉花根系氮素吸收的影響 由表1可知，N2、 N3處理棉花全株根系吸收的氮量顯著高于未噴施尿素的N1處理，表明葉面噴施0.5%、 1%濃度的尿素能顯著促進(jìn)棉花根系對(duì)于氮素的吸收。N2、 N3處理根系吸收的被運(yùn)輸?shù)降厣喜糠值牡匡@著高于N1，而用于自身生長(zhǎng)發(fā)育的氮量則變化不顯著。綜上所述，N2、 N3處理，葉面吸收顯著促進(jìn)了根系氮素吸收，且根系吸收的氮很快被轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部分、 供植株吸收利用。

葉面噴施不同濃度的15N尿素時(shí)，在根部也檢測(cè)到了15N含量，這表明葉面噴施的氮素很快被葉片吸收利用，并有少量被運(yùn)輸?shù)礁俊Ｋ匀~面吸收與根系吸收是相互影響的。

表1 棉株根部、 地上部及全株中通過根系吸收的氮量 (mg/plant)

2.2 葉面噴施15N-尿素對(duì)棉株生理生化指標(biāo)的影響

表2 棉株葉綠素含量、 硝酸還原酶(NR)和谷胺酰胺合成酶(GS)活性Table 2 The chlorophyll content and the activities of nitrite reductase and glutamine synthetase of cotton

由表3可知，凈光合速率與葉片含水量、 蒸騰速率、 氣孔導(dǎo)度的變化趨勢(shì)一致，都隨噴施濃度的升高逐漸升高。葉面施氮改善了棉株的水分代謝，促進(jìn)了蒸騰作用，增大了氣孔的開放，促進(jìn)葉片的二氧化碳濃度升高，從而促進(jìn)了凈光合速率的升高。但葉面施氮改善了棉株的氮素營(yíng)養(yǎng)，加快了光合作用中暗反應(yīng)過程，棉株對(duì)二氧化碳的利用量大于吸收量，造成了胞間二氧化碳濃度隨噴施濃度的提高而降低。因此，葉面施氮主要是通過改善棉株氮素營(yíng)養(yǎng)，調(diào)節(jié)蒸騰作用和氣孔開放程度，進(jìn)而促進(jìn)光合作用。

2.3 葉施15N-尿素對(duì)棉花農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

由表4可知，各處理棉花的株高、 葉面積、 總生物量的變化趨勢(shì)一致，即先升高后降低，根冠比無明顯的變化趨勢(shì)。與對(duì)照相比，N2處理株高、 根冠比沒有顯著變化，但其總生物量、 葉面積卻顯著提高，這表明棉株可以快速吸收噴施的氮素，用于改善葉片的氮素營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)其生長(zhǎng)。N3處理顯著提高了棉花的株高、 總生物量、 葉面積，表明葉面噴施適當(dāng)濃度的氮素，可以從整體上改善棉花的氮素營(yíng)養(yǎng)，增加葉面積，提高株高，進(jìn)而增加生物積累量，促進(jìn)其生長(zhǎng)。

表3 不同處理棉花葉片含水量及光合效率指標(biāo)測(cè)定值

表4 棉株農(nóng)藝性狀測(cè)定值與產(chǎn)量

綜上所述，葉面噴施適當(dāng)濃度的尿素可以顯著提高棉花的株高、 葉面積，從而塑造合適的棉花株型，促進(jìn)光合作用，進(jìn)而促進(jìn)棉花的生長(zhǎng)發(fā)育。且在苗期噴施1%濃度的尿素溶液時(shí)，其作用最為顯著。葉面施氮主要是通過促進(jìn)棉花株高、 干物質(zhì)重、 葉面積等農(nóng)藝性狀指標(biāo)的提高，來促進(jìn)棉株的生長(zhǎng)。

由圖4可知，隨葉面噴施尿素濃度的提高，籽棉產(chǎn)量先升高后降低。N2、 N3處理籽棉產(chǎn)量顯著高于N1，N4處理籽棉產(chǎn)量變化不顯著。且尿素的噴施濃度為0.5%、 1%時(shí)，其籽棉產(chǎn)量分別提高了4.5%、 5.5%。綜上所述，苗期葉面噴施適當(dāng)濃度的尿素可以顯著提高籽棉的產(chǎn)量。尿素的噴施濃度為1%時(shí)，其效果最佳。

3 討論與結(jié)論

尿素是中性肥料，吸收速率高于硝鹽和銨鹽，葉面噴施對(duì)作物危害少，已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)。但是在棉花上最佳噴施濃度研究結(jié)果卻不盡相同。本研究結(jié)果表明，苗期棉花葉面噴施濃度為1%時(shí)，其吸收峰值最高，吸收速率也最大，肥料利用率較高，對(duì)根系氮素吸收的促進(jìn)作用也最大，是棉花苗期葉面噴施尿素的適宜濃度。秦亞平等[16]報(bào)道，江漢平原棉花鈴期葉面噴施8%尿素液，可以促進(jìn)秋桃增多，防止早衰，明顯提高產(chǎn)量。因棉花苗期葉片角質(zhì)層比較薄，對(duì)尿素的耐受力較弱[17]，所以本研究的最適濃度有所降低。這也表明了在不同生育時(shí)期，棉花葉面噴施氮肥的最佳濃度有所不同。

養(yǎng)分葉面噴施可以明顯提高作物的光合代謝能力。李慧[23]在新疆棉區(qū)的研究表明，噴施葉面肥后棉花生長(zhǎng)進(jìn)程加快, 葉片增多, 蕾數(shù)增加。本研究結(jié)果中，葉面施氮可以增強(qiáng)硝酸還原酶、 谷氨酰胺合成酶活性，提高葉綠素含量，增加葉面積，促進(jìn)光合作用，有利于棉花后期的高產(chǎn)。因此，棉花早期葉面噴施1%的尿素不僅可以彌補(bǔ)棉花苗期由于根系發(fā)育緩慢而造成的氮素吸收不足， 而且可以促進(jìn)根系的氮素洗漱完后和向上運(yùn)轉(zhuǎn)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)、 提高氮素利用率，是值得推薦的增產(chǎn)措施。

參考文獻(xiàn):

[1] Neumann P M. Plant growth and leaf-applied chemicals[M]. Boca Raton, Florida：CRC Press, 1988.

[2] 李燕婷, 肖艷, 李秀英, 等. 作物葉面施肥技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社, 2008.

Li Y T, Xiao Y, Li X Yetal. The technology and application of crop foliar fertilization[M]. Beijing：Science Press, 2008.

[3] Vasilas B L, Legg J O, Wolf D C. Foliar fertilization of soybeans：absorption and translocation of15N-labelled urea[J]. Agronomy Journal, 1980, 72：271-275.

[4] 管長(zhǎng)志, 曾驤, 孟昭清. 巨峰葡萄晚秋葉施15N-尿素的吸收、 運(yùn)轉(zhuǎn)、 貯藏和再分配[J]. 園藝學(xué)報(bào), 1993, 20(3)：237-242.

Guan C Z, Zeng Z, Meng Z Q. Effect of autumn foliar application of15N-urea on absorption, translation, storage and redistribution of fertilization N in “Kyoho” grapevine[J]. Acta Horticulturae Sinica, 1993, 20(3)：237-2421.

[5] 張序, 姜遠(yuǎn)茂, 彭福田, 等. “紅燈”甜櫻桃對(duì)秋季葉施15N-尿素的吸收、 分配及利用特性[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2007, 13(4)：684-688.

Zhang X, Jiang Y M. Characteristics of absorption, distribution and utilization of foliar applied15N-Urea in Autumn in “Hongdeng” sweet cherry[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2007, 13(4)：684-688

[6] 郭新正. 新疆北疆棉花苗期凍傷對(duì)產(chǎn)量的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2005, 23(3)：600-701.

Guo X Z. Effects of different frostbites occurring at seedling stage on cotton yields in North Xinjiang Uigur Autonomous Region[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2005, 23(3)：600-701.

[7] 顧曼如, 束懷瑞, 周宏偉. 蘋果氮素營(yíng)養(yǎng)研究Ⅲ. 根外追15N及其吸收、 運(yùn)轉(zhuǎn)特性[J]. 園藝學(xué)報(bào), 1985, 12(2)：89-94.

Gu M R, Shu H R, Zhou HW. A study on the nitrogen nutrition of apple trees Ⅲ. The characters of absorption and translocation of15N foliarly application[J]. Acta Horticulturae Sinica, 1985, 12(2)：89-94.

[8] 楊興洪, 羅新書. 萌芽前蘋果枝條對(duì)15N-尿素的吸收和分配利用[J]. 園藝學(xué)報(bào), 1991, 18(2)：126-129.

Yang X H, Luo X S. The assimilation, partition and utilization of apple branches to15N-urea before sprout[J]. Acta Horticulture Sinica, 1991, 18(2)：126-129.

[9] 王之杰, 王紀(jì)華, 趙春江等. 用葉面標(biāo)記態(tài)15N研究冬小麥不同葉位氮素的運(yùn)轉(zhuǎn)[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2004, 19(2)：71-75.

Wang Z J, Wang J H, Zhao C Jetal. Study on the nitrogen transfer in different leaf in canopy by using isotope15N labeled on leaf[J]. Acta Agriculture Boreali-Sinica, 2004, 19(2)：71-75.

[10] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析(第3版)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

Bao S D. Soil agricultural chemistry analysis (3rd Edition)[M]. Beijing：China Agriculture University Press, 2000.

[11] 張憲政. 植物葉綠素含量測(cè)定一丙酮乙醇混合液法[J]. 遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué), 1986, 3：26-28.

Zhang X Z. Chlorophyll determination in plant by acetone alcohol mixture method[J]. Liaoning Agricultural Science, 1986, 3：26-28

[12] 李合生. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社, 2000.

Li H S. Principles and techniques of plant physiological and biochemical experiment[M]. Beijing:Higher Education Press, 2000.

[13] 孔祥生, 易現(xiàn)峰. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

Kong X S, Yi X F. Techniques of plant physiological experiment[M]. Beijing：China Agriculture Press, 2008.

[14] Lin C C, Kao C H. Disturbed ammonium assimilation is associated with growth inhibition of roots in rice seedlings caused by NaCl[J]. Plant Growth Regul, 1996, 18：233-238.

[15] Zhang C F, Peng S B, Peng X Xetal. Response of glutamine synthetase isoforms to nitrogen sources in rice (OryzasativaL.) roots[J]. Plant Science, 1997, 125：163-170.

[16] 秦亞平, 顧正清. 8%尿素液根外噴施棉花鈴肥的增產(chǎn)效應(yīng)[J]. 中國(guó)棉花， 2004, 31(1)∶34-36.

Qing Y P, Gu Z Q. 8% urea solution root outside the spraying fertilizer on the yield of cotton boll[J]. Chinese Cotton, 2004, 31(1)∶

[17] Toselli M, Thalheimer M, Tagliavini M. Leaf uptake and subsequent partitioning of urea-N as affected by the concentration and volume of spray solution and by the shoot leaf position in apple (Malusdomestica) trees[J]. Horticultural Science and Biotechnology, 2004, 79(1)：97-1001.

[18] Dong S F, Cheng L L, Carolyn Fetal. Nitrogen absorption, translocation and distribution from urea applied in autumn to leaves of young potted apple (Malusdomestica) trees[J]. Tree Physiology, 2002, 22：1305-1310.

[19] Rosecrance R C, Johnson R S, Weinbaum S A. The effect of timing of post harvest foliar urea sprays on nitrogen absorption and partitioning in peach and nectarine trees[J]. Horticultural Science and Biotechnology, 1998, 73：856-8611.

[20] 李延菊, 李憲利, 高東升, 等. 設(shè)施栽培油桃對(duì)葉面施15N的吸收、 分配特性研究[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2007, 13(4)：678-683.

Li Y J, Li X L, Gao D Setal. Study of the absorption and distribution characteristics of15N-urea applied to leaves of nectarine wplanted in greenhouse[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2007, 13(4)：678-683.

[21] 陸景陵. 植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)(上)(第二版)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社, 2003. 182-190.

Lu J L. Plant Nutrition Science(The first volume) (2rd Edition) [M]. Beijing：China Agriculture University Press, 2003. 182-190.

[22] 張君, 危常州, 梁遠(yuǎn)航, 等. 陸地棉對(duì)葉面施硼的吸收和分配[J]. 棉花學(xué)報(bào). 2012, 24(4)：331-335.

Zhang J, Wei C Z, Liang Y Hetal. absorption and distribution of foliar applied boron in upland cotton[J]. Cotton Science, 2012, 24(4)：331-335.

[23] 李慧. 幾種葉面肥在棉花上的應(yīng)用效果[J]. 新疆農(nóng)墾科技, 2008, 2; 64-65.

Li H. Effects of several foliar fertilizer applied on cotton[J]. Xinjiang Reclamation Technology, 2008, 2; 64-65.