賈 林，李 婕，楊啟良

(1.元謀大禹節(jié)水有限責(zé)任公司，云南 元謀 651300；2.昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，昆明 650500)

0 引 言

麻風(fēng)樹為大戟科麻風(fēng)屬半肉質(zhì)小喬木或大灌木，其樹高約2.0～7.0 m，可在平地、丘陵坡地及河谷荒山坡地環(huán)境下生存，且具有生長(zhǎng)較快、耐寒、耐旱、耐侵蝕等特性[1，2]。原產(chǎn)于熱帶氣候的美洲，我國(guó)云南、四川、廣西、貴州等地較為常見(jiàn)，特別在云南干熱河谷地區(qū)分布較廣[2]。麻風(fēng)樹種子含非食用油量高達(dá)40%～60%，可替代柴油作為燃料，號(hào)稱生物柴油樹[3]，麻風(fēng)樹全株可以加工為藥品，如它的莖、葉、樹皮含有大量的乳汁，可作為除菌、皮膚病的外用藥、風(fēng)濕病的止痛藥等，也可用于肥皂和化妝品的生產(chǎn)[4]，具有廣泛的應(yīng)用潛力。

近年來(lái)，麻風(fēng)樹的人工種植面積逐漸擴(kuò)大，然而土壤水分和養(yǎng)分是影響其生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素。灌溉施肥(fertigation)是將易溶于水的肥料隨同灌溉水輸送到田間或作物根區(qū)的農(nóng)業(yè)水肥管理技術(shù)[5-7]。這種技術(shù)不僅促進(jìn)作物產(chǎn)量明顯提高，而且對(duì)減少肥料的損失和顯著提高作物水肥利用效率起到積極的作用[8, 9]。目前灌溉施肥技術(shù)已圍繞大田作物和果蔬作物的生長(zhǎng)、生理和水肥利用效率進(jìn)行了大量的研究[10-12]，但針對(duì)能源作物麻風(fēng)樹方面的研究還尚未見(jiàn)報(bào)道。為此，本文基于灌溉施氮研究麻風(fēng)樹水氮利用效率的變化規(guī)律，探討麻風(fēng)樹優(yōu)質(zhì)高效種植的灌溉施氮模式，為麻風(fēng)樹的水肥管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況及材料

實(shí)驗(yàn)于2012年4-9月在昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院玻璃溫室中進(jìn)行。一年生麻風(fēng)樹幼樹來(lái)自于云南元謀干熱河谷區(qū)，4月15日將麻風(fēng)樹幼樹移栽至上底寬30.0 cm，下底寬22.5 cm，桶高30.0 cm 的塑料花盆中。供試土壤為當(dāng)?shù)卦锛t壤土，質(zhì)地類型為黏壤土，將風(fēng)干土樣過(guò)5 mm篩，每盆移植1株麻風(fēng)樹幼樹，桶中裝土13 kg，裝土密度為1.2 g/cm3，田間持水量(θf(wàn))為29.8%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。土壤pH為5.50，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)13.12 g/kg 、全氮0.87 g/kg 、全磷0.68 g/kg、全鉀13.9 g/kg，移栽后澆水至田間持水量。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)60 d緩苗后，從60盆中挑選長(zhǎng)勢(shì)均勻的麻風(fēng)樹幼樹進(jìn)行不同水分處理及施氮處理。實(shí)驗(yàn)設(shè)4個(gè)水分處理，3個(gè)施氮處理，共12個(gè)處理，每處理3次重復(fù)，共36盆。每次灌水采用稱重補(bǔ)償法，灌水定額為T1(100%ET)、T2(80%ET)、T3(60%ET)，T4(40%ET)，灌水周期為7d，自5月27日至9月20日，共灌水17次，灌溉定額T1至T4分別為：308.2、240.4、181、120.3 mm。

施氮處理為每盆13 kg風(fēng)干紅壤土施分析純尿素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是N1(0 g/kg)、N2(0.4 g/kg)、N3(0.8 g/kg)。每盆每次施加磷酸二氫鉀0.58 g。每次灌水前分別將氮肥0、0.66、1.31 g，鉀肥0.58 g溶于水，拌和均勻后，澆于土壤中。為了減少溫室內(nèi)生長(zhǎng)盆放置環(huán)境產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，試驗(yàn)期間每?jī)芍芫赝环较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一次，其他管理措施均保持一致。

表1 試驗(yàn)處理水平Tab.1 Factor levels in various treatments

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

根區(qū)土壤水分、硝態(tài)氮含量以及氮素利用效率：距種植盆表層土壤5、10、15 cm取土，在灌水前一天(8月11日、9月15日)分別取土樣兩份，一份于105 ℃烘箱中烘至10 h后，測(cè)定土壤含水量；另一份自然風(fēng)干后，將土壤粉碎、過(guò)篩，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定兩次土壤硝態(tài)氮。

植株全氮含量：各器官生物量均于9月19日獲取。在烘箱中保持105 ℃殺青30 min后調(diào)節(jié)溫度至78℃繼續(xù)烘烤直至恒質(zhì)量。將烘干后的干物質(zhì)粉碎、過(guò)篩后，采用濃H2SO4-H2O2法消煮，凱氏定氮儀測(cè)定全氮含量。

植株氮素吸收總量=∑植株各器官氮素含量×其干物質(zhì)量；氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率=總干物質(zhì)量/植株氮素吸收總量；氮素表觀利用效率=(施氮處理的氮素吸收量-未施氮處理的氮素吸收量)/施氮量；氮素吸收效率=植株氮素吸收總量/施氮量的比值[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

采集的生長(zhǎng)、生理和測(cè)定的土樣數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS(20.0)的ANOVE過(guò)程進(jìn)行單因素方差分析，多重比較采用Duncan(P=0.05)法，圖表在Excel(2010年)軟件系統(tǒng)下完成。

2 結(jié)果分析

2.1 灌溉施氮處理對(duì)麻風(fēng)樹根區(qū)土壤含水率、土壤硝態(tài)氮的影響

麻風(fēng)樹根區(qū)垂直剖面5、10、15 cm土壤水分狀況如圖1(a)所示。由圖1(a)知，土壤含水率均隨著灌水量的增大而增大 ，隨施氮量的增大而增大。其中，與T1相比，T2水平的麻風(fēng)樹根區(qū)土壤含水率無(wú)顯著差異，T3、T4水平的麻風(fēng)樹根區(qū)土壤含水率分別下降11%和22%(P<0.05)；與N1相比，N2、N3水平的麻風(fēng)樹根區(qū)土壤含水率分別提高了19%和36%(P<0.05)。與高水高氮的T1N3相比，T2N2處理的根區(qū)土壤含水率顯著增加了8%(P<0.05)。

麻風(fēng)樹根區(qū)5、10、15 cm土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)如圖1(b)所示。由圖1(b)知，無(wú)氮處理N1土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于施氮處理(P<0.05)，T2水平下的平均土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為最小值，表層土5 cm處的土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本都低于表層土10和15 cm處。在N3水平下，T3水平平均土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于T1、T2和T4水平(P<0.05)。比較前后兩次土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)差值，施氮量相同時(shí)，與T1相比，T2、T3、T4水平測(cè)定的平均土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)前后兩次差值分別增加18%、增加15%、增加8%；灌水量相同時(shí)，N2水平下測(cè)定的平均土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)前后兩次差值是N1水平下的1.08倍(P<0.05)，N3水平下測(cè)定的平均土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)前后兩次差值與N1水平無(wú)顯著差異。與高水高氮的T1N3相比，T2N2處理的根區(qū)平均土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)前后兩次差值顯著增加47%(P<0.05)。

圖1 灌溉施氮處理對(duì)麻風(fēng)樹根區(qū)土壤含水率及根區(qū)土壤硝態(tài)氮的影響Fig.1 Effect of different irrigation with fertilization treatments on the amount of the Soil water contents and the Soil NO-3-N content of Jatropha curcas L.

2.2 灌溉施氮處理對(duì)麻風(fēng)樹水分、氮素利用效率的影響

由圖2和表2可知，灌溉施肥對(duì)麻風(fēng)樹幼樹葉全氮、莖全氮及根全氮的影響無(wú)顯著差異。數(shù)據(jù)分析表明，施氮量相同時(shí)，與T1相比，T2水平的葉全氮、莖全氮及根全氮分別增加：6%、6%、4%；T3水平的各全氮含量分別增加(+)和減少(-)：2%、2%、-7%；T4水平的各全氮含量分別增加：0、2%、0。灌水量相同時(shí)，與N1相比，N2水平的葉全氮、莖全氮及根全氮分別

增加:107%、71%、107%(P<0.05)；N3水平的各全氮含量分別增加的質(zhì)量分別為：151%、93%、162%、(P<0.05)。與高水高氮的T1N3相比，T2N2處理下麻風(fēng)樹的葉全氮減少11%、莖全氮減少3%、根全氮減少15%(P<0.05)。

適宜的灌溉施肥方式可大幅度提高小桐子的灌溉水利用效率。數(shù)據(jù)分析表明，施氮量相同時(shí)，與T1相比，T4水平的灌溉水利用效率與T1并無(wú)顯著差異(P<0.05)，但T2、T3處理的灌溉水利用效率較T1分別增長(zhǎng)13%和6%；當(dāng)灌水量相同時(shí)，與N3相比，N1水平的灌溉水利用效率降低23%，N2水平的灌溉水利用效率增長(zhǎng)19%。與高水高氮的T1N3相比，T2N2灌溉水利用效率增加了25%。

圖2 灌溉施氮處理對(duì)麻風(fēng)樹全氮含量的影響Tab.2 Effect of different irrigation with fertilization treatments on Plant total nitrogen of Jatropha curcas L.

圖3 灌溉施氮處理對(duì)麻風(fēng)樹水、氮利用效率的影響Tab.3 Effect of different irrigation with fertilization treatments on water and nitrate-nitrogen use efficiency of Jatropha curcas L.

2.3 水氮一體灌溉處理對(duì)麻風(fēng)樹的水氮利用關(guān)系的影響

統(tǒng)計(jì)分析表明(表2)，N2時(shí)水分利用效率與灌水量顯著正相關(guān)，氮素吸收效率與灌水量呈顯著二次曲線關(guān)系；N1和N3時(shí)水分利用效率和氮素吸收效率均與灌水量呈顯著二次曲線關(guān)系，但N2及N3水平下的二次曲線開口向下，說(shuō)明中水水平下的氮素利用效率達(dá)到最大值。

表2 水氮一體灌溉處理對(duì)麻風(fēng)樹水氮利用關(guān)系的影響Tab.2 Effect of different i water and nitrogen integrated irrigation mode on relationship of water and nitrogen use of Jatropha curcas L.

3 討 論

養(yǎng)分的吸收是干物質(zhì)積累及合成的基礎(chǔ)，養(yǎng)分累積形成干物質(zhì)又是形成產(chǎn)量的前提，這都受到灌溉水和施肥量的交互影響[8]。與T1N3處理相比，T2N2的麻風(fēng)樹氮素吸收總量、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素表觀利用效率及植株氮素吸收效率均顯著提高，可見(jiàn)T2N2處理不僅節(jié)約灌溉用水和氮肥施用量，而且促進(jìn)麻風(fēng)樹對(duì)氮的利用效率。作物對(duì)氮素的吸收量受土壤中硝態(tài)氮的累積量有關(guān)，灌溉用水和氮肥施用量也顯著影響土壤中硝酸鹽的殘留[14]，本研究發(fā)現(xiàn)，高水和中水灌溉(T1、T2)時(shí)，兩次土壤硝態(tài)氮的差值隨施氮量的增加而呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，低水灌溉(T3)時(shí)，兩次土壤硝態(tài)氮的差值隨施氮量的增加而減小[圖1(b)]。

本研究還發(fā)現(xiàn)，植株葉全氮、莖全氮、根全氮均隨施氮量的增加而增加(圖2)；植株的莖稈和根系全氮隨灌水量的減少先增大后減小(表1)。說(shuō)明中度水分虧缺條件下(T3)，過(guò)度增加施氮量，并不利于麻風(fēng)樹對(duì)氮的吸收，如高氮水平下(N3)，土壤溶液濃度較高，麻風(fēng)樹的株高和莖粗反而降低，根系干物質(zhì)質(zhì)量、水分利用效率、氮素利用效率均明顯降低，可能是因?yàn)橥寥赖獫舛冗^(guò)高，降低了土壤的水勢(shì)[15]，使得與葉水勢(shì)的差值減小，因此抑制了植株對(duì)水肥吸收及利用。施氮量適宜時(shí)，灌水量在一定范圍內(nèi)，作物對(duì)氮肥的吸收利用增大，但灌水過(guò)多，會(huì)造成氮素被淋洗到根密度較小的下層區(qū)域，而麻風(fēng)樹屬淺根植物，加之灌水較多，土壤銨態(tài)氮揮發(fā)損失，因此氮肥吸收利用率降低，這與他人[16]研究一致。

此外，不同灌水條件下，水分利用效率和氮素吸收效率均與施氮量呈顯著二次曲線關(guān)系，均在低氮水平下達(dá)到最大值。氮素吸收效率均與施氮量呈顯著二次曲線關(guān)系，這與施氮量水平較高時(shí)土壤硝態(tài)氮累積量增加的研究結(jié)果相吻合[12]。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)灌溉施氮模式中增施氮肥具有保持土壤水分的作用。

(2)不同灌水條件下，水分利用效率和氮素吸收效率均與施氮量呈顯著二次曲線關(guān)系，均在低氮水平下達(dá)到最大值；氮素吸收效率均與施氮量呈顯著二次曲線關(guān)系，說(shuō)與施氮量水平較高時(shí)土壤硝態(tài)氮累積量增加。

(3)與高水高氮的T1N3處理相比，T2N2處理在節(jié)水20%，節(jié)氮50%條件下，麻風(fēng)樹的灌溉水利用效 率、氮素吸收總量、氮素表觀利用效率和氮素吸收效率均顯著提高。因此，本試驗(yàn)條件下，最佳的灌溉施氮模式為灌水周期為7d，每次灌水量為80%ET，每千克風(fēng)干土施氮0.4g的處理。

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