樹盤施肥區域大小對 15N吸收利用及桃幼樹生長的影響

肖元松， 彭福田， 房 龍， 顏克發， 張華美， 齊玉吉， 李 勇

(山東農業大學園藝科學與工程學院，作物生物學國家重點實驗室， 山東泰安 271018)

合理施用化肥是保證果樹產量與品質的重要措施。目前我國桃生產中，由于化肥施用的盲目性及果農施肥決策不合理，導致化肥利用率低[1]，不僅浪費了資源，而且造成了對環境的污染[2-4]。受施肥方式和根系在土壤中非均勻分布的影響，只有局部土壤營養空間能夠滿足根系對養分的需求。有研究指出，局部供應磷素可以促進小麥幼苗生長及同化物向根系的運輸[5]； 局部供應氮、 鋅元素有利于根系向養分富集區生長[6 ]。研究表明，養分局部供應區域根系的吸收能力明顯增大，可以補償根區養分非均勻供應造成的影響，這種局部供氮使根系生長提高是對缺氮部分的生長補償[7-8]。秦嶺等[9]在葡萄上的研究認為，盆栽葡萄根系局部改良可有效促進葡萄地上部和根系的平衡生長。目前有關養分局部供應的研究多集中在模式植物上，且多在實驗室盆栽條件下進行，而在大田條件下，有關局部施肥對養分吸收利用和分配的研究報道較少。本研究利用15N同位素示蹤技術，通過大田條件下根系分區施肥和限制性局部分區交替施肥技術，對桃幼樹交替施肥下的15N吸收利用進行研究，探討樹盤施肥區域大小變化的氮素吸收與分配特點以及適合桃園的優化施肥模式，以期為桃園施肥管理提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗采取完全隨機設計，試驗分為不同根區施肥和2/4根區交替施肥試驗。不同根區施肥試驗分為: 1/4根區施肥； 2/4根區施肥； 3/4根區施肥； 4/4根區施肥4個處理，不施肥為對照，每處理8次重復。施肥分兩次進行，時間為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，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根區施肥， 將肥料溶于1 L水中，然后澆在相應的1/4根區，其它3個根區澆入等量水； 2/4根區施肥，將肥料平均分為2份，分別溶于1L水中，然后分別澆在相應的2/4根區，其它2個根區澆入等量水； 3/4根區施肥，將肥料平均分為3份，分別溶于1L水中，然后分別澆在相應的3/4根區，另外1個根區澆入等量水； 4/4根區施肥，將肥料平均分為4份，分別溶于1L水中，然后分別澆在4個根區。兩次施肥均施于相同根區。

2/4根區交替施肥試驗分為2/4固定根區施肥和2/4根區交替施肥2個處理，以不施肥為對照，每個處理8次重復。于5月4日，7月10日分兩次施肥。2/4固定根區施肥處理為始終給2/4根區施肥，另2/4根區不施肥； 2/4根區交替施肥處理是第一次施肥施在2/4根區，另2/4根區不施肥，第二次施肥在另一個2/4根區，第一次施肥的2/4根區不施肥。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，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固定根區施肥是將肥料溶于2 L水中，均勻澆在固定的2/4根區，兩次施肥施在相同根區，另2/4根區澆2 L水； 2/4根區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(先施肥區)，另2/4根區澆2 L水，第二次施肥施入上次未施肥的2/4根區，另2/4根區澆2 L水。每次施肥完成后隨即對各處理澆足量的水。各處理田間管理均同常規。

1.2 測定項目與方法

分別于5月14日、 6月14日、 7月16日、 8月16日和9月17日測定各處理干莖。試驗結束時，破壞性整株取樣，整株解析為各施肥區與非施肥區對應的地上部和地下部，地上部解析為對應根區的枝、 葉和干； 地下部解析為對應根區的粗根(直徑>0.2 cm)和細根(直徑≤0.2 cm)，稱量各部分鮮重。其中1/4根區施肥，2/4根區施肥，3/4根區施肥，4/4根區施肥處理取樣時地上部和地下部均按東南西北四個方向平均分為四部分進行取樣； 2/4固定根區施肥和2/4根區交替施肥處理取樣時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，分為兩部分進行取樣； 并對各部分進行數據分析。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0.25 mm篩，樣品混合裝袋備用。

干莖使用游標卡尺測定； 植株全氮用 Foss 半自動式定氮儀(凱氏定N法)測定。15N 豐度值的測定方法為: 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操作。MAT-251 質譜儀測定15N豐度，樣品在中國農業科學院農產品加工所測試。

1.3 計算公式

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=各器官從氮肥中吸收的氮量(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 數據處理

應用 Microsoft Excel 2003 軟件繪圖、 制表，DPS 7.05 軟件進行統計分析，進行單因素方差分析和差異性分析。

2 結果與分析

2.1 不同根區施肥桃幼樹各器官的Ndff

器官的Ndff 是指植株器官從15N肥料中吸收分配到的15N量對該器官全氮量的貢獻率，它反映了植株器官對肥料15N 的吸收征調能力[10]。四種不同根區施肥處理下，桃幼樹各器官Ndff存在一定差異。由表1看出，施肥區根系的Ndff高于非施肥區根系的Ndff，差異顯著。施肥區根系的Ndff，隨施肥根區的增多而減少，非施肥區根系的Ndff，隨施肥根區的增多而增大。新梢和葉的Ndff，隨施肥根區的增多而增大。干的Ndff 隨施肥根區的增多而增大。1/4根區施肥處理施肥區細根的Ndff最大為4.28%，分別為2/4根區施肥、 3/4根區施肥、 4/4根區施肥的1.39倍、 1.62倍、 1.68倍。1/4根區施肥處理施肥區粗根的Ndff最大為3.98%，分別為2/4根區施肥、 3/4根區施肥、 4/4根區施肥的1.22倍、 1.24倍、 1.39倍。1/4根區施肥處理非施肥區新梢的Ndff是施肥區的1.42倍，其它施肥處理施肥區新梢與非施肥區新梢的Ndff無顯著差異。1/4根區施肥處理中非施肥區葉的Ndff是施肥區的1.59倍，其它施肥處理新梢施肥區與非施肥區葉的Ndff無顯著差異。

2.2 不同根區施肥桃幼樹各器官的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體內的分布及在各器官遷移的規律[11]。不同根區施肥處理，植株各器官的15N 分配率不同(表2)。施肥區根系15N分配率隨施肥根區的增多(等施肥量施肥區域增大)有降低趨勢，施肥區大于非施肥區，細根的15N分配率以1/4根區施肥處理施肥區最大為1.84%，分別為2/4根區施肥、 3/4根區施肥、 4/4根區施肥的1.01倍、 1.53倍、 1.77倍； 粗根的15N分配率以1/4根區施肥處理施肥區最大為2.75%，分別為2/4根區施肥、 3/4根區施肥、 4/4根區施肥的1.23倍、 1.86倍、 1.83倍。各處理新梢的15N分配率無顯著差異，施肥區新梢的15N分配率與非施肥區的15N分配率無顯著差異。結果表明，不同根區施肥處理，氮素優先分配到施肥區根系，然后再向非施肥區根系轉移，最終氮素在地上部新生器官中均衡分配。施肥區根系的Ndff值與15N分配率均高于非施肥區根系的Ndff 與15N分配率，差異顯著。

表1 不同根區施肥條件下植株各器官的Ndff(%)

表2 不同根區施肥條件下植株各器官15N分配率(%)

2.3 不同根區施肥15N肥料吸收利用率

由圖1可以看出，各處理隨施肥根區的增多，植株對15N肥料吸收利用率依次增大。在等施肥量的情況下，樹盤下施肥區域增大，對肥料吸收利用率提高。4/4根區施肥處理15N肥料吸收利用率最大，為4.16%，分別為1/4根區施肥、 2/4根區施肥、 3/4根區施肥的3.62倍、 1.65倍、 1.24倍。可見，全樹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 不同根區施肥桃幼樹生長發育狀況

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

不同根區施肥方式對桃幼樹根系干重影響不同。由表4看出，各處理根系干重隨施肥根區的增多有增加的趨勢。施肥區細根干重，4/4根區施肥處理最大為4.65 g，分別是1/4根區施肥、 2/4根區施肥、 3/4根區施肥的2.20倍、 1.23倍、 1.10倍。在非施肥區，細根干重以3/4根區施肥處理最大為3.34 g，分別是1/4根區施肥、 2/4根區施肥處理的1.39倍、 1.13倍。施肥區粗根干重，4/4根區施肥處理最大，為7.00 g，分別是1/4根區施肥、 2/4根區施肥、 3/4根區施肥的2.21倍、 1.64倍、 1.20倍。非施肥區粗根干重，以3/4根區施肥處理最大，為10.24 g，分別是1/4根區施肥、 2/4根區施肥處理的2.12倍、 1.19倍。除1/4根區施肥處理外，其它各處理施肥區細根干重均大于非施肥區，并均大于對照。施肥區的根系總干重均小于非施肥區根系的總干重。各處理施肥區粗根均小于非施肥區。可見，在根區養分濃度大于一定閾值時，會抑制細根的生長，小于一定閾值時，可促進細根的生長； 在養分局部供應條件下，非養分供應區表現出顯著的補償效應。

表4 不同根區施肥方式對根系干重的影響(g)

2.5 交替施肥對15N吸收利用率的影響

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

2.6 交替施肥對桃幼樹干莖生長的影響

3 討論與結論

表5 交替施肥對桃幼樹干莖的影響(cm/month)

研究表明部分根系不供養分時，充分供應區根系的生長受到明顯刺激，表現在側根數目的增多和側根的伸長。習金根等[17]研究部分根系施肥對劍麻根系生長的影響時發現，施肥區須根發達，根毛較密，發根量增多。也有前人研究表明，低養分濃度的環境能促進根系的生長[18]。本試驗在大田條件下進行，不同根區施肥對桃幼樹根系生長有一定的影響。試驗結果表明，除1/4根區施肥處理，其它各處理細根干重均大于對照，施肥區細根干重均大于非施肥區細根干重。在一定施肥濃度范圍內，施肥刺激了細根的生長，且隨養分濃度的減小，干重增大。而施肥區粗根干重均小于非施肥區粗根干重； 施肥區根系總干重均小于非施肥區根系總干重。大田條件下，局部養分供應對桃根系生長影響的機制和確定利于桃根系生長的養分濃度，還有待進一步研究 。

果樹根系是“ 生態變異大、 對環境反應敏感、 功能性不完整的補償結構 ”， 其生長發育在特定的土壤條件下會形成特定的功能適應型[19]。 而當土壤環境條件發生變化后果樹根系便會產生不適應，需要進行一系列的調整重新建立起新的適應型[20]。本試驗研究結果表明，兩種局部施肥方式下，2/4根區交替施肥處理氮肥利用率均低于2/4根區固定施肥處理施肥。這可能是因為，固定施肥處理，2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適應型，再次施肥時根系更容易感受到養分信號，利于根系對養分的高效吸收； 而交替施肥處理，2次施肥位置發生變化，根系原有的生態適應型被破壞，后施肥邊根系吸收養分需要重新感受土壤養分信號，需要一定的時間通過一定的生理生化過程重新建立生態適應型，這不利于根系對養分的及時吸收。本研究發現， 2/4根區固定施肥桃幼樹植株總干重低于2/4根區交替施肥處理桃幼樹植株總干重，這可能是局部施肥降低了非施肥區的氮素供應與吸收，從而減少了干物質積累量。另外，試驗是在大田條件下進行的，2/4根區局部施肥方式可能會存在部分養分的側滲，因此，植株對養分的吸收和利用狀況，可能會與盆栽嚴格控制條件下局部施肥結論并不完全一致，還有待進一步試驗驗證。

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