氮肥運(yùn)籌對蘇北沿海灘涂馬齒莧生長及土壤養(yǎng)分的影響

劉沖　王茂文　劉興華　丁海榮　邢錦城　趙寶泉　朱小梅　董靜　洪立洲

摘要：為明確沿海灘涂上氮肥運(yùn)籌對馬齒莧生長及土壤養(yǎng)分的影響，通過田間小區(qū)試驗研究了4個氮肥運(yùn)籌水平對馬齒莧產(chǎn)量形成、植株離子分布、光合熒光以及土壤養(yǎng)分的影響。結(jié)果表明：施氮能顯著提高馬齒莧的鮮菜產(chǎn)量，其中N2（150 kg/hm2）處理與不施氮相比，鮮菜產(chǎn)量提高了46.3%；施用氮肥，馬齒莧根、莖、葉中的Na+、K+、Ca2+、Mg2+離子積累量提高，尤其是N3 （225 kg/hm2）處理下，Na+ 比對照增加93.3%；施氮可以顯著提高馬齒莧光合熒光能力，凈光合速率、細(xì)胞間隙CO2濃度以及Fo、Fm、Fv/Fo 在N2、N3水平下顯著增加；施氮能夠增加土壤養(yǎng)分，土壤微生物氮、碳含量以及土壤全氮含量在N2（150 kg/hm2）水平下分別比對照增加74.5%、61.7%、44.4%。

關(guān)鍵詞：沿海灘涂；馬齒莧；氮肥；產(chǎn)量；葉綠素?zé)晒猓煌寥鲤B(yǎng)分

中圖分類號： S580.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）10-0402-03

蘇北地區(qū)海涂資源十分豐富，擁有占全國1/4以上的灘涂面積，是非常寶貴的后備土地資源[1]。灘涂土壤鹽分高、養(yǎng)分低，是限制其農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。氮素既是植物最重要的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，又是生理代謝中最活躍、無處不在的重要物質(zhì)[2]，是作物增產(chǎn)的主要措施。氮素不僅可以增強(qiáng)植株光合作用，還可以影響其葉綠素的熒光特性，在小麥、棉花等作物上均有氮素改善熒光動力學(xué)參數(shù)及適宜氮肥運(yùn)籌技術(shù)方面的研究[3]。長期不同的農(nóng)業(yè)管理措施在很大程度上解釋了土壤性質(zhì)的變化，尤其是不同氮肥措施對土壤碳氮礦化、交換性離子、微生物活性等土壤性質(zhì)變化的解釋[4]；在鹽堿地上追施氮肥還具有降低土壤中的Na+ 濃度，降低鹽害，促進(jìn)對鹽堿土的生物修復(fù)的獨(dú)特功效[5]。 馬齒莧（Portulaca oleracea L.），隸屬馬齒莧科、馬齒莧屬，含豐富的蛋白質(zhì)、多糖、有機(jī)酸、礦質(zhì)元素等，具有豐富的營養(yǎng)價值，被譽(yù)為21世紀(jì)最有前途的、值得開發(fā)的綠色食品[6]。馬齒莧對氣候、土壤等環(huán)境條件適應(yīng)性極強(qiáng)，幾乎可以在任何土壤上生長[7]。本研究通過田間試驗，探討了沿海灘涂上不同氮肥運(yùn)籌水平對馬齒莧產(chǎn)量形成、植株離子吸收累積、光合熒光特性以及土壤養(yǎng)分的影響，以期為沿海灘涂馬齒莧人工栽培中氮肥的營養(yǎng)措施及濱海鹽堿地地力持續(xù)培育提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試土壤

試驗地點位于江蘇省大豐市金海農(nóng)場灘涂實驗基地，東距黃海約6 km，處于北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，具有明顯的過渡性、海洋性和季風(fēng)性，四季分明，年均降水量1 058.4 mm，主要集中在6—8月。供試土壤為沖積鹽土類。

1.2 試驗設(shè)計及田間管理

氮肥（純氮）處理設(shè)4個水平：CK （0 kg/hm2）、N1 （75 kg/hm2）、N2 （150 kg/hm2） 和N3 （225 kg/hm2），計4個處理，每處理3 次重復(fù)，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計。試驗小區(qū)長4 m，寬3 m，面積為12 m2，四邊均設(shè)有保護(hù)行，以防側(cè)滲和互溢。供試植物為馬齒莧，品種提供為江蘇沿海地區(qū)農(nóng)科所培育的蘇馬齒莧1號上年采收種子。平整小區(qū)時使用尿素作為氮肥，氮肥30%、磷肥（P2O5） 135 kg/hm2作基肥。2013年4月12日播種，采用條播方式，播種量 kg/hm2，行距50 cm，播種深度1 cm。根據(jù)生長期，剩余的氮肥均分3次以尿素形態(tài)分別在馬齒莧的苗期、分枝期和花期作為追肥施入。

1.3 測定項目及方法

土壤基本理化測定采用鮑士旦方法[8]，田間鮮菜產(chǎn)量測定采用常規(guī)法。植株離子含量的測定：樣品烘干粉碎研磨后，過60目篩，精確稱量約0.500 0 g，用H2SO4 ∶ H2O2 = 3 ∶ 1（mL ∶ mL）消煮，定容于100 mL，經(jīng)適量稀釋，采用ICP-AES （美國，LEEMAN 公司Prodigy）測定含量。光合作用參數(shù)：采用英國PP_System 公司CIRAS_1 型全自動便攜式光合測定系統(tǒng)測定馬齒莧葉片凈光合速率（Pn）、細(xì)胞間隙CO2 濃度（Ci）。葉綠素?zé)晒鈪?shù)：采用英國Hansatech 公司生產(chǎn)的 FMS_2 便攜調(diào)制式熒光儀測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 氮肥運(yùn)籌對蘇北沿海灘涂馬齒莧鮮菜產(chǎn)量的影響

從圖1可以看出，隨著施氮量的增加，馬齒莧鮮菜產(chǎn)量均比對照顯著增加，增產(chǎn)幅度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。N1、N2、N3水平下鮮菜產(chǎn)量分別比對照增加24.2%、46.3%、263%。說明在沿海灘涂上適當(dāng)施用氮肥可明顯促進(jìn)馬齒莧的生長，有利于提高其鮮菜產(chǎn)量。

同時，馬齒莧的鮮菜產(chǎn)量與氮肥施用量之間存在一定的相關(guān)性，即鮮菜產(chǎn)量與氮肥施用量呈二階多項式的方程關(guān)系，y=-0.49x2+141.53x+24 107.5（y為鮮菜產(chǎn)量、x為氮肥施用量），說明馬齒莧鮮菜產(chǎn)量與施氮量密切相關(guān)。

2.2 氮肥運(yùn)籌對蘇北沿海灘涂馬齒莧植株離子含量的影響

不同氮肥施用水平下，馬齒莧根、莖、葉中的Na+、K+ 含量顯著高于對照（圖2），尤其是Na+。不同氮處理下葉片中的Na+含量分別比對照增加20%、66.6%、93.3%，K+ 含量分別比對照增加11.1%、17.7%、22.2%，差異達(dá)顯著水平（P<0.05），說明合理增施氮肥顯著提高了馬齒莧植株內(nèi)Na+、K+含量，且Na+的增長幅度大于K+。另外，葉片中的Na+含量大于根，Na+在馬齒莧葉部的積累有利于增大植株地上部和地下部的滲透差，促進(jìn)水分從根部向地上部分運(yùn)輸，有利于改善地上部分的水分狀況，有利于促進(jìn)植株生長。

隨著施氮量的增加，馬齒莧根、莖、葉中的Ca2+、Mg2+ 含量呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，在N2水平達(dá)到較大值。以葉片為例，N1、N2、N3水平下Ca2+含量分別比對照增加8.3%、25.0%、16.6%；Mg2+含量分別比對照增加7.3%、10.9%、90%，說明高量氮肥不能進(jìn)一步提高馬齒莧Ca2+、Mg2+ 含量。 總體來看，增施氮肥可顯著提高馬齒莧植株離子含量（Pendprint

2.3 氮肥運(yùn)籌對蘇北沿海灘涂馬齒莧光合及熒光效應(yīng)的影響

凈光合速率、細(xì)胞間隙CO2濃度能直接反映出植物單位葉面積的物質(zhì)生產(chǎn)能力[9]。如表1所示，氮肥可顯著提高馬齒莧凈光合速率、細(xì)胞間隙CO2濃度，N3水平下凈光合速率、細(xì)胞間隙CO2濃度分別比對照增加22.0%、8.6%。

Fo為PSⅡ反應(yīng)中心處于完全開放狀態(tài)時的熒光產(chǎn)量，與光合作用光系統(tǒng)轉(zhuǎn)換狀態(tài)有關(guān)。Fm為最大熒光，是已經(jīng)暗適應(yīng)的光合機(jī)構(gòu)全部PSⅡ中心均關(guān)閉時的熒光強(qiáng)度。Fv/Fo常用于度量PSⅡ的潛在活性，盡管Fv/Fo不是一個直接的效率指標(biāo)，但其對效率的變化很敏感，所以Fv/Fo在一些情況下是表達(dá)資料的好形式[10]。從表2可以看出，隨著氮肥水平的增加，馬齒莧葉片的Fo、Fm及Fv/Fo均呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，N1水平下，各參數(shù)與對照差異不顯著，N2、N3水平下與對照相比顯著增加。以Fo為例，N1、N2、N3 水平分別比對照增加3.8%、13.2%、18.9%。

2.4 氮肥運(yùn)籌對蘇北沿海灘涂土壤養(yǎng)分的影響

氮素在作物生長發(fā)育中具有重要作用。土壤微生物可通過吸取外界的氮素以及通過自身的礦化作用來增加自身氮素含量，從而改善土壤氮素營養(yǎng)。從表2可以看出，施氮處理后，土壤微生物氮、碳含量在N2、N3水平下顯著增加（P<005），其中土壤微生物氮含量分別比對照增加74.5%、79.4%。土壤全氮含量的變化趨勢同土壤微生物氮、碳含量。說明土壤微生物也能夠間接為作物生長提供其生長所必須的氮素營養(yǎng)。隨著施氮量的增加，土壤呼吸呈現(xiàn)上升的趨勢，但差異不顯著。

3 討論

沿海灘涂土壤資源利用的最主要限制因素是土壤高含鹽量[11]。種植常規(guī)作物較難以完成其生活史。種植耐鹽植物便成為經(jīng)濟(jì)有效的方式之一，不僅能夠帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益，還能顯著降低土壤Na+含量，增加土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀含量和微生物數(shù)量[12]，改善沿海灘涂生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益的雙豐收。張立賓等發(fā)現(xiàn)種植堿蓬不僅能夠降低鹽堿地土壤含鹽量，還顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤氮磷鉀含量[13]。

氮是植物生長發(fā)育的必需營養(yǎng)元素之一。沿海灘涂土壤中的有效氮較低，難以滿足植物生長發(fā)育的需求。增施氮肥不僅可明顯改善植物體內(nèi)的氮素養(yǎng)分狀況，還能提高耐鹽植物的耐鹽與滲透調(diào)節(jié)能力，促進(jìn)生長發(fā)育和產(chǎn)量積累。王界平等發(fā)現(xiàn)追施氮肥可促進(jìn)鹽角草生長，提高其對土壤鹽分的累積，還可達(dá)到改良鹽堿土的目的[14]。

本試驗系統(tǒng)研究了沿海灘涂上不同氮肥水平對馬齒莧鮮菜產(chǎn)量形成、植株離子分布、植株光和熒光效應(yīng)以及對土壤養(yǎng)分的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沿海灘涂上追施氮肥不僅能提高馬齒莧鮮菜產(chǎn)量，還可以顯著提高馬齒莧植株全鹽含量，尤其是Na+。其中N2（150 kg/hm2）水平最利于各種離子在馬齒莧根、莖、葉中的積累（圖2）。這樣就避免了鹽堿地土壤溶液中因過高的Na+ 濃度而導(dǎo)致K+、Ca2+、Mg2+ 運(yùn)輸受到阻礙，植物體內(nèi)離子不平衡，細(xì)胞正常生理功能遭到破壞的情況。葉片的光合作用是產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，因此產(chǎn)量與最大凈光合速率之間呈極顯著正相關(guān)；氮是作物葉綠素的組成成分，除了葉綠素總量外，其熒光參數(shù)也與葉片的光合效率有關(guān)，而葉綠素的熒光參數(shù)在一定程度上受氮肥水平等環(huán)境條件的影響[15]。本研究中，施用氮肥可顯著提高馬齒莧光合及熒光能力，高氮水平下（N2、N3）差異顯著，這與其鮮菜產(chǎn)量的增加密不可分。

通過對土壤養(yǎng)分的進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)施用氮肥可以顯著提高土壤微生物氮、碳以及全氮含量，這與梁飛等的結(jié)果[5]一致。灘涂環(huán)境中，鹽分、水分和肥料之間存在著協(xié)同、順序加和及表現(xiàn)拮抗等作用[16]，其交互耦合現(xiàn)象是非常普遍及復(fù)雜的，不僅因植物種類、植物生長階段的不同而不同，而且對于不同的鹽分與養(yǎng)分形式，其影響也不盡相同。對于馬齒莧而言，氮肥不但能促進(jìn)其產(chǎn)量的增加，還能起到耦合土壤鹽分與養(yǎng)分的作用，從而促進(jìn)鹽漬土的生物修復(fù)效果。

綜上所述，在沿海灘涂上施用氮肥對馬齒莧的生長、植株離子分布、光合熒光能力以及對土壤養(yǎng)分累積產(chǎn)生了一系列的影響，包括：隨著施氮量的增加，馬齒莧鮮菜產(chǎn)量增加；植株根、莖、葉的離子含量的積累量提高（尤其是Na+），光合熒光能力增強(qiáng)，土壤養(yǎng)分增加，且以上效果以N2（150 kg/hm2）水平最佳。

沿海灘涂土壤含有豐富的離子，作用機(jī)理比較復(fù)雜。為了能增加耐鹽植物產(chǎn)量，提高其品質(zhì)，還必須進(jìn)一步研究如何在灘涂上科學(xué)的施加肥料以及與鹽分的耦合作用機(jī)制研究，這將在以后的工作中進(jìn)行。

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