灌溉施氮模式對麻風樹水氮利用的影響

賈 林，李 婕，楊啟良

(1.元謀大禹節水有限責任公司，云南 元謀 651300；2.昆明理工大學現代農業工程學院，昆明 650500)

0 引 言

麻風樹為大戟科麻風屬半肉質小喬木或大灌木，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境下生存，且具有生長較快、耐寒、耐旱、耐侵蝕等特性[1，2]。原產于熱帶氣候的美洲，我國云南、四川、廣西、貴州等地較為常見，特別在云南干熱河谷地區分布較廣[2]。麻風樹種子含非食用油量高達40%～60%，可替代柴油作為燃料，號稱生物柴油樹[3]，麻風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、風濕病的止痛藥等，也可用于肥皂和化妝品的生產[4]，具有廣泛的應用潛力。

近年來，麻風樹的人工種植面積逐漸擴大，然而土壤水分和養分是影響其生長發育的重要因素。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的農業水肥管理技術[5-7]。這種技術不僅促進作物產量明顯提高，而且對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]。目前灌溉施肥技術已圍繞大田作物和果蔬作物的生長、生理和水肥利用效率進行了大量的研究[10-12]，但針對能源作物麻風樹方面的研究還尚未見報道。為此，本文基于灌溉施氮研究麻風樹水氮利用效率的變化規律，探討麻風樹優質高效種植的灌溉施氮模式，為麻風樹的水肥管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗區概況及材料

實驗于2012年4-9月在昆明理工大學現代農業工程學院玻璃溫室中進行。一年生麻風樹幼樹來自于云南元謀干熱河谷區，4月15日將麻風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。供試土壤為當地燥紅壤土，質地類型為黏壤土，將風干土樣過5 mm篩，每盆移植1株麻風樹幼樹，桶中裝土13 kg，裝土密度為1.2 g/cm3，田間持水量(θf)為29.8%(質量百分數)。土壤pH為5.50，土壤有機質質量分數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 實驗設計

經過60 d緩苗后，從60盆中挑選長勢均勻的麻風樹幼樹進行不同水分處理及施氮處理。實驗設4個水分處理，3個施氮處理，共12個處理，每處理3次重復，共36盆。每次灌水采用稱重補償法，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風干紅壤土施分析純尿素的質量分數是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。為了減少溫室內生長盆放置環境產生的系統誤差，試驗期間每兩周均沿同一方向轉動一次，其他管理措施均保持一致。

表1 試驗處理水平Tab.1 Factor levels in various treatments

1.3 測定項目

根區土壤水分、硝態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，測定土壤含水量；另一份自然風干后，將土壤粉碎、過篩，用紫外可見分光光度計測定兩次土壤硝態氮。

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后調節溫度至78℃繼續烘烤直至恒質量。將烘干后的干物質粉碎、過篩后，采用濃H2SO4-H2O2法消煮，凱氏定氮儀測定全氮含量。

植株氮素吸收總量=∑植株各器官氮素含量×其干物質量；氮素干物質生產效率=總干物質量/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 數據處理及分析

采集的生長、生理和測定的土樣數據應用SPSS(20.0)的ANOVE過程進行單因素方差分析，多重比較采用Duncan(P=0.05)法，圖表在Excel(2010年)軟件系統下完成。

2 結果分析

2.1 灌溉施氮處理對麻風樹根區土壤含水率、土壤硝態氮的影響

麻風樹根區垂直剖面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水平的麻風樹根區土壤含水率無顯著差異，T3、T4水平的麻風樹根區土壤含水率分別下降11%和22%(P<0.05)；與N1相比，N2、N3水平的麻風樹根區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處理的根區土壤含水率顯著增加了8%(P<0.05)。

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

圖1 灌溉施氮處理對麻風樹根區土壤含水率及根區土壤硝態氮的影響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 灌溉施氮處理對麻風樹水分、氮素利用效率的影響

由圖2和表2可知，灌溉施肥對麻風樹幼樹葉全氮、莖全氮及根全氮的影響無顯著差異。數據分析表明，施氮量相同時，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，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。數據分析表明，施氮量相同時，與T1相比，T4水平的灌溉水利用效率與T1并無顯著差異(P<0.05)，但T2、T3處理的灌溉水利用效率較T1分別增長13%和6%；當灌水量相同時，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 灌溉施氮處理對麻風樹全氮含量的影響Tab.2 Effect of different irrigation with fertilization treatments on Plant total nitrogen of Jatropha curcas L.

圖3 灌溉施氮處理對麻風樹水、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麻風樹的水氮利用關系的影響

統計分析表明(表2)，N2時水分利用效率與灌水量顯著正相關，氮素吸收效率與灌水量呈顯著二次曲線關系；N1和N3時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系，但N2及N3水平下的二次曲線開口向下，說明中水水平下的氮素利用效率達到最大值。

表2 水氮一體灌溉處理對麻風樹水氮利用關系的影響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

養分的吸收是干物質積累及合成的基礎，養分累積形成干物質又是形成產量的前提，這都受到灌溉水和施肥量的交互影響[8]。與T1N3處理相比，T2N2的麻風樹氮素吸收總量、氮素干物質生產效率、氮素表觀利用效率及植株氮素吸收效率均顯著提高，可見T2N2處理不僅節約灌溉用水和氮肥施用量，而且促進麻風樹對氮的利用效率。作物對氮素的吸收量受土壤中硝態氮的累積量有關，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]，本研究發現，高水和中水灌溉(T1、T2)時，兩次土壤硝態氮的差值隨施氮量的增加而呈現先增加后減小的趨勢，低水灌溉(T3)時，兩次土壤硝態氮的差值隨施氮量的增加而減小[圖1(b)]。

本研究還發現，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)。說明中度水分虧缺條件下(T3)，過度增加施氮量，并不利于麻風樹對氮的吸收，如高氮水平下(N3)，土壤溶液濃度較高，麻風樹的株高和莖粗反而降低，根系干物質質量、水分利用效率、氮素利用效率均明顯降低，可能是因為土壤氮濃度過高，降低了土壤的水勢[15]，使得與葉水勢的差值減小，因此抑制了植株對水肥吸收及利用。施氮量適宜時，灌水量在一定范圍內，作物對氮肥的吸收利用增大，但灌水過多，會造成氮素被淋洗到根密度較小的下層區域，而麻風樹屬淺根植物，加之灌水較多，土壤銨態氮揮發損失，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系，均在低氮水平下達到最大值。氮素吸收效率均與施氮量呈顯著二次曲線關系，這與施氮量水平較高時土壤硝態氮累積量增加的研究結果相吻合[12]。

4 結 語

(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系，均在低氮水平下達到最大值；氮素吸收效率均與施氮量呈顯著二次曲線關系，說與施氮量水平較高時土壤硝態氮累積量增加。

(3)與高水高氮的T1N3處理相比，T2N2處理在節水20%，節氮50%條件下，麻風樹的灌溉水利用效 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，每千克風干土施氮0.4g的處理。

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