配施NBPT下氮肥減施對(duì)大蒜生物量及氮代謝的影響

劉燦玉,樊繼德,陸信娟,趙永強(qiáng),張碧薇,楊 峰

(江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,江蘇 徐州 221121)

目前我國(guó)已成為全世界最主要的大蒜生產(chǎn)、消費(fèi)和出口國(guó)。當(dāng)前大蒜栽培中,農(nóng)民為追求產(chǎn)量,盲目增施氮肥的現(xiàn)象較為嚴(yán)重[1],而這不僅會(huì)造成種植成本加大,還可能導(dǎo)致大蒜發(fā)生二次生長(zhǎng),產(chǎn)量、品質(zhì)下降,從而造成蒜農(nóng)的經(jīng)濟(jì)損失[2]。與此同時(shí),秋播大蒜返青期追肥時(shí)由于覆蓋地膜,尿素只能被撒施在地表,其在脲酶的作用下容易快速水解而導(dǎo)致氨揮發(fā)。Cruchaga S等[3]認(rèn)為,表施尿素超過50%會(huì)以氨揮發(fā)的方式流失,對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。趙略等[4]亦認(rèn)為,施用尿素的肥效一般僅有20%～50%,多數(shù)情況下低于30%。近年來,為了抑制脲酶的活性,避免尿素的無(wú)效降解,減少氨揮發(fā),國(guó)內(nèi)外針對(duì)多種脲酶抑制劑的使用已做了較多的篩選工作,其中,NBPT(正丁基硫代磷酰三胺)已成為世界農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛且已商業(yè)化的脲酶抑制劑,它具有高效無(wú)毒、環(huán)境友好等特征,可延緩氮肥的水解速率,有利于蔬菜增產(chǎn)和養(yǎng)分增效[5-7]。陳葦?shù)萚8]研究發(fā)現(xiàn),NBPT有利于水稻對(duì)氮的吸收,提高氮利用率,且在一定程度上提高產(chǎn)量。當(dāng)前相關(guān)研究主要集中在NBPT對(duì)土壤脲酶活性[4]、氨揮發(fā)[9]及氮肥減施潛力[10]等的影響方面,關(guān)于其對(duì)作物自身氮代謝的生理特性影響研究鮮有報(bào)道。筆者前期研究發(fā)現(xiàn),在配施NBPT下,大蒜當(dāng)季栽培中可減施20%氮肥。在此基礎(chǔ)上,本文研究了減施氮肥+配施NBPT對(duì)大蒜生物量積累及氮代謝的影響,以期為合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017～2018年在徐州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范基地進(jìn)行,以大蒜品種‘徐蒜917’為試驗(yàn)材料；供試的脲酶抑制劑為NBPT(從泰安普天公司購(gòu)買)。供試土壤的基礎(chǔ)理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤的基礎(chǔ)理化性質(zhì)

試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理:PK(CK1)、NPK(CK2)、90%N+PK+NBPT (T1)、80%N+PK+NBPT (T2)、70%N+PK+NBPT (T3)、60%N+PK+NBPT (T4),其中,處理T1～T4均與NBPT配施,NBPT的用量為對(duì)應(yīng)處理總N用量的0.5%,在施入前將兩者混合均勻,然后同時(shí)施入,施肥方式同徐州當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣。每個(gè)處理3次重復(fù),每小區(qū)面積為30 m2,隨機(jī)區(qū)組排列,小區(qū)間用50 cm寬、40 cm高的壟加30 cm寬的保護(hù)行隔開。在施肥后立即澆灌適量的水，且各小區(qū)單灌單排。其它管理均按常規(guī)方法進(jìn)行。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

于大蒜鱗莖膨大期(2018年5月2日)取樣進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。每小區(qū)取大蒜植株樣10株,用水將植株樣品沖洗干凈,分葉、莖、鱗莖、根等器官,置于干燥箱(105 ℃)中殺青20 min,再在75 ℃下烘干至恒重,最后測(cè)定各器官的干物質(zhì)量。

采用乙醇提取法測(cè)定葉片色素含量[11];硝酸還原酶(NR)活性的測(cè)定采用離體法[11];參照Wang等[12]的方法測(cè)定谷酰胺合成酶(GS)的活性;參照Groat等[13]的方法測(cè)定谷氨酸合酶(GOGAT)的活性;硝態(tài)氮(NO3--N)含量的測(cè)定采用趙世杰等[11]的方法;參考Saladin等[14]的方法測(cè)定銨態(tài)氮(NH4+-N)、游離氨基酸和游離脯氨酸的含量;采用考馬斯亮藍(lán)法[15]測(cè)定可溶性蛋白的含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

分別采用Microsoft Excel 2003軟件和DPS 7.5軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和處理間差異顯著性檢驗(yàn)(Duncan氏新復(fù)極差法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥減施對(duì)大蒜各器官干物質(zhì)量的影響

由表2可知,施用氮肥可顯著增加大蒜各器官的干物質(zhì)量。在配施NBPT的條件下,大蒜各器官的干物質(zhì)量隨氮肥減施基本上呈先增后降的趨勢(shì),其中T1、T2處理較CK2顯著增加了葉干重,且莖、鱗莖及根干重仍略有增加；但除T1的鱗莖干重顯著高于CK2外,其它與CK2無(wú)顯著性差異；此外,T3處理較CK2顯著降低了根干重,且葉、莖、鱗莖干重略有下降,但與CK2無(wú)顯著性差異；T4處理除莖干重與CK2無(wú)顯著性差異外,葉、鱗莖及根干重均顯著低于CK2。

表2 氮肥減施對(duì)大蒜各器官干物質(zhì)量的影響 g

2.2 氮肥減施對(duì)大蒜葉片色素含量的影響

表3顯示,大蒜葉片色素含量與氮肥施用量呈正相關(guān)。當(dāng)配施NBPT時(shí),葉綠素a、b和總?cè)~綠素含量隨氮肥減施基本上呈下降趨勢(shì),T2較T1雖略有上升,但均與CK2無(wú)顯著性差異；T3和T4的葉綠素a、b和總?cè)~綠素含量均顯著低于CK2的。與此同時(shí),類胡蘿卜素含量以T2最高,T1次之,T3、T4處理與CK2無(wú)顯著性差異。

表3 氮肥減施對(duì)大蒜葉片色素含量的影響 mg/g

2.3 氮肥減施對(duì)大蒜氮代謝相關(guān)酶活性的影響

由表4可以看出,NR、GS及GOGAT的活性在大蒜葉片中均顯著高于根系中的。在配施NBPT條件下,減施氮肥對(duì)大蒜葉片和根系中NR、GS及GOGAT活性的影響略有不同。除T1顯著高于CK2外,葉片中NR活性隨氮肥減施顯著下降；但在根系中,NR活性僅T1顯著高于CK2,其它處理與CK2無(wú)顯著性差異。葉片中GS活性隨氮肥減施呈下降趨勢(shì),且T3和T4處理顯著低于CK2；但在根系中,GS活性呈先升高后下降的趨勢(shì),即T1顯著高于CK2,T2、T3與CK2無(wú)顯著性差異,而T4顯著低于CK2。葉片和根系中GOGAT活性隨氮肥減施均呈先升高后下降的趨勢(shì),均以T1處理最高,且顯著高于CK2。

表4 氮肥減施對(duì)大蒜NR、GS及GOGAT活性的影響

2.4 氮肥減施對(duì)大蒜氮代謝相關(guān)物質(zhì)含量的影響

由表5可知,當(dāng)配施NBPT時(shí),減施氮肥對(duì)大蒜葉片和根系中氮代謝相關(guān)物質(zhì)含量的影響存在差異性。大蒜葉片中NO3-含量隨氮肥減施呈下降趨勢(shì),且減氮處理組的NO3-含量均顯著低于CK2,但T2、T3和T4處理間無(wú)顯著性差異；根系中NO3-含量也隨氮肥減施顯著下降。NH4+含量在大蒜葉片和根系中隨氮肥減施均呈下降趨勢(shì),但T1、T2處理與CK2無(wú)顯著性差異。葉片中可溶性蛋白含量除T2處理顯著高于CK2外,其它處理較CK2略有下降,且T4顯著低于CK2；但氮肥減施對(duì)根系中可溶性蛋白含量的影響不大,僅T3顯著高于T2、T4,其它處理間無(wú)顯著性差異。隨氮肥減施,游離氨基酸含量在葉片中呈下降趨勢(shì),但在根系中呈先增加后降低的趨勢(shì)。脯氨酸含量在葉片中隨氮肥減施呈下降趨勢(shì),且T3、T4顯著低于CK2；但在根系中,各處理間脯氨酸含量無(wú)顯著性差異。

表5 氮肥減施對(duì)大蒜氮代謝相關(guān)物質(zhì)含量的影響

3 討論

N素是植物必需的大量元素,占植株干物質(zhì)量的1.5%～2.0%[16],其作為蛋白質(zhì)的主要成分及合成葉綠素的主要元素,影響植物從新陳代謝到營(yíng)養(yǎng)分配、生長(zhǎng)和發(fā)育等所有的功能水平[29,30]。在大蒜常規(guī)栽培中N素是由復(fù)合肥和尿素共同提供的,尤其是在返青期追肥全部用尿素,且施肥方式為撒施地表,極易造成尿素在極短時(shí)間內(nèi)快速水解。前人研究發(fā)現(xiàn),肥料的利用率及其對(duì)作物的有效期與尿素水解速率呈負(fù)相關(guān)[17]；與單施尿素相比,添加NBPT可有效降低土壤前期NH4+-N的釋放量,提高后期的存在時(shí)間[18],可顯著增加稻谷[19-20]、牧草[21]產(chǎn)量。魯艷紅等[22]研究發(fā)現(xiàn),與正常施氮相比,在減氮20%條件下添加NBPT仍可提高早、晚稻的稻谷產(chǎn)量。周旋等[23]研究認(rèn)為,尿素和NBPT配施可延長(zhǎng)土壤供氮的持續(xù)時(shí)間,顯著提高水稻抽穗后干物質(zhì)積累量。但王小彬等[24]研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)NBPT處理的抽穗期春小麥植株的水分含量較高,導(dǎo)致其干物重增加不顯著。本試驗(yàn)結(jié)果表明,在配施NBPT下,大蒜各器官的干物質(zhì)量隨氮肥減施基本上呈先增后降的趨勢(shì),施氮90%、80%與NBPT配施處理較常規(guī)施氮方式均有利于增加鱗莖膨大期植株的干物質(zhì)量,且保持葉片色素含量無(wú)顯著下降,這可能是由于NBPT的施用可延緩表施尿素的水解速度,保持氮肥的長(zhǎng)時(shí)有效性,保證大蒜生長(zhǎng)后期需肥關(guān)鍵期對(duì)肥料的需求。這與大蒜的需肥規(guī)律[25]相契合,從而達(dá)到了節(jié)氮增產(chǎn)的效果。

李德全等[26]認(rèn)為,在大多數(shù)農(nóng)田中,NO3--N是植物最主要的N來源;張艷英等[27]認(rèn)為,NR是根系吸收NO3-還原成NH4+的限速酶,GS是NH4+-N吸收同化的首要酶,且GS/GOGAT是細(xì)胞內(nèi)氨同化的主要途徑;NR和GS的活性可以反映植物氮代謝的狀況。王玉琪等[28]研究發(fā)現(xiàn),脲酶抑制劑可促進(jìn)蕹菜體內(nèi)游離氨基酸合成蛋白質(zhì),增加NR、GS及GOGAT的活性,進(jìn)而提高N利用率。在本試驗(yàn)中,大蒜葉片和根系中NO3-含量顯著高于NH4+含量,表明大蒜植株的N來源主要是NO3-,即尿素在施入土壤后,其在脲酶的作用下快速水解,釋放出NH4+,后經(jīng)硝化作用生成NO3-,進(jìn)而被大蒜吸收利用。本研究發(fā)現(xiàn)，施氮90%+0.5%NBPT處理和施氮80%+0.5%NBPT處理的大蒜NR、GS、GOGAT活性及NH4+含量較常規(guī)施氮處理未顯著下降,甚至略有上升,但NO3-含量逐漸下降,表明氮肥減量+NBPT配施在一定范圍內(nèi)可通過保持或提高NR、GS及GOGAT的活性來促進(jìn)大蒜對(duì)NO3-、NH4+的吸收及NO3-向NH4+的轉(zhuǎn)化[28],進(jìn)而減緩因氮肥減施而引起的NH4+含量的下降；雖然NBPT的施用可以在一定程度上維持氮肥的長(zhǎng)效性,但其作用具有時(shí)效性[10],且氮肥減量也降低了土壤的供氮水平,故而造成鱗莖膨大期葉片和根系中NO3-含量的下降。另外,大蒜葉片和根系中可溶性蛋白含量?jī)H在施氮60%+0.5%NBPT處理中低于常規(guī)施氮對(duì)照,游離氨基酸含量則呈下降趨勢(shì),表明氮肥減施+NBPT配施在一定程度上有利于游離氨基酸合成蛋白質(zhì)。