NO3--N/NH4+-N混合氮不同水平對紫花苜蓿生長特性的影響

馮博政，劉曉靜，郝 鳳

(甘肅農業大學 草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/甘肅省草業工程實驗室/中-美草地畜牧業可持續發展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

NO3--N/NH4+-N混合氮不同水平對紫花苜蓿生長特性的影響

馮博政，劉曉靜，郝 鳳

(甘肅農業大學 草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/甘肅省草業工程實驗室/中-美草地畜牧業可持續發展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

以甘農3號為研究材料，采用室外防雨網室盆栽營養液砂培法，以混合氮NO3--N∶NH4+-N 1∶1為氮源，研究了5個供氮水平0、105、210、315、420 mg/L對紫花苜蓿苗期、現蕾期和盛花期地上部分及根系生長特性的影響。研究表明：NO3--N/NH4+-N混合氮能夠促進紫花苜蓿根系和地上部分的生長發育，氮素濃度為315 mg/L最能促進地上部分的生長發育，該濃度下，與對照相比，株高和地上生物量最高可分別增大169.39%和333%。根系的最適濃度在氮素濃度210 mg/L，根重、根長和根尖數最高可分別增大570.83%，161.79%和343.82%。NO3--N/NH4+-N混合氮素濃度105 mg/L處理對紫花苜蓿根系生長和株高的促進作用高于氮素濃度420 mg/L處理，對地上生物量累積的促進作用則相反。苗期供氮主要促進根系的生長發育，現蕾期供氮主要促進株高和生物量的累積。因此，對紫花苜蓿生長最適NO3--N/NH4+-N混合氮濃度為210 mg/L。

紫花苜蓿；混合態氮素；生物量；根系

紫花苜蓿(Medicagosativa)是世界上栽培和利用最廣泛的多年生豆科牧草，具有適應性強、產草量高、品質優良、耐刈割等優點。不僅可作為優良牧草，而且還可改土肥田[1]。傳統觀點認為，種植苜蓿不需施入氮肥，苜蓿的共生固氮作用可以滿足自身生長發育的需求[2]。若苜蓿施入過量氮肥，一方面增加了種植成本，造成資源浪費[3]。另一方面多余的氮素長期滯留在土壤中會對環境造成污染[4]。但也有研究表明，施入氮肥對苜蓿生長有顯著促進作用，可以提高苜蓿光合效率[5]，促進苜蓿生物量的積累[6]，特別是提高了種子產量[7，8]，認為苜蓿在根瘤未形成之前及苜蓿開花之后，共生固氮不能滿足苜蓿對氮素的需求，在此時施入氮肥能顯著促進苜蓿生長。

根系是苜蓿生長和再生的物質基礎，也是苜蓿吸收養分和根瘤著生的主要部位。作為公認的深根系植物，紫花苜蓿的根系生物量直接影響著地上生物產量[9]。有研究發現，盆栽條件下施氮可增加紫花苜蓿根系生物量，如Saindon等[10〗[11]和Esechie等[12]分別以NH4+-N和NO3--N為氮源，采用盆栽試驗，設定施氮水平為0，3和6 mmol/L，發現苜蓿的根系生物量隨施氮量的增大而增大。目前，對于高水平混合態氮作用下紫花苜蓿各生育期的根系生長特性的影響鮮見報道，能夠同時達到促進紫花苜蓿地上部及根系生長的供氮濃度還有待進一步研究篩選。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試材料 紫花苜蓿品種為甘農3號(Medicagosativacv.Gannong No.3)，供試根瘤菌為中華根瘤菌(12531)，均由甘肅農業大學草業學院提供。

1.1.2 營養液 Fahraeus無氮植物營養液為基本營養液，加入Ca(NO3)2和(NH4)2SO4，以作為NO3--N和NH4+-N的來源[13]。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子處理 選取大小均勻，顆粒飽滿的紫花苜蓿種子放入滅菌小三角瓶中，先用95%乙醇浸泡5 min，再用0.1%HgCl2溶液滅菌6～10 min，再無菌水沖洗5～6次，最后用無菌濾紙吸干，備用。

1.2.2 粗砂處理 將粗砂經自來水沖洗若干次，直到沖洗用水不再渾濁為止，然后，蒸餾水沖2～3次。先經121℃滅菌，再經高溫(150℃)烘干后，備用。

1.2.3 菌液處理 將中華根瘤菌(12531)采用平板劃線培養，挑起單個菌落，將其接入YMA液體培養基[14，15]。在28℃下120 r/min的恒溫搖床上培養至菌液的光密度值(OD600nm)≥1.0時，再在10 000 r/min下離心10 min，除去上清液用無菌水洗下根瘤菌體并配制成吸光值為0.6的菌懸液，備用。

1.2.4 試驗設計 試驗在甘肅農業大學校園內的室外防雨網室中盆栽進行，花盆直徑32 cm、高20 cm，每盆裝入粗砂10 kg，選取籽粒飽滿的滅菌種子播種到裝有滅菌粗砂澆透水的花盆中，幼苗長至3 cm高間苗，每盆保留30株健壯幼苗。以土壤中可被植物直接吸收利用的2個形態氮：NO3--N和NH4+-N 1∶1混合態為氮源，設定0、105、210、315、420 mg/L 5個濃度水平，記為CK、N105、N210、N315、N420，共5個處理，9次重復。以Fahraeus無氮植物營養液結合Ca(NO3)2和(NH4)2SO4配制所需營養液，調節pH為7，每次澆500 mL，每7 d用蒸餾水淋洗后更換1次營養液，紫花苜蓿生長至三片復葉時，每盆接種新培養的苜蓿根瘤菌液25 mL，于45，65和85 d取樣測定，分別對應苗期、現蕾期、盛花期，每次各處理均取3盆。

1.3 測定指標及方法

株高 采用直尺直接測量，每處理隨機取樣30株，取其平均值；地上生物量，剪下地上部分，用濾紙吸干水分，放入烘箱105℃下殺青15 min，在65～75℃下烘干至衡重，稱其單株地上干重；根重以剪下的根系，用濾紙吸干水分，在65～75℃下烘干至衡重，稱其單株根干重；根長和根尖數，將各處理的根系用清水洗凈，隨機取3株完整的根，采用臺式掃描儀(EPSON Experssion)將幼苗根系圖像掃描并存入電腦，再用WinRHIZO根系分析系統軟件(Regent Instruments,Inc,Quebec,Canada)對根的圖像進行分析，獲得根系總長度和根尖數等數據。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2003和SPSS 20.0專業統計分析軟件進行差異顯著性比較。

2 結果與分析

2.1 不同水平混合氮對紫花苜蓿株高的影響

株高是反映紫花苜蓿生長狀況的直接指標，在接種根瘤菌并且其他營養供應充分的條件下，各生育期不同混合態氮處理下紫花苜蓿的株高均高于對照并達到顯著水平(P<0.05)，試驗中的無氮處理出現明顯的莖紫紅，葉片發黃等生長不良現象。同一生育期內，隨著混合態氮水平的增大，紫花苜蓿的株高呈現先增大后減小的趨勢，最大值出現在處理N210和N315下，二者間差異不顯著(P>0.05)，卻顯著高于其他處理。N420處理的株高小于N105處理。說明供氮對紫花苜蓿生長的促進作用存在區域性，濃度過高會出現抑制現象。從紫花苜蓿苗期到盛花期，株高隨著生育期的推進而增高，各生育期最大值，苗期為13.8 cm，現蕾期38.63 cm和盛花期40.63 cm，相比較CK分別增大了104.75%，169.39%和74.83%，說明現蕾期施氮對紫花苜蓿株高的促進作用更明顯(圖1)。

2.2 不同水平混合氮對紫花苜蓿地上生物量的影響

紫花苜蓿地上生物量直接決定著生產效益。在同一生育期內，施氮處理下的地上部生物量明顯高于不施氮的處理(P<0.05)。隨著外源氮濃度的增大，紫花苜蓿地上生物量呈先增大后減小的趨勢，最大值出現在N315處理。說明適量供應的混合態氮能夠促進紫花苜蓿產量的增加，而氮素水平過高則可能導致減產，造成肥料浪費。從苗期到盛花期，各處理下紫花苜蓿的地上生物量呈明顯的增長趨勢，各生育期最大值，苗期0.08 g，現蕾期0.26 g和盛花期0.64 g，相比較CK分別增大了300%，333%和300%，呈先增大后減小趨勢(圖2)。

2.3 不同水平混合氮對紫花苜蓿根重的影響

根系是植物吸收外界營養元素的主要器官。不同生育期施氮處理下紫花苜蓿根重均高于無氮處理CK，差異顯著(P<0.05)。在苗期，各處理根重表現為N105>N210>N315>N420>CK，現蕾期和盛花期都表現為N210>N105>N315>N420>CK。總體表現為先增大后減小的趨勢，低氮處理對根重的促進作用大于高氮處理。隨著生育期的推進，紫花苜蓿的根重逐漸增大，對養分的吸收能力不斷增強，各生育期最大值可達到苗期0.029 g，現蕾期0.161 g和盛花期0.594 g，相比較CK分別增大了383.33%，570.83%和64.54%，現蕾期的增大效果更明顯(圖3)。

圖1 不同水平混合氮處理下紫花苜蓿株高Fig.1 Effect of different mixed N levels on plant height of alfalfa

圖2 不同水平混合氮處理下紫花苜蓿地上生物量Fig.2 Effect of different mixed N levels on aboveground biomass of alfalfa

圖3 不同水平混合氮處理下紫花苜蓿根重Fig.3 Effect of different mixed N levels on root weight of alfalfa

2.4 不同水平混合氮對紫花苜蓿根長的影響

從表1可以看出，各個生育期內供氮處理下的根長顯著高于對照處理(P<0.05)，各生育期內隨著混合氮水平的增大，各指標呈先增大后減小的趨勢。在苗期，各處理下的根長表現為N210>N315>N105>N420>CK；在現蕾期，根長最大值出現在處理N210和N105下，N210略大于N105，二者差異不顯著(P>0.05)；在盛花期，根長的最大值出現在處理N210下。在3個生育期中，供氮處理下根長的最小值均出現在N420。說明不同混合氮水平下紫花苜蓿的根長雖然在不同生育期內的變化趨勢存在略微的差異，但總體上具有一致的表現，即最大值在處理N210附近，氮素濃度過高，如N420處理，對根長的促進作用反而不如低氮處理。隨著生育期的推進，根長呈現逐漸增大的趨勢，各生育期最大值相比較中CK分別增大了161.79%，129.65%和106.07%，增長比例逐漸降低。

表1 不同水平混合氮處理下紫花苜蓿根總長和根尖數Table1 Effect of different mixed N levels on root length and apical of alfalfa

2.5 不同水平混合氮對紫花苜蓿根尖數的影響

從表1可以看出，各個生育期內施氮處理下的根尖數均顯著高于對照處理CK(P<0.05)，根尖數隨著生育期的推進，呈現逐漸增大的趨勢各生育期最大值相比較CK分別增大了。各生育期內隨著混合氮水平的增大，根尖數呈先增大后減小的趨勢，各處理下的根尖數均表現為N210>N105>N315>N420>CK。在現蕾期，處理N210和N105下的根尖數，差異不顯著(P>0.05)，N210略大于N105。說明紫花苜蓿的根尖數在不同水平混合氮下的各指標雖然在不同生育期內的變化趨勢存在些微的差異，但總體上具有一致的表現，即最大值為N210處理，供氮處理下根尖數的最小值均出現在N420，氮素濃度過高，會抑制根尖的生成。根尖數隨著生育期的推進，呈現逐漸增大的趨勢，各生育期最大值相比較CK分別增大了343.82%，173.49%和132.16%，增長比例逐漸降低。

3 討論與結論

施氮對促進紫花苜蓿的生長發育是十分必要，在試驗中施用混合態氮的處理其地上部分和根系的生長狀況均顯著高于CK(P<0.05)，張進霞等[16]的研究也證明了這點。說明施用混合態氮能夠促進紫花苜蓿的生長發育。研究發現，不同水平NO3--N/NH4+-N混合氮對紫花苜蓿生長的促進作用不同。地上部分生長指標隨著混合態氮水平的增大，呈現先增大后減小的趨勢。最大值出現在氮素濃度315 mg/L，略大于氮素濃度210 mg/L處理，二者間差異不顯著(P>0.05)，氮素濃度420 mg/L下株高小于氮素濃度105 mg/L，說明高氮水平對株高的促進作用小于低氮水平。氮素濃度420 mg/L下的地上生物量卻高于氮素濃度105 mg/L，蒯佳林等[17]對紫花苜蓿苗期的研究中也有相似的結論。是因為高氮水平對紫花苜蓿葉片的生長及分枝的促進作用大于低氮水平，從而導致生物量與株高的不同變化。根系生長指標的最大值出現在氮素濃度105 mg/L和氮素濃度210 mg/L下，濃度420 mg/L處理下最小。說明低氮處理對根系各指標的促進作用高于高氮處理。

隨著生育期的變化，紫花苜蓿株高和地上生物量的最大值始終出現在NO3--N/NH4+-N混合氮濃度315 mg/L下；根重的最大值在苗期出現在處理氮濃度105 mg/L下，現蕾期和盛花期出現在氮濃度210 mg/L處，說明在苗期，低氮處理更有利于根重的增加。出現這種變化可能是因為在苗期，低氮處理下紫花苜蓿吸收和合成的營養物質主要用來供應根系生長，以從地下吸收更多的養分。在現蕾期和盛花期，地上部分生長更旺盛的氮濃度210 mg/L下的光合產物更多的向根系反饋[18]，從而促使其地下生物量的增大[19]。根長和根尖數的最大值一直出現在氮濃度210 mg/L處理下。隨著生育期的推進，紫花苜蓿各生長指標逐漸增大，與對照相比，各混合態氮處理株高、地上生物量和根重增長比例最大的生育期為現蕾期，根長和根尖數增長比例最大的時期為苗期。說明，在苗期施氮，能夠促使根長和根尖數迅速增大，為現蕾期氮素的吸收利用提供充分的條件，在現蕾期施氮對株高、地上生物量和根重的促進作用最明顯。

綜上所述，NO3--N/NH4+-N混合氮能夠促進紫花苜蓿根系和地上部分的生長發育，混合氮素濃度為315 mg/L最能促進地上部分的生長發育，根系的最適濃度在混合態氮素濃度210 mg/L左右。NO3--N/NH4+-N混合氮素濃度105 mg/L處理對紫花苜蓿根系生長和株高的促進作用高于氮素濃度420 mg/L處理，對地上生物量累積的促進作用則相反。苗期供氮主要促進根系的生長發育，現蕾期供氮主要促進株高和生物量的累積。因此，對紫花苜蓿生長最適NO3--N/NH4+-N混合氮濃度為210 mg/L。

[1] 王亞玲,李曉芳,師尚禮,等.紫花苜蓿生產性能構成因子分析與評價[J].中國草地學報,2007,29(5):8-15.

[2] Hojjati S M,Templeton W C,Taylor T H.Nitrogen fertilization in establishing forage legumes[J].Agronomy Journal,1978,70(3):429-433.

[3] Riedell W E,Osborne S L,Lundgren J G,etal.Nitrogen fertilizer management effects on soybean nitrogen components and bean leaf beetle populations[J].Agronomy Journal,2011,103(5):1432-1440.

[4] 劉青林,張恩和,王琦,等.灌溉與施氮對留茬免耕春小麥耗水規律,產量和水分利用效率的影響[J].草業學報,2012,21(5):169.

[5] 衛新菊,賈志寬,韓清芳,等.施肥對紫花苜蓿分枝期光合特性的影響[J].中國農學通報,2006,22(12):77-83.

[6] Jenkins M B,Bottomley P J.Seasonal response of uninoculated alfalfa to N fertilizer:soil N,nodule turnover,and symbiotic effectiveness of Rhizobium meliloti[J].Agronomy journal,1984,76(6):959-963.

[7] 石風翎,吳永敷.不同環境條件下紫花苜蓿種子產量及質量性狀的研究[J].中國草地,2000,8(3):34-38.

[8] 王曉力,王靜.紫花苜蓿種子生產田間管理關鍵技術[J].內蒙古草業,2004,16(1):59-59.

[9] 趙艷,魏臻武,呂林有,等.苜蓿根系生長性狀及其與產草量關系的研究[J].草原與草坪,2008(6):1-4.

[10] Saindon G,Michaud R,St-Pierre C A.Breeding for root yield in alfalfa[J].Canadian Journal of Plant Science,1991,71(3):727-735.

[11] Khan M G,Silberbush M,Lips S H.Physiological studies on salinity and nitrogen interaction in alfalfa.I.Biomass production and root development[J].Journal of plant nutrition,1994,17(4):657-668.

[12] Esechie H A,Al-Barhi B,Al-Gheity S,etal.Root and shoot growth in salinity-stressed alfalfa in response to nitrogen source[J].Journal of plant nutrition,2002,25(11):2559-2569.

[13] 孫建光,張燕春,徐晶,等.高效固氮芽孢桿菌篩選及其生物學特性[J].中國農業科學,2009,42(6):2043-2045.

[14] 高麗鋒,鄧馨,王洪新,等.毛烏素沙地中間錦雞兒根瘤菌的多樣性及其抗逆性[J].應用生態學報,2004,15(1):44-48.

[15] 李劍峰,張淑卿,師尚禮,等.解磷根瘤菌液體培養基類型、水平及透氣條件的比較[J].草原與草坪,2010,30(1):28-31.

[16] 張進霞,李文卿,劉曉靜,等.施氮對紫花苜蓿生長特性的影響[J].草原與草坪,2014,34(3):46-50.

[17] 蒯佳林,劉曉靜,李文卿.不同氮素水平對接種根瘤菌紫花苜蓿生長特性的影響[J].草原與草坪,2011,31(3):56-59.

[18] 孫建華,王彥榮,余玲.紫花苜蓿生長特性及產量性狀相關性研究[J].草業學報,2004(4):80-86.

[19] 艾紹英,黃小紅.氮肥形態及施用方式對菠菜生長和硝酸鹽累積的影響[J].中國農學通報,2001,17(5):11-13.

[20] 楊瓊博.pH 值和化合態氮對紫花苜蓿結瘤和固氮效果的影響[D].哈爾濱:東北農業大學,2007.

Effects of different levels of NO3--N/NH4+-N mixed nitrogen on growth characteristics ofMedicagosativaL.

FENG Bo-zhi,LIU Xiao-jing,HAO Feng

(CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China)

Choosing Medicago sativa L.Gannong No.3 as the material,this experiment was conducted to study the effect of five kinds of nitrogen levels (0,105,210,315,420 mg/L)of mixed nitrogen (NO3--N∶NH4+-N=1∶1)on the growth characteristics of root and overground parts of Medicago sativa L.during its seedling stage,squaring stage and full-bloom stage by the method of outdoor(rain-proof screenhouse) potting nutrient solution sand culture.The result shows that NO3--N/NH4+-N mixed nitrogen application could promote the growth and development of root and overground parts ofMedicagosativaL.The concen- tration of mixed nitrogen which can facilitate the growth of overground parts the most is 315 mg/L,At this concentration,the highest of the plant height and aboveground biomass were increase of 169.39% and 333% than the CK,and 210 mg/L was the optimum mixed nitrogen concentration of root growth,the root weight,length and tips increased by 570.83%,161.79% and 343.82%,repectively.The promote role of mixed nitrogen concentration 105 mg/L on root growth and the plant height of alfalfa were higher than that of 420 mg/L;the ground biomass was on the contrary.Nitrogen mainly promotes root growth in seedling and promotes the plant height and biomass accumulation in bud stage.It is suggested that the optimum mixed nitrogen concentration is 210 mg/L.

Medicagosativa；mixed nitrogen;biomass;root

2015-04-17；

2015-04-22

公益性行業(農業)科研專項(201403048-8)資助

馮博政(1991-)，男，山西運城人，碩士研究生。 E-mail：729712268@qq.com 劉曉靜為通訊作者。

S 143

A

1009-5500(2015)06-0035-06