用15N示蹤研究不同氮水平下劍麻的氮素吸收利用特性

譚施北 習金根 賀春萍 吳偉懷 鄭肖蘭 梁艷瓊 李銳 鄭金龍 易克賢

摘 ?要 ?采用盆栽試驗和15N示蹤技術，研究4個不同氮（N）水平對劍麻生長及氮素吸收利用特性的影響。結果表明，施氮顯著提高劍麻株高、葉長、葉寬和根粗。施氮處理地上部鮮重、含水量、全氮含量和吸氮量均有所增加，但施氮處理之間差異不顯著。劍麻地上部和根系吸收的肥料N隨著氮水平增加而增加，各處理整株肥料N比例，以示蹤法計算為24.2%～32.6%，差減法計算為34.6%～53.1%。不同氮水平下劍麻氮素利用率變化不明顯，整株氮素利用率，示蹤法計算為20.0%～22.0%，差減法計算為30.0%～35.7%?？梢?，劍麻吸收的肥料氮低于土壤氮;劍麻的氮素利用率偏低;以示蹤法求得的肥料N比例和氮素利用率均低于以差減法求得的結果。

關鍵詞 ?劍麻;15N示蹤技術;氮水平;氮素利用

中圖分類號 ?S563.8 ? ? ? ? ?文獻標識碼 ?A

Nitrogen Utilization Characteristics of Sisal on Different

Nitrogen Rates， Using 15N Isotope Tracer Technique

TAN Shibei1， XI Jingen2 *， HE Chunping2， WU Weihuai2， ZHENG Xiaolan2，

LIANG Yanqiong2， LI Rui2， ZHENG Jinlong2， YI Kexian2 *

1 Agricultural College， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China

2 Environment and Plant Protection Institute， CATAS / Danzhou Scientific Observing and Experimental

Station of Agro-Environment， Ministry of Agriculture， Haikou， Hainan 571101， China

Abstract ?Pot experiment and 15N tracer technique were used to explore the effects of different nitrogen levels on the growth and nitrogen utilization characteristics of sisal. Four levels of nitrogen fertilizer were： none， low（0.69 g）， medium（0.98 g）and high（1.24 g）. The results showed that plant height， leaf length， leaf width， leaf fresh weight and water content of the leaf increased significantly when using nitrogen fertilizers. The content of N and the amount of N accumulation of the aboveground parts and roots increased as the application of nitrogen fertilizers increased. The uptake of N from the fertilizer（Ndff）by above-ground parts and roots all increased with the N rates. The percentage of N from the fertilizer（%Ndff）ranged between 24.2% and 32.6% when calculated by the tracer method， and 34.6%-53.1% when calculated by the difference method. N uptake efficiency of plants ranged between 20.0% and 22.0% when calculated by the tracer method， and 30.0%-35.7% when calculated by difference method， whereas no significant differences were found between the treatments. The results showed that（1）the uptake of N from the fertilizer was higher than from soil，（2）the N uptake efficiency of sisal was low，（3）the values of the percentage of N from the fertilizer and N uptake efficiency that calculated by the tracer method were lower than that calculated by the difference method.

Key words ?Sisal; 15N Isotope; Nitrogen rates; Nitrogen utilization

doi ?10.3969/j.issn.1000-2561.2015.10.002

劍麻（Agave Sisalana Perrine）為龍舌蘭科（Agavaceae）龍舌蘭屬（Agave linnaeus）多年生硬質纖維作物，其纖維具有拉力強、堅韌耐磨、富有彈性等特點，廣泛用于制作繩纜、編織劍麻地毯、工藝品等，是國防、漁業、航海、石油、工礦等領域的重要原料[1]。前人對劍麻的氮素營養和氮肥施用技術已做過大量研究，發現適量施用氮肥可促進劍麻高產，但劍麻吸收利用有限，過量施氮只會造成資源浪費[2-5]。目前，15N示蹤技術在小麥、甘蔗、棉花、桃樹等多種作物的氮素利用研究中已有廣泛的應用[6-9]，但在劍麻上的應用尚未見報道。本試驗以龍舌蘭H.11648幼苗為材料進行盆栽土培試驗，應用15N示蹤技術探索不同施氮水平對劍麻苗生長的影響以及不同來源氮在劍麻體內的吸收利用特性，以期為改進劍麻施肥技術，提高肥料利用率提供理論參考。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗材料

龍舌蘭（H.11648）品種吸芽，重（350±50）g，采集于廣西山圩農場高產劍麻園。供試土壤成分：有機質9.20 g/kg、pH4.7、堿解氮24.77 mg/kg、速效磷11.18 mg/kg、速效鉀42.04 mg/kg。黑色環保塑料袋;塑料盆（口徑23 cm，高30 cm）;供試15N標記尿素（含N 46%），上?；ぱ芯吭荷a，標記豐度為10.08%;過磷酸鈣（含P2O5 16%）和氯化鉀（含K2O 60%），以上均為市售。

1.2 ?測定項目與方法

1.2.1 ?試驗設計 ? 試驗于海南省儋州市中國熱帶農業科學院環境與植物保護研究所基地大棚進行，選取長勢正常一致的劍麻幼苗進行盆栽試驗。每盆裝土5 kg，每盆1株，2012年8月31日種下，每隔10 d澆水1次，每次200 mL。以劍麻生產施氮水平為參考，設置CK（不施氮）、N1（低氮）、N2（中氮）、N3（高氮）4個處理，5次重復，每處理氮水平（15N標記尿素，以N計）為：0、0.138、0.196、0.248 g N/kg，磷鉀肥施用量一致，每盆施用過磷酸鈣（以P2O5計）0.21 g，氯化鉀（以K2O計）0.70 g。2012年10月15日，于盆中挖兩小溝，將尿素、過磷酸鈣和氯化鉀一次性施入。

1.2.2 ?測定內容與方法 ? 2013年6月13日對劍麻植株進行破壞性采樣，測量葉數、株高、葉長、葉厚、葉寬、葉片鮮重/干重、整株鮮重/干重以及根數、根長、根粗、根鮮重，根干重。并通過以下方法測定劍麻植株地上部和根系N、P、K含量[10]：樣品經過H2SO4-H2O2消化后，N用奈氏比色法測定，P用鉬銻抗比色法，K用火焰光度法。測定各處理地上部和根系15N豐度值。各指標計算方法[11-12]：

各器官吸N量=各器官干重×各器官全N含量;

植株總吸N量=地上部吸N量+根吸N量;

示蹤法：

15N原子百分超=樣品或15N標記肥料的15N豐度-15N自然豐度（0.366%）;

各器官吸N量中肥料N的比例=各器官15N原子百分超/肥料15N原子百分超;

各器官吸收的肥料N量=各器官吸N量×各器官吸N量中肥料N的比例;

植株吸收的肥料N量=地上部吸收的肥料N量+根吸收的肥料N量;

各器官吸收土壤N量=植株吸N量-植株吸收的肥料N量;

氮素利用率=植株吸收的肥料N量/施N量×100%。

差減法：

各器官吸收的肥料N量=施氮處理各器官吸N量-CK各器官吸N量;

各器官吸收的肥料N占總吸N量比例=各器官吸收的肥料N量/各器官吸N量;

植株吸收的肥料N量=施氮處理植株總吸N量-CK植株總吸N量;

氮肥利用率=植株吸收的肥料N量/施N量×100%。

1.3 ?數據統計與分析

采用Microsoft Excel 2007和JMP 10軟件進行數據處理和統計分析。

2 ?結果與分析

2.1 ?不同氮水平對劍麻生物學性狀的影響

由表1可見，隨著氮水平增加，劍麻株高、葉長、葉寬和根粗均呈上升趨勢，而葉數、葉厚、根數和根長變化不明顯。其中，高氮處理株高、葉長、葉寬、根粗分別比對照顯著提高29.8%、20.3%、23.3%、55.6%。施氮處理株高、葉長均顯著高于對照，而其葉寬與對照差異不顯著。低氮和中氮處理之間株高、葉長、葉寬和根粗差異均不顯著。

2.2 ?不同氮水平對劍麻生物量的影響

由表2可見，不同氮水平對劍麻地上部鮮重、地上部含水量和根冠比有所影響。其中，中氮和高氮處理地上部鮮重顯著高于對照，而低氮處理與對照之間、施氮處理之間差異不顯著。施氮處理地上部含水量均高于對照，而施氮處理之間差異不顯著。根冠比隨著氮水平增加呈先增后減的趨勢，其中，低氮和中氮處理根冠比顯著高于對照，而高氮處理與對照差異不顯著。不同處理之間根鮮重、地上部和根干重、根含水量差異不顯著。

2.3 ?不同氮水平下劍麻地上部和根系養分含量

由表3可見，施氮處理地上部全氮含量均顯著高于對照，而施氮處理之間差異不顯著。高氮處理根系全氮含量顯著高于其它處理。根系全鉀含量隨著氮水平的增加而降低。不同處理之間根系全氮含量、地上部全磷含量、地上部全鉀含量差異不顯著。

2.4 ?不同氮水平下劍麻各器官中肥料N的比例

由表4可見，以示蹤法和差減法求得的地上部、根系和整株中肥料N的比例總體上隨著氮水平的增加而增加，但示蹤法求得的高氮和中氮處理根系中肥料N的比例差異不明顯。以差減法求得的肥料N比例均高于示蹤法算得的結果。以示蹤法計算時，地上部、根和整株肥料N比例分別為23.4%～31.8%、35.0%～40.7%、24.2%～32.6%。以差減法計算時，地上部、根和整株肥料N比例分別為34.7%～51.8%、33.1%～65.3%、34.6%～53.1%。

2.5 ?不同氮水平對劍麻氮素積累的影響

由表5可見，施氮處理劍麻地上部和整株吸N量均顯著高于對照，而施氮處理之間差異不顯著。其中，高氮處理整株吸氮量比對照高113.2%。各處理劍麻氮素主要累積在地上部，地上部吸氮量占整株吸氮量的90%以上。以示蹤法和差減法求得的地上部吸收的來自肥料的氮素的量均隨著氮水平的增加而增加，而根系則變化不明顯。其中，以示蹤法求得的高氮處理整株肥料N量比低氮處理高88.1%。以差減法求得的地上部和根系的肥料氮量均高于示蹤法算得的結果。

2.6 ?不同氮水平下劍麻的氮素利用率

由表6可見，不同氮水平下劍麻氮素利用率變化不明顯，即不同氮水平處理之間均未達到顯著水平。然而，劍麻地上部氮素利用率較高，根部較低。以示蹤法求得的劍麻整株氮素利用率為20.0%～22.0%，而以差減法求得的結果較大，為30.0%～35.7%。

3 ?討論與結論

不同氮水平明顯影響劍麻生長，株高、葉長、葉寬、根粗、地上部鮮重和含水量均隨氮水平增加而增加。氮水平的提高促進劍麻對氮素的吸收，地上部全氮含量和氮素積累量總體上隨著氮水平的增加而增加。不同氮水平還明顯影響劍麻對肥料氮的吸收利用。地上部、根系和整株吸收的氮素主要來自土壤，來自肥料的較少，且肥料N的比例總體上隨著氮水平的增加而增加。在該試驗條件下，劍麻氮素利用率較低，且不同氮水平下差異不明顯。

可見，施氮對劍麻幼苗生長具有一定的促進作用，苗期需要施用適量氮肥，才能滿足劍麻快速生長的需要。但氮肥利用率較低，劍麻幼苗吸收的氮素主要來自土壤，試驗期內大部分肥料氮未能被植株吸收。因此，在生產上應控制施氮量在合理水平。本試驗中，不同氮水平處理劍麻各生長指標差異不顯著，說明中氮和高氮處理增產效果不明顯，而低氮處理已滿足劍麻生長需要，故推薦0.138 g N/kg為劍麻幼苗最佳施肥水平。

本研究還發現，以示蹤法計算時，劍麻地上部、根和整株肥料N比例分別為23.4%～31.8%、35.0%～40.7%、24.2%～32.6%，說明劍麻根系中肥料N的比例高于地上部，且劍麻吸收的氮素中，來自肥料的氮素較少，大部分來自土壤，前人在研究水稻和小麥時也有類似發現。徐彩龍等[13]研究發現，小麥植株吸收的氮素大部分來自土壤氮，開花期小麥地上部植株積累的氮素只有28.7%～32.0%來自肥料氮，成熟期只有22.3%～33.6%來自肥料氮。周瑞慶等[14]研究發現，水稻所吸收的氮約2/3來源于土壤氮，1/3來源于當季所施的肥料氮。趙廣才等[15]研究發現，小麥各器官從肥料中吸收的氮的比例以根系最多，其次為籽粒和莖稈。

中國農田氮肥平均利用率只有30%～35%[16]，本試驗中，以示蹤法和差減法求得的劍麻整株氮素利用率分別為20.0%～22.0%、30.0%～35.7%，可見，以示蹤法求得的結果較低，而以差減法求得的結果與前人一致。Harmsen發現，在缺氮土壤中，用差減法計算所得的氮素回收率一般高于示蹤法計算所得的結果[17]。中國學者也認為，示蹤法測得的氮肥利用率低于差減法，因為氮示蹤法計算的氮肥利用率僅僅是差減法計算的氮肥利用率的一部分，沒有包含因施肥交換出土壤原有氮素的部分[18-19]。本試驗中，以示蹤法求得的劍麻各器官氮素利用率均低于以差減法求得的結果，這與前人的研究結果一致。

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