應(yīng)用¹⁵N示蹤技術(shù)研究橡膠樹幼苗對不同氮肥的吸收和分配

杜海燕等

摘 要 采用15N示蹤技術(shù)研究橡膠樹幼苗對尿素、硫酸銨、硝酸鈣及硝酸銨等4種氮肥的吸收和分配特征。結(jié)果表明：施用尿素、硫酸銨的膠苗生長要顯著優(yōu)于硝酸鈣；各器官對4種氮肥的吸收和分配并不一致；器官中15N豐度大致以形成層最高，葉片、粗根和葉柄最低；15N示蹤下4種氮肥利用率介于18.04%～19.03%，但差異不顯著；4種氮肥的表觀利用率以尿素和硫酸銨處理的最高，分別為20.18%和19.53%，硝酸鈣處理的最低，僅有9.25%。綜上所述，盆栽試驗(yàn)條件下酰胺態(tài)和銨態(tài)氮肥的表觀利用率要優(yōu)于硝態(tài)氮肥。

關(guān)鍵詞 橡膠樹；15N標(biāo)記氮肥；吸收和分配

中圖分類號 S143.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

Abstract The characteristics of the absorption and distribution of four nitrogen fertilizers： urea， ammonium sulfate， calcium nitrate and ammonium nitrate in rubber tree（Hevea brasiliensis）seedlings were studied using 15N tracer technique through pot experiment. The results showed that the rubber tree seedlings receiving the urea， ammonium sulfate fertilizer grew significantly better than those receiving the calcium nitrate； The absorption and distribution nitrogen were uneven in different organs. The 15N abundance in cambium was highest， while those in leaf， coarse root and petiole were minimum； The recovery efficiency of the four nitrogen fertilizers ranged from 18.04% to19.03% under 15N tracer， but the difference were not significant； Apparent nitrogen fertilizer recovery of urea and ammonium sulfate were the highest in four nitrogen fertilizers， which were 20.18% and 19.53%， respectively. Calcium nitrate was the lowest， which was only 9.25%. In summary， apparent nitrogen fertilizer recovery of amide nitrogen fertilizer and ammonium nitrogen fertilizer performed better than the nitrate nitrogen fertilizer for rubber tree（Hevea brasiliensis）seedling growth in the pot experiment.

Key words Rubber tree； 15N label nitrogen fertilizer； Absorption and distribution

提高氮肥利用率、減少氮肥損失已經(jīng)成為全球性的重大研究課題[1-2]。對此，國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了長期、大量的研究，并逐漸達(dá)成共識：合理施用氮肥（包括施肥量、施肥時(shí)期、施肥方法及氮肥品種）是提高氮肥利用、減少氮肥損失的重要措施[2-4]。橡膠是中國熱區(qū)典型的經(jīng)濟(jì)作物，與東南亞等主要植膠國相比，中國植膠區(qū)自然條件稍差，且單產(chǎn)與其相比也有一定差距[5]。因此，在中國植膠業(yè)的發(fā)展歷程中，施肥一直是保證橡膠樹增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的基本措施。然而經(jīng)過60年來的植膠生產(chǎn)，中國植膠區(qū)已經(jīng)面臨單產(chǎn)提升困難、土壤養(yǎng)分大面積下降等重大問題。研究表明，海南植膠區(qū)土壤全氮僅0.82 g/kg，已成為低氮水平的植膠土壤[6]。由此可見，發(fā)展和研究橡膠樹合理施用氮肥的原理和方法已經(jīng)成為植膠業(yè)的一項(xiàng)重要而緊迫的任務(wù)，對于橡膠樹的增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)以及橡膠林土壤培肥具有重要意義。

氮肥主要以銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和酰胺態(tài)氮3種形態(tài)為主。長期以來，國內(nèi)外學(xué)者圍繞不同作物對不同形態(tài)氮素吸收、利用及分配開展了大量的研究。由于15N示蹤技術(shù)的特殊性，能準(zhǔn)確的區(qū)別15N與其他來源的氮素，被廣泛用于植株體內(nèi)氮素利用、分配及損失去向研究[7-11]。橡膠樹為多年生的高大喬木，利用傳統(tǒng)氮肥研究方法來明確橡膠樹對氮素的吸收、利用和分配機(jī)理存在很大的實(shí)際困難，而橡膠樹利用15N示蹤技術(shù)的相關(guān)研究僅見潘中耀等[12]和王文斌等的報(bào)道[13]。本文采用15N示蹤技術(shù)研究橡膠樹幼苗對不同形態(tài)15N標(biāo)記氮肥的吸收和分配利用，試圖明確不同氮肥品種在橡膠樹幼苗利用和分配特性，以期為橡膠樹氮素優(yōu)化管理提出理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

選用熱研7-33-97袋裝芽接幼苗（兩蓬葉）為試材。供試土壤采自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場五隊(duì)膠園（0～20 cm的表層土壤），土壤類型為花崗片麻巖發(fā)育而來的磚紅壤。其基本理化性狀如下：pH為5.19，土壤有機(jī)質(zhì)20.84 g/kg，全氮0.94 g/kg，有效磷13.41 mg/kg，速效鉀21.76 mg/kg。供試肥料選用上海化工研究院生產(chǎn)的4種15N標(biāo)記肥，分別為：15N標(biāo)記尿素[CO（15NH2）2]、15N標(biāo)記硫酸銨[（15NH4）2SO4]、15N標(biāo)記硝酸鈣[Ca（15NO3）2]、15N雙標(biāo)記硝酸銨[15NH415NO3]，經(jīng)過標(biāo)記氮肥與普通氮肥不同比例混合計(jì)算，得到最后15N豐度均為2.80%，磷肥為普通過磷酸鈣（P2O5 16%），鉀肥為氯化鉀（K2O 62.87%，分析純）。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)在中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所種質(zhì)資源苗圃溫室進(jìn)行。盆栽容器選擇高38 cm、口徑38 cm、底徑33 cm的塑料桶，每桶裝土30 kg（風(fēng)干后過2 mm篩）。試驗(yàn)設(shè)置4個處理，分別施4種標(biāo)記氮肥，隨機(jī)排列4次重復(fù)，以不施氮肥為對照。小苗移栽4個月后，待小苗生長穩(wěn)定后進(jìn)行施肥。氮肥用量為2.00 g/桶，過磷酸鈣11.03 g/桶，氯化鉀1.90 g/桶，施肥處理及施肥量詳見表1。在距幼苗基部10 cm處，挖環(huán)狀溝（6 cm深），將氮磷鉀肥一次性全部施入土壤，施肥后覆土并統(tǒng)一定量灌水，之后定期灌溉，其他按照常規(guī)措施統(tǒng)一管理。

1.2.2 測定項(xiàng)目與方法 試驗(yàn)結(jié)束后，采集苗木全株，將植株樣本帶回實(shí)驗(yàn)室分別解析為葉片、葉柄、主莖皮、形成層、主莖、粗根和細(xì)根。清潔處理后，經(jīng)過110 ℃殺青20 min，再于75 ℃烘干至恒重，冷卻后稱重。測算干、鮮重后粉碎混勻，用元素分析-穩(wěn)定同位素聯(lián)用儀（Thermo Flash EA1112，美國）-穩(wěn)定性同位素質(zhì)譜聯(lián)用儀（GV IsoPrime GB312，英國）測定15N豐度（精度0.000 1）。植物樣采用濃硫酸-雙氧水消煮，用AA3連續(xù)流動儀測定全氮含量[14]。

相關(guān)計(jì)算公式：

氮肥利用率/%=×100

氮肥農(nóng)學(xué)利用率/%=

×100

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。采用SAS 9.0進(jìn)行單因素方差分析，差異的顯著性分析均在p<0.05水平下進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥對橡膠樹幼苗生長的影響

從表2可以看出，不同氮肥處理下葉片、主莖皮和形成層等器官生物量差異顯著（p<0.05）。就葉片生物量而言，尿素、硫酸銨和硝酸銨處理顯著高于對照和硝酸鈣的；葉柄生物量以尿素處理最高，硝酸鈣處理最低；硫酸銨處理的主莖皮生物量顯著高于硝酸鈣的，4種氮肥處理均顯著高于對照；形成層生物量以硝酸鈣的最高，尿素和對照的最低；尿素處理下得主莖生物量顯著高于對照，而其他處理與對照差異不顯著；粗根的生物量以對照的最高，硝酸鈣處理最低；尿素處理的細(xì)根生物量最高，而硝酸銨和對照的最低。以上結(jié)果說明，不同氮肥處理對橡膠樹幼苗葉片、主莖皮和形成層等器官的生物量產(chǎn)生了顯著影響，但上述器官生物量對不同氮肥的肥效反饋并不一致。總體而言，不施氮促進(jìn)了橡膠樹幼苗粗根的生長，施氮處理中尿素要優(yōu)于硝酸鈣。筆者還統(tǒng)計(jì)了不同氮肥處理下的膠苗株徑、株高及總生物量等指標(biāo)（圖1），結(jié)果表明，不同氮肥處理的膠苗株徑、株高及總生物量存在顯著差異（p<0.05）。其中，尿素處理的株徑最高，達(dá)12.33 mm，而硝酸鈣處理的株徑最低，為10.93 mm；尿素、硫酸銨、硝酸銨以及對照處理下的株高之間并無差異，但均顯著高于硝酸鈣處理；膠苗的總生物量也以尿素最高，硝酸鈣最低。從3個指標(biāo)綜合來看，施用尿素、硫酸銨（酰胺態(tài)和銨態(tài)氮肥）的膠苗生長要顯著優(yōu)于硝酸鈣的（硝態(tài)氮肥），而施用硝酸銨（硝銨均有）也要略好于硝酸鈣的。

2.2 不同氮肥對橡膠樹幼苗各器官含氮量的影響

由表3可以看出，施用不同氮肥后，膠苗器官含氮量差異顯著（p<0.05）。尿素、硫酸銨和硝酸銨處理的膠苗葉片、主莖皮含氮量要顯著高于硝酸鈣和對照的；尿素、硝酸銨的葉柄含氮量顯著高于硝酸鈣和對照的；形成層含氮量以硫酸銨處理的最高，對照最低；尿素和硫酸銨處理的主莖含氮量顯著高于硝酸銨、硝酸鈣和對照處理的，且以對照處理最低；粗根含氮量以尿素處理的最高，對照處理的最低；尿素和硫酸銨處理的細(xì)根含氮量要顯著高于硝酸銨和對照的，且以對照處理最低。從膠苗的總含氮量來看，不同氮肥處理間仍存在顯著差異（p<0.05）。以尿素和硫酸銨處理的膠苗總氮量最高，顯著高于硝酸鈣和對照處理的，且以對照處理的最低。上述結(jié)果表明，施氮顯著提高了膠苗的含氮量，施用酰胺態(tài)氮肥和銨態(tài)氮肥膠苗中的含氮量要顯著優(yōu)于施用硝態(tài)氮肥的。

2.3 橡膠樹幼苗各器官對肥料氮的吸收和分配

為了明確橡膠樹幼苗對不同氮肥的吸收特性，筆者利用15N示蹤技術(shù)驗(yàn)證了膠苗各器官對肥料氮的吸收能力。由表4可見，葉柄、主莖皮、形成層、主莖和細(xì)根等器官對4種氮肥吸收能力存在顯著差異（p<0.05）。硝酸銨處理的葉柄吸收肥料氮顯著高于其他處理的；硫酸銨和硝酸銨處理的主莖皮所吸收的肥料氮顯著高于尿素處理的；形成層吸收的肥料氮以硫酸銨和硝酸鈣2個處理的最高；而主莖中吸收的肥料氮又以硫酸銨的最高，硝酸銨的最低；細(xì)根中以硝酸鈣的最高，硝酸銨的最低；從膠苗吸收的總肥料氮量來看，4種肥料處理之間并無差異。以上結(jié)果說明：膠苗對4種氮肥的吸收能力并無差異；膠苗各器官對4種氮肥的吸收能力存在一定差異，規(guī)律并不一致。

植株中15N豐度表示其對15N標(biāo)記肥料氮的吸收積累以及肥料氮在植株體內(nèi)遷移的狀況。為此，筆者比較了4種氮肥處理膠苗不同器官的15N的豐度（表5）。由表5可知，尿素處理的膠苗各器官15N豐度介于0.96%～1.33%，以形成層最高，主莖、主莖皮和細(xì)根居中，粗根和葉柄次之，葉片最低；硫酸銨處理的膠苗各器官15N豐度介于0.97%～1.40%，以形成層最高，葉片、葉柄和粗根最低；硝酸銨處理的膠苗各器官15N豐度介于1.09%～1.34%，以形成層最高；硝酸鈣處理的膠苗各器官15N豐度介于1.08%～1.46%，以形成層最高，葉柄最低。綜合來看，4種氮肥處理膠苗各器官15N豐度大致以形成層最高，葉片、粗根和葉柄最低。

2.4 不同氮肥的利用率

4種氮肥處理的膠苗總含氮量以尿素和硫酸銨處理最高，硝酸鈣最低，而膠苗從4種氮肥中吸收的總肥料氮并無差異。因此，膠苗總氮中來自肥料氮的比例以硝酸鈣的最高，而尿素和硫酸銨的最低（表6）。筆者利用差減法計(jì)算了膠苗總氮中來自土壤氮的比例，以尿素和硫酸銨處理的最高，為73.45%和72.63%，硝酸鈣的最低，為66.54%；就其氮肥利用率而言，4種氮肥之間并無差異；4種氮肥的表觀利用率方面，以尿素和硫酸銨處理的最高，分別為20.18%和19.53%，硝酸鈣最低，僅有9.25%；從膠苗對4種氮肥的表觀利用率來看，酰胺態(tài)氮肥和銨態(tài)氮肥的表觀利用率要顯著優(yōu)于硝態(tài)氮肥。

3 討論與結(jié)論

生理學(xué)家認(rèn)為NO3-N和NH4-N在作為植物供氮源時(shí)具有同等價(jià)值，但在可以選擇的條件下，不同植物對2種氮源的相對吸收量存在明顯差異，作物不同器官對2種氮源的吸收、積累和分配上也存在顯著差異[11，15-16]。李晶等[11]采用15N同位素示蹤法研究了蘋果樹對硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的利用和分配，結(jié)果表明，蘋果樹對硝態(tài)氮的利用率顯著高于銨態(tài)氮。董雯怡等[15]的研究結(jié)果表明，毛白楊對硝態(tài)氮的利用率同樣顯著高于銨態(tài)氮，前者約為后者2.5倍。在各器官對肥料氮的吸收和分配能力上，硝態(tài)氮也顯著高于銨態(tài)氮。其中以莖對肥料氮的征調(diào)能力最高，其次為葉和根。另有研究結(jié)果表明[16]，施用15N肥料后梨樹的葉片、新梢及果實(shí)較其他部位具有更高的氮素吸收能力。潘中耀等[12]的研究結(jié)果表明，葉片對NO3-15N的征調(diào)能力要優(yōu)于NH4-15N。但是該研究僅將葉片作為對不同氮源的反應(yīng)器官進(jìn)行了研究，研究結(jié)論不足以說明橡膠樹對不同氮源的征調(diào)能力。另外王文斌等[13]利用同位素示蹤技術(shù)研究了尿素在橡膠樹幼苗中得吸收和分配特性，認(rèn)為施用尿素后，氮素在橡膠樹各器官中分配差異顯著。落葉前期橡膠樹吸收的氮素主要分配在葉片中，落葉后橡膠樹吸收的氮素則主要分配在主莖中。本研究結(jié)果表明，橡膠樹幼苗對4種氮肥的吸收能力并無差異，而各器官對4種氮肥的吸收能力存在一定差異，但規(guī)律并不一致。就各器官的15N豐度而言，大致以形成層最高，葉片、粗根和葉柄最低。該結(jié)果與前人在蘋果樹[11]、毛白楊[15]及梨樹[16]的研究結(jié)果不同，說明不同作物對氮源的選擇上存在明顯差異，不同作物不同器官對氮肥的吸收能力也不盡相同。

本研究結(jié)果表明，橡膠樹幼苗對4種氮肥的吸收率差異并不顯著。而從膠苗生物量、株高、株徑和含氮量的綜合分析來看，施用銨態(tài)氮肥或酰胺態(tài)氮肥后膠苗的生長要優(yōu)于施用硝態(tài)氮的。由于15N示蹤技術(shù)能夠準(zhǔn)確的反映作物對肥料氮的利用情況，是目前為止最為精確的氮肥利用研究方法，然而卻不能反映作物對土壤氮的利用。在反映田間氮肥的肥效方面，氮肥表觀利用率使用差減法計(jì)算氮肥利用率，包括了作物因施用氮肥而多吸收的土壤氮，更符合田間實(shí)際。因此，在研究氮的轉(zhuǎn)化和去向時(shí)應(yīng)采用示蹤法，以了解化肥氮的利用等情況。而從農(nóng)學(xué)角度來看，在評價(jià)氮肥效果時(shí)應(yīng)采用差減法的氮肥利用率。從膠苗對4種氮肥的表觀效率來看，酰胺態(tài)氮肥（20.18%）和銨態(tài)氮肥（19.53%）的表觀效率要顯著優(yōu)于硝態(tài)氮肥（9.25%）。上述結(jié)果主要是因?yàn)槭┯娩@態(tài)氮肥和酰胺態(tài)氮肥膠苗對土壤氮的吸收要顯著高于施用硝態(tài)氮肥，施用銨態(tài)氮肥和酰胺態(tài)氮肥后可能激發(fā)了膠苗對土壤氮的吸收，其氮肥表觀利用效率顯著高于施用硝態(tài)氮肥的。Sivanadyan等[17]選用尿素、硫酸銨、硝酸銨和氯化銨對橡膠樹設(shè)置了7個氮肥田間試驗(yàn)，對4種氮肥在橡膠樹上的肥效進(jìn)行了長期跟蹤（8 a）和評價(jià)，結(jié)果表明，4種氮肥對橡膠樹生長效應(yīng)（莖圍、開割率、生物量、葉片含氮量以及對養(yǎng)分的吸收）并不一致，多個試驗(yàn)的氮肥產(chǎn)量效應(yīng)也不一致，橡膠樹對各種氮肥類型均適應(yīng)。這與本文15N示蹤下橡膠樹幼苗對4種氮肥的吸收率并無差異的結(jié)論基本一致。另外本文酰胺態(tài)氮肥和銨態(tài)氮肥的表觀利用率要顯著優(yōu)于硝態(tài)氮肥的，其研究結(jié)果是在室內(nèi)盆栽條件下取得的，而田間實(shí)際生產(chǎn)條件與盆栽田間差異巨大，因此，該研究結(jié)果尚需在田間做進(jìn)一步研究。

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