保水劑與尿素混施對土壤氮素保持和葡萄利用的影響

賈名波，于夢，曹耀鵬，邵小杰

(山東農業大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018)

氮素作為果樹必需礦質元素中的核心元素，是蛋白質和葉綠素的主要組成成分，適量施用氮肥能夠提高葉片的光合速率，促進果樹器官的分化和樹體建成，延長葉片功能期[1]，提高果樹產量，并改善果實品質[2,3]。但是過量施氮、集中施氮在葡萄生產中普遍存在，部分產區還存在春季一次施氮肥的現象，這不但會導致植株營養生長過旺、果實品質下降，還會加劇土壤中氮素淋溶，造成氮素利用率降低和環境污染。在水稻[4]、玉米[5]、蘋果[6]上的研究表明，分次施肥較一次性施肥可提高肥料利用率、增加產量和改善品質，但分次施肥生產成本提高，加上目前勞動力短缺，生產上分次施肥實施困難。

保水劑(Super absorbent polymer, SAP)，又稱土壤保水劑，是一種利用強吸性樹脂制成的具有超高吸水、保水能力的高分子聚合物。吸水后的水凝膠可緩慢釋放水分供作物利用[7]，同時具有改善土壤結構，增強土壤吸水、保水和保肥的能力，在國內外逐漸得到廣泛應用[8,9]。目前許多保水劑被用來控制氮肥養分的吸附與釋放[11]，保水劑降低了土壤氮素淋失，提高了脲酶活性和植物吸收氮素的能力，具有明顯保肥效果[12]。另有研究表明，在不同氮肥種類中，保水劑對尿素有更強的吸持能力，緩釋效果明顯[13,14]。尿素與保水劑配施，水肥調控達到最好，尿素對保水劑吸水性能影響最小，尿素的氨揮發量最小[14,15]。因此，筆者以釀酒葡萄赤霞珠為試材，采用保水劑吸附尿素的施肥方式，研究其對土壤氮素保持及葡萄氮素利用的影響，以期為保水劑在葡萄施肥上的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料及處理

本研究于2013～2014年在山東農業大學核心示范園進行。供試葡萄品種為3年生自根赤霞珠，株行距為1m×2m。試驗前測定土壤的基礎營養數據，取葡萄基地0～40cm土壤作為試驗研究地肥沃程度的指標，有機質含量12.09g/kg，全氮1.28g/kg，速效氮106.28mg/kg，速效磷59.92mg/kg，速效鉀58.73mg/kg。

保水劑為BJ2101L型交聯聚丙烯酰胺保水蓄肥改土劑(丙烯酰胺-丙烯酸鉀共聚物，英文為CL-PAM-K，縮寫為保水劑)，由北京漢力淼新技術有限公司生產，直徑約5mm左右。試驗前按照保水劑∶尿素∶水=1∶20∶200的比例制備保水劑吸附尿素，將保水劑放入尿素溶液中，待吸附完全后施入土壤。

試驗設置4個處理，分別為：①B+N。保水劑吸附尿素87.46g，5月1日新梢旺長期施入。②N。尿素87.46g，5月1日新梢旺長期一次性施入。③NF。尿素87.46g，分5次施入，分別為5月1日新梢旺長期15%、6月1日坐果期15%、7月1日果實膨大期40%、8月1日轉色期10%、9月1日成熟期20%。④CK。不施氮肥。選取長勢基本一致的植株，每處理10株，單株為1次重復。各處理均在新梢旺長期一次性施入磷鉀肥，不再施其他肥料，常規管理。

1.2 測定方法及數據處理

土壤堿解氮采用凱氏定氮法測定；植株全氮采用濃硫酸-過氧化氫(H2SO4-H2O2)消煮法、凱氏定氮法測定；土壤pH值用pH510型臺式pH儀測定；脲酶活性測定采用苯酚鈉比色法；干物質量使用電子天平測定。計算氮累積量及氮肥利用率。氮累積量(g/plant )=干物質量(g/plant )×氮含量(%)/100；氮肥利用率(%)=(施氮區吸氮量-不施氮區吸氮量)/氮肥用量×100。

采用Microsoft excel 2010軟件進行數據處理，采用DPS軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 施氮方式對土壤性狀的影響

2.1.1對土壤堿解氮含量的影響 由圖1可知，0～20cm、20～40cm土層的土壤堿解氮含量規律比較一致，除分次施入NF處理外，其余各處理土壤堿解氮含量均呈現下降趨勢，其中以一次性施入N處理的下降速度最快，B+N保水劑吸附尿素處理的堿解氮下降趨勢變緩。0～20cm土層的堿解氮含量各處理間差異較大，各處理的顯著大于對照，NF處理的土壤堿解氮含量一直穩定在較高水平，至10月1日其堿解氮含量與對照相比增加136.31%。N處理的土壤堿解氮到10月1日比6月1日減少50%左右。B+N處理的土壤堿解氮也一直呈現下降趨勢，但是下降速度相對N處理慢。到成熟期土壤堿解氮含量大小順序為：NF>B+N>N>CK。20～40cm土層堿解氮含量明顯低于0～20cm，變化規律總體與0～20cm土層相似，但下降趨勢變小，且各處理間差異減小。因此，保水劑吸附尿素后能夠降低氮素的淋溶，使氮素維持在葡萄根系附近。

圖1 不同施氮方式下土壤堿解氮含量變化

2.1.2對土壤pH值的影響 不同施氮處理均不同程度地提高了土壤pH值，不同處理間pH升高趨勢不完全一致(圖2)。其中N處理的前期相比于其他處理升高效果顯著，但是后期由于尿素的減少，土壤pH值迅速下降，10月1日的pH值比6月1日下降約9.38%，此規律與其土壤堿解氮規律類似。NF處理的一直保持較高的上升趨勢，至10月1日顯著高于其他處理。保水劑的施入使尿素分解速率降低，pH值變化比較平緩，與對照間差異不顯著。20～40cm的土壤pH變化規律與0～20cm的相似，但保水劑處理的土壤pH值顯著高于對照。

2.1.3對土壤脲酶活性的影響 由圖3可知，隨著土壤深度的增加，土壤脲酶活性呈現下降趨勢，各施肥處理均顯著增加了土壤脲酶活性。其中NF處理的脲酶活性一直比較穩定，后期還有一定提高。其他處理脲酶活性前期較高，但8月1日以后下降趨勢明顯。10月1日數據與6月1日數據相比，0～20cm土層各處理下降幅度均在60%以上，20～40cm土層各處理降幅也在60%左右。大多數時期保水劑與尿素混施處理的土壤脲酶活性顯著高于其他處理。

圖2 不同施氮方式土壤pH變化

圖3 不同施氮方式土壤脲酶活性變化

2.2 施氮方式對赤霞珠葡萄植株的影響

2.2.1對葡萄葉氮素營養的影響 葉片與葉柄中的全氮含量變化趨勢存在較大差異，葉片中的全氮含量顯著高于葉柄，各施肥處理的氮含量均高于對照。葉柄：B+N處理的葉柄全氮含量先下降，自7月1日開始上升，至10月1日升至1.48%左右。NF處理6月1日至7月1日有一個較顯著的上升過程，增幅達37.08%，隨后一直穩定在較高的水平。而N處理前期有一個顯著的下降過程，后期有小幅下降。葉片：6月1日至7月1日，各處理的葉片全氮含量均有所上升，其中N處理全氮含量最高，其次是B+N處理。7月1日之后，N處理的全氮含量一直呈現較明顯的下降趨勢，而B+N處理在8月1日之前仍有一個上升過程，隨后再進入下降過程。NF處理變化幅度相對較小(圖4)。

圖4 不同施氮方式赤霞珠葉氮素營養的變化

2.2.2對落葉期干物質累積量的影響 由圖5可知，保水劑吸附尿素處理B+N各器官的干物質累積量均維持在較高水平，顯著高于其他處理。多年生枝、根和果實的干物質累積量，各處理的規律相似，即 B+N>NF>N>CK，而葉片的干物質累積量各處理間無顯著性差異。各處理間當年生枝的干物質累積量差異非常大，其中B+N處理最高，其次是N處理，再次是NF處理，CK最低。就整株總的干物質累積來看：B+N>NF>N>CK，其中NF和N處理之間無顯著性差異。

圖5 不同施氮方式植株各器官的干物質累積量比較

注：柱上不同小寫字母表示在5%水平差異顯著，下同。

2.2.3對落葉期各器官氮含量與累積量的影響 葡萄各器官氮含量規律和累積量規律呈現相似性，氮素的含量和累積量都是葉片中最高，葉片是吸收和累積氮素的關鍵器官。葉片和果實中的氮含量規律比較一致：B+N處理和NF處理的氮含量最高，其次是N處理，CK最低。當年生枝中的氮含量各施肥處理間無顯著性差異，但均高于對照。多年生枝和根中的氮含量規律相似，NF和N處理的氮含量較高，其次是保水劑與尿素混施處理，對照最低。葉片和果實的氮素累積量規律與其氮素含量規律相似。各處理當年生枝中的氮素累積量差異較大，B+N處理累積的氮素最高，為CK處理的2.85倍，其次是NF和N處理的氮素累積量，分別為CK處理2.08倍和2.22倍。當年生枝和根中的氮素累積量規律相似，大小順序為NF>B+N>N>CK，且各處理間差異較小(圖6)。

2.2.4對氮素利用率的影響 肥料的表觀利用率能很好地反映作物對化肥養分的吸收狀況，是中國學術界和政府關注的焦點[16]。通過試驗得知(表1)，各施肥處理當季氮素利用率大小順序為：B+N>NF>N，保水劑吸附氮素處理B+N提高了氮素利用率，比一次性施氮處理N提高了7個百分點。同時分次施氮NF的氮素利用率也比較高，比一次性施氮處理提高了5～6個百分點。保水劑吸附尿素的施肥方式與分次施肥的氮肥利用率相近。

圖6 不同施肥方式葡萄植株各器官的氮含量

氮素累積量(g/plant)當季施氮量(g/plant)氮肥表觀利用率(%)CK14.17--NF22.3949.4716.63B+N23.1949.4718.25N19.6949.4711.16

3 討論

土壤堿解氮包括無機態氮(銨態氮、硝態氮)及易水解的有機態氮，其中銨態氮和硝態氮是速效氮，是脲酶與尿素反應后的終產物[17]。保水劑與尿素的混施有助于土壤對氮素的保持，使土壤堿解氮含量比較穩定，這與眾多在保水劑上的研究結果一致[18,19]。后期土壤堿解氮含量有所下降，這可能由于夏季雨水較多，對尿素的淋溶較多，導致了后期尿素含量降低，因此保水劑對肥料的緩釋效果還要充分考慮當季的降水量等天氣因素。張為政指出脲酶活性的變化與土壤氮素狀況及土壤理化特性有關[20]，其活性大小可以反映土壤肥力的微小變化。保水劑的應用使脲酶活性一直保持在較高水平，說明保水劑改善了土壤的理化性質，同時對土壤氮素有很好的保持作用。有研究表明尿素施入土壤后能夠快速引起土壤pH的升高[21]，但是保水劑與吸附尿素之后，對尿素的緩釋效果使土壤pH比較穩定。

雖然對于葡萄植株營養診斷，用葉片或葉柄國內外看法不一致，但研究普遍認為葡萄的葉片及葉柄的元素含量能夠反映樹體的養分需求情況[22]，保水劑吸附尿素之后完全可以滿足葡萄對氮素的需求，尤其是后期的持續供氮能力，在葉柄中保水劑處理的效果甚至比分次施尿素處理更好。關于緩控釋肥能夠顯著提高肥料利用率的研究較多[23,24]，本試驗結果也證實保水劑吸附尿素之后能夠顯著提高尿素的肥料利用率，且其效果超出了分次施肥處理。

科學簡化施肥是未來科學施肥的目標和方向[25]，保水劑對尿素能夠起到很好的緩釋作用，一次施入完全能夠滿足作物對氮素的需求，與氮素分次施入處理相比大大減少了勞動成本，同時由于保水劑本身對土壤的改良作用，使赤霞珠葡萄能夠更好的生長。

[1] 劉連濤, 李存東, 孫紅春, 等. 氮素營養水平對棉花不同部位葉片衰老的生理效應[J]. 植物營養與肥料學報, 2007, 13(5):910-914．

[2] Neilsen G H, Neilsen D, Bowen P, et al. Effect of Timing, Rate and Form of N Fertilization on Nutrition, Vigor, Yield and Berry Yeast-Assimilable N of Grape[J]. Am J En 01. Vitic, 2010, 61: 327-336．

[3] Chloupek O, Hrstkova P, Schweigert P. Yield and its stability,cropdiversity,adaptability and response to climate change, weather and fertilization over 75 years in the Czech Republic In comparison to some European countries[J]. Field Crops Res, 2004, 85(2-3): 67-190．

[4] 張木, 唐拴虎, 逄玉萬, 等. 不同氮肥及施用方式對水稻養分吸收特征及產量形成的影響[J]. 中國土壤與肥料, 2017, 2: 69-75.

[5] 李二珍, 靳存旺, 閆洪, 等. 氮肥分次施用比例對春玉米光合速率及產量的影響[J]. 中國土壤與肥料, 2017, 5: 12-16.

[6] 趙林, 姜遠茂, 彭福田, 等. 嘎拉蘋果對春施N15尿素的吸收、利用與分配特性[J]. 植物營養與肥料學報, 2009, 15(6):1439-1443.

[7] 趙陟峰, 王冬梅, 趙廷寧. 保水劑對煤矸石基質上高羊茅生長及營養吸收的影響[J]. 生態學報, 2013,33(16): 5101-5108.

[8] Lokhande H T, Gotmare V D. Utilization of textile loomwaste as a highly absorbent polymer through graft co-polymerization. Bioresource Technology, 1999, 68(3): 283-286.

[9] 丁林, 張新民. 保水劑對春玉米注水播種條件下土壤水分及生長發育的影響[J]. 中國農村水利水電, 2010, 11: 56-60.

[10] 穆俊祥，曹興明，劉拴成. 保水劑與氮肥配施對馬鈴薯生長和水肥利用的影響[J].河南農業科學, 2016, 45(9):35-40.

[11] 黃震, 黃占斌, 李文穎, 等. 不同保水劑對土壤水分和氮素保持的比較研究[J].中國生態農業學報, 2010,02:245-249.

[12] 茍春林, 杜建軍, 曲東, 等. 氮肥對保水劑吸水保肥性能的影響[J]. 干旱地區農業研究, 2006 , 24(6):78-84.

[13] He X S, Liao Z W, Huang P Z, et al. Characteristics and performance of novel water-absorbent slowrelease nitrogen fertilizers. Journal of Integrative Agriculture, 2007, 6(3):338-346.s

[14] 馬力, 周青平, 顏紅波, 等. 氮肥與保水劑配施對青燕1號燕麥產量的影響[J]. 草業科學, 2014,10(31):1929-1934.

[15] Fenn L B, Talyer R M and Matoeha J E. Ammonia losses from surface-applied nitrogen Fertilizer as controlled by soluble calcium and magnesium: General Theory[J]. Soil Sci. Soc. AmJ., 1981a, 45:777-781.

[16] 張福鎖，王激清，張衛峰，等．中國主要糧食作物肥料利用率現狀與提高途徑[J]．土壤學報, 2008, 45(5):915-923.

[17] 宋玉婷, 呂小紅. 水稻土壤堿解氮與脲酶活性對不同氮素水平的響應[J]. 北方水稻, 2010, 40(4):8-12.

[18] 茍春林, 王新愛, 李永勝, 等. 保水劑與氮肥的相互影響及節水保肥效果[J].中國農業科學, 2011, 44(19):4015-4021.

[19] 黃震, 黃占斌, 李文穎, 等. 不同保水劑對土壤水分和氮素保持的比較研究[J]. 中國生態農業學報, 2010, 18(2): 245-249.

[20] 張為政.作物茬口對土壤酶活性和微生物的影響[J]. 土壤肥料, 1993, 5:12-14.

[21] 蔣朝暉, 曾清如, 皮荷杰, 等. 不同品種尿素施入土壤后pH值的變化和氨氣釋放差異[J]. 環境化學,2009, 28(2):177-180.

[22] 李港麗, 蘇潤宇，沈雋.幾種落葉果樹內礦質元素含量標準值的研究[J]. 園藝學報, 1987, 14(2):81-89.

[23] 李前, 秦裕波, 孔麗麗, 等. 不同類型的緩/控釋肥對玉米氮素吸收及土壤速效氮的影響[J]. 玉米科學, 2017(4): 123-128.

[24] Shaviv A, Mikkelsen R L. Controlled-release fertilizers to increase efficiency of nutrient use and minimize environmental degradation-A review[J]. Fertilizer Research, 1993, 35:1-12.

[25] 司賢宗, 韓燕來, 王宜倫, 等. 緩釋氮肥與普通尿素配施提高冬小麥一夏玉米施肥效果的研究[J]. 中國農業科學, 2013, 46(7)：1390-1398.