水肥配比對大棗氮素分布及利用效率的影響

龔 萍，劉洪光，何新林，阿爾娜古麗·艾買提

(1.現代節水灌溉兵團重點實驗室，新疆 石河子 832000 ；2.石河子大學水利建筑工程學院，新疆 石河子 832000)

水分和氮素是影響大棗產量、品質和氮素利用率的關鍵因素，國內外的研究表明，水分養分的耦合作用對作物的生長發育、生理代謝、產量和品質均有十分顯著的影響。近年來，國內外科研工作者關于水肥對于小麥、玉米、水稻、蔬菜、果樹等生產的影響[1-7]，進一步證實了水分和氮素及其耦合作用在作物生長過程中的重要性。如何在考慮作物需求的基礎上對氮肥進行優化管理，減少不必要的肥料浪費，提高氮肥利用率仍是目前研究的熱點。

許多學者圍繞水肥耦合對作物生長進行了廣泛而又深入的研究，對甜茶、水稻、小麥、蘋果、葡萄、草莓、烤煙等作物和果樹采用15N示蹤技術進行了不同水肥配比試驗，研究了不同水肥配比對作物和果樹產量、氮肥吸收、利用的影響[8-19]。可以看出，目前的研究多集中在水稻、玉米等一年生大田作物上，穩定性15N示蹤技術在作物、蔬菜、蘋果樹、油桃、橡膠樹、桑樹、冬棗、甜櫻桃等上均有應用，在棗樹上的研究還較少，且大多數研究多致力于于氮肥施用量和施用時期對果樹產量的影響，關于不同土壤水分狀況和氮肥水平下水肥耦合對大棗氮素分布及氮素利用效率的影響等方面較少涉及。而果樹與作物、蔬菜的生長特性有較大差別，水肥利用對棗樹的氮素分布和利用與作物的不盡相同，需要進一步研究。因此，討論不同水肥條件下大棗氮素吸收、分布及氮素利用效率的變化對優化水肥管理技術有重要意義。

針對上述問題，在前期研究基礎上，以13 a樹齡的大棗為研究對象，采用穩定同位素示蹤技術，系統研究不同肥水配比對大棗氮肥利用率及其在植株體內分配的影響，進一步采取措施調控土壤氮素循環與供應，為干旱地區大棗水肥的合理施用，提高氮肥利用率，減少氮素損失提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗地點

試驗于2014年在新疆生產建設兵團第十三師紅星一場園藝二場4斗1壟(42°32′23″N， 94°11′08″E)進行(圖1)，供試棗樹樹齡為13 a，平均樹高為1.65 m，行株距為5 m×2 m。試驗地年平均氣溫9.9 ℃，年平均降水量不足50 mm，年平均蒸發量3 000 mm，試驗區土壤為沙土，土壤容重γ為1.5 g/cm3，田間持水率為16%(質量含水率)。

滴灌毛管采用單翼迷宮式滴灌帶，滴頭流量為3.2 L/h，滴頭間距30 cm。滴灌帶采用一行兩管的布置方式，每條滴灌帶均距離樹干60 cm，如圖2所示。

圖1 試驗區地理位置示意圖Fig.1 The schematic diagram of the geographical location of the test area

圖2 大棗滴灌布置示意圖(單位：cm)Fig.2 The schematic diagram of jujube drip irrigation arrangement

1.2 試驗設計

試驗處理設置灌水量和施肥量2個因素，以田間持水量(FC)為標準設置3個灌水處理，分別為正常水量(70%～80%FC)、輕度水分虧缺(50%～60%FC)和中度水分虧缺(40%～50%FC)3個水平。施肥量參照當地施氮水平，設置高氮(3)、中氮(2)和低氮(1)3個水平，其中中氮水平與當地施肥量相同。每個處理設置3個重復，共9個水肥處理。同時在各處理中選擇3株棗樹進行微區實驗，微區采用15N同位素示蹤技術，同位素為15N標記尿素(豐度5%，上海化工研究院生產)。施肥量與所在處理相同，采用單穴施肥。具體實施方案見表1。

結合當地農戶施肥及灌水經驗，生育期內灌水12次，施肥7次，不包含春灌和底肥。其中各處理的春灌水量和底肥施用量是相同的。春灌在4月10日進行，灌溉水量為225 mm，施底肥為有機肥7.5 萬kg/hm2，磷酸二銨225 kg/hm2，尿素75 kg/hm2，過磷酸鈣300 kg/hm2，硫酸鉀鎂30 kg/hm2。肥料施用比例按基肥∶追肥=7∶3 施用，根據大棗生育期需肥規律追加尿素、磷酸二銨、硫酸鉀鎂等肥料，采用滴灌施肥。大棗生育期的灌溉施肥制度見表2。

表1 試驗設計Tab.1 Test design

表2 2014年哈密大棗生育期劃分及灌水施肥時間Tab.2 The growth period of the Hami jujube and the schedule of irrigation and fertilization in 2014

1.3 測定項目與方法

(1)生育期開始前進行土壤基本物理性質的測定。

(2)土壤中全氮含量與植株中15N同位素豐度測定。完熟期土壤取樣：0～60 cm土層范圍內的土壤取樣深度間隔為10 cm；每個處理選擇3株棗樹，分別采集根、枝、葉、果實樣品，所有樣品采用清水和去離子水多次清洗，105 ℃殺青30 min后，75 ℃烘干至恒重，稱重，然后粉碎過1 mm篩，送往上海化工研究院進行全氮含量以及15N豐度測定。

15N原子百分超=樣品或15N標記肥料的15N豐度-15N天然豐度

(1)

氮肥利用率%=植株吸收氮量/施氮量×100

(2)

氮肥偏生產力=大棗產量/氮肥的施用量

(3)

肥料15N利用率%=(植株干重×植株全N%×植株全15N原子百分超)/(施標記肥量×肥料N%×肥料15N原子百分超)×100

(4)

植物吸收肥料中的氮含量占植株總氮量的百分率(Ndff)=(植物樣品中15N豐度%-自然豐度% ) /(肥料中15N豐度%-自然豐度%)×100

(5)

1.4 數據處理與分析

試驗結果同處理間參數的差異顯著性采用SPSS19.0軟件中的DUN-CANS新復極差多重比較， 圖表繪制采用Microsoft Excel 2010 軟件完成。

2 結果與分析

2.1 不同水肥配比對棗樹氮素含量的影響

不同處理下大棗吸收、積累氮素及在不同器官間分配的主要結果見表3。由表3可知，不同處理對植株各器官的全氮及15N豐度的影響不盡相同。

植株各器官中全氮含量存在顯著差異，根據上述數據顯示，葉片中的全氮含量要顯著高于其他器官中全氮的含量，其中B2處理的達到3.46%，為最大值。大棗和根系次之，枝條最小。說明氮素主要分布和積累在葉片和根系中，其次分布在果實中，而枝條中較少。整體來看，所有處理均以葉片的全氮含量最高，明顯高于大棗植株的其他器官，在大棗生育期內，葉片不斷地積累氮素，保證一定的氮含量，可提高葉片的凈光合速率，增加葉面積，進而提高水分虧缺條件下植株的抗旱性。

表3 不同處理大棗植株各部位氮素含量的比較 %Tab.3 The comparison of nitrogen content in different treatments of jujube plants

植株各器官中的15N豐度也存在顯著差異，從各器官中15N豐度來看，枝條、葉片中15N豐度較低，大棗果實中15N豐度較高。由此可見，肥料氮主要分布和積累大棗果實和根系當中，而枝條和葉片中較少。葉片中15N豐度整體較低，不同的肥水配比對其影響較小，由于此時植株的葉片已經開始衰老，養分逐漸回流，更多養分貯藏于根系中，肥水處理對葉片的影響效應開始減弱。

2.2 不同水肥條件對植株器官中全氮含量和 15N豐度的影響

不同水肥條件下各器官中全氮含量和15N豐度含量結果見圖3。

圖3 各處理大棗植株器官中氮素平均含量Fig.3 The average nitrogen content of jujube plant organs in each treatment

由圖3可知，不同處理對植株各器官中氮素積累的影響存在顯著差異。

從圖3(a)可以看出，枝條A2處理的全氮含量最高，顯著高于A1、C3處理，而與其他各處理差異不顯著，A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2處理間無明顯差異。由此可見，輕度水分虧缺有利于枝條氮素的積累。枝條A2處理的15N豐度顯著高于A1、A3、B1、B3、C1、C3處理，A2、B2、C2處理間無顯著性差異。可見在3種水分條件下，供應適量氮素可以有效提高枝條中15N的積累，少量和過量施用均不利于植株的15N積累，而水分脅迫對15N的積累沒有造成明顯的影響。

從圖3(b)可以看出，葉片B2處理的全氮含量最高，顯著高于C1處理，而與其他各處理差異不顯著。葉片A2處理的15N豐度顯著低于其他處理，除A2的其他所有處理間無顯著性差異。可見在葉片中，不同水肥處理對15N積累的影響較小。

從圖3(c)可以看出，根系C2處理的全氮含量最高，顯著高于A3和B1處理，而與其他各處理差異不顯著。可見，充足的水分和適量的肥料對根系中全氮的積累有明顯的影響。A1、A2、B2、B3、C1、C3處理間無顯著性差異。根系C1處理的15N豐度顯著高于A3、B3、C3處理，A1、A2、B1、B2、C2處理間無顯著性差異。在根系中，不論是哪種水分條件，施入過量的肥料均不利于15N的積累，在施入適量的肥料時，水分對15N積累的影響較小。可見，根系中15N的積累依賴于合理的水肥配比，不論哪個過量均不利于15N的積累。

從圖3(d)可以看出，大棗C3處理的全氮含量最高，顯著高于B2和B3處理，而與其他各處理差異不顯著。可見，充足的水分對大棗中全氮的積累有明顯的影響。A1、A3、B1、C1、C2處理間無顯著性差異。大棗A1處理的15N豐度顯著高于A3、B1、C2處理，A2、B2、B3、C1、C3處理間無顯著性差異。可見，在大棗中，中度水分虧缺有利于大棗中15N的積累。

由此可見，不同肥料配比下，輕中度的土壤水分虧缺可以增強植株對氮素的吸收、積累，這與吳海卿等研究結果相近[20]。在相同水分條件下，不同肥料配比對15N豐度影響較小，差異未達到顯著水平。15N來源于所施氮肥，可見，土壤水分狀況對肥料的吸收影響較大。

2.3 不同水肥配比對矮化密植大棗氮素利用率與肥料貢獻率的影響

氮肥偏生產力是施用肥料下的作物產量與施肥量的比值，它是反映當地土壤基礎養分水平和化肥施用量綜合效應的重要指標。氮肥利用率是指施用的氮肥被當季作物吸收的百分數，是最常用的一個綜合評價指標。肥料15N利用率是采用示蹤法反映植株從肥料中吸收的15N的百分數，是用來測定植株吸收肥料中的氮素的比例。這些指標從不同的側面描述了作物對氮肥的利用率。

從表4可以看出，不同水肥處理對大棗氮肥利用率的影響存在顯著性差異，處理A、B、C之間存在顯著性差異，而相同水分條件下，不同肥料配比對氮肥利用率影響較小。B3處理的氮肥利用率最高，為55.49%，顯著高于A1、A2、A3、C1處理，A3處理的氮肥利用率最低，24.04%。從灌水量的角度按照氮肥利用率高低來排序，A處理

表4 氮肥利用率計算表Tab.4 Calculation of nitrogen use efficiency

不同水肥處理對氮肥偏生產力影響存在顯著性差異，C1處理的氮肥偏生產力最高，顯著高于A2、A3處理，其他各處理間無顯著性差異。相同肥料條件下，氮肥偏生產力隨水分含量的增加而增加，可見水分對肥料偏生產力的提高影響較大。相同水分條件下，肥料偏生產力與肥料的關系不顯著。

不同水肥處理對肥料15N利用率影響差異不顯著，C1處理的肥料15N利用率最高，顯著高于A2、C2處理，其他各處理間無顯著性差異。相同肥料配比情況下，肥料15N利用率隨水分含量增加先增大后減小；相同水分條件下，不同肥料配比對肥料15N利用率的影響不顯著。

肥料貢獻率(Ndff)指植株器官從肥料中吸收分配到的15N 量對該器官全氮量的貢獻率，反映了植株器官對肥料15N的吸收征調能力。計算結果見表5。

表5 各器官 15N貢獻率Ndff %Tab.5 The contribution rate of each organ 15N Ndff

注：不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。

植株各器官對15N的競爭能力存在一定的差異(表5)。從各器官中來自肥料的比例關系來看，肥料貢獻率Ndff依次從高到低排序為：大棗>根>葉片>枝條。各器官中15N貢獻率Ndff在灌水(A、B、C)和施氮量(1、2、3)交互影響下存在顯著性差異(p<0.05)，從表4可以看出，輕度水分虧缺處理A的各器官15N貢獻率均大于中水處理B和高水處理C的各器官15N貢獻率，可見，輕中度水分脅迫可以增強植株對氮肥的吸收能力，高器官Ndff值。枝條和葉片中的15N貢獻率Ndff在各處理間差異顯著(p<0.05)，枝條中A2處理的Ndff值最高，顯著高于A1、A3、B1、B2、B3、C2、C3處理，其他各處理間無顯著性差異。說明在中度水分虧缺，施入適量的肥料時，枝條對15N有較強的征調能力。葉片中A3處理的Ndff值最高，顯著高于其他所有處理，其他各處理間無顯著性差異。說明在中度水分虧缺，施入大量的肥料時，葉片對15N有較強的征調能力。

大棗和根系中的15N貢獻率Ndff在各處理間差異顯著(p<0.05)，大棗中A1處理的Ndff最高，顯著高于A2、A3、B2、B3、C2、C3，可見，水分虧缺有利于提高大棗對氮肥的征調能力。根系中C1處理的Ndff值最高，C1處理與C2處理差異不顯著，與其他處理均存在顯著性差異。大棗和根系中的Ndff變化規律相似，在低水處理時，Ndff隨施肥量的增加降低，在中水處理時，Ndff隨施肥量的增加而增加，在高水處理時，Ndff隨施肥量的增加降低，可見水分的多少對肥料的吸收利用起關鍵性作用，適宜的水肥配比對植株吸收利用氮素影響較大。

從整個植株15N貢獻率Ndff來看，各處理組內Ndff差異較小，組間差異較大，低水處理的Ndff均較高，與中水和高水處理間差異顯著，可見在水分虧缺情況下，施用一定量的氮肥，可以改善植株對水肥的吸收情況。

3 討 論

根系吸收水分和養分雖然是兩個相對獨立的過程，但是土壤中水分狀況會對土壤中的各種微生物、理化活動以及植物的生理活動產生較大影響，從而使土壤水分和養分相互密切的聯系在一起，當水分和肥料的配比相匹配，充分利用它們之間的耦合作用，水氮利用效果較好。前人研究結果指出，水氮耦合對氮素利用效率呈互作效應，適宜的水肥配比能顯著提高水肥利用效率[21,22]。

水分脅迫對作物的氮素利用和積累會產生較大的影響。本試驗研究發下，不同水肥處理的Ndff值均表現出統一的變化規律，根系、大棗果實貯藏器官中Ndff值較高，而葉片、枝條等營養器官中的Ndff較低。表明根系、大棗貯藏器官有較強的15N征調能力，而葉片、枝條等營養器官對15N的征調能力則較弱。這與李洪波等在嘎啦蘋果地上部新生器官Ndff值增長明顯的結果相反[13]；同時與管長志等的研究結果也相反[16]。分析其原因可能與作物種類品種、樹齡、處理條件等因素有關，也可能是由于本試驗中各植株器官的取樣時期均在完熟期，而不同生長時期各器官的氮素含量會有較大差別[2]，完熟期植株各器官營養物質主要由營養器官轉化至貯藏器官(根系)中，從而保證樹體的營養，以便果樹越冬和供給來年的生長。具體原因有待進一步深入研究。

同時試驗表明，土壤水分含量的影響對植株各器官的肥料氮素吸收影響較大，在相同的肥料施用量條件下，輕中度水分脅迫可以增加大棗植株對氮肥的吸收利用，提高器官Ndff值。這與房祥吉、管長志等研究結果基本相似[8,16]。

植株對養分的吸收很重要的一方面是受到水肥用量的影響，同時水肥用量也明顯影響各個器官中養分的積累。不同處理的植株各器官全氮含量分布趨勢基本一致，表現為葉片中全氮含量最高，大棗和根系次之，枝條最小，這與史祥賓(2011年)的研究結果相近。氮素在植株各器官的分配關系的試驗結果表明，大棗體內肥料氮素主要分配積累在貯藏器官中，以保證充足的營養越冬和供給來年的生長，這與大棗的實際生長發育狀況相一致。果樹土施氮肥的利用率較低，施氮肥利用率在25%～35%[23-27]；趙琳等研究早春土施氮肥，氮肥的當年利用率為27.54%[28]。本試驗研究結果表明，按照氮肥當季利用率計算，不同處理間氮肥利用率在24.04%～55.49%之間，與前人研究結果相似。同時發現，不同肥料配比處理中，輕度水分脅迫下的植株氮肥利用率最高。

4 結 語

(1)在相同的肥料配比下，輕中度水分脅迫可增強大棗植株對氮肥的吸收能為，在相同水分條件下，不同肥料配比對15N豐度有一定影響，差異未達到顯著水平。

(2)相同肥料配比下，輕中度水分脅迫可提高植株器官Ndff值；同時植株的氮肥利用率也最高；

(3)根據9個水肥配比試驗結果，研究認為，灌溉水量為900 mm、施氮肥420 kg/hm2的水肥處理最優，建議在大棗生產實際管理中按此配比進行管理，以提高氮肥利用率。