桃氮素營養及高效利用技術研究進展*

李俊豪，解 斌，李六林

（1山西農業大學園藝學院，太谷030801）（2中國農業科學院果樹研究所）

氮素被稱為“生命元素”，是構成植物細胞原生質、核酸、磷脂、葉綠素及酶等的重要組成成分。氮素供應的充足與否與果樹器官分化以及樹體結構建成等密切相關[1]。我國傳統果園中氮肥施用量很大，是大田的數倍甚至數十倍，但氮肥當季利用率僅為10%～15%[2]，顯著低于國外果園氮肥利用率的40%，也顯著低于蔬菜作物的50%和牧草的70%[3]。氮肥的不合理使用不僅增加了種植投入，導致生態環境污染，更使得土壤環境處于持續惡性循環狀態，嚴重影響果樹生產。

桃樹大量施用氮肥，使樹冠郁閉問題嚴重，這不僅增加了修剪量，也造成養分浪費、果實品質下降，甚至發生生理病害[4]。合理施肥不僅可以改變果樹新梢生長發育等，還可以提高果實質量[5]。當前，為提高氮肥利用效率，提高果實品質，減少農業投入和環境污染，實現我國農業“減肥增效”的目標，建立高效的果園肥料管理體系成為研究者探討的熱點。本文從桃園氮素利用形態、施肥方式、特種肥料開發利用等方面展開論述。

1 氮素營養形態

在生產中，氮肥形態主要分為3種類型：銨態氮肥、硝態氮肥和酰胺態氮肥。其中，硝態氮和銨態氮是果樹樹體可以吸收和利用的2種無機氮素形態。硝態氮中的硝酸根帶有負電荷，不易被土壤膠體吸附，容易隨雨水遷移和流失；銨態氮中的銨離子帶正電荷，易被土壤吸附固定，但也易于被轉化為氨氣進入空氣中，過量施用會導致樹體中毒[6]。酰胺態氮肥尿素是易于被許多植物利用的有機氮源，也是植物氮代謝的重要部分。據統計，尿素用量已占全世界范圍內氮素化肥總用量的50%[7]。但是，采用傳統施肥方法，尿素施入土壤后會迅速被土壤微生物釋放的脲酶水解生成CO2和NH3，并誘導發生多種失氮途徑，導致大部分尿素氮不能充分發揮其功能[8]。因此，傳統施肥方法往往導致樹體對尿素的當季利用率很低。大多果樹喜硝態氮[9]。Paula等[10]研究表明，桃砧木‘Tsukuba1’和‘Aldrighi’對硝態氮的吸收存在低親和轉運和高親和轉運2個系統，而對銨態氮的吸收只存在高親和轉運系統。王兆燕[11]研究表明，‘中華壽桃’樹體對銨態氮的利用效率大于硝態氮。與單一施用硝態氮和銨態氮相比，以銨態氮與硝態氮質量比為2∶1的2種不同形態氮素配施，可以顯著提高‘鳳紅桃’的株產和單果重[6]。說明不同形式氮素的適當配施可以更好地促進桃樹對氮素的吸收利用效率。

2 桃樹氮素營養需求特性

由于對桃氮素養分吸收分配規律缺乏精確系統的認識，果農偏施氮肥問題嚴重，造成畸形果、旺長及結果晚等現象。在桃樹的關鍵需肥時期施肥，不僅有助于提高肥料的利用率，而且能夠顯著降低施肥量。李付國等[12]研究認為，桃園施氮量控制在150～300 kg/hm2時果實品質最好。目前，研究者將桃樹的年生長周期分為利用貯藏養分期、貯藏養分與當年養分交替利用期、利用當年營養期和營養轉化積累貯藏期等4個時期。Rufat等[13]研究表明，桃樹在春季返青的前1個月左右，所有的氮素營養供給全部來自樹體上一年的貯藏養分，并且該養分可以持續供給桃樹至花后75 d左右，從花后至收獲前桃樹對氮素的需求為0.5～1.0 kg·hm-2·d-1。Mu?oz等[14]對3年生桃樹氮素營養需求分析表明，3月每株桃樹花、幼果和新梢總氮量約1.59 g，93.1%來源于樹體貯存氮；8—11月，每株桃樹枝和根木質部總氮量有12.84 g，66.2%來自葉片氮素的回流。秋施氮肥能顯著提高桃樹貯藏氮的水平，保證翌年春季樹體對氮素養分的需求。在萌芽前，根外追施氮肥也可以明顯地改善萌芽后氮素養分供應不足的現象，提高早期葉片質量和增強葉片功能。果實膨大期（即利用當年營養期）前追施尿素可以改善當年營養供給期營養不足的狀況，不僅利于果實品質形成，同時利于翌年桃樹開花和坐果。王兆燕[11]研究表明，土壤硝態氮含量40～83 mg/kg或銨態氮含量12～20 mg/kg范圍內可滿足13年生‘中華壽桃’果實膨大期對氮素的需求，保證產量。所以，結合桃樹需肥特性和生長地土壤營養情況適時補施肥料，可以保證樹體生長正常和連年豐產。

3 氮肥管理技術對桃樹氮素利用的影響

3.1 肥料用量

控制肥料用量是氮肥管理技術中的核心目標。據統計，我國北方桃園主分布區來自有機肥中的氮素投入量高達1 300 kg/hm2，此外山東省桃園化肥氮總投入量達500 kg/hm2[15-16]。但是，桃園的氮肥推薦使用量僅在100～200 kg/hm2。Ferreira等[17]研究表明，每年以開花初期50%、疏果后30%和收獲后20%的量施入尿素100 kg/hm2，‘BRS Kampai’的產量與施用尿素200 kg/hm2處理效果相當。Mirabdulbaghi等[18]對桃開展的為期2年的試驗表明，施用硫酸銨400 kg/hm2樹體內營養平衡，而尿素600 kg/hm2的效果最不理想，增加了桃樹體修剪量。在2007年和2008年，Rufat等[19]以滴灌配以氮素60 kg/hm2即可保證6年生桃樹氮素供應，保證產量和品質。合理的肥料用量可以調節樹體營養成分，協調樹體營養生長和生殖生長的關系。由于時間因素，在試驗研究中，低氮處理的樹體看似有足夠的氮濃度，但是長期的低氮處理可能導致樹體發育不良和減產等現象。此外，合理的施肥方式等因素也可以減少肥料的用量。

3.2 施肥方式

我國桃生產仍以小農戶形式發展居多。因此，桃園施肥方式更多采取傳統習慣。果樹生長周期長，樹種、品種根系分布不一，因此在施肥時“找對位置，用對方式”是關鍵。

肥料位置效應是指肥料在不同位置施入土壤后所取得的植物生長效應、肥料利用效應及土壤轉化效應等綜合效應[20]。肥料施用位置影響著營養元素在土壤中的運移和轉化，進而調控根系生長發育，影響樹體的營養吸收。從垂直方向分析，肖元松等[21]研究表明，桃園土壤表層施肥的氮肥利用率是下層施肥的3.75倍。從水平方向施肥分析，在生產中也形成了環狀溝施、放射狀溝施等多種施肥方式，但其效果各有不同。環狀溝施肥更有利于氮素分配到營養器官，放射狀溝施肥更有利于氮素分配到貯藏器官，但是環狀溝施的氮素利用效率顯著高于放射狀溝施。施肥槍施肥是將適宜濃度的可溶性肥料溶液借助高壓系統槍頭上的出水孔直接迅速地注入植物根際土壤的一種新型施肥方式[22]。該技術省工，設備簡單，成本低，靈活且對根系沒有損傷，并且提高了施肥效率。于世欣等[23]研究表明，施肥槍施肥下桃園各土層土壤中銨態氮、硝態氮含量較放射狀溝撒施顯著提高，最高可提高76.44%和48.77%。吳小賓等[24]研究證實，施肥槍施肥還可以使氮素更迅速地被吸收和分配到新生器官中，且比放射狀溝局部施肥的氮素吸收率高出5.87個百分點。白紅等[22]研究表明，用施肥槍以0.507 kg/株的尿素為‘阿部白’桃施肥，不僅提高了肥料的利用效率，更重要的是可以顯著增加單果重，提高果實可溶性糖和可溶性固形物含量等指標。所以，上述3種施肥方式各有優點，結合桃樹生長時期特性選擇合適的施肥位置可以更顯著地提高肥料利用率，但這有待更為系統化的研究。

灌溉施肥是傳統管理模式中的一種重要方式，但是不同的灌溉技術對肥料的利用效率影響差異顯著。與傳統澆灌施肥相比，滴灌施肥技術的應用可顯著地減少肥料態氮的遷移、富集和轉化作用[25]。顏克發等[26-27]研究證實，與傳統漫灌+撒施肥料相比，滴灌與施肥相結合即“水肥一體化”使得桃樹根區60 cm以上土層中硝態氮含量顯著提高，不僅如此，滴灌施肥更利于樹體根系對營養的吸收。張鵬[28]在溫室開展的滴灌水肥耦合技術研究進一步證實，該技術以氮肥200 kg/hm2的施用量，即可以增加桃果實產量、可溶性固形物含量和花青素含量。但是“水肥一體化”施用價格昂貴，且對土地和水質要求高，推廣存在一定困難。

硝化抑制劑是研究者為了減肥增效而開發的一類抑制劑[29]，原理是通過抑制銨態氮向硝態氮轉化而減少其以硝態氮形式供給植物。該藥品在使用時一般需與肥料同時施入土壤，起到調整氮肥存在形態以及時空分布的作用，同時減少氮肥的損失和對環境的危害[30]。目前，雙氰胺（DCD）和3,4-二甲基吡唑磷酸鹽（DMPP）等硝化抑制劑引起許多研究者關注。王雨歌等[31]研究發現，‘灰棗’施肥時添加硝化抑制劑可以增加土壤中銨態氮含量，降低硝態氮含量，延長氮肥肥效。劉少波[32]研究表明，DMPP的使用可抑制桃園土壤中銨態氮向硝態氮的轉化，提高桃幼樹氮素利用率。與此同時，硝化抑制劑的抑制效果并非是穩定不變的。研究認為，影響硝化抑制劑作用效果的因素主要包括硝化抑制劑的用量和土壤因素（土壤質地、土壤pH值、土壤有機質含量等）。當土壤有機質含量高時，硝化抑制劑可被有機質吸附，有利于延長抑制劑在土壤中的存留時間[33]。進一步表明土壤本身有機質含量的提高是增強藥劑效果和減肥增效的根本。

3.3 新型肥料應用

控釋肥料是采用聚合物包膜，可定量控制肥料中養分釋放數量和釋放期，使肥料養分釋放與作物養分吸收規律基本同步的肥料[34-35]，該技術可有效降低肥料養分的淋失和揮發。目前已研究的有硫包膜尿素、硫加樹脂包膜尿素和樹脂包膜尿素等。大量的研究證實，包膜控釋氮肥可顯著提高作物氮素利用效率，可減少施肥次數，而不減少產量[36-37]。蘋果園中使用控釋氮肥可以提高果實產量和糖、鈣及維生素C含量[38]。但是包膜控釋肥有生產成本較高、前期養分釋放緩慢等問題。特別是在果園中的研究利用仍十分滯后。

緩釋肥料是采用物理、化學和生物化學方法制造的能使肥料中養分在土壤中緩慢釋放、作用有效性明顯延長的肥料[34]。肥料袋控緩釋肥是基于果樹樹體較大的特征創制的，是一種利用率高、環保、省工的新型肥料，主要通過控釋袋的微孔數目實現養分的控釋。與普通肥料相比，袋控緩釋肥處理可以在桃樹的整個生長季提供穩定的養分供應，提高土壤酶活力，維持較高的有效養分含量[39]。楊樂等[40]研究表明，袋控技術可以使桃樹對尿素的利用效率提高近5%。張亞飛等[41]連續5年進行肥料袋控緩釋肥試驗，發現土壤中堿解氮比較穩定，且肥料袋控緩釋處理的桃產量比等量 1次溝施處理提高22.32%。進一步研究[42-44]證實，這一種肥料形式可以促進樹體細根的發生，建構密集型根系，從而提高樹體對氮肥等的利用效率。

納米技術中的納米碳顆粒具有特殊的物理化學特性，其對土壤質地和養分遷移等方面有重要作用。已有研究[45]證實，納米碳可以改變土壤中水分分布。陳曉鵬等[46]研究表明，土壤中納米碳的施加可以改善土壤結構，并且可以改變土壤中硝態氮的位置，進而影響植物養分吸收。隨著研究的進一步深入，研究者將納米碳材料添加到傳統肥料中，經過改性制成納米碳增效肥[47]。該技術的研發開辟了高科技成果和農業生產結合應用的新方向。目前，由納米材料制成的納米增效肥料在減少肥料流失、提高肥料利用率等方面已經表現較好效果。王國棟等[48-49]從納米碳使用量和施用部位開展的研究證實，高濃度的納米碳（200 μg/mL處理）與氮素共施，提高了桃樹新生器官對氮素的吸收征調能力；并且低濃度的納米碳可以提高桃樹成熟枝條的全氮含量，高濃度的納米碳可以提高功能葉片及嫩梢和嫩葉的全氮含量。沈光業[47]研究證實，納米碳溶膠的使用不僅提高營養元素的利用效率，減少了養分流失，并且顯著增加了果實產量，提高了桃果實中可溶性固形物和維生素C含量，同時降低了可滴定酸含量。據此表明，納米碳增效肥在農業生產應用中具有廣闊前景。

4 小結與展望

近年來，雖然研究者為提高桃園氮素利用已經做了諸多相關工作，建立了一些標準規范，但研究者對桃樹氮素養分吸收利用的認識仍不夠深入、全面。當前，農業傳統管理理念根深蒂固，加之包括水肥一體化在內的多種新型方式的成本較高，這些都嚴重影響了科學施肥方式的推廣。同時生產研發的特種肥料種類較少且價格較貴，諸多配套技術不成熟。綜上，建議從以下幾個方面進一步開展研究。①充分認識桃樹養分利用規律是科學施肥的基礎。桃樹對于養分的吸收利用并非是固定不變的，研究者可以重點以桃樹品種特性、優質產區環境及果實品質相關參數為參考指標，結合大數據分析構建地區優勢桃品種樹體生命周期和年生長周期內的氮素養分利用模型。②傳統施肥觀念方式轉變是減肥提質增效的核心，應當加強新技術的宣傳和示范。與此同時，研究者在保證施肥效果的同時，應進一步推進施肥設備簡化，降低投資成本。③特種肥料是利用多學科交叉發展而成的高科技成果。其中的“特”，一指特種肥料制作工藝中特殊技術的創新應用，二是指其針對固定植物固定生長時期所發揮的特優功能。研究者應繼續深化高新技術在肥料研發中的應用融合和桃園特種肥料應用配套技術的相關研究。