不同位置滴灌施氮對蘋果氮素利用及果實產量和品質的影響*

田 歌，李慧峰，朱占玲，陳 倩，任飴華，葛順峰，姜遠茂

（1 山東農業大學園藝科學與工程學院，作物生物學國家重點實驗室，泰安271018）（2 山東省果樹研究所）

氮素是組成植物細胞的結構物質，也是能量代謝的物質基礎，果樹對氮素的需求高于其他任何一種營養元素[1]。氮素的適量供應能增加蘋果光合產物的積累[2]，促進新生器官生長，提高產量[3]，對蘋果品質的形成有非常重要的作用[4]。然而，我國蘋果園的氮素施入已經遠遠超出了樹體所需[5]。氮肥的過量施用不僅導致樹體旺長，影響果實品質[6-7]，還間接導致了水體富營養化、溫室氣體排放、病蟲害加劇等嚴重危害的發生[10]。因此，如何促進氮素的減施增效，是我國蘋果生產上急需解決的重要問題。

滴灌施肥是水肥一體化的一種模式，指肥料隨同灌溉水一起進入果園的過程，能夠在節水節肥的基礎上，保證作物生產的高產高效[11-12]，在果樹的關鍵物候期，適時適量地供給果樹水分與養分，高效實現水分和養分的時空匹配[13]，并在一定程度上維持土壤的水分和養分含量[14]，既可改善果樹栽培過程中水肥供應不協調和耦合效應差的弊端，又能及時滿足作物對養分的需求，從而提高養分利用率。相關研究表明，水肥一體化可以促進‘富士’蘋果枝條生長及開花[15]，增加灰棗的產量[16]，提高西瓜的品質[17]，還可以有效提高蘋果[18]和黃瓜[19]等作物的肥料利用率。當前，蘋果生產上的水肥一體化主要以地表滴灌為主，相關的研究也大多集中在滴灌施肥對作物產量、品質以及養分的利用等斱面，而對于滴灌施肥具體位置的研究相對較少，因此，本試驗設置了不同的滴灌施肥位置，并借助15N 同位素示蹤技術，研究其對蘋果氮素吸收利用特性的影響，以期從氮肥減施增效的角度上為進一步完善水肥一體化技術提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2017 年3 月10 日至10 月20 日在山東省煙臺市萊山鎮官莊村果園中進行。供試材料為6年生煙富3/M26/平邑甜茶，行株距4.0 m×1.5 m。試驗園土壤有機碳含量7.85 g/kg、硝態氮含量24.15 mg/kg、銨態氮含量15.17 mg/kg、有效磷含量27.93 mg/kg、速效鉀含量221.24 mg/kg。

1.2 試驗設計

選取無病蟲害、生長勢基本一致的6 株樹，鋪設水肥一體化的環狀滴灌設施，滴頭位置設置2 種，在樹干底部和1/2 樹冝投影處，每處理3 次重復，1次重復1 株。每株樹共施入100 g 尿素和10 g15N-尿素（上?；ぱ芯吭荷a，豐度10.16%），分別于3 月20 日、4 月20 日、5 月20 日與水混合通過滴灌設施施入，滴頭流速6 L/h，各次供水量保持一致。在果實成熟期（10 月20 日）對處理植株進行整株破壞性取樣。同時在距樹干1/4 樹冝投影處取土，分為0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm，每株樹取4 鉆，將同一土層混合，風干并過60 目篩備用。

1.3 測定方法和計算公式

葉面積指數和葉綠素含量：每株樹在4 個斱位隨機選取新梢中部葉片10 片，測定葉綠素含量和葉面積指數。葉面積用Taxin-1241 葉面積儀測定，葉綠素用浙江托普SPAD-502P LUS 日本葉綠素測定儀測定。

氮含量和15N 豐度：整株解析樣品分為果實（花）、葉片、1 年生枝、多年生枝、中心干和根。樣品按清水→洗滌劑→清水→1%鹽酸→3 次去離子水順序沖洗后，105 ℃下殺青30 min，隨后在80 ℃下烘干至恒量，電磨粉碎后過60 目篩，混勻后裝袋備用。植株與土壤樣品的全氮含量用凱氏定氮法測定，植株和土壤的15N 豐度用ZHT-03（北京分析儀器廠）質譜計（河北省農林科學院遺傳生理研究所）測定。

產量和品質：在果實成熟期（10 月20 日）每株樹在4個斱位隨機采取果實30 個，用于平均單果重、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、硬度等指標的測定。單果重用百分之一電子天平稱量，可溶性固形物采用手持折光儀測定，可滴定酸含量采用酸堿中和滴定法測定，采用GY-1 型手持硬度計檢測果實硬度，產量用電子秤稱量。

植株器官從肥料中吸收的15N量占該器官全氮量的比率（Ndffp，%）＝［（樣品中15N豐度-15N 自然豐度）/（肥料中15N豐度-15N自然豐度）］×100

15N 利用率（%）=［（各器官Ndffp×各器官全氮量）/15N施用量］×100

15N 分配率=（各器官15N 吸收量/總15N 吸收量）×100

15N 殘留率（%）=［（Ndffs×土層體積×土壤容重×土層全氮量）/15N 施入量］×100

15N 損失率（%）=1-15N 利用率-15N 殘留率

1.4 數據處理

用Microsoft Excel 2007 進行數據處理，用SPSS數據處理系統單因素試驗統計分析斱法進行顯著性分析。顯著性水平設定為P＜0.05，圖中數據為平均值±標準差。

2 結果與分析

2.1 不同位置滴灌施氮對葉片葉面積、葉綠素及氮含量的影響

由表1 可知，不同位置滴灌施氮顯著影響了葉片葉綠素含量、葉面積及氮含量。樹干底部處理的葉面積、葉綠素和氮含量顯著高于1/2 樹冠投影處處理，分別是其1.12、1.07 和1.19 倍?？梢?，樹干底部滴灌施氮有效促進了葉片生長發育與氮含量的提升，有利于樹體生長，促進了光合作用。

表1 不同位置滴灌施氮處理葉片葉面積、葉綠素、氮含量

2.2 不同位置滴灌施氮對15N吸收量及利用率的影響

不同位置滴灌施氮，植株的15N 吸收量以及15N利用率顯著不同（表2）。樹干底部的15N 吸收量及利用率較高，分別為1.07 g/株和22.11%，1/2 樹冠投影處的15N 利用率僅是樹干底部的72.9%。樹干底部滴灌施氮更有利于蘋果對氮素的吸收利用。

表2 不同位置滴灌施氮處理果實成熟期蘋果植株15N 吸收量和15N 利用率

2.3 不同位置滴灌施氮對各器官15N 分配率的影響

圖1 不同位置滴灌施氮果實成熟期各器官15N 分配率

從圖1 可以看出，不同位置滴灌施氮蘋果樹各器官15N 分配率有所不同。樹干底部滴灌施氮處理的植株15N 分配率表現為生殖器官（果實）＞貯藏器官（多年生枝、中心干和根系）＞營養器官（新梢和葉片），且差異達到顯著水平。1/2 樹冠投影處滴灌施氮的植株15N 分配率分布較均衡，以生殖器官最小，營養器官和貯藏器官之間的15N 分配率差異不顯著。

2.4 不同位置滴灌施氮對15N 的利用、殘留及損失的影響

由表3 可知，樹干底部滴灌施氮處理15N 殘留率略大于1/2 樹冠投影處滴灌施氮處理，但差異顯著；而樹干底部處理15N 損失率顯著低于1/2 樹冠投影處處理，為39.76%，僅為1/2 樹冠投影處處理的83.93%，這是由于樹干底部滴灌施氮15N 利用率較高。

表3 不同位置滴灌施氮蘋果樹15N 的利用、殘留及損失

不同位置滴灌施氮處理各土層的15N 殘留率有差異（圖2），樹干底部處理0～60 cm 土層的15N 殘留率為28.82%，而60～100 cm 土層的15N 殘留率僅為9.31%，表明在樹干底部滴灌施氮，氮肥主要分布于上層土壤，更利于根系的吸收。而1/2 樹冠投影處處理的15N殘留率在各個土層的分布比較均勻，其中0～60 cm 的15N 殘留率要低于樹干底部處理，為23.42%，是樹干底部處理0～60 cm 土層的81.26%；60～100 cm 的15N 殘留率較高，為13.09%，是樹干底部處理同土層的1.41 倍，表明1/2 樹冠投影處滴灌施氮更容易向深層土壤淋溶。

圖2 不同位置滴灌施氮土壤15N 殘留率

2.5 不同位置滴灌施氮對蘋果產量及品質的影響

不同位置滴灌施氮顯著影響了蘋果的單果重和產量，樹干底部處理的單果重和單株產量較高，均高于1/2 樹冠投影處處理。不同處理的果實硬度及可滴定酸含量差異顯著；可溶性固形物含量、可溶性糖含量和糖酸比均以樹干底部處理最高，顯著高于1/2 樹冠投影處處理（表4）。

表4 不同位置滴灌施氮蘋果品質及產量

3 討論與結論

優良的營養器官是果樹生長發育的關鍵，其中葉片的生長狀況尤為重要，葉綠素含量和葉面積指數可反映出葉片的生長狀況以及合成有機物質的能力。前人的研究表明，在適宜的位置施氮能顯著增加葡萄葉片氮含量[20]，提高小麥葉面積[21]，提升蘋果葉片葉綠素含量[22]。本試驗結果表明，樹干底部滴灌施氮處理的蘋果葉片葉面積、葉綠素含量以及氮含量顯著高于1/2 樹冠投影處，說明樹干底部滴灌施氮有利于改善葉片質量，從而有利于光合作用。

朱兆良[23]總結發現，國外土壤15N 殘留率一般為12%～44%，國內當季作物的肥料氮殘留率一般為15%～30%。本試驗中2 個處理的15N 殘留率為36.51%和38.13%，其中，樹干底部滴灌施氮0～60 cm 土層的15N 殘留率（28.82%）顯著高于同土層的1/2 樹冠投影處滴灌（23.42%），表明樹干底部滴灌施氮，殘留主要集中于0～60 cm 土層，而1/2 樹冠投影處滴灌施氮的氮肥更容易向深層土壤淋溶。

不同作物最佳施肥位置存在差異的根本原因在于根系分布的差異，楊洪強等[24]發現，蘋果根系分布層主要集中在10～40 cm，認為此區間具有合適的生態條件，從而有利于根系生長，李慧峰等[25]研究表明，蘋果根系具有淺層分布的特點，地表以下15～40 cm 為根系密集層，因此，樹干底部滴灌施氮，一方面氮素直接作用于蘋果樹體根層，更有利于根系的吸收；另一方面樹冠對雨水有一定的遮蔽作用，減輕了雨水對氮素向深層土壤的淋溶作用，使氮素在蘋果根層的分布更為持久，根系與氮素的接觸面積和接觸時間都增加了，從而提高了氮素的利用效率，樹干底部滴灌施氮15N 利用率是1/2樹冠投影處滴灌施氮的1.37 倍。樹干底部滴灌施氮不僅提高了15N 利用率，還增加了15N 向生殖器官的分配，這可能是因為根層較高的氮素濃度促進了根系的生長發育，提高了細根密度，在增加氮素吸收的同時，細根合成的細胞分裂素也進一步促進地上部生殖器官的生長與氮素分配[26]。

適宜的供氮水平、水平供氮位置及深度均能顯著影響蘋果的產量和品質[7，27-28]。本試驗中樹干底部滴灌施氮處理顯著提高了葉片功能和優化了氮素分配，進而提高了蘋果產量和品質，尤其是可溶性固形物含量、可溶性糖含量及糖酸比。因此，對于根系分布較淺且集中的矮化砧木蘋果園，建議將滴灌管鋪設在靠近樹干底部，以利于提高氮肥利用效率以及產量和品質。