氮肥品種與施氮量對滴灌紅棗光合特性和產量的影響

張計峰，耿慶龍，曹文超，陳 清,3※，常瑞雪，梁 智，陳署晃

（1. 中國農業大學資源與環境學院，北京 100193；2. 新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所，烏魯木齊 830091；3. 養分資源開發與綜合利用國家重點實驗室，臨沂 276700 ）

0 引 言

新疆南疆地區干旱少雨，氣候干燥，晝夜溫差大，病蟲害少，是中國優良的紅棗產區。目前新疆紅棗種植面積已突破4.7×105hm2，占新疆耕地面積的11%，南疆地區紅棗種植面積已占到當地耕地面積的25%，紅棗產業已成為當地農民增收的主要來源之一[1]。南疆紅棗主要種植區土壤主要為砂土或砂壤土，保水保肥能力差，農民多采用加大水肥投入的管理方式保持和增加產量，導致氮素利用率下降，容易造成肥料的流失和地下水污染[2-4]。巨曉棠[5]認為保持氮素投入和產出平衡對于生產力、生態環境和經濟效益非常重要，確定合理施氮量是獲得較高目標產量、維持土壤氮肥力和降低施氮引起環境污染的關鍵[6]，但是合理施肥量的確定需要考慮其根層的有效供應。

大田作物氮肥應用過程中，氮素去向途徑主要為作物吸收、氨揮發和淋洗流失[7-8]。朱兆良等[9-10]總結田間試驗結果表明，中國主要農作物水稻及麥類對氮肥的利用率平均只有28%～41%，尤其是隨著種植結構的改變單位面積氮肥用量逐漸增加，更加劇了氮素的損失。當前針對氮素損失途徑的主要氮素增效利用方式為使用緩釋氮肥和氮肥添加硝化抑制來減少氮素揮發和淋洗，并取得了良好的效果[11-13]。

目前，南疆棗園逐漸開始采用滴灌水肥管理方式來降低田間管理成本和提高肥料利用效率，在此基礎上依據當地土壤特點和棗樹氮素需求規律選擇適宜的氮肥種類和用量是保持氮肥高效利用和維持產量穩定的關鍵，但當前的研究主要集中在棗樹栽培、肥料元素配比及產量方等方面，缺乏針對南疆棗園特殊氣候、土壤條件下的氮肥種類和用量研究。本次研究以滴灌果園紅棗為研究對象，選擇常規尿素、包膜緩釋尿素和添加硝化抑制劑的氮肥為肥料種類，設置不同施肥梯度，于2015 年進行1a 的施肥空白期，2016 年和2017 年進行了2 a 的大田田間定位試驗，旨在探明氮肥種類和用量對棗樹光合能力和產量的影響，以期對3 種氮肥處理方式的增產效應和合理的施用量做出客觀評價，為其在紅棗生產中應用提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地基本情況

試驗于2015—2017 年在新疆阿克蘇試驗林場進行（80°20′～80°25′E，41°10′～41°15′N），年均降水量為53.2～120.6 mm。供試品種為15a 樹齡灰棗，株行距為2 m×4 m 典型棗樹栽培模式，理論種植密度為1 250 株/hm2，管理方式統一，紅棗長勢均勻。試驗區土壤為粉砂土，水肥保持能力差，基本理化性質為：容重1 430 kg/m3，pH 值8.3，有機質質量分數為11.05 g/kg，全氮質量分數為0.915 g/kg，堿解氮質量分數為25.63 mg/kg，速效磷質量分數為8.6 mg/kg，速效鉀質量分數為112 mg/kg。

1.2 田間管理情況

棗樹萌芽期施入基肥，施肥量和施肥時間參見試驗設計。施肥后采用滴灌方式灌萌芽水450～525 m3/hm2，灌水周期20 d，灌水2 次；開花期4 月中旬至5 月下旬滴灌300～375 m3/hm2，灌水周期15 d，灌水3 次；開花坐果期6 月上旬至7 月中下旬滴灌225～300 m3/hm2，灌水周期7d，灌水6～7 次；果實膨大期期8 月上中旬滴灌450 m3/hm2，灌水周期20 d，灌水1 次；11 月上旬冬灌漫灌900 m3/hm2，灌水1 次。全生育期灌水13 次（含冬灌），累積灌水量4 500～5 625 m3/hm2。5 月中旬至6 月中旬花果管理，連續噴2 次0.2%～0.3%硼砂和8 000 倍蕓苔素促進開花坐果。夏季修剪主要為棗頭萌芽摘心。灌水、修剪、病蟲害防治等均與大田種植保持一致。

1.3 試驗設計

試驗采用裂區設計，主處理為：1）常規尿素處理（Conventional Urea，U，N≥46%），在棗樹萌芽期施入總量的60%，在坐果期施入總量的40%；2）尿素添加硝化抑制劑處理（Urea with Nitrification Inhibitor，NU，N≥46%），在生產中摻入5%（與尿素質量比）的N-MAX（氯甲基吡啶），由浙江奧復托科技有限公司提供，作為基肥在萌芽期前一次性施入。3）包膜控釋尿素（Controlled-release Urea，CRU，N≥43%），由山東金正大生態工程股份有限公司提供，氮素釋放期為90 d，作為基肥在萌芽期前一次性施入。副處理為施肥水平，施氮量分別為：N1，總施氮水平為150 kg/hm2；N2，總施N水平為200 kg/hm2；N3，總施N水平為250 kg/hm2；N4，總施N 水平為300 kg/hm2。另設1 個不施氮肥處理作為空白N0。所有處理施入磷鉀肥量均保持相同，磷肥選用三料磷肥（P2O5≥46%），鉀肥選用硫酸鉀（K2O≥51%），用量分別為：P2O5180 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2，在棗樹萌芽期前3 月中旬與氮肥混合后一次性施入。試驗區選擇土壤質地、樹齡、長勢、管理一致的棗園，設置3 個氮肥種類處理和5個施肥水平，共計13 個處理（其中氮肥種類處理共用1 個N0 水平），每個處理設置3 次重復，單個試驗小區16 株果樹，面積為128 m2。每個試驗小區設置保護行。

1.4 項目測定與方法

試驗處理測定土壤基礎理化性質，參考土壤農業化學分析方法[14]。調查樹體株高、干周和冠幅。在棗樹開花期5 月中旬和果實膨大期7 月下旬測定棗樹葉片葉綠素值（Soil and Plant Analyzer Development，SPAD）和凈光合速率，采集土壤樣品，采用AA3 流動分析儀測定土壤速效氮含量（銨態氮和硝態氮）。紅棗收獲期將每株果樹果實全部收獲后稱質量，統計產量并測定制干率。隨機選擇5 kg 紅棗，統計數量并測定干果質量。隨機選擇500 個紅棗稱取單個質量進行分級并統計紅棗商品性。

1.5 數據處理

數據計算和方差分析使用Excel 2007 和SPSS 18.0 軟件完成，使用Sigma Plot 14.0 做圖，多重比較為LSD 分級法。紅棗商品性進行正態分布檢驗，計算正態分布概率密度。

2 結果與分析

2.1 棗樹葉片SPAD 值

通過比較氮肥不同處理措施下棗樹葉片葉綠素含量的結果（圖1），在棗樹開花期U 處理SPAD 值高于CRU處理和NU 處理，N0 處理最低。依據高產果園開花期棗樹葉片SPAD 值適宜范圍為40～43[15]，常規氮肥條件U處理下，當施肥量達N3 水平后，繼續施肥造成氮肥過量，處于奢侈吸收階段，即萌芽至開花期棗樹U 處理適宜施肥量為N2 水平最佳。CRU 處理N2、N3 和N4 處理棗樹葉片SPAD 值均在適宜范圍內。使用硝化抑制劑處理N2和N3 施肥水平在適宜范圍。

圖1 不同氮肥處理下棗樹開花期和果實膨大期葉片SPAD 值 Fig.1 SPAD values of jujube leaves treated by different nitrogen fertilizers at flowering and fruit expansion stage

紅棗果實膨大期養分需求強烈，此時充足的養分供給直接決定果實的產量和品質。從圖1 中可以看出，N0和U 處理在此階段養分不能滿足果樹氮素需求[15]，葉片SPAD 值處于適宜范圍（44≤SPAD＜46）之下，為氮肥虧缺。這很可能與氮肥的淋洗有關，雖然總施肥量與其他處理方式相同，但由于氮肥損失較快導致養分不能及時供給果樹生長，應及時調整施肥方式。NU 處理在N3 和N4 處理水平下SPAD 值處于適宜范圍。而CRU 處理N2施肥水平下葉片SPAD 值在適宜范圍，N3 和N4 水平下葉片SPAD 值高于適宜范圍，養分處于奢侈吸收階段，這與緩釋肥中氮肥的釋放特征有關。

2.2 棗樹葉片凈光合速率

棗樹葉片凈光合速率與紅棗產量直接相關，南疆棗樹葉片凈光合速率開花期最高峰值出現在下午15點至16點之間，果實膨大期凈光合速率最高峰值出現在12 點半至13 點半之間。本研究選擇此時間段分別在棗樹開花期和果實膨大期期對葉片進行光合速率測定，研究結果（圖 2）表明，棗樹開花期NU 處理（14.29 μmol/m2·s）和U 處理（14.11 μmol/m2·s）葉片凈光合速率大于CRU 處理（13.91 μmol/m2·s），N0 處理最低（12.53 μmol/m2·s），同時N3 和N4 施肥水平下凈光合速率高于其他施肥水平（P＜0.05）。而果實膨大期葉片整體凈光合速率高于開花期，該時期CRU 處理凈光合能力最高（15.83 μmol/m2·s），其次為NU（15.19 μmol/m2·s）和U處理（14.79 μmol/m2·s），N0 處理最低（13.03 μmol/m2·s）。其中N4、N3 和N2（15.49、15.52 和15.57 μmol/m2·s）施肥水平之間沒有達到顯著性差異（P＞0.05），但均高于N1 水平（14.50 μmol/m2·s）和N0 水平（13.03 μmol/m2·s）。

2.3 紅棗產量和產量結構

通過對比3 種氮肥種類在2017 年的紅棗產量表現可以看出（表1）：CRU 處理下不同施N 平均產量最高（10 022.3 kg/hm2），其次為NU 處理（8 497.1 kg/hm2）和 U 處理（7 887.1 kg/hm2），N0 處理產量最低（6 507.2 kg/hm2）。對比施肥水平對產量的影響可知，N2、N3 和N4 施肥水平下平均產量分別為8 715.0、9 044.2 和9 741.7 kg/hm2之間沒有顯著差異，N1 水平和N0 水平下產量最低（7 707.3 和6 507.2 kg/hm2），考慮到經濟因素N2 和N3 施肥水平肥料生產效率最高。樹干周長試驗前2015 年（44.5 cm）和處理后2016 和2017 年各處理之間均沒有達到顯著性差異，這很可能與樹齡有關，本研究中選擇15 a 生棗樹作為研究對象，短期氮素種類和施肥量的變化對干周增長影響較小。紅棗單果質量是產量構成的要素，CRU 處理（5.15 g）、UN（5.11 g）處理和U 處理（4.93 g）較N0 處理（4.62 g）高出12.0%、11.1%和7.2%。N2、N3和N4 這3 個施肥水平下紅棗單果質量之間沒有達到顯著性差異（P＞0.05），但均高于N1 和N0 施肥水平（4.95和4.62 g），這與產量趨勢有相似特征。

圖2 不同氮肥處理下棗樹開花期和果實膨大期葉片凈光合速率 Fig.2 Leaf net photosynthetic rate under different nitrogen fertilizer level at flowering and fruit expansion stage

表1 2015—2017 年不同氮肥處理對紅棗產量和產量結構的影響 Table 1 Effects of different nitrogen treatments on yield and yield structure of jujube from 2015 to 2017

2.4 紅棗商品性

生產中一般依據紅棗單果質量作為商品性指標進行分級，新疆南疆紅棗（灰棗）商品性分為4 個等級，分別為優級果（7 g≤單果質量＜20 g）、一級果（5 g≤單果質量＜7 g）、二級果（3 g≤單果質量＜5 g）和劣級果（單果質量＜3 g）。本試驗進行了氮肥處理方式對商品性影響的研究，通過正態分布檢驗，發現紅棗單果質量符合一般正態分布。數據（表2）顯示CRU 處理紅棗優級果率最高（12.1%），其次為U 處理（7.5%）和NU處理（6.4%），N0 處理最低（2.8%）。紅棗一級果率CRU處理和NU 處理高于U 處理，但沒有達到顯著性差異。二級果率N0（52.4%）＞NU（44.4%）＞U（43.1%）＞CRU（37.9%）。綜合比較一級果率和優級果率，CRU 處理和NU 處理最高，其次為U 處理，N0 處理最低。N0 處理和U 處理下紅棗劣果率最高。由此說明氮肥經過處理后可以顯著改善紅棗商品性。

2.5 土壤中速效氮含量及氮素貢獻

不同氮肥種類施用后土壤中速效氮含量變化差異大，由測試結果（表3）可以看出，棗樹開花期U 處理和NU 處理土壤中速效氮含量較CRU 處理高，而果實膨大期土壤中速效氮含量分別為CRU＞NU＞U，說明在同等施肥量下棗樹營養生長期U 處理和NU 處理能夠保持速效氮在土壤中的強度，而棗樹生殖生長期CRU 處理土壤中速效氮含量更高，這與SPAD 值測試結果趨勢相同。通過氮素投入量和產量計算氮素偏生產力和產量貢獻率發現，低水平氮供應下能獲得更好的氮素偏生產力，同等施肥量條件下3 種肥料種類的氮素偏生產力分別為CRU＞NU＞U，U 和NU 處理氮素貢獻率則隨施氮量增加而增加，CRU 處理貢獻率則為N3＞N2＞N4＞N1。綜合比較各處理紅棗效益，在CRU 處理N3 施氮水平下紅棗產值最高。

表2 不同處理下紅棗等級比例 Table 2 Grade proportion of jujube under different treatment %

表3 不同處理下氮素利用指標和紅棗產值 Table 3 Nitrogen utilization indices and output value of jujube under different treatments

3 討 論

3.1 氮肥用量對滴灌棗樹光合作用的影響

氮素對植物光合作用至關重要，合理的氮肥供應是作物生長的物質保障，研究表明氮素種類和用量會引起小麥、玉米、水稻、蘋果等作物光合作用、干物質累積和產量[16-23]，而針對紅棗施氮水平對光合作用影響方面研究較少[24]。本文針對南疆滴灌果園棗樹進行SPAD 值和凈光合速率2 個重要光合作用指標進行研究，研究結果同樣表明氮肥用量能夠顯著影響棗樹光合作用，尤其是在棗樹開花期和果實膨大期合理的施氮量對保持最佳SPAD 值和凈光合速率十分重要，本研究還發現，通過開花期和果實膨大期土壤中的速效氮含量與葉片SPAD 值相比較，二者趨勢相近，這說明土壤中速效氮的濃度是植株葉片SPAD 值的物質保證，而適宜的SPAD 值也是葉片進行光合作用的基礎。

3.2 氮肥種類對滴灌棗樹產量的影響

棗樹是新疆南疆阿克蘇、和田、喀什等地區的主栽果樹，氮素對棗樹產量至關重要，土壤中適宜的氮素容量和強度是產量和品質的保障，而新疆棗園土壤普遍為砂土或砂壤土，土壤氮含量低，而且由于農田水利設施不健全，導致氮素利用效率普遍偏低。緩釋氮肥通過氮素的緩慢釋放來提高氮素的利用效率增加作物產量[13,25]。本試驗通過田間試驗結果表明，通過使用緩釋氮肥和尿素添加硝化抑制劑的手段能夠顯著提高棗樹產量，增加紅棗單果質量，究其原因很可能與其能保持土壤中氮素含量有關，本文數據也證明紅棗果實膨大期土壤中的氮濃度與產量呈正相關，施用緩釋氮肥的氮肥供給方式與對照相比產量提升幅度更大。

3.3 滴灌條件下氮肥種類和用量對紅棗商品性的影響

由本研究的結果可以看出，采用施用包膜緩釋氮肥的方式能滿足棗樹關鍵生育期對土壤中氮素的強度和容量的需求，該氮肥種類與棗樹氮素需求規律結合更好。本研究是基于滴灌方式下開展的試驗，較漫灌更容易控制水分移動的位置，同時也能保證土壤含水量始終處于較為合理的范圍[26-28]，有利于控釋氮肥氮素的釋放，尤其是在紅棗需氮高峰期隨著地溫的升高氮素的釋放速率加快，保證了氮素的供應。本文的研究發現，施用緩釋氮肥紅棗的優級果率和一級果率顯著提高（P＜0.05），結合緩釋肥（250 kg/hm2）處理下紅棗單果質量（5.3 g）的增加，說明合理地利用緩釋氮肥能夠提高紅棗的商品性，增強新疆紅棗的市場競爭力。

綜上，與單純常規尿素相比，施用緩釋氮肥和尿素添加硝化劑處理影響了棗樹的光合作用、產量和商品性，在滴灌條件下，緩釋氮肥在250 kg/hm2用量水平下能保持較高的產量和較好的紅棗商品性。所以，在目前新疆南疆棗樹滴灌面積不斷擴大的產業發展背景下，針對灌溉方式的改變采用適用于棗樹種植的氮肥種類和適宜的用量是必要的，是進一步提高紅棗產量和改善商品性的重要途徑。

4 結 論

本文采用多年大田田間試驗方法，設置3 種氮素肥料種類（常規尿素、添加消化抑制劑尿素和包膜控緩釋尿素）和5 個氮素水平，研究氮素種類和水平對棗樹光合作用、產量、品質和效益的影響，得出以下主要結論：

1）與常規尿素相比，在干旱棗樹種植區砂性土壤條件下，滴灌棗園施用包膜控緩釋尿素在棗樹關鍵生育期能夠顯著提高葉片凈光合能力，該處理下棗樹葉綠素值（SPAD）始終處于高產果園適宜范圍內。

2）較常規尿素處理包膜尿素處理能夠顯著提高紅棗產量，施用純氮水平為250 kg/hm2的包膜尿素處理下紅棗單果質量最高，優級果比例為12.1%，顯著高于其他氮素種類處理（P＜0.05）。

3）從紅棗產量、商品性和產值的綜合效益考慮，包膜控緩釋氮素肥料處理N3（純N 施用量250 kg/hm2）施氮水平下對于干旱區沙性土壤果園有顯著的提質增效作用，該氮素種類和用量可作為該區域紅棗典型種植模式下的最佳施氮模式。