不同施用量硝酸銨肥對(duì)營(yíng)養(yǎng)缽草莓苗生長(zhǎng)的影響

賈志航，宋慶科，黃懷成，魏猛，趙林，張婷

(江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/江蘇徐州甘薯研究中心，江蘇徐州 221131)

氮素是植物生長(zhǎng)過(guò)程中最重要的元素之一。植物葉片葉綠素中的氮含量占比達(dá)到75%[1]，光合速率、光反應(yīng)、暗反應(yīng)及主要反應(yīng)酶活性(核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶、1,7-二磷酸景天庚酮糖酯酶等)均能被氮素形態(tài)和濃度調(diào)節(jié)[2]。光合作用是植物碳素固定和同化的主要途徑，果樹(shù)樹(shù)體干物質(zhì)的90%～95%都來(lái)自碳素同化物[3]。植物的碳同化與氮同化過(guò)程高度互作、相互制約，碳同化為氮素吸收同化提供有機(jī)碳和能量，氮同化產(chǎn)生的酶蛋白參與催化光合作用一系列電子傳遞過(guò)程[4]。過(guò)高的氮素濃度會(huì)影響植株體內(nèi)碳氮同化過(guò)程，不利于樹(shù)體健康生長(zhǎng)[5,6]。

草莓生產(chǎn)過(guò)程中，氮肥施用過(guò)量的現(xiàn)象普遍存在[7]，不僅增加了種植成本，降低了果實(shí)品質(zhì)，還帶來(lái)了土壤酸化[8]、環(huán)境污染[9]等問(wèn)題。關(guān)于硝態(tài)氮對(duì)草莓碳氮同化影響的研究已有很多報(bào)道。陳昆等[10]指出，在NO3-離子濃度0～15 mmol·L-1范圍內(nèi)，葉片葉綠素含量及光合速率隨NO3-離子濃度的升高而上升。韓宇睿等[11]研究發(fā)現(xiàn)，高濃度NO3-脅迫下，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮在草莓體內(nèi)大量累積，反饋抑制硝酸還原酶(NR)活性，葉綠體谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性降低，同化力煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)、三磷酸腺苷(ATP)形成受阻，正常碳氮代謝受阻。

硝酸銨(NH4NO3)既含有銨態(tài)氮(NH4+)又含有硝態(tài)氮(NO3-)，可以稱作混態(tài)氮素肥或雙態(tài)氮素肥。筆者以硝酸銨為氮源營(yíng)養(yǎng)液，研究了施用不同濃度氮源肥對(duì)草莓生長(zhǎng)發(fā)育的影響，為草莓合理施用氮肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所銅山試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)材料為塑料膜缽的草莓圣誕紅品種。2021年3月上旬栽植，匍匐莖苗長(zhǎng)勢(shì)一致，無(wú)病蟲(chóng)害，株高約5 cm。盆內(nèi)基質(zhì)為蛭石和珍珠巖(1∶1)。盆上口徑12 cm、下口徑10.5 cm，高12 cm，塑料紗布?jí)|底。硝酸銨為分析純級(jí)，西隴化工生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)濃度的硝酸銨氮肥營(yíng)養(yǎng)液處理：N1-5 mmol·L-1、N2-15 mmol·L-1、N3-25 mmol·L-1，以N0-0 mmol·L-1(不加NH4NO3)為對(duì)照。每處理3盆，重復(fù)3次，共36盆。用蒸餾水緩苗，7 d后，加入對(duì)應(yīng)濃度的營(yíng)養(yǎng)液，每5 d 1次，每次250 mL。

2021年4月上旬，用改良的山崎草莓專(zhuān)用配方營(yíng)養(yǎng)液再處理草莓植株。大量元素肥為40 mg/L NH4NO3、217.5 mg/L K2SO4、68 mg/L KH2PO4；中微量元素肥為111 mg/L Cacl2、123 mg/L MgSO4·7H2O、2.68 mg/L H3BO3、2.13 mg/L MnSO4·4H2O、0.22 mg/L ZnSO4·7H2O、0.08 mg/L CuSO4·5H2O、0.02 mg/L (NH4)6Mo7O24·4H2O、30 mg/L 乙二胺四乙酸鐵(Ⅲ)鈉(EDTA-NaFe)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

5月20日進(jìn)行草莓植株地上部形態(tài)指標(biāo)和光合性能指標(biāo)測(cè)定：①凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO2濃度(Ci)。選取每株幼苗的功能葉片(從心葉向外數(shù)第3片葉)于上午10∶00～11∶00，利用LI-6400XT便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)(LI-COR, USA)測(cè)定。②株高，用直尺測(cè)量基質(zhì)表面到大多數(shù)葉片的自然高度；③莖粗。用游標(biāo)卡尺測(cè)量距根部1 cm處。④葉柄長(zhǎng)、葉面積。選取草莓功能葉(取心葉向外第 2 片展平的功能葉，用直尺測(cè)量葉柄長(zhǎng)、三出復(fù)葉中間葉片的長(zhǎng)和寬。葉面積=長(zhǎng)×寬×0.73。⑤生物量。以上指標(biāo)測(cè)定后，草莓整株取出，根部用清水反復(fù)沖洗干凈，用吸水紙吸干水分，從根莖處切分開(kāi)，用電子天平分別稱量地上部和根系鮮重。⑥葉綠素含量。參照李合生[12]的方法，采用80%丙酮提取法測(cè)定。⑦根系和葉片的硝酸還原酶(NR)活性。使用硝酸還原酶活性檢測(cè)試劑盒(Solarbio公司生產(chǎn)，貨號(hào)BC0080)依照說(shuō)明書(shū)測(cè)定。⑧根系活力。參照趙世杰[13]的方法，采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用 Excel和SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，采用LSD 法進(jìn)行差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同供氮水平對(duì)草莓生長(zhǎng)量和根系活力的影響

如表1，不同供氮水平對(duì)草莓的生長(zhǎng)量的影響不同。草莓株高、莖粗、葉柄長(zhǎng)、葉面積、葉片數(shù)、生物量及根系鮮重，在0、5、15、25 mmol·L-14個(gè)供氮水平下，隨供氮水平的提高均呈先升后降趨勢(shì)。N2處理時(shí)各指標(biāo)均達(dá)最高值，且顯著高于其它處理，草莓長(zhǎng)勢(shì)最好。當(dāng)供氮水平由N2升至N3時(shí)，各處理的植株的各形態(tài)指標(biāo)均呈顯著下降趨勢(shì)。

表1 不同供氮水平對(duì)草莓生長(zhǎng)發(fā)育及生物量的影響

根系活力的高低直接影響植物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收和地上部的生長(zhǎng)。由圖1可以看出，供氮水平不同，根系活力不同。其中N2處理顯著高于N0、N1、N3處理，比N0處理提高了21.73%。而N0、N1、N3處理間差異不顯著。

圖1 不同供氮水平對(duì)草莓幼苗根系活力的影響

2.2 不同供氮水平對(duì)草莓光合性能的影響

由表2可看出，在不同供氮水平的草莓苗的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)均不同。在4個(gè)供氮水平0、5、15、25 mmol·L-1下，隨供氮水平的提高呈先升后降趨勢(shì)。N2處理時(shí)(除Gs不是最高但與其他處理無(wú)顯著差異外)各指標(biāo)均顯著高于其它處理。當(dāng)供氮水平由N2升至N3時(shí)，各處理植株的這些光合性能指標(biāo)均呈顯著下降趨勢(shì)。

表2 不同供氮水平下草莓光合性能參數(shù)的變化

2.3 不同供氮水平對(duì)草莓葉片色素含量的影響

由表3可見(jiàn)，在4個(gè)供氮水平0、5、15、25 mmol·L-1下，草莓葉片中葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素的含量，隨供氮水平的提高均呈先升后降趨勢(shì)。N2處理時(shí)各指標(biāo)均達(dá)最高值，葉綠素a顯著高于處理N3、N0，葉綠素b顯著高于處理N0，類(lèi)胡蘿卜素顯著高于處理N1、N3、N0。

表3 不同供氮水平對(duì)草莓葉片色素含量的影響

2.4 不同供氮水平對(duì)草莓硝酸還原酶活性的影響

如圖2所示，在根系和葉片中，N0對(duì)照處理下，硝酸還原酶(NR)活性均最低，由N0～N2處理(0～15 mmol·L-1)間，NR活性隨供氮水平的提高而升高，N2處理最高，葉片和根系的NR活性分別為5.43、2.69 μ·g-1FW，相比于對(duì)照處理提高了362.8%、364.1%；氮素供應(yīng)水平達(dá)N3為25mmol·L-1時(shí)，根系和葉片NR活性較N2處理顯著降低。草莓葉片中NR活性明顯高于根系，達(dá)0.65～1.0倍，可見(jiàn)NO3-的還原主要發(fā)生在葉片中。

圖2 不同供氮水平對(duì)草莓葉片、根系硝酸還原酶活性的影響

3 小結(jié)與討論

供氮水平影響草莓植株的生長(zhǎng)發(fā)育。王學(xué)林等[14]認(rèn)為，土壤氮含量80～120 mg·kg-1時(shí)不同生長(zhǎng)時(shí)期草莓光合色素、最大光合速率、硝酸還原酶(NR)活性和可溶性蛋白質(zhì)含量高。本研究表明，混態(tài)氮素肥總氮含量為15 mmol·L-1時(shí)，草莓生物量、凈光合速率、葉綠色含量及硝酸還原酶NR活性均最高，25 mmol·L-1時(shí)，這些指標(biāo)顯著減低，草莓生長(zhǎng)被明顯抑制。陳昆等[10]以不同濃度硝態(tài)氮作為氮源，發(fā)現(xiàn)草莓生長(zhǎng)發(fā)育的最佳濃度亦為15 mmol·L-1。龐夫花等[15]通過(guò)分析不同離子態(tài)氮素肥對(duì)寧玉草莓生長(zhǎng)的影響后指出，總氮濃度為7 mmol·L-1時(shí)，單獨(dú)施用硝態(tài)氮和銨態(tài)氮氮源的草莓株高、莖粗、根系生長(zhǎng)狀況較施用混合態(tài)氮源的草莓的差，植株發(fā)育緩慢。可見(jiàn)，草莓對(duì)不同離子態(tài)的氮素肥吸收利用能力有較大差異。

硝酸還原酶(NR)是同化NO3-的第一步，也是NO3-代謝的關(guān)鍵限速酶[16]，NR的合成及酶活性受NO3-供應(yīng)、光照、碳水化合物的調(diào)控[17]。據(jù)報(bào)道，硝酸根在轉(zhuǎn)錄水平可誘導(dǎo)NO3-的吸收和氮代謝相關(guān)基因的表達(dá)，而其代謝產(chǎn)物銨、谷氨酸(Glu)和谷氨酰胺(Gln)對(duì)NR轉(zhuǎn)錄有負(fù)調(diào)控作用[18]。因此，過(guò)強(qiáng)的NO3-同化反應(yīng)會(huì)反饋抑制NR活性。

光合作用是碳同化的主要途徑，氮素通過(guò)葉綠素對(duì)光合作用產(chǎn)生影響，葉片含氮量與葉綠素含量呈正相關(guān)[19]。本試驗(yàn)中，0～15 mmol·L-1氮素范圍內(nèi)，氮素供應(yīng)的增加顯著提高了葉綠素a、類(lèi)胡蘿卜素含量及葉片凈光合速率，25 mmol·L-1時(shí)葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、葉綠素含量均顯著降低，表明此時(shí)的光合速率限制因素為氣孔因素，進(jìn)而影響氮素的吸收與分配。韓宇睿等[11]發(fā)現(xiàn),當(dāng)培養(yǎng)介質(zhì)中氮素濃度為64 mmol·L-1時(shí)，光合速率限制因素仍是氣孔因素，但氮濃度達(dá)到160 mmol·L-1時(shí)凈光合速率限制因素變?yōu)榉菤饪滓蛩亍？梢?jiàn)，高濃度氮素的滲透壓脅迫引起植株生理性干旱，是草莓高氮脅迫初期光合作用下降的主要原因，而過(guò)高的氮素水平可能會(huì)直接破壞草莓光合機(jī)構(gòu)或抑制暗反應(yīng)的酶活性[20]。