全 文 ：第 24卷第 6期
2010 年 12月 水土保持学报Journal of Soil and Water Conserv ation Vo l.24 No.6Dec., 2010
　
　　收稿日期:2010-08-28
　　基金项目:现代苹果产业技术体系(MATS);农业部行业计划项目(ny hyzx 07-024;200803030);山东省重大应用创新项目
　　作者简介:房祥吉(1984-),男 , 山东邹城人 ,在读硕士 ,主要从事苹果氮素营养研究。 E-mail:f angxiangji2005@163.com
　　通讯作者:姜远茂(1964-),男 ,山东牟平人 ,教授 ,博士生导师 ,主要从事果树营养生理和土壤肥力研究。 E-mail:ym jiang@sdau.edu.cn
灌水量对盆栽平邑甜茶生长与15N 吸收 、利用和损失的影响
房祥吉 ,姜远茂 ,彭福田 ,葛顺峰 ,丁 宁 ,刘建才 ,王海宁
(山东农业大学园艺科学与工程学院 , 山东农业大学作物生物学国家重点实验室 , 山东 泰安 271018)
摘要:以盆栽平邑甜茶为试材 , 应用15N 同位素示踪技术研究了不同灌水量对植株的生长与氮素吸收 、利
用和损失的影响。结果表明:5 个灌水处理(50%FC ～ 90%FC), 高灌水处理更能促进植株的生长与氮素的
吸收和利用。90%FC 处理株高 、茎粗和鲜重值最大为 31.02 cm , 0.364 cm 和 29.707 g;50%FC 处理最小
为 19.05 cm , 0.267 cm 和 16.887 g , 高灌水处理与低灌水处理之间差异显著。植株15 N 吸收量 、利用率随
着灌水量的减少而降低。不同灌水量下植株对15N 分配均为地上部大于地下部 , 高灌水处理地上 、地下部
的15N 分配比值较大。灌水量的大小与15N 在土壤中的残留量成反比关系 , 较高的灌水量在促进植株营养
生长和氮素吸收 、利用的同时 , 也一定程度上加重了氮素的损失。
关键词:平邑甜茶;灌水量;15N;吸收;利用;损失
中图分类号:S152.75;S158.3　　　文献标识码:A　　　文章编号:1009-2242(2010)06-0076-03
Effect of Irrigation Amount on Growth and 15N Absorption ,
Utilization and Loss of PottedMalus hupenhensis
FANG Xiang-ji , JIANG Yuan-mao , PENG Fu-tian , GE Shun-feng , DING Ning , LIU Jian-cai , WANG Hai-ning
(College of Horticulture Science and Engineering , Shandong Agricultural University ,
S tate Key Laboratory of Crop B iology , Shandong Agricultural University , Taian , S handong 271018)
Abstract:This paper deals with ef fects of different irrigation on g row th and 15N absorption , utilization , and lo ss of
potted Malus hupenhensis using
15
N trace technique.Results showed that high-irrigation treatments could more sig-
nificant ly promo te plant grow th , abso rption and ut ilization of 15N among the f ive ir rig ation t reatments(50%
FC ～ 90%FC).The value of height , stem diamete r and fresh w eight w ere highe st(31.02 cm , 0.364 cm and
29.707 g)under 90%FC irriga tion t reatment w hile tho se w ere low est(19.05 cm ,0.267 cm and 16.887 g)un-
der 50%FC irrigation t reatment.The irrigation ef fects w ere signif icantly di ffe rential among high and low
treatments.15N absorption and uti lization reduced along w ith the irrigat ion decrease.The 15N dist ribution o f
aerial pa rt w as mo re than that of unde rg round unde r di fferent i rrigation t reatments w hi le the
15
N ratio of aeri-
al part and underg round w as more under high i rrigation treatments.I rrig ation amount w as negatively co rrela-
ted w ith the residue level of 15N in soil.High-i rrigations could promote plant vegetative g row th as w ell as the
absorption and utilization of 15N , yet the lo ss of 15N was also aggravated to some deg ree.
Key words:Malus hupenhensis;i rrig ation;15N;absorption;utilization;lo ss
氮素和水分是作物生长的两大重要因素 ,土壤中氮素状况直接影响着农作物的生长和发育[ 1] 。作物对氮
素的利用受多种因素的影响 ,其中水肥管理是最重要的影响因素之一 。目前 ,我国已成为世界上氮肥用量最多
的国家之一 ,单位面积的施用量也高于世界水平[ 2] 。然而 ,我国氮肥利用率仅为 30%～ 50%[ 3] ,研究表明 ,施
用氮肥可以获得明显的增产效果 ,同时过量氮素通过氨挥发 、硝化/反硝化 、淋溶损失和径流损失等方式从土壤
-作物系统中损失 ,造成河流 、湖泊等周边水体环境的富营养化污染程度加剧[ 4] 。
充足的水分有利于矿质元素吸收和利用 ,促进植株的新陈代谢 ,促进光合作用和其他生理生化过程 ,从而
使营养生长加快[ 5] ,而土壤水分运动是土壤溶质运移的主要制约因素 ,充足的水分也加大了土壤的氮素淋
溶[ 6] 。研究表明 ,氮素的淋溶损失是农田氮素损失的重要途径之一 ,全世界施入土壤的氮肥 , 大约 10%～ 40%
(质量分数)经土壤淋溶作用而进入地下水[ 7] 。众多研究者指出 ,土壤氮素的淋失与土壤水分含量有关 ,灌水
DOI :10.13870/j.cnki.stbcxb.2010.06.046
或降水量越多 ,氮素损失就越多[ 8 , 9] ;但也有研究表明 ,在作物生长期中虽然灌水量较大 ,但氮素损失量并不
大[ 10] 。为了进一步了解灌水量与作物生长与氮素吸收 、利用和损失之间的关系 ,我们利用15N同位素示踪法进
行了不同灌水量与平邑甜茶生长 、作物吸氮和土壤氮素损失关系的研究 ,以期为水氮管理提供依据 。
1　试材与方法
1.1　试验设计
试验于 2009年在山东农业大学园艺试验站进行 ,供试土壤为壤土 ,理化性质:有机质含量为 10.13 g/kg ,
速效磷含量为 50.54 mg/kg ,速效钾含量为 101.87 mg/kg ,碱解氮含量为 112.00 mg/kg ,土壤田间最大持水
量为 24%,每盆装风干土 3.5 kg 。于 2009年 3月 15日将平邑甜茶种子播入准备好的盆中 ,待植株生长至三
叶一心时选取长势基本一致 、健壮 、无病虫害的植株 ,每盆中留取实生苗 3棵 ,于 2009年 7月 15日每盆施入丰
度为10.25%的15N-尿素(上海化工研究院生产)1.5 g 和过磷酸钙2.0 g 、硫酸钾1.2 g ,施肥后立即浇水 ,以田
间最大持水量(FC)为标准进行 5个灌水处理 ,分别为 90%FC 、80%FC 、70%FC 、60%FC 、50%FC ,每个处理 5
次重复。置于遮雨棚中 ,每隔 2天称重补充水分。
1.2　测定方法
每 3天测量一次植株的株高 、茎粗 。于 8月 15日 ,破坏性整株取样 ,整株解析为地上(当年生枝叶)和地下
(根)两部分 ,称量各部分鲜重。样品按清水※洗涤剂※清水※1%盐酸※3 次去离子水顺序冲洗后 ,立即在
105℃下杀青 30 min ,随后在 80 ℃下烘至恒重 ,不锈钢电磨粉碎后过 60目筛 ,混合装袋备用 。土壤样品按 10
cm 一个层次 3点取混合土样 ,风干 ,过 60 目筛。凯氏定氮法测定全氮[ 11] , MAT -251 质谱仪测定15N 丰
度[ 12] 。样品于中国农业科学院原子能所测试。
1.3　计算公式和数据分析
Ndff =(植物样品中的15N 丰度%-15N 自然丰度%)/(肥料中的15N 丰度%-15N 自然丰度%)×100%;
氮肥分配率=各器官从氮肥中吸收的氮量(g)/总吸收氮量(g)×100%;氮肥利用率=[ Ndff×器官全氮量
(g)] /施肥量(g)×100%。应用 Micro sof t Excel 2003软件进行图表绘制 ,应用 DPS 7.05软件进行数据的统
计分析 ,采用单因素方差分析和差异性分析。
表 1　不同灌水处理下株高 、茎粗与鲜重
处理 株高/ cm 茎粗/ cm 鲜重/g
90%FC 31.02aA 0.364aA 29.707aA
80%FC 26.30abAB 0.336abAB 28.977aA
70%FC 23.04bAB 0.303bcAB 24.663abAB
60%FC 19.30bB 0.277bcB 18.753bB
50%FC 19.05bB 0.267cB 16.887bB
　　注:a , b , c分别表示 P=0.05水平条件下的显著差异;A ,
B , C分别表示 P=0.01条件下的显著性差异。下同。
图 1　不同灌水处理下氮素吸收量
2　结果与分析
2.1　不同灌水处理对植株生长的影响
从表 1中可知 ,植株的株高 、茎粗与鲜重值随着灌水量的减
少而降低 。显著性分析结果表明:各处理在株高 、茎粗 、鲜重指
标均存在显著差异。不同的灌水处理 ,株高 、茎粗和鲜重均表现
为 90%FC 处理最高分别为 31.02 cm , 0.364 cm 和 29.707 g;
50%FC 最低为19.05 cm ,0.267 cm 和 16.887 g ,两者之间的差
异极显著 。90%FC 、80%FC 和 70%FC 处理之间差异较小 ,与
60%FC 、50%FC 处理之间的差异显著。以上结果表明 ,在90%
FC ～ 50%FC 5个灌水处理中 ,灌水量越大 ,越有利于植株的营
养生长 ,一次灌水量 70%FC 、80%FC 和 90%FC 相比于 50%
FC 和 60%FC更有利于植株的营养生长 。
2.2　不同灌水处理植株氮素吸收 、分配 、利用特性
2.2.1　不同灌水处理植株氮素吸收　土壤水分含量是影响氮
肥吸收的重要因素之一 ,氮肥的溶解 、尿素的水解 、作物的吸收等
都需要水的存在。由图 1可以看出:从 90%FC到 50%FC处理 ,
灌水量的不同影响了植株对氮素的积累量 ,植株全氮量 、15N吸收量随着灌水量的减少而降低。显著性分析结果
表明:高灌水 3个处理(90%FC 、80%FC和70%FC)之间 、低灌水 2个处理(50%FC 、60%FC)之间的差异较小 ,但
高灌 、低灌处理两者之间的差异显著 ,可见较高的灌水量有利于植株对氮素的吸收 ,高于 70%FC 的高灌水处理更
有利于植株对施入氮素的吸收。
2.2.2　不同灌水处理植株的15N分配率　由表 2可知 ,不同的灌水处理 ,植株对15N 分配情况是一致的 ,均为
地上部高于地下部 ,可见当年生植株对于吸收的氮素主要分配到地上部以满足地上部的营养生长之需 。植株地
77第 6 期 　　　 　　房祥吉:灌水量对盆栽平邑甜茶生长与15N 吸收 、利用和损失的影响
表 2　不同灌水处理下15N 分配率
处理 地上部
15N
分配量/ g
地上部15N
分配率/ %
地下部15N
分配量/ g
地下部15N
分配率/ %
地上部/
地下部
90%FC 0.0222±0.0024Aa 53.76 0.0190±0.0011Aa 46.24 1.17
80%FC 0.0231±0.0022Aa 57.02 0.0175±0.0002Aa 42.98 1.32
70%FC 0.0201±0.0009Aa 55.88 0.0159±0.0006ABa 44.12 1.26
60%FC 0.0120±0.0021Bb 50.94 0.0116±0.0003Bb 49.06 1.03
50%FC 0.0103±0.0047Bb 52.04 0.0095±0.0005Bb 47.96 1.08
上 、地下部对15N的分配量随灌水量
的减少而减小 。差异性分析表明:高
灌水处理(90%FC 、80%FC 和 70%
FC)与低灌水处理(60%FC 、50%FC)
之间的差异显著。灌水量不同 ,植株
地上部与地下部15 N 分配比值从
1.08到 1.32不等。较高的灌水处理
比值较大 ,可见较高的灌水量更有利于植株地上部15N 的分配 ,相比之下 ,低灌水处理根部的15N分配相对较高。
表 3　不同灌水处理下15N 利用率
处理
15N 吸收量/
g
15N 肥料
利用率/ %
90%FC 0.0412Aa 2.7468Aa
80%FC 0.0406Aa 2.7067Aa
70%FC 0.0360ABa 2.3995ABa
60%FC 0.0235BCb 1.5700BCb
50%FC 0.0198Cb 1.3225Cb
2.2.3　不同灌水量植株对15N 利用率　由表 3可知 ,90%FC到 50%FC 灌
水处理 ,随着灌水量的减少 ,植株对15N 吸收量和15N 肥料利用率依次减小。
90%FC处理下有着最大的15N 吸收量和最大的利用率分别为 0.041 2 g 和
2.746 8%;50%FC最小为 0.019 8 g 和 1.322 5%,两者之间差异极显著。
90%FC 、80%FC 和 70%FC 处理之间差异较小 ,与 60%FC 、50%FC处理差
异显著。可见 ,较高的灌水量有利于植株对施入氮素的吸收与利用 ,一次灌
水量在 70%FC 以上 ,更有利于氮素的吸收和肥料利用率的提高。
2.3　不同灌水量15N 土壤残留与损失情况
表 4　不同灌水处理下15N残留和损失情况
处理
15N 土壤
残留量/ g
15N 残留
率/ %
15N 总损
失量/ g
15N 损
失率/ %
90%FC 0.0598a 3.9888a 1.3990a 93.2645a
80%FC 0.0603a 4.0207a 1.3991a 93.2726a
70%FC 0.0764a 5.0925a 1.3876ab 92.5079ab
60%FC 0.0833b 5.5514b 1.3932ab 92.8786ab
50%FC 0.1150b 7.6693b 1.3651b 91.0082b
　　土壤水分运动是土壤溶质运移的主要制约因素 ,活跃
的土壤水分运动始终是土壤氮素淋溶运移的媒介和驱动
力。由于水分对氮素的淋溶作用 ,水量越大水分对土壤中
氮元素的淋洗作用越明显[ 13] 。在盆栽条件下 ,由于盆内土
壤容量较少 ,水分对氮素的淋溶更强。从表 4 中可知 ,从
90%FC到 50%FC 处理15N 损失率均超过 90%。盆中土
壤15N 残留量和残留率与灌水量呈负相关 ,随灌溉量增大
而减小 。高灌水处理(90%FC 、80%FC和 70%FC)与低灌水处理(60%FC 、50%FC)处理间存在着显著差异 。
90%FC和 80%FC处理下15N 损失率最高为 93.264 5%和 93.272 6%;50%FC 最低为 91.008 2%,两者之间
差异显著 ,而 70%FC 和 60%FC 处理介于两者之间 。可见 ,高灌水量可在一定程度上加重氮素损失。
3　讨论与结论
Plaut Z
[ 14] 和 Xu Z Z[ 15] 等人在小麦上的研究结果表明 ,水分亏缺不利于植株生长和氮素的吸收利用。本
实验结果也证明了这一点 ,从 90%FC到 50%FC处理 ,随着灌水量的减少 ,植株的生长 、氮素吸收量和氮素利
用率显著减小。从文中图表数据可以得出 , 70%FC 可能是本实验一个水分临界点 ,高于 70%FC 的灌水处理
(80%FC 和 90%FC)的生长数值 、15N 吸收量和15N 利用率显著或极显著高于低灌水处理(50%FC 和 60%
FC),这也与王声斌[ 16]和张起刚[ 17] 等在小麦上得到的较高灌水量有利于植株生长 、氮素吸收利用的结论一致 。
王丽英[ 18] 的研究结果表明 ,过高的水分处理不利于植株生长和氮素吸收利用 。在本实验中 , 90%FC 和
80%FC处理相比 ,植株营养生长 ,氮素吸收和利用还没有受到影响 ,但是 90%FC 处理下地上部与地下部的
1 5N分配率比值明显低于 80%FC ,表明高灌水处理下植株地上部营养生长可能已经受到抑制 ,只不过由于实验
时间较短 ,还未充分表现出来而已 ,这点还需要进一步的实验证明。
土壤中的氮素的损失途径有氨挥发 、硝化/反硝化 、淋溶损失和径流损失 。以往单纯的实验室模拟土柱试
验 ,在没有作物生长的前提下的研究表明 ,随着灌水量的增加 ,氮素淋溶损失增加[ 19] 。这与本实验得出的结论
是基本一致的 ,在盆栽平邑甜茶的情况下 ,从 50%FC到 90%FC灌水处理 ,随着灌水量增加土壤15N 残留显著
减少 , 15N 损失率显著增加。可见 ,充足的水分有利于植株对氮素的吸收及利用 ,但同时也加剧了土壤氮素损
失 ,较高灌水量有利有弊 。鉴于此 ,所以生产中要结合作物的生长状况 、肥料利用情况 ,适当的调节灌溉量 ,以
找到两者的最佳平衡点 ,追求最大的经济效益 。
从本实验结果来看 , 70%FC 处理下平邑甜茶植株的生长指标 、氮素吸收利用比较靠近于高灌水处理(80%
FC和 90%FC),与低灌水处理(50%FC和 60%FC)差异较显著。说明 70%FC在盆栽平邑甜茶的生长上是一
个关键点 ,这一灌溉点在大田生产和其它作物上适用与否 ,还有待进一步研究。
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78 水土保持学报　　　　　 第 24 卷
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