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Effects of fertilization with injection to the rhizosphere on nitrogen absorption and utilization, fruit yield and quality of apple in the Loess Plateau

根际注射施肥对黄土高原苹果氮素吸收利用及产量和品质的影响



全 文 :植物营养与肥料学报 2015,21(2):421-430 doi牶1011674/zwyf.20150217
JournalofPlantNutritionandFertilizer htp://www.plantnutrifert.org
收稿日期:2014-01-15   接受日期:2014-10-21
基金项目:国家苹果产业技术体系课题(CARS-28);陕西省科技厅重大攻关项目(2011KTZB02-02-05);农业部公益性行业科研专项
(201303104)资助。
作者简介:张林森(1964—),男,江苏镇江人,博士,副教授,主要从事苹果营养水分生理、水肥高效利用研究。Email:Linsenzhang@163com
根际注射施肥对黄土高原苹果氮素吸收利用
及产量和品质的影响
张林森1,李雪薇1,王晓琳1,张立新2,吕殿青3,王朝辉3,韩明玉1
(1西北农林科技大学园艺学院,陕西杨凌 712100;2西北农林科技大学生命科学学院,陕西杨凌 712100;
3西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨凌 712100)
摘要:【目的】在西北黄土高原地区,春季干旱少雨和肥料利用率低限制着生产优质苹果。国外通常应用水肥一体
化技术来克服水肥利用率低的问题,但由于其硬件设施要求高,投资大,短期内在我国难以推广。近年来我国采用
的根际注射施肥可利用施肥枪将肥料溶液直接注入根际土壤中,施肥成本低且技术简单。本研究利用同位素15N
示踪技术,研究根际注射施肥对苹果氮素吸收利用及产量品质的影响,可为黄土高原果园水肥高效利用提供依据。
【方法】以9年生富士/M26/新疆野苹果为试验材料,利用15N尿素标记肥料去向,最后通过MAT-251质谱计测15N
丰度,得出果树各器官和土壤的肥料利用率。同时利用叶绿素仪(SPAD-502)测定标记叶片的SPAD值,用浸以磷
酸甘油溶液的海绵进行田间原位测定,得到土壤氨挥发的量,用静态箱—气相色谱法测定土壤的 N2O逸失量。综
合对比分析黄土高原传统环状开沟撒施肥与根际注射施肥对苹果吸收利用氮素、肥料氮在土壤中残留及果实产量
和品质的影响。【结果】黄土高原苹果园根际注射施肥的优越性体现在:1)施肥后一个月内,果园土壤的气态氮素
损失发生变化,根际注射施肥比传统环状开沟施肥的氨挥发总量低549%,同时 N2O的排放通量低50%。2)根
际注射施肥后,促进了肥料在土壤中的扩散范围,扩大了根系肥水吸收容积,叶片和果实吸收的肥料氮比例
(Ndf%)在整个生长季始终处于较高水平。生长季末期,根际注射施肥的整株氮素当季吸收率为5304%,比环状
开沟施肥提高1225个百分点,表明根际注射施肥有利于氮素更快地被吸收利用,显著提高苹果树的氮素当季利
用率。3)生长季末,在0—60cm土层内,根际注射施肥的土壤氮素残留率为3655%,而环状开沟施肥为4313%,
前者显著低于后者。4)在整个生长季内,根际注射施肥处理下的树体新梢叶片内叶绿素含量(SPAD)值一直高于
环状开沟施肥。根际注射施肥能提高苹果单株产量和单果重,其单果重和单株产量分别比环状开沟施肥处理提高
了38%和197%。【结论】黄土高原地区推广的果树根际注射施肥技术可以有效提高苹果树体氮素的利用率,降
低了土壤中的氮素残留。此外注射施肥的深度、注射量、密度和时间均可根据不同时期的养分需要随时调整,使水
肥在土壤中均匀分布,达到节水节肥的目的。同时可避免传统施肥时挖坑作业对浅土层吸收根的损伤,降低劳动
力成本。综合来看,根际注射施肥是提高黄土高原区旱地苹果树肥水利用率、产量和品质的有效方式之一。
关键词:苹果;注射施肥;15N-示踪;氮素吸收率;产量品质
中图分类号:S6611601;S1473   文献标识码:A   文章编号:1008-505X(2015)02-0421-10
Efectsoffertilizationwithinjectiontotherhizosphere
onnitrogenabsorptionandutilization,fruityieldandqualityofapple
intheLoessPlateau
ZHANGLinsen1,LIXuewei1,WANGXiaolin1,ZHANGLixin2,LDianqing3,WANGZhaohui3,HANMingyu1
(1ColegeofHorticulture,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China;
2ColegeofLifeSciences,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China;
3ColegeofNaturalResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
Abstract:【Objectives】Thedroughtinspringandlowfertilizerutilizationeficiencylimitthehighqualityapple
productionintheLoessPlateauinnorthwestregionofChina.Fertigationisusualyusedinabroadtoovercomethe
problemoflowfertilizerutilizationeficiency.ButthistechnologyisdificulttospreadinChinaforitsstrict
requirementsofirigationsystemandinvestmentattheleveloffarmerhouseholdintheshortrun.Inrecentyears,
fertilizationwithinjectiontotherhizosphereisusedbroadlyinmanyplacesofChina.Thistechnologyneedslow
costandissimple.15Nureawasusedinthisexperimentastracertostudytheefectsoffertilizationwithinjectionto
therhizosphereonnitrogenabsorptionandutilization,fruityieldandqualityofappleintheLoessPlateau.
【Methods】The9yearoldFujitrees[MaluspumilaMilcv.RedFuji/M26/MalusSieversi(Ledeb)Roem]and15
NtracerelementwhichwasmeasuredbyMAT-251massspectrometerwereusedtocalculatethefertilizer
utilizationeficiencyofvarioustreeorgansandsoil.SPAD-502wasusedtodeterminetheSPADvalueofmarked
leaves.Spongesoakedinasolutionofglycerolphosphatewasusedtomeasuretheamountoffieldsoilammonia
volatilization.StaticchambersgaschromatographywasusedtodeterminethesoilN2Ofluxes.Thesemethodswere
usedtoexploretheefectoffertilizationeitherwithinjectionortraditionalringditchonnitrogenabsorption,
distributionandutilization,fruityieldandqualityofappleintheLoessPlateau.【Results】Theresultsshowthat
theadvantagesofappleorchardfertilizationwithinjectiontotherhizosphereintheLoessPlateauareasfolows:1)
Withinonemonthafterfertilization,thegaseousnitrogenlossinappleorchardchanged.Theamountofsoil
ammoniavolatilizationoffertilizationwithinjectiontotherhizospherewassignificantlylessthanthetraditionalring
ditchfertilizationby549%,andtheN2Ofluxwas50%.2)Afterfertilizationwithinjectiontotherhizosphere,
thedistributionrangeofwaterandfertilizerincreasedatthesametime,thevolumeoffertilizerabsorbedbyapple
treerootswasexpandedeventualy,thepercentagenitrogenderivedfromfertilizer(Ndf%)ofnewshootleaves
andfruitswasalwaysatahighlevelthroughoutthewholegrowingseason.Afterthefruitswereharvested,the
absorptionrateofthewholetreewas5304%,and1225percentagepointshigherthanthecontrol.Thisresult
indicatednitrogenwasabsorbedmorequicklyfolowingfertilizationwithinjectiontotherhizosphere,andnitrogen
utilizationeficiencywassignificantlyimproved.3)Intheendofgrowthseason,the0-60cmsoilnitrogenresidual
ratesoftreatmentoffertilizationwithinjectionandthecontrolwere3655% and4313%,respectively.Andthe
formerwassignificantlylowerthanthelater.4)Thechlorophylcontent(SPADvalue)ofnewshootleaveswas
maintainedinhigherlevelthanthetreatmentoftraditionalringditchfertilizationinthewholegrowingseason.
Comparedwithtraditionalringditchfertilization,fruitweightandyieldofpertreeintreatmentoffertilizationwith
injectionwerehigherthanthecontrolby38% and197%,respectively.【Conclusions】Thetechnologyof
fertilizationwithinjectionintheLoessPlateauregioncanincreasetreenitrogenabsorption,utilizationanddecrease
soilnitrogenresidualsignificantly.Sothewaterandfertilizerdistributedevenlyinsoilandthepurposetosavewater
andfertilizercanbeachievedeventualy.Fertilizationwithinjectionalsoavoidedtherootdamagecausedby
traditionaldiggingandreducedlaborcostsatthesametime.Onthewhole,fertilizationwithinjectionisanefective
waytoimprovethefertilizerandwateruseeficiencyindrylandappleproductionintheLoessPlateau.
Keywords牶Fujiapple牷fertilizationwithinjection牷15Ntracer牷nitrogenutilizationeficiency牷
fruityieldandquality
  黄土高原是我国苹果的主产区之一,富士品种
的栽培面积达到该区苹果总面积的65%以上,但该
区干旱少雨和肥料利用率低一直是限制苹果产业发
展的瓶颈[1-2]。在美国、意大利、以色列等国,均以
发展“水肥一体化技术”为依托来克服水肥利用率
偏低的问题。在国外,水肥一体化又称“灌溉施肥”
或“肥水灌溉”技术,主要是通过滴灌、微喷灌系统
等来施肥。Klein等[3]研究表明,与其他施肥方式相
比,苹果园中应用滴灌施肥技术不仅获得了良好的
节水节肥效果,也对控制根层土壤中硝酸盐的淋溶
发挥显著作用。此外,杨素苗等[4]的研究表明,微
灌溉能使树体维持较高的根系活力,同时保持较高
的产量和品质。但是这些技术的硬件设施要求高,
投资较大,短期内在我国难以普遍推广[5-9]。而在
224
2期    张林森,等:根际注射施肥对黄土高原苹果氮素吸收利用及产量和品质的影响
我国采用的根际注射施肥可利用施肥枪将浓度适宜
的肥料溶液直接注入根际土壤中,施肥时无需在树
干周围开沟或挖坑。吴小斌等[10]利用设备简单、成
本低的施肥枪给桃树施15N标记的尿素,发现注射
施肥能够显著提高植株氮素当季利用率,同时提高
土壤中其他有效态养分含量和桃树产量。这种施肥
方式能够显著减轻劳动强度、提高工作效率,适宜在
果园中推广应用。吕丽霞等[11]研究发现,在渭北苹
果园根际注射施肥的注射液浓度以10%为最佳,这
种施肥方式有益于维持土壤适宜 pH和电导率,有
效提高土壤酶活性和速效养分含量,可显著提高苹
果产量和品质及肥料利用率,且不造成果树根系上
浮。这种方法不仅可避免损伤树体根系,同时施肥
点分布均匀,可促进土壤中肥料的入渗,提高水肥利
用效率。根际注射施肥在生产上的应用已初见成
效,但在黄土高原施肥枪施肥后肥料在苹果树的吸
收利用未见报道[10-11]。因此,本研究利用同位素
15N示踪技术研究根际注射施肥对苹果吸收利用氮
素、土壤氨挥发、N2O逸失、肥料氮在土壤中残留及
对果实产量和品质的影响,为黄土高原果园水肥高
效利用提供依据。
1 材料与方法
11 试验地概况
试验地位于陕西省洛川县旧县镇王家村千亩苹
果试验园内,东经109°29′,北纬35°16′,海拔1072
m,属暖温带半湿润大陆性季风气候,年平均气温
92℃、降水量 600mm、日照 2552h、无霜期
167d。
试验区果园为 9年生富士树(Maluspumila
Mil),基砧为新疆野苹果(Malussieversi),中间砧为
M26,株行距为25m ×40m。试验前0—40cm
土层土壤有机质含量 1521g/kg、碱解氮 7683
mg/kg、速效磷2437mg/kg、速效钾2121mg/kg、
土壤pH82,土壤类型为黏黑垆土,质地为中壤土。
试验园保持清耕状态,旱作,除降水外无水分补给。
试验前一年秋季每株树施10kg羊粪。
12 试验设计
试验于2012年4月10日 10月10日进行,设
2个处理:1)根际注射施肥 每株树均用8L水溶
解肥料,沿着树冠外围把肥料溶液注射到根际土壤
中,再用 2L水清洗一遍,并注入土壤,每株树均用
水10L,施肥枪注射的土壤深度为20cm,在树冠外
围的环状带上均匀布置20个施肥点,点与点距离为
40 50cm;2)环状开沟施肥 沿着树冠外围挖一
条20cm深、15cm宽的环状沟,将肥料与少量土壤
混匀后均匀撒到环状沟底部,再将挖出的土壤填埋
到环状沟里。在生长期,为保持试验的一致性,试验
树不追施其他肥料。每个处理选取生长势基本一
致,无病虫害的苹果树4株,即4次重复,随机排列,
两个处理间设置隔离行。每株施肥种类和施肥量
为15N标记尿素120g(上海化工研究院生产,丰度
1035%)和普通尿素25862g,重过磷酸钙14130
g,硫酸钾2600g。
13 测定项目和方法
131土壤氨挥发和 N2O的测定 2012年4月11
日开始,应用内径15cm、高10cm的PVC管和浸以
磷酸甘油溶液的海绵进行氨挥发田间原位测定[12]。
每个处理放置6个捕获装置,每日上午8:00取样,
第1周每天取样 1次,第 2 3周视测到的挥发氨
数量多少,每 1 3天取样1次,以后取样间隔可延
长到7天,直至监测不到氨挥发时为止。取样带回
来的海绵按照葛顺峰等[13]的方法测定其中氨挥发
的量。采用静态箱—气相色谱法测定果园 N2O排
放通量[14],采样时间与氨挥发一致。应用同样的方
法,在当年没有施肥的苹果树,且远离施肥处理区域
的果园内定时随机测定氨挥发和N2O排放通量。
132树体叶片 SPAD值的测定 于 2012年 4月
10日在每株试验树上选取10个当年生新梢,并标
记中部叶片,每隔30天用叶绿素仪(SPAD-502)测
定标记叶片的SPAD值。
133果树产量和品质以及氮素吸收分配的测定 
2012年5月10日 12月10日,每隔30天采取果
树新梢中部叶片;6月10日起至10月10日,每隔
30天采取10个果实,测定单果重、果实硬度和可溶
性固形物含量。10月10日果实采收时,统计单株
产量,并测定果实可滴定酸、可溶性固形物、硬度等
品质指标,用渔网将树体整个包住,收集树体全部叶
片。12月10日,果树落叶时,统计树体的全部叶片
干重,并将树体整体解析为秋梢木质部、秋梢韧皮
部、背上枝木质部、背上枝韧皮部、春梢木质部、春梢
韧皮部、两年生枝木质部、两年生枝韧皮部、多年生
枝木质部、多年生枝韧皮部、主干木质部、主干韧皮
部、根茎木质部、根茎韧皮部、粗根(直径 >02cm)
木质部、粗根(直径>02cm)韧皮部、细根(直径 <
02cm)、叶片、花芽、叶芽。采集的所有样品称鲜
重后,随机取样,按清水—洗涤剂—清水—1%盐
酸—3次去离子水顺序冲洗,于105℃杀青30min,
324
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
80℃烘干至恒重,测定所有样品干重,并将其粉碎后
过025mm筛,混匀后装袋,用以测定氮素含量。
134土壤氮素的测定  2012年 5月 10日至 10
月10日,每隔30d采取土壤样品,取样深度为0—
60cm,每隔20cm取一个样,每个处理随机均匀选
择6个取样点,所采土样按每层均匀混合,按四分法
取样。土样取回后自然风干、研磨、过筛,混匀后测
定氮素含量。
样品全氮用凯氏定氮法测定;用 MAT-251质
谱计(德国产)测15N丰度,计算氮肥利用率;用
HP6890N型色谱仪测定 N2O浓度,计算排放通量;
用1/100天平测单果重;果实纵、横径用电子数显游
标卡尺测定;水果硬度用 GY-1硬度计测定;果实
可溶性固形物用 TZ-62手持糖量计测定;可滴定
酸用酸碱滴定法测定。
计算公式为:
图1 不同施肥方式下土壤氨挥发速率和N2O通量的动态变化
Fig.1 DynamicchangesofammoniavolatilizationandN2Ofluxesunderdiferentfertilizerapplicationmode
1)作物从肥料中吸收氮(Ndf% )=(植物样品
中15N丰度% -15N自然丰度%)/(肥料中15N丰
度%-15N自然丰度%)×100;
2)作物从肥料中吸收的氮(Ndf,g)=器官干重
(g)×器官全氮量(%)×Ndf% ;
3)当季氮肥利用率(%)=植株 Ndf(g)/施肥
量(g)×100;
4)土壤质量(kg)=土壤体积(m3)×土壤容重
(kg/m3);
5)土层全氮量(g)=土壤质量(g)×全
氮(%);
6)氮肥残留率(%)=Ndf% ×土层全氮量
(g)/施肥量(g)×100。
135注射后水分分布范围和含量的测定 注射后
待水分分布稳定15h后,打开剖面,测定水分上下
和左右的分布范围,并取样测定土壤含水量。
14 数据处理
试验数据经Excel整理后,采用SPSS170软件
包进行统计方差分析,用 SigmaPlot100软件完成
绘图。
2 结果与分析
21 根际注射施肥和环状开沟施肥对气态氮损失
的影响
不同施肥方式氨挥发速率变化存在明显差异,
施肥后一个月内,液体注射施肥和传统环状开沟施
肥氨挥发速率变化较大,变异量在 0 025
kg/(hm2·d)之间,且注射施肥氨挥发速率的峰值
出现时间早于传统环状开沟施肥(图1)。在施肥后
第5天和第6天,两个处理分别出现峰值,之后逐渐
下降,注射施肥在第9天接近果园中随机样品值,而
传统沟状施肥在第15天接近果园随机样品值。两
个处理均呈现先升高后降低的单峰趋势。但总体来
看,施肥后30天内传统环状开沟施肥的氨挥发总量
为084kg/hm2,注射施肥为054kg/hm2,前者比后
者高549%。
  从图1可以看出,果园的 N2O通量也因不同的
施肥方式而存在显著的差异。在施肥后的30d里,
注射施肥和环状开沟施肥的 N2O排放通量均有两
次峰值出现。第一次出现在施肥后的第1天,注射
施肥处理高出环状沟施肥处理26μg/(m2·h);第
二次峰值出现在施肥后的第4天,环状沟施肥高出
注射施肥14μg/(m2·h)。土壤产生 N2O的过程
主要受水分和温度的影响,注射施肥后由于土壤水
分含量的增加,在短时间内 N2O排放通量高于环状
开沟施肥。随后由于温度的提高,土壤水分逐渐降
424
2期    张林森,等:根际注射施肥对黄土高原苹果氮素吸收利用及产量和品质的影响
低,土壤温度升高,环状沟施肥处理的 N2O排放通
量很快增大,直至超过注射施肥。施肥第4天后,各
处理的N2O排放通量均开始慢慢降低,从第7天开
始,两个处理与果园中随机采样的 N2O排放通量接
近,变化幅度趋于稳定。总体来看,施肥后30天内
传统环状开沟施肥的 N2O通量总量为 7190
μg/hm2,注射施肥为 6854μg/hm2,前者比后者
高50%。
22 根际注射施肥和环状开沟施肥对氮素当季吸
收率的影响
由图2看出,在整个生长季内,注射施肥处理下
的新梢叶片Ndf%和果实Ndf%均明显高于环状开
沟施肥处理。注射施肥处理下的新梢叶片和果实的
Ndf%均随时间的延长而增加,在10月10日达到
峰值022%和040%;环状开沟施肥处理表现出相
同的趋势,但新梢叶片的 Ndf%一直较低,均在
0078%以下,表明注射施肥能促进氮素被快速吸
收、同化,并运输至各新生器官。随时间的增长,运
输至叶片和果实的15N显著增加,氮素吸收率显著
提高。
图2 不同施肥方式下新梢叶片和果实中Ndf%的动态变化
Fig.2 DynamicchangesofNdf% innewshootleavesandfruitsunderdiferentfertilizerapplicationmode
23 当季从肥料中吸收的氮在树体内的分布规律
表1表明,在生长季末,根际注射施肥处理的苹
果树大部分器官的氮素当季吸收率均高于环状开沟
施肥处理,且整体植株的氮素当季吸收率超过环状
沟施肥1225个百分点,差异达到显著水平。在生
长季末,两个处理的新生营养器官,如春梢、秋梢、背
上枝的氮素当季吸收率处于较低水平,而多年生的
营养贮藏器官氮素当季吸收率较高。根际注射施肥
处理中的粗根木质部氮素吸收率为最高,达到
7019%,其次是主干韧皮部,氮素当季吸收率为
6523%,再次为主干木质部为5427%。环状沟施
肥处理下两年生枝木质部的氮素当季吸收率最高,
为4451%,其次是多年生枝韧皮部3922%,再次
为多年生枝木质部3832%。总体来看,在生长季
末,植株地上部新生器官的氮素向地下部分、多年生
枝和主干等器官回流,促使植株中的营养积累,为下
一年的生长做好准备。
24 根际注射施肥和环状沟施肥对氮素在土壤中
分布的影响
苹果树的根系一般集中分布于0—60cm土层,
从图3中可以看出,生长季末,在0—60cm土层内,
根际注射施肥的氮肥残留率为3655%,低于环状
沟施肥的4313%。根际注射施肥处理一个月后,
土壤的15N残留量开始逐渐降低,在果实采收时,残
留量降到最低值。同样,环状沟施肥处理的15N残
留量也表现出相同的趋势,在生长季末10月10日
降到最低。果实采收时,0—20cm的土层内,环状
沟施肥处理的氮肥残留量为0082g/kg,高于根际
注射施肥处理0071g/kg;同样,在20—40cm的土
层中,也表现出相同的趋势,环状沟施肥处理的氮肥
残留量高于根际注射施肥处理2327%,在40—60
cm土层内,根际注射施肥处理的氮肥残留量略低于
环状沟施肥处理0009g/kg。这种情况可能是由于
根际注射施肥将肥料溶于水中,应用时肥水均匀渗
入土壤中,在表层的残留较少,而在20—40cm处均
匀分布,植株根系与肥料的接触面广泛,利于肥料吸
524
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
表1 不同施肥方式对落叶后苹果树各器官氮素吸收率的影响
Table1 EfectsofdiferentfertilizerapplicationmodeonNitrogenabsorptioneficiencyafterdefoliation
器官
Organs
根际注射施肥
Fertilizationwithinjection
环状开沟施肥
Broadcastfertilizationintheringditch
干物重
Drymass
(g/plant)
全氮
TotalN
(g)
Ndf
(%)
Ndf
(g)
氮吸收率
NAE
(%)
干物重
Drymass
(g/plant)
全氮
TotalN
(g)
Ndf
(%)
Ndf
(g)
氮吸收率
NAE
(%)
秋梢木质部ASX 2572 2381 0222 0005 0917a 2095 2308 0234 0005 0939b
秋梢韧皮部ASP 1451 1657 0207 0003 0596a 1473 3351 0120 0004 0696b
背上枝木质部BBX 5197 2307 0252 0006 1008a 4849 3671 0185 0007 1179b
背上枝韧皮部BBP 2910 2823 0257 0007 1259a 2323 2937 0171 0005 0872b
春梢木质部SSX 6400 6022 0253 0015 2639a 4900 2873 0149 0004 0745b
春梢韧皮部SSP 3636 4891 0251 0012 2128a 2648 2675 0204 0005 0946b
两年生枝木质部BiBX 15220 11700 0172 0020 3500a 19210 16600 0154 0026 4451b
两年生枝韧皮部BiBP 8787 11050 0178 0020 3412a 11110 14070 0126 0018 3070b
多年生枝木质部PBX 18610 9277 0197 0018 3174a 20310 8854 0249 0022 3832b
多年生枝韧皮部PBP 9150 11870 0161 0019 3310a 11790 14590 0155 0023 3922b
根茎木质部RX 5500 1657 0259 0004 0743a 6557 2452 0260 0006 1106b
根茎韧皮部RP 2663 1600 0149 0002 0415a 3247 3448 0142 0005 0847b
粗根木质部 CRX 26050 15650 0258 0040 7019a 25480 12460 0168 0021 3629b
粗根韧皮部 CRP 1254 1053 0171 0018 3127a 1179 6863 0244 0017 2904a
细根Fineroots 1980 1617 0600 0010 1684a 2112 2185 0192 0004 0726b
花芽Flowerbuds 421 0604 0254 0002 0267a 4244 0354 0218 0001 0134b
叶芽Leafbuds 1245 1707 0217 0004 0641a 1153 0985 0029 0000 0050b
主干木质部 TX 90320 24100 0130 0031 5427a 116130 22410 0078 0017 3027b
主干韧皮部 TP 36360 29230 0129 0038 6523a 30320 20980 0077 0016 2817b
叶 Leaves 6560 10120 0162 0016 2840a 7872 17700 0114 0020 3503b
果实 Fruits 20350 6067 0229 0014 2414a 18390 6585 0122 0008 1396b
植株 Plant 53040a 40790b
  注(Note):ASX—Autumnshootsxylem;ASP—Autumnshootsphloem;BBX— Backbranchxylem;BBP—Backbranchphloem;SSX—Spring
shootsxylem;SSP—Springshootsphloem;BiBX—Biennialbranchxylem;BiBP—Biennialbranchphloem;PBX—Perennialbranchxylem;PBP—
Perennialbranchphloem;RX—Rhizomexylem;RP—Rhizomephloem;CRX—Coarserootxylem;CRP—Coarserootphloem;TX—Trunkxylem;TP—
Trunkphloem.NAE—Nitrogenabsorptioneficiency.同行数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Valuesfolowedbydiferentletersina
rowaresignificantamongtreatmentatthe5% level.
收和根系生长。而环状沟施肥中肥料直接与土壤接
触,在没有水分的情况下分解较慢,集中于表层土
壤,向下入渗的速度也受到抑制。
25 根际注射施肥和环状沟施肥对苹果叶片
SPAD值的影响
SPAD代表植物叶片的叶绿素相对含量,SPAD
值的变化受植株氮含量的影响,植株中氮素的增加
促进了叶片 SPAD值的提高,保证叶片能够更好地
进行光合作用,进而积累光合产物。从图4可以看
出,施肥前,所有处理的叶片SPAD值不存在明显差
异,随时间的推进,各处理的 SPAD值不断增大,并
在9月10日达到峰值。在此过程中,根际注射施肥
624
2期    张林森,等:根际注射施肥对黄土高原苹果氮素吸收利用及产量和品质的影响
图3 不同施肥方式下土壤剖面不同层次的15N残留动态
Fig.3 15Ntransferenceindiferentsoildepthunder
diferentfertilizerapplicationmode
[注(Note):实线框表示根际注射施肥 Boxeswithsolidlinesrepresent
fertilizationwithinjection;虚线框表示环状沟施肥Boxeswithdotedline
representbroadcastfertilizationintheringditch.]
图4 不同施肥方式对新梢叶片SPAD值的影响
Fig.4 Efectsofdiferentfertilizerapplicationmode
ontheSPADvalueofnewshootleaves
的叶片SPAD值一直高于环状沟施肥处理,这可能
是由于根际注射施肥中,溶于水分的氮素能够被土
层根系更快地吸收并运输至叶片,加快了叶绿素合
成速度。从9月10日开始,两个处理的叶片 SPAD
值均出现了下降趋势,此时植株的营养物质开始从
地上部往地下部转移,氮素的回流可能促使了叶片
叶绿素相对含量的减少。
26 根际注射施肥和环状沟施肥对苹果产量和品
质的影响
根际注射施肥处理的苹果整体植株的氮肥利用
效率高于环状沟施肥,氮肥利用率的提高促进了植
株产量的提高和果实品质的优化。表2表明,根际
注射施肥的单果重、纵径和横径分别比环状沟施肥
提高了380%、376%和224%。果实硬度也有类
似的变化趋势,根际注射施肥使果实硬度降低了
759%,而可溶性固形物和可滴定酸含量的变化微
弱。氮素利用率的提高显著促进了苹果产量的增
加,根际注射施肥处理比环状开沟施肥处理的单株
产量提高1970%。
27 注液后水分在土壤中的扩散范围和土壤含
水量
在同一果园其他树下注液后挖土壤剖面进行观
察,其水分在土壤中的分布范围和土壤含水量的结
果见表3。可以看出,注液越多,水肥扩散的范围越
大,含水量也越高。但一次注液不宜太多,否则会冒
出地表,造成水分损失,因此每点每次注液500mL
是最合适的。以每点注液500mL计,水平扩散范围
平均为225cm,纵向为35cm左右,这为作物根系
创造了良好的水肥吸收条件。
表2 不同施肥方式对果实品质和产量的影响
Table2 Efectsofdiferentfertilizerapplicationmodeonfruitqualityandyield
处理
Treatments
单果重
Fruitweight
(g/fruit)
纵径
LD
(mm)
横径
TD
(mm)
硬度
Firmness
(kg/cm2)
可溶性固形物
SS
(%)
可滴定酸
TA
(%)
单株产量
Yield
(kg/tree)
注射施肥 IF 1665±31a 641±10a 729±06a 104±02a 137±02a 05±02a 377±18a
环状沟施肥 BF 1604±28b 618±07b 713±07a 113±02b 129±02a 04±01b 315±07b
  注(Note): IF—Fertilizationwithinjection;FB—Broadcastfertilizationintheringditch.LD—Longitudinaldiameter;TD—Transversediameter;
SS—Solublesolids;TA—Titratableacid.同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Valuesfolowedbydiferentletersinacolumnare
significantamongtreatmentsatthe5% level.
724
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
表3 注液后水分扩散范围
Table3 Rangeofwatermovementafterinjection
注液量(mL)
Waterinjectionvolume
渗水情况
Waterseepagesituation
水分分布范围(cm)
Waterdistributionrange
横向Transverse 纵向Longitudinal
土壤含水量
Soilwatercontent
(%)
1500 地面冒水Groundtotakewater 30 35 35 38 224
500
地面不冒水
Groundnottotakewater
20 25 33 35 211
0 145
3 讨论与结论
31 根际注射施肥提高了果树的肥水吸收容积
黄土高原旱地苹果根际注射施肥与传统的环状
开沟施肥相比,肥料利用率及产量和品质均显著提
高,主要原因可能是根际注射施肥增加了局部根区
的土壤含水量,土壤局部含水量由原来的145%增
加到211%,促进了肥料在土壤中的扩散范围,因
而扩大了根系肥水的吸收容积。在环状开沟施肥处
理中,沟长为800cm,沟底宽为15cm,施肥层厚约1
cm(混合土壤),根系开始吸收容积为12000cm3,而
注射施肥处理中,湿润土层为长25cm、宽20cm、
厚35cm,共20个点,根系吸收容积为350000cm3,
比环状开沟施肥的肥水吸收容积扩大了2917倍。
根系吸收容积的扩大增加了果树对氮、水的吸收,从
而促进了对磷、钾的吸收,提高了氮、磷、钾之间的交
互作用和肥水之间的耦合效应,达到协同平衡供应
肥水的要求。因此,水肥吸收量的提高,增强了光合
作用,促进了叶绿素等有机物质的合成,为苹果高产
优质创造了物质条件。
32 根际注射施肥减少了果园气态氮的损失
尿素施入土壤后,在脲酶的作用下进行水解,产
生NH3。NH3在石灰性土壤中极易挥发损失,是氮
肥损失的主要途径之一[15-17]。NH3在硝化细菌的
作用下迅速转化为硝酸盐,在反硝化细菌的作用下
产生各种氮氧化物,引起环境污染。其中N2O产物
形成的量最多,一般认为测定 N2O含量可代表反硝
化势的大小。因注射施肥几乎不存在 NO-3 淋失的
问题,本试验只测定NH3的挥发和N2O的逸失就可
反映氮肥在土壤中转化损失的状况。由测定结果看
出,环状开沟施肥处理的NH3挥发量显著高于注射
施肥处理 549%,且 NH3的挥发高峰后者早于前
者。这可能与环状开沟施肥处理比注射施肥的尿素
水解产生的NH3较多有关。据研究,土壤中的 NH3
的产量取决于土壤脲酶活性的强弱,而脲酶活性的
强弱又受土壤有关条件的影响[18-19]。朱铭莪[20]的
研究结果表明,风干土壤的脲酶活性比湿润土壤高;
温度高的土壤比温度低的土壤高;底物尿素浓度高
的比底物尿素低的高;土壤 pH值75 8比 <75
或>8的略有不同[21]。本试验的环状开沟施肥处
理只施肥不加水,土壤干燥度明显高于注射施肥处
理;由于湿度不同,环状开沟施肥温度显著高于注射
施肥处理;环状沟施肥的土壤尿素(底物)浓度显著
高于注射施肥;以上条件导致了环状开沟施肥处理
的土壤pH值高于注射施肥处理。这或许是环状开
沟施肥处理中的尿素水解产生 NH3的强度和容量
大于注射施肥的原因所在。最终导致注射施肥减少
了NH3的挥发损失。
尿素水解后的 NH3经过硝化作用迅速转化为
硝酸盐,成为反硝化作用的底物。反硝化作用的强
弱取决于土壤含水饱和度和底物的大小[22]。施肥
后3天之内,注射施肥处理的土壤含水量显著高于
环状沟施肥,故 N2O的逸失量前者明显高于后者。
但从第4天开始,环状沟施肥的 N2O逸失量却明显
高于注射施肥,表明注射施肥土壤含水量开始降低,
NO-3 含量较低,由反硝化作用转化而来的N2O逐渐
降低;相反,环状开沟施肥条件下,因尿素浓度大,产
生的NH3浓度高,转化为 NO

3 的浓度大,在20cm
深的还原条件下,反硝化作用的生化产物 N2O自然
就比注射施肥多。但两种施肥处理中,N2O的含量
都在第4天达到高峰,此后逐渐降低,直至第7天达
到平衡,并接近对照水平。可以看出,施肥后前3天
注射施肥的N2O的产生量高于环状开沟施肥,这取
决于土壤含水量的高低;3天以后,环状开沟施肥高
于注射施肥,这取决于NO-3N含量的高低。所以含
水量和底物是反硝化损失的决定因素。总体来看,
两种施肥的N2O损失量接近,差异不显著。如果进
824
2期    张林森,等:根际注射施肥对黄土高原苹果氮素吸收利用及产量和品质的影响
一步合理调控,注射施肥的 N2O损失量还可以进一
步减少。
33 根际注射施肥适应我国的国情
水肥一体化技术是高效施肥发展的趋势,世界
苹果产业发展中,先进国家普遍采用包括滴灌施肥
在内的水肥一体化技术。但是滴灌和喷灌的投资
大,技术要求高,我国的果农采用这种技术比较困
难。黄土高原地区推广的果树根际注射施肥技术,
果农可以利用农用三轮车机动喷雾器和百元一把的
注射施肥枪,将水和肥同时注射到果树根部,供果树
吸收水分和养分,达到水肥一体化功效。同时,注射
施肥的注射深度、注射量、注射密度、注射时间可根
据果树不同时期养分需要随时进行调整,进而使水
肥在土壤中分布均匀,避免水肥深层流失和地面蒸
发,达到与地下滴灌施肥相似的节水节肥目的。注
射施肥不需在树干周围开沟或刨坑,不仅避免对浅
土层吸收根的损伤,也降低了劳动力成本。在我国,
根际注射施肥技术有更广阔的应用前景,可以成为
另一个地下注灌施肥新技术。
在黄土高原苹果产区,由于干旱少雨的气候环
境,目前生产上正在推广微垄覆盖集雨保墒技术,同
时结合在膜边缘进行土壤注射追肥,确保旱地苹果
园养分与水分的同时高效利用。因此,需要进一步
评价覆膜与注射施肥、注射施肥频率、注肥量等对苹
果产量和品质提高效果最佳的果园管理方式。
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