不同水平位置施肥对‘嘎啦’苹果15N吸收、分配与利用的影响

许海港， 季萌萌， 葛顺峰， 姜远茂*， 姜 翰， 陈 汝

(1作物生物学国家重点实验室，山东农业大学园艺科学与工程学院，山东泰安 271018；2山东省果树研究所，山东泰安 271000)

不同水平位置施肥对‘嘎啦’苹果15N吸收、分配与利用的影响

许海港1， 季萌萌1， 葛顺峰1， 姜远茂1*， 姜 翰1， 陈 汝2

(1作物生物学国家重点实验室，山东农业大学园艺科学与工程学院，山东泰安 271018；2山东省果树研究所，山东泰安 271000)

【目的】氮素用量高，利用效率低是制约我国苹果产业可持续发展的重要因素。生产上，施肥位置不明确是造成肥料利用率低的主要原因之一。本文通过研究不同水平位置施肥嘎啦苹果对15N-尿素的吸收、分配与利用特性，确定科学合理的施肥位置，以达到提高肥料利用效率的目的。【方法】以15年生嘎啦苹果/平邑甜茶为试材，采用15N示踪技术，根据施肥部位在树冠投影中的分布情况设置内层(1/3投影)、中层(2/3投影)、外层(投影边缘以内约20 cm处)3个不同水平位置施肥处理。施肥方法为挖环状沟施肥，施肥深度约25 cm。在苹果的几个关键物候期(新梢旺长期、果实膨大期、果实成熟期)分器官采集样品，试验结束时整株解析采样。【结果】不同水平位置施肥处理果树在新梢旺长期和果实膨大期根部吸收的15N优先向新生营养器官运转；果实成熟期均以果实中Ndff值最高；不同处理间，各生育期同一器官的Ndff值存在差异，内层施肥处理显著高于外层和中层施肥处理，其中以根系和果实最为显著；随着物候期的推移，不同处理根系的Ndff值变化趋势不同，中层施肥和外层施肥处理根系的Ndff值均呈先下降后上升的趋势，而内层施肥处理根系的Ndff值在果实膨大期就已经达到最大值，并且从果实膨大期到果实成熟期一直维持在较高水平； 3个处理中果实的Ndff值随物候期的推移均呈上升趋势，并在果实成熟期达到最大，此时中层施肥处理和内层施肥处理果实的Ndff值分别是外层施肥处理的1.43和1.42倍；在新梢旺长期和果实膨大期果实的Ndff值从到大小依次为内层>外层>中层。不同物候期各器官的15N分配率存在显著差异，但不同水平位置施肥处理之间的差异并不显著；到果实成熟期3个处理的氮肥分配率均表现为贮藏器官>营养器官>生殖器官。果实成熟期，植株的15N利用率以内层施肥处理最高，为29.25%; 中层施肥处理次之，为19.33%; 外层施肥处理最低，为19.04%。内层施肥处理的氮肥利用率分别为外层和中层施肥处理的1.51和1.54倍。【结论】内层施肥处理植株各器官对肥料的吸收征调能力均显著高于中层和外层施肥处理，其中以细根最为显著；不同水平位置施肥对15N在各器官中的分配率影响不大；内层施肥处理15N利用率显著高于中层和外层施肥处理。

苹果； 水平位置施肥；15N-尿素

我国大部分果园分布于山地丘陵地带，果园立地条件和养分环境差，而充足的养分供应和合理的养分管理是果树丰产优质的保障。随着我国苹果栽培制度的改变，原先的养分管理措施相对滞后，势必会导致养分资源利用效率低下。因此，制定合理的施肥制度对于提高养分利用效率和推动栽培制度的改革具有重要意义。氮是果树养分管理中的核心元素，一定范围内的施氮量与果树花芽分化、产量和品质呈显著正相关[1-6]。而目前我国苹果园氮肥用量高，但利用效率低[7]。施肥方式不合理是造成果园氮肥利用率低的一个重要原因。除了施肥方法(撒施、沟施或水肥一体化)会对氮素利用效率产生影响外[8-9]，施肥位置的差异也会显著影响植株根系对养分的吸收[10-12]。李洪波等[11]研究表明，传统栽培模式下，嘎啦苹果施肥深度以20 cm深为宜。孙权等[12]在葡萄上的研究表明，40 cm的施肥深度能显著增加叶片中的氮素含量，提高产量，改善品质；而60 cm施肥则显著提高了叶片和叶柄中的磷含量，且产量及品质显著下降。然而，有关果树施肥位置的研究均集中于施肥深度上，而没有考虑根系的水平分布。而且生产中对水平施肥位置的认识也不够明确，往往靠经验施肥，从而影响了苹果根系对养分的吸收，降低了肥料的生物有效性，致使肥料利用率低下。大田作物上的研究表明，大豆/玉米间作体系下水平施肥位置以距玉米主茎15～30 cm效果最好[13]；大豆生长发育中后期植株氮、磷、钾含量及积累量以侧向0～12 cm 范围内施肥的效果较好，而侧向0～6 cm施肥最有利于大豆开花前对氮肥的吸收[14]。可见，水平施肥位置的不同将显著影响植物根系对养分的吸收。为此，本研究利用15N示踪技术，进行了不同水平位置土施15N-尿素试验，通过分析植株对15N的吸收、分配与利用情况，从而确定嘎啦苹果的最适施肥位置，以期为生产上制定合理的施肥措施提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2012年在山东省烟台市莱山镇官庄果园进行。试材为15年生的嘎啦苹果/平邑甜茶，株行距3 m×4 m，起垄栽培，垄高约50 cm，宽约180 cm。土壤质地为砂质壤土，有机碳含量8.01 g/kg、硝态氮23.52 mg/kg、铵态氮57.43 mg/kg、速效磷31.76 mg/kg、速效钾247.35 mg/kg。

1.2 试验设计

在大田条件下选取生长状况基本一致、长势健壮无病虫害的苹果树9株，于2012年3月17日每棵树全部一次性施入15N尿素25 g和普通尿素292.9 g，二铵197.6 g、硫酸钾365.5 g。试验分成3组，根据施肥位置在树冠投影中的位置依次分为内层树冠投影内侧1/3处)、中层(树冠投影内侧2/3处)、外层(树冠投影边缘内侧约20 cm处)，共3个处理，单株重复，每个处理重复3次。施肥方法是以树干根颈为圆心挖环状沟，沟施覆土。分别于4月21日， 5月19日， 6月16日和7月21日局部采集根系、新梢叶片、新梢、果实(花)样进行分析。果实采集部位为外层和内膛的4个方向各一个，根系采集部位为在树冠滴水线均匀选取4个点。于8月31日果实采收期进行整株采样分析。

1.3 测定方法与计算

将整个植株解析为细根(d≤0.2 cm)、粗根(d>0.2 cm)、中心干、多年生枝、二年生枝、一年生枝、一年生枝叶、短枝(长度<20 cm)、短枝叶、果。其中多年生枝与中心干又分为木质部和韧皮部。样品按清水→洗涤剂→清水→1%盐酸→3次去离子水顺序冲洗后，105 ℃下杀青30 min，随后在80 ℃下烘干，电磨粉碎后过0.25 mm筛，混匀后装袋备用。

样品全氮用凯氏定氮法测定。15N丰度用ZHT-03质谱计(北京分析仪器厂)测定，由河北省农林科学院遗传生理研究所完成。

Ndff 指植株器官从肥料中吸收分配到的15N量对该器官全氮量的贡献率，反映了植株器官对肥料15N的吸收征调能力[15]。

Ndff(%)=(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；

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。

试验数据用Microsoft Excel 2003软件进行处理， DPS7.05进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同水平位置施肥对果实成熟期各器官Ndff值的影响

从表1可以看出，果实成熟期各器官的Ndff均以内层施肥处理最大，均显著高于外层和中层施肥处理；外层施肥处理与中层施肥处理相比，在果实成熟期中层施肥处理的果实、一年生枝和一年生枝叶的Ndff略高于外层施肥处理，其他各器官的Ndff均略低于外层施肥处理。可见，施肥位置不同，各器官的Ndff不同，其中以多年生韧皮部、根系(粗根、细根)、二年生枝(叶)和一年生枝(叶)施肥处理间的差异最为显著。

2.2 不同水平位置施肥对不同时期细根和果实Ndff值的影响

图1显示，随着物候期的推移，不同水平位置施肥处理的细根Ndff的变化趋势不同，中层施肥处理细根Ndff呈先降低后升高的趋势，在果实成熟期达到最大值；中层施肥处理的细根Ndff在整个物候期内变化不显著，在0.200%上下浮动；外层施肥处理细根的Ndff从新梢旺长期到果实膨大期基本没有变化，分别为0.166%和0.165%，但从果实膨大期开始逐渐升高，到果实成熟期达到最大，为0.241%；而内层施肥处理细根的Ndff呈先升高后降低的趋势，从新梢旺长期到果实膨大期有明显的上升趋势，由0.284%提高到0.496%，虽然在果实膨大期到成熟期略有降低，但一直维持在较高水平。整个生长发育时期，内层施肥处理的细根Ndff均显著大于中层和外层施肥处理。

注(Note): 同行数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a row are significant among treatments at the 5% level.

由图2可见，随物候期的推移，不同水平位置施肥处理果实的Ndff均呈上升趋势。在新梢旺长期和果实膨大期果实的Ndff从大到小依次为内>外>中，处理间差异显著。在果实成熟期各处理果实的Ndff均达到最大值，其中内层和中层施肥处理显著高于外层施肥处理，分别为0.462%、0.465%和0.326。

2.3 不同水平位置施肥对果实成熟期各器官15N分配率的影响

由图3可以看出，果实成熟期3种施肥处理15N分配率的分布趋势一致，均以贮藏器官(包括二年生枝、多年生枝、主干、粗根)最大，营养器官(包括叶、一年生枝、短梢、细根)次之，生殖器官(果实)最小。不同水平位置施肥处理营养器官和贮藏器官的分配率从大到小依次是内层>外层>中层，但处理间没有显著差异；而生殖器官中15N的分配率差异显著，从大到小依次为中层>外层>内层，说明不同水平施肥位置对成熟期果实的15N分配影响相对较大。

2.4 不同水平位置施肥对果实成熟期15N利用率的影响

不同水平位置施肥处理显著影响了苹果植株对氮素营养的吸收(表2)。内层施肥处理吸收15N的量最大，为3.36 g/plant，显著大于中层和外层施肥处理；而且内层施肥的15N利用率为29..25%，显著高于中层施肥处理的19.33%和外层施肥的19.04%。

3 讨论

注(Note): 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

不同作物的最佳施肥位置存在差异的根本原因在于根系分布的差异，也就是说施肥位置不同则植物根系与肥料的距离不同，从而使根系与肥料的接触面积和接触所需要的时间和接触持续的时间也不同，进而影响根系对肥料养分的吸收[16]。许多研究表明，根层施肥可以显著提高根系周围养分浓度，并且能够提高根系活力，从而促进根系对养分的吸收[17-19]。本试验以苹果为试材研究了不同水平施肥位置对15N吸收分配和利用的影响，结果表明，3个水平施肥位置处理中，内层施肥处理的15N利用率最高，分别为外层和中层施肥处理的1.51和1.54倍，原因与内层施肥处理年周期细根的Ndff均显著高于中层和外层施肥，增强了根系对氮的吸收能力有关；并且内层施肥年周期其他器官的Ndff也显著高于中层和外层施肥处理，表明内层施肥处理苹果植株对肥料氮的吸收征调能力强于外层和中层施肥处理，内层施肥能够促进树体对氮肥的吸收利用，从而满足树体对养分的需求。

本研究的结果表明，该试验条件下以内层施肥效果最好，而树冠投影处(外层)施肥效果最差。这与起垄栽培后苹果根系分布发生变化有关。李慧峰等[20-21]发现，定植6年以上的苹果树根系水平分布有两个根系密集区，第一个在距根茎10～60 cm区域，第二个在树冠投影边缘以内30 cm处，此处根系不再扩张则以更新为主，且随着种植年限的延长表现为向心生长的趋势。本试验中，内层施肥处理是在树冠投影内侧1/3的区域施肥，恰好是果树根系分布密集区，此区域根系更新旺盛、根系活力高，根系与肥料的接触面积大，接触时间长，因此在此区域施肥能够促进根系对氮肥的吸收，根系对氮素的吸收能力强；同时，整个生育期内内层施肥处理的细根Ndff均显著高于中层和外层施肥处理也验证了此观点。另外，不同施肥位置施入的肥料在土壤中移动不同可能也是导致上述试验结果的原因之一。氮在土壤中的移动主要是随水分移动，由于不同施肥处理中施肥位置在树冠投影中的相对位置不同，在降雨和灌溉(喷灌)时土壤接受的水量不同。而外层施肥处理由于施肥位置相对靠外，树冠遮蔽少，水量大，因此氮肥淋溶流失的多，影响了树体对氮肥的吸收利用。

另外，前人的研究结果显示，除施肥时期对植株的氮肥分配率影响较大外，施肥方式及施肥深度对植株的氮肥分配率影响不大[22-24]。本试验结果表明，不同水平位置施肥处理对氮肥在营养器官和贮藏器官的分配影响不大，这与前人研究结果一致，不同之处在于各水平位置施肥处理对生殖器官(果实)中氮分配的影响与营养器官和贮藏器官相比相对较大；试验结果显示中层施肥处理更有利用氮肥向果实中分配。

不同栽培模式下，苹果根系的分布也会发生相应变化，施肥位置就需做出相应的调整。然而，根系在分布上的不同还会带来其结构和组成上的差异，因此在起垄栽培模式下，苹果根层的最适养分浓度仍需进一步研究。另外，尽管外层土壤中根系数量相对较少，但它们对环境的变化可能比较敏感[17]，对于如何优化果树根系空间组成和确定合适的施肥量还需要进一步研究。

4 结论

不同水平位置施肥处理显著影响了苹果树各器官对肥料氮的吸收征调能力，尤其是根系。内层施肥处理各器官对肥料氮的吸收征调能力显著高于中层和外层；不同水平位置施肥对各器官的15N分配率影响较小；内层施肥处理能显著提高氮肥利用率，并显著高于外层和中层施肥处理。因此建议在起垄栽培的果园生产实践中，在树冠投影内侧约1/3位置的区域施肥，这样可以促进根系对肥料的吸收，减少氮肥损失，提高氮肥利用率。

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Effect of different horizontal fertilizer placements on the characteristics of absorption, distribution and utilization of15N by Gala/MalusHupehensi

XU Hai-gang1, JI Meng-meng1, GE Shun-feng1, JIANG Yuan-mao1*, JIANG Han1, CHEN Ru2

(1StateKeyLaboratoryofCropBiology/CollegeofHorticultureScienceandEngineering,ShandongAgriculturalUniversity,Tai’an,Shandong271018,China; 2ShandongInstituteofPomology,Tai’an,Shandong271000,China)

【Objectives】High nitrogen dosage and low use efficiency become one of important reasons of restricting sustainable development of apple industry in China. Unclear fertilizer placement is one of the main reasons of low fertilizer utilization rate in the production. Therefore, an experiment was carried out to figure out reasonable fertilizer placement, improve fertilizer utilization ratio and reduce waste by studying differences of different level fertilization effect. 【Methods】The experiment was carried out to study the effects of different fertilizer placements on the characteristics of notrogen absorption, distribution and utilization of fifteen year old apple trees (Gala/Malus hupehensis) using15N urea tracer technique. According to the scope of canopy projection, we set three different fertilizer placements, including 1/3 of canopy projection, referred to as inner fertilizer treatment (I), 2/3 of canopy projection (middle fertilizer treatment, M) and about 20 cm inside to the edge of canopy projection (outer fertilizer treatment, O). The fertilizing method was digging circular furrows on the three placements we had set and backfilling soil after the fertilization. The depth of the furrows was about 25 cm. Samples at the key phonological phases of apple trees were collected and separated at the end of the experiment. 【Results】The absorbed15N by roots transfers to new vegetative organs prior at the new shoot growing stage and fruit rapid-swelling stage under the different horizontal fertilization placements. The Ndff values of fruits are the highest among the organs at the fruit maturity stage under the three fertilization treatments. The Ndff values of the same organ are different under different fertilization treatments, and the Ndff values of the organs under the inner treatment are significant higher than those under the outer and middle fertilization treatments, especially for roots and fruits. The Ndff values of roots under the three treatments show different variation tendency as the phonological phase changing, and these of the inner fertilization are greater than those of the other treatments. The Ndff values of roots under the M and O treatments present a trend of upward after a fall first. But in the treatment I, the Ndff value of root is increasing until reaches the highest level at the fruit maturity stage. The Ndff values of fruits under the three treatments all present an increasing tendency as the phonological phase changing and reach the maxima at the fruit maturity stage, and the Ndff values of fruits in M and I are respectively 1.43 and 1.42 times of that under the treatment O. The result of the Ndff values of fruit at the new shoot growing stage and fruit rapid-swelling stage is I>O>M. The15N distributions in the organs at different phonological phases are significantly different and are not significantly different among different treatments. At the fruit maturity stage, the trend of the nitrogen distribution in different organs under different fertilization treatments is consistent, storage organs>vegetative organs>reproductive organs, and the values of NUE under different treatments are I>M>O. The NUE of trees under the I treatment is 29.25%, which is significantly higher than those under the other two treatments (19.33% and 19.04%). 【Conclusions】Fertilization placement significantly affects plant organs’ ability of absorbing fertilizer, especially roots. Different fertilizer placements show little effects on the nitrogen allocation rate but obviously affect the nitrogen utilization efficiency. Combining previous research results and the results of this experiment, it suggests that for ridging planted orchard, fertilizing at 1/3 of the canopy projection could improve the utilization rate of nitrogen fertilizer.

apple; horizontal fertilization placement;15N-urea

2014-03-10 接受日期: 2014-06-09 网络出版日期: 2015-05-06

现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-28)；公益性行业(农业)科研专项资金(201103003)。

许海港(1990—)，男，山东兖州人，硕士研究生，主要从事苹果氮素营养的研究。E-mail: haigang33@163.com * 通信作者Tel: 0538-8249778, E-mail: ymjiang@sdau.edu.cn

S661.1; S606+.2

A

1008-505X (2015)05-1366-07