NO3--N/NH4+-N混合氮不同水平对紫花苜蓿生长特性的影响

冯博政，刘晓静，郝 凤

(甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070)

NO3--N/NH4+-N混合氮不同水平对紫花苜蓿生长特性的影响

冯博政，刘晓静，郝 凤

(甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070)

以甘农3号为研究材料，采用室外防雨网室盆栽营养液砂培法，以混合氮NO3--N∶NH4+-N 1∶1为氮源，研究了5个供氮水平0、105、210、315、420 mg/L对紫花苜蓿苗期、现蕾期和盛花期地上部分及根系生长特性的影响。研究表明：NO3--N/NH4+-N混合氮能够促进紫花苜蓿根系和地上部分的生长发育，氮素浓度为315 mg/L最能促进地上部分的生长发育，该浓度下，与对照相比，株高和地上生物量最高可分别增大169.39%和333%。根系的最适浓度在氮素浓度210 mg/L，根重、根长和根尖数最高可分别增大570.83%，161.79%和343.82%。NO3--N/NH4+-N混合氮素浓度105 mg/L处理对紫花苜蓿根系生长和株高的促进作用高于氮素浓度420 mg/L处理，对地上生物量累积的促进作用则相反。苗期供氮主要促进根系的生长发育，现蕾期供氮主要促进株高和生物量的累积。因此，对紫花苜蓿生长最适NO3--N/NH4+-N混合氮浓度为210 mg/L。

紫花苜蓿；混合态氮素；生物量；根系

紫花苜蓿(Medicagosativa)是世界上栽培和利用最广泛的多年生豆科牧草，具有适应性强、产草量高、品质优良、耐刈割等优点。不仅可作为优良牧草，而且还可改土肥田[1]。传统观点认为，种植苜蓿不需施入氮肥，苜蓿的共生固氮作用可以满足自身生长发育的需求[2]。若苜蓿施入过量氮肥，一方面增加了种植成本，造成资源浪费[3]。另一方面多余的氮素长期滞留在土壤中会对环境造成污染[4]。但也有研究表明，施入氮肥对苜蓿生长有显著促进作用，可以提高苜蓿光合效率[5]，促进苜蓿生物量的积累[6]，特别是提高了种子产量[7，8]，认为苜蓿在根瘤未形成之前及苜蓿开花之后，共生固氮不能满足苜蓿对氮素的需求，在此时施入氮肥能显著促进苜蓿生长。

根系是苜蓿生长和再生的物质基础，也是苜蓿吸收养分和根瘤着生的主要部位。作为公认的深根系植物，紫花苜蓿的根系生物量直接影响着地上生物产量[9]。有研究发现，盆栽条件下施氮可增加紫花苜蓿根系生物量，如Saindon等[10〗[11]和Esechie等[12]分别以NH4+-N和NO3--N为氮源，采用盆栽试验，设定施氮水平为0，3和6 mmol/L，发现苜蓿的根系生物量随施氮量的增大而增大。目前，对于高水平混合态氮作用下紫花苜蓿各生育期的根系生长特性的影响鲜见报道，能够同时达到促进紫花苜蓿地上部及根系生长的供氮浓度还有待进一步研究筛选。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试材料 紫花苜蓿品种为甘农3号(Medicagosativacv.Gannong No.3)，供试根瘤菌为中华根瘤菌(12531)，均由甘肃农业大学草业学院提供。

1.1.2 营养液 Fahraeus无氮植物营养液为基本营养液，加入Ca(NO3)2和(NH4)2SO4，以作为NO3--N和NH4+-N的来源[13]。

1.2 试验方法

1.2.1 种子处理 选取大小均匀，颗粒饱满的紫花苜蓿种子放入灭菌小三角瓶中，先用95%乙醇浸泡5 min，再用0.1%HgCl2溶液灭菌6～10 min，再无菌水冲洗5～6次，最后用无菌滤纸吸干，备用。

1.2.2 粗砂处理 将粗砂经自来水冲洗若干次，直到冲洗用水不再浑浊为止，然后，蒸馏水冲2～3次。先经121℃灭菌，再经高温(150℃)烘干后，备用。

1.2.3 菌液处理 将中华根瘤菌(12531)采用平板划线培养，挑起单个菌落，将其接入YMA液体培养基[14，15]。在28℃下120 r/min的恒温摇床上培养至菌液的光密度值(OD600nm)≥1.0时，再在10 000 r/min下离心10 min，除去上清液用无菌水洗下根瘤菌体并配制成吸光值为0.6的菌悬液，备用。

1.2.4 试验设计 试验在甘肃农业大学校园内的室外防雨网室中盆栽进行，花盆直径32 cm、高20 cm，每盆装入粗砂10 kg，选取籽粒饱满的灭菌种子播种到装有灭菌粗砂浇透水的花盆中，幼苗长至3 cm高间苗，每盆保留30株健壮幼苗。以土壤中可被植物直接吸收利用的2个形态氮：NO3--N和NH4+-N 1∶1混合态为氮源，设定0、105、210、315、420 mg/L 5个浓度水平，记为CK、N105、N210、N315、N420，共5个处理，9次重复。以Fahraeus无氮植物营养液结合Ca(NO3)2和(NH4)2SO4配制所需营养液，调节pH为7，每次浇500 mL，每7 d用蒸馏水淋洗后更换1次营养液，紫花苜蓿生长至三片复叶时，每盆接种新培养的苜蓿根瘤菌液25 mL，于45，65和85 d取样测定，分别对应苗期、现蕾期、盛花期，每次各处理均取3盆。

1.3 测定指标及方法

株高 采用直尺直接测量，每处理随机取样30株，取其平均值；地上生物量，剪下地上部分，用滤纸吸干水分，放入烘箱105℃下杀青15 min，在65～75℃下烘干至衡重，称其单株地上干重；根重以剪下的根系，用滤纸吸干水分，在65～75℃下烘干至衡重，称其单株根干重；根长和根尖数，将各处理的根系用清水洗净，随机取3株完整的根，采用台式扫描仪(EPSON Experssion)将幼苗根系图像扫描并存入电脑，再用WinRHIZO根系分析系统软件(Regent Instruments,Inc,Quebec,Canada)对根的图像进行分析，获得根系总长度和根尖数等数据。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2003和SPSS 20.0专业统计分析软件进行差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 不同水平混合氮对紫花苜蓿株高的影响

株高是反映紫花苜蓿生长状况的直接指标，在接种根瘤菌并且其他营养供应充分的条件下，各生育期不同混合态氮处理下紫花苜蓿的株高均高于对照并达到显著水平(P<0.05)，试验中的无氮处理出现明显的茎紫红，叶片发黄等生长不良现象。同一生育期内，随着混合态氮水平的增大，紫花苜蓿的株高呈现先增大后减小的趋势，最大值出现在处理N210和N315下，二者间差异不显著(P>0.05)，却显著高于其他处理。N420处理的株高小于N105处理。说明供氮对紫花苜蓿生长的促进作用存在区域性，浓度过高会出现抑制现象。从紫花苜蓿苗期到盛花期，株高随着生育期的推进而增高，各生育期最大值，苗期为13.8 cm，现蕾期38.63 cm和盛花期40.63 cm，相比较CK分别增大了104.75%，169.39%和74.83%，说明现蕾期施氮对紫花苜蓿株高的促进作用更明显(图1)。

2.2 不同水平混合氮对紫花苜蓿地上生物量的影响

紫花苜蓿地上生物量直接决定着生产效益。在同一生育期内，施氮处理下的地上部生物量明显高于不施氮的处理(P<0.05)。随着外源氮浓度的增大，紫花苜蓿地上生物量呈先增大后减小的趋势，最大值出现在N315处理。说明适量供应的混合态氮能够促进紫花苜蓿产量的增加，而氮素水平过高则可能导致减产，造成肥料浪费。从苗期到盛花期，各处理下紫花苜蓿的地上生物量呈明显的增长趋势，各生育期最大值，苗期0.08 g，现蕾期0.26 g和盛花期0.64 g，相比较CK分别增大了300%，333%和300%，呈先增大后减小趋势(图2)。

2.3 不同水平混合氮对紫花苜蓿根重的影响

根系是植物吸收外界营养元素的主要器官。不同生育期施氮处理下紫花苜蓿根重均高于无氮处理CK，差异显著(P<0.05)。在苗期，各处理根重表现为N105>N210>N315>N420>CK，现蕾期和盛花期都表现为N210>N105>N315>N420>CK。总体表现为先增大后减小的趋势，低氮处理对根重的促进作用大于高氮处理。随着生育期的推进，紫花苜蓿的根重逐渐增大，对养分的吸收能力不断增强，各生育期最大值可达到苗期0.029 g，现蕾期0.161 g和盛花期0.594 g，相比较CK分别增大了383.33%，570.83%和64.54%，现蕾期的增大效果更明显(图3)。

图1 不同水平混合氮处理下紫花苜蓿株高Fig.1 Effect of different mixed N levels on plant height of alfalfa

图2 不同水平混合氮处理下紫花苜蓿地上生物量Fig.2 Effect of different mixed N levels on aboveground biomass of alfalfa

图3 不同水平混合氮处理下紫花苜蓿根重Fig.3 Effect of different mixed N levels on root weight of alfalfa

2.4 不同水平混合氮对紫花苜蓿根长的影响

从表1可以看出，各个生育期内供氮处理下的根长显著高于对照处理(P<0.05)，各生育期内随着混合氮水平的增大，各指标呈先增大后减小的趋势。在苗期，各处理下的根长表现为N210>N315>N105>N420>CK；在现蕾期，根长最大值出现在处理N210和N105下，N210略大于N105，二者差异不显著(P>0.05)；在盛花期，根长的最大值出现在处理N210下。在3个生育期中，供氮处理下根长的最小值均出现在N420。说明不同混合氮水平下紫花苜蓿的根长虽然在不同生育期内的变化趋势存在略微的差异，但总体上具有一致的表现，即最大值在处理N210附近，氮素浓度过高，如N420处理，对根长的促进作用反而不如低氮处理。随着生育期的推进，根长呈现逐渐增大的趋势，各生育期最大值相比较中CK分别增大了161.79%，129.65%和106.07%，增长比例逐渐降低。

表1 不同水平混合氮处理下紫花苜蓿根总长和根尖数Table1 Effect of different mixed N levels on root length and apical of alfalfa

2.5 不同水平混合氮对紫花苜蓿根尖数的影响

从表1可以看出，各个生育期内施氮处理下的根尖数均显著高于对照处理CK(P<0.05)，根尖数随着生育期的推进，呈现逐渐增大的趋势各生育期最大值相比较CK分别增大了。各生育期内随着混合氮水平的增大，根尖数呈先增大后减小的趋势，各处理下的根尖数均表现为N210>N105>N315>N420>CK。在现蕾期，处理N210和N105下的根尖数，差异不显著(P>0.05)，N210略大于N105。说明紫花苜蓿的根尖数在不同水平混合氮下的各指标虽然在不同生育期内的变化趋势存在些微的差异，但总体上具有一致的表现，即最大值为N210处理，供氮处理下根尖数的最小值均出现在N420，氮素浓度过高，会抑制根尖的生成。根尖数随着生育期的推进，呈现逐渐增大的趋势，各生育期最大值相比较CK分别增大了343.82%，173.49%和132.16%，增长比例逐渐降低。

3 讨论与结论

施氮对促进紫花苜蓿的生长发育是十分必要，在试验中施用混合态氮的处理其地上部分和根系的生长状况均显著高于CK(P<0.05)，张进霞等[16]的研究也证明了这点。说明施用混合态氮能够促进紫花苜蓿的生长发育。研究发现，不同水平NO3--N/NH4+-N混合氮对紫花苜蓿生长的促进作用不同。地上部分生长指标随着混合态氮水平的增大，呈现先增大后减小的趋势。最大值出现在氮素浓度315 mg/L，略大于氮素浓度210 mg/L处理，二者间差异不显著(P>0.05)，氮素浓度420 mg/L下株高小于氮素浓度105 mg/L，说明高氮水平对株高的促进作用小于低氮水平。氮素浓度420 mg/L下的地上生物量却高于氮素浓度105 mg/L，蒯佳林等[17]对紫花苜蓿苗期的研究中也有相似的结论。是因为高氮水平对紫花苜蓿叶片的生长及分枝的促进作用大于低氮水平，从而导致生物量与株高的不同变化。根系生长指标的最大值出现在氮素浓度105 mg/L和氮素浓度210 mg/L下，浓度420 mg/L处理下最小。说明低氮处理对根系各指标的促进作用高于高氮处理。

随着生育期的变化，紫花苜蓿株高和地上生物量的最大值始终出现在NO3--N/NH4+-N混合氮浓度315 mg/L下；根重的最大值在苗期出现在处理氮浓度105 mg/L下，现蕾期和盛花期出现在氮浓度210 mg/L处，说明在苗期，低氮处理更有利于根重的增加。出现这种变化可能是因为在苗期，低氮处理下紫花苜蓿吸收和合成的营养物质主要用来供应根系生长，以从地下吸收更多的养分。在现蕾期和盛花期，地上部分生长更旺盛的氮浓度210 mg/L下的光合产物更多的向根系反馈[18]，从而促使其地下生物量的增大[19]。根长和根尖数的最大值一直出现在氮浓度210 mg/L处理下。随着生育期的推进，紫花苜蓿各生长指标逐渐增大，与对照相比，各混合态氮处理株高、地上生物量和根重增长比例最大的生育期为现蕾期，根长和根尖数增长比例最大的时期为苗期。说明，在苗期施氮，能够促使根长和根尖数迅速增大，为现蕾期氮素的吸收利用提供充分的条件，在现蕾期施氮对株高、地上生物量和根重的促进作用最明显。

综上所述，NO3--N/NH4+-N混合氮能够促进紫花苜蓿根系和地上部分的生长发育，混合氮素浓度为315 mg/L最能促进地上部分的生长发育，根系的最适浓度在混合态氮素浓度210 mg/L左右。NO3--N/NH4+-N混合氮素浓度105 mg/L处理对紫花苜蓿根系生长和株高的促进作用高于氮素浓度420 mg/L处理，对地上生物量累积的促进作用则相反。苗期供氮主要促进根系的生长发育，现蕾期供氮主要促进株高和生物量的累积。因此，对紫花苜蓿生长最适NO3--N/NH4+-N混合氮浓度为210 mg/L。

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Effects of different levels of NO3--N/NH4+-N mixed nitrogen on growth characteristics ofMedicagosativaL.

FENG Bo-zhi,LIU Xiao-jing,HAO Feng

(CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China)

Choosing Medicago sativa L.Gannong No.3 as the material,this experiment was conducted to study the effect of five kinds of nitrogen levels (0,105,210,315,420 mg/L)of mixed nitrogen (NO3--N∶NH4+-N=1∶1)on the growth characteristics of root and overground parts of Medicago sativa L.during its seedling stage,squaring stage and full-bloom stage by the method of outdoor(rain-proof screenhouse) potting nutrient solution sand culture.The result shows that NO3--N/NH4+-N mixed nitrogen application could promote the growth and development of root and overground parts ofMedicagosativaL.The concen- tration of mixed nitrogen which can facilitate the growth of overground parts the most is 315 mg/L,At this concentration,the highest of the plant height and aboveground biomass were increase of 169.39% and 333% than the CK,and 210 mg/L was the optimum mixed nitrogen concentration of root growth,the root weight,length and tips increased by 570.83%,161.79% and 343.82%,repectively.The promote role of mixed nitrogen concentration 105 mg/L on root growth and the plant height of alfalfa were higher than that of 420 mg/L;the ground biomass was on the contrary.Nitrogen mainly promotes root growth in seedling and promotes the plant height and biomass accumulation in bud stage.It is suggested that the optimum mixed nitrogen concentration is 210 mg/L.

Medicagosativa；mixed nitrogen;biomass;root

2015-04-17；

2015-04-22

公益性行业(农业)科研专项(201403048-8)资助

冯博政(1991-)，男，山西运城人，硕士研究生。 E-mail：729712268@qq.com 刘晓静为通讯作者。

S 143

A

1009-5500(2015)06-0035-06