用15N示踪研究不同氮水平下剑麻的氮素吸收利用特性

谭施北 习金根 贺春萍 吴伟怀 郑肖兰 梁艳琼 李锐 郑金龙 易克贤

摘  要  采用盆栽试验和15N示踪技术，研究4个不同氮（N）水平对剑麻生长及氮素吸收利用特性的影响。结果表明，施氮显著提高剑麻株高、叶长、叶宽和根粗。施氮处理地上部鲜重、含水量、全氮含量和吸氮量均有所增加，但施氮处理之间差异不显著。剑麻地上部和根系吸收的肥料N随着氮水平增加而增加，各处理整株肥料N比例，以示踪法计算为24.2%～32.6%，差减法计算为34.6%～53.1%。不同氮水平下剑麻氮素利用率变化不明显，整株氮素利用率，示踪法计算为20.0%～22.0%，差减法计算为30.0%～35.7%。可见，剑麻吸收的肥料氮低于土壤氮;剑麻的氮素利用率偏低;以示踪法求得的肥料N比例和氮素利用率均低于以差减法求得的结果。

关键词  剑麻;15N示踪技术;氮水平;氮素利用

中图分类号  S563.8          文献标识码  A

Nitrogen Utilization Characteristics of Sisal on Different

Nitrogen Rates， Using 15N Isotope Tracer Technique

TAN Shibei1， XI Jingen2 *， HE Chunping2， WU Weihuai2， ZHENG Xiaolan2，

LIANG Yanqiong2， LI Rui2， ZHENG Jinlong2， YI Kexian2 *

1 Agricultural College， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China

2 Environment and Plant Protection Institute， CATAS / Danzhou Scientific Observing and Experimental

Station of Agro-Environment， Ministry of Agriculture， Haikou， Hainan 571101， China

Abstract  Pot experiment and 15N tracer technique were used to explore the effects of different nitrogen levels on the growth and nitrogen utilization characteristics of sisal. Four levels of nitrogen fertilizer were： none， low（0.69 g）， medium（0.98 g）and high（1.24 g）. The results showed that plant height， leaf length， leaf width， leaf fresh weight and water content of the leaf increased significantly when using nitrogen fertilizers. The content of N and the amount of N accumulation of the aboveground parts and roots increased as the application of nitrogen fertilizers increased. The uptake of N from the fertilizer（Ndff）by above-ground parts and roots all increased with the N rates. The percentage of N from the fertilizer（%Ndff）ranged between 24.2% and 32.6% when calculated by the tracer method， and 34.6%-53.1% when calculated by the difference method. N uptake efficiency of plants ranged between 20.0% and 22.0% when calculated by the tracer method， and 30.0%-35.7% when calculated by difference method， whereas no significant differences were found between the treatments. The results showed that（1）the uptake of N from the fertilizer was higher than from soil，（2）the N uptake efficiency of sisal was low，（3）the values of the percentage of N from the fertilizer and N uptake efficiency that calculated by the tracer method were lower than that calculated by the difference method.

Key words  Sisal; 15N Isotope; Nitrogen rates; Nitrogen utilization

doi  10.3969/j.issn.1000-2561.2015.10.002

剑麻（Agave Sisalana Perrine）为龙舌兰科（Agavaceae）龙舌兰属（Agave linnaeus）多年生硬质纤维作物，其纤维具有拉力强、坚韧耐磨、富有弹性等特点，广泛用于制作绳缆、编织剑麻地毯、工艺品等，是国防、渔业、航海、石油、工矿等领域的重要原料[1]。前人对剑麻的氮素营养和氮肥施用技术已做过大量研究，发现适量施用氮肥可促进剑麻高产，但剑麻吸收利用有限，过量施氮只会造成资源浪费[2-5]。目前，15N示踪技术在小麦、甘蔗、棉花、桃树等多种作物的氮素利用研究中已有广泛的应用[6-9]，但在剑麻上的应用尚未见报道。本试验以龙舌兰H.11648幼苗为材料进行盆栽土培试验，应用15N示踪技术探索不同施氮水平对剑麻苗生长的影响以及不同来源氮在剑麻体内的吸收利用特性，以期为改进剑麻施肥技术，提高肥料利用率提供理论参考。

1  材料与方法

1.1  试验材料

龙舌兰（H.11648）品种吸芽，重（350±50）g，采集于广西山圩农场高产剑麻园。供试土壤成分：有机质9.20 g/kg、pH4.7、碱解氮24.77 mg/kg、速效磷11.18 mg/kg、速效钾42.04 mg/kg。黑色环保塑料袋;塑料盆（口径23 cm，高30 cm）;供试15N标记尿素（含N 46%），上海化工研究院生产，标记丰度为10.08%;过磷酸钙（含P2O5 16%）和氯化钾（含K2O 60%），以上均为市售。

1.2  测定项目与方法

1.2.1  试验设计   试验于海南省儋州市中国热带农业科学院环境与植物保护研究所基地大棚进行，选取长势正常一致的剑麻幼苗进行盆栽试验。每盆装土5 kg，每盆1株，2012年8月31日种下，每隔10 d浇水1次，每次200 mL。以剑麻生产施氮水平为参考，设置CK（不施氮）、N1（低氮）、N2（中氮）、N3（高氮）4个处理，5次重复，每处理氮水平（15N标记尿素，以N计）为：0、0.138、0.196、0.248 g N/kg，磷钾肥施用量一致，每盆施用过磷酸钙（以P2O5计）0.21 g，氯化钾（以K2O计）0.70 g。2012年10月15日，于盆中挖两小沟，将尿素、过磷酸钙和氯化钾一次性施入。

1.2.2  测定内容与方法   2013年6月13日对剑麻植株进行破坏性采样，测量叶数、株高、叶长、叶厚、叶宽、叶片鲜重/干重、整株鲜重/干重以及根数、根长、根粗、根鲜重，根干重。并通过以下方法测定剑麻植株地上部和根系N、P、K含量[10]：样品经过H2SO4-H2O2消化后，N用奈氏比色法测定，P用钼锑抗比色法，K用火焰光度法。测定各处理地上部和根系15N丰度值。各指标计算方法[11-12]：

各器官吸N量=各器官干重×各器官全N含量;

植株总吸N量=地上部吸N量+根吸N量;

示踪法：

15N原子百分超=样品或15N标记肥料的15N丰度-15N自然丰度（0.366%）;

各器官吸N量中肥料N的比例=各器官15N原子百分超/肥料15N原子百分超;

各器官吸收的肥料N量=各器官吸N量×各器官吸N量中肥料N的比例;

植株吸收的肥料N量=地上部吸收的肥料N量+根吸收的肥料N量;

各器官吸收土壤N量=植株吸N量-植株吸收的肥料N量;

氮素利用率=植株吸收的肥料N量/施N量×100%。

差减法：

各器官吸收的肥料N量=施氮处理各器官吸N量-CK各器官吸N量;

各器官吸收的肥料N占总吸N量比例=各器官吸收的肥料N量/各器官吸N量;

植株吸收的肥料N量=施氮处理植株总吸N量-CK植株总吸N量;

氮肥利用率=植株吸收的肥料N量/施N量×100%。

1.3  数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2007和JMP 10软件进行数据处理和统计分析。

2  结果与分析

2.1  不同氮水平对剑麻生物学性状的影响

由表1可见，随着氮水平增加，剑麻株高、叶长、叶宽和根粗均呈上升趋势，而叶数、叶厚、根数和根长变化不明显。其中，高氮处理株高、叶长、叶宽、根粗分别比对照显著提高29.8%、20.3%、23.3%、55.6%。施氮处理株高、叶长均显著高于对照，而其叶宽与对照差异不显著。低氮和中氮处理之间株高、叶长、叶宽和根粗差异均不显著。

2.2  不同氮水平对剑麻生物量的影响

由表2可见，不同氮水平对剑麻地上部鲜重、地上部含水量和根冠比有所影响。其中，中氮和高氮处理地上部鲜重显著高于对照，而低氮处理与对照之间、施氮处理之间差异不显著。施氮处理地上部含水量均高于对照，而施氮处理之间差异不显著。根冠比随着氮水平增加呈先增后减的趋势，其中，低氮和中氮处理根冠比显著高于对照，而高氮处理与对照差异不显著。不同处理之间根鲜重、地上部和根干重、根含水量差异不显著。

2.3  不同氮水平下剑麻地上部和根系养分含量

由表3可见，施氮处理地上部全氮含量均显著高于对照，而施氮处理之间差异不显著。高氮处理根系全氮含量显著高于其它处理。根系全钾含量随着氮水平的增加而降低。不同处理之间根系全氮含量、地上部全磷含量、地上部全钾含量差异不显著。

2.4  不同氮水平下剑麻各器官中肥料N的比例

由表4可见，以示踪法和差减法求得的地上部、根系和整株中肥料N的比例总体上随着氮水平的增加而增加，但示踪法求得的高氮和中氮处理根系中肥料N的比例差异不明显。以差减法求得的肥料N比例均高于示踪法算得的结果。以示踪法计算时，地上部、根和整株肥料N比例分别为23.4%～31.8%、35.0%～40.7%、24.2%～32.6%。以差减法计算时，地上部、根和整株肥料N比例分别为34.7%～51.8%、33.1%～65.3%、34.6%～53.1%。

2.5  不同氮水平对剑麻氮素积累的影响

由表5可见，施氮处理剑麻地上部和整株吸N量均显著高于对照，而施氮处理之间差异不显著。其中，高氮处理整株吸氮量比对照高113.2%。各处理剑麻氮素主要累积在地上部，地上部吸氮量占整株吸氮量的90%以上。以示踪法和差减法求得的地上部吸收的来自肥料的氮素的量均随着氮水平的增加而增加，而根系则变化不明显。其中，以示踪法求得的高氮处理整株肥料N量比低氮处理高88.1%。以差减法求得的地上部和根系的肥料氮量均高于示踪法算得的结果。

2.6  不同氮水平下剑麻的氮素利用率

由表6可见，不同氮水平下剑麻氮素利用率变化不明显，即不同氮水平处理之间均未达到显著水平。然而，剑麻地上部氮素利用率较高，根部较低。以示踪法求得的剑麻整株氮素利用率为20.0%～22.0%，而以差减法求得的结果较大，为30.0%～35.7%。

3  讨论与结论

不同氮水平明显影响剑麻生长，株高、叶长、叶宽、根粗、地上部鲜重和含水量均随氮水平增加而增加。氮水平的提高促进剑麻对氮素的吸收，地上部全氮含量和氮素积累量总体上随着氮水平的增加而增加。不同氮水平还明显影响剑麻对肥料氮的吸收利用。地上部、根系和整株吸收的氮素主要来自土壤，来自肥料的较少，且肥料N的比例总体上随着氮水平的增加而增加。在该试验条件下，剑麻氮素利用率较低，且不同氮水平下差异不明显。

可见，施氮对剑麻幼苗生长具有一定的促进作用，苗期需要施用适量氮肥，才能满足剑麻快速生长的需要。但氮肥利用率较低，剑麻幼苗吸收的氮素主要来自土壤，试验期内大部分肥料氮未能被植株吸收。因此，在生产上应控制施氮量在合理水平。本试验中，不同氮水平处理剑麻各生长指标差异不显著，说明中氮和高氮处理增产效果不明显，而低氮处理已满足剑麻生长需要，故推荐0.138 g N/kg为剑麻幼苗最佳施肥水平。

本研究还发现，以示踪法计算时，剑麻地上部、根和整株肥料N比例分别为23.4%～31.8%、35.0%～40.7%、24.2%～32.6%，说明剑麻根系中肥料N的比例高于地上部，且剑麻吸收的氮素中，来自肥料的氮素较少，大部分来自土壤，前人在研究水稻和小麦时也有类似发现。徐彩龙等[13]研究发现，小麦植株吸收的氮素大部分来自土壤氮，开花期小麦地上部植株积累的氮素只有28.7%～32.0%来自肥料氮，成熟期只有22.3%～33.6%来自肥料氮。周瑞庆等[14]研究发现，水稻所吸收的氮约2/3来源于土壤氮，1/3来源于当季所施的肥料氮。赵广才等[15]研究发现，小麦各器官从肥料中吸收的氮的比例以根系最多，其次为籽粒和茎秆。

中国农田氮肥平均利用率只有30%～35%[16]，本试验中，以示踪法和差减法求得的剑麻整株氮素利用率分别为20.0%～22.0%、30.0%～35.7%，可见，以示踪法求得的结果较低，而以差减法求得的结果与前人一致。Harmsen发现，在缺氮土壤中，用差减法计算所得的氮素回收率一般高于示踪法计算所得的结果[17]。中国学者也认为，示踪法测得的氮肥利用率低于差减法，因为氮示踪法计算的氮肥利用率仅仅是差减法计算的氮肥利用率的一部分，没有包含因施肥交换出土壤原有氮素的部分[18-19]。本试验中，以示踪法求得的剑麻各器官氮素利用率均低于以差减法求得的结果，这与前人的研究结果一致。

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