不同形态氮素及铵硝比例对咖啡氮吸收和生长的影响①

林兴军 陈鹏 孙燕 董云萍

摘 要 为提高咖啡氮肥肥料有效性，采用溶液培养的方法，研究NH4+和NO3- 2种不同形态氮吸收速率、5种铵硝比例（10∶0、7∶3、5∶5、3∶7、0∶10）对咖啡生长及其氮素利用的影响。结果表明，不同形态氮素对咖啡的生长影响差异显著，铵硝混合营养下咖啡的生长明显优于单一形态氮素处理。在单一形态氮素条件下，咖啡对NH4+的最大吸收速率大于对NO3-的最大吸收速率；当2种形态氮素同时存在时，铵态氮会抑制硝态氮的吸收，硝态氮促进铵态氮的吸收；铵态氮促进地上部分生长，但浓度过高反而抑制地上部分生长；硝态氮的增加有利于根系的生長，但抑制了咖啡地上部分的生长。因此，在咖啡苗期，铵硝比例控制在7∶3～3∶7有利于咖啡生长。

关键词 咖啡 ；铵态氮 ；硝态氮 ；氮吸收 ；咖啡生长

中图分类号 S571.2 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.07.005

氮素对植物生长发育、产量形成与品质好坏有极为重要的作用。从营养意义来讲，作物在生长发育过程中主要吸收NH4+和NO3- 2种形态氮。关于作物对NH4+和NO3-的吸收、贮存、运输和同化过程等方面已有报道[1-3]。NH4+和NO3-被作物吸收后，除硝态氮需先还原成NH4+（NH3）以外，其余同化过程完全相同。据报道，作物对NH4+和NO3-的吸收量因作物特性、种类和环境条件而变化[4]。

虽然铵、硝态氮都是植物根系吸收的主要无机氮，但不同作物对其有不同的偏好性[5-7]。一般情况下，同时施用铵态氮和硝态氮肥，往往能使作物获得较高的生长速率和产量。近年来，关于NH4+-N和NO3--N对植物生长发育的影响，国内外已进行了大量研究，但大多集中在蔬菜、水稻等作物[8-11]。而在不同形态氮素对咖啡营养元素积累的影响方面尚未见系统报道。笔者采用水培研究的方法，控制体系一定的pH条件和养分离子浓度，研究不同铵态氮、硝态氮比例对咖啡吸收氮素和其它一些养分元素的影响，以期更深层次探讨铵态氮、硝态氮比例对咖啡矿质营养吸收与积累的影响，为咖啡生产中的施肥与养分管理提供理论和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2015 年在中国热带农业科学院香料饮料研究所温室中进行，供试材料为中粒种咖啡兴28。

1.2 方法

1.2.1 植株培养

咖啡种子经催芽后播于沙床中，二叶一心时移栽于育苗袋中，六叶一心时移栽于营养液中。营养液采用改良的Hoagland's营养液，总氮浓度为20 mmol/L，其中铵硝（NH4+- N∶NO3-- N）比例分别为10 ∶0、7 ∶3、5∶5、3 ∶7、0 ∶10。各处理除铵态氮和硝态氮比例有差异外[其中NH4+采用（NH4）H2PO4 、（NH4）2HPO4、NH4Cl试剂调节使其达到所需比例]，营养液中PO43-、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+和Fe2+等离子浓度保持一致，其中Fe2+用Fe（EDTA-Na2）代替，以7.0 μmol/L的二氰胺作为硝化抑制剂。营养液用蒸馏水配置，各种养分均由分析纯（AR）试剂提供。为了维持营养液中NH4+和NO3-的浓度和离子平衡，每5 d换1次营养液，每天用0.1 mmol/L NaOH或HCl溶液调营养液pH为（5.8± 0.1）。水培容器采用0.5 L棕色玻璃瓶，在瓶口处用具孔糠醛泡沫板固定咖啡苗，使咖啡根系完全伸入营养液内。每瓶装营养液0.5 L，栽植1株咖啡苗，用供气泵保持通气。试验共设5个处理，每个处理10株苗。

1.2.2 生长特性测定

于2015年9月2日移栽咖啡苗，10月30日取样，一部分植株用于测定株高、茎粗、叶面积，取鲜叶测定叶绿素含量；一部分植株分为根、茎、叶3部分，于85℃杀青30 min后，在80℃条件下烘干，称重，测生物量。将干样粉碎后过0.4 mm筛，用杜马斯燃烧法测定样品氮含量，用95%乙醇提取比色法测定叶绿素含量。

1.2.3 咖啡根系对NH4+和NO3-的吸收速率测定

咖啡对NH4+和NO3-的吸收动力学试验采用常规耗竭法。将咖啡（苗龄为六叶一心）苗根系经蒸馏水漂洗后，浸入蒸馏水中饥饿培养24 h；随后将其浸入含不同氮源[KNO3、（NH4）2SO4、NH4NO3]的营养液中，试验过程中用供气泵保持通气。NH4+（或NO3-）的浓度分别为0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1.0、2.0 mmol/L，共8个处理，5次重复。试验在温度30℃、湿度80%～90%、光照强度为9 000 lx的人工气候箱（MGC-450HP-2）中进行，吸收24 h后，分别称量地上部分和地下部分，并测定营养液中NH4+和NO3-的含量，根据吸收前后N浓度的变化量，计算单位根重在单位时间内的N净吸收量，即根系对N的净吸收速率。营养液中NO3-采用紫外分光光度法测定，NH4+采用靛酚蓝比色法测定。

1.3 数据处理与分析

采用Excel作图，用SPSS软件对数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同单一形态氮素对咖啡吸收NH4+和NO3-的影响

从图1可以看出，以KNO3为氮源，NO3-浓度在1.46 mmol/L时，吸收速率达到最大[最大吸收速率为3.91 μmol/（g·h FW），FW表示鲜重]。从图2可以看出，以（NH4）2SO4为氮源，NH4+浓度在1.75 mmol/L时，吸收速率达到最大[最大吸收速率为5.92 μmol/（g·h FW）]。NH4+最大吸收速率较NO3-最大吸收速率高51.4%，说明咖啡对NH4+的最大吸收速率大于对NO3-的最大吸收速率，并且达到最大吸收速率时，NH4+浓度大于NO3-浓度。

2.2 2种形态氮素同时存在对咖啡吸收NH4+和NO3-的影响

从图3和图4可以看出，以NH4NO3为氮源，NO3-浓度在1.55 mmol/L时，吸收速率达到最大[1.71 μmol/（g·h FW）]，NH4+浓度为1.66 mmol/L时，吸收速率达到最大[6.08 μmol/（g·h FW）]。NH4+最大吸收速率较NO3-最大吸收速率高255.56%，说明在2种氮源同时存在时，咖啡对NH4+的最大吸收速率显著大于对NO3-的最大吸收速率。

与单一氮源相比，2种氮源同时存在时，咖啡对NO3-的最大吸收速率是以KNO3为氮源时的44%，但对NH4+的最大吸收速率与以（NH4）2SO4为氮源时相差较小，并且达到最大吸收速率时，以NH4NO3为氮源的NH4+浓度小于以（NH4）2SO4为氮源时的NH4+浓度。说明铵态氮会抑制硝态氮的吸收，降低硝态氮最大吸收速率，硝态氮促进铵态氮的吸收。

2.3 不同形态氮素比例对咖啡叶片叶绿素含量的影响

营养液中铵硝比从10∶0（全部为铵态氮）至0∶10（全部为硝态氮）的过程中，叶绿素含量呈现“M”型曲线变化。叶绿素a含量以铵硝比3∶7时最高，其次为7∶3，最低为0∶10（表1）；叶绿素b含量以铵硝比3∶7时最高，其次为7∶3，最低为10∶0；叶绿素总含量以铵硝比3∶7时最高，其次为7∶3，最低为0∶10。说明不同铵硝配比对咖啡叶片叶绿素含量产生显著影响，全为铵态氮或全为硝态氮时均会抑制叶片叶绿素含量的增加。

2.4 不同形态氮素比例对咖啡生长干物质重量的影响

营养液中铵硝比从10∶0（全部为铵态氮）至0∶10（全部为硝态氮）的变化过程中，咖啡根系干物质重量随硝态氮增多而持续增加（表2），但咖啡叶片、茎与全株干物质重量变化趋势不同。当铵硝比10∶0时，叶片、茎、根与全株干物质重量均为最小；当铵硝比7∶3 时，叶片和茎干重分别达到最大值（分别为1.92，0.68 g/株），之后随硝态氮的增加而降低。

株高以铵硝比5∶5最高，其次为7：3，最低为0∶10；茎粗以铵硝比7∶3时最高，其次为10∶0，最低为0∶10；叶面积以铵硝比3∶7时最高，其次为0∶10，最低为10∶0。说明不同铵硝配比对咖啡形态指标产生显著影响。

2.5 不同形态氮素比例对咖啡植株全氮含量的影响

通过测量植株体内N元素的含量，分析不同铵硝比对咖啡植株氮含量影响。从表3可以看出，随着硝态氮比例提高，叶片和茎氮含量下降；根氮含量变化趋势与叶片不一致。根氮含量以铵硝比3∶7时最高，其次为7∶3，最低为0∶10；叶片氮含量以铵硝比10∶0时最高，其次为7∶3，最低为0∶10；茎氮含量以铵硝比10∶0时最高，其次为5∶5，最低为0∶10。说明不同铵硝配比对咖啡各器官氮含量产生显著影响。铵态氮比例的提高显著增加了咖啡地上部氮含量，抑制了地下部分氮含量的增加，硝态氮和铵态氮过高均会抑制根系氮含量的增加。

3 讨论与结论

离子吸收是作物吸收矿物质营养过程中极其重要的环节。在水稻[12]、燕麦[13]、蔬菜[8]等作物上，都已证明作物对NH4+和NO3-的吸收存在明显的差异。本研究结果表明，在单一形态氮素条件下，咖啡对NH4+的最大吸收速率大于对NO3-的最大吸收速率。当2种形态氮素同时存在时，铵态氮会抑制硝态氮的吸收，降低硝态氮的最大吸收速率，硝态氮促进铵态氮的吸收。与单一形态氮素相比，2种氮源同时存在时，对NO3-的最大吸收速率产生显著影响，但对NH4+最大吸收速率影响较小，并且达到最大吸收速率时，以NH4NO3为氮源时NH4+浓度小于以（NH4）2SO4为氮源时的NH4+浓度。说明咖啡对不同形态氮吸收存在显著差异，这与在其他作物上的研究结果一致[14]。

本研究结果表明，在其它养分形态与浓度一定的条件下，随着铵硝比从10∶0至0∶10，咖啡叶绿素含量呈现“M”型曲线变化；叶片、茎与全株干物质重量呈抛物线型变化，而咖啡根系干物质重量呈直线上升趋势，说明不同铵硝比对咖啡形态指标产生影响。铵态氮促进地上部分生长，但浓度过高，反而抑制叶绿素含量和地上部分生长；硝态氮的增加有利于根系的生长，促进地下部分的生长，但抑制了咖啡植株叶、茎等地上部分的生长，从而影响咖啡的生长。

铵态氮肥被施入土壤后发生硝化反应形成硝态氮肥。中国咖啡主要种植在海南、云南省，土壤呈酸性，硝化反应相对较慢，因此施铵态氮肥后，在一定时期内土壤同时存在NH4+和NO3- 2种形态氮肥，可以有效促进咖啡生长。所以咖啡施肥宜施铵态氮肥，减少硝态氮复合肥使用量。在强酸性的咖啡园，土壤pH低，硝化能力弱，可以用石灰适当提高土壤pH，提高土壤硝化能力，促进铵态氮肥的转化，使NH4+与NO3-的比例保持在一定范围内，进而提高咖啡园肥料利用率。

参考文献

[1] Marinus L， Van Beusichenm， Ernest A， et al. Influence of nitrate and ammonium nutrition on the uptake， assimilation and distribution of nutrients in ricinus communis[J]. Plant Physiol， 1988， 86（3）： 914-921.

[2] Allen S， Raven I A. Intercelluler pH regulation in ricinus communis grows with ammonium or nitrate as N source： the role of long distance transport[J]. J Exp Bot， 1987， 38： 580-596.

[3] 张福锁，樊小林，李晓林. 土壤与植物营养研究新动态（第二卷）[M]. 北京：中国农业出版社，1995：42-75.

[4] 段英华，张亚丽，王松伟，等. 铵硝比（NH4+/NO3-）对不同氮素利用效率水稻的生理效应[J]. 南京农业大学学报，2007，30（3）：73-77.

[5] 何念祖 孟赐福. 植物营养原理[M]. 上海：上海科学技术出版社，1987：60-80.

[6] 陆景陵. 植物营养学（上册）[M]. 北京：中国农业大学出版社，1994：17-25.

[7] 孙 羲. 农业化学[M]. 上海：上海科学技术出版社，1980：55-83.

[8] 田宵鸿，李生秀. 几种蔬菜对硝态氮、铵态氮的相对吸收能力[J]. 植物营养与肥料学报，2000，6（2）：194-201.

[9] 张辰明，徐烨红，赵海娟，等. 不同氮形态对水稻苗期氮素吸收和根系生长的影响[J]. 南京农业大学学报， 2011，34（3）：72-76.

[10] 王巧兰，吴礼树，赵竹青，等. 氮形态对水稻植株氮损失的影响[J]. 华中农业大学学报，2010，29（3）：312-316.

[11] 王倡宪，肖 龙. 不同氮形态对沙培黄瓜幼苗生长及养分吸收的影响[J]. 北方园艺，2015（1）：8-11.

[12] 岳亚鹏，李 勇，薛 琳，等. 不同供氮形态对旱作水稻生長和养分吸收的影响[J]. 中国水稻科学，2008，22（4）：405-410.

[13] 樊明寿，孙亚卿，邵金旺，等. 不同形态氮素对燕麦营养生长和磷素利用的影响[J]. 作物学报，2005，31（1）：114-118.

[14] 张亚丽，董园园，沈其荣，等. 不同水稻品种对铵态氮和硝态氮吸收特性的研究[J]. 土壤学报，2004，41（6）：918-923.