灌溉施氮模式对麻风树水氮利用的影响

贾 林，李 婕，杨启良

(1.元谋大禹节水有限责任公司，云南 元谋 651300；2.昆明理工大学现代农业工程学院，昆明 650500)

0 引 言

麻风树为大戟科麻风属半肉质小乔木或大灌木，其树高约2.0～7.0 m，可在平地、丘陵坡地及河谷荒山坡地环境下生存，且具有生长较快、耐寒、耐旱、耐侵蚀等特性[1，2]。原产于热带气候的美洲，我国云南、四川、广西、贵州等地较为常见，特别在云南干热河谷地区分布较广[2]。麻风树种子含非食用油量高达40%～60%，可替代柴油作为燃料，号称生物柴油树[3]，麻风树全株可以加工为药品，如它的茎、叶、树皮含有大量的乳汁，可作为除菌、皮肤病的外用药、风湿病的止痛药等，也可用于肥皂和化妆品的生产[4]，具有广泛的应用潜力。

近年来，麻风树的人工种植面积逐渐扩大，然而土壤水分和养分是影响其生长发育的重要因素。灌溉施肥(fertigation)是将易溶于水的肥料随同灌溉水输送到田间或作物根区的农业水肥管理技术[5-7]。这种技术不仅促进作物产量明显提高，而且对减少肥料的损失和显著提高作物水肥利用效率起到积极的作用[8, 9]。目前灌溉施肥技术已围绕大田作物和果蔬作物的生长、生理和水肥利用效率进行了大量的研究[10-12]，但针对能源作物麻风树方面的研究还尚未见报道。为此，本文基于灌溉施氮研究麻风树水氮利用效率的变化规律，探讨麻风树优质高效种植的灌溉施氮模式，为麻风树的水肥管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验区概况及材料

实验于2012年4-9月在昆明理工大学现代农业工程学院玻璃温室中进行。一年生麻风树幼树来自于云南元谋干热河谷区，4月15日将麻风树幼树移栽至上底宽30.0 cm，下底宽22.5 cm，桶高30.0 cm 的塑料花盆中。供试土壤为当地燥红壤土，质地类型为黏壤土，将风干土样过5 mm筛，每盆移植1株麻风树幼树，桶中装土13 kg，装土密度为1.2 g/cm3，田间持水量(θf)为29.8%(质量百分数)。土壤pH为5.50，土壤有机质质量分数13.12 g/kg 、全氮0.87 g/kg 、全磷0.68 g/kg、全钾13.9 g/kg，移栽后浇水至田间持水量。

1.2 实验设计

经过60 d缓苗后，从60盆中挑选长势均匀的麻风树幼树进行不同水分处理及施氮处理。实验设4个水分处理，3个施氮处理，共12个处理，每处理3次重复，共36盆。每次灌水采用称重补偿法，灌水定额为T1(100%ET)、T2(80%ET)、T3(60%ET)，T4(40%ET)，灌水周期为7d，自5月27日至9月20日，共灌水17次，灌溉定额T1至T4分别为：308.2、240.4、181、120.3 mm。

施氮处理为每盆13 kg风干红壤土施分析纯尿素的质量分数是N1(0 g/kg)、N2(0.4 g/kg)、N3(0.8 g/kg)。每盆每次施加磷酸二氢钾0.58 g。每次灌水前分别将氮肥0、0.66、1.31 g，钾肥0.58 g溶于水，拌和均匀后，浇于土壤中。为了减少温室内生长盆放置环境产生的系统误差，试验期间每两周均沿同一方向转动一次，其他管理措施均保持一致。

表1 试验处理水平Tab.1 Factor levels in various treatments

1.3 测定项目

根区土壤水分、硝态氮含量以及氮素利用效率：距种植盆表层土壤5、10、15 cm取土，在灌水前一天(8月11日、9月15日)分别取土样两份，一份于105 ℃烘箱中烘至10 h后，测定土壤含水量；另一份自然风干后，将土壤粉碎、过筛，用紫外可见分光光度计测定两次土壤硝态氮。

植株全氮含量：各器官生物量均于9月19日获取。在烘箱中保持105 ℃杀青30 min后调节温度至78℃继续烘烤直至恒质量。将烘干后的干物质粉碎、过筛后，采用浓H2SO4-H2O2法消煮，凯氏定氮仪测定全氮含量。

植株氮素吸收总量=∑植株各器官氮素含量×其干物质量；氮素干物质生产效率=总干物质量/植株氮素吸收总量；氮素表观利用效率=(施氮处理的氮素吸收量-未施氮处理的氮素吸收量)/施氮量；氮素吸收效率=植株氮素吸收总量/施氮量的比值[13]。

1.4 数据处理及分析

采集的生长、生理和测定的土样数据应用SPSS(20.0)的ANOVE过程进行单因素方差分析，多重比较采用Duncan(P=0.05)法，图表在Excel(2010年)软件系统下完成。

2 结果分析

2.1 灌溉施氮处理对麻风树根区土壤含水率、土壤硝态氮的影响

麻风树根区垂直剖面5、10、15 cm土壤水分状况如图1(a)所示。由图1(a)知，土壤含水率均随着灌水量的增大而增大 ，随施氮量的增大而增大。其中，与T1相比，T2水平的麻风树根区土壤含水率无显著差异，T3、T4水平的麻风树根区土壤含水率分别下降11%和22%(P<0.05)；与N1相比，N2、N3水平的麻风树根区土壤含水率分别提高了19%和36%(P<0.05)。与高水高氮的T1N3相比，T2N2处理的根区土壤含水率显著增加了8%(P<0.05)。

麻风树根区5、10、15 cm土壤硝态氮质量分数如图1(b)所示。由图1(b)知，无氮处理N1土壤硝态氮质量分数显著低于施氮处理(P<0.05)，T2水平下的平均土壤硝态氮质量分数均为最小值，表层土5 cm处的土壤硝态氮质量分数基本都低于表层土10和15 cm处。在N3水平下，T3水平平均土壤硝态氮质量分数显著高于T1、T2和T4水平(P<0.05)。比较前后两次土壤硝态氮质量分数差值，施氮量相同时，与T1相比，T2、T3、T4水平测定的平均土壤硝态氮质量分数前后两次差值分别增加18%、增加15%、增加8%；灌水量相同时，N2水平下测定的平均土壤硝态氮质量分数前后两次差值是N1水平下的1.08倍(P<0.05)，N3水平下测定的平均土壤硝态氮质量分数前后两次差值与N1水平无显著差异。与高水高氮的T1N3相比，T2N2处理的根区平均土壤硝态氮质量分数前后两次差值显著增加47%(P<0.05)。

图1 灌溉施氮处理对麻风树根区土壤含水率及根区土壤硝态氮的影响Fig.1 Effect of different irrigation with fertilization treatments on the amount of the Soil water contents and the Soil NO-3-N content of Jatropha curcas L.

2.2 灌溉施氮处理对麻风树水分、氮素利用效率的影响

由图2和表2可知，灌溉施肥对麻风树幼树叶全氮、茎全氮及根全氮的影响无显著差异。数据分析表明，施氮量相同时，与T1相比，T2水平的叶全氮、茎全氮及根全氮分别增加：6%、6%、4%；T3水平的各全氮含量分别增加(+)和减少(-)：2%、2%、-7%；T4水平的各全氮含量分别增加：0、2%、0。灌水量相同时，与N1相比，N2水平的叶全氮、茎全氮及根全氮分别

增加:107%、71%、107%(P<0.05)；N3水平的各全氮含量分别增加的质量分别为：151%、93%、162%、(P<0.05)。与高水高氮的T1N3相比，T2N2处理下麻风树的叶全氮减少11%、茎全氮减少3%、根全氮减少15%(P<0.05)。

适宜的灌溉施肥方式可大幅度提高小桐子的灌溉水利用效率。数据分析表明，施氮量相同时，与T1相比，T4水平的灌溉水利用效率与T1并无显著差异(P<0.05)，但T2、T3处理的灌溉水利用效率较T1分别增长13%和6%；当灌水量相同时，与N3相比，N1水平的灌溉水利用效率降低23%，N2水平的灌溉水利用效率增长19%。与高水高氮的T1N3相比，T2N2灌溉水利用效率增加了25%。

图2 灌溉施氮处理对麻风树全氮含量的影响Tab.2 Effect of different irrigation with fertilization treatments on Plant total nitrogen of Jatropha curcas L.

图3 灌溉施氮处理对麻风树水、氮利用效率的影响Tab.3 Effect of different irrigation with fertilization treatments on water and nitrate-nitrogen use efficiency of Jatropha curcas L.

2.3 水氮一体灌溉处理对麻风树的水氮利用关系的影响

统计分析表明(表2)，N2时水分利用效率与灌水量显著正相关，氮素吸收效率与灌水量呈显著二次曲线关系；N1和N3时水分利用效率和氮素吸收效率均与灌水量呈显著二次曲线关系，但N2及N3水平下的二次曲线开口向下，说明中水水平下的氮素利用效率达到最大值。

表2 水氮一体灌溉处理对麻风树水氮利用关系的影响Tab.2 Effect of different i water and nitrogen integrated irrigation mode on relationship of water and nitrogen use of Jatropha curcas L.

3 讨 论

养分的吸收是干物质积累及合成的基础，养分累积形成干物质又是形成产量的前提，这都受到灌溉水和施肥量的交互影响[8]。与T1N3处理相比，T2N2的麻风树氮素吸收总量、氮素干物质生产效率、氮素表观利用效率及植株氮素吸收效率均显著提高，可见T2N2处理不仅节约灌溉用水和氮肥施用量，而且促进麻风树对氮的利用效率。作物对氮素的吸收量受土壤中硝态氮的累积量有关，灌溉用水和氮肥施用量也显著影响土壤中硝酸盐的残留[14]，本研究发现，高水和中水灌溉(T1、T2)时，两次土壤硝态氮的差值随施氮量的增加而呈现先增加后减小的趋势，低水灌溉(T3)时，两次土壤硝态氮的差值随施氮量的增加而减小[图1(b)]。

本研究还发现，植株叶全氮、茎全氮、根全氮均随施氮量的增加而增加(图2)；植株的茎秆和根系全氮随灌水量的减少先增大后减小(表1)。说明中度水分亏缺条件下(T3)，过度增加施氮量，并不利于麻风树对氮的吸收，如高氮水平下(N3)，土壤溶液浓度较高，麻风树的株高和茎粗反而降低，根系干物质质量、水分利用效率、氮素利用效率均明显降低，可能是因为土壤氮浓度过高，降低了土壤的水势[15]，使得与叶水势的差值减小，因此抑制了植株对水肥吸收及利用。施氮量适宜时，灌水量在一定范围内，作物对氮肥的吸收利用增大，但灌水过多，会造成氮素被淋洗到根密度较小的下层区域，而麻风树属浅根植物，加之灌水较多，土壤铵态氮挥发损失，因此氮肥吸收利用率降低，这与他人[16]研究一致。

此外，不同灌水条件下，水分利用效率和氮素吸收效率均与施氮量呈显著二次曲线关系，均在低氮水平下达到最大值。氮素吸收效率均与施氮量呈显著二次曲线关系，这与施氮量水平较高时土壤硝态氮累积量增加的研究结果相吻合[12]。

4 结 语

(1)灌溉施氮模式中增施氮肥具有保持土壤水分的作用。

(2)不同灌水条件下，水分利用效率和氮素吸收效率均与施氮量呈显著二次曲线关系，均在低氮水平下达到最大值；氮素吸收效率均与施氮量呈显著二次曲线关系，说与施氮量水平较高时土壤硝态氮累积量增加。

(3)与高水高氮的T1N3处理相比，T2N2处理在节水20%，节氮50%条件下，麻风树的灌溉水利用效 率、氮素吸收总量、氮素表观利用效率和氮素吸收效率均显著提高。因此，本试验条件下，最佳的灌溉施氮模式为灌水周期为7d，每次灌水量为80%ET，每千克风干土施氮0.4g的处理。

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