保水剂与尿素混施对土壤氮素保持和葡萄利用的影响

贾名波，于梦，曹耀鹏，邵小杰

(山东农业大学园艺科学与工程学院，山东泰安 271018)

氮素作为果树必需矿质元素中的核心元素，是蛋白质和叶绿素的主要组成成分，适量施用氮肥能够提高叶片的光合速率，促进果树器官的分化和树体建成，延长叶片功能期[1]，提高果树产量，并改善果实品质[2,3]。但是过量施氮、集中施氮在葡萄生产中普遍存在，部分产区还存在春季一次施氮肥的现象，这不但会导致植株营养生长过旺、果实品质下降，还会加剧土壤中氮素淋溶，造成氮素利用率降低和环境污染。在水稻[4]、玉米[5]、苹果[6]上的研究表明，分次施肥较一次性施肥可提高肥料利用率、增加产量和改善品质，但分次施肥生产成本提高，加上目前劳动力短缺，生产上分次施肥实施困难。

保水剂(Super absorbent polymer, SAP)，又称土壤保水剂，是一种利用强吸性树脂制成的具有超高吸水、保水能力的高分子聚合物。吸水后的水凝胶可缓慢释放水分供作物利用[7]，同时具有改善土壤结构，增强土壤吸水、保水和保肥的能力，在国内外逐渐得到广泛应用[8,9]。目前许多保水剂被用来控制氮肥养分的吸附与释放[11]，保水剂降低了土壤氮素淋失，提高了脲酶活性和植物吸收氮素的能力，具有明显保肥效果[12]。另有研究表明，在不同氮肥种类中，保水剂对尿素有更强的吸持能力，缓释效果明显[13,14]。尿素与保水剂配施，水肥调控达到最好，尿素对保水剂吸水性能影响最小，尿素的氨挥发量最小[14,15]。因此，笔者以酿酒葡萄赤霞珠为试材，采用保水剂吸附尿素的施肥方式，研究其对土壤氮素保持及葡萄氮素利用的影响，以期为保水剂在葡萄施肥上的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料及处理

本研究于2013～2014年在山东农业大学核心示范园进行。供试葡萄品种为3年生自根赤霞珠，株行距为1m×2m。试验前测定土壤的基础营养数据，取葡萄基地0～40cm土壤作为试验研究地肥沃程度的指标，有机质含量12.09g/kg，全氮1.28g/kg，速效氮106.28mg/kg，速效磷59.92mg/kg，速效钾58.73mg/kg。

保水剂为BJ2101L型交联聚丙烯酰胺保水蓄肥改土剂(丙烯酰胺-丙烯酸钾共聚物，英文为CL-PAM-K，缩写为保水剂)，由北京汉力淼新技术有限公司生产，直径约5mm左右。试验前按照保水剂∶尿素∶水=1∶20∶200的比例制备保水剂吸附尿素，将保水剂放入尿素溶液中，待吸附完全后施入土壤。

试验设置4个处理，分别为：①B+N。保水剂吸附尿素87.46g，5月1日新梢旺长期施入。②N。尿素87.46g，5月1日新梢旺长期一次性施入。③NF。尿素87.46g，分5次施入，分别为5月1日新梢旺长期15%、6月1日坐果期15%、7月1日果实膨大期40%、8月1日转色期10%、9月1日成熟期20%。④CK。不施氮肥。选取长势基本一致的植株，每处理10株，单株为1次重复。各处理均在新梢旺长期一次性施入磷钾肥，不再施其他肥料，常规管理。

1.2 测定方法及数据处理

土壤碱解氮采用凯氏定氮法测定；植株全氮采用浓硫酸-过氧化氢(H2SO4-H2O2)消煮法、凯氏定氮法测定；土壤pH值用pH510型台式pH仪测定；脲酶活性测定采用苯酚钠比色法；干物质量使用电子天平测定。计算氮累积量及氮肥利用率。氮累积量(g/plant )=干物质量(g/plant )×氮含量(%)/100；氮肥利用率(%)=(施氮区吸氮量-不施氮区吸氮量)/氮肥用量×100。

采用Microsoft excel 2010软件进行数据处理，采用DPS软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 施氮方式对土壤性状的影响

2.1.1对土壤碱解氮含量的影响 由图1可知，0～20cm、20～40cm土层的土壤碱解氮含量规律比较一致，除分次施入NF处理外，其余各处理土壤碱解氮含量均呈现下降趋势，其中以一次性施入N处理的下降速度最快，B+N保水剂吸附尿素处理的碱解氮下降趋势变缓。0～20cm土层的碱解氮含量各处理间差异较大，各处理的显著大于对照，NF处理的土壤碱解氮含量一直稳定在较高水平，至10月1日其碱解氮含量与对照相比增加136.31%。N处理的土壤碱解氮到10月1日比6月1日减少50%左右。B+N处理的土壤碱解氮也一直呈现下降趋势，但是下降速度相对N处理慢。到成熟期土壤碱解氮含量大小顺序为：NF>B+N>N>CK。20～40cm土层碱解氮含量明显低于0～20cm，变化规律总体与0～20cm土层相似，但下降趋势变小，且各处理间差异减小。因此，保水剂吸附尿素后能够降低氮素的淋溶，使氮素维持在葡萄根系附近。

图1 不同施氮方式下土壤碱解氮含量变化

2.1.2对土壤pH值的影响 不同施氮处理均不同程度地提高了土壤pH值，不同处理间pH升高趋势不完全一致(图2)。其中N处理的前期相比于其他处理升高效果显著，但是后期由于尿素的减少，土壤pH值迅速下降，10月1日的pH值比6月1日下降约9.38%，此规律与其土壤碱解氮规律类似。NF处理的一直保持较高的上升趋势，至10月1日显著高于其他处理。保水剂的施入使尿素分解速率降低，pH值变化比较平缓，与对照间差异不显著。20～40cm的土壤pH变化规律与0～20cm的相似，但保水剂处理的土壤pH值显著高于对照。

2.1.3对土壤脲酶活性的影响 由图3可知，随着土壤深度的增加，土壤脲酶活性呈现下降趋势，各施肥处理均显著增加了土壤脲酶活性。其中NF处理的脲酶活性一直比较稳定，后期还有一定提高。其他处理脲酶活性前期较高，但8月1日以后下降趋势明显。10月1日数据与6月1日数据相比，0～20cm土层各处理下降幅度均在60%以上，20～40cm土层各处理降幅也在60%左右。大多数时期保水剂与尿素混施处理的土壤脲酶活性显著高于其他处理。

图2 不同施氮方式土壤pH变化

图3 不同施氮方式土壤脲酶活性变化

2.2 施氮方式对赤霞珠葡萄植株的影响

2.2.1对葡萄叶氮素营养的影响 叶片与叶柄中的全氮含量变化趋势存在较大差异，叶片中的全氮含量显著高于叶柄，各施肥处理的氮含量均高于对照。叶柄：B+N处理的叶柄全氮含量先下降，自7月1日开始上升，至10月1日升至1.48%左右。NF处理6月1日至7月1日有一个较显著的上升过程，增幅达37.08%，随后一直稳定在较高的水平。而N处理前期有一个显著的下降过程，后期有小幅下降。叶片：6月1日至7月1日，各处理的叶片全氮含量均有所上升，其中N处理全氮含量最高，其次是B+N处理。7月1日之后，N处理的全氮含量一直呈现较明显的下降趋势，而B+N处理在8月1日之前仍有一个上升过程，随后再进入下降过程。NF处理变化幅度相对较小(图4)。

图4 不同施氮方式赤霞珠叶氮素营养的变化

2.2.2对落叶期干物质累积量的影响 由图5可知，保水剂吸附尿素处理B+N各器官的干物质累积量均维持在较高水平，显著高于其他处理。多年生枝、根和果实的干物质累积量，各处理的规律相似，即 B+N>NF>N>CK，而叶片的干物质累积量各处理间无显著性差异。各处理间当年生枝的干物质累积量差异非常大，其中B+N处理最高，其次是N处理，再次是NF处理，CK最低。就整株总的干物质累积来看：B+N>NF>N>CK，其中NF和N处理之间无显著性差异。

图5 不同施氮方式植株各器官的干物质累积量比较

注：柱上不同小写字母表示在5%水平差异显著，下同。

2.2.3对落叶期各器官氮含量与累积量的影响 葡萄各器官氮含量规律和累积量规律呈现相似性，氮素的含量和累积量都是叶片中最高，叶片是吸收和累积氮素的关键器官。叶片和果实中的氮含量规律比较一致：B+N处理和NF处理的氮含量最高，其次是N处理，CK最低。当年生枝中的氮含量各施肥处理间无显著性差异，但均高于对照。多年生枝和根中的氮含量规律相似，NF和N处理的氮含量较高，其次是保水剂与尿素混施处理，对照最低。叶片和果实的氮素累积量规律与其氮素含量规律相似。各处理当年生枝中的氮素累积量差异较大，B+N处理累积的氮素最高，为CK处理的2.85倍，其次是NF和N处理的氮素累积量，分别为CK处理2.08倍和2.22倍。当年生枝和根中的氮素累积量规律相似，大小顺序为NF>B+N>N>CK，且各处理间差异较小(图6)。

2.2.4对氮素利用率的影响 肥料的表观利用率能很好地反映作物对化肥养分的吸收状况，是中国学术界和政府关注的焦点[16]。通过试验得知(表1)，各施肥处理当季氮素利用率大小顺序为：B+N>NF>N，保水剂吸附氮素处理B+N提高了氮素利用率，比一次性施氮处理N提高了7个百分点。同时分次施氮NF的氮素利用率也比较高，比一次性施氮处理提高了5～6个百分点。保水剂吸附尿素的施肥方式与分次施肥的氮肥利用率相近。

图6 不同施肥方式葡萄植株各器官的氮含量

氮素累积量(g/plant)当季施氮量(g/plant)氮肥表观利用率(%)CK14.17--NF22.3949.4716.63B+N23.1949.4718.25N19.6949.4711.16

3 讨论

土壤碱解氮包括无机态氮(铵态氮、硝态氮)及易水解的有机态氮，其中铵态氮和硝态氮是速效氮，是脲酶与尿素反应后的终产物[17]。保水剂与尿素的混施有助于土壤对氮素的保持，使土壤碱解氮含量比较稳定，这与众多在保水剂上的研究结果一致[18,19]。后期土壤碱解氮含量有所下降，这可能由于夏季雨水较多，对尿素的淋溶较多，导致了后期尿素含量降低，因此保水剂对肥料的缓释效果还要充分考虑当季的降水量等天气因素。张为政指出脲酶活性的变化与土壤氮素状况及土壤理化特性有关[20]，其活性大小可以反映土壤肥力的微小变化。保水剂的应用使脲酶活性一直保持在较高水平，说明保水剂改善了土壤的理化性质，同时对土壤氮素有很好的保持作用。有研究表明尿素施入土壤后能够快速引起土壤pH的升高[21]，但是保水剂与吸附尿素之后，对尿素的缓释效果使土壤pH比较稳定。

虽然对于葡萄植株营养诊断，用叶片或叶柄国内外看法不一致，但研究普遍认为葡萄的叶片及叶柄的元素含量能够反映树体的养分需求情况[22]，保水剂吸附尿素之后完全可以满足葡萄对氮素的需求，尤其是后期的持续供氮能力，在叶柄中保水剂处理的效果甚至比分次施尿素处理更好。关于缓控释肥能够显著提高肥料利用率的研究较多[23,24]，本试验结果也证实保水剂吸附尿素之后能够显著提高尿素的肥料利用率，且其效果超出了分次施肥处理。

科学简化施肥是未来科学施肥的目标和方向[25]，保水剂对尿素能够起到很好的缓释作用，一次施入完全能够满足作物对氮素的需求，与氮素分次施入处理相比大大减少了劳动成本，同时由于保水剂本身对土壤的改良作用，使赤霞珠葡萄能够更好的生长。

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