生长模型和15N示踪评价施肥处理对苹果树氮肥利用的影响

韩佳乐，冯 涛，朱志军，李鹏飞，张阿凤，同延安，王旭东

生长模型和15N示踪评价施肥处理对苹果树氮肥利用的影响

韩佳乐1,2，冯 涛1,3，朱志军1,3，李鹏飞1,2，张阿凤1,2※，同延安1,2，王旭东1,2

（1. 西北农林科技大学资源环境学院，杨凌 712100；2. 农业部西北植物营养与农业环境重点实验室，杨凌 712100；3. 新洋丰农业科技股份有限公司，荆门 448000）

为提高果树氮肥利用率，探索一种简便易行的氮肥利用评价方法，该研究以田间5年生延长红（“长富2号”芽变品种）为研究对象，分别采用生长模型和15N示踪技术对比分析不施氮肥（CK）、常规高氮（N800，800 kg/hm2化肥氮）、优化减氮（N400，400 kg/hm2化肥氮）和有机无机配施（N200+O200，化肥氮和有机氮各200 kg/hm2）处理下苹果树对氮肥的吸收利用情况以及各器官氮素的分配特性的差异，结果表明：不同施肥处理对苹果的产量没有显著性的影响（31.7～37.3 t/hm2）；各施氮处理基于生长模型和15N示踪技术的果树氮肥利用率分别为13.13%～31.94%和11.64%～32.40%；基于生长模型，N400和N200+O200处理果树的氮肥利用率比N800处理高84.92%和143.26%；基于15N示踪技术，N200+O200处理的果树氮肥利用率比N800和N400高178.35%和69.28%；不同施肥处理对各器官氮素分配没有显著性的影响。两种评价方法对于果实和叶片的氮肥利用率、各器官氮素的分配情况分别存在显著差异（<0.05）和极显著差异（<0.01），但对植株总体氮肥利用率的评价结果无显著差异，平均仅相差3.10%。基于本试验的研究结果可以得出，利用生长模型可以估算苹果树的氮肥利用率。研究结果可为农田管理措施改善以及果树氮肥利用率评价提供理论参考。

氮素；施肥；生长模型；15N示踪；有机无机配施；苹果

0 引 言

中国是苹果生产大国， 2019年全国苹果栽培面积和鲜果产量分别达到了204万hm2和4 243万t[1]，但在苹果生产过程中普遍存在过量施用氮肥的问题[2]。黄土高原苹果园平均氮投入量为（1 032±32）kg/hm2[3]，而欧美国家果园氮推荐投入量仅为150～200 kg/hm2[4]，且中国苹果的氮肥利用率较低，约为10%～20%[5]。因此需要通过减少施肥[6]、配施有机肥[7]等措施提高氮肥利用率，但是不根据土壤和作物特性盲目地减少氮肥用量，将会导致农作物减产[8]。因此，为通过运用合理的施氮处理来提高氮肥的有效利用率和控制氮肥的环境效应[9-11]，首先需要评估当前苹果的氮肥利用效率和吸收规律现状。

目前，传统差减法和15N示踪技术已被广泛应用于农田氮肥利用率的研究中[12-14]。很多研究通过15N示踪技术探索了不同施氮水平[15-16]、施氮季节[17-19]、分次施氮[20-22]、不同施肥位置[23-24]以及生草覆盖[25]等条件下苹果树的氮素利用和分配规律，为苹果氮肥的合理施用提供了理论依据。常年生作物植株庞大，整体挖树采样工作量大且破坏性强，难以获得生物量数据，采用传统差减法估算其氮肥利用率难度较大。所以，有研究人员以柑橘、苹果等经济林为对象建立了生物量模型[26-27]来反映植株生物量和测树因子的关系。生长模型是通过实际监测值建立植株各部分干质量与各测树因子间的数学关系式，可反映植株生物量与测树因子的关系[28]。根据本研究区域已建立的非线性苹果树生长模型（Constant Allometric Ratio，CAR）[27]，根据容易获取的测树因子（如树高和基径）来估算本试验地的苹果树生物量。基于此，本研究通过测定植株各部分的全氮含量来评估苹果树氮肥利用情况。

考虑到15N同位素示踪技术的高成本和挖树法的工作量大及破坏性强等缺陷，本研究期望寻求一种简便易行的方法评估苹果树的氮素利用情况。目前，相对生长模型在估算常年生林木生物量中已有大量应用[28]，该方法使用的树高和基径获取方便，成本低廉，可快速获得大面积林木的生物量数据。为此，本研究设置了4种不同的施肥处理并基施15N同位素，采用生长模型和15N示踪技术研究黄土高原苹果优生区果树的氮肥利用和分配情况，比较基于两种方法计算苹果树氮肥利用率和各器官氮素分配率的差异，以期为果树氮肥利用率的研究提供一种简便的试验方法，并为苹果氮肥利用率的提升提供数据支撑和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本研究在西北农林科技大学延安洛川苹果试验示范站（35°46′N，109°21′E）进行。陕西省洛川县属黄土高原地区，位于渭北旱塬中部，属暖温带半湿润大陆性季风气候。地貌以黄土残塬为主，平均海拔1 072 m，年平均气温9.1 ℃，年平均降水量616 mm。所选果园于2012年建园，果树品种为晚熟延长红（），砧木为M26中间砧，株行距为2 m×4 m，用于本研究的苹果树占地面积为480 m2，全年无灌溉，试验期气温和降雨情况如图1所示。该地区土壤为黑垆土，有机碳含量为4.98 g/kg，全氮含量为1.15g/kg，硝态氮和铵态氮含量分别为8.16和1.01 mg/kg，pH值为8.10，土壤容重为1.3 g/cm3。

1.2 试验设计

1.2.1 不同施肥试验

试验于2017年10月开始，设置不施氮肥（CK）、常规高氮（N800）、优化减氮（N400）和有机无机配施（N200+O200）共 4 个处理，重复3次，每个小区包含5株苹果树，小区面积为40 m2。常规高氮施肥按照当地果农习惯施用纯氮800 kg/hm2，优化减氮根据专家推荐施用纯氮400 kg/hm2，有机无机配施纯氮用量与优化减氮一致，其中50%（质量分数，下同）的氮使用有机肥代替。60%的氮肥作为基肥（10月）施入，剩余40%作为追肥（7月）施入，其中有机肥全部作为基肥施入。所使用氮肥为尿素（N 46%），有机肥为商品有机肥，有机质含量为42.03%，含氮量为4.72%。各处理均投入300 kg/hm2的P2O5和400 kg/hm2的K2O，磷肥（P2O544%）在基肥时全部施入，钾肥（K2O 50%）的基追比为3:7。施肥方式为双侧开沟施肥，施肥沟距果树行0.7 m，沟宽和深均为0.2 m。

1.2.215N尿素标记试验

于2018年10月基肥期在每个施氮处理随机选取3株树，在树旁双侧施肥沟均设置0.2 m×2 m的微区（图2），将15%丰度的15N标记尿素（N质量分数46%）50 g与土壤混匀后均匀撒入微区内，并在N800、N400和N200+O200处理分别补充784.78、367.39和19.56 g普通尿素，N200+O200处理另补充2.67 kg有机肥。于2019年10月苹果收获期在标记植株微区双侧分别采集一年生枝条、多年生枝条、叶片和果实样品。本试验在施肥沟的同位素微区下30、60和100 cm深度土层布置了淋溶盘接收淋溶液，但在研究过程中未接收到淋溶液，因此忽略淋溶的损失。

1.3 测定及计算方法

1.3.1 相对生长模型

分别于2018和2019年收获期（10月）测量各处理同位素标记植株的基径（cm）和树高（m）并标记，2019年7月记录果树叶片的数量。从2019年7月起，每个月采集植株的叶片、枝条和果实样品，带回实验室80 ℃烘干测定样品含水率，样品清洗、研磨等处理过程按照郑朝霞等[29]的方法进行。

植物样品的全氮含量采用凯氏定氮仪（Kjeltec8400，丹麦FOSS）测定，15N丰度在美国加州大学戴维斯分校使用PDZ Europa ANCA-GSL 元素分析仪串联PDZ Europa 20-20 同位素质谱仪测定，每个样品重复3次。

植株生物量根据测树学中的相对生长法则而建立的模型[28]估算，模型如下：

式中为生物量（指果树各器官或植株干质量），kg；和为生长模型参数；为果树基径，cm；为树高，m。为不破坏果树，树干、树枝和根系的生物量均通过模型计算得出，果实生物量收获期实测得出，叶片生物量通过对叶片数量计数并根据百叶质量计算得出。本试验地的果树实测生物量约为25.256 kg/株，生长模型参数和采用吕俊林[27]在黄土高原苹果园获得的参数。各器官相关模型参数见表1。其中，预估精度（，%）为对生物量模型预测效果的精度验证指标，具体计算方法如下：

表1 相对生长模型参数[27]

注：和均为相对生长模型参数。

Note:andare allometric model parameters.

氮肥利用率和分配率计算公式如下：

式中NUE为氮肥利用率，%；PN为植株吸氮量，kg/hm2；FN为施氮量，kg/hm2；NDR为氮分配率，%；ON为器官吸氮量，kg/hm2；TN为植株总吸氮量，kg/hm2。果实、叶片、一年生枝条、多年生枝条、树干和根系的吸氮量根据当季生物量增量和各部全氮含量相乘计算，其中果实和叶片的生物量增量为实测值，其余部分生物量增量为模型估算值。

1.3.215N示踪

15N利用率及分配率计算公式[13]如下：

式中Ndff为15N的百分含量，%；为样品15N丰度，%；为15N自然丰度，%；为15N标记尿素中15N丰度，%；NUE15N为15N利用率，%；organ为器官全氮量，g/hm2；FN为施氮量，kg/hm2。

1.4 数据统计分析

使用Microsoft Excel 2019 进行数据分析和制图，使用SPSS 25进行统计分析，采用LSD（Least-Significant Difference）法进行方差分析和差异性检验。

2 结果与分析

2.1 生长模型验证结果

本研究中的苹果园行间地面间作白三叶（L.）。在试验站的旁边选取了相同品种、年龄、管理模式的苹果树，基于砍伐测定苹果树各器官的生物量，结果显示盛果期苹果树的树干、树枝、树叶、树根和植株总生物量（不包含果实）分别为7.185、11.481、1.417、5.173、25.256 kg/株，与吕俊林[27]的研究中的8.258、8.944、1.200、7.360、26.048 kg/株相近。树干、树枝、树叶、树根和植株总生物量的模拟值分别为 7.805、8.031、1.119、6.726和24.854 kg/株，果树植株各部位以及整株树体模型模拟结果与实测值的均方根误差为 1.729 kg/株，因此认为该模型的模拟结果较为可靠。

2.2 苹果产量和植株增长量

苹果产量和植株增长量结果见表2，本研究中苹果的产量在31.7～37.3 t/hm2范围内，而且各施肥处理间无显著差异。苹果树生物量增长的主要器官有果实、叶片、枝条、树干和树根，在果树生长过程中各器官的增长量以果实为主，树干、树枝和根系次之，树叶最少。而且枝条的增长主要集中在多年生枝条，约占枝条总增长量的82.91%～85.71%，一年生枝条占比较少，一年生和多年生枝条的总增长量范围在1.83～2.50 kg/株。不同施肥处理的苹果树的果实，树干，树叶和树根的生物量增长量无显著差异，但氮肥的投入使一年生枝条和多年生枝条生物量增长量分别比对照处理增加了26.9%～46.2%和5.8%～35.9%，且均以N200+O200处理的枝条增长量最大，N800和N400处理次之（<0.05）。

表2 苹果产量和各器官增长量

注：CK为不施氮肥处理，N800为常规高氮处理（800 kg·hm-2化肥氮）；N400为优化减氮处理（400 kg·hm-2化肥氮）；N200+O200为有机无机配施处理（化肥氮和有机肥氮各200 kg·hm-2）。下同。不同小写字母表示不同施肥处理间在0.05水平达到显著差异（=3）。

Note: CK is no nitrogen fertilizer treatment; N800 is conventional high nitrogen treatment (800 kg·hm-2chemical fertilizer nitrogen), N400 is optimized nitrogen reduction treatment (400 kg·hm-2chemical fertilizer nitrogen); N200+O200 is organic and inorganic combined application treatment (200 kg·hm-2chemical fertilizer nitrogen and 200 kg·hm-2organic fertilizer nitrogen). Same as below. Different lowercase letters indicate a significant difference at 0.05 level between different fertilization treatments (=3).

2.3 基于生长模型评估不同施肥处理苹果氮肥利用率及各器官氮素分配

2.3.1 氮肥利用率

研究结果表明，苹果树对氮肥的当季利用率会明显受到氮肥种类和用量的影响，各施肥处理间存在显著差异（<0.05），N800、N400、N200+O200处理当季氮肥利用率分别为13.13%、24.28%和31.94%，而且随着化肥氮用量的增加，氮肥利用率有降低的趋势。由图3可知，各施肥处理苹果树的果实、叶片、多年生枝、树干和根系的氮肥利用率较高，占植株总氮肥利用率的94.78%～95.59%。而一年生枝条的氮肥利用率最低，约为0.58%～1.67%。不同施肥处理下苹果树的氮肥利用率存在显著差异，氮肥用量越大氮肥利用率越低，N400和N200+O200处理的植株氮肥总利用率分别比N800处理提高了84.92%和143.26%（<0.05）。N200+O200处理下，苹果树果实，叶片，一年生枝条、多年生枝条、树干和根系的氮肥利用率与N800处理相比分别增加了143.3%、129.8%、187.8%、120.9%、178.6%和137.6%。而且与等氮量的N400处理相比，有机无机配施更能促进果树对氮肥的吸收利用，除叶片和根系无显著差异外，N200+O200处理的果实，一年生枝条、多年生枝条和树干的氮肥利用率分别比N400处理提高了34.1%、46.1%、35.6%和38.3%（<0.05）。所以，氮肥减量和有机无机配施都可以有效提高苹果树的氮肥利用率，尤其以有机肥的配施效果更为明显。

2.3.2 苹果树各器官氮素分配

苹果树的贮藏器官包括多年生枝条、树干和根系，营养器官包括叶片和一年生枝条，生殖器官主要为果实。基于生长模型计算，不同施肥处理间苹果树植株内氮素分配率大小规律基本一致，以贮藏器官最高，生殖器官和营养器官较低，而且苹果树贮藏器官中的氮素分配率（60.38%～61.02%）显著高于营养器官（17.78%～18.73%）和生殖器官（20.32%～21.45%），但营养器官与生殖器官的氮素分配率无显著差异（图4）。

贮藏器官中各部分的氮分配率均在20%左右，且树干和根系的氮分配率显著高于多年生枝；营养器官中氮素主要分配在叶片中（13.55%），一年生枝条中氮分配率仅为4.67%（表3）。由此可见，氮肥用量和类型对氮素分配没有显著影响，而且氮素在苹果树植株内主要分布在贮藏器官中。

注：不同小写字母表示苹果树各器官间氮素分配率的差异显著性（<0.05）。

Note: Different small letters indicate the significant difference of nitrogen distribution rate among apple tree organs (<0.05).

2.4 基于15N示踪评估不同施肥处理下苹果树的氮肥利用率及各器官氮素分配

2.4.1 氮肥利用率

结果表明，采用15N示踪技术研究苹果树的氮肥利用率，与生长模型计算的结果相近。N800、N400和N200+O200的植株15N利用率分别为11.64%、19.14%和32.40%，单施化肥显著降低了植株的氮肥利用率。有机肥替代部分化肥后，苹果树植株的15N总利用率分别比N800和N400处理提高了178.35%和69.28%（<0.05）（图5）。各施肥处理中，苹果树各部分的15N利用率也均以N200+O200处理最高，而且除果实和一年生枝条外均达到显著性差异（<0.05）。等氮量条件下，有机无机配施苹果树叶片、一年生枝和多年生枝的氮肥利用率比N400处理提高了98.9%、78.6%和202.4%（<0.05）。N200+O200处理下多年生枝条的氮肥利用率最高，这与树体本身多年生枝条的生物量关系密切（表2）。因此，可以说明有机无机配施较有利于苹果树对15N的吸收利用。N800处理中苹果树各部分的15N利用率无显著差异，而N400处理中树干和根系的15N利用率显著高于果实、叶片、一年生枝条和多年生枝条，N200+O200处理下为多年生枝条、树干和根系的15N利用率显著高于果实、叶片和一年生枝条（<0.05）。

2.4.2 苹果树各器官氮素分配

苹果树各器官中氮素的分配可以反映氮素在植株体内的分布和迁移规律。基于生长模型和15N示踪技术分析苹果树各器官的氮分配率的结果存在一定差异。由图6可知，15N在苹果树各器官中的分配率从大到小依次为贮藏器官、营养器官、生殖器官，但是不同氮肥用量和类型对苹果树各器官15N的分配率无显著影响。各施肥处理中苹果树贮藏器官（67.71%～73.29%）的15N分配率均显著高于营养器官（14.94%～18.53%）和生殖器官（7.66%～11.60%）（<0.05），与2.2.2中的结果相比，生殖器官的氮分配率偏低，而营养器官和贮藏器官的分配率比较相近。而且该计算方法的结果在N800和N200+O200处理中营养器官和生殖器官的氮分配率也分别达到了显著性差异（<0.05）。

2.5 生长模型和15N示踪的评价结果比较

两种评价方法的植株总体氮肥利用率均方根误差为3.10%，说明评价结果较为接近。通过独立性检验比较两种评价方法的氮肥利用率和氮分配率，两种方法评价果树各部分氮肥利用率时，仅在果实和叶片两部分表现出显著差异性（表4），而其余部分的氮肥利用率并未受到评价方法的影响。两种方法评价均表明氮素在果树各器官中的分配率未受到施肥处理的影响（图3，图5），分配率大小为贮藏器官显著大于营养器官和生殖器官。两种方法对生殖器官和贮藏器官的氮素分配情况评价存在极显著差异（表4），结合图4和图6可知，基于15N示踪技术评价的贮藏器官氮素分配率偏高，而生殖器官氮素分配率偏低。因此，生长模型在评价果树氮肥利用率时具有较高的可行性，而对于评价各器官的氮素分配率还需进一步探索和改进。

表4 两种评价方法氮肥利用率和分配率的独立性t检验

注：*表示在0.05水平上差异显著，**表示在0.01水平上差异显著。

Note: * means significant difference at 0.05 level, and ** means significant difference at 0.01 level.

3 讨 论

3.1 不同施肥措施对产量和氮肥利用率的影响

研究表明，中国主要粮食作物（小麦、玉米和水稻）在适宜的有机无机肥配施的条件下均表现出显著的增产效果，且不同作物的规律相一致[30]。除主要粮食作物之外，赵佐平等[31]基于7 a研究表明在苹果生产中有机肥和化肥联合施用时增产效果较佳，优于单施化肥或单施有机肥。可能原因是：1）有机肥直接补充了苹果园系统中的土壤养分，使土壤中矿质营养均衡；2）有机肥在腐解过程中产生有机酸促进了难溶性养分的释放，有利于提高土壤的速效养分含量[32]。而本研究的结果发现不同施肥处理下苹果产量无显著差异（表2），有机无机配施并未显示出显著的增产效应。这可能是由于通过施肥增产是一个长期的过程，短期内苹果产量容易受到原始基础养分、大小年、当年气候和果园管理等的影响，随时间推移有机肥的增产效果会逐渐显示出来[31]。

在不同的施肥措施下，果树的氮肥利用率存在很大差异（图3，图5）。施氮量越高氮肥利用率越低，而且等氮量时有机肥代替部分化肥在提高氮肥利用率方面更有优势。基于生长模型的结果表明 N200+O200处理中果树果实、一年生枝、多年生枝和树干的氮肥利用率最高，基于15N示踪技术的结果表明叶片和多年生枝的氮肥利用率最高。有研究表明，在单施化肥的苹果园中基于15N示踪技术评价苹果的氮肥利用率在12.97%～32.20%[18,20,22-23]，而且分次施肥可提高氮肥利用率。本研究的结果表明，基于生长模型和15N示踪技术计算氮肥利用率都以N200+O200处理的最高。前人的研究均证明了有机无机配施显著提高作物的氮肥利用率[33-35]。单独施用化肥虽然可在短期内提高土壤有效氮含量，但是在黄土高原苹果园中大量化学氮肥以硝酸盐的形式残留在深层土壤中难以被果树植株吸收利用[36]。而有机肥中速效氮含量低，通常在施入土壤后需要一段时间矿化分解来释放有效氮，相对更难损失[37]。有机无机配施在提高土壤肥力的同时促进了土壤养分平衡和根系生长，从而提高了植株的氮肥利用率。

3.2 与前人研究的比较

目前，已有很多学者利用15N示踪技术评估了苹果树的氮肥利用率。本研究施氮量800和400 kg/hm2处理下苹果树的氮肥利用率分别为11.64%和19.14%，低于前人的研究结果[18-20]，可能与苹果树品种、果龄、施肥时间以及施肥量有关。本研究施氮量大，15N标记尿素于秋季基肥期全部施入，而秋季基施氮肥果树的氮肥利用率通常较低[17]，而且施氮量高导致15N的稀释丰度降低，所以可能导致氮肥利用率偏低。有研究表明渗灌追肥可以显著提高果树的氮肥利用率约68.60%[23]，说明施肥过程中水分的补充有利于植株吸氮，在李红波等[20]的研究中施肥后立即灌水，而本研究中全年无灌溉，这也可能是造成氮肥利用率偏低的原因之一。本研究中有机无机配施的果树氮肥利用率可达32.40%，与陈倩等[38]的研究结果中的21.1%～28.4%接近，而且与单施化肥相比显著提高了果树的当季氮肥利用率，陈倩等[38]的研究结果也表明有机无机配施处理苹果树的氮肥利用率是单施化肥处理的1.4～1.9倍。本研究中对N800、N400和N200+O200 三种施肥处理基于生长模型和15N示踪技术估算的果树植株氮肥利用率分别为13.13%、24.28%、31.94%和11.64%、19.14%、32.40%。果园土施氮肥的利用率通常在25%～35%[17]，本研究除 N200+O200处理在此范围内，其余处理都偏低，这与试验处理方法，施肥时间以及田间管理有关[17]，本研究中无灌水可能是导致氮肥利用率低的原因之一。氮素在果树各器官中的分配率未受到施肥处理的影响（图4，图6），分配率大小以贮藏器官最高，营养器官和生殖器官较低，这与许海港等[24]的研究结果一致。

4 结 论

本研究利用相对生长模型估算了不同施肥处理下苹果树的生物量增量，同时评价果树的当季氮肥利用率和氮素分配规律，并通过15N示踪技术验证模型计算结果，研究结果表明：

1）苹果园生态系统中合理的氮肥减量和有机无机配施并不影响苹果的产量，基于两种评价方法，相比单施化肥有机无机配施显著提高果树的氮肥利用率约143.26%（相对生长模型）和178.35%（15N示踪），实际生产中采用合理的有机无机配施策略有利于减肥增效。

2）不同施肥措施不影响果树中氮素分配规律，基于生长模型和15N示踪的结果均表明氮素主要储存在贮藏器官中，结果分别为60.38%～61.02%和67.71%～73.29%。

3）基于生长模型和15N示踪技术评价3种施肥策略的果树氮肥利用率分别为13.13%、24.28%、31.94%和11.64%、19.14%、32.40%，结果吻合度较好，所以利用生长模型估算苹果树氮肥利用率是一种简单、有效、可行的评价方法，但不同品种、树龄和生长区域的适用性还需进一步探索验证。

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Evaluating the effects of fertilization treatments on the nitrogen use efficiency of apple trees using allometric model and15N tracer

Han Jiale1,2, Feng Tao1,3, Zhu Zhijun1,3, Li Pengfei1,2, Zhang Afeng1,2※, Tong Yan’an1,2, Wang Xudong1,2

(1.,,712100,; 2.-,,712100,; 3...,448000,)

Nitrogen is one of the most essential mineral elements for plant growth. A large amount of nitrogen fertilizer has widely been introduced into the farmland soil every year, to ensure the supply of agricultural products in China. However, the apple Nitrogen Use Efficiency (NUE) is still at a lower level, compared with the developed countries. It is necessary to improve NUE via scientific fertilizer technology, such as the little amount of nitrogen fertilizer, or organic substitution for synthetic fertilizer. Alternatively, the15N tracer technology can be used to accurately predict the whereabouts of nitrogen in plants or soil, thereby effectively evaluating the NUE of plants. Since15N tracer has been used in the NUE of apple trees, the input cost is relatively high for the difficulty in field micro-zone control. Thus, it is highly demanding to seek a direct and feasible way for evaluating the NUE of apple trees. In this study, a allometric model was applied to estimate the biomass of fruit trees combining with the nitrogen content of each plant part, thereby assessing the NUE of apple trees. A simpler yet more effective approach was proposed to evaluate the efficiency after comparing the allometric model and the15N tracer technique. Five-year-old ‘Yanchanghong’ apple trees (selected from ‘Nagafu 2’) were used as research materials. An allometric model and15N tracer technology were selected to carry out experiments. Four fertilizer treatments were carried out: no nitrogen fertilizer (CK); conventional high nitrogen (N800); optimized nitrogen reduction (N400); and the combined application of organic and inorganic fertilizer (N200+O200). An analysis was made on the plant biomass, absorption, and utilization of nitrogen, as well as the distribution characteristics of nitrogen in different parts of apple trees. The results showed that: There was no significant difference in the apple yield under different fertilization treatments (31.7-37.3 t/hm2). The current season biomass increments of annual branches, perennial branches, leaves, boles, and roots were 0.26-0.38, 1.56-2.12, 0.22-0.24, 1.52-1.68, and 1.30-1.45 kg/plant, respectively. The replacement strategy of organic fertilizer significantly increased the biomass of annual branches and perennial branches, but there was no significant effect on other organs. The NUE values of apple trees were 13.13%-31.94% and 11.64%-32.40%, respectively, after evaluation using theallometric model and15N tracer. Specifically, the NUE values evaluated by allometric model and tracer increased by 143.26% and 178.35% under N200+O200 treatment, compared with N800 treatment. A reasonable combined application of organic and inorganic fertilizers effectively improved the utilization of nitrogen fertilizers in apple trees, indicating an obvious reduction in chemical fertilizer with high efficiency. Nevertheless, the varying fertilization treatments presented no significant effects on the nitrogen distribution of various plant parts, where 60.38%-61.02% (allometric model) and 67.71%-73.29% (15N tracer) of nitrogen accumulated in the storage organs of fruit trees. Likewise, there were significant differences in the storage organs of fruit trees, the NUE of fruits and leaves, as well as the nitrogen distribution rates of organs, whereas, the overall NUE of the apple tree was similar when using the allometric model and15N tracer individually. The root mean square error of NUE was 3.10% in the combined, indicating an average difference of 3.10% in two assessments of NUE. Therefore, it is a convenient and feasible way to estimate the NUE of apple trees using the allometric model. The finding can provide promising data support for future research on the nitrogen utilization of apple trees.

nitrogen; fertilization; allometric model;15N tracer; combination of organic and inorganic fertilizer; apple

韩佳乐，冯涛，朱志军，等. 生长模型和15N示踪评价施肥处理对苹果树氮肥利用的影响[J]. 农业工程学报，2021，37(15)：96-104.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.15.012 http://www.tcsae.org

Han Jiale, Feng Tao, Zhu Zhijun, et al. Evaluating the effects of fertilization treatments on the nitrogen use efficiency of apple trees using allometric model and15N tracer[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(15): 96-104. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.15.012 http://www.tcsae.org

2021-04-19

2021-07-04

国家重点研发计划项目（2017YFD0200106）；陕西省自然科学基础研究计划项目（2020JQ-274）；西北农林科技大学基本科研业务费专项（2452020164）

韩佳乐，博士生，研究方向为果园养分循环与土壤固碳减排。Email：h-j-l@nwafu.edu.cn

张阿凤，博士，副教授，研究方向为农田养分循环与生物质炭的应用。Email：zhangafeng@nwsuaf.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.15.012

S147.5; S661.1

A

1002-6819(2021)-15-0096-09