不同施氮量配施硝化抑制剂对柴达木枸杞园15N肥料去向的影响

卢九斤 盛海彦， 高亚军 王永亮

（1青海大学农牧学院，青海 西宁 810016； 2省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室，青海 西宁 810016；3西北农林科技大学资源环境学院，陕西 咸阳 712000； 4青海诺木洪农场，青海 海西 817000）

枸杞（Lycium barbarumL.）是茄科枸杞属多年生落叶灌木，其果实具有较高的药理价值，如良好的补肝益肾功效［1］。枸杞具有极强的耐寒力及抗旱性，是柴达木地区绿化的先锋树种［2］。柴达木盆地作为青海省枸杞主要种植区，种植面积日益增长，自2019年青海省海西州的枸杞种植面积已超3万公顷［3］，约占全国枸杞种植面积的三分之一。枸杞产业的迅速崛起带动了地方经济的发展，目前枸杞产业已成为当地农民群众生活富裕、农村经济发展的主导产业。

氮素是植物体内核酸、蛋白质和激素的重要组成成分，在植物生理代谢中起着重要的作用［4］。适量施氮有助于细胞分裂及果实产量和品质的提高［5］，但过量施氮易使氮肥投入量超过最佳经济施氮量，降低收益且极易引起环境污染［6］。前人研究表明，适量施氮可提高产量和氮肥利用率，如陈倩等［7］研究发现，当苹果园的年施氮量从300 kg·hm-2降低到200 kg·hm-2时，氮肥利用率从14.4%增加至16.3%，且单果产量显著提高；何雪菲等［8］在库尔勒香梨上的研究也发现，与每株施用1.45 kg的氮处理相比，施用0.97 kg氮处理的植株氮肥利用率显著提高。同时，硝化抑制剂被广泛用于提高植物的氮肥利用率［9-10］。刘涛等［11］发现氮肥配施氯甲基吡啶可显著提高棉花的产量和氮肥利用率；李君等［12］研究表明，与单施尿素相比，尿素添加2-氯-6（三氯甲基）-吡啶（nitrapyrin）处理可有效抑制施入石灰性土壤中的尿素水解，降低氮素损失。

15N示踪法是追踪氮肥去向的重要方法，在消除环境和植物干扰方面具有明显优势，更为严谨准确［13］。Jiang等［14］基于15N-尿素的分配、累积和再运移，研究梨树适时施氮策略，结果表明，秋季供应的氮肥主要储存在梨树的细根和残留在土壤中，对来年春天梨树的生长起关键作用。柴达木地区枸杞规模化人工栽培历史短，从业人员缺乏成熟的栽培管理经验［15］，枸杞生产中氮肥施用缺乏科学的理论依据，现今该区域“一斤干果一斤肥”的现象较普遍，盲目投入大量氮肥导致氮肥利用率低、农业资源浪费及生产成本高等问题普遍存在。明确柴达木枸杞的氮素利用情况、实现枸杞氮肥养分优化管理变得极为迫切，而利用15N示踪技术探究柴达木地区枸杞氮肥利用及吸收规律的相关研究鲜见报道。因此，本试验利用15N示踪技术在青海诺木洪农场开展田间试验，旨在明确施入枸杞园的氮肥去向，为提高柴达木枸杞生产的氮肥利用率、促进枸杞产业高质量发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年在青海省海西州青海诺木洪农场（96°20´E， 36°25´N）进行。该地区属高原大陆性气候，降雨和气温具有较强的季节性波动。平均海拔2 760 m，年日照时数3 600 h，年均降水量60 mm，6—10月降雨量约占全年降雨量的60%，年蒸发量2 800～3 000 mm。土壤类型为灰棕漠土，质地为砂壤土，试验前土壤基础理化性质测定参考《土壤农化分析》［16］的方法，具体见表1。

表1 土壤基础理化性状Table 1 The basic physical and chemical properties of soil

1.2 试验材料

供试材料为树龄11年的宁杞1号，种植株行距为1.5 m×2 m；氮肥为15N-尿素（含N 46%，15N丰度为10%，上海化工研究院）和普通尿素（含N 46%，云天化集团有限责任公司，昆明），磷肥为重过磷酸钙（含P2O546%，云天化集团有限责任公司，昆明），复合肥为商品有机肥（有机质≥45%，N+P2O5+K2O≥5%，青海恩泽农业技术有限公司，西宁）；供试硝化抑制剂为2-氯-6（三氯甲基）-吡啶（含量70%，可湿性粉剂，浙江奥复托化工有限公司，绍兴）。

1.3 试验设计

于2020年开展田间试验，根据前期开展的试验结果［17-18］，设置以下4个处理：N267、N133处理分别施用纯氮267、133 kg·hm-2，N267I1.33、N133I0.67处理分别在N267、N133处理施氮量的基础上配施2-氯-6（三氯甲基）-吡啶1.33、0.67 kg·hm-2，每处理3株枸杞树，3次重复。商品有机肥（500 g∕株）和重过磷酸钙（217.4 g∕株）于2020年5月19日作为基肥一次施入。15N-尿素和2-氯-6（三氯甲基）-吡啶充分混匀后于2020年5月19日及6月30日分基肥和追肥两次（基肥和追肥的比例为1∶1）均匀撒施于施肥坑（距树干30 cm，长为50 cm，宽为25 cm，深度为20 cm）。灌水方式采用大水漫灌，枸杞年生育期内灌溉7次，灌溉定额6 000 m3·hm-2，其他田间管理措施和当地农民习惯一致。

1.4 测定项目与方法

2020年10月15日于枸杞休眠前期对果树进行破坏性取样，收集距主干半径100 cm范围内、深0～100 cm坑中的所有根［19］。同时在距根30 cm的施肥区域使用直径4 cm的土钻采集0～200 cm土层土壤样品（每20 cm土层采集1份样品）。两点取样均匀混合为一个样品，各点间和各层间要避免污染。整株分解为根、主干、多年生枝条、一年生枝条、叶和果实。当年抽生的徒长枝于2020年6月4日、6月20日收集。枸杞各器官收集后先称量鲜重，再于100～105 ℃杀青30 min，65 ℃烘干至恒量，并称量其干物质量［20］。植株各器官粉碎后过60目筛，土壤样品风干后过100目筛，分别均匀混合后装袋备用。植株和土壤样品的全氮含量采用凯氏定氮法测定［21］。植株和土壤样品15N丰度送至南京师范大学，采用Delta V advantage元素分析-稳定同位素比质谱联用仪（德国赛默飞世尔科技有限公司）进行测定，破坏性挖取植株时采用环刀法测定土壤容重。

2020年8月2日、8月24日、9月16日分别采摘15N标记枸杞树的全部果实，鲜果晾干后计产。

1.5 数据处理

采用SPSS 25.0软件统计并分析数据。采用Duncan法进行方差分析和多重比较（P<0.05），利用Origin 8.0软件作图。图表中数据为平均值±标准差。参考文献［22-25］计算如下各指标：

式中，15N自然丰度为0.366 3%。

2 结果与分析

2.1 施氮量和硝化抑制剂对枸杞各器官干物质量、吸氮量及15N累积量的影响

由表2可知，枸杞各器官中果实的吸氮量、植株15N累积量（plant15N accumulation， Ndfa）均最高，N267I1.33处理在多数器官的各项指标中均表现为最高。枸杞全株15N累积量随施氮量的增加而增加，相同施氮量下添加2-氯-6（三氯甲基）-吡啶能显著提高枸杞整株的干物质量、吸氮量和植株15N累积量。

表2 施氮量和2-氯-6（三氯甲基）-吡啶对枸杞不同器官干物质量、氮素吸收的影响Table 2 Effects of nitrapyrin and nitrogen application rate on wolfberry dry matter accumulation and N uptake in different organs/（kg·hm-2）

2.1.1 干物质量 N267I1.33处理的全株干物质量最高，N267I1.33、N133I0.67处理的全株干物质量较N267、N133处理分别显著提高了25.04%、4.78%。根、叶和果实的干物质量均以N267I1.33处理最高，分别为6 343.81、1 774.93和7 699.23 kg·hm-2。N267I1.33处理叶和果实的干物质量较N267、N133处理分别显著提高了24.36%、63.77%和5.00%、8.96%。N267I1.33处理根的干物质量较N267处理显著增加了13.46%。

2.1.2 吸氮量 全株吸氮量以N267I1.33处理最高，N267处理最低，N267I1.33、N133I0.67处理的全株吸氮量分别较N267、N133处理显著提高了30.17%、10.08%。多年生枝条、叶片和果实在N267I1.33处理下的吸氮量最高，一年生枝条、徒长枝在N133I0.67处理下的吸氮量最高。N267I1.33处理果实、叶和多年生枝条的吸氮量较N267、N133处理分别提高了7.41%、11.60%，64.03%、98.42%和192.02%、163.42%。

2.1.3 植株15N累积量（Ndfa） 相同施氮量下配施2-氯-6（三氯甲基）-吡啶显著提高了枸杞全株15N累积量。全株的15N累积量以N267I1.33处理最高，为18.70 kg·hm-2，较其他处理提高了1.96%～37.60%。主干、多年生枝条、叶的15N累积量以N267I1.33处理最高，根、一年生枝条以N133I0.67处理的15N累积量最高。N267I1.33处理多年生枝条和叶的15N累积量较N267、N133处理分别提高了98.34%、83.16%和75.19%、167.82%。

2.2 施氮量和硝化抑制剂对土壤15N-尿素残留量的影响

由图1可知，土壤15N残留量主要集中于0～100 cm土层。初果期、秋果期和休眠前期的土壤15N残留量在0～200 cm土层中均表现出相同的变化趋势，即土壤15N残留量随施氮量的增加而增加，其中20～80 cm土层的残留量较高，相同施氮量配施硝化抑制剂提高了枸杞秋果期和休眠前期的土壤15N残留量。初果期（7月29日），N267处理0～200 cm土层的土壤15N残留量最高，较其他处理增加了10.84 kg·hm-2～20.87 kg·hm-2（图1-a）。秋果期和休眠前期N267I1.33处理0～200 cm土层的土壤15N残留量较其他处理分别增加了73.53%～132.98%和79.49%～164.35%。秋果期和休眠前期N267I1.33处理土壤15N残留量的峰值均出现在20～40 cm土层，较其他处理分别增加了20.04%～258.60%、237.06%～292.68%（图1-b、c）。

图1 0～200 cm土层土壤15N残留量Fig.1 Soil 15N residue in 0～200 cm soil depth

2.3 施氮量和硝化抑制剂对15N-尿素去向的影响

由表3可知，相同施氮量下添加硝化抑制剂显著提高了植株15N累积量、土壤15N残留量且降低了氮损失量。N267I1.33处理的植株15N累积量较N267和N133处理分别提高了1.96%和37.60%，土壤15N残留量分别增加了165.71%和80.23%。N267处理的损失率最高，较N267I1.33处理提高了4.25个百分点，N133I0.67处理的损失率最低，较其余处理降低了2.08～10.29个百分点。由图2可知，与未施用2-氯-6（三氯甲基）-吡啶处理（No NI）相比，施用2-氯-6（三氯甲基）-吡啶处理（NI addition）的植株15N累积量和0～200 cm土层的土壤15N残留量分别增加了1.96%和165.86%，0～100 cm和100～200 cm土层的土壤15N残留量分别提高了201.82%和59.28%，氮损失量降低了4.69%。

图2 未施用2-氯-6（三氯甲基）-吡啶（No NI）和施用2-氯-6（三氯甲基）-吡啶处理（NI addition）的15N肥料去向Fig.2 Fate of 15N fertilizer for without nitrapyrin （No NI） and nitrapyrin addition （NI addition） treatment

表3 不同施氮处理的15N肥料去向Table 3 Fate of 15N fertilizer of different nitrogen application treatment

2.4 施氮量和硝化抑制剂对枸杞产量与收益的影响

由图3可知，2020年50%以上的枸杞果实产量集中于第三茬果（采收期为9月14日）。N267I1.33处理的总产量最高，较其他处理显著提高了5.00%～9.48%。而N133I0.67处理的总产量与N267、N133处理均无显著差异。

图3 成熟期枸杞产量Fig.3 Wolfberry fruit yield at maturity

由表4可知，N267I1.33处理的总收益和净收益均最高，分别为307 972、276 367 yuan·hm-2·yr-1，N267I1.33处理的净收益较N133和N133I0.67处理分别显著提高了9.76%和10.45%。

表4 不同处理枸杞的收益Table 4 The wolfberry economic benefits of different treatments /（yuan·hm-2·a-1）

3 讨论

3.1 施氮量和硝化抑制剂对植株吸氮量、产量和净收益的影响

15N肥料中的氮素在植株各器官中的累积和分配可反映不同器官对15N肥料的吸收和征调能力［27］。本研究发现，枸杞休眠前期植株各器官对15N肥料的累积表现为果实>根>主干>多年生枝条>叶>一年生枝条>徒长枝，与前人关于库尔勒梨［28］的研究结果相似。表明在果实成熟时，枸杞树体最重要的生长中心为果实，其干物质累积量最高，且大部分的营养物质储存在果实和根等贮藏器官中。但本研究也发现，除徒长枝和一年生枝条外，叶的干物质量、吸氮量和Ndfa较其他器官低，该结果与梁振旭等［29］的研究结果不一致，这可能是由于破坏性采样的时间是枸杞的休眠前期，且枸杞为多年生落叶植物的生长习性使得该时期叶片的养分回流入其他器官，导致叶片的干物质量和吸氮量较低［7］。枸杞植株15N累积量随施氮量的增加而增加，这与皇冠梨［30］的研究结果相似。本研究结果显示，施氮量从133 kg·hm-2增加到267 kg·hm-2可提高枸杞产量和净收益，且此施氮量配施硝化抑制剂处理的果实产量、吸氮量以及净收益最高。一方面是由于氮肥的施用有利于供应枸杞叶片的氮素养分，进而增强光合作用，促进枸杞产量的提高；另一方面，在适宜的施氮量下增施2-氯-6（三氯甲基）-吡啶可有效抑制硝化作用，增加容易被植物吸收且不易损失的铵态氮，进而提高枸杞的氮肥利用率［31-32］。因此，科学的氮肥管理，如在枸杞生长的关键阶段及时补充氮肥并配施硝化抑制剂，是提高氮利用效率和降低环境污染的有效途径。

3.2 施氮量和硝化抑制剂对土壤15N残留量的影响

本研究发现，枸杞不同生育期的土壤15N残留量随着施氮量的增加而增加，与葛顺峰等［33］的研究结果一致。相同施氮量下配施硝化抑制剂提高了枸杞生育后期（秧果期和休眠前期）的土壤15N残留量，这可能是由于硝化抑制剂降低了土壤中的硝态氮含量，提高了铵态氮含量，协调了土壤中氮素与作物氮素需求的同步供应，进而提高了土壤中的氮素残留量。施氮量267 kg·hm-2且配施1.33 kg·hm-22-氯-6（三氯甲基）-吡啶可维持较高的土壤15N残留量，以保证枸杞越冬及来年春天所需的营养［34］。本研究还表明，土壤中15N残留量的波动主要集中于0～100 cm土层，且残留的15N肥料随着土壤深度的增加而减少，与杨婷婷等［35］的研究结果相似。可能的原因是氮肥施用的土层深度为20 cm，且柴达木地区枸杞的根系主要分布在20～80 cm土层［36］。此外，本研究中土壤15N残留率为2.48%～7.34%，但朱兆良［37］研究发现15N肥料回收率为12%～44%。产生差异的原因可能是本试验土壤的质地是砂壤土，保水保肥性较差；且大量的氮肥因灌水而流失，故土壤15N残留率偏低。柴达木地区枸杞果期持续2～3个月，适宜的施氮量配施2-氯-6（三氯甲基）-吡啶可保证枸杞果实收获期对氮素养分的需求。

3.3 施氮量和硝化抑制剂对15N-尿素去向的影响

枸杞园土壤施入15N-尿素后，氮的去向主要有植株吸收、土壤残留和氮损失（渗入地下水、反硝化作用等）［38］。本研究结果表明，在枸杞休眠前期，植株15N累积量、土壤15N残留量和损失量均随施氮量的增加而显著增加，相同施氮量下配施硝化抑制剂显著提高了植株15N累积量、土壤15N残留量，且降低了氮损失量，与李文涛等［39］的研究结果一致。可能是由于添加抑制剂促进了土壤对NH4+的固定，使其在枸杞年生育期内缓慢释放，供枸杞三茬果实吸收利用。本研究结果表明，枸杞园施入土壤的氮肥表现为氮损失量>土壤15N残留量>植株15N累积量，这与前人在富士苹果［40］上开展的研究结果一致。然而，枸杞植株氮回收率为6.87%～13.36%，低于成熟时矮化苹果的氮素吸收率（23.63%～30.07%）［41］。可能是由于：（1）本研究中，试验前土壤碱解氮的含量为70～112 mg·kg-1，高于矮化苹果试验前土壤的氮含量（81.48 mg·kg-1），高氮土壤不利于植物对外源氮肥的吸收；（2）本研究的试验材料为树龄11年的宁杞1号，而矮化苹果的试验材料为5年生的苹果树，果树吸收养分的能力随着树龄的增长而下降，本研究的枸杞树树龄高于苹果树，可能也导致枸杞的氮利用率相比苹果树较低。但本研究只测定了植株吸氮量及土壤氮残留量，未将氮素的气体损失、地下水淋溶等考虑在内，而这些因素会导致氮损失率偏高，有待后续进一步深入研究探讨。

4 结论

施氮量267 kg·hm-2且配施2-氯-6（三氯甲基）-吡啶1.33 kg·hm-2可获得较高的枸杞产量、枸杞全株吸氮量和0～200 cm土壤氮残留量。相同施氮量下配施硝化抑制剂有利于提高枸杞休眠前期土壤中的15N-尿素残留量进而降低土壤氮损失。15N标记尿素在枸杞-土壤系统中损失较大，植株回收率仅为6.87%～13.36%。总体上，施氮量267 kg·hm-2且配施2-氯-6（三氯甲基）-吡啶1.33 kg·hm-2是提高柴达木高肥力枸杞园氮肥利用率并获得高产的最优组合。