不同水平位置施肥對‘嘎啦’蘋果15N吸收、分配與利用的影響

許海港， 季萌萌， 葛順峰， 姜遠茂*， 姜 翰， 陳 汝

(1作物生物學國家重點實驗室，山東農業大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018；2山東省果樹研究所，山東泰安 271000)

不同水平位置施肥對‘嘎啦’蘋果15N吸收、分配與利用的影響

許海港1， 季萌萌1， 葛順峰1， 姜遠茂1*， 姜 翰1， 陳 汝2

(1作物生物學國家重點實驗室，山東農業大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018；2山東省果樹研究所，山東泰安 271000)

【目的】氮素用量高，利用效率低是制約我國蘋果產業可持續發展的重要因素。生產上，施肥位置不明確是造成肥料利用率低的主要原因之一。本文通過研究不同水平位置施肥嘎啦蘋果對15N-尿素的吸收、分配與利用特性，確定科學合理的施肥位置，以達到提高肥料利用效率的目的?！痉椒ā恳?5年生嘎啦蘋果/平邑甜茶為試材，采用15N示蹤技術，根據施肥部位在樹冠投影中的分布情況設置內層(1/3投影)、中層(2/3投影)、外層(投影邊緣以內約20 cm處)3個不同水平位置施肥處理。施肥方法為挖環狀溝施肥，施肥深度約25 cm。在蘋果的幾個關鍵物候期(新梢旺長期、果實膨大期、果實成熟期)分器官采集樣品，試驗結束時整株解析采樣?！窘Y果】不同水平位置施肥處理果樹在新梢旺長期和果實膨大期根部吸收的15N優先向新生營養器官運轉；果實成熟期均以果實中Ndff值最高；不同處理間，各生育期同一器官的Ndff值存在差異，內層施肥處理顯著高于外層和中層施肥處理，其中以根系和果實最為顯著；隨著物候期的推移，不同處理根系的Ndff值變化趨勢不同，中層施肥和外層施肥處理根系的Ndff值均呈先下降后上升的趨勢，而內層施肥處理根系的Ndff值在果實膨大期就已經達到最大值，并且從果實膨大期到果實成熟期一直維持在較高水平； 3個處理中果實的Ndff值隨物候期的推移均呈上升趨勢，并在果實成熟期達到最大，此時中層施肥處理和內層施肥處理果實的Ndff值分別是外層施肥處理的1.43和1.42倍；在新梢旺長期和果實膨大期果實的Ndff值從到大小依次為內層>外層>中層。不同物候期各器官的15N分配率存在顯著差異，但不同水平位置施肥處理之間的差異并不顯著；到果實成熟期3個處理的氮肥分配率均表現為貯藏器官>營養器官>生殖器官。果實成熟期，植株的15N利用率以內層施肥處理最高，為29.25%; 中層施肥處理次之，為19.33%; 外層施肥處理最低，為19.04%。內層施肥處理的氮肥利用率分別為外層和中層施肥處理的1.51和1.54倍?！窘Y論】內層施肥處理植株各器官對肥料的吸收征調能力均顯著高于中層和外層施肥處理，其中以細根最為顯著；不同水平位置施肥對15N在各器官中的分配率影響不大；內層施肥處理15N利用率顯著高于中層和外層施肥處理。

蘋果； 水平位置施肥；15N-尿素

我國大部分果園分布于山地丘陵地帶，果園立地條件和養分環境差，而充足的養分供應和合理的養分管理是果樹豐產優質的保障。隨著我國蘋果栽培制度的改變，原先的養分管理措施相對滯后，勢必會導致養分資源利用效率低下。因此，制定合理的施肥制度對于提高養分利用效率和推動栽培制度的改革具有重要意義。氮是果樹養分管理中的核心元素，一定范圍內的施氮量與果樹花芽分化、產量和品質呈顯著正相關[1-6]。而目前我國蘋果園氮肥用量高，但利用效率低[7]。施肥方式不合理是造成果園氮肥利用率低的一個重要原因。除了施肥方法(撒施、溝施或水肥一體化)會對氮素利用效率產生影響外[8-9]，施肥位置的差異也會顯著影響植株根系對養分的吸收[10-12]。李洪波等[11]研究表明，傳統栽培模式下，嘎啦蘋果施肥深度以20 cm深為宜。孫權等[12]在葡萄上的研究表明，40 cm的施肥深度能顯著增加葉片中的氮素含量，提高產量，改善品質；而60 cm施肥則顯著提高了葉片和葉柄中的磷含量，且產量及品質顯著下降。然而，有關果樹施肥位置的研究均集中于施肥深度上，而沒有考慮根系的水平分布。而且生產中對水平施肥位置的認識也不夠明確，往往靠經驗施肥，從而影響了蘋果根系對養分的吸收，降低了肥料的生物有效性，致使肥料利用率低下。大田作物上的研究表明，大豆/玉米間作體系下水平施肥位置以距玉米主莖15～30 cm效果最好[13]；大豆生長發育中后期植株氮、磷、鉀含量及積累量以側向0～12 cm 范圍內施肥的效果較好，而側向0～6 cm施肥最有利于大豆開花前對氮肥的吸收[14]?？梢?，水平施肥位置的不同將顯著影響植物根系對養分的吸收。為此，本研究利用15N示蹤技術，進行了不同水平位置土施15N-尿素試驗，通過分析植株對15N的吸收、分配與利用情況，從而確定嘎啦蘋果的最適施肥位置，以期為生產上制定合理的施肥措施提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2012年在山東省煙臺市萊山鎮官莊果園進行。試材為15年生的嘎啦蘋果/平邑甜茶，株行距3 m×4 m，起壟栽培，壟高約50 cm，寬約180 cm。土壤質地為砂質壤土，有機碳含量8.01 g/kg、硝態氮23.52 mg/kg、銨態氮57.43 mg/kg、速效磷31.76 mg/kg、速效鉀247.35 mg/kg。

1.2 試驗設計

在大田條件下選取生長狀況基本一致、長勢健壯無病蟲害的蘋果樹9株，于2012年3月17日每棵樹全部一次性施入15N尿素25 g和普通尿素292.9 g，二銨197.6 g、硫酸鉀365.5 g。試驗分成3組，根據施肥位置在樹冠投影中的位置依次分為內層樹冠投影內側1/3處)、中層(樹冠投影內側2/3處)、外層(樹冠投影邊緣內側約20 cm處)，共3個處理，單株重復，每個處理重復3次。施肥方法是以樹干根頸為圓心挖環狀溝，溝施覆土。分別于4月21日， 5月19日， 6月16日和7月21日局部采集根系、新梢葉片、新梢、果實(花)樣進行分析。果實采集部位為外層和內膛的4個方向各一個，根系采集部位為在樹冠滴水線均勻選取4個點。于8月31日果實采收期進行整株采樣分析。

1.3 測定方法與計算

將整個植株解析為細根(d≤0.2 cm)、粗根(d>0.2 cm)、中心干、多年生枝、二年生枝、一年生枝、一年生枝葉、短枝(長度<20 cm)、短枝葉、果。其中多年生枝與中心干又分為木質部和韌皮部。樣品按清水→洗滌劑→清水→1%鹽酸→3次去離子水順序沖洗后，105 ℃下殺青30 min，隨后在80 ℃下烘干，電磨粉碎后過0.25 mm篩，混勻后裝袋備用。

樣品全氮用凱氏定氮法測定。15N豐度用ZHT-03質譜計(北京分析儀器廠)測定，由河北省農林科學院遺傳生理研究所完成。

Ndff 指植株器官從肥料中吸收分配到的15N量對該器官全氮量的貢獻率，反映了植株器官對肥料15N的吸收征調能力[15]。

Ndff(%)=(植物樣品中15N豐度-15N自然豐度)/(肥料中15N豐度-15N自然豐度)×100；

氮肥分配率(%)=各器官從氮肥中吸收的氮量(g)/總吸收氮量(g)×100；

氮肥利用率(%)= [Ndff×器官全氮量(g)]/施肥量(g)×100。

試驗數據用Microsoft Excel 2003軟件進行處理， DPS7.05進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同水平位置施肥對果實成熟期各器官Ndff值的影響

從表1可以看出，果實成熟期各器官的Ndff均以內層施肥處理最大，均顯著高于外層和中層施肥處理；外層施肥處理與中層施肥處理相比，在果實成熟期中層施肥處理的果實、一年生枝和一年生枝葉的Ndff略高于外層施肥處理，其他各器官的Ndff均略低于外層施肥處理?？梢?，施肥位置不同，各器官的Ndff不同，其中以多年生韌皮部、根系(粗根、細根)、二年生枝(葉)和一年生枝(葉)施肥處理間的差異最為顯著。

2.2 不同水平位置施肥對不同時期細根和果實Ndff值的影響

圖1顯示，隨著物候期的推移，不同水平位置施肥處理的細根Ndff的變化趨勢不同，中層施肥處理細根Ndff呈先降低后升高的趨勢，在果實成熟期達到最大值；中層施肥處理的細根Ndff在整個物候期內變化不顯著，在0.200%上下浮動；外層施肥處理細根的Ndff從新梢旺長期到果實膨大期基本沒有變化，分別為0.166%和0.165%，但從果實膨大期開始逐漸升高，到果實成熟期達到最大，為0.241%；而內層施肥處理細根的Ndff呈先升高后降低的趨勢，從新梢旺長期到果實膨大期有明顯的上升趨勢，由0.284%提高到0.496%，雖然在果實膨大期到成熟期略有降低，但一直維持在較高水平。整個生長發育時期，內層施肥處理的細根Ndff均顯著大于中層和外層施肥處理。

注(Note): 同行數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a row are significant among treatments at the 5% level.

由圖2可見，隨物候期的推移，不同水平位置施肥處理果實的Ndff均呈上升趨勢。在新梢旺長期和果實膨大期果實的Ndff從大到小依次為內>外>中，處理間差異顯著。在果實成熟期各處理果實的Ndff均達到最大值，其中內層和中層施肥處理顯著高于外層施肥處理，分別為0.462%、0.465%和0.326。

2.3 不同水平位置施肥對果實成熟期各器官15N分配率的影響

由圖3可以看出，果實成熟期3種施肥處理15N分配率的分布趨勢一致，均以貯藏器官(包括二年生枝、多年生枝、主干、粗根)最大，營養器官(包括葉、一年生枝、短梢、細根)次之，生殖器官(果實)最小。不同水平位置施肥處理營養器官和貯藏器官的分配率從大到小依次是內層>外層>中層，但處理間沒有顯著差異；而生殖器官中15N的分配率差異顯著，從大到小依次為中層>外層>內層，說明不同水平施肥位置對成熟期果實的15N分配影響相對較大。

2.4 不同水平位置施肥對果實成熟期15N利用率的影響

不同水平位置施肥處理顯著影響了蘋果植株對氮素營養的吸收(表2)。內層施肥處理吸收15N的量最大，為3.36 g/plant，顯著大于中層和外層施肥處理；而且內層施肥的15N利用率為29..25%，顯著高于中層施肥處理的19.33%和外層施肥的19.04%。

3 討論

注(Note): 同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

不同作物的最佳施肥位置存在差異的根本原因在于根系分布的差異，也就是說施肥位置不同則植物根系與肥料的距離不同，從而使根系與肥料的接觸面積和接觸所需要的時間和接觸持續的時間也不同，進而影響根系對肥料養分的吸收[16]。許多研究表明，根層施肥可以顯著提高根系周圍養分濃度，并且能夠提高根系活力，從而促進根系對養分的吸收[17-19]。本試驗以蘋果為試材研究了不同水平施肥位置對15N吸收分配和利用的影響，結果表明，3個水平施肥位置處理中，內層施肥處理的15N利用率最高，分別為外層和中層施肥處理的1.51和1.54倍，原因與內層施肥處理年周期細根的Ndff均顯著高于中層和外層施肥，增強了根系對氮的吸收能力有關；并且內層施肥年周期其他器官的Ndff也顯著高于中層和外層施肥處理，表明內層施肥處理蘋果植株對肥料氮的吸收征調能力強于外層和中層施肥處理，內層施肥能夠促進樹體對氮肥的吸收利用，從而滿足樹體對養分的需求。

本研究的結果表明，該試驗條件下以內層施肥效果最好，而樹冠投影處(外層)施肥效果最差。這與起壟栽培后蘋果根系分布發生變化有關。李慧峰等[20-21]發現，定植6年以上的蘋果樹根系水平分布有兩個根系密集區，第一個在距根莖10～60 cm區域，第二個在樹冠投影邊緣以內30 cm處，此處根系不再擴張則以更新為主，且隨著種植年限的延長表現為向心生長的趨勢。本試驗中，內層施肥處理是在樹冠投影內側1/3的區域施肥，恰好是果樹根系分布密集區，此區域根系更新旺盛、根系活力高，根系與肥料的接觸面積大，接觸時間長，因此在此區域施肥能夠促進根系對氮肥的吸收，根系對氮素的吸收能力強；同時，整個生育期內內層施肥處理的細根Ndff均顯著高于中層和外層施肥處理也驗證了此觀點。另外，不同施肥位置施入的肥料在土壤中移動不同可能也是導致上述試驗結果的原因之一。氮在土壤中的移動主要是隨水分移動，由于不同施肥處理中施肥位置在樹冠投影中的相對位置不同，在降雨和灌溉(噴灌)時土壤接受的水量不同。而外層施肥處理由于施肥位置相對靠外，樹冠遮蔽少，水量大，因此氮肥淋溶流失的多，影響了樹體對氮肥的吸收利用。

另外，前人的研究結果顯示，除施肥時期對植株的氮肥分配率影響較大外，施肥方式及施肥深度對植株的氮肥分配率影響不大[22-24]。本試驗結果表明，不同水平位置施肥處理對氮肥在營養器官和貯藏器官的分配影響不大，這與前人研究結果一致，不同之處在于各水平位置施肥處理對生殖器官(果實)中氮分配的影響與營養器官和貯藏器官相比相對較大；試驗結果顯示中層施肥處理更有利用氮肥向果實中分配。

不同栽培模式下，蘋果根系的分布也會發生相應變化，施肥位置就需做出相應的調整。然而，根系在分布上的不同還會帶來其結構和組成上的差異，因此在起壟栽培模式下，蘋果根層的最適養分濃度仍需進一步研究。另外，盡管外層土壤中根系數量相對較少，但它們對環境的變化可能比較敏感[17]，對于如何優化果樹根系空間組成和確定合適的施肥量還需要進一步研究。

4 結論

不同水平位置施肥處理顯著影響了蘋果樹各器官對肥料氮的吸收征調能力，尤其是根系。內層施肥處理各器官對肥料氮的吸收征調能力顯著高于中層和外層；不同水平位置施肥對各器官的15N分配率影響較??；內層施肥處理能顯著提高氮肥利用率，并顯著高于外層和中層施肥處理。因此建議在起壟栽培的果園生產實踐中，在樹冠投影內側約1/3位置的區域施肥，這樣可以促進根系對肥料的吸收，減少氮肥損失，提高氮肥利用率。

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Effect of different horizontal fertilizer placements on the characteristics of absorption, distribution and utilization of15N by Gala/MalusHupehensi

XU Hai-gang1, JI Meng-meng1, GE Shun-feng1, JIANG Yuan-mao1*, JIANG Han1, CHEN Ru2

(1StateKeyLaboratoryofCropBiology/CollegeofHorticultureScienceandEngineering,ShandongAgriculturalUniversity,Tai’an,Shandong271018,China; 2ShandongInstituteofPomology,Tai’an,Shandong271000,China)

【Objectives】High nitrogen dosage and low use efficiency become one of important reasons of restricting sustainable development of apple industry in China. Unclear fertilizer placement is one of the main reasons of low fertilizer utilization rate in the production. Therefore, an experiment was carried out to figure out reasonable fertilizer placement, improve fertilizer utilization ratio and reduce waste by studying differences of different level fertilization effect. 【Methods】The experiment was carried out to study the effects of different fertilizer placements on the characteristics of notrogen absorption, distribution and utilization of fifteen year old apple trees (Gala/Malus hupehensis) using15N urea tracer technique. According to the scope of canopy projection, we set three different fertilizer placements, including 1/3 of canopy projection, referred to as inner fertilizer treatment (I), 2/3 of canopy projection (middle fertilizer treatment, M) and about 20 cm inside to the edge of canopy projection (outer fertilizer treatment, O). The fertilizing method was digging circular furrows on the three placements we had set and backfilling soil after the fertilization. The depth of the furrows was about 25 cm. Samples at the key phonological phases of apple trees were collected and separated at the end of the experiment. 【Results】The absorbed15N by roots transfers to new vegetative organs prior at the new shoot growing stage and fruit rapid-swelling stage under the different horizontal fertilization placements. The Ndff values of fruits are the highest among the organs at the fruit maturity stage under the three fertilization treatments. The Ndff values of the same organ are different under different fertilization treatments, and the Ndff values of the organs under the inner treatment are significant higher than those under the outer and middle fertilization treatments, especially for roots and fruits. The Ndff values of roots under the three treatments show different variation tendency as the phonological phase changing, and these of the inner fertilization are greater than those of the other treatments. The Ndff values of roots under the M and O treatments present a trend of upward after a fall first. But in the treatment I, the Ndff value of root is increasing until reaches the highest level at the fruit maturity stage. The Ndff values of fruits under the three treatments all present an increasing tendency as the phonological phase changing and reach the maxima at the fruit maturity stage, and the Ndff values of fruits in M and I are respectively 1.43 and 1.42 times of that under the treatment O. The result of the Ndff values of fruit at the new shoot growing stage and fruit rapid-swelling stage is I>O>M. The15N distributions in the organs at different phonological phases are significantly different and are not significantly different among different treatments. At the fruit maturity stage, the trend of the nitrogen distribution in different organs under different fertilization treatments is consistent, storage organs>vegetative organs>reproductive organs, and the values of NUE under different treatments are I>M>O. The NUE of trees under the I treatment is 29.25%, which is significantly higher than those under the other two treatments (19.33% and 19.04%). 【Conclusions】Fertilization placement significantly affects plant organs’ ability of absorbing fertilizer, especially roots. Different fertilizer placements show little effects on the nitrogen allocation rate but obviously affect the nitrogen utilization efficiency. Combining previous research results and the results of this experiment, it suggests that for ridging planted orchard, fertilizing at 1/3 of the canopy projection could improve the utilization rate of nitrogen fertilizer.

apple; horizontal fertilization placement;15N-urea

2014-03-10 接受日期: 2014-06-09 網絡出版日期: 2015-05-06

現代農業產業技術體系建設專項資金(CARS-28)；公益性行業(農業)科研專項資金(201103003)。

許海港(1990—)，男，山東兗州人，碩士研究生，主要從事蘋果氮素營養的研究。E-mail: haigang33@163.com * 通信作者Tel: 0538-8249778, E-mail: ymjiang@sdau.edu.cn

S661.1; S606+.2

A

1008-505X (2015)05-1366-07