交聯聚丙烯酰胺配施尿素對香蕉苗期生長及氮素去向的影響

黃麗娜++趙志汝++程世敏++魏守興++趙增賢

摘要：采用盆栽試驗，研究3種粒徑交聯聚丙烯酰胺與尿素配施對香蕉苗期生長及氮素吸收、淋失、殘留、表觀損失等氮素去向的影響。結果表明，與尿素1次單獨施用相比，交聯聚丙烯酰胺（CPA）配施尿素1次施用能顯著提高香蕉的苗期株高，平均提高13.19%，氮素淋失量顯著減少，平均減少15.92%，氮素殘留量明顯增加，平均增加13.42%；L粒徑（粒徑在1.6～4.0 mm之間）CPA配施尿素能顯著提高香蕉苗期的干物質質量及氮素吸收量，分別較無CPA處理提高58.42%、59.86%，與尿素分3次施用處理無顯著性差異；L粒徑CPA配施尿素處理的氮素表觀損失量有顯著減少，分別比尿素1次施用和分3次施用降低33.40%、28.99%。香蕉苗期使用L粒徑CPA與尿素配施，將有助于促進香蕉生長、氮肥吸收利用，減少氮素淋溶和表觀損失，增加氮素的殘留。

關鍵詞：交聯聚丙烯酰胺（CPA）；尿素；香蕉；生長；氮素去向；淋溶

中圖分類號： S668.106文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）10-0218-04

收稿日期：2016-04-13

基金項目：國家香蕉產業技術體系儋州綜合試驗站（編號：CARS32-16）；熱帶作物品種資源研究所基本科研業務費專項（編號：1630032014026）。

作者簡介：黃麗娜（1984—），女，山東菏澤人，博士，助理研究員，主要從事熱帶作物養分高效利用機理研究及新型肥料研發。E-mail：huanglinahappy@sina.com。

通信作者：魏守興，碩士，研究員，主要從事熱帶作物營養高效利用與物種資源調查。E-mail：shouxingwei@163.com。香蕉是世界上僅次于柑橘的第二大貿易水果，是我國熱帶地區農業結構調整中實現農民增收的主要高效益經濟作物，是熱帶地區水果產業的重要支柱[1-2]。壯苗是香蕉獲得高產優質的關鍵，因此，苗期需科學用肥，以促進香蕉根、莖、葉的快速生長。但是，在香蕉苗期管理過程中，蕉農往往重視氮肥的使用，尤其過多施用尿素，并在施肥后進行大水漫灌或噴灌，從而造成氮肥淋失嚴重、氮肥利用率低、水體受到嚴重污染等，不利于香蕉苗期的生長[3-4]，同時，香蕉苗期根為肉質根，土壤水分過多或過少均會影響其透氣性，對生長和養分吸收不利。開展香蕉苗期的科學水肥管理研究，使水、肥尤其是氮肥更好地被吸收利用，對香蕉優質高產具有重要的意義。

保水劑（super absorbent polymer，SAP）別稱土壤保水劑、高吸水劑、高吸水性樹脂、高分子吸水劑，是利用強吸水性樹脂制成的一種具有超高吸水、保水能力的高分子聚合物，能調節土壤水、熱、氣狀況，促進作物生長，一定程度上可減少養分淋溶損失，達到節省肥料、提高肥料利用的效果[5-8]。目前，關于SAP與尿素配施對作物生長、氮肥利用率和淋失及不同粒徑SAP吸水效果等影響的研究[9-14]較多，而SAP對土壤氮素殘留、表觀損失等影響研究未見相關報道，不同粒徑保水劑配施尿素在作物上的應用效果研究較少，且試驗結果也不盡相同[15-16]。交聯聚丙烯酰胺（crosslinked polyacrylateamide，CPA）作為一種穩定性好的SAP，大顆粒壽命長，耐鹽、耐紫外線能力強，吸水后的凝膠強度高，更適合黏土為主南方土壤的拌入[17]。本研究采用盆栽試驗，以苗期香蕉為對象，研究3種規格CPA與尿素配施對香蕉苗期生長及氮素吸收、淋失、殘留、表觀損失等氮素去向的影響，旨在獲得香蕉苗期施用CPA最適合的粒徑，為CPA在香蕉苗期的合理施用及氮肥利用率的提高提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗于2014年07月20日至10月20日在中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所熱帶果樹改良中心基地室內進行，供試土壤為磚紅壤，容重為1.34 g/cm3，pH值為516，電導率為35.89 μS/cm，有機質含量為8.74 g/kg，全氮含量為0.768 g/kg，速效氮（銨態氮與硝態氮）、速效磷、速效鉀含量分別為157.22 、7.32、90.83 mg/kg。供試作物為7～8張葉巴西蕉組培出圃苗，由中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所種苗中心提供。供試盆缽為棕紅色塑料盆，上口徑、下口徑、高分別為32.0、23.5、28.0 cm，盆底有孔。供試肥料為N含量46%的尿素、P2O5含量為12.5%的鈣鎂磷肥、K2O含量為60%的氯化鉀。供試CPA由北京漢力淼新技術有限公司提供，分為S、M、L 3種粒徑，其中，S粒徑<0.3 mm；M粒徑在0.3～0.8 mm之間；L呈顆粒狀，粒徑在1.6～4.0 mm之間。

1.2試驗設計

采用單因素試驗設計，共設計6個處理，分別為S-U1：S-CPA+尿素，1次施用；M-U1：M-CPA+尿素，1次施用；L-U1：L-CPA+尿素，1次施用；U1：尿素，1次施用；U2：尿素，3次均分施用，1次作為基肥，追肥2次，每隔1個月采用溝施方法施入盆中；CK：不施用氮肥，不使用CPA。CPA使用量為風干土質量的0.2%；氮肥施用量為0.25 g/kg，N ∶P2O5 ∶K2O為22 ∶8 ∶15，磷、鉀肥作為基肥施入。重復3次。

1.3試驗方法

風干土過5 mm篩，每盆裝土13 kg；按照試驗設計，稱取相應的CPA、尿素、鈣鎂磷肥及氯化鉀，CPA與土壤充分混合，再與磷鉀肥混勻，裝盆；選擇大小均勻的香蕉苗移栽在盆中，每盆定植1株；移栽后1周，在溫室內加蓋遮陰網以緩苗，定期稱重澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的60%～80%，整個試驗持續3個月。土壤氮素淋溶試驗采用間歇式淋溶方式，從香蕉苗芽移栽后，每隔15 d淋溶1次，按照田間持水量的150%進行淋溶，隔日收集淋溶液，測定淋溶液的全氮含量。

1.4測定項目及方法

1.4.1香蕉生長指標10月20日測定香蕉苗的株高、莖粗、新抽生葉張數、倒3葉的葉長、葉寬等生長指標。株高指土壤表面假莖基部到香蕉最新自然展開葉的葉柄與假莖交匯處的高度，用軟尺測量；莖粗用游標卡尺測量假莖基部以上 2 cm 處的香蕉苗莖稈直徑；新抽生葉片數指香蕉最新展開葉葉片的數量；倒數第3張葉的葉長和葉寬用軟尺測量，葉長指香蕉葉鞘至葉尖的長度，葉寬指香蕉葉片的最寬處，可得到葉面積，計算公式[18]為A=0.767P-76.014。式中，A為香蕉葉面積，單位為m2；P為葉長與葉寬的乘積，單位為m2。

1.4.2香蕉干物質試驗結束，香蕉植株分地上部和地下部進行采集；將采集的樣品用清水沖洗干凈，擦干水分，分別稱量鮮質量；采用四分法取樣，105 ℃殺青30 min，75 ℃烘至恒質量。

1.4.3氮素去向（1）氮素吸收：取各香蕉植株的烘干樣品，用植物粉碎機粉碎，采用H2SO4-H2O2-靛酚藍比色法[19]測定植株樣品全氮含量，香蕉氮素吸收計算公式為氮素吸收量=施氮處理香蕉全氮含量-不施氮處理香蕉全氮含量。（2）氮素淋失：采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定淋溶液中淋失的全氮含量，氮素淋失量計算公式為氮素淋失量=施氮處理淋失的全氮含量-不施氮處理淋失的全氮含量。（3）氮素土壤殘留：試驗結束，將盆中土壤取出混勻，用四分法取土壤；樣品自然風干，磨細過小于0.25 mm的篩，采用H2SO4-靛酚藍比色法[19]測定土壤中全氮含量，氮素殘留量計算公式為氮素殘留量=施氮處理的土壤全氮含量-無氮處理的土壤全氮含量。（4）氮的表觀損失：根據氮平衡模型即根據氮素輸入、輸出平衡原理[20]進行計算，氮素表觀損失量計算公式為氮素表觀損失量=施氮量-氮素吸收量-氮素淋失量-土壤殘留量。

1.5數據處理

數據采用Excel 2007進行處理，采用鄧肯氏新復極差檢驗法進行（DMRT）多重比較。

2結果與分析

2.1CPA配施尿素對香蕉苗期生長的影響

由表1可見，與CK相比，施用氮肥能顯著增加香蕉株高和倒3葉的葉面積，施用氮肥香蕉平均株高和倒3葉的葉面積分別是CK的1.81、4.77倍；與U1處理相比，施用CPA（S-U1、M-U1、L-U1處理）并未顯著影響香蕉苗期葉片數、莖粗和倒3葉的葉面積；S-U1、M-U1、L-U1處理的香蕉株高分別比U1處理增加11.87%、11.08%、16.62%，平均增加13.19%，施用CPA與U1處理相比，對香蕉苗期株高有顯著增加，但相互間沒有顯著性差異，不受CPA粒徑的影響；L-U1處理的株高顯著高于U2處理，其他施用CPA處理與U2處理之間無顯著性差異。因此，香蕉苗期施用CPA配施尿素，不僅不影響香蕉的苗期生長，而且能顯著增加香蕉的假莖高，尤其以L粒徑增加效果最為顯著。

2.2CPA配施尿素對香蕉苗期干物質累積的影響

由圖1可知，與CK相比，施用氮肥能顯著促進香蕉苗期干物質的累積，且各施氮處理干物質累積量平均是CK處理的1.58倍；S-U1、L-U1、U2處理的香蕉苗期干物質累積量分別是U1處理的7.84%、10.80%、14.58%，顯著高于U1處理，S-U1、L-U1、U2處理的香蕉苗期干物質累積量相互間無顯著性差異。因此，香蕉苗期1次施用尿素過程中配施S粒徑或L粒徑的CPA顆粒，能顯著促進香蕉苗期干物質的累積，且效果與尿素分3次施用相同。

2.3CPA配施尿素對香蕉苗期氮素去向的影響

2.3.1對香蕉苗期氮素吸收的影響由圖2可知，S-U1、L-U1 處理苗期香蕉的氮素吸收量分別比U1處理提高3647%、59.85%，與U1處理相比，S-U1、L-U1處理對氮素吸收量有顯著提高，M-U1處理與U1處理無顯著性差異；除L-U1處理的苗期香蕉氮素吸收量與U2處理無顯著性差異外，其他CPA配施尿素處理均顯著低于U2處理；不同規格CPA處理中，苗期香蕉對氮素的吸收量大小順序為L-U1>S-U1>M-U1，L-U1處理比M-U1處理提高了46.37%。因此，S粒徑或L粒徑CPA配合尿素1次施用，能顯著促進苗期香蕉對氮素的吸收，尤其是L粒徑CPA配施尿素1次施用與尿素分3次施用效果相同，可有效減少尿素的施用次數。

2.3.2對香蕉苗期氮素淋失量的影響尿素施入土壤中，由于淋雨、灌溉等原因，其氮素往往隨著水淋失，并成為氮素主要的損失途徑之一。由圖3可知，香蕉苗期經5次淋洗，施肥處理的氮素淋失量存在明顯差異；與U1處理相比，CPA配施尿素能明顯減少氮素的淋失量，平均減少15.92%；S-U1與M-U1處理的氮素淋失量分別較U1處理降低了18.21%、17.05%，與U1處理相比有顯著降低；與尿素分3次施用（U2處理）相比，CPA配施尿素處理的氮素淋失量均與其無顯著性差異；不同規格CPA處理中，苗期香蕉氮素的淋失量無顯著性差異，這表明氮素淋淋失量不受CPA規格的影響。CPA在香蕉苗期施用，尤其是與尿素配施，能有效減少氮肥的淋失，這可能與CPA顆粒對土壤水分、養分有吸附作用相關。

2.3.3對香蕉苗期氮素殘留量的影響由圖4可知，CPA配施尿素1次施用與尿素單獨1次施用（U1處理）的肥料氮素殘留量無顯著性差異；與U2處理相比，CPA配施尿素能增加肥料氮素的殘留量，平均增加13.42%；S-U1、L-U1處理與U2處理相比，苗期香蕉氮素殘留量分別提高14.56%、1520%；不同規格CPA處理的苗期香蕉氮素殘留量無顯著性差異；與尿素分3次施用相比，S粒徑CPA配施尿素與尿素1次施用能顯著提高氮素殘留量。尿素1次施用過程中配施CPA，不影響香蕉苗期的氮素殘留量，且這種影響與CPA規格無關。

2.3.4對香蕉苗期氮素表觀損失的影響由圖5可知，尿素1次施用過程中施用S粒徑或L粒徑CPA（S-U1、L-U1處理），比單獨施用尿素能顯著減少肥料氮肥的表觀損失量，平均減少23.90%；不同規格CPA處理，L-U1表觀損失量相對最少，S-U1次之，L-U1、S-U1處理氮素表觀損失量比U1處理分別降低33.40%、14.41%；L-U1處理的表觀損失量比U2處理降低了28.99%，與U2處理相比有顯著性降低；M粒徑CPA配施尿素不能明顯減少氮素表觀的損失。因此，與尿素1次施用相比，S或L粒徑CPA配施尿素在香蕉苗期1次施用能有效減少氮素表觀的損失，尤其是L粒徑CPA效果更為明顯。

3結論與討論

CPA作為高聚合度的土壤蓄水改良劑，可吸附溶于土壤中的肥料，吸持土壤中的養分離子或分子，促進作物生長[11-14]。本研究結果表明，香蕉苗期使用CPA配施尿素1次施用，能顯著提高香蕉苗期的株高，尤其是L粒徑CPA優于尿素分3次施用處理，而干物質量與尿素分3次施用效果相當，這與崔娜等研究結果[15-16]有所不同。崔娜等研究表明，中粒保水劑在改善土壤結構和番茄幼苗干物質累積方面優于其他粒徑的保水劑[15]；劉慧軍等則認為，小粒徑保水劑在提高當地土壤水分和促進燕麥生長方面優于大粒徑保水劑[16]。這可能是由土壤質地和試驗時間長短不同造成的，崔娜等供試的土壤為遼寧潮棕壤，劉慧軍等供試的土壤為內蒙古砂壤土，而本試驗供試的土壤為海南磚紅壤，土壤質地不同，保水劑的應用效果可能存在差別。

另外，研究表明，香蕉苗期使用CPA配施尿素，尤其是S或L粒徑CPA配合尿素1次施用，能顯著促進香蕉苗期對氮素的吸收，尤其是配施L粒徑CPA，與尿素分3次施用效果相同，可有效減少尿素施用次數，這與Busscher等研究結果[8-9]相同；CPA與尿素配施在香蕉苗期施用，能有效減少氮肥的淋失，這與杜建軍等研究結果[11-12]一致；尿素1次施用過程中配施CPA，不影響苗期香蕉的氮素殘留量，且這種影響與CPA規格無關。

需說明的是，本研究雖從氮素利用、氮素淋失、氮素殘留和表觀損失方面分析了氮素平衡，并粗略估計氮素的表觀損失，但未對土壤中氨揮發及CPA自身所吸收的氮素養分進行測定，不同規格CPA的氨揮發量及CPA本身吸收的養分量還有待進一步研究?？傊?，相對于尿素單獨施用而言，CPA顆粒配施尿素在香蕉苗期1次施用能顯著提高氮肥的吸收利用，減少氮素淋失和表觀損失，尤其是L粒徑CPA效果更為明顯，這對減少肥料氮素資源浪費和硝態氮淋失對地下水污染有著重要的意義，同時，這也為CPA配施尿素的進一步高效利用提供有價值的參考。

參考文獻：

[1]黃秉智，周燦芳，吳雪珍，等. 2011年廣東香蕉產業發展現狀分析[J]. 廣東農業科學，2012，39（5）：12-14，26.

[2]柯佑鵬，過建春，張錫炎，等. 2012年我國香蕉產業發展趨勢與建議[J]. 中國果業信息，2012，29（5）：23-25.

[3]樊小林. 香蕉營養與施肥[M]. 北京：中國農業出版社，2007.

[4]林電，鄭麗燕，廖志氣，等. 海南香蕉園土壤肥力研究[J]. 中國土壤與肥料，2007（2）：26-29，81.

[5]Shaviv A，Mikkelsen R L. Controlled-release fertilizers to increase efficiency of nutrient use and minimize environmental degradation：a review[J]. Fertilizer Research，1993，35（1/2）：1-12.

[6]Janardan S，Singh J. Effect of stockosorb polymers and potassium levels on potato andonion[J]. Potassium Research，1998，4（1）：78-82.

[7]李秧秧，黃占斌. 節水農業中化控技術的應用研究[J]. 節水灌溉，2001（3）：4-6.

[8]Busscher W J，Bjorneberg D L，Sojka R E. Field application of PAM as an amendment in deep-tilled US southeastern coastal plain soils[J]. Soil & Tillage Research，2009，104（2）：215-220.

[9]茍春林，王新愛，李永勝，等. 保水劑與氮肥的相互影響及節水保肥效果[J]. 中國農業科學，2011，44（19）：4015-4021.

[10]徐剛，韓玉玲，高文瑞，等. 保水蓄肥改土劑與氮肥結合對辣椒生長以及光合作用的影響[C]//中國園藝學會十字花科蔬菜分會第十屆學術研討會論文集. 天津：中國園藝學會十字花科蔬菜分會，2012：151-157.

[11]杜建軍，茍春林，崔英德，等. 保水劑對氮肥氨揮發和氮磷鉀養分淋溶損失的影響[J]. 農業環境科學學報，2007，26（4）：1296-1301.

[12]員學鋒，汪有科，吳普特，等. 聚丙烯酰胺減少土壤養分的淋溶損失研究[J]. 農業環境科學學報，2005，24（5）：929-934.

[13]劉瑞鳳，張俊平，王愛勤. PAA-AM/SH復合保水劑吸水性能及緩釋效果研究[J]. 中國農學通報，2005，21（12）：205-208.

[14]陳海麗，吳震，劉明池. 不同保水劑的吸水保水特性[J]. 西北農業學報，2010，19（1）：201-206.

[15]崔娜，張玉龍，白麗萍. 不同粒徑保水劑對土壤物理性質和番茄苗期生長的影響[J]. 核農學報，2011，25（1）：127-130.

[16]劉慧軍，劉景輝，徐勝濤，等. 不同粒徑保水劑對土壤水分及燕麥生長的影響[J]. 西北農業學報，2012，21（8）：89-93，100.

[17]張浣中.保水劑對土壤理化性質的影響研究[D]. 北京：中國農業科學院，2009.

[18]劉永霞，周兆禧，唐粉玲，等. 巴西香蕉葉面積與葉片形態特征關系的定量分析[J]. 熱帶作物學報，2013，34（9）：1641-1645.

[19]魯如坤. 土壤農業化學分析方法[M]. 北京：中國農業科技出版社，2000：303-308.

[20]劉學軍，趙紫娟，巨曉棠，等. 基施氮肥對冬小麥產量、氮肥利用率及氮平衡的影響[J]. 生態學報，2002，22（7）：1122-1128.