施氮量对野牛草物质积累及氮素利用效率的影响_邹博坤.pdf

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0017邹博坤，王欣铭，黄馨慧，褚章杉，陈雨峰，钱永强.施氮量对野牛草物质积累及氮素利用效率的影响.草业科学,2022,39(11):2253-2261.ZOUBK,WANGXM,HUANGXH,CHUZS,CHENYF,QIANYQ.EffectsofnitrogenlevelsonmatteraccumulationandnitrogenuseefficiencyofBuchloe dactyloides.PrataculturalScience,2022,39(11):2253-2261.施氮量对野牛草物质积累及氮素利用效率的影响邹博坤，王欣铭，黄馨慧，褚章杉，陈雨峰，钱永强（中国林业科学研究院生态保护与修复研究所/国家林业和草原局草原研究中心,北京100091）摘要：本研究以野牛草(Buchloe dactyloides)Sundancer和Texoka两个品种为试验材料，分别设置不施氮(N0)，施氮量 500mgkg1(N1)、1500mgkg1(N2)、2500mgkg1(N3)和 5000mgkg1(N4)5 个处理，旨在探究施氮量对野牛草物质积累和氮素利用效率(NUE)的影响，为野牛草氮肥管理提供理论依据。结果表明：相较于缺氮环境，施氮量 500mgkg1为最佳施氮量，野牛草叶绿素、还原糖、可溶性蛋白、硝态氮、铵态氮、总氮、总碳含量和生物量显著提高(P0.05)。当施氮量超过 500mgkg1时，硝态氮、铵态氮、总氮、总碳含量和生物量略有提高，但 NUE 显著下降(P0.05)。当施氮量超过 2500mgkg1时，还原糖、硝态氮含量和生物量显著降低(P0.05)，抑制野牛草生长和物质积累。野牛草对低氮环境的耐受能力较强，在缺氮环境中可能通过大量积累淀粉、可溶性糖等物质来提高抗逆性。在相同施氮量下，Texoka品种的生产能力和氮素利用效率比Sundancer更高。关键词：野牛草；氮素水平；物质积累；氮素利用效率文献标志码：A文章编号：1001-0629(2022)11-2253-09Effects of nitrogen levels on matter accumulation and nitrogen useefficiency of Buchloe dactyloidesZOUBokun,WANGXinming,HUANGXinhui,CHUZhangshan,CHENYufeng,QIANYongqiang(InstituteofEcologicalProtectionandRestoration,ChineseAcademyofForestry/GrasslandResearchCenter,NationalForestryandGrasslandAdministration,Beijing100091,China)Abstract:ToprovideatheoreticalbasisforthemanagementofnitrogenfertilizerofBuchloe dactyloides,twocultivars,SundancerandTexoka,twocultivarsofBuchloe dactyloides,wereusedasthetestmaterialstoexploretheeffectsofdifferentnitrogenlevels(N0:0mgkg1,N1:500mgkg1,N2:1500mgkg1,N3:2500mgkg1,andN4:5000mgkg1)onmatter accumulation and nitrogen use efficiency(NUE).The results showed that,compared to the nitrogen deficiencyenvironment,500mgkg1wasthebestnitrogenapplication.Chlorophyll,reducingsugar,solubleprotein,nitratenitrogen,ammoniumnitrogen,totalnitrogen,andtotalcarbonlevelsandbiomassweresignificantlyimproved(P0.05).Whennitrogenapplicationexceeded500mgkg1,nitratenitrogen,ammoniumnitrogen,totalnitrogen,totalcarbon,andbiomassincreasedslightly,butNUEdecreasedsignificantly(P0.05).Whennitrogenapplicationexceeded2500mgkg1,reducingsugarandnitratenitrogenlevelsandbiomassweresignificantlyreduced(P0.05),andgrowthandmatteraccumulationwererestrained.Buchloe dactyloideshasastrongtolerancetoalownitrogenenvironment,anditmayimproveitsstressresistancethroughthemassiveaccumulationofstarchandsolublesugar.Theproductioncapacityandnitrogenuseefficiency收稿日期：2022-01-09接受日期：2022-04-20基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(CAFYBB2019ZE001)；泰山产业领军人才项目(No.tscy20180536)第一作者：邹博坤(1996-)，男，河北张家口人，在读硕士生，研究方向为草业科学。E-mail:通信作者：钱永强(1979-)，男，山东日照人，研究员，博士，研究方向为草业科学。E-mail:第39卷第11期草业科学2253-2261Vol.39,No.11PRATACULTURALSCIENCE11/2022http:/ofTexokawerehigherthanthoseofSundancer.Keywords:Buchloe dactyloides;nitrogenlevels;matteraccumulation;nitrogenuseefficiencyCorresponding author:QIANYongqiangE-mail:氮是植物生长、发育和抵抗生物和非生物胁迫的重要元素，对植物氨基酸、蛋白质、核酸、叶绿素、各种初级和次生代谢物以及激素的生物合成非常重要1。在草坪建植和牧草生产过程中，合理的施氮量可以加快成坪速度，增强草坪观赏性，提高牧草的营养物质含量和产量2-3。但长期产量观测数据表明，施氮可提高作物产量，当产量超过临界值后，增加施氮量，产量不再增加，而氮肥利用效率显著降低4。城市草坪草系统施用氮肥，还会造成硝酸盐淋溶，危及地下水安全5。目前国内外关于草对氮素需求的研究主要集中在羊草(Leymus chinensis)、紫花苜蓿(Medicago sativa)、黑麦草(Lolium perenne)等草种2。野牛草(Buchloe dactyloides)是禾本科画眉草亚科野牛草属植物6，具有良好的耐贫瘠、耐盐碱、耐寒、耐旱等优点，目前在我国北方被广泛用于工矿企业、机场跑道、高速公路旁等低养护地区7。研究发现，随着氮肥用量的增加，野牛草叶片叶绿素含量升高，草坪色泽、密度和综合质量评分均提高，但过度或频繁的施肥会促使杂草生长，对野牛草几乎没有积极影响8-9。野牛草有广阔的应用前景，制定合理的氮肥管理方案能够降低其养护成本，提高生产效益，有效保护草地生态环境。因此，本研究分析施氮量对野牛草叶绿素含量、碳氮代谢和素利用效率的影响，探究适合野牛草生长发育的最佳施氮量，为制定野牛草精准施肥方案提供数据支持。1 材料和方法 1.1 试验设计试验采用二因素随机区组设计，设置两个野牛草品种，分别为Sundancer和Texoka；以尿素为氮源，设置 5 个施氮量，分别为 0mgkg1(N0)、500mgkg1(N1)、1500mgkg1(N2)、2500mgkg1(N3)和5000mgkg1(N4)，共 5 个处理，每个处理 3 次重复。1.2 试验方法2021 年 4 月，取直径 32cm、高 27cm 的花盆(带托盘，容积约 13L)，在盆中装入冲洗干净的蛭石(约2.8kg)。基础养分：有机质含量 4.18gkg1，碱解氮含量 52.1mgkg1，速效磷含量 4.0mgkg1，速效钾含量115.2mgkg1，pH6.82，电导率493Scm1。按每盆 10g 的播种量取野牛草种子，用 5%次氯酸钠溶液浸泡 5min，期间不断搅动，冲洗干净后流水浸泡48h。播种后用塑料膜覆盖盆口，发芽后揭开。施氮量按纯氮计，配置相应浓度溶液，以 1/2 浓度缺氮改良型霍格兰营养液为其他营养元素来源10，营养液组分：MgSO4241mgL1，K2SO4435mgL1，KH2PO4136mgL1，CaCl2444mgL1，Fe-citrate5.1mgL1，MnCl20.56mgL1，ZnSO40.06mgL1，CuSO40.025mgL1，H3BO36.2mgL1，NaMoO42H2O0.25mgL1，CoCl26H2O0.025mgL1。营养液混合后分 8 次施入盆中，每 7d 每盆浇营养液 1L，连续浇 8 周，渗出到托盘中的液体倒回盆中，避免养分流失。本试验在中国林业科学研究院科研温室中进行，培养条件为自然光光照，温度为白天 28，夜晚 20。1.3 取样方法处理 8 周后于上午 10:00 取样，将根系完整取出，冲洗干净，将地上部和地下部分开，部分样品液氮冷冻后20 保存，其余样品 105 杀青 30min后 80 烘干至恒重，测定生物量。1.4 指标测定1.4.1 基质养分将基质样品自然晾干，充分研磨后过 0.150mm筛，pH、电导率、有机质含量、碱解氮含量、速效磷含量和速效钾含量的测定方法参照文献 11。1.4.2 叶绿素含量叶绿素是一种氮敏感化合物，叶绿素含量受氮含量的强烈影响，施氮可以有效增加植物叶绿素含量，保护叶绿体超微结构，提高植物抗性12-13。用95%乙醇萃取，紫外分光光度计测定叶绿素含量14。1.4.3 碳氮代谢碳和氮是构成植物有机化合物的基本元素，植物碳氮平衡是当前植物生理研究的一大热点15。将2254草业科学第39卷http:/植物样品烘干，研磨成细粉，取 0.2g，用凯氏定氮法测定总氮含量14，取过 0.25mm 筛的样品 20g，用重铬酸钾硫酸氧化法测定总碳含量16。非结构性碳水化合物主要包括可溶性糖和淀粉，参与植物代谢、运输、渗透调节等生理活动，具有独特的生态功能，其中可溶性糖为短期养分储备，淀粉为长期养分储备17。用 3,5-二硝基水杨酸法测定还原糖含量，蒽酮比色法测定可溶性糖和淀粉含量14。采用硝基水杨酸法测定硝态氮含量14。改良茚三酮比色法测定铵态氮含量18。植物可溶性蛋白含量不仅可以代表氮营养水平，当植物遭受胁迫时，其含量还是反映植物抗性的重要指标之一19。取 0.1g 鲜样研磨后离心，取上清液加入考马斯亮蓝 G-250 染色，测定 595nm 处的吸光度，计算可溶性蛋白含量14。1.4.4 氮素利用效率氮素利用效率(nitrogenuseefficiency,NUE)20计算公式如下：NUE=(U U0)/F100%。式中：U 为施氮作物吸氮量；U0为不施氮作物吸氮量；F 为施氮量。1.5 数据处理用 SPSS19.0 统计分析数据，结果用平均值标准误表示。对不同品种不同施氮量下的野牛草各物质累积量进行双因素方差分析(Two-wayANOVA)