黄金梨树氮素营养状况对不同水氮用量的响应_刘亚南.pdf

2023 年 1 月 灌溉排水学报 第 42 卷 第 1 期 Jan.2023 Journal of Irrigation and Drainage No.1 Vol.42 8 作物水肥高效利用 文章编号：1672-3317（2023）01-0008-08 黄金梨树氮素营养状况对不同水氮用量的响应 刘亚南1,2，白美健1*，李益农1，张宝忠1，史 源1，吴现兵3，史力诚1（1.流域水循环重点实验室 中国水利水电科学研究院，北京 100048；2.中国农业大学，北京 100083；3.河北农业大学，河北 保定 071000）摘 要：【目的】探究黄金梨树氮吸收对水氮耦合的响应规律。【方法】设定灌水下限和施氮量 2 个因素，每个因素设定 3 个水平，即灌水下限：高水（HW：75%Fc）、中水（MW：65%Fc）和低水（LW：55%Fc）（Fc：田间持水率（体积含水率）；施氮量：高氮（HF：486 kg/hm2）、中氮（MF：324 kg/hm2）、低氮（LF：162 kg/hm2），正交设定 9 个试验处理，对照处理为园区常规管理（CK）。测定了果实膨大期和成熟期梨树春梢、叶片和果实全氮量。【结果】果实膨大期，中水中肥（MWMF）处理梨树春梢和叶片全氮量最高，较 CK 分别提高了 26.20%和 8.66%；灌水下限对春梢全氮量影响差异不显著，施氮量和耦合作用对春梢全氮量提高差异显著；灌水下限、施氮量及耦合作用对叶片全氮量提升差异不显著。成熟期时，中水中肥（MWMF）处理梨树春梢全氮量最高为 0.74 g/kg，高水中肥（HWMF）处理春梢全氮量最低，为 0.54 g/kg；高水中肥（HWMF）处理梨树叶片全氮量最高为 1.83 g/kg，高水低肥（HWLF）处理全氮量最低为 1.70 g/kg；水氮耦合方案下果实全氮量较 CK 显著提高，其中，低水高肥（LWHF）处理果实全氮量最高，为 0.82 g/kg，较 CK 提高了 52.70%；灌水下限和水氮耦合作用对春梢全氮量的影响差异不显著，施氮量对春梢全氮量影响差异显著；灌水下限、施氮量和耦合作用对叶片全氮量差异不显著；灌水下限、施氮量和耦合作用对果实全氮量影响差异显著。2 个时期梨树春梢和叶片全氮量均有：叶片春梢。梨树春梢、叶片和果实等3 个器官全氮量相关性不显著，春梢全氮量与果实全氮量呈弱正相关，叶片全氮量与春梢和果实全氮量呈弱负相关。【结论】不同时期 3 个器官对水氮耦合处理响应规律不一，适宜的水氮耦合处理能促进各器官对氮的吸收，各器官全氮量相关性不显著。考虑梨树生长与生产和采收后生长分化，推荐灌水下限为 65%Fc，施氮量为 300350 kg/hm2。关 键 词：水氮耦合；黄金梨；春梢全氮；叶片全氮；果实全氮；相关分析 中图分类号：S274.1；S143 文献标志码：A doi：10.13522/ki.ggps.2022175 OSID：刘亚南,白美健,李益农,等.黄金梨树氮素营养状况对不同水氮用量的响应J.灌溉排水学报,2023,42(1):8-15.LIU Yanan,BAI Meijian,LI Yinong,et al.Change in Nitrogen Content in Golden Pear Trees in Response to Irrigation and Nitrogen FertilizationJ.Journal of Irrigation and Drainage,2023,42(1):8-15.0 引 言 【研究意义】梨是我国主要种植果树之一1。作为梨果的主产区，京津冀地区始终存在水资源短缺与时空不均2-3，养分不足与施用不合理等问题，限制植株各器官对水分和养分吸收与利用，进一步地制约梨果生产与产业发展。氮是植物矿质元素中的核心元素4-5，是植物生长和产量形成的关键因素6；也是光合色素（包括叶绿素 a 和叶绿素 b）的重要组成成分，若氮素不足，光合色素形成受阻，抑制光合作用和光合产量，进一步影响作物产量7；对植物体内起到调节作用的激素（生长素、赤霉素和细胞分裂素等）也 收稿日期：2022-04-01 基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFC0401403）；国家自然科学基金项目（51822907）作者简介：刘亚南（1994-），男。博士研究生，主要从事农业节水及水资源高效利用研究。E-mail: 通信作者：白美健（1974-），女。正高级工程师，主要从事节水灌溉技术研究。E-mail: 含有氮8。植株营养器官养分量贮存是衡量果树营养状况的主要表征指标，也是产量与果品提升的重要保障。叶片是树体器官中对土壤养分反应最敏感的，其养分量可以代表树体对养分的吸收情况5。相关研究表明9-12，适宜提高土壤养分量有助于植株器官对养分的吸收。植株对养分的吸收不仅取决于土壤养分量，而且还与土壤水分状况相关。灌溉与施肥是保障果树生长发育和生产中水分及养分需求的重要举措，但传统水肥施用制度、措施与水肥施用观念落后，造成植株器官养分量低、水肥利用率低，引起土壤硝态氮残留量大，甚至造成严重的水土环境污染13。【研究进展】张芳芳等14研究发现红富士生育期内叶片全氮质量分数最高，果实全氮质量分数最低；陈艳彬等15研究发现，叶片叶绿素量与含氮量正向相关。吴小宾16研究发现使用施肥枪施肥能促进植株新生器官吸收利用养分，提高了氮素吸收利用率；郑丽燕17研究发现小龄茶树的新梢氮、含钾量最高，随着树龄增加，刘亚南 等：黄金梨树氮素营养状况对不同水氮用量的响应 9 根部氮含钾量逐渐提高；刘秀花等18研究发现在同一灌水量下，随施氮量增加作物吸收量随之增加；任俊杰等19研究发现提高“绿岭”核桃枝条含氮量有助于增加抗冻性；李鑫鑫等20-21研究水肥耦合对作物各器官全氮量影响发现，水氮耦合作用对各器官全氮量影响显著；杨宙等22研究发现水稻产量与分蘖期叶片全氮量正相关；江柱等23研究发现，增施氮肥有效促进根系干物质对养分的吸收。【切入点】综上所述，诸多学者研究针对施肥或灌水方法以及水肥耦合制度对果树生长24-25、产量和品质10,26以及土壤养分27-28等方面展开了研究，但针对京津冀区域成龄黄金梨树各器官全氮量对水氮耦合方案响应规律研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】开展成龄黄金梨树水氮耦合试验，重点分析水氮耦合方案对果实膨大期和成熟期黄金梨树春梢、叶片全氮量和成熟期果实全氮量的影响，探明上述指标随灌水下限和施氮量的响应规律，为京津冀地区黄金梨树水、氮施用管理提供一定技术依据。1 材料与方法 1.1 研究区概况 试验在圣泽林生态庄园的梨园内进行。生态庄园位于北京市大兴区安定镇，北纬 393720，东经1162552，属于暖温带半湿润大陆季风气候，多年平均温度 11.2，多年平均降水量 556.4 mm。试验开始前，在试验区内随机选点取土（深度为 160 cm，每层厚度为 20 cm）风干后过筛，经马尔文激光粒度仪测得，试验田块土壤为均质粉砂壤土（国际制），质地均匀。0100 cm 土层田间持水率为 35%（体积含水率）。果园内设有小型气象站可自动记录温度、风速、相对湿度和太阳辐射等参数。1.2 试验设计 试验设定灌水下限和施氮量 2 个因素，每个因素设定 3 个水平（见表 1），即灌水下限：低水（LW：55%Fc）、中水（MW：65%Fc）、高水（HW：75%Fc）；施氮量：低肥（LF：162 kg/hm2）、中肥（MF：324 kg/hm2）、高肥（HF：486 kg/hm2），正交组合设定 9个水氮耦合处理，处理如下：低水低肥（LWLF）、低水中肥（LWMF）、低水高肥（LWHF）、中水低肥（MWLF）、中水中肥（MWMF）、中水高肥（MWHF）、高水低肥（HWLF）、高水中肥（HWMF）、高水高肥（HWHF），另设 1 个对照处理（CK），共计 10 个试验处理。其中，CK 不施肥，灌溉由园区管理人员依经验管理。表 1 试验方案表 Table 1 Trial protocol table 水平 灌水下限 灌水量/(m3hm-2)施氮量/(kghm-2)低 55%Fc 790 162 中 65%Fc 860 324 高 75%Fc 1 140 486 注 表内 Fc 为田间持水率。每个试验处理（小区）内定值 15 株黄金梨树，沿滴灌带方向，每 5 株黄金梨树作为一个重复，每个试验方案设定 3 次重复，每个试验小区长 45 m，宽 4 m。植株行间距为 4 m，株间距为 3 m。灌溉水源为地下水，氮肥选用当地常用的尿素（CO(NH2)2，N 46%），氮肥随水同时施入。试验主要设备包括水泵、旋翼湿式水表、施肥泵及各级输配水管道系统和灌水器。灌水器为压力补偿式滴头，内径 20 mm，滴头间距 50 cm，滴头流量为4 L/h。施肥泵为比例式施肥泵，并配有施肥桶装置，用于溶解肥料，灌水量由安装在首部的水表进行量测。1.3 灌溉与施肥 水氮耦合田间试验开始前，为保障所有试验小区具有较为均一的土壤水分和养分量进行了大定额的灌水。每个试验小区布设 1 根 Trime 管，用于测定0120 cm 土层深度土壤含水率，当水氮耦合方案内3 个小区土壤含水率的平均值低于试验方案设定的灌水下限时进行灌水（表 1）。田间试验期间，氮肥分 3 次随水施入，分别为花展叶期（4 月 5 日，40%）、幼果期（5 月 7 日，20%）和果实膨大期（7 月 22 日，40%），施氮量见表 1。1.4 采样及全氮测定方法 分别于果实膨大期和成熟期在各个试验小区内随机选取一株黄金梨树，并在其上东、南、西、北 4个方向上各选一枝春梢，并将选定春梢枝条与叶片分离，分别装入准备的试验用袋内29。成熟期，采摘时在各重复小区内随机选取一株梨树并在其上随机选取一个梨果实，带回实验室30。将上述样品进行杀青、烘干、研磨等工作，研磨后植株春梢、叶片和果实粉末过 0.5 mm 筛，使用浓H2SO4-H2O2消煮，凯氏定氮法测定。各方案 3 次重复下春梢、叶片和果实全氮量取均值，作为该方案的春梢、叶片和果实的全氮量。1.5 数据处理 使用 Microsoft Excel 2019 记录果实膨大期和成熟期春梢、叶片和果实全氮量值，并对数据进行整理与初步处理；使用 SPSS 25 进行两两多重比较，用Least significant different（LSD）方法，分析各试验指标方案间差异；使用SPSS 25进行双因素方差分析，分析灌水下限、施氮量和水氮耦合作用对指标影响差异；使用 Origin 2020 软件绘图。灌溉排水学报 http:/ 10 2 结果与分析 2.1 春梢全氮量对水氮耦合响应分析 图 1 为果实膨大期和成熟期春梢全氮量值和方差分析结果，表 2 为各指标双因素方差分析结果。整体上，果实膨大期 MWMF 处理春梢全氮量最高，而HWHF 处理春梢全氮量最低；各方案下春梢全氮量值从大到小为MWMF处理CKHWLF处理LWMF处理LWHF 处理LWLF 处理MWLF 处理MWHF 处理HWMF 处理HWHF 处理；LWHF、LWLF、MWHF、MWLF、HWHF 处理与 CK 差异显著（P0.05），其余水氮耦合处理与 CK 差异不显著（P0.05）；水氮耦合处理间也存在显著差异，并且HWHF 处理春梢全氮量显著低于其他水氮耦合处理（P0.05）。注 图内 a 和 A 分别代表不同时期方差分析结果，下同。图1 果实膨大期和成熟期春梢全氮量 Fig.1 Total nitrogen content in spring shoot at fruit expansion and maturity stage 成熟期 MWMF 处理春梢全氮量最高为 0.74 g/kg，相对于 CK 提高了 37.62%；除 LWLF、HWHF处理和 HWMF 处理外，其余水氮耦合处理成熟期春梢全氮量值均有提高。成熟期各处理春梢全氮量为MWMF 处理MWHF 处理HWLF 处理MWLF处理LWMF 处理LWHF 处理CKLWLF 处