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        施氮對黑麥草草坪生長及土壤硝態(tài)氮的影響

        2013-04-25 09:41:28張斐斐王曉紅
        草業(yè)科學 2013年8期
        關鍵詞:施氮黑麥草硝態(tài)

        張斐斐,白 龍,王曉紅,劉 英

        (沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院,遼寧 沈陽110866)

        施肥是草坪養(yǎng)護管理中最重要的環(huán)節(jié)之一,與灌溉、修剪一起被稱為草坪養(yǎng)護管理的三大要素。尿素是常用的氮肥,合理的氮肥添加有利于草坪生長,保持其良好的觀賞品質(zhì)。邊秀舉和胡林[1]的研究表明,氮肥可明顯改善草坪色澤,提高草坪質(zhì)量。李文慶等[2]認為,建坪時施氮能明顯加速草坪成坪,縮短成坪時間,而過量施氮反而會影響草坪草的坪用質(zhì)量。章學梅等[3]通過對冷季型混播草坪的施肥研究發(fā)現(xiàn),年施氮量為25 g·m-2較適合。同時,氮肥的不合理利用也會造成環(huán)境污染,尤其是硝態(tài)氮對地下水的污染。草坪是施肥量大、灌水多的人工植被,施入的氮肥一部分被植物吸收利用,一部分殘留在土壤中,約有10%以硝態(tài)氮形式移出系統(tǒng),造成地表及地下水資源污染[4]。韓建國和劉帥[5]通過研究施肥對草地早熟禾(Poapretensis)草坪土壤中硝態(tài)氮的影響發(fā)現(xiàn),0~20 cm土層中硝態(tài)氮的含量受施肥影響很大,并且與肥料類型、施肥次數(shù)以及施肥量有關。Decau等[6]根據(jù)對草坪進行不同施氮量以及15N的跟蹤研究發(fā)現(xiàn),控制氮肥的施肥量可減少硝酸鹽淋失量。Barton和Colmer[7]通過對比試驗指出,完善灌溉制度,并按照土壤對氮的需要量制定施肥量和施肥次數(shù)是減少草坪硝酸鹽淋失的有效對策。

        多年生黑麥草(Loliumperenne)成坪速度快、分蘗能力強、綠期長,常用于觀賞綠化和高爾夫場球道建植[8]。國外學者針對黑麥草施肥做了大量研究,Chaney[9]認為,土壤中氮含量超過177.8 mg·kg-1時,黑麥草的生長受到抑制。Cannway[10]發(fā)現(xiàn),施氮量超過225 kg·hm-2·a-1時黑麥草的耐踐踏性急劇下降。邊秀舉和胡林[1]在我國河北地區(qū)對黑麥草的研究得出,施氮量3~12 g·m-2,可接受的草坪質(zhì)量持續(xù)時間為13~48 d。在不同土壤質(zhì)地、土壤水分和溫度條件下,氮肥的效應有很大差異。目前,我國東北寒冷地區(qū)關于黑麥草量化施肥的研究還鮮見報道?;诖?,本研究以多年生黑麥草為對象,分析不同施氮量對草坪生長及土壤中硝態(tài)氮殘留的影響,以期為我國東北地區(qū)棕壤土多年生黑麥草草坪的合理施肥提供依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1試驗地概況 試驗在沈陽農(nóng)業(yè)大學百草園溫室進行,41.46° N,123.25° E。沈陽市屬于溫帶大陸性氣候,年平均氣溫7.8~8.0 ℃,7月份氣溫最高,平均為24.6 ℃,1月份氣溫最低,歷史最低溫-33.1 ℃,年降水量700~800 mm。供試土壤來自沈陽農(nóng)業(yè)大學棕壤土長期定位站,土壤基本理化性質(zhì)為全氮1.317 g·kg-1,堿解氮129.27 mg·kg-1,速效磷18.36 mg·kg-1,速效鉀173 mg·kg-1,有機質(zhì)9.11 g·kg-1,pH值8.12。

        1.2試驗材料 供試草種為多年生黑麥草,品種為愛神特2號(AccentⅡ)。供試盆缽高40 cm,盆口直徑40 cm,底部直徑28 cm。分別在盆壁上20、40 cm深處打有直徑4 cm的圓孔,同一深度有10個孔,供取土樣用。將棕壤土和草炭以5∶1的質(zhì)量比例充分混勻后裝盆,土壤裝至距盆口約2.5 cm處,然后統(tǒng)一稱重,并調(diào)整使每一盆土的質(zhì)量都控制在29.3 kg左右。播種日期為2012年2月13日,播種量為25 g·m-2,出苗后開始施氮處理。

        1.3試驗方法 本試驗設5個施氮處理,分別為CK,N100,N150,N250和N350,施氮量分別為0、100、150、250、350 kg·hm-2·a-1,每處理3次重復,共15盆。施氮時采用噴施法施氮,每次將各處理所需尿素溶解在2.5 kg水中,均勻噴灑每個盆栽,對照噴施等量的水。施氮量與施氮時期見表1。每隔4 d澆一次水,每次5 kg。每兩周剪草1次,留茬高度為6 cm。

        1.4測定項目與方法

        1.4.1草坪草生長速度 生長速度用草坪草每天的垂直凈生長量表示,每個月第一次修剪前在每個盆內(nèi)選取有代表性的10株草坪草,測量其垂直伸展高度,將其數(shù)量值減去留茬高度除以天數(shù)即為生長速度。

        1.4.2草坪草地上生物量 每月16日、30日各修剪草坪1次,將修剪草屑收集,然后帶回實驗室,于70 ℃條件下烘干24 h后稱重。

        1.4.3葉綠素含量測定 將每月第一次修剪后的樣品混勻剪碎,準確稱取0.1 g置于研缽中,加2 mL 80%的丙酮研磨成勻漿,然后定容至25 mL,搖勻并放在避光處,待殘渣發(fā)白后過濾,濾液供測定用。在663和645 nm波長下測定OD值(光密度,表示被檢測物吸收到的光密度)[11]。

        1.4.4土壤硝態(tài)氮含量 于每月16日取土樣,分別在20、40 cm深處的圓孔中取樣后,將同一深度的土樣充分混合裝入保鮮袋。硝態(tài)氮含量的測定采用酚二磺酸法[12]。多年生黑麥草屬于淺根系植物,90%的根系分布在0~30 cm土層土壤中[13],因此把土樣分為根系層(20 cm深處)和根下層(40 cm深處)進行分析。

        1.5數(shù)據(jù)分析 用SigmaPlot 10.0軟件制圖,用SPSS 12.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

        2 結果與分析

        2.1施氮對草坪草生長速率的影響 施氮15 d內(nèi),草坪草生長速率隨施氮量的增加而增大,N150、N250和N350分別比對照增加了16.3%、28.6%和32.7%,N250、N350顯著高于CK、N100、N150(P<0.05),但N250與N350之間、CK與N100之間差異不顯著(P>0.05)(表2)。施氮45 d后,CK、N100、N150和N250處理下草坪草的生長速率依次增大,N350處理則生長延緩,CK顯著低于N100、N150、N250和N350,但N250和N350之間差異不顯著。后3次施肥,N350處理下草坪草生長速率明顯下降,N250顯著高于CK、N100、N150和N350,N150與N350之間差異不顯著。

        表1 不同施氮水平的施肥方案Table 1 Nitrogen aplication schedule of different treatments kg·hm-2

        表2 不同施氮處理下草坪草的生長速度Table 2 Effects of different nitrogen tredtments on lawn’s growth rate cm·d-1

        2.2施氮對草坪草地上生物量的影響 草坪草地上生物量的動態(tài)變化規(guī)律與生長速率基本一致。地上部分的累積生長量在1 222.00和2 961.54 g·m-2之間變化,在N250處理下達到峰值2 961.54 g·m-2,當達到最高施肥量N350時,累積生長量減少為2 189.15 g·m-2。各處理累積地上生物量均顯著高于對照(P<0.05),且N100、N150、N250和N350累積地上生物量分別是對照的1.3、1.7、2.4和1.8倍(表3)。

        2.3施氮對草坪草葉綠素含量的影響 整個生長期各處理葉綠素含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。5月1日前,葉綠素含量隨著施氮量的增加而增加,CK、N100、N150均與N250、N350差異顯著(P<0.05)。5月1日后,葉綠素含量在0~250 kg·hm-2范圍內(nèi)隨施氮量的增加而增加,當施氮量超過350 kg·hm-2時開始下降。6月1日,各處理葉綠素含量均到達峰值,且N250處理葉綠素含量出現(xiàn)最高值4.03 mg·g-1,比CK、N100、N150和N350分別高0.81、0.50、0.33和0.19 mg·g-1。這可能是由于尿素養(yǎng)前期的肥效適應和累積使其產(chǎn)生了顯著的變化。

        2.4施氮對不同土層土壤硝態(tài)氮殘留的影響 各處理土壤殘留硝態(tài)氮主要分布在根系層,根下層硝態(tài)氮殘留量較低,僅為根系層硝態(tài)氮殘留量的一半。施氮量越高,根系層和根下層土壤中硝態(tài)氮的殘留量也越高。CK、N100和N150處理下土壤硝態(tài)氮剖面分布相似,且同一土層土壤硝態(tài)氮殘留量差異不顯著,N250、N350處理根系層硝態(tài)氮殘留量顯著高于CK、N100與N150處理(P<0.05)。4-8月,N250處理下根下層土壤中硝態(tài)氮殘留量分別比對照增加了7.70%、18.55%、25.44%、34.74%和19.71%;N350處理下根下層土壤中硝態(tài)氮殘留量分別比對照增加了10.11%、21.09%、33.01%、51.65%和44.39%;黑麥草生長的不同時期土壤硝態(tài)氮的殘留量不同土壤中硝態(tài)氮殘留量為6月份最少,8月份最高(圖2)。

        表3 不同施氮處理下草坪草的地上生物量Table 3 Effects of different nitrogen treetments on lawn’s aboveground biomass g·m-2

        圖1 不同施氮水平下草坪草葉綠素含量 Fig.1 Effects of different concentration of nitrogen treatments on lawn’s chlorophyll content

        圖2 不同施氮水平下土壤中硝態(tài)氮的殘留量Fig.2 Effects of different concentration of nitrogen treatments on nitrate residue in soil

        3 討論

        3.1施氮對草坪草生長的影響 從草坪草的生長量來看,CK顯著低于施氮處理,說明適量施氮能夠明顯促進草坪草生長。這與韓建國等[14]通過盆栽試驗得出的結論一致,施氮肥能夠明顯增加草坪的生長量。本試驗得出,并不是施氮量越大草坪長得越好,在250 kg·hm-2施氮水平下黑麥草生長最佳。氮肥作為草坪植物需求的大量元素,合理的氮素釋放速率可以供給草坪正常生長所需的養(yǎng)分,氮素釋放不足或超過范圍都會導致莖葉的凈光合速率、呼吸速率以及其他生理反應相應降低,從而影響地上生物量[15],這與Beard[16]的研究結論相同。第2次施肥后N350處理生長速度開始下降,但N250與N350處理之間無顯著差異。后3次施肥N350處理下草坪草生長速率下降明顯,N250與N350處理之間差異顯著(P<0.05)。這與張鶴山等[17]在不同施氮濃度、不同施氮頻率下對冷季型混播草坪草的研究結果一致。說明高濃度的氮肥使草坪生長速度降低,隨著施肥次數(shù)的增加減緩草坪生長的作用增強。7-8月,各處理生長速率下降,可能由于夏季高溫,各處理生長勢遭到影響,特別是施肥量高的N350處理和施肥量低的N100處理,嚴重時期出現(xiàn)根腐現(xiàn)象。N250處理長勢優(yōu)于其它處理,CK長勢則一直很弱。

        3.2施氮對草坪草葉綠素含量的影響 本試驗表明,在施氮量0~250 kg·hm-2范圍內(nèi),葉綠素含量隨施氮量的增加而增加,達到350 kg·hm-2時,葉綠素含量反而下降。錢永生等[18]對溝葉結縷草(Zoysiamatrella)的研究表明,濃度225 kg·hm-2的尿素組成效果最顯著,葉綠素含量變化最大,草坪草色澤鮮綠,而濃度達到375和450 kg·hm-2時,葉綠素含量減少,草坪草觀賞質(zhì)量下降。本試驗中草坪草葉綠素含量為N250處理>N350處理>N150處理>N100處理>CK,趨勢與之相似。說明施氮可以顯著提高草坪草葉綠素含量,在一定氮肥施量范圍內(nèi),葉綠素含量隨著施氮量的增加而增加,但超過該閾值,氮肥的效應就會減弱,從而影響草坪的觀賞價值。這可能是由于氮缺乏或者過量導致同化力合成、酶含量和酶活性的下降,并進一步導致植物葉面積降低和光合同化物的減少,從而影響了光合作用[19]。

        3.3施氮對草坪草土壤中硝態(tài)氮殘留量的影響 研究發(fā)現(xiàn),各時期同一施氮水平下根系層土壤中硝態(tài)氮的殘留量明顯高于根下層,約是根下層土壤中硝態(tài)氮殘留量的兩倍。在一年生黑麥草(Loliummuctiflorum)生長的各個時期,同一施氮量水平下硝態(tài)氮在表層土壤(0~20 cm)中含量最高,隨土層深度增加而減少[20]。本試驗結果與其相符,這主要是因為氮肥隨著水分的下滲進入不同的土層,在根系層達到最大累積量。另外,也可能是因為根系層的微生物活動及相關酶活性比較強,利于氮素的積累。本試驗結果表明,在350 kg·hm-2·a-1施氮水平時,根下層土壤中硝態(tài)氮的殘留量達到最大值9.01 mg·kg-1。隨著氮量增加,氮的淋溶損失也隨之加大[21]。在低氮條件下草坪草氮素吸收量是高氮條件下氮素吸收量的6倍[22]。本試驗結果與以上結論一致,說明氮肥施用量和土壤中硝態(tài)氮的殘留量密切相關,施氮量越高草坪土壤中殘留的硝態(tài)氮也越多。Enjelsjord等[23]對混播草地早熟禾、多年生黑麥草氮去向的研究表明,施氮量293 kg·hm-2,分6次施用,氮的回收率為70%~90%。本試驗中施用CO(NH2)2,施氮量150 kg·hm-2·a-1,分5次施用,土壤中殘留的硝態(tài)氮和對照無明顯變化,氮的回收率較高。說明在重施氮肥的情況下,氮肥總量超過了草坪吸收、草坪土壤固定和氨揮發(fā)損失的量,將會造成硝態(tài)氮在土壤剖面不同程度的淋溶和累積。Kevin等[24]研究了建植25年草坪中氮肥的施用對硝酸鹽淋溶的影響,得出施氮量為245 kg·hm-2時淋溶液中的硝酸鹽是可飲用水中允許硝酸鹽含量的2~3倍,這有可能導致地下水污染。不同地區(qū)、不同氣候條件下草坪草對氮素的吸收也有差異。章學梅等[3]通過對草地早熟禾和高羊茅(Festucaarundinacea)混播草坪的尿素施肥試驗發(fā)現(xiàn),北京地區(qū)黃潮土條件下最佳施氮量是250 kg·hm-2·a-1,在該水平下草坪草能迅速吸收氮素,促進尿素向氨態(tài)氮轉化,減少氨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉化;施氮量為400 kg·hm-2·a-1時,土壤中氮量低,一方面可能是因為高濃度氮肥導致地上部分過量生長而使土壤中的氮降低,另一方面是由于施氮量大,土壤溶液中硝態(tài)氮的濃度高,從而氮淋失較多,導致殘留在土壤溶液中的氮少。揚州地區(qū)粘土條件下,多花黑麥草的吸氮量在200 kg·hm-2時最高,達到300 kg·hm-2時吸氮量下降,而且不同施氮處理中N300處理、N100處理、CK均比N200處理硝態(tài)氮下滲顯著增加[25]。本研究表明,東北地區(qū)棕壤土條件下,施氮量超過250 kg·hm-2·a-1時多年生黑麥草土壤中硝態(tài)氮殘留量均比施氮量為100、150 kg·hm-2·a-1時顯著增加,在施氮量為350 kg·hm-2·a-1時達到最大值。6月份根下層土壤硝態(tài)氮殘留量最低,主要是由于多年生黑麥草生長量大,吸收氮素多;8月份根下層土壤硝態(tài)氮殘留量最高,可能是草坪生長因高溫脅迫而受抑制,導致其對養(yǎng)分的需求量降低。因此,建議草坪實際施肥中,在合理的施氮范圍內(nèi)6月份可多施肥,8月份少施或盡量不施,以避免氮肥的損失和潛在的危險性。

        4 結論

        施氮量為250 kg·hm-2·a-1時,草坪草能迅速吸收氮素,促進生長。施氮量超過250 kg·hm-2·a-1時,則超過了多年生黑麥草的最大吸氮量,造成根下層土壤硝態(tài)氮的淋溶和累積。施氮量達350 kg·hm-2·a-1時,不但不能促進草坪生長,反而增大了硝酸鹽的淋溶損失。因此,東北地區(qū)棕壤土條件下建議草坪草施氮量為250 kg·hm-2·a-1。

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