賈 林，李 婕，楊啟良

(1.元謀大禹節(jié)水有限責任公司，云南 元謀 651300；2.昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，昆明 650500)

0 引 言

麻風(fēng)樹為大戟科麻風(fēng)屬半肉質(zhì)小喬木或大灌木，其樹高約2.0～7.0 m，可在平地、丘陵坡地及河谷荒山坡地環(huán)境下生存，且具有生長較快、耐寒、耐旱、耐侵蝕等特性[1，2]。原產(chǎn)于熱帶氣候的美洲，我國云南、四川、廣西、貴州等地較為常見，特別在云南干熱河谷地區(qū)分布較廣[2]。麻風(fēng)樹種子含非食用油量高達40%～60%，可替代柴油作為燃料，號稱生物柴油樹[3]，麻風(fēng)樹全株可以加工為藥品，如它的莖、葉、樹皮含有大量的乳汁，可作為除菌、皮膚病的外用藥、風(fēng)濕病的止痛藥等，也可用于肥皂和化妝品的生產(chǎn)[4]，具有廣泛的應(yīng)用潛力。

近年來，麻風(fēng)樹的人工種植面積逐漸擴大，然而土壤水分和養(yǎng)分是影響其生長發(fā)育的重要因素。灌溉施肥(fertigation)是將易溶于水的肥料隨同灌溉水輸送到田間或作物根區(qū)的農(nóng)業(yè)水肥管理技術(shù)[5-7]。這種技術(shù)不僅促進作物產(chǎn)量明顯提高，而且對減少肥料的損失和顯著提高作物水肥利用效率起到積極的作用[8, 9]。目前灌溉施肥技術(shù)已圍繞大田作物和果蔬作物的生長、生理和水肥利用效率進行了大量的研究[10-12]，但針對能源作物麻風(fēng)樹方面的研究還尚未見報道。為此，本文基于灌溉施氮研究麻風(fēng)樹水氮利用效率的變化規(guī)律，探討麻風(fēng)樹優(yōu)質(zhì)高效種植的灌溉施氮模式，為麻風(fēng)樹的水肥管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗區(qū)概況及材料

實驗于2012年4-9月在昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院玻璃溫室中進行。一年生麻風(fēng)樹幼樹來自于云南元謀干熱河谷區(qū)，4月15日將麻風(fēng)樹幼樹移栽至上底寬30.0 cm，下底寬22.5 cm，桶高30.0 cm 的塑料花盆中。供試土壤為當?shù)卦锛t壤土，質(zhì)地類型為黏壤土，將風(fēng)干土樣過5 mm篩，每盆移植1株麻風(fēng)樹幼樹，桶中裝土13 kg，裝土密度為1.2 g/cm3，田間持水量(θf)為29.8%(質(zhì)量百分數(shù))。土壤pH為5.50，土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)13.12 g/kg 、全氮0.87 g/kg 、全磷0.68 g/kg、全鉀13.9 g/kg，移栽后澆水至田間持水量。

1.2 實驗設(shè)計

經(jīng)過60 d緩苗后，從60盆中挑選長勢均勻的麻風(fēng)樹幼樹進行不同水分處理及施氮處理。實驗設(shè)4個水分處理，3個施氮處理，共12個處理，每處理3次重復(fù)，共36盆。每次灌水采用稱重補償法，灌水定額為T1(100%ET)、T2(80%ET)、T3(60%ET)，T4(40%ET)，灌水周期為7d，自5月27日至9月20日，共灌水17次，灌溉定額T1至T4分別為：308.2、240.4、181、120.3 mm。

施氮處理為每盆13 kg風(fēng)干紅壤土施分析純尿素的質(zhì)量分數(shù)是N1(0 g/kg)、N2(0.4 g/kg)、N3(0.8 g/kg)。每盆每次施加磷酸二氫鉀0.58 g。每次灌水前分別將氮肥0、0.66、1.31 g，鉀肥0.58 g溶于水，拌和均勻后，澆于土壤中。為了減少溫室內(nèi)生長盆放置環(huán)境產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，試驗期間每兩周均沿同一方向轉(zhuǎn)動一次，其他管理措施均保持一致。

表1 試驗處理水平Tab.1 Factor levels in various treatments

1.3 測定項目

根區(qū)土壤水分、硝態(tài)氮含量以及氮素利用效率：距種植盆表層土壤5、10、15 cm取土，在灌水前一天(8月11日、9月15日)分別取土樣兩份，一份于105 ℃烘箱中烘至10 h后，測定土壤含水量；另一份自然風(fēng)干后，將土壤粉碎、過篩，用紫外可見分光光度計測定兩次土壤硝態(tài)氮。

植株全氮含量：各器官生物量均于9月19日獲取。在烘箱中保持105 ℃殺青30 min后調(diào)節(jié)溫度至78℃繼續(xù)烘烤直至恒質(zhì)量。將烘干后的干物質(zhì)粉碎、過篩后，采用濃H2SO4-H2O2法消煮，凱氏定氮儀測定全氮含量。

植株氮素吸收總量=∑植株各器官氮素含量×其干物質(zhì)量；氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率=總干物質(zhì)量/植株氮素吸收總量；氮素表觀利用效率=(施氮處理的氮素吸收量-未施氮處理的氮素吸收量)/施氮量；氮素吸收效率=植株氮素吸收總量/施氮量的比值[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

采集的生長、生理和測定的土樣數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS(20.0)的ANOVE過程進行單因素方差分析，多重比較采用Duncan(P=0.05)法，圖表在Excel(2010年)軟件系統(tǒng)下完成。

2 結(jié)果分析

2.1 灌溉施氮處理對麻風(fēng)樹根區(qū)土壤含水率、土壤硝態(tài)氮的影響

麻風(fēng)樹根區(qū)垂直剖面5、10、15 cm土壤水分狀況如圖1(a)所示。由圖1(a)知，土壤含水率均隨著灌水量的增大而增大 ，隨施氮量的增大而增大。其中，與T1相比，T2水平的麻風(fēng)樹根區(qū)土壤含水率無顯著差異，T3、T4水平的麻風(fēng)樹根區(qū)土壤含水率分別下降11%和22%(P<0.05)；與N1相比，N2、N3水平的麻風(fēng)樹根區(qū)土壤含水率分別提高了19%和36%(P<0.05)。與高水高氮的T1N3相比，T2N2處理的根區(qū)土壤含水率顯著增加了8%(P<0.05)。

麻風(fēng)樹根區(qū)5、10、15 cm土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分數(shù)如圖1(b)所示。由圖1(b)知，無氮處理N1土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分數(shù)顯著低于施氮處理(P<0.05)，T2水平下的平均土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分數(shù)均為最小值，表層土5 cm處的土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分數(shù)基本都低于表層土10和15 cm處。在N3水平下，T3水平平均土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分數(shù)顯著高于T1、T2和T4水平(P<0.05)。比較前后兩次土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分數(shù)差值，施氮量相同時，與T1相比，T2、T3、T4水平測定的平均土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分數(shù)前后兩次差值分別增加18%、增加15%、增加8%；灌水量相同時，N2水平下測定的平均土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分數(shù)前后兩次差值是N1水平下的1.08倍(P<0.05)，N3水平下測定的平均土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分數(shù)前后兩次差值與N1水平無顯著差異。與高水高氮的T1N3相比，T2N2處理的根區(qū)平均土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分數(shù)前后兩次差值顯著增加47%(P<0.05)。

圖1 灌溉施氮處理對麻風(fēng)樹根區(qū)土壤含水率及根區(qū)土壤硝態(tài)氮的影響Fig.1 Effect of different irrigation with fertilization treatments on the amount of the Soil water contents and the Soil NO-3-N content of Jatropha curcas L.

2.2 灌溉施氮處理對麻風(fēng)樹水分、氮素利用效率的影響

由圖2和表2可知，灌溉施肥對麻風(fēng)樹幼樹葉全氮、莖全氮及根全氮的影響無顯著差異。數(shù)據(jù)分析表明，施氮量相同時，與T1相比，T2水平的葉全氮、莖全氮及根全氮分別增加：6%、6%、4%；T3水平的各全氮含量分別增加(+)和減少(-)：2%、2%、-7%；T4水平的各全氮含量分別增加：0、2%、0。灌水量相同時，與N1相比，N2水平的葉全氮、莖全氮及根全氮分別

增加:107%、71%、107%(P<0.05)；N3水平的各全氮含量分別增加的質(zhì)量分別為：151%、93%、162%、(P<0.05)。與高水高氮的T1N3相比，T2N2處理下麻風(fēng)樹的葉全氮減少11%、莖全氮減少3%、根全氮減少15%(P<0.05)。

適宜的灌溉施肥方式可大幅度提高小桐子的灌溉水利用效率。數(shù)據(jù)分析表明，施氮量相同時，與T1相比，T4水平的灌溉水利用效率與T1并無顯著差異(P<0.05)，但T2、T3處理的灌溉水利用效率較T1分別增長13%和6%；當灌水量相同時，與N3相比，N1水平的灌溉水利用效率降低23%，N2水平的灌溉水利用效率增長19%。與高水高氮的T1N3相比，T2N2灌溉水利用效率增加了25%。

圖2 灌溉施氮處理對麻風(fēng)樹全氮含量的影響Tab.2 Effect of different irrigation with fertilization treatments on Plant total nitrogen of Jatropha curcas L.

圖3 灌溉施氮處理對麻風(fēng)樹水、氮利用效率的影響Tab.3 Effect of different irrigation with fertilization treatments on water and nitrate-nitrogen use efficiency of Jatropha curcas L.

2.3 水氮一體灌溉處理對麻風(fēng)樹的水氮利用關(guān)系的影響

統(tǒng)計分析表明(表2)，N2時水分利用效率與灌水量顯著正相關(guān)，氮素吸收效率與灌水量呈顯著二次曲線關(guān)系；N1和N3時水分利用效率和氮素吸收效率均與灌水量呈顯著二次曲線關(guān)系，但N2及N3水平下的二次曲線開口向下，說明中水水平下的氮素利用效率達到最大值。

表2 水氮一體灌溉處理對麻風(fēng)樹水氮利用關(guān)系的影響Tab.2 Effect of different i water and nitrogen integrated irrigation mode on relationship of water and nitrogen use of Jatropha curcas L.

3 討 論

養(yǎng)分的吸收是干物質(zhì)積累及合成的基礎(chǔ)，養(yǎng)分累積形成干物質(zhì)又是形成產(chǎn)量的前提，這都受到灌溉水和施肥量的交互影響[8]。與T1N3處理相比，T2N2的麻風(fēng)樹氮素吸收總量、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素表觀利用效率及植株氮素吸收效率均顯著提高，可見T2N2處理不僅節(jié)約灌溉用水和氮肥施用量，而且促進麻風(fēng)樹對氮的利用效率。作物對氮素的吸收量受土壤中硝態(tài)氮的累積量有關(guān)，灌溉用水和氮肥施用量也顯著影響土壤中硝酸鹽的殘留[14]，本研究發(fā)現(xiàn)，高水和中水灌溉(T1、T2)時，兩次土壤硝態(tài)氮的差值隨施氮量的增加而呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，低水灌溉(T3)時，兩次土壤硝態(tài)氮的差值隨施氮量的增加而減小[圖1(b)]。

本研究還發(fā)現(xiàn)，植株葉全氮、莖全氮、根全氮均隨施氮量的增加而增加(圖2)；植株的莖稈和根系全氮隨灌水量的減少先增大后減小(表1)。說明中度水分虧缺條件下(T3)，過度增加施氮量，并不利于麻風(fēng)樹對氮的吸收，如高氮水平下(N3)，土壤溶液濃度較高，麻風(fēng)樹的株高和莖粗反而降低，根系干物質(zhì)質(zhì)量、水分利用效率、氮素利用效率均明顯降低，可能是因為土壤氮濃度過高，降低了土壤的水勢[15]，使得與葉水勢的差值減小，因此抑制了植株對水肥吸收及利用。施氮量適宜時，灌水量在一定范圍內(nèi)，作物對氮肥的吸收利用增大，但灌水過多，會造成氮素被淋洗到根密度較小的下層區(qū)域，而麻風(fēng)樹屬淺根植物，加之灌水較多，土壤銨態(tài)氮揮發(fā)損失，因此氮肥吸收利用率降低，這與他人[16]研究一致。

此外，不同灌水條件下，水分利用效率和氮素吸收效率均與施氮量呈顯著二次曲線關(guān)系，均在低氮水平下達到最大值。氮素吸收效率均與施氮量呈顯著二次曲線關(guān)系，這與施氮量水平較高時土壤硝態(tài)氮累積量增加的研究結(jié)果相吻合[12]。

4 結(jié) 語

(1)灌溉施氮模式中增施氮肥具有保持土壤水分的作用。

(2)不同灌水條件下，水分利用效率和氮素吸收效率均與施氮量呈顯著二次曲線關(guān)系，均在低氮水平下達到最大值；氮素吸收效率均與施氮量呈顯著二次曲線關(guān)系，說與施氮量水平較高時土壤硝態(tài)氮累積量增加。

(3)與高水高氮的T1N3處理相比，T2N2處理在節(jié)水20%，節(jié)氮50%條件下，麻風(fēng)樹的灌溉水利用效 率、氮素吸收總量、氮素表觀利用效率和氮素吸收效率均顯著提高。因此，本試驗條件下，最佳的灌溉施氮模式為灌水周期為7d，每次灌水量為80%ET，每千克風(fēng)干土施氮0.4g的處理。

[1] 陳楊玲, 王海波, 陳 凱,等. 能源植物小桐子抗逆性研究進展[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2013,29(10):1-6.

[2] Singh K, Singh B, Verma S K, et al. Jatropha curcas: A ten year story from hope to despair[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2014,35(x):356-360.

[3] 李 化, 陳 麗, 唐 琳,等. 西南部分地區(qū)麻瘋樹種子油的理化性質(zhì)及脂肪酸組成分析[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報, 2006,12(5):643-646.

[4] 陳楊玲, 王海波, 陳 凱,等. 能源植物小桐子抗逆性研究進展[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2013,29(10):1-6.

[5] 李伏生, 陸申年. 灌溉施肥的研究和應(yīng)用[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2000,6(2):233-242.

[6] 王秀康, 邢英英,張富倉. 膜下滴灌施肥番茄水肥供應(yīng)量的優(yōu)化研究[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報, 2016,47(1):141-150.

[7] Godfray H C, Beddington JR, Crute IR, et al. Food security: the challenge of feeding 9 billion people[J]. Science, 2010,327(5967):812-818.

[8] Kheira A A A, Atta N M M. Response of Jatropha curcas L. to water deficits: Yield, water use efficiency and oilseed characteristics[J]. Biomass & Bioenergy, 2009,33(10):1 343-1 350.

[9] 邢英英,張富倉,張 燕,等.滴灌施肥水肥耦合對溫室番茄產(chǎn)量、品質(zhì)和水氮利用的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,48(4):713-726.

[10] 吳立峰,張富倉,周罕覓,等. 不同滴灌施肥水平對北疆棉花水分利用率和產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2014,30(20):137-146.

[11] 梁海玲, 吳祥穎, 農(nóng)夢玲, 等. 根區(qū)局部灌溉水肥一體化對糯玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2012,30(5):109-114.

[12] 何 華, 唐紹忠. 灌溉施肥深度對玉米同化物分配和水分利用效率的影響[J]. 植物生態(tài)學(xué)報, 2002,26(4):454-458.

[13] 劉小剛, 張 巖, 程金煥,等. 水氮耦合下小?？Х扔讟渖硖匦耘c水氮利用效率[J]. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報, 2014,45(8):160-166.

[14] 孫 媛, 胡克林, 邱建軍,等. 不同水肥管理下設(shè)施黃瓜地氮素損失及水氮利用效率模擬分析[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013,46(8):1 635-1 645.

[15] 謝志良, 田長彥, 卞衛(wèi)國,等. 施氮對棉花苗期根系分布和養(yǎng)分吸收的影響[J]. 干旱區(qū)研究, 2010,27(3):374-379.

[16] 劉世全, 曹紅霞, 張建青,等. 不同水氮供應(yīng)對小南瓜根系生長、產(chǎn)量和水氮利用效率的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014,47(7):1 362-1 371.