張 申，劉業(yè)萍，劉麗萍，于存申，呂紹元，李海云，司東霞

（聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東 聊城 252059）

草坪具有良好的生態(tài)效益、美學(xué)價(jià)值和娛樂功能，是一個國家、一個城市文明程度的標(biāo)志之一。隨著我國城市化進(jìn)程的加快，草坪建植面積不斷擴(kuò)大，草坪已成為城市綠化的重要組成部分。草坪外觀質(zhì)量是草坪質(zhì)量評價(jià)的常用方法[1]，合理施肥是建設(shè)高質(zhì)量草坪和保持其良好景觀的有效措施之一[2]。氮是植物生長發(fā)育的必需營養(yǎng)元素，也是草坪草生長發(fā)育過程中所需最多的營養(yǎng)元素，適量施用氮肥可促進(jìn)植物生長，明顯改善草坪色澤、提高草坪質(zhì)量[3-4]，而過少或過多氮肥用量會使植物生長受到抑制[5]，大量氮素施用還可顯著增加土壤剖面中的硝態(tài)氮累積量，增加土壤硝態(tài)氮的淋溶風(fēng)險(xiǎn)[6-7]。因此，合理施用氮肥已成為草坪養(yǎng)護(hù)管理的重要內(nèi)容和研究熱點(diǎn)。如孫佳林等[8]盆栽試驗(yàn)的研究結(jié)果表明，適度水分或輕度水分脅迫情況下，NO3--N 濃度在 1.5～30 mnol·L-1范圍內(nèi)，施氮量越高，越能促進(jìn)草地早熟禾(Poa pratensis)地上和地下生物量的積累；張斐斐等[9]報(bào)道，每年0～250 kg·hm-2施氮范圍內(nèi)，多年生黑麥草(Lolium perenne)生長速率、地上生物量和葉綠素含量均隨施氮量的增加而增加，施氮量達(dá)350 kg·hm-2時，各指標(biāo)均開始下降。前人有關(guān)草坪氮肥施用的研究成果，在精確定量適宜草坪草生長的合理氮肥用量或氮素濃度方面的報(bào)道較少。

銨態(tài)氮(NH4+-N)和硝態(tài)氮(NO3--N)是植物吸收利用的主要氮素形態(tài)。氮素形態(tài)及用量不同，對植物地上和地下部產(chǎn)生的反應(yīng)也不相同[10-13]。硝態(tài)氮是旱作作物的主要無機(jī)氮源，可以在植物體內(nèi)大量累積和轉(zhuǎn)運(yùn)，旱作作物硝態(tài)氮的吸收利用特性及外源硝態(tài)氮的合理施用已經(jīng)成為植物氮素營養(yǎng)研究的主要組成部分[14]。本研究以硝酸鈣[Ca(NO3)2]為氮源，以高羊茅(Festuca arundinacea)為供試植物，在盆缽培養(yǎng)條件下，研究不同濃度的硝態(tài)氮對高羊茅生長及養(yǎng)分吸收的影響，以期確定適宜高羊茅生長的NO3--N濃度，為高羊茅草坪養(yǎng)護(hù)過程中合理施用氮肥、降低生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017年4月至6月在聊城大學(xué)生態(tài)園內(nèi)進(jìn)行 (36.45° N、115.97° E)。供試植物為冷季型草坪草高羊茅，品種為“火龍”，供試種子由江蘇滿晴種業(yè)有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為盆栽培養(yǎng)試驗(yàn)，以石英砂為栽培介質(zhì)，盆缽長、寬均為10 cm，高12 cm。試驗(yàn)采用單因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，以Ca(NO3)2為氮源，共設(shè)5個處理，NO3--N 濃度分別為 0、5、10、15和 20 mmol·L-1(分別用N0、N5、N10、N15和N20表示)，重復(fù)4次，以Hoagland’s缺氮營養(yǎng)液為基礎(chǔ)，配合不同濃度的Ca(NO3)2處理進(jìn)行栽培管理，其中，缺氮營養(yǎng)液包括 2.0 mmol·L-1KH2PO4，2.5 mmol·L-1MgSO4·7H2O，5.0 mmol·L-1CaCl2，5.0 mnol·L-1KCl，0.02 mnol·L-1EDTA·FeNa，6.7 μmol·L-1MnSO4·H2O，0.3 μmol·L-1Cu SO4·5H2O，0.765 μmol·L-1ZnSO4·7H2O，46.0 μmol·L-1H3BO3, 0.5 μmol·L-1H2MoO4。播種前，將石英砂用1.0 mol·L-1HCl浸泡 30 min，用去離子水洗凈，裝盆，每盆石英砂裝載量400 mL。2017年4月23日，選擇形態(tài)大小一致且無病蟲害的種子，每盆均勻播種30粒，播深1 cm，澆去離子水100 mL，培養(yǎng)缽蓋上塑料薄膜以減少水分蒸發(fā)，至出苗時去除。5月1日出苗，出苗1周后間苗，每盆留苗22株。出苗后，每2 d澆營養(yǎng)液一次(N0為缺氮營養(yǎng)液)，每次每缽澆營養(yǎng)液50 mL(超過基質(zhì)持水量，以維持栽培基質(zhì)中營養(yǎng)液的氮濃度)。培養(yǎng)期間晝夜溫度 (25±1) ℃/(18±1) ℃，相對濕度 45%～50%，光照強(qiáng)度 1 000～1 300 mol·(m2·s)-1。6月 15日(播種后54 d)取樣測定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

將植株地上部與根系分開。取地上部，將植株平展伸直，用鋼卷尺測定植株的高度，每處理測定22株，計(jì)算平均株高；地下部根系洗凈，采用根系形態(tài)分析軟件WinRHIZO(2004b)分析根長、根表面積和根直徑。植株地上部、地下部樣品在75 ℃下烘干至恒重，測定干物質(zhì)累積量，磨細(xì)，采用中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 2017-2011)測定植物氮、磷、鉀含量，即利用H2SO4-H2O2消煮植物樣品，凱氏定氮法測定全氮，釩鉬黃比色法測定全磷，火焰光度法測定全鉀。利用地上物干物質(zhì)累積量和最大干物質(zhì)累積量計(jì)算地上部相對生長量，即地上部相對生長量 = 地上物干物質(zhì)累積量/最大干物質(zhì)累積量 × 100%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用 Excel 2010進(jìn)行處理，用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 植株地上部生長狀況

高羊茅植株株高和地上部干物質(zhì)累積量處理間有不同差異(表1)。各處理中，N15植株株高最大，雖與N10相比差異未達(dá)顯著水平(P＞ 0.05)，但顯著高于其余處理(P＜ 0.05)，N0株高最低，顯著低于其他處理(P＜ 0.05)。植株地上部干物質(zhì)累積量以N10處理最大，顯著高于 N0和 N20處理 (P＜ 0.05)，與 N5和 N15間差異不顯著 (P＞ 0.05)。表明 NO3--N濃度為15 和 10 mmol·L-1時，可增加植株株高，NO3--N 濃度為 5、10和 15 mmol·L-1均可獲得較大的干物質(zhì)累積量。

表1 植株地上部生長狀況Table 1 Growth status of shoots with different concentrations of NO3--N treatments

2.2 植株地下部生長狀況

不同處理間植株地下部干物質(zhì)累積量有不同差異 (表2)。隨 NO3--N濃度的增加，地下部干物質(zhì)累積量下降，N0與 N5處理間差異不顯著 (P＞ 0.05)，但均顯著高于其余處理(P＜ 0.05)。N0處理的植株根長顯著高于其余處理，N5、N10和N15處理間根長差異不顯著(P＞ 0.05)，N20根長最小，顯著高低于其余處理(P＜ 0.05)。N0處理的根表面積最大，顯著高于其余處理(P＜ 0.05)，其余處理間差異不顯著(P＞ 0.05)。不同處理間平均根系直徑無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。表明本研究條件下，增加NO3--N濃度，對高羊茅根系生長具有一定的抑制作用。

對各處理高羊茅不同根系直徑的根長分布狀況的分析結(jié)果表明(表3)，NO3--N濃度顯著影響根系直徑在 ＜ 0.30 mm、＞ 0.90 mm 范圍內(nèi)的根長 (P＜0.05)，對根系直徑為0.30～0.50 mm的根長影響不顯著 (P＞ 0.05)，0.50～0.70 mm 和 0.70～0.90 mm 根系直徑范圍內(nèi)的根長不同處理間未達(dá)顯著性水平，P值分別為0.080和0.084。

2.3 地上部養(yǎng)分吸收

不同處理間植株地上部氮、磷、鉀濃度和吸收量有不同差異(表4)。隨NO3--N濃度的增加，植株地上部氮濃度和氮吸收量均呈現(xiàn)先升后降的趨勢，地上部氮濃度以N15處理最高，雖與N20處理差異不顯著 (P＞ 0.05)，但顯著高于其余處理 (P＜0.05)；氮吸收量以N10最高，與N5和N15處理間差異不顯著，但顯著高于處理N0和N20，N0處理最低。植株地上部磷濃度和磷吸收量隨NO3--N濃度的增加而增加，地上部磷濃度以N20處理最高，N0處理最低，N0處理與N5和N10處理間無顯著差異 (P＞ 0.05)；磷吸收量以 N20最大，顯著高于N0和N5處理，但與N10和N15處理差異不顯著。不同處理植株地上部鉀濃度和鉀吸收量規(guī)律與氮相近，也存在先升后降的變化趨勢，鉀濃度以N15處理最高，與N10差異不顯著，但顯著高于其余處理；鉀吸收量以N10處理最高，與N15處理無顯著差異，但顯著高于N0和N5、N20處理。以上結(jié)果表明，本研究條件下，NO3--N 濃度在 0～20 mmol·L-1范圍內(nèi)可提高高羊茅植株地上部磷濃度和磷吸收量，15 mmol·L-1NO3--N高羊茅地上部氮濃度和鉀濃度最高，10 mmol·L-1NO3--N高羊茅地上部氮、鉀的吸收量最大。

表2 植株地下部生長狀況Table 2 Growth status of roots with different concentrations of NO3--N treatments

表3 不同根系直徑的根長分布Table 3 Root length distribution of different root diameters with different concentrations of NO3--N treatments cm

表4 地上部養(yǎng)分濃度與養(yǎng)分吸收量Table 4 Nutrient concentration and uptake in shoots with different concentrations of NO3--N treatments

2.4 地上部干物質(zhì)與外源 NO3--N濃度的相關(guān)性分析

圖1 高羊茅地上部干物質(zhì)與 NO3--N濃度的相關(guān)性分析Figure 1 Correlation analysis between dry matter of shoots and NO3--N concentration

地上部干物質(zhì)累積量與外源NO3--N濃度極顯著相關(guān) (P＜ 0.01)，可用一元二次函數(shù)方程模擬 (圖1A)，根據(jù)此函數(shù)方程可知，NO3--N 濃度為 11.2 mmol·L-1時，地上部干物質(zhì)累積量達(dá)最大，為0.36 g·pot-1。以地上部相對生長量為80%、50%計(jì)(圖1B)，NO3--N濃度在地上部相對生長量 ＞ 80%時為適宜，在80%～50%為缺乏或毒害，＜ 50%表現(xiàn)為嚴(yán)重缺乏或嚴(yán)重毒害，因此，適宜高羊茅生長的NO3--N濃度范圍為4.3～18.2 mmol·L-1，NO3--N 濃度在 0.2～4.3 mmol·L-1和 ＜ 0.2 mmol·L-1分別表現(xiàn)為缺乏或嚴(yán)重缺乏的情況，NO3--N 濃度在 18.2～22.3 mmol·L-1范圍內(nèi)出現(xiàn)毒害現(xiàn)象，NO3--N 濃度 ＞ 22.3 mmol·L-1產(chǎn)生嚴(yán)重毒害。

3 討論與結(jié)論

目前，生態(tài)環(huán)境安全問題被人們廣泛關(guān)注，如何在提高肥料效益、保證植物健壯生長與減少肥料施用、保證環(huán)境安全問題上找到平衡點(diǎn)，成為施肥技術(shù)必須面對的問題，解決這一問題的關(guān)鍵是高效施肥，植物栽培過程中合理施用氮肥是促進(jìn)植物生長、減少資源浪費(fèi)、維護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要技術(shù)措施[15]。氮肥作為草坪植物需求的大量元素，對草坪生長具有促進(jìn)作用[16]。邊秀舉等[4]研究了不同氮、鉀施用量對多年生黑麥草生長的影響，結(jié)果表明，氮肥可明顯改善草坪色澤、提高草坪質(zhì)量，在施肥后50 d的生長時間里，草坪的草屑積累量隨施氮量的增加而顯著增加。錢永生等[2]報(bào)道，尿素用量為每畝 (約合 667 m2)15 kg 的情況下，溝葉結(jié)縷草(Zoysia matrella)生長最佳，表現(xiàn)為葉綠素含量最大，草坪草色澤鮮綠，生長茂盛，但如果用量過大，植物生長就會受到抑制，降低抵抗病害和抗寒能力。在玉米(Zea mays)上的研究結(jié)果證明，過量施用氮肥增加了植株對干旱的敏感性，加快了干旱脅迫下玉米葉片的衰老進(jìn)程[17]。

植株地上部與地下部相互促進(jìn)又相互制約，適宜的氮肥用量可提高植物地上部生長質(zhì)量，也可促進(jìn)根系的健壯生長。根系具有很大的可塑性，其生長與分布受環(huán)境中養(yǎng)分供應(yīng)數(shù)量和形態(tài)的調(diào)控[18-19]。郭蕓琿等[20]通過水培試驗(yàn)研究了菊花(Chrysanthemumsp.)扦插生根苗生長對硝態(tài)氮的響應(yīng)，結(jié)果表明，硝態(tài)氮處理第7天，根系的NO3--N含量和側(cè)根發(fā)育基因CmANR1的相對表達(dá)量達(dá)到高峰，菊花根系的總根長、平均直徑、總表面積等均顯著增加。黃保崴等[21]采用盆缽培養(yǎng)的方法，研究了黃瓜(Cucumis sativus)幼苗根系生長對氮素用量及氮形態(tài)的響應(yīng)，表明黃瓜幼苗的根長與播種前和移栽前基質(zhì)無機(jī)氮的含量與形態(tài)顯著相關(guān)，播前基質(zhì)NO3--N 含量為 424 mg·kg-1時，對植株幼苗根系伸長產(chǎn)生抑制作用最大。

本研究采用盆缽培養(yǎng)的方法，研究了外源硝態(tài)氮不同用量情況下高羊茅的生長狀況，結(jié)果表明，硝態(tài)氮用量顯著影響了高羊茅植株株高和地上部干物質(zhì)累積量，外源NO3--N 濃度為 15 mmol·L-1時，高羊茅植株最高，10 mmol·L-1干物質(zhì)累積量最大。隨NO3--N濃度的增加，地下部干物質(zhì)累積量、根長、根表面積均呈下降趨勢，高濃度的NO3--N (20 mmol·L-1)對根系生長具有明顯的抑制作用，這與郭蕓琿等[20]報(bào)道的外源NO3--N濃度在10 mmol·L-1情況下促進(jìn)菊花根系生長以及黃保崴等[21]得出的較高濃度的氮素對根系生長有抑制作用的結(jié)論不完全相同，可能與供試植物的類型和試驗(yàn)條件有關(guān)。本研究中，NO3--N濃度顯著影響根直徑在 0.08～0.30 mm 和 ＞ 0.90 mm 范圍內(nèi)的高羊茅的根系長度，并且影響地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分的濃度及吸收量。高羊茅地上部干物質(zhì)累積量與NO3--N濃度顯著相關(guān)，以地上部相對生長量為80%計(jì)，適宜高羊茅生長的NO3--N濃度范圍在4.3～18.2 mmol·L-1，因此，4.3 mmol·L-1的 NO3--N濃度可作為高羊茅草坪養(yǎng)護(hù)管理過程中合理施用氮肥和管理的參考。

綜上所述，外源硝態(tài)氮供應(yīng)水平顯著影響了高羊茅的生長及養(yǎng)分吸收狀況。根系各形態(tài)指標(biāo)(平均根系直徑除外)隨硝態(tài)氮濃度的升高而降低，但適宜的硝態(tài)氮濃度有利于地上部生長及地上部養(yǎng)分的累積。高羊茅生長環(huán)境中硝態(tài)氮濃度過高，對植株產(chǎn)生毒害，過低不利于形成健壯植株，氮素濃度的合理供應(yīng)是高羊茅生長過程中的重要管理技術(shù)之一。由于本研究在盆缽栽培條件下進(jìn)行，而生產(chǎn)中氮肥種類較多，且氮在土壤中的轉(zhuǎn)化過程復(fù)雜，實(shí)際草坪養(yǎng)分管理中氮肥的適宜用量與施用技術(shù)有待于進(jìn)一步研究。