張計(jì)峰，耿慶龍，曹文超，陳 清,3※，常瑞雪，梁 智，陳署晃

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193；2. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091；3. 養(yǎng)分資源開發(fā)與綜合利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，臨沂 276700 ）

0 引 言

新疆南疆地區(qū)干旱少雨，氣候干燥，晝夜溫差大，病蟲害少，是中國優(yōu)良的紅棗產(chǎn)區(qū)。目前新疆紅棗種植面積已突破4.7×105hm2，占新疆耕地面積的11%，南疆地區(qū)紅棗種植面積已占到當(dāng)?shù)馗孛娣e的25%，紅棗產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收的主要來源之一[1]。南疆紅棗主要種植區(qū)土壤主要為砂土或砂壤土，保水保肥能力差，農(nóng)民多采用加大水肥投入的管理方式保持和增加產(chǎn)量，導(dǎo)致氮素利用率下降，容易造成肥料的流失和地下水污染[2-4]。巨曉棠[5]認(rèn)為保持氮素投入和產(chǎn)出平衡對于生產(chǎn)力、生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益非常重要，確定合理施氮量是獲得較高目標(biāo)產(chǎn)量、維持土壤氮肥力和降低施氮引起環(huán)境污染的關(guān)鍵[6]，但是合理施肥量的確定需要考慮其根層的有效供應(yīng)。

大田作物氮肥應(yīng)用過程中，氮素去向途徑主要為作物吸收、氨揮發(fā)和淋洗流失[7-8]。朱兆良等[9-10]總結(jié)田間試驗(yàn)結(jié)果表明，中國主要農(nóng)作物水稻及麥類對氮肥的利用率平均只有28%～41%，尤其是隨著種植結(jié)構(gòu)的改變單位面積氮肥用量逐漸增加，更加劇了氮素的損失。當(dāng)前針對氮素?fù)p失途徑的主要氮素增效利用方式為使用緩釋氮肥和氮肥添加硝化抑制來減少氮素?fù)]發(fā)和淋洗，并取得了良好的效果[11-13]。

目前，南疆棗園逐漸開始采用滴灌水肥管理方式來降低田間管理成本和提高肥料利用效率，在此基礎(chǔ)上依據(jù)當(dāng)?shù)赝寥捞攸c(diǎn)和棗樹氮素需求規(guī)律選擇適宜的氮肥種類和用量是保持氮肥高效利用和維持產(chǎn)量穩(wěn)定的關(guān)鍵，但當(dāng)前的研究主要集中在棗樹栽培、肥料元素配比及產(chǎn)量方等方面，缺乏針對南疆棗園特殊氣候、土壤條件下的氮肥種類和用量研究。本次研究以滴灌果園紅棗為研究對象，選擇常規(guī)尿素、包膜緩釋尿素和添加硝化抑制劑的氮肥為肥料種類，設(shè)置不同施肥梯度，于2015 年進(jìn)行1a 的施肥空白期，2016 年和2017 年進(jìn)行了2 a 的大田田間定位試驗(yàn)，旨在探明氮肥種類和用量對棗樹光合能力和產(chǎn)量的影響，以期對3 種氮肥處理方式的增產(chǎn)效應(yīng)和合理的施用量做出客觀評價(jià)，為其在紅棗生產(chǎn)中應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

試驗(yàn)于2015—2017 年在新疆阿克蘇試驗(yàn)林場進(jìn)行（80°20′～80°25′E，41°10′～41°15′N），年均降水量為53.2～120.6 mm。供試品種為15a 樹齡灰棗，株行距為2 m×4 m 典型棗樹栽培模式，理論種植密度為1 250 株/hm2，管理方式統(tǒng)一，紅棗長勢均勻。試驗(yàn)區(qū)土壤為粉砂土，水肥保持能力差，基本理化性質(zhì)為：容重1 430 kg/m3，pH 值8.3，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.05 g/kg，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.915 g/kg，堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.63 mg/kg，速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.6 mg/kg，速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為112 mg/kg。

1.2 田間管理情況

棗樹萌芽期施入基肥，施肥量和施肥時(shí)間參見試驗(yàn)設(shè)計(jì)。施肥后采用滴灌方式灌萌芽水450～525 m3/hm2，灌水周期20 d，灌水2 次；開花期4 月中旬至5 月下旬滴灌300～375 m3/hm2，灌水周期15 d，灌水3 次；開花坐果期6 月上旬至7 月中下旬滴灌225～300 m3/hm2，灌水周期7d，灌水6～7 次；果實(shí)膨大期期8 月上中旬滴灌450 m3/hm2，灌水周期20 d，灌水1 次；11 月上旬冬灌漫灌900 m3/hm2，灌水1 次。全生育期灌水13 次（含冬灌），累積灌水量4 500～5 625 m3/hm2。5 月中旬至6 月中旬花果管理，連續(xù)噴2 次0.2%～0.3%硼砂和8 000 倍蕓苔素促進(jìn)開花坐果。夏季修剪主要為棗頭萌芽摘心。灌水、修剪、病蟲害防治等均與大田種植保持一致。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主處理為：1）常規(guī)尿素處理（Conventional Urea，U，N≥46%），在棗樹萌芽期施入總量的60%，在坐果期施入總量的40%；2）尿素添加硝化抑制劑處理（Urea with Nitrification Inhibitor，NU，N≥46%），在生產(chǎn)中摻入5%（與尿素質(zhì)量比）的N-MAX（氯甲基吡啶），由浙江奧復(fù)托科技有限公司提供，作為基肥在萌芽期前一次性施入。3）包膜控釋尿素（Controlled-release Urea，CRU，N≥43%），由山東金正大生態(tài)工程股份有限公司提供，氮素釋放期為90 d，作為基肥在萌芽期前一次性施入。副處理為施肥水平，施氮量分別為：N1，總施氮水平為150 kg/hm2；N2，總施N水平為200 kg/hm2；N3，總施N水平為250 kg/hm2；N4，總施N 水平為300 kg/hm2。另設(shè)1 個(gè)不施氮肥處理作為空白N0。所有處理施入磷鉀肥量均保持相同，磷肥選用三料磷肥（P2O5≥46%），鉀肥選用硫酸鉀（K2O≥51%），用量分別為：P2O5180 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2，在棗樹萌芽期前3 月中旬與氮肥混合后一次性施入。試驗(yàn)區(qū)選擇土壤質(zhì)地、樹齡、長勢、管理一致的棗園，設(shè)置3 個(gè)氮肥種類處理和5個(gè)施肥水平，共計(jì)13 個(gè)處理（其中氮肥種類處理共用1 個(gè)N0 水平），每個(gè)處理設(shè)置3 次重復(fù)，單個(gè)試驗(yàn)小區(qū)16 株果樹，面積為128 m2。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)設(shè)置保護(hù)行。

1.4 項(xiàng)目測定與方法

試驗(yàn)處理測定土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)，參考土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[14]。調(diào)查樹體株高、干周和冠幅。在棗樹開花期5 月中旬和果實(shí)膨大期7 月下旬測定棗樹葉片葉綠素值（Soil and Plant Analyzer Development，SPAD）和凈光合速率，采集土壤樣品，采用AA3 流動分析儀測定土壤速效氮含量（銨態(tài)氮和硝態(tài)氮）。紅棗收獲期將每株果樹果實(shí)全部收獲后稱質(zhì)量，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量并測定制干率。隨機(jī)選擇5 kg 紅棗，統(tǒng)計(jì)數(shù)量并測定干果質(zhì)量。隨機(jī)選擇500 個(gè)紅棗稱取單個(gè)質(zhì)量進(jìn)行分級并統(tǒng)計(jì)紅棗商品性。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)計(jì)算和方差分析使用Excel 2007 和SPSS 18.0 軟件完成，使用Sigma Plot 14.0 做圖，多重比較為LSD 分級法。紅棗商品性進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，計(jì)算正態(tài)分布概率密度。

2 結(jié)果與分析

2.1 棗樹葉片SPAD 值

通過比較氮肥不同處理措施下棗樹葉片葉綠素含量的結(jié)果（圖1），在棗樹開花期U 處理SPAD 值高于CRU處理和NU 處理，N0 處理最低。依據(jù)高產(chǎn)果園開花期棗樹葉片SPAD 值適宜范圍為40～43[15]，常規(guī)氮肥條件U處理下，當(dāng)施肥量達(dá)N3 水平后，繼續(xù)施肥造成氮肥過量，處于奢侈吸收階段，即萌芽至開花期棗樹U 處理適宜施肥量為N2 水平最佳。CRU 處理N2、N3 和N4 處理?xiàng)棙淙~片SPAD 值均在適宜范圍內(nèi)。使用硝化抑制劑處理N2和N3 施肥水平在適宜范圍。

圖1 不同氮肥處理下棗樹開花期和果實(shí)膨大期葉片SPAD 值 Fig.1 SPAD values of jujube leaves treated by different nitrogen fertilizers at flowering and fruit expansion stage

紅棗果實(shí)膨大期養(yǎng)分需求強(qiáng)烈，此時(shí)充足的養(yǎng)分供給直接決定果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)。從圖1 中可以看出，N0和U 處理在此階段養(yǎng)分不能滿足果樹氮素需求[15]，葉片SPAD 值處于適宜范圍（44≤SPAD＜46）之下，為氮肥虧缺。這很可能與氮肥的淋洗有關(guān)，雖然總施肥量與其他處理方式相同，但由于氮肥損失較快導(dǎo)致養(yǎng)分不能及時(shí)供給果樹生長，應(yīng)及時(shí)調(diào)整施肥方式。NU 處理在N3 和N4 處理水平下SPAD 值處于適宜范圍。而CRU 處理N2施肥水平下葉片SPAD 值在適宜范圍，N3 和N4 水平下葉片SPAD 值高于適宜范圍，養(yǎng)分處于奢侈吸收階段，這與緩釋肥中氮肥的釋放特征有關(guān)。

2.2 棗樹葉片凈光合速率

棗樹葉片凈光合速率與紅棗產(chǎn)量直接相關(guān)，南疆棗樹葉片凈光合速率開花期最高峰值出現(xiàn)在下午15點(diǎn)至16點(diǎn)之間，果實(shí)膨大期凈光合速率最高峰值出現(xiàn)在12 點(diǎn)半至13 點(diǎn)半之間。本研究選擇此時(shí)間段分別在棗樹開花期和果實(shí)膨大期期對葉片進(jìn)行光合速率測定，研究結(jié)果（圖 2）表明，棗樹開花期NU 處理（14.29 μmol/m2·s）和U 處理（14.11 μmol/m2·s）葉片凈光合速率大于CRU 處理（13.91 μmol/m2·s），N0 處理最低（12.53 μmol/m2·s），同時(shí)N3 和N4 施肥水平下凈光合速率高于其他施肥水平（P＜0.05）。而果實(shí)膨大期葉片整體凈光合速率高于開花期，該時(shí)期CRU 處理凈光合能力最高（15.83 μmol/m2·s），其次為NU（15.19 μmol/m2·s）和U處理（14.79 μmol/m2·s），N0 處理最低（13.03 μmol/m2·s）。其中N4、N3 和N2（15.49、15.52 和15.57 μmol/m2·s）施肥水平之間沒有達(dá)到顯著性差異（P＞0.05），但均高于N1 水平（14.50 μmol/m2·s）和N0 水平（13.03 μmol/m2·s）。

2.3 紅棗產(chǎn)量和產(chǎn)量結(jié)構(gòu)

通過對比3 種氮肥種類在2017 年的紅棗產(chǎn)量表現(xiàn)可以看出（表1）：CRU 處理下不同施N 平均產(chǎn)量最高（10 022.3 kg/hm2），其次為NU 處理（8 497.1 kg/hm2）和 U 處理（7 887.1 kg/hm2），N0 處理產(chǎn)量最低（6 507.2 kg/hm2）。對比施肥水平對產(chǎn)量的影響可知，N2、N3 和N4 施肥水平下平均產(chǎn)量分別為8 715.0、9 044.2 和9 741.7 kg/hm2之間沒有顯著差異，N1 水平和N0 水平下產(chǎn)量最低（7 707.3 和6 507.2 kg/hm2），考慮到經(jīng)濟(jì)因素N2 和N3 施肥水平肥料生產(chǎn)效率最高。樹干周長試驗(yàn)前2015 年（44.5 cm）和處理后2016 和2017 年各處理之間均沒有達(dá)到顯著性差異，這很可能與樹齡有關(guān)，本研究中選擇15 a 生棗樹作為研究對象，短期氮素種類和施肥量的變化對干周增長影響較小。紅棗單果質(zhì)量是產(chǎn)量構(gòu)成的要素，CRU 處理（5.15 g）、UN（5.11 g）處理和U 處理（4.93 g）較N0 處理（4.62 g）高出12.0%、11.1%和7.2%。N2、N3和N4 這3 個(gè)施肥水平下紅棗單果質(zhì)量之間沒有達(dá)到顯著性差異（P＞0.05），但均高于N1 和N0 施肥水平（4.95和4.62 g），這與產(chǎn)量趨勢有相似特征。

圖2 不同氮肥處理下棗樹開花期和果實(shí)膨大期葉片凈光合速率 Fig.2 Leaf net photosynthetic rate under different nitrogen fertilizer level at flowering and fruit expansion stage

表1 2015—2017 年不同氮肥處理對紅棗產(chǎn)量和產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響 Table 1 Effects of different nitrogen treatments on yield and yield structure of jujube from 2015 to 2017

2.4 紅棗商品性

生產(chǎn)中一般依據(jù)紅棗單果質(zhì)量作為商品性指標(biāo)進(jìn)行分級，新疆南疆紅棗（灰棗）商品性分為4 個(gè)等級，分別為優(yōu)級果（7 g≤單果質(zhì)量＜20 g）、一級果（5 g≤單果質(zhì)量＜7 g）、二級果（3 g≤單果質(zhì)量＜5 g）和劣級果（單果質(zhì)量＜3 g）。本試驗(yàn)進(jìn)行了氮肥處理方式對商品性影響的研究，通過正態(tài)分布檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)紅棗單果質(zhì)量符合一般正態(tài)分布。數(shù)據(jù)（表2）顯示CRU 處理紅棗優(yōu)級果率最高（12.1%），其次為U 處理（7.5%）和NU處理（6.4%），N0 處理最低（2.8%）。紅棗一級果率CRU處理和NU 處理高于U 處理，但沒有達(dá)到顯著性差異。二級果率N0（52.4%）＞NU（44.4%）＞U（43.1%）＞CRU（37.9%）。綜合比較一級果率和優(yōu)級果率，CRU 處理和NU 處理最高，其次為U 處理，N0 處理最低。N0 處理和U 處理下紅棗劣果率最高。由此說明氮肥經(jīng)過處理后可以顯著改善紅棗商品性。

2.5 土壤中速效氮含量及氮素貢獻(xiàn)

不同氮肥種類施用后土壤中速效氮含量變化差異大，由測試結(jié)果（表3）可以看出，棗樹開花期U 處理和NU 處理土壤中速效氮含量較CRU 處理高，而果實(shí)膨大期土壤中速效氮含量分別為CRU＞NU＞U，說明在同等施肥量下棗樹營養(yǎng)生長期U 處理和NU 處理能夠保持速效氮在土壤中的強(qiáng)度，而棗樹生殖生長期CRU 處理土壤中速效氮含量更高，這與SPAD 值測試結(jié)果趨勢相同。通過氮素投入量和產(chǎn)量計(jì)算氮素偏生產(chǎn)力和產(chǎn)量貢獻(xiàn)率發(fā)現(xiàn)，低水平氮供應(yīng)下能獲得更好的氮素偏生產(chǎn)力，同等施肥量條件下3 種肥料種類的氮素偏生產(chǎn)力分別為CRU＞NU＞U，U 和NU 處理氮素貢獻(xiàn)率則隨施氮量增加而增加，CRU 處理貢獻(xiàn)率則為N3＞N2＞N4＞N1。綜合比較各處理紅棗效益，在CRU 處理N3 施氮水平下紅棗產(chǎn)值最高。

表2 不同處理下紅棗等級比例 Table 2 Grade proportion of jujube under different treatment %

表3 不同處理下氮素利用指標(biāo)和紅棗產(chǎn)值 Table 3 Nitrogen utilization indices and output value of jujube under different treatments

3 討 論

3.1 氮肥用量對滴灌棗樹光合作用的影響

氮素對植物光合作用至關(guān)重要，合理的氮肥供應(yīng)是作物生長的物質(zhì)保障，研究表明氮素種類和用量會引起小麥、玉米、水稻、蘋果等作物光合作用、干物質(zhì)累積和產(chǎn)量[16-23]，而針對紅棗施氮水平對光合作用影響方面研究較少[24]。本文針對南疆滴灌果園棗樹進(jìn)行SPAD 值和凈光合速率2 個(gè)重要光合作用指標(biāo)進(jìn)行研究，研究結(jié)果同樣表明氮肥用量能夠顯著影響棗樹光合作用，尤其是在棗樹開花期和果實(shí)膨大期合理的施氮量對保持最佳SPAD 值和凈光合速率十分重要，本研究還發(fā)現(xiàn)，通過開花期和果實(shí)膨大期土壤中的速效氮含量與葉片SPAD 值相比較，二者趨勢相近，這說明土壤中速效氮的濃度是植株葉片SPAD 值的物質(zhì)保證，而適宜的SPAD 值也是葉片進(jìn)行光合作用的基礎(chǔ)。

3.2 氮肥種類對滴灌棗樹產(chǎn)量的影響

棗樹是新疆南疆阿克蘇、和田、喀什等地區(qū)的主栽果樹，氮素對棗樹產(chǎn)量至關(guān)重要，土壤中適宜的氮素容量和強(qiáng)度是產(chǎn)量和品質(zhì)的保障，而新疆棗園土壤普遍為砂土或砂壤土，土壤氮含量低，而且由于農(nóng)田水利設(shè)施不健全，導(dǎo)致氮素利用效率普遍偏低。緩釋氮肥通過氮素的緩慢釋放來提高氮素的利用效率增加作物產(chǎn)量[13,25]。本試驗(yàn)通過田間試驗(yàn)結(jié)果表明，通過使用緩釋氮肥和尿素添加硝化抑制劑的手段能夠顯著提高棗樹產(chǎn)量，增加紅棗單果質(zhì)量，究其原因很可能與其能保持土壤中氮素含量有關(guān)，本文數(shù)據(jù)也證明紅棗果實(shí)膨大期土壤中的氮濃度與產(chǎn)量呈正相關(guān)，施用緩釋氮肥的氮肥供給方式與對照相比產(chǎn)量提升幅度更大。

3.3 滴灌條件下氮肥種類和用量對紅棗商品性的影響

由本研究的結(jié)果可以看出，采用施用包膜緩釋氮肥的方式能滿足棗樹關(guān)鍵生育期對土壤中氮素的強(qiáng)度和容量的需求，該氮肥種類與棗樹氮素需求規(guī)律結(jié)合更好。本研究是基于滴灌方式下開展的試驗(yàn)，較漫灌更容易控制水分移動的位置，同時(shí)也能保證土壤含水量始終處于較為合理的范圍[26-28]，有利于控釋氮肥氮素的釋放，尤其是在紅棗需氮高峰期隨著地溫的升高氮素的釋放速率加快，保證了氮素的供應(yīng)。本文的研究發(fā)現(xiàn)，施用緩釋氮肥紅棗的優(yōu)級果率和一級果率顯著提高（P＜0.05），結(jié)合緩釋肥（250 kg/hm2）處理下紅棗單果質(zhì)量（5.3 g）的增加，說明合理地利用緩釋氮肥能夠提高紅棗的商品性，增強(qiáng)新疆紅棗的市場競爭力。

綜上，與單純常規(guī)尿素相比，施用緩釋氮肥和尿素添加硝化劑處理影響了棗樹的光合作用、產(chǎn)量和商品性，在滴灌條件下，緩釋氮肥在250 kg/hm2用量水平下能保持較高的產(chǎn)量和較好的紅棗商品性。所以，在目前新疆南疆棗樹滴灌面積不斷擴(kuò)大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景下，針對灌溉方式的改變采用適用于棗樹種植的氮肥種類和適宜的用量是必要的，是進(jìn)一步提高紅棗產(chǎn)量和改善商品性的重要途徑。

4 結(jié) 論

本文采用多年大田田間試驗(yàn)方法，設(shè)置3 種氮素肥料種類（常規(guī)尿素、添加消化抑制劑尿素和包膜控緩釋尿素）和5 個(gè)氮素水平，研究氮素種類和水平對棗樹光合作用、產(chǎn)量、品質(zhì)和效益的影響，得出以下主要結(jié)論：

1）與常規(guī)尿素相比，在干旱棗樹種植區(qū)砂性土壤條件下，滴灌棗園施用包膜控緩釋尿素在棗樹關(guān)鍵生育期能夠顯著提高葉片凈光合能力，該處理下棗樹葉綠素值（SPAD）始終處于高產(chǎn)果園適宜范圍內(nèi)。

2）較常規(guī)尿素處理包膜尿素處理能夠顯著提高紅棗產(chǎn)量，施用純氮水平為250 kg/hm2的包膜尿素處理下紅棗單果質(zhì)量最高，優(yōu)級果比例為12.1%，顯著高于其他氮素種類處理（P＜0.05）。

3）從紅棗產(chǎn)量、商品性和產(chǎn)值的綜合效益考慮，包膜控緩釋氮素肥料處理N3（純N 施用量250 kg/hm2）施氮水平下對于干旱區(qū)沙性土壤果園有顯著的提質(zhì)增效作用，該氮素種類和用量可作為該區(qū)域紅棗典型種植模式下的最佳施氮模式。