不同形态氮源对玉米幼苗生长及根际环境的影响.docx

    不同形态氮源对玉米幼苗生长及根际环境的影响    刘会玲+沙晓晴+彭正萍Reference：为合理调控氮素营养，减少氮素损失及不良环境效应，以玉米为材料，通过盆栽试验方法，研究了不同氮源处理的玉米幼苗生长、养分吸收和土壤微生物、酶活性、养分状况，以及植物根际环境因素之间的相互作用结果表明，施用氮肥处理的根际土壤，脲酶活性平均提高2.36 μg/（g·d），细菌数量提高4%～60%，硝态氮提高13747～174.10 mg/kg，pH值平均下降0.12～0.14；根际土壤中的玉米幼苗根冠比下降0.01～0.05，氮吸收量提高86%～193%铵态氮、有机态氮处理的玉米幼苗磷吸收量分别比对照提高20.36%和15.57%，钾吸收量提高153%和141%与非根际土壤相比，根际土壤脲酶活性平均提高1.74 μg/（g·d），细菌数量提高1.4～3.8倍，速效磷含量平均提高14.38 mg/kg，速效钾含量平均降低31.53 mg/kg根际土壤的磷酸酶活性与株高和地上部干重、铵态氮含量与氮吸收量、细菌数量与钾吸收量、脲酶活性与速效钾含量呈显著正相关；硝态氮含量与速效磷含量、pH值与铵态氮含量呈显著负相关。

说明施用氮肥降低玉米幼苗根冠比，提高氮吸收量，提高根际土壤脲酶活性、细菌数量、硝态氮含量，降低pH值不同形态氮源对土壤磷酸酶活性、铵态氮含量无显著影响根际土壤脲酶活性、细菌数量、速效磷含量高于非根际土壤，速效钾含量低于非根际土壤，细菌的根际效应较大根际土壤的磷酸酶活性、铵态氮含量、细菌数量显著影响植株生长和养分吸收量不同形态氮源中，铵态氮和有机态氮有利于根际土壤性状改善和玉米生长，促进玉米对磷和钾的吸收Keys：玉米；根际环境；土壤酶；氮源S513.06： A：1002-1302（2016）06-0135-04收稿日期：2015-11-24基金项目：国家科技支撑计划粮食丰产科技工程（编号：2011BAD16B08、2012BAD04B06、2013BAD07B05）作者简介：刘会玲（1973—），女，硕士，实验师，主要从事农业资源利用研究E-mail：[email protected]通信作者：彭正萍，博士，教授，博士生导师，主要从事植物营养生态研究E-mail：[email protected]根际是受植物根系活动影响的微区，是一个根系—土壤—微生物相互作用而形成的复杂的、动态的特殊微生态系统，是植物和土壤之间物质和能量转化、交换的重要场所，具有独特的物理、化学和生物学性质[1]。

近年来，根际环境对作物根系生长、病理、营养吸收及环境适应性的研究越来越受到重视许多研究结果表明，根际与非根际土壤在pH值、水分及养分的有效性、微生物、酶活性等方面有明显差异根际环境的营养状况对植物生长有重要影响，根际土壤中的有效养分为“实际有效”养分，能直接为根系吸收，决定着作物实际吸收的养分量；非根际土壤是植物的营养储源，其中的有效养分是“潜在有效”养分，需要通过迁移等过程才能被根系吸收，因此，根际养分与作物生长的关系极为密切[2]根际环境的性质是可以调节的，施肥尤其是氮肥可改变植物特别是禾本科植物的根际pH值不同形态氮肥在土壤和根际中的生物化学过程不同，如尿素涉及根际脲酶活性，铵态氮涉及硝化过程等等[1]氮肥的施用在促进农业生产发展的同时，其不当施用也对环境以及食品安全构成了严重威胁，例如蔬菜硝酸盐积累、水体污染、农田N2O的增温效应等问题玉米是我国主要的粮食作物，在种植业中占重要地位据中国种植业信息网-农作物数据库显示，2013年我国玉米种植面积3 631.8万hm2，总产量21 848.9万t本研究以玉米为材料，在纯氮用量相似的情况下，从根际微环境探讨氮肥的转化和对根际养分吸收的影响，了解土壤与植物供求关系，探索根系吸收土壤养分机制，揭示不同形态氮源对玉米生长和根际环境的影响，通过调控根际环境发挥作物的生物学潜力，提高养分资源利用效率和作物生产力，以微观研究指导宏观生产，以利于生产上采取相应的技术措施，合理调控氮肥种类和养分供应以满足作物需求，达到节省资源保护环境、减少投入提高效益的目的。

1材料与方法1.1供试材料供试土壤为潮褐土，有机质18.8 g/kg，全氮4.8 g/kg，碱解氮44.7 mg/kg，速效磷12.9 mg/kg，速效钾54.7 mg/kg，pH值 8.13供试玉米品种为蠡玉161.2试验处理及方法采用盆栽试验，于2014年4—6月在河北农业大学人工培养室进行共设4个处理，分别为对照（不施氮）、有机态氮（尿素）、铵态氮[（NH4）2SO4]、硝态氮[Ca（NO3）2]各形态氮肥均按纯氮250 mg/kg土施用，另外所有处理均按1 kg土P2O5 250 mg、K2O 250 mg施用磷肥和钾肥，磷肥、钾肥分别用过磷酸钙（含P2O5 16%）和氯化钾（含K2O 60%）选用内径14 cm、高13 cm的塑料盆，每盆装土2.5 kg每个处理重复5次，共20盆将各处理的肥料与土壤混合均匀将用400目尼龙网缝制的根袋放入盆中央，根袋内、外的土壤分别视为根际土和非根际土按根际土壤0.5 kg、非根际土壤2 kg分别装好装好盆后，在根袋内播入2粒玉米种子，在幼苗长到3叶期时每盆留1株生长期间定期称重浇水，控制土壤含水量在田间持水量的70%左右玉米生长到40 d，分地上部和根系收获，测定植株和土壤各项指标。

1.3测定项目及方法（1） 株高：测量植株的自然高度2） 叶面积：用LI-3000C型便携式叶面积仪测量所有叶片叶面积3） 地上部干质量、根系干质量及氮磷钾含量：所有处理的地上部和根系用蒸馏水冲洗干净后装入纸袋，于105 ℃杀青30 min后，在75 ℃烘至恒质量，称干质量粉碎后，用H2SO4-H2O2消煮，分别用凯氏定氮法、钒钼黄比色法和火焰光度计法测定氮、磷、钾含量[3]4） 土壤微生物和理化性状：土壤分根际和非根际取鲜土用稀释平板计数法测定细菌和放线菌数量[4]风干土过筛后，用常规农化分析方法测定pH值、速效磷、铵态氮和硝态氮[3]，用磷酸苯二钠比色法测定磷酸酶活性、柠檬酸比色法测定脲酶活性[5] 1.4数据处理分析采用Microsoft Excel 2007和SPSS17.0进行数据处理及方差分析2结果与分析2.1不同形态氮源对玉米幼苗生长和养分吸收的影响从表1可见，与对照比，铵态氮处理增加株高、叶面积、地上部干质量，对根干质量无显著影响有机态氮处理增加叶面积，对株高、地上部干质量和根干质量的影响不显著硝态氮处理降低株高、叶面积、地上部干质量和根干质量，该处理的玉米幼苗生长性状是4个处理中最弱的。

施用氮肥的处理玉米根冠比均低于对照，其中有机态氮处理的根冠比最小说明施用氮肥增加玉米苗期氮素供应，氮素少时，首先满足根的生长，运到冠部的氮素少，根冠比增大；氮素充足时，大部分氮素与光合产物用于枝叶生长，供应根部的数量相对较少，根冠比降低不同处理的玉米养分吸收情况见图1玉米幼苗对氮磷钾的吸收量表现为氮>钾>磷，氮和钾的吸收量较大，磷的吸收量较小与对照比，施用氮肥显著提高玉米氮吸收量，提高幅度表现为铵态氮>有机态氮>硝态氮，吸收量分别增加58.3、52.7、25.9 mg，分别是对照的2.93倍、2.74倍、1.86倍；玉米幼苗的氮肥利用率分别为23.32%、21.08%、10.36%；铵态氮和有机态氮处理的肥料利用率相近，二者明显高于硝态氮处理铵态氮、有机态氮处理的磷钾吸收量均高于对照和硝态氮处理，磷的吸收量分别增加3.4 mg和 2.6 mg，提高20.36%和15.57%；钾的吸收量提高49.2 mg和45.3 mg，分别是对照的2.53倍和2.41倍说明铵态氮、有机态氮促进玉米对磷和钾的吸收，硝态氮对磷和钾的吸收没有促进作用2.2不同形态氮源对土壤酶活性、细菌数量的影响由图2可以看出，根际土壤脲酶活性高于非根际土壤，平均高1.74 μg/（g·d）；与对照比，铵态氮和有机态氮处理提高土壤脲酶活性0.60～4.06 μg/（g·d），铵态氮处理脲酶活性高于有机态氮处理。

根际土壤和非根际土壤磷酸酶活性平均值分别为1.14、1.05 mg/（100 g·d），根际磷酸酶活性略高；处理间无显著差异，说明氮素形态对土壤磷酸酶活性无显著影响细菌占土壤微生物总量的70%～90%，在土壤中数量最多、分布最广，是土壤中最活跃的因素，细菌数量的多寡直接反映了土壤的环境条件及肥力状况[6]与对照比，施氮肥提高了玉米根际土壤细菌数量，提高幅度表现为铵态氮>有机态氮>硝态氮，比对照提高了4%～60%，分别是对照的1.60倍、1.52倍、1.04倍；非根际土壤细菌数量略有下降，根际土壤细菌数量明显高于非根际土壤说明施用铵态氮和有机态氮后的根际微环境有利于细菌繁殖生长2.3不同形态氮源对土壤pH值和养分含量的影响对照、铵态氮、有机态氮、硝态氮处理的根际土壤pH值分别为7.86、7.72、7.74、7.74，铵态氮处理略低、硝态氮处理略高非根际土壤pH值分别为8.13、8.00、7.95、7.96；与非根际土壤相比，根际土壤pH值降低，下降0.22～0.27与对照比，施用氮肥处理pH值降低，根际土壤下降0.12～0.14，非根际土壤下降0.13～0.18，非根际土壤pH值下降幅度较大。

从图3可以看出，根际土壤和非根际土壤铵态氮含量比较接近，二者平均值分别为14.62、14.50 mg/kg；硝态氮含量相差较大与对照比，施用氮肥的处理根际土壤铵态氮含量略有提高，非根际土壤略有降低根际土壤硝态氮含量高于非根际土壤，施用氮肥显著提高根际土壤和非根际土壤的硝态氮含量，硝态氮的提高效果>有机态氮>铵态氮，其中根际土壤提高幅度较大，分别提高137.47、148.23、174.10 mg/kg；非根际土壤分别提高52.5、72.0、116.1 mg/kg说明施氮肥显著提高土壤的硝态氮含量，根际环境有利于铵态氮和有机态氮向硝态氮转化同时也说明铵态氮和有机态氮在土壤中经过40 d转化，大部分都成为了硝态氮形态由于玉米吸收的氮量较多，所以铵态氮和有机态氮处理转化生成的硝态氮含量低于硝态氮处理根际土壤速效钾含量明显低于非根际土壤，二者平均值分别为62.14、93.67 mg/kg，说明玉米吸收的根际土壤速效钾较多土壤钾主要以扩散方式运移，因此一般存在根际亏缺现象[7]铵态氮和有机态氮处理的根际土壤和非根际土壤速效钾含量显著高于对照，根际分别提高23.22%、7.98%，非根际分别提高78.24%、37.39%。

硝态氮处理土壤速效钾含量接近对照说明施用铵态氮和有机态氮后的土壤环境有利于土壤钾素的转化，提高土壤速效钾含量，施用硝态氮对土壤速效钾含量无显著影响与对照比，施用氮肥的处理根际土壤和非根际土壤速效磷含量下降，说明施用氮肥促进了玉米对磷的吸收，加剧了土壤磷素的消耗，减少了土壤中磷肥残留根际土壤速效磷含量高出非根际土壤11.81～19.31 mg/kg，说明根际的低pH值环境有利于土壤磷素的转化2.4不同因素的根际效应及各因素之间相关性分析植物具有明显的根际效应，用R/S（根际与非根际的比值）表示不同因素的根际效应见表2表2表明，细菌的根际效应较大，速效磷的根际效应也较大；施用氮肥，提高细菌、脲酶、铵态氮和硝态氮的根际效应试验结果的相关分析（表3）表明，株高与地上部干质量、根际磷酸酶活性与株高、根际磷酸酶活性与地上部干质量、根际铵态氮含量与氮吸收量、根际细菌数量与钾吸收量、根际脲酶活性与速效钾含量、非根际pH值与细菌数量有显著或极显著的正相关关系；根际硝态氮含量与速效磷含量、根际pH值与铵态氮含量、非根际磷酸酶含量与速效磷含量有显著或极显著的负。