腐植酸尿素对生姜产量及氮素吸收、同化和品质的影响
腐植酸尿素对生姜产量及氮素吸收、同化和
品质的影响
植物营养与肥料2007,13(5):903—909
PlantNutritionandFertilizerScience 腐植酸尿素对生姜产量及氮素吸收,
同化和品质的影响
梁太波,王振林,刘兰兰,王汝娟,陈晓光,张晓冬,史春余
(山东农业大学农学院,山东泰安271018)
摘要:在盆栽条件下,利用"N示踪技术研究了腐植酸尿素对生姜氮素吸收,同化和产量品质的影响.试验以莱芜
大姜为材料,设5个处理:空白对照,等量腐植酸对照,尿素,腐植酸+尿素,腐植酸尿素.结果
明,施用腐植酸尿
素显着增加了生姜植株各器官干重,提高了产量.施用腐植酸尿素增加了根系生物量,增强了根系活力,提高了根
系对营养元素的吸收能力."N示踪试验表明,施用腐植酸尿素后,氮肥利用率显着提高,与等氮量尿素相比,基施
提高54.08%,追施提高24.50%,同时促进了生姜植株对土壤氮的吸收.施用腐植酸尿素增强了根系硝酸还原酶
活性,提高了收获期植株各器官中氮素含量和氮素积累量,增大了氮素在根茎中的分配比例.施用腐植酸尿素根
茎蛋白质含量和蛋白质产量显着提高,姜辣素含量增加,硝酸盐含量降低,品质得到了改善.
关键词:生姜;氮素;根系;氮肥利用率
中图分类号:S141;$632.5文献标识码:A文章编号:1008—505X(2007)05—0903—07
Effectsofhumicacidureaonyieldandnitrogenabsorption,
assimilationandqualityofginger
LIANGTai—bo,WANGZhen—lin,LIULan—lan,WANGRu—juan,CHENXiao—
guang,ZHANGXiao—dong,SHIChun—yu
(CollegeofAgronomy,ShandongAgriculturalUniversity,Taian271018,China) Abstract:Nitrogenapplicationisoneofthemostimportantmeasurestoincreaseyieldandimprovequalityingingerpro—
duction.However,misuseofNfertilizernotonlydecreasedNuseefficiencybutalsocausedenvironmentpollution.Many
studiesfoundthathumicacidcouldaccelerategrowthofcroprootandincreasefertilizeruseefficiency.Buttherewere
fewresearchesabouttherelationshipbetweentheeffectsofhumicacidoncropandfertilizerutilizationrate.Sothisstudy
wasconductedtodeterminetheeffectsofhumicacidfertilizeronNabsorption,assimilationofgingerandNuseefficien-
cy,toprovidetheorybasisfortheresearchandapplicationofhumicacidfertilizer.Apotcultureexperimentwascarried
outontheagriculturalexperimentstationofShandongAgricultureUniversitytostudytheeffectsofhumicacidureaon
yieldandNabsorption,assimilationandqualityofgingerusingNtracertechnique.Fivetreatments(T1,T2,T3,T4,
T5)weresetupandeachtreatmenthad30pots.Sixpotsofeachtreatment(T3,T4,T5)wereusedforNtracerex—
periment.Theresultsshowedthathumicacidureaapplicationincreasedfreshweightandvigorofgingerroot.Ntracer
experimentshowedthathumicacidureaapplicationincreasedNuseefficiencysignificantly.Meanwhile,itincreasedN
uptakefromsoil.HumicacidureaapplicationincreasedNRactivity,whichincreasedNcontentandaccumulationingin—
gerplantandincreasedtheproportionofNallocationtorhizome.Humicacidureaapplicationincreasedproteincontent
andproteinproductionofgingerrhizomesignificantly.Inaddition,humicacidureaapplicati
onimprovedgingerquality throughincreasinggingerolsanddecreasingNO3-content.
Keywords:ginger;nitrogen;root;nitrogenutilizationrate
收稿日期:2006—08—01修改稿收到日期:2006—11—14 基金项目:国家"863"计划项目(2003AA217022)资助. 作者简介:梁太波(1981,),男,山东潍坊人,博士研究生,主要从事作物生理生态研
究.E—mail:taibo@163.com *通讯作者E—mail:scyu@sdau.edu.cn
904植物营养与肥料l3卷
腐植酸(Humicacid,简称HA)作为一类有良好
生物活性的有机高分子物质,在促进作物根系生长 发育,提高肥料利用率方面有明显的作用_lJ.李捷 等j研究发现,黄腐酸拌种可以显着促进小麦根系 生长,增加根系生物量;宋轩等_3J指出,土施适量的 风化煤腐植酸能够提高水稻根系活力,促进水稻对 营养元素的吸收能力.大量研究认为,腐植酸可以 通过氢建,络合以及物理性吸附等多种作用增加尿 素的肥效_4J.成绍鑫等_5多年大田试验研究表明, 土施含一定量腐植酸的腐植酸尿素可使氮肥利用率 提高6.9%,1I.9%.总之,前人在腐植酸促进作物 根系生长,提高肥料利用率方面已有较多研究,但关 于腐植酸尿素对作物氮素吸收,同化的影响及其与 肥料利用率关系的研究较少.
生姜是重要的特产经济作物,其对氮肥的需求
量大,每生产1000kg产品吸收氮素6.34kg,远超过 其它作物l_6J.然而生姜根系不发达,吸肥能力较弱, 导致肥料利用率低.提高肥料利用率,降低成本,已 成为生姜生产中亟待解决的问题.本试验应用N
示踪技术,研究了腐植酸尿素对生姜产量及氮素吸 收,同化和品质的影响,旨在为腐植酸类肥料的研究 与应用提供理论依据.
1材料与方法
1.1供试材料
试验于2005年5月至10月在山东农业大学农 学实验站进行.供试土壤质地为砂壤土,有机质,全 N,碱解氮(N),速效磷(P),速效钾(K)含量分别为 12.2g/kg,0.87g/kg,67.16mg/kg,33.27mg/kg,
96.37mg/kg.土壤过筛后装盆,每盆装土7.5kg(盆 直径25cm,深度20cn1),为防止太阳辐射导致盆内 土壤温度过高,将盆埋入预先挖好的沟内.供试品 种为莱芜大姜(Zingiberofficinale).供试肥料有尿素 (含N46%,山东鲁南化肥厂生产),过磷酸钙(含 P2012%,山东莱芜磷肥厂生产),硫酸钾(含K2O 50%,山东海化集团生产),风化煤(山西霍州产,过 0.2mm筛,腐植酸含量38%);腐植酸+尿素(风化 煤和尿素直接混合,圆盘造粒,含N量16%,腐植酸 含量19%),腐植酸尿素(采用风化煤,尿素,腐植酸 活化剂等自行研制,圆盘造粒,含N量16%,腐植酸 含量19%).供试N一尿素由上海化工研究院生 产,N的丰度为15.83%.
1.2试验设计
在施用等量的磷肥(P2050.508g/pot)和钾肥 (K2O2.713g/pot)的基础上设5个试验处理:I)空 白对照(TI);2)等量腐植酸对照,即施用与T5等量 腐植酸的风化煤6.36g(T2);3)尿素,即施用与T5 等氮量的尿素4.42g(13);4)腐植酸+尿素,施用 量为12.71g/pot(T4);5)腐植酸尿素,施用量为
12.7Ig/pot(T5).供试肥料50%播前基施,50%盛 长期追施,每个处理种植30盆,5月8Et播种,其它 管理措施同一般大田.
结合盆栽试验在T3,T4,T5处理中,分别取6盆 进行N示踪试验.其中,第1,2,3盆,基肥施用标 记N一尿素的肥料,追肥施用普通尿素制造的肥 料;第4,5,6盆,基肥施用普通尿素制造的肥料,追 肥施用标记N一尿素的肥料.
1.3测定项目及方法
在生姜播种后90,120,150d(即三权期,盛长期 和收获期)分别取样,每次每处理取4盆,将带有根 系的土体用水冲洗,去除杂质,称重.根系活力用 1Trc还原法测定l_7J,根系硝酸还原酶活性用活体法 测定.
标记N的植株,在收获期分器官烘干称重,半 微量凯氏定氮法测定土壤,植株含氮量,采用 ZHT202型质谱仪分析N丰度,由河北省农林科学 院理化所分析.
姜辣素含量测定参照张维勤的方法_9;硝酸盐 含量测定采用紫外分析法.
植物从肥料中吸收的氮素百分数NDFF%=植 株样品中N原子百分超%/肥料中N原子百分 超%X100
植物从土壤中吸收的氮素百分数NDFS%:100 一
植物从肥料中吸收的氮素百分数NDFF% 肥料氮素利用率%=植物全氮量XNDFF%/施 氮量
蛋白质含量按含氮量X6.25计算.
2结果与分析
2.1干物质积累与产量
随着生姜的生长发育,各器官干物质积累量呈 逐渐增加的趋势(表1).与空白对照(TI)比较,腐 植酸处理(T2)各器官干重均显着增加,产量极显着 提高.与T1,T2相比,I3,T4和T5均不同程度地增 加了各器官干重,同时极显着提高了生姜产量.3 个施氮处理之间比较,T5各器官干重和根茎产量均 显着高于其它两个处理;T3和T4之间无显着差异.
5期梁太波,等:腐植酸尿素对生姜产量及氮素吸收,同化和品质的影响905
注(Note):不同大,小写字母分别表示差异达1%和5%显着水平,下
同.Differentcapitalandsmalllettersmeansignificantat1%and5%levels
thesamesybmolwasusedforothertablesandfigure.
2.2氦素吸收与氦lIEN用率
2.2.1根系生物量和根系活力生姜根系生物量 在整个生育期内呈逐渐增加的趋势(图1).在生姜 生长发育的各个时期,不同处理对生姜根系生物量 的影响趋势相同:与空白对照(T1)比较,施用腐植 酸()后根系生物量增加.与T1,相比,T3,T4 和T5均不同程度地增加了根系生物量.在3个施 氮处理中,T4的根系生物量仅在生育后期显着高于 T3,前期二者无显着差异;而T5的根系生物量整个 生育期内均显着高于这两个处理,且生育后期的增 幅比生育前期高.说明腐植酸和氮肥对根系生长发 育都有良好的促进作用;而且腐植酸尿素对根系生 长发育的促进作用更大,不仅优于腐植酸或尿素处 理,而且优于腐植酸+尿素处理.
根系活力是反映根系吸收能力的重要指标.由
图2可知,生姜根系活力在盛长期最高,收获期最 低.与空白对照(T1)比较,腐植酸处理()在三权 9O12Ol5O
播种后天数(d)Daysaftersowing 图1不同处理对生姜根系生物量的影响
Fig.1Effectofdifferenttreatmentson
rootbiomassofginger 期和盛长期的根系活力提高.与T1,相比,T3,T4 和T5处理各个时期的根系活力都显着提高;其中, T5的增幅最大,T3的增幅最小.说明腐植酸尿素和 腐植酸+尿素处理都能有效提高根系活力,腐植酸 尿素效果更好.
吕
.皇p
三
0
9012015O
播种后天数(d)Daysaftersowing 图2不同处理对生姜根系活力的影响
Fig.2Effectofdifferenttreatmentson
rootvigorofginger
2.2.2氮肥利用率表2可知,生姜对氮肥的利用 率,基施为23.3%--35.9%,追施为24.9%--31.0%; 其中,T3追施的氮肥利用率高于基施,T4,T5基施的 氮肥利用率高于追施.做基肥时,T4,T5的氮肥利 用率均比T3高,分别提高18.45%和54.08%;做追 肥时,T4的氮肥利用率与T3相比略有提高,T5的氮 肥利用率与T3相比提高24.50%.初步分析认为, 腐植酸尿素和腐植酸+尿素的氮肥利用率提高,以
及基施氮肥利用率高于追施,可能与肥料中的部分 氮变为缓效氮有关_】.
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906植物营养与肥料13卷
Note:FBPFertilizerusedbeforeplanting:FAP—Fertilizerusedafterplanting
表2还看出,3个施氮处理中,追施氮肥的土壤 残留率均显着高于基施;而追施氮肥的损失率均显 着低于基施.处理之间比较,T5无论做基肥还是做 追肥,土壤残留率和损失率都是最低的,这与该处理 根系发育好,氮肥利用率较高有关.
2.2.3对不同来源氮素的吸收N示踪试验结果 (表3)表明,收获期植株积累的氮素49.3%--50.3%
来自于肥料,49.6%--50.7%来自于土壤.其中,来 自肥料氮所占的比例,T3略高于T4和T5.在肥料 氮中,rI'3来自追肥的氮所占比例较高,而rr4和T5 来自基肥的氮所占比例较高,进一步说明rr4和T5 对氮素具有一定的缓释作用.
就生姜对氮素的吸收量而言,来自肥料的氮,来 自土壤的氮和植株总吸氮量均表现为T5>T4>T3,
rr4和T5不仅增加了植株对肥料氮的吸收量,还增 加了对土壤氮的吸收量,这与其促进了根系生长发 育,提高了根系的吸收能力有关.
表3不同处理对生姜吸收不同来源氮素的影响 Table3Effectofdifferenttreatmentsonuptakeofnitrogenfromdifferentsources
Note:TNUA—Totalnitrogenuptakeamount:NDFF--Nitrogenderivedfromfertilizer;NDFBF--Nitrogen
derivedfrombasalfertilizer;NDFTF--Nitrogen
derivedfromtopdressingfertilizer:NDFS—Nitrogenderivedfromsoil.
2.3氮素同化与分配
2.3.1根系硝酸还原酶活性图3表明,生姜根系
硝酸还原酶活性在盛长期最高,收获期最低.与空
白对照(T1)比较,腐植酸处理(T2)根系硝酸还原酶
活性在各个生育期都显着提高.与T1,rI12相比,rI'3,
rr4和T5根系硝酸还原酶活性均有不同程度的提
高.3个施氮处理之间比较,整个生育期内均表现
为T5>T4>T3.说明施用腐植酸或氮肥都有利于
提高根系硝酸还原酶活性,从而促进氮素在植株体
内的同化.其中,腐植酸尿素效果最好.
2.3.2氮素在植株不同器官中的分配表4看出,
与空白对照(T1)比较,腐植酸处理(rI12)叶和茎鞘的
9O12O15O
播种后天数(d)Daysaftersowing
图3不同处理对生姜根系硝酸还原酶活性的影响
F.3EffectofdifferenttreatmentsonNRactivity
ofgingerroot
O8642O
一?q.s)/望一赡咎隧普
扫I^口u日0蛊Z
5期梁太波,等:腐植酸尿素对生姜产量及氮素吸收,同化和品质的影响907 含氮量无显着差异,根茎的含氮量显着提高.与
T1,T2相比,rI'3,T4和T5显着增加了生姜叶片,茎
鞘和根茎氮素含量.3个施氮处理之间比较,T5叶
片和根茎氮素含量最高,茎鞘氮素含量最低;3个施 氮处理氮素积累量比较,以T5处理茎鞘氮素积累量 最低,根茎氮素积累量最高.
表4还看出,与空白对照(T1)比较,腐植酸处理 (T2)氮素在叶片中的分配比例显着提高,在茎鞘和 根茎中的分配比例显着下降,这可能与该处理叶片 生物量占植株总生物量的比例较高有关.与T1,T2 相比,施氮显着降低了氮素在叶片中的分配比例,提 高了氮素在根茎中的分配比例;其中,T4和T5这种 变化幅度较大.说明腐植酸+尿素或腐植酸尿素有 利于促进氮素向地下根茎的运输.
表4收获期氮素在生姜植株不同器官中的分配 Table4Nitrogendistributionamongdifferentorgansofgingeratharvest
2.4氮素对生姜品质的影响
与空白对照(T1)比较,腐植酸处理(T2)的蛋白 质含量和蛋白质产量都显着提高.与T1,T2相比, 施氮显着提高了根茎蛋白质含量和蛋白质产量.3 个施氮处理之间比较,蛋白质含量和蛋白质产量均 表现为T5>T4>T3(表5).腐植酸尿素显着提高蛋 白质含量和蛋白质产量与生姜对氮肥的利用率提 高,氮素同化能力增强有密切关系.
姜辣素含量和硝酸盐含量是反映生姜风味品质 和卫生品质的重要指标.表5显示,与T1,T2相比, rI'3,T4和T5的姜辣素含量均有所提高.与T1,T2 相比,施氮处理根茎硝酸盐含量显着提高.3个施 氮处理之问比较,T5硝酸盐含量显着低于rI'3,T4,说 明腐植酸尿素减少了根茎硝酸盐积累,有利于改善 生姜的卫生品质,这可能与腐植酸尿素有缓释作用 或提高了生姜氮素同化能力有关.
3讨论
3.1生姜植株对不同来源氮素的吸收及氮肥利用 蛊
一
般认为,大田作物吸收的氮素1/3来自于肥 料,2/3来自于土壤_J?.本试验条件下,生姜植株积 累的氮素49.3%,50.3%来自于肥料,49.6%, 50.7%来自于土壤.生姜一生吸收的土壤氮和肥料 氮大致相等,因此施用氮肥在生姜优质高产中有重 要的意义.史春余等_J研究发现,施用腐植酸肥料 表5不同处理对生姜产量和品质的影响 Table5Effectsofdifferenttreatmentsonyieldandqualityofginger
908植物营养与肥料13卷
能够明显提高番茄的氮肥利用率.本研究表明,腐 植酸尿素无论做基肥还是做追肥,氮肥损失率均降 低,利用率提高;与尿素相比分别提高54.08%和 24.50%.腐植酸对尿素的增效作用可分为直接作 用和间接作用两部分_5J,直接作用即腐植酸与尿素 发生物理或化学反应,包括腐植酸与尿素的络合或 形成氢建,自由基反应以及物理化学吸附等;也可 能在CO0一诱导作用下,使尿素中的一NH,转变为 NH4,发生离子化反应,改变氮素的形态,从而使腐 植酸尿素中的部分速效氮变成了缓效氮_l.间接 作用即由于腐植酸尿素中腐植酸的生物活性,促进 了根系生长发育,提高了根系对营养元素的吸收能 力,本试验结果也证实了这一点.
本研究还表明,腐植酸尿素基施的利用率高于 追施,这可能与腐植酸尿素的缓释作用有关,因此其
施用技术有待进一步研究.
3.2腐植酸尿素对生姜产量和品质的影响 研究表明,适量施氮可以提高小麦氮素积累量, 增加产量和蛋白质含量,改善品质_】.生姜的产 量和品质与氮素吸收利用密切相关_6,"J.本研究表 明,施用腐植酸尿素能够明显促进生姜根系生长发 育,增加根系生物量,提高根系活力,这与前人在其 它作物上的研究结果一致_2I】;根系生长发育状况 改善,提高了氮肥利用率,有利于植株地上部干物质 积累,进而提高了产量.
赵广才等l191在小麦上的研究看出,不同氮肥处 理营养器官氮素残留量不同,子粒蛋白质含量也有 所不同.本研究发现,腐植酸尿素显着提高了叶片 和根茎的氮素含量和氮素积累量,降低了茎鞘的氮 素含量和氮素积累量,增大了氮素在根茎中的分配 比例,进而提高根茎蛋白质含量.腐植酸尿素提高 根茎蛋白质含量和产量,一方面与根系硝酸还原酶 活性提高,促进生姜对氮素的同化有关(图3);另一 方面可能与腐植酸尿素促进氮素向根茎运转有关. 施用腐植酸尿素显着降低了硝酸盐含量,改善 了生姜品质.根茎硝酸盐含量的降低与腐植酸尿素 对氮素的缓释作用以及对生姜氮素同化能力的促进 作用都有关系.
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