01 前言概述
目前由于國(guó)內(nèi)對(duì)氮肥的大量使用，造成了地下水硝酸鹽污染。減輕這種污染的一個(gè)有效方法是加強(qiáng)植物對(duì)不同土層硝態(tài)氮的吸收，大量研究表明，根系分區(qū)交替滴灌 (APRI)技術(shù)可以減少水的深度滲透，減少硝態(tài)氮的淋溶，增加其在土壤中的積累，從而被植物充分吸收利用。然而，這些研究大多沒(méi)有區(qū)分殘留氮在特定土壤中的去向。
一般來(lái)說(shuō)，殘留氮在不同土層中的遷移和利用可能有很大的不同。杭州電子科技大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)選擇西紅柿作為研究對(duì)象，采用15N示蹤技術(shù)和模擬土柱法，由上海化工研究院提供K15NO3示蹤劑及15N豐度檢測(cè)技術(shù)研究了APRI對(duì)殘留硝酸鹽遷移利用的影響。該研究“Effects of alternate partial root-zone irrigation on the utilization and movement of nitrates in soil by tomato plants”發(fā)布于Scientia Horticulturae上。
# 應(yīng)用文章
02 案例分享
研究模型
采用模擬土柱進(jìn)行試驗(yàn)，模具采用自制的無(wú)底圓柱形鋁桶，將一層農(nóng)用聚乙烯薄膜緊密地貼在桶的內(nèi)壁上，將來(lái)自不同原始層的混合過(guò)篩的土壤填充到鋁桶中。在土壤灌漿過(guò)程中，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)將外源15N標(biāo)記到相應(yīng)的土層中。另外在土柱中部設(shè)置一層聚乙烯薄膜，形成兩個(gè)相等的根室。選擇60d大小均勻的番茄幼苗及其苗木容器，將其連同苗木一起移栽到土柱中地膜的中心孔內(nèi)。這種薄膜將土柱分成兩個(gè)均勻的根區(qū)隔間，以防止灌溉水流向相反的根區(qū)。灌溉模式包括常規(guī)充分灌溉(CI)和根系分區(qū)交替滴灌 (APRI)。
生物量與氮素吸收
如表3、4所示，在試驗(yàn)中，15N標(biāo)記層的深度對(duì)番茄的生長(zhǎng)沒(méi)有顯著影響。APRI雖使植株總吸氮量下降接近10%，但對(duì)果實(shí)吸氮量無(wú)顯著影響。這說(shuō)明APRI促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和碳水化合物向果實(shí)的轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)了果實(shí)的生長(zhǎng)。
在產(chǎn)量相近的情況下，APRI可節(jié)約灌溉水31%~33%，因此APRI在節(jié)水和提高農(nóng)業(yè)農(nóng)場(chǎng)產(chǎn)量方面提供了巨大的潛力。
不同土層標(biāo)記的番茄植株對(duì)15N的吸收利用
在相同的澆水條件下，果實(shí)和植物對(duì)標(biāo)記氮的總吸收和利用速率在15N標(biāo)記層較深層顯著降低(表5)。但是，在40~50 cm深度，APRI處理的果實(shí)對(duì)15N的吸收大于CI處理(14.1%)。這一結(jié)果表明：
(1) APRI能促進(jìn)植物對(duì)殘留氮素的吸收和利用。
(2) 促進(jìn)15N從莖和葉向果實(shí)的轉(zhuǎn)移，受15N標(biāo)記層深度的影響。
大量研究還表明，APRI可以減少灌溉水的總量和土壤剖面下的深層滲漏，這有利于硝態(tài)氮在土壤中的積累，從而減少其淋溶，并增加其最終被植物吸收和利用的可能性。
根在土壤剖面中的分布
收獲后測(cè)定根系干重和根長(zhǎng)密度，番茄根系生物量和根長(zhǎng)密度隨著土層深度的增加而降低(圖4)。
APRI促進(jìn)了番茄根系的生長(zhǎng)，特別是細(xì)根的生長(zhǎng)，從而提高了根冠比。研究表明，APRI改善了土壤通氣性，通過(guò)反復(fù)干燥和潮濕，APRI可以通過(guò)增加根表面積、根長(zhǎng)密度和根干重來(lái)刺激根系的補(bǔ)償性生長(zhǎng)。
這些結(jié)果表明，APRI有助于營(yíng)養(yǎng)器官營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向果實(shí)的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而提高番茄產(chǎn)量。
總 結(jié)
灌水方式和15N標(biāo)記層深度對(duì)土壤中殘留硝酸鹽的行為有顯著影響。與土壤表層(10~20 cm)的殘留硝態(tài)氮相比，下層(40~50 cm)的硝態(tài)氮被番茄植株吸收的潛力較小，淋洗距離較小。APRI促進(jìn)了根系的生長(zhǎng)，尤其是細(xì)根的生長(zhǎng)，減少了土壤剖面中殘留硝態(tài)氮的淋失。APRI促進(jìn)了殘留硝酸鹽的吸收，促進(jìn)了氮素從莖和葉向果實(shí)的轉(zhuǎn)移。在APRI模式下促進(jìn)了果實(shí)的生長(zhǎng)，與CI下相比，平均減少了36.6%的灌水量。
