不同浓度NH4NO3对高羊茅生长及养分吸收的影响
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摘要：为了解氮素供应状况（同时提供NH+4-N和NO-3-N）对草坪草生长和养分吸收特性的影响，以硝酸铵（NH4NO3）为供试肥料，通过盆栽试验研究了不同氮浓度（0、2.5、10 mmol/L）下高羊茅的生长及养分吸收状况。结果表明，添加外源硝酸铵高羊茅株高、干物质累积量增加，根系平均直径增大，总根长和根表面积降低，根系直径在<0.3 mm和>0.9 mm范围内的根长显著减少;与2.5 mmol/L氮处理相比，10 mmol/L氮浓度植株地上部干物质累积量、根长、根表面积降低。随外源氮浓度的升高，植株地上部氮、钾含量和氮、磷、钾养分吸收量呈上升趋势，地上部氮、钾的分配比例提高;地下部养分含量随氮浓度的增加而增加，氮、钾累积量各处理差异不显著。增加氮浓度单位根长的氮、钾养分吸收量提高，2.5 mmol/L和10 mmol/L氮浓度处理单位根长吸磷量差异不显著。综合分析高羊茅植株地上部和根系生长状况，2.5 mmol/L氮浓度更有利于促进高羊茅植株生长，提高养分吸收量，节约氮资源。
关键词：高羊茅;硝酸铵;地上部;根系;养分吸收
中图分类号：S543+ .906文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）04-0094-06
Abstract In order to understand the effects of nitrogen （N） supply （providing NH+4-N and NO-3-N simultaneously） on the growth and nutrition absorption characteristics of turfgrass， using ammonium nitrate （NH4NO3） as the test fertilizer， a pot experiment was conducted to study the growth and nutrition absorption of Festuca arundinacea at different nitrogen concentrations （0， 2.5， 10 mmol/L）.The results showed that the plant height， dry matter accumulation of shoot and root average diameter of Festuca arundinacea increased with exogenous N supply， while the total root length， root surface area and the length of roots in the range of <0.3 mm and >0.9 mm diameter decreased significantly. Compared with 2.5 mmol/L N treatment， the dry matter accumulation of shoot， total root length and the root surface area of plants decreased with 10 mmol/L N. With exogenous N increasing， the N and potassium （K） contents and the N， phosphorus （P）， K absorption of shoot increased， meanwhile， the proportion of N and K distributed in the shoot increased. The nutrients concentration in the underground of plant increased with the increasing of exogenous N， and no significant differences were found in N and K contents between treatments. The N and K absorption amounts per unit root length increased with the increasing of N supply， and there was no significant difference in the absorption amount of P per unit root length between 2.5 mmol/L and 10 mmol/L N treatments. Comprehensive analysis on the growth of shoot and root， 2.5 mmol/L exogenous N was more conducive to promote the growth and nutrition absorption of Festuca arundinacea， and save N resources.
Keywords Festuca arundinacea;Ammonium nitrate; Shoot; Root; Nutrition absorption
草坪是多年生低矮草本植物在天然形成或人工建植后，經养护管理而形成的相对均匀、平整的草地植被，具有美化生活环境，调节小气候，防止噪音、净化空气等作用，成为城市绿化不可缺少的组成部分[1]。草坪建成后，必须加强养护管理，才能使草坪生长健壮、整齐、美观，达到一定的观赏效果和使用目的[2]。合理施肥是草坪养护的重要技术措施之一，定期并适量地对草坪进行施肥管理，可促进草坪草生长发育，提高草坪质量[3， 4]。 氮是草坪草生长发育必不可少且需要量最多的营养元素，也是影响草坪质量的主要因素，已有较多研究证明合理施用氮肥在改善草坪色泽，提高草坪质量方面具有重要作用[5-7]。在草坪氮肥管理中，可以选用的氮肥品种较多，氮肥施入土壤后，大部分肥料氮在微生物的作用下发生复杂的转化过程，最终以铵态氮（NH+4-N）和硝态氮（NO-3-N）两种无机氮素的形态被植物吸收利用。氮素形态及用量不同，植物地上和地下部产生的反应也不相同[8-10]。已有研究表明，铵态氮和硝态氮同时供应可促进植株生长，提高植物的抗逆能力[11]。
在有关草坪的氮素营养研究中，铵态氮和硝态氮配比及浓度对草坪草生长及营养生理方面的影响报道较少。本试验以我国北方地区广泛种植的冷季型草坪草高羊茅（Festuca arundinacea Schreb）为供试植物，以NH4NO3为氮源，在同时提供铵态氮和硝态氮的情况下，研究不同氮浓度对高羊茅生长和养分吸收的影响，以期为高羊茅合理进行氮素管理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于2017年4—6月在聊城大学生态园内进行。供试植物为冷季型草坪草高羊茅，品种“火龙”。
1.2 试验设计
采用盆栽培养试验法，以石英砂为栽培介质，盆钵长、宽均为10 cm，高12 cm。试验采用单因素完全随机设计，以NH4NO3为氮源（NH+4-N和NO-3-N比例为1∶1），共设3个处理，氮浓度分别为0、2.5、10 mmol/L（分别用N0、N2.5、N10表示），重復4次。试验以Hoagland’s缺氮营养液为基础，配合不同浓度的NH4NO3处理进行栽培管理，其中，缺氮营养液包括2.0 mmol/L KH2PO4，2.5 mmol/L MgSO4·7H2O，5.0 mmol/L CaCl2，5.0 mmol/L KCl，0.02 mmol/L EDTA·FeNa，6.7 μmol/L MnSO4·H2O，0.3 μmol/L CuSO4·5H2O，0.765 μmol/L ZnSO4·7H2O，46.0 μmol/L H3BO3和0.5 μmol/L H2MoO4。播种前，将石英砂用1.0 mol/L HCl浸泡30 min，用去离子水洗净，装盆，每盆石英砂装载量620 g。4月23日，选择整齐、饱满、无病虫害的高羊茅种子，每盆均匀播种30粒，播深1 cm，浇去离子水100 mL。5月1日出苗，之后每2天浇营养液一次，每次浇50 mL/钵。6月15日取样测定各项指标，全培养生长期54天。
1.3 测定项目与方法
将植株地上部与根系分开。取地上部，将植株平展，用钢卷尺测定株高;地下部根系洗净，采用根系形态分析软件WinRHIZO（2004b）分析根长、根表面积和根直径。植株地上部、地下部样品在75℃下烘干至恒重，测定干物质累积量。烘干后的植株地上部与地下部磨细，采用H2SO4-H2O2消煮，凯氏定氮法测定全氮，钒钼黄比色法测定全磷，火焰光度法测定全钾。
1.4 数据分析
试验数据均采用Microsoft Excel 2010进行处理，用SPSS 18.0统计软件进行方差分析和多重比较。
2 结果与分析
2.1 不同浓度NH4NO3对高羊茅地上部生长的影响
由表1看出，高羊茅地上部的生长状况对氮素水平的反应不同，两施氮处理N2.5与N10的株高、地上部鲜重、干重、含水量均显著高于不施氮处理N0。其中，株高、地上部含水量两施氮处理间差异不显著;地上部鲜重、干重N2.5处理显著高于N10。表明外源硝酸铵添加可促进高羊茅植株地上部生长，氮浓度为2.5 mmol/L处理有利于地上部干物质积累。
2.2 不同浓度NH4NO3对高羊茅植株根系发育的影响
高羊茅根系的生长发育状况与外源硝酸铵的氮素供应水平有关。由表2看出，根鲜重无氮处理N0显著高于两施氮处理N2.5、N10，两施氮处理之间根鲜重差异不显著;根干重、地下部含水量各处理间差异不显著;根长、根表面积N0与N2.5差异不显著，但显著高于N10。平均根直径N0最小，N2.5、N10差异不显著。表明本试验条件下，无外源氮添加可促进植株根系发育，根长和根系吸收面积增加，平均根直径降低;氮浓度在2.5 mmol/L的条件下，高羊茅植株具有较大的根长和根表面积，根系生长良好;10 mmol/L氮浓度处理植株根系生长受到抑制。
对高羊茅不同根系直径的根长分布状况的分析结果（表3）表明，外源硝酸铵的添加显著影响直径在<0.3 mm和>0.9 mm范围内的根系长度。根系直径在<0.1 mm和0.1～0.3 mm范围内，根系长度各处理间变化趋势相同且差异显著，表现为N0最大，N2.5次之，N10最小;根系直径在>0.9 mm的情况下，N0处理的根长显著高于N10，与N2.5差异未达显著水平;外源硝酸铵对0.3～0.5、0.5～0.7、0.7～0.9 mm范围的根系长度影响不显著。由此分析，无外源氮添加可增加根系直径<0.3 mm的根长，>0.9 mm的根系长度与2.5 mmol/L氮浓度处理差异不显著;2.5 mmol/L与10 mmol/L的氮浓度处理相比，根长差异主要表现在<0.3 mm根系直径范围内。
2.3 不同浓度NH4NO3对高羊茅植株养分吸收的影响
由表4看出，添加外源硝酸铵显著影响了高羊茅地上部养分含量和养分吸收量。随氮素浓度的增加，植株地上部氮含量逐渐增加，N10处理显著高于N2.5和N0， N0和N2.5两处理间差异不显著;地上部磷含量N0和N2.5差异不显著，显著高于N10;各处理地上部钾含量变化趋势与氮相同，N10显著高于N0，与N2.5差异不显著。N2.5和N10地上部氮、钾吸收量差异不显著，但均显著高于N0;各处理地上部磷吸收量差异显著，N2.5最大，N10次之，N0最小。表明随外源硝酸铵浓度的增加，高羊茅植株地上部氮、钾含量逐渐升高，10 mmol/L氮浓度处理地上部磷含量降低，2.5 mmol/L氮浓度的地上部氮、磷、钾养分吸收量最大。 随外源氮素的增加，植株地下部氮、磷、钾含量升高，N10显著高于N2.5和N0，后二者之间差异不显著;地下部氮、钾吸收量各处理间差异不显著，磷吸收量N2.5显著高于N0，与N10间差异不显著。表明本试验条件下，增加外源硝酸铵浓度可提高地下部养分含量，2.5 mmol/L氮浓度可提高地下部磷的吸收量，地下部氮、钾吸收量对氮浓度的反应不明显。
2.4 不同浓度NH4NO3对高羊茅草氮磷钾养分分配与根系养分吸收的影响
氮、磷、钾三种养分在地上部和地下部间的分配比例存在差异且与外源硝酸铵的氮浓度密切相关（图1）。在植株吸收的养分总量中，植株地上部氮、磷、钾分配比例分别为79.4%～94.2%、56.2%～79.3%和97.5%～99.5%，从分配比例来看，植株吸收的磷分配于根系的比例最大，其次为氮，钾在根系中分配的比例最小。外源硝酸铵氮浓度显著影响了养分在地上部和地下部的分配比例，N2.5和N10两处理地上部氮、钾分配的比例显著高于无氮处理N0，二者之间差异不显著;N2.5处理地上部磷的分配比例最高，与N0和N10存在显著性差异，后二者之间差异未达显著水平。表明外源硝酸铵提高了地上部氮、钾的分配比例，2.5 mmol/L的氮浓度有利于磷素向地上部的运输和分配。
3 讨论与结论
氮素是植物生长发育所必需的大量营养元素，适量的氮素供应能增加植株绿叶面积，加强光合作用和营养物质的积累，从而促进植物茎、叶等营养器官的生长发育[12]。在草坪的养护管理过程中，合理施用氮肥是促进草坪草生长发育，提高草坪质量的关键因素[13]，氮素用量过多或过少均会影响草坪草的生长发育。白小明等[14]研究表明，氮素是影响高羊茅地上和综合扩展的主要因素，在氮肥用量（N）5～15 g/m2范围内，用量越大，高羊茅植株越高，覆盖面积和地上植物量越大。张吉立等[15]研究表明，氮用量为62.9 kg/hm2的情况下，早熟禾草坪草生长最佳，表现为基部叶片长度、宽度和植株鲜重显著增加。本试验结果表明，无外源硝酸铵添加情况下，高羊茅植株地上部生长受到抑制，2.5 mmol/L氮浓度有利于增加植株地上部鲜重和干物质积累，10 mmol/L与2.5 mmol/L氮浓度处理株高差异不显著，地上部鲜重和干物质积累明显降低，这与江海东等[16]研究不施氮肥高羊茅地上部生长停滞的结论相一致，与其20 mmol/L氮素水平仍可造成高羊茅草坪草徒长的氮素浓度不同，这可能与氮素形态及高羊茅的品种不同有关。
根系是植物吸收水分和养分的主要器官。宋锐等[17]认为根是草坪草遭受逆境胁迫的重要部位，养分供应胁迫条件也显著影响根系的生长发育。李丹丹等[18]以10个坪用价值较高的假俭草种质为材料，在两个氮水平下研究了假俭草种质资源耐低氮营养的差异，结果表明，低氮处理降低了假俭草草层的高度、叶长、叶宽、修剪枝叶干重、残茬干重，而对根系干重没有影响，修剪枝叶、残茬和根系的氮含量和氮积累量降低，这与本试验高羊茅无氮处理具有较大的根长和根系吸收面积，但养分含量和养分吸收量较低的结论相近。植物根系的生长发育状况还与氮素形态密切相关[19， 20]。汪洪等[10]在总结前人研究成果的基础上提出，硝态氮对植物侧根发育具有双向调节，局部供应硝态氮，硝态氮自身作为信号物质通过信号传导通路发生作用，对侧根伸长具有刺激效应，植物组织中高浓度的硝态氮对侧根分裂组织活动具有抑制效应。在外界养分浓度不同的情况下，植物通过增加根系长度或增加单位面积根长等方式实现对养分的吸收[21]。本试验在铵态氮和硝态氮同时供应的情况下，与2.5 mmol/L外源氮浓度处理相比，10 mmol/L氮浓度處理植株根长和根表面积显著降低，单位根长的氮、钾养分吸收量增加，吸磷量差异不显著。
综上所述，无外源氮情况下，高羊茅植株地上部生长受到抑制，根系干物质累积量、根长和根系吸收面积增加。与2.5 mmol/L氮浓度相比，10 mmol/L氮浓度植株地上部鲜重和干物质累积量降低，根长、根表面积下降。随外源硝酸铵氮素浓度的增加，高羊茅植株地上部氮、钾含量和吸收量增加，地下部养分含量逐渐升高，地下部氮、钾吸收量对氮浓度的反应不明显。植株吸收的养分分配于根系的比例大小为磷>氮>钾。增加外源硝酸铵浓度显著提高了单位根长的氮、钾吸收量，单位根长的磷吸收量2.5 mmol/L和10 mmol/L氮浓度无显著性差异。由于栽培基质中的氮素转化具有过程复杂、影响因素多等特点[22]，在实际草坪管理中结果如何，还需要进一步研究。
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