有機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)中甜瓜氮素營養(yǎng)生理研究.pdf

1、近十幾年來國內(nèi)外有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和有機(jī)食品消費(fèi)迅猛發(fā)展。氮素的供應(yīng)狀況對(duì)有機(jī)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)性能和產(chǎn)品品質(zhì)具有重要影響。本研究從分析土壤氮素轉(zhuǎn)化入手，深入分析甜瓜氮素營養(yǎng)生理，并進(jìn)一步研究有機(jī)和常規(guī)處理對(duì)甜瓜的生長發(fā)育、產(chǎn)量品質(zhì)形成和氮素吸收利用的影響。研究結(jié)果有助于揭示土壤有機(jī)氮的礦化規(guī)律，闡明甜瓜對(duì)可溶性有機(jī)氮和無機(jī)氮的吸收利用能力，進(jìn)一步豐富植物氮素營養(yǎng)理論，并為甜瓜合理施肥及有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)。 本研究利用室內(nèi)通氣

2、培養(yǎng)技術(shù)研究了有機(jī)和常規(guī)生產(chǎn)系統(tǒng)中土壤氮素礦化動(dòng)態(tài)：運(yùn)用盆栽和水培試驗(yàn)體系，研究了甜瓜對(duì)有機(jī)氮和無機(jī)氮的吸收利用能力：在有機(jī)和常規(guī)兩種田間生產(chǎn)系統(tǒng)中，研究了不同施肥水平對(duì)甜瓜生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成及氮素吸收的影響。主要研究結(jié)果如下： 1.有機(jī)和常規(guī)生產(chǎn)系統(tǒng)中土壤氮素分析 分析了上海兩個(gè)有機(jī)農(nóng)場的土壤氮素性狀，結(jié)果表明有機(jī)生產(chǎn)管理改變了土壤的氮素營養(yǎng)性狀，在總氮含量相同或略高的條件下，其無機(jī)氮含量比常規(guī)生產(chǎn)系統(tǒng)中土壤低2

3、2.4％～36.8％。 利用室內(nèi)通氣培養(yǎng)和14C標(biāo)記技術(shù)研究了有機(jī)、轉(zhuǎn)換期和常規(guī)生產(chǎn)系統(tǒng)中土壤的氮素礦化動(dòng)態(tài)及三種土壤對(duì)添加氨基酸和多肽礦化的影響。土壤礦化培養(yǎng)過程中不同生產(chǎn)系統(tǒng)土壤的無機(jī)氮(SIN)含量均明顯增加，游離氨基酸含量呈先升高后下降的趨勢，可溶性有機(jī)氮(SON)持續(xù)增加，不同生產(chǎn)系統(tǒng)中土壤間表現(xiàn)為有機(jī)土壤(OS)＞常規(guī)土壤(CS)＞轉(zhuǎn)換期土壤(TS)，但SON與SIN的比值大幅下降。三種土壤氮素的礦化勢、礦化速率和銨

4、化速率均表現(xiàn)為OS＞CS＞TS，而其硝化速率沒有顯著差異。土壤對(duì)外源添加的14C-氨基酸、多肽的礦化速率的響應(yīng)表現(xiàn)為OS＞TS＞CS，培養(yǎng)24h后14C-氨基酸、多肽被微生物利用量均超過50％。低分子量的SON在土壤中的周轉(zhuǎn)迅速，培養(yǎng)24h后土壤中14C-氨基酸的分解率達(dá)到起始值的56.3％～95.4％，殘留在不同土壤中的14C-氨基酸的含量均表現(xiàn)為CS＞TS＞OS。在礦化過程中，影響SON含量的瓶頸不是微生物利用低分子量SON的速率，

5、而是SON從生物體釋放進(jìn)入土壤的速率。 在盆栽模擬試驗(yàn)條件下，以空白施肥為對(duì)照(CK)，研究了有機(jī)氮(ON)和無機(jī)氮(IN)處理中土壤氮素的礦化及其對(duì)甜瓜生長和氮素吸收的影響。結(jié)果表明無植株的空白土壤SIN和SON含量都呈單峰曲線增長模式。無機(jī)氮(IN)處理土壤的SIN含量顯著高于有機(jī)氮(ON)和對(duì)照(CK)處理。CK和ON處理土壤SON與SIN的比值在0.34～0.59之間，大于IN處理的0.25～0.35。 種植甜瓜

6、種苗的土壤中SON和SIN含量持續(xù)下降，兩者的比值呈上升趨勢。施肥顯著促進(jìn)了甜瓜植株的生長、氮素含量和氮素吸收量，IN處理效果尤其顯著。雖然單位時(shí)間內(nèi)甜瓜傷流液中可溶性氮總量表現(xiàn)為IN＞ON＞CK，但CK和ON處理從土壤中吸收了較高比例的SON。土壤中礦化出的SON含量較高，甜瓜能直接吸收，其貢獻(xiàn)不容忽視。盡管甜瓜仍以吸收SIN為主，但在SIN含量低的情況下也能吸收SON作為補(bǔ)充。 2.甜瓜對(duì)不同形態(tài)氮素的吸收--甜瓜氮素營養(yǎng)生

7、理分析 開放水培條件下研究了相同氮濃度(3.0mmol·L-1)的氨基酸態(tài)氮(Gly-N)和無機(jī)氮(NO3--N、NH4+-N)對(duì)甜瓜幼苗生長和氮素吸收的影響。與NO3--N處理相比，NH4+-N和Gly=N處理都顯著抑制了甜瓜幼苗根系和地上部的生長。不同氮素形態(tài)處理的甜瓜植株根長、根體積和根表面積均表現(xiàn)為NO3--N＞Gly-N＞NH4+-N(p＜0.05)，甜瓜的葉綠素含量、植株平均氮含量和氮吸收量也表現(xiàn)為相同的規(guī)律。NH4

8、+-N處理甜瓜出現(xiàn)明顯的氨毒害癥狀。與NO3--N處理相比，NH4+-N和Gly-N處理提高了甜瓜根系的氮素分配比例。NH4+-N處理顯著降低了營養(yǎng)液的pH值，而Gly-N處理提高了營養(yǎng)液的pH值。不同氮素形態(tài)處理營養(yǎng)液pH值的變化是影響甜瓜幼苗生長和氮素吸收的重要因素。雖然甜瓜是喜硝作物，氨基酸態(tài)氮也可以成為其良好的氮源。 采用無菌水培方法研究了甜瓜對(duì)氨基酸態(tài)氮和無機(jī)氮的吸收動(dòng)力學(xué)特性。結(jié)果表明，在氮素濃度為0.1～2mmol

9、·L-1的范圍內(nèi)，甜瓜對(duì)氨基酸態(tài)氮和無機(jī)氮的吸收都符合米氏方程，最大吸收速率(Vmax)和親和力(1/Km)均表現(xiàn)為NO3--N＞NH4+-N＞Gly-N，高的最大吸收速率和高的親和力相統(tǒng)一。NH4+-N(1mmol·L-1)的存在促進(jìn)了甜瓜吸收NO3--N的能力，在提高吸收速率的同時(shí)提高了離子親和力。 3.有機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)中甜瓜對(duì)氮素的吸收利用及其產(chǎn)量、品質(zhì)形成在有機(jī)和常規(guī)兩種生產(chǎn)系統(tǒng)中，研究了土壤中速效氮的變化和甜瓜對(duì)氮素的吸

10、收。在甜瓜的生長發(fā)育過程中有機(jī)肥料向土壤中提供了與常規(guī)處理相同水平的速效氮。甜瓜植株的氮素含量在生育過程中逐漸降低，氮素吸收量逐漸增加，常規(guī)處理顯著高于有機(jī)處理，而生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部不同的施肥水平之間差異不顯著。常規(guī)處理中甜瓜的氮素吸收速率顯著高于有機(jī)處理，同時(shí)植株體內(nèi)積累了較多的硝態(tài)氮，但氮素利用效率較低。在有機(jī)和常規(guī)生產(chǎn)系統(tǒng)中，甜瓜都是以吸收無機(jī)氮為主；吸收的有機(jī)氮中蛋白質(zhì)態(tài)氮含量顯著高于氨基酸態(tài)氮，在有機(jī)系統(tǒng)中吸收了高比例的有機(jī)氮。

11、 在有機(jī)和常規(guī)兩種生產(chǎn)系統(tǒng)中，研究了不同施肥水平對(duì)春秋兩季甜瓜生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響。有機(jī)和常規(guī)兩種生產(chǎn)系統(tǒng)中甜瓜植株生物量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量沒有顯著差異；在同一生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)，施肥量對(duì)植株生物量和產(chǎn)量均無顯著影響，春秋兩季規(guī)律一致。春季植株的總生物量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量大于秋季，這是由春季生長期間高的積溫所決定的。甜瓜的干物質(zhì)分配在伸蔓期以葉片為主，中后期以果實(shí)為主，不同的生產(chǎn)系統(tǒng)和施肥水平都未影響干物質(zhì)在各器官的分配比例。 有機(jī)和常規(guī)

12、生產(chǎn)系統(tǒng)以及施肥水平都未改變甜瓜果實(shí)發(fā)育和糖分積累規(guī)律。甜瓜果實(shí)在進(jìn)入成熟期前，以葡萄糖和果糖積累為主，進(jìn)入成熟期，蔗糖積累迅速，總糖含量持續(xù)上升。生產(chǎn)系統(tǒng)和施肥水平對(duì)果實(shí)TSS和糖分含量都沒有影響。與常規(guī)生產(chǎn)處理相比，有機(jī)生產(chǎn)顯著提高了甜瓜果實(shí)Vc含量，春季和秋季分別平均提高16％和21％；有機(jī)生產(chǎn)降低了甜瓜果實(shí)的硝酸鹽含量，春季和秋季分別平均降低12％和16％，這與低的果實(shí)氮素含量顯著相關(guān)。有機(jī)甜瓜在一定程度上提高了果實(shí)品質(zhì)，但不受

13、有機(jī)施肥水平的影響。 綜上所述，土壤培養(yǎng)過程中礦化出的SON含量較高，影響其含量的瓶頸是SON從微生物體釋放進(jìn)入土壤的速率。甜瓜對(duì)氨基酸態(tài)氮和無機(jī)氮的吸收均符合米氏方程，氨基酸態(tài)氮也可以成為甜瓜良好的氮源。雖然甜瓜仍以吸收SIN為主，但在SIN含量低的情況下也能吸收SON作為補(bǔ)充。常規(guī)生產(chǎn)系統(tǒng)中甜瓜的氮素積累量顯著高于有機(jī)處理，但氮素利用效率較低。在有機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)中甜瓜獲得了與常規(guī)生產(chǎn)系統(tǒng)相同的植株生物量和產(chǎn)量，并在一定程度上提高