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稳定同位素氮15标记示踪剂确证APRI对番茄和土壤硝酸盐利用和迁移的影响

2021-11-25 13:58     来源:元素与示踪     氮15同位素示踪法稳定同位素

01 前言概述

目前由于国内对氮肥的大量使用,造成了地下水硝酸盐污染。减轻这种污染的一个有效方法是加强植物对不同土层硝态氮的吸收,大量研究表明,根系分区交替滴灌 (APRI)技术可以减少水的深度渗透,减少硝态氮的淋溶,增加其在土壤中的积累,从而被植物充分吸收利用。然而,这些研究大多没有区分残留氮在特定土壤中的去向。

一般来说,残留氮在不同土层中的迁移和利用可能有很大的不同。杭州电子科技大学的研究团队选择西红柿作为研究对象,采用15N示踪技术和模拟土柱法,由上海化工研究院提供K15NO3示踪剂及15N丰度检测技术研究了APRI对残留硝酸盐迁移利用的影响。该研究“Effects of alternate partial root-zone irrigation on the utilization and movement of nitrates in soil by tomato plants”发布于Scientia Horticulturae上。

# 应用文章

 

02 案例分享

研究模型

采用模拟土柱进行试验,模具采用自制的无底圆柱形铝桶,将一层农用聚乙烯薄膜紧密地贴在桶的内壁上,将来自不同原始层的混合过筛的土壤填充到铝桶中。在土壤灌浆过程中,按照试验设计将外源15N标记到相应的土层中。另外在土柱中部设置一层聚乙烯薄膜,形成两个相等的根室。选择60d大小均匀的番茄幼苗及其苗木容器,将其连同苗木一起移栽到土柱中地膜的中心孔内。这种薄膜将土柱分成两个均匀的根区隔间,以防止灌溉水流向相反的根区。灌溉模式包括常规充分灌溉(CI)和根系分区交替滴灌 (APRI)。

生物量与氮素吸收

如表3、4所示,在试验中,15N标记层的深度对番茄的生长没有显著影响。APRI虽使植株总吸氮量下降接近10%,但对果实吸氮量无显著影响。这说明APRI促进了营养物质和碳水化合物向果实的转运,促进了果实的生长。

在产量相近的情况下,APRI可节约灌溉水31%~33%,因此APRI在节水和提高农业农场产量方面提供了巨大的潜力。


 

不同土层标记的番茄植株对15N的吸收利用

在相同的浇水条件下,果实和植物对标记氮的总吸收和利用速率在15N标记层较深层显著降低(表5)。但是,在40~50 cm深度,APRI处理的果实对15N的吸收大于CI处理(14.1%)。这一结果表明:

(1) APRI能促进植物对残留氮素的吸收和利用。

(2) 促进15N从茎和叶向果实的转移,受15N标记层深度的影响。

大量研究还表明,APRI可以减少灌溉水的总量和土壤剖面下的深层渗漏,这有利于硝态氮在土壤中的积累,从而减少其淋溶,并增加其最终被植物吸收和利用的可能性。

根在土壤剖面中的分布

收获后测定根系干重和根长密度,番茄根系生物量和根长密度随着土层深度的增加而降低(图4)。

APRI促进了番茄根系的生长,特别是细根的生长,从而提高了根冠比。研究表明,APRI改善了土壤通气性,通过反复干燥和潮湿,APRI可以通过增加根表面积、根长密度和根干重来刺激根系的补偿性生长。

这些结果表明,APRI有助于营养器官营养物质向果实的转运,从而提高番茄产量。

总 结

灌水方式和15N标记层深度对土壤中残留硝酸盐的行为有显著影响。与土壤表层(10~20 cm)的残留硝态氮相比,下层(40~50 cm)的硝态氮被番茄植株吸收的潜力较小,淋洗距离较小。APRI促进了根系的生长,尤其是细根的生长,减少了土壤剖面中残留硝态氮的淋失。APRI促进了残留硝酸盐的吸收,促进了氮素从茎和叶向果实的转移。在APRI模式下促进了果实的生长,与CI下相比,平均减少了36.6%的灌水量。

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