不同施氮处理对西藏绿肥植物幼苗根系生长的影响
作者： 赵帅 代雪 柏要强 刘贤 王瑶
摘要 为了解青藏高原地区施用氮肥对绿肥植物根系产生的效应。以绿肥植物（紫花苜蓿和箭筈豌豆）为试验材料，采取不同施氮水平（0、0.06、0.12、0.18、0.24、0.30 g/dm2）在西藏农牧学院设计盆栽试验，研究不同施氮处理对绿肥植物根系、生长特征的影响。结果表明，紫花苜蓿根系长度、投影面积、面积、表面积、体积、分叉数等指标在不同施氮水平下都呈先下降后上升再下降后上升的趋势，且在N5处理（0.30 g/dm2）时变化幅度最大，高于对照组。箭筈豌豆根尖数等指标都表现出先降低后增加再降低的趋势；根长、根投影面积、根面积、根表面积、根体积和根分叉数呈先逐渐增加后降低再增加的趋势。当超过0.18 g/dm2（N3处理）时，会显著影响箭筈豌豆的根系生长。对于紫花苜蓿，低氮水平对根系生长影响不明显，高浓度的氮元素有助于促进植物的根系生长。对于箭筈豌豆，氮肥施用过量会显著影响箭筈豌豆的根系生长。因此，在绿肥植物的生长管理中要控制好适宜氮素浓度，以达到最佳的生产效益。研究结果为西藏地区氮肥施用技术的完善提供了理论依据，也为紫花苜蓿和箭筈豌豆的大面积栽培提供了科学的参考。
关键词 施氮；紫花苜蓿；箭筈豌豆；根系生长
中图分类号 Q 945 文献标识码 A
文章编号 0517-6611（2024）22-0151-06
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.22.032
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Effects of Different Nitrogen Application Treatments on Root Growth of Green Manure Plants Seedlings in Xizang
ZHAO Shuai， DAI Xue， BAI Yao-qiang et al
（Xizang Agriculture and Animal Husbandry University， Nyingchi，Xizang 860000）
Abstract To study the effect of nitrogen fertilizer on the root system of green fertilizer plants in Qinghai-Tibet Plateau，green manure plants （alfalfa and Vicia sativa） were used as experimental materials in pot experiments with different nitrogen application levels （0，0.06，0.12，0.18，0.24，0.30 g/dm2） in Xizang University of Agriculture and Animal Husbandry.The effects of different nitrogen application treatments on root characteristics of green manure plants were studied. The results showed as follows：the root length，projected area，area，surface area，volume and branch number of alfalfa showed a trend of first decreasing，then increasing and then decreasing under different nitrogen application levels，and the changes were the largest under N5 treatment （0.30 g/dm2），which were higher than those in the control group. The number of root tips of Vicia sativa decreased first，then increased and then decreased.Root length，root projection area，root area，root surface area，root volume and root branching number showed a trend of first gradually increasing，then decreasing and then increasing.Root growth of Vicia sativa was significantly affected when common vetch was more than 0.18 g/dm2（N3 treatment）. In general，for alfalfa，the effect of low nitrogen level on root growth was not obvious，and high concentration of nitrogen was helpful to promote the growth of plant roots.Root growth of Vicia sativa was significantly affected by overapplication of nitrogen fertilizer. Therefore，the appropriate nitrogen concentration should be controlled in the growth management of green manure plants to achieve the best production benefits.The results provide a theoretical basis for the improvement of nitrogen fertilizer application technology in Tibet，and also provide a scientific reference for the large-scale cultivation of alfalfa and Vicia sativa.
Key words Nitrogen application;Alfalfa;Vicia sativa;Root system growth
西藏处于高海拔地区，环境条件相对恶劣，是我国的生态高地。根据最新西藏土壤调查［1］，耕地质量大部分偏低，需要采取多种措施做好培肥提高肥力工作。在国家生态高地、国家减肥增效、高产高效等背景下，通过绿肥植物的种植是提高肥力、又不破坏环境的常见措施。
紫花苜蓿与箭筈豌豆是西藏常见的2种绿肥植物。紫花苜蓿是优良牧草，在全球范围内栽培广泛［2］。草质精良规模化种植较多，适合于粗放式的管理模式［3］。通过种植紫花苜蓿可以提高牧草产量和品质，改善土壤理化性质。箭筈豌豆原产欧洲，现已在我国广为栽培。箭筈豌豆适应性较强，有一定的耐旱、耐寒、耐瘠薄能力；用途广泛，既可用作肥田，又可作畜、禽的优质饲料。2种绿肥植物的良好生长对改善土壤理化性质、提高土壤肥力都有很大的作用。因此，深入研究2种绿肥植物的生长情况，对西藏培育土壤肥力、发展畜牧业产业有重大意义。
氮是植物生长发育过程中所需的重要成分，既是植物构成的组成物质，又是参与各种生理代谢的关键酶［1］，对植物的生命活动以及收获的形成与质量均有重要作用。当前国内外许多学者在氮素对紫花苜蓿和箭筈豌豆生长的影响方面进行了研究。冯博政等［4-5］、乔璟［6］、韩颜隆等［7］、兰志梅［8］、康佳慧等［9］、朱天琦等［10-11］对紫花苜蓿与氮素关系进行了研究；黄佳媛［12］对紫花苜蓿和施磷进行了相关研究。这些研究分别从不同施肥量对紫花苜蓿不同品种的生物量、整个生育期根系特性的影响进行了分析。具体包括根系生物量、根表面积、根体积、根系活力、根瘤数、根瘤重和固氮酶活性等指标，通过分析，相应处理结果均显著高于CK对照，说明随着氮素水平的增加，各形态配比下的根系生物量、根表面积、根体积、根系活力、根瘤数、根瘤重和固氮酶活性均呈增加趋势。也有部分学者对氮素与箭筈豌豆根系之间的相互关系进行了研究。高小莉等［13-14］、吴晓娟等［15］、韩钟英等［16］、星鹏珍［17］分别从各自角度分析了箭筈豌豆与氮肥、磷肥之间的关系，相比不施肥，氮肥施用对箭筈豌豆的根系长度、地下生物量有促进作用。由此可知，适量施氮不但能促进绿肥植物根的分枝，增大根长，增加根重，也对绿肥植物的生长、发育乃至产量和品质都有重要影响。
虽然当前氮肥对绿肥植物影响的研究较多，但对根系生长的研究主要集中在东部中部地区，对青藏高原地区根系形态及生长特性影响方面的研究较少。因此，笔者通过盆栽试验探究西藏高原地区气候下不同施氮处理对绿肥植物根系生长方面的影响，不仅可以为绿肥植物的高产栽培以及推广利用提供理论依据，也对保护高原地区草地、维持土壤肥力等具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验基地位于西藏林芝市西藏农牧学院苗圃大棚（94°37′E，29°64′N）。该地区以高原温带湿润和半湿润季风气候为主。海拔为3 000 m，年平均降水量650 mm左右，平均气温6～7 ℃，年日照时数2 022 h，无霜期180 d。土壤质地以砂土或砂质壤土为主，土壤有机质含量较少，土壤偏碱性，pH 7.6～8.9。
试验盆钵直径24 cm，高18 cm，盆钵底部有小孔。将试验土壤去除石子及枯枝落叶，过筛后装盆，每盆装土至盆身约3/5。土壤理化性质：pH 5.86，全氮1.21 g/kg，全磷2.37 g/kg，水解性氮185.5 mg/kg，有效磷143.6 mg/kg，全钾17.9 g/kg，速效钾107 mg/kg。
1.2 试验设计
供试材料为紫花苜蓿和箭筈豌豆种子。播后置于温室大棚内。播种后10 d，用挖洞施肥法施肥，埋深1～2 cm。栽植后第45天把绿肥植物根系采样测定。通过在大棚中运用单因素随机区组设计进行盆栽试验。施氮处理为0、0.06、0.12、0.18、0.24、0.30 g/dm2 6个梯度水平，分别用N0、N1、N2、N3、N4、N5表示。设置3组重复试验。
1.3 样品采集与测定
进行绿肥植物根系分析的方法有很多，如Win RHIZ Tron MF分析仪器、Win RHIZO Pro分析仪器、DJ-GX02根系分析测量系统等。在绿肥植物苗期采集植物样品，将其根部剪下并清洗干净。然后使用台式扫描仪（Win RHIZO Pro）对根系进行扫描，并将扫描图像存储在电脑中。最后使用根系分析软件对这些图像的长度、投影面积、面积、表面积、体积、平均直径、根尖数、分叉数进行分析。
1.4 数据处理与分析
试验数据采用SPSS 25.0进行单因素方差分析和显著性检验，用Duncan法进行多重比较，差异显著水平0.05，采用GraphPad Prism 8进行作图。