苗惠田， 呂家瓏， 張文菊， 徐明崗*， 黃紹敏， 張水清

(1 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 陜西楊凌 712100；2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，農(nóng)業(yè)部作物營養(yǎng)與施肥重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081； 3 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州 450002)

潮土小麥碳氮含量對(duì)長期不同施肥模式的響應(yīng)

苗惠田1,2， 呂家瓏1*， 張文菊2， 徐明崗2*， 黃紹敏3， 張水清3

(1 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 陜西楊凌 712100；2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，農(nóng)業(yè)部作物營養(yǎng)與施肥重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081； 3 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州 450002)

【目的】以潮土21年長期定位試驗(yàn)為基礎(chǔ)，分析不同施肥模式下冬小麥不同生育期的地上部生物量、碳氮含量、碳氮比及碳氮積累量，探討冬小麥碳氮含量對(duì)不同施肥模式的響應(yīng)規(guī)律。【方法】試驗(yàn)包括不施肥(CK)、單施氮肥(N)、施氮磷肥(NP)、施氮鉀肥(NK)、氮磷鉀配施(NPK)、氮磷鉀肥配施有機(jī)肥(NPKM)、施氮磷鉀肥及玉米秸稈還田(NPKS)7個(gè)處理。在2011_2012年冬小麥生長季，分別采集越冬、拔節(jié)、灌漿、成熟四個(gè)生育時(shí)期地上部植株樣品，利用EuroVector EA3000型元素分析儀對(duì)小麥植株樣品的全碳、全氮含量進(jìn)行測(cè)定?！窘Y(jié)果】NPK、NPKM和NPKS處理均能顯著提高各生育期小麥地上部干重，其中NPKM處理小麥地上部干重在越冬、拔節(jié)、灌漿、成熟期分別比CK提高了111%、194%、238%、206%，除越冬期外，等量氮肥條件下，NPK、NPKM和NPKS 3個(gè)處理間小麥同一生育期地上部干重?zé)o顯著差異，說明與氮磷鉀配施相比，有機(jī)無機(jī)配施與秸稈還田這兩種措施并不能顯著提高小麥地上部生物量；小麥地上部碳含量受不同施肥影響很小，不同生育期小麥地上部碳含量平均值為410 g/kg；小麥成熟期地上部氮含量以N和NK處理最高，分別達(dá)到19.4和18.1 g/kg，其中N處理小麥地上部氮含量分別比NPKM和NPKS處理高52%和66%。隨著生育期的推移，各處理小麥氮含量逐漸降低，總體表現(xiàn)為越冬期>拔節(jié)期>灌漿期≥成熟期；在整個(gè)生育期中各施肥處理碳含量基本保持不變而氮含量呈逐漸下降趨勢(shì)，這就使得各施肥處理地上部分C/N比隨生育期的推移呈逐漸增加趨勢(shì)；不同施肥下小麥碳積累量差異性和地上部干物質(zhì)重差異性規(guī)律一致，而不同施肥下地上部氮積累量差異性不同于干物質(zhì)重的差異性，以NP處理最高，達(dá)545 kg/hm2，分別比NPKM和NPKS處理高61%和68%?！窘Y(jié)論】施肥方式不能顯著改變小麥碳含量但能影響氮含量，因此小麥生物量大小決定了其碳的積累量，相應(yīng)地，C/N比大小則由氮含量決定。氮磷鉀配施、有機(jī)無機(jī)配施及秸稈還田處理下，小麥具有較高的生物量從而具有較高的碳氮積累量，這有利于增加農(nóng)田系統(tǒng)碳、氮積累，提升土壤碳、氮肥力。

長期施肥； 小麥； 碳含量； 氮含量； 碳氮比

碳、氮代謝相互制約、相互促進(jìn)[1]，是作物內(nèi)部最基本的代謝方式，同時(shí)也是保障作物正常生長發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，在很大程度上決定了作物產(chǎn)量的高低[2]。作物碳、氮含量及碳、氮比是反映作物體內(nèi)碳、氮代謝相對(duì)強(qiáng)弱狀況的指標(biāo)。Osaki等[3]認(rèn)為過量的氮素運(yùn)移會(huì)導(dǎo)致作物地上部分的葉片光合能力下降，阻礙光合作用，從而有可能影響到碳、氮向作物正在發(fā)育的籽粒中的正常輸送，降低氮肥利用率，不利于作物產(chǎn)量提升[4]。隨著氮肥投入水平的提高，作物的氮素運(yùn)轉(zhuǎn)率會(huì)隨之增加，進(jìn)而增加氮吸收量，提高作物氮含量[5-7]。Kuzyakov和Domanski[8]研究發(fā)現(xiàn)，施用高量氮肥會(huì)使作物光合碳向地下土壤碳庫的轉(zhuǎn)運(yùn)量減少，而且過量氮的投入會(huì)導(dǎo)致作物生長量下降，不但增加成本而且會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。施磷能夠促進(jìn)植物體內(nèi)硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的同化，增強(qiáng)根系吸氮能力，有助于氮素的同化積累[9]。吳明才等[10]研究顯示，植物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成需要光合作用同化的碳作為主要組分，而適當(dāng)?shù)氖┝子兄谥参锏鞍踪|(zhì)的積累，從而間接影響作物碳代謝。鄒鐵祥等[11]研究認(rèn)為，施鉀會(huì)顯著促進(jìn)小麥植株氮積累以及貯存氮的轉(zhuǎn)運(yùn)。齊華等[12]研究顯示，施鉀有助于提高作物葉片的光合速率，進(jìn)而影響作物碳代謝。通過前人的研究結(jié)果不難看出，施肥能夠影響作物的碳氮積累代謝進(jìn)而影響作物的產(chǎn)量，且前人多以單一的氮、磷、鉀肥輸入對(duì)作物碳氮含量產(chǎn)生的影響進(jìn)行研究，但對(duì)于不同氮、磷、鉀肥配合施用以及氮、磷、鉀肥配施有機(jī)物料等施肥模式對(duì)作物碳、氮含量及其積累是否有影響，以及作物碳、氮含量對(duì)不同施肥模式的響應(yīng)是否一致，尚缺乏深入系統(tǒng)的研究。同時(shí)，以往有關(guān)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)的研究，多集中在土壤碳、氮累積以及農(nóng)田CO2排放等方面，且多在短期試驗(yàn)條件下進(jìn)行，而長期施肥條件下作物碳氮積累數(shù)量及其特征，尤其是作物碳氮積累對(duì)不同施肥模式的響應(yīng)特征還鮮見報(bào)道。為此，本文以長期定位試驗(yàn)為基礎(chǔ)，取樣分析不同施肥下冬小麥不同生育期的地上部生物量、碳氮含量，以期闡明冬小麥碳氮積累對(duì)不同施肥的響應(yīng)規(guī)律，為作物向土壤系統(tǒng)碳氮投入量的估算提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于國家潮土肥力與肥料效益長期監(jiān)測(cè)基地(北緯34°47′，東經(jīng)113°40′)。該基地地處暖溫帶，年均氣溫14.4℃，年降雨量640.9 mm，無霜期約225 d，年日照時(shí)數(shù)2400 h， 土壤為輕壤質(zhì)潮土。試驗(yàn)始于1990年，試驗(yàn)開始時(shí)的耕層土壤主要性狀為有機(jī)質(zhì)10.2 g/kg、全氮0.65 g/kg、有效磷(P)7.7 mg/kg、速效鉀(K)65 mg/kg、pH 8.3。種植制度為一年兩熟小麥-玉米輪作?；卦肺挥诤幽鲜∴嵵菔校囼?yàn)地于2009年5月采用原狀土搬遷方式移至位于原址北部23 km處的河南省原陽縣祝樓鄉(xiāng)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究選擇該長期試驗(yàn)的如下7個(gè)處理： 1)CK(不施肥)； 2)N(單施氮肥)； 3)NP(施氮磷肥)； 4)NK(施氮鉀肥)； 5)NPK(施氮磷鉀肥)； 6)NPKM(氮磷鉀化肥與有機(jī)肥配施，與NPK處理施氮量相同，其中70%的氮由有機(jī)肥提供)；7)NPKS(施氮磷鉀化肥并玉米秸稈還田，與NPK處理施氮量相同，2002年以前70%的氮由秸稈還田提供，根據(jù)秸稈含氮量確定用量，2003年開始只將該處理玉米秸稈還田，氮不足部分由尿素補(bǔ)充)。氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀，有機(jī)肥為牛糞。氮、磷、鉀肥配比為N ∶P2O5∶K2O=1 ∶0.5 ∶0.5，有機(jī)肥或秸稈帶入土壤磷、鉀的量[13]及具體施肥量見表1。試驗(yàn)用冬小麥品種為鄭麥0856。小區(qū)面積45 m2，重復(fù)3次。2012年耕層土壤主要性狀見表2。

1.3 樣品采集與測(cè)定

在2011_2012年冬小麥生長季，分別采集越冬、拔節(jié)、灌漿、成熟四個(gè)生育時(shí)期地上部植株樣品。植株樣品的采集采用樣方的方法，每小區(qū)采集3個(gè)樣方，樣方面積為25 cm×25 cm。植株鮮樣在105℃條件下殺青30 min，之后在70℃條件下烘干至恒重。烘干后對(duì)植株樣品稱重、粉碎，過0.25 mm篩備用。

利用EuroVector EA3000型元素分析儀，對(duì)小麥植株樣品的全碳、全氮含量進(jìn)行測(cè)定。

植株碳氮積累量采用如下公式計(jì)算：

碳積累量(C， kg/hm2)=植株干物質(zhì)量(kg/hm2)×植株碳含量(C， g/kg)/1000

氮積累量(N， kg/hm2)=植株干物質(zhì)量(kg/hm2)×植株氮含量(N， g/kg)/1000

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)整理采用Microsoft Excel；繪圖采用OriginPro 8.0；統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 17.0，顯著性檢驗(yàn)為LSD 法(P≤ 0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理各生育期小麥地上部生物量

不同施肥處理小麥地上部干重隨生育期的延長而顯著增加，在各生育期的差異規(guī)律基本一致(表3)。

在同一生育期，與不施肥的對(duì)照(CK)相比，N和NK處理沒有顯著提高小麥地上部干重，而NP處理則顯著提高了小麥地上部干重，特別是在成熟期，NP處理小麥地上部干重達(dá)到了CK處理的3.5倍(表3)，同時(shí)NP處理與NPK處理之間小麥地上部干重沒有顯著差異，說明在潮土上施鉀對(duì)小麥的生長發(fā)育無明顯作用。NPK、NPKM和NPKS處理均能顯著提高各生育期小麥地上部干重，其中NPKM處理小麥地上部干重在越冬、拔節(jié)、灌漿、成熟期分別比CK處理提高了111%、194%、238%、206%。除越冬期外，等量氮肥條件下，NPK、NPKM和NPKS 3個(gè)處理間小麥地上部干重在同一生育期無顯著差異，說明與氮磷鉀配施(NPK)相比，有機(jī)無機(jī)配施(NPKM)與化肥加秸稈還田(NPKS)這兩種措施并不能顯著提高小麥地上部生物量，同時(shí)也說明這兩種措施對(duì)提高小麥生物量作用與施用化肥基本相當(dāng)[14]。除了越冬期，N、NP、NK 3個(gè)處理在同一生育期中，NP處理的地上部干重顯著高于單施氮肥處理，而N和NK處理間地上部干重?zé)o顯著差異，說明該土壤磷素是限制其產(chǎn)量的重要因子之一。與單施氮肥和氮鉀肥配施相比，氮肥和磷肥配施處理的增產(chǎn)效果明顯。

注(Note): 同列數(shù)字后不同小寫字母表示同一生育期不同處理間差異顯著 (P≤0.05) Different small letters in the same column mean significant differences between the treatments at the same stage (P≤0.05); 同行數(shù)字后不同大寫字母表示同一處理不同生育期間差異顯著 (P≤0.05) Different capital letters in the same row indicate significant differences among different stages for the same treatment (P≤0.05).

2.2 不同施肥處理小麥各生育期碳、氮含量

由表4可知，在同一生育期，不同施肥對(duì)小麥地上部碳含量影響差異很小，尤其是在成熟期，各施肥處理間小麥地上部碳含量無顯著差異；但在不同生育期之間，由于地下部分各處理拔節(jié)期根系生物量迅速增加[15]，碳主要向根系轉(zhuǎn)運(yùn)[16]，因而小麥地上部碳含量總體表現(xiàn)為拔節(jié)期低于越冬、灌漿以及成熟期，其中NPKM處理成熟期地上碳含量比拔節(jié)期碳含量高3%。

總體來看，小麥地上部碳含量受不同施肥處理影響很小，不同生育期小麥地上部碳含量平均值為410 g/kg。

表5表明，與碳含量不同，長期不同施肥對(duì)不同生育期小麥地上部氮含量具有顯著的影響。在成熟期，NPK處理小麥地上部氮含量比CK處理高37%，而與CK相比，NPKM和NPKS處理并未顯著提高小麥地上部氮含量；N、NP和NK處理均顯著高于CK處理。N和NK處理間小麥地上部氮含量無顯著差異，分別為19.4 g/kg和18.1 g/kg，顯著高于施用磷肥的處理。同時(shí)也能夠看出，與單施氮肥相比，氮肥和鉀肥配施對(duì)植株氮含量的提升效果明顯優(yōu)于氮肥和磷肥配施。隨著生育期的推移，各處理小麥氮含量逐漸降低，總體表現(xiàn)為越冬期>拔節(jié)期>灌漿期≥成熟期。

注(Note): 同列數(shù)字后不同小寫字母表示同一生育期不同處理間差異顯著(P≤0.05) Different small letters in the same column mean significant differences between the treatments at the same stage (P≤0.05); 同行數(shù)字后不同大寫字母表示同一處理不同生育期間差異顯著(P≤0.05) Different capital letters in the same row indicate significant differences among different stages for the same treatment (P≤0.05).

注(Note): 同列數(shù)字后不同小寫字母表示同一生育期不同處理間差異顯著(P≤0.05) Different small letters in the same column mean significant differences between the treatments at the same stage (P≤0.05); 同行數(shù)字后不同大寫字母表示同一處理不同生育期間差異顯著(P≤0.05) Different capital letters in the same row indicate significant differences among different stages for the same treatment (P≤0.05).

2.3 不同施肥處理小麥各生育期碳氮比的變化

長期不同施肥下，不同生育期小麥C/N比是其體內(nèi)碳氮代謝狀況和氮素利用效率的綜合反映。圖1顯示，在越冬期，不同施肥下小麥地上部C/N比差異不顯著。而在成熟期，不同施肥處理地上部C/N比差異顯著，不施肥處理地上部C/N比顯著高于施肥處理；NPKM和NPKS處理間地上部C/N比無顯著差異，NPK處理地上部C/N比顯著低于NPKM和NPKS處理，說明施用有機(jī)肥以及秸稈還田可以有效提高植株C/N比；N、NP和NK處理地上部C/N比均顯著低于NPK、NPKM和NPKS處理；與單施氮肥處理(N)相比，NK處理沒有顯著增加植株C/N比，而NP處理地上部C/N比相對(duì)于單施氮肥處理(N)提高了22%，可見，偏施氮肥可導(dǎo)致作物吸收較多氮，從而降低了碳氮比。對(duì)小麥地上部碳氮含量結(jié)果分析表明，在整個(gè)生育期中各施肥處理碳含量基本保持不變而氮含量呈逐漸下降趨勢(shì)，這就使得各施肥處理地上部分C/N比隨生育期的推移呈逐漸增加趨勢(shì)，其中NPKM處理成熟期地上部分C/N比是越冬期的3倍。

2.4 不同施肥處理小麥成熟期碳、氮積累量

小麥碳、氮積累量是其生物產(chǎn)量和碳、氮含量的綜合反映。小麥不同生育期碳氮積累量與生物量的變化趨勢(shì)相似，這里僅列出了不同施肥下小麥成熟期的碳、氮積累量(圖2)。圖2表明，NP、NPK、NPKM和NPKS處理碳積累量均顯著高于CK、N和NK處理。由此看出，不同施肥下小麥成熟期碳積累量差異性規(guī)律和同期小麥干物質(zhì)重差異性規(guī)律完全一致，這主要是由于不同施肥處理小麥碳含量沒有顯著差異，使得碳積累量的變化規(guī)律完全由植株生物量決定。

與碳積累量不同，由于不同施肥下小麥氮含量差異顯著，因此不同施肥處理間氮積累量差異性規(guī)律并不是完全由植株生物量決定。和對(duì)照相比，所有施肥處理成熟期氮累積量均有顯著提高。其中，NP處理顯著高于其他處理。各處理成熟期地上部累積氮量依次為： NP>NPK>NPKM≈NPKS>NK>N>CK(圖2)。

3 討論

本研究表明，氮磷鉀配施(NPK)、有機(jī)無機(jī)配施(NPKM)及秸稈還田(NPKS)能顯著提高小麥地上部生物量，這與目前許多長期試驗(yàn)結(jié)果一致[17-18]。在CK、N、NP和NK幾個(gè)處理中，NP處理成熟期生物量顯著高于CK、N和NK處理，這主要是由于土壤有效磷(Olsen-P)含量在試驗(yàn)初期(1990年)僅為7.7 mg/kg，為缺磷土壤；并且長期不施磷肥，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分供應(yīng)與作物生長對(duì)養(yǎng)分需求之間不平衡關(guān)系加劇，因而嚴(yán)重影響了小麥的碳同化、氮吸收及其速率[19-20]。因此，合理施用磷肥有利于作物產(chǎn)量的提高，進(jìn)而增加有機(jī)碳的歸還量，這對(duì)提高并維持農(nóng)田土壤有機(jī)碳意義重大[21-22]。

本研究表明，在同一生育期，長期不同施肥下的小麥地上部碳含量并未表現(xiàn)出顯著差異，說明施肥對(duì)小麥碳含量產(chǎn)生的影響不顯著[23-24]。尚輝等[25]研究表明，在同一器官不同施肥下作物的碳含量并沒有表現(xiàn)出顯著性差異，這同樣說明施肥不能改變作物碳含量。與碳含量不同，長期不同施肥對(duì)不同生育期小麥地上部氮含量具有顯著影響。單施氮肥處理(N)能夠顯著提高植株氮含量。杜紅霞等[26]研究表明，施磷肥能夠促進(jìn)作物對(duì)氮的吸收，但是由于稀釋效應(yīng)的存在，氮含量會(huì)降低，這可能是導(dǎo)致施用磷肥(NP、NPK、NPKM和NPKS)處理小麥地上部氮含量均顯著低于不施磷肥(N、NK)處理的原因。NPKM、NPKS處理與NPK相比顯著降低了小麥地上部氮含量，說明添加有機(jī)物料并不能有效提高作物氮含量，這可能是由于有機(jī)物料加入土壤后在分解過程中產(chǎn)生了小麥和土壤微生物之間爭(zhēng)氮的矛盾，從而降低了小麥氮素吸收[27]。

由于小麥地上部氮含量在整個(gè)生育期呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，而碳含量基本保持不變，因此隨著生育期的推移，各施肥處理地上部分C/N比呈逐漸增加趨勢(shì)，這也反映出植株C/N比主要由氮含量決定。這就意味著氮肥的合理施用直接關(guān)系到植株的C/N比，進(jìn)而關(guān)系到還田有機(jī)物的分解、有機(jī)質(zhì)的周轉(zhuǎn)以及農(nóng)田土壤的碳固定[28]。由于長期缺乏氮素供應(yīng)，CK處理地上部C/N比顯著高于施肥處理，同時(shí)在缺氮條件下植株籽粒干物質(zhì)積累也會(huì)受到限制，最終導(dǎo)致作物減產(chǎn)[29]。與單施氮肥(N)、氮鉀肥配施(NK)處理相比，有機(jī)無機(jī)配施(NPKM)、化肥及秸稈還田(NPKS)這兩個(gè)處理具有較高的小麥地上部C/N比。有研究表明，植株體內(nèi)維持較高的碳氮比，會(huì)利于物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)[30]，相反，N、NK處理較低的C/N比則會(huì)使植株葉片生長過盛，消耗過多的光合產(chǎn)物，不利于物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，最終限制作物產(chǎn)量提升[31]。

由于成熟期不同施肥處理間小麥地上部碳含量沒有顯著差異，所以小麥地上部碳積累量的大小主要由生物量的大小決定，這就使得不同施肥處理間小麥成熟期碳積累量的差異性規(guī)律和不同施肥處理間小麥同期地上部干物質(zhì)重的差異性規(guī)律一致。由此看來，小麥的生物量不僅可以影響植株的碳積累量，同時(shí)還是小麥固碳效力的決定因素[25]。與碳積累量不同，由于不同施肥處理間小麥氮含量存在顯著差異，因此不同施肥處理間氮積累量差異性規(guī)律并不是完全由植株生物量決定的。由于氮磷鉀配施(NPK)、有機(jī)無機(jī)配施(NPKM)和化肥及秸稈還田(NPKS)處理下小麥具有較高的生物量，因此這些施肥處理下小麥同樣具有較高的碳氮積累量。而潘根興等[32]研究表明，合理的施肥在有效促進(jìn)作物產(chǎn)量及生物量增加的同時(shí)還能夠增加有機(jī)碳的自然還田量，這就意味著這些施肥處理能夠增加農(nóng)田系統(tǒng)碳、氮投入，補(bǔ)充土壤養(yǎng)分消耗，從而有利于農(nóng)田培肥[33-35]。

4 結(jié)論

長期施肥條件下，施肥方式不能改變小麥碳含量；小麥地上部氮含量對(duì)不同施肥的響應(yīng)明顯，單施氮肥處理能夠有效提高小麥氮含量，施用磷肥減少了小麥氮含量，添加有機(jī)物料能夠顯著提高小麥生物量但并不能有效提高作物氮含量；小麥碳含量在整個(gè)生育期基本保持不變，因此小麥生物量大小決定了碳積累量的大小，相應(yīng)地，C/N比大小則由氮含量決定，表明生物量是小麥固碳效力的決定因素。氮磷鉀配施、有機(jī)無機(jī)配施及化肥加秸稈還田處理下小麥具有較高的生物量，從而具有較高的碳氮積累量，有利于增加農(nóng)田系統(tǒng)碳、氮投入和提升土壤肥力。

[1] 朱根海, 張榮銑. 葉片含氮量與光合作用[J]. 植物生理學(xué)通訊, 1985, (2): 9-12. Zhu G H, Zhang R X. The relation between leaf nitrogen content and photosynthesis[J]. Plant Physiology Communications, 1985, (2): 9-12.

[2] 李潮海, 劉奎, 連艷鮮. 玉米碳氮代謝研究進(jìn)展[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2000, 34(4): 318-323. Li C H, Liu K, Lian Y X. The recent progress of research on carbon and nitrogen metabolism in maize[J]. Journal of Henan Agricultural University, 2000, 34 (4): 318-323.

[3] Osaki M, Iyoda M, Tadano T. Ontogenic changes in the contents of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase oxygenase, phosphoenolpyruvate carboxylase and chlorophyll in individual leaves of maize[J]. Soil Science and Plant Nutrition, 1995, 41(2): 285-293.

[4] 趙營, 同延安, 趙護(hù)兵. 不同供氮水平對(duì)夏玉米養(yǎng)分累積、轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2006, 12(5): 622-627. Zhao Y, Tong Y A, Zhao H B. Effects of different N rates on nutrients accumulation, transfer and yield of summer maize[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2006, 12(5): 622-627.

[5] 李久生, 李蓓, 宿梅雙,等. 冬小麥氮素吸收及產(chǎn)量對(duì)噴灌施肥均勻性的響應(yīng)[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2005, 38(8): 1600-1607. Li J S, Li B, Su M Setal. Responses of nitrogen uptake and yield of winter wheat to uniformity of sprinkler fertigation[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2005, 38(8): 1600-1607.

[6] 張睿. 半濕潤農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)不同施肥處理對(duì)小麥子粒中氮、磷、鉀含量和累積量的效應(yīng)[J]. 西北植物學(xué)報(bào), 2005, 25(1): 150-154. Zhang R. Effect of the different fertilizer treatments in the semi-moisten farm ecological system on the N, P and K elements content and accumulation in the kernel of winter wheat[J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2005, 25(1): 150-154.

[7] 易鎮(zhèn)邪, 王璞, 申麗霞,等. 不同類型氮肥對(duì)夏玉米氮素累積、轉(zhuǎn)運(yùn)與氮肥利用的影響[J]. 作物學(xué)報(bào), 2006, 32 (5): 772-778. Yi Z X, Wang P, Shen L Xetal. Effects of different types of nitrogen fertilizer on nitrogen accumulation, translocation and nitrogen fertilizer utilization in summer maize[J]. Acta Agronomica Sinica, 2006, 32 (5): 772-778.

[8] Kuzyakov Y, Domanski G. Carbon input by plants into the soil. Review[J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2000, 163 (4): 421-431.

[9] 畢遠(yuǎn)林. 大豆干物質(zhì)積累與氮、磷、鉀吸收與分配的研究[J]. 大豆科學(xué), 1999, 18(4): 331-335. Bi Y L. Study on accumulation of dry matter and absorption and distribution of nitrogen, phosphorous and potassium in soybean[J]. Soybean Science, 1999, 18 (4): 331-335.

[10] 吳明才, 肖昌珍, 鄭普英. 大豆磷素營養(yǎng)研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 1999, 32(3): 59-65. Wu M C, Xiao C Z, Zheng P Y. Study on the physilogical function of phosphorus to soybean[J]. Scientia Agricultura Sinica, 1999, 32(3): 59-65.

[11] 鄒鐵祥, 戴廷波, 姜東,等. 鉀素水平對(duì)小麥氮素積累和運(yùn)轉(zhuǎn)及籽粒蛋白質(zhì)形成的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006, 39(4): 686-692. Zou T X, Dai T B, Jiang Detal. Potassium supply affected plant nitrogen accumulation and translocation and grain protein formation in winter wheat[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2006, 39(4): 686-692.

[12] 齊華, 于貴瑞, 程一松,等. 鉀肥對(duì)灌漿期冬小麥群體內(nèi)葉片光合特性的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2003, 14(5): 690-694. Qi H, Yu G R, Cheng Y Setal. Effect of potassium fertilization on the photosynthetic characteristics of the leaf of winter wheat population during its grain filling stage[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2003, 14(5): 690-694.

[13] 黃紹敏, 寶德俊, 皇甫湘榮, 等. 長期定位施肥小麥的肥料利用率研究[J]. 麥類作物學(xué)報(bào), 2006, 26(2): 121-126. Huang S M, Bao D J, Huangpu X Retal. Long- term effect of fertilization on fertilizer use efficiency of wheat[J]. Journal of Triticeae Crops, 2006, 26(2): 121-126.

[14] Zhang H M, Wang B R, Xu M Getal. Crop yield and soil responses to long-term fertilization on a red soil in Southern China[J]. Pedosphere, 2009, 19(2): 199-207.

[15] 邱喜陽, 王晨陽, 王彥麗,等. 施氮量對(duì)冬小麥根系生長分布及產(chǎn)量的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2012, 21(1): 53-58. Qiu X Y, Wang C Y, Wang Y Letal. Effects of nitrogen application rate on root system distribution and grain yield of winter wheat cultivars[J]. Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica, 2012, 21(1): 53-58.

[16] 金劍, 王光華, 劉曉冰,等. 作物生育期內(nèi)光合碳在地下部的分配及轉(zhuǎn)化[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2008, 27(8): 1393-1399. Jin J, Wang G H, Liu X Betal. Allocation and transformation of photosynthetic carbon in belowground part of crops during their growth period: A review[J]. Chinese Journal of Ecology, 2008, 27(8): 1393-1399.

[17] Zhang W J, Xu M G, Wang B Retal. Soil organic carbon, total nitrogen and grain yields under long-term fertilizations in the upland red soil of southern China[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2009, 84(1): 59-69.

[18] 張水清, 黃紹敏, 郭斗斗. 長期定位施肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量及潮土土壤肥力的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2010, 25(6): 217-220. Zhang S Q, Huang S M, Guo D D. The effects of long-term fertilization on winter wheat yield and fertility of fluvo-aquic soil[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2010, 25 (6): 217-220.

[19] 呂家瓏, 張一平, 王旭東,等. 長期單施化肥對(duì)土壤性狀及作物產(chǎn)量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2001, 12(4): 569-572. Lü J L, Zhang Y P, Wang X Detal. Effect of long-term single application of chemical fertilizer on soil properties and crop yield[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2001, 12(4): 569-572.

[20] 范秀艷, 楊恒山, 高聚林,等. 施磷方式對(duì)高產(chǎn)春玉米磷素吸收與磷肥利用的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2013, 19(2): 312-320. Fan X Y, Yang H S, Gao J Letal. Effects of phosphorus fertilization methods on phosphorus absorption and utilization of high yield spring maize[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2013, 19(2): 312-320.

[21] 劉建玲, 張福鎖. 小麥-玉米輪作長期肥料定位試驗(yàn)中土壤磷庫的變化 Ⅰ. 磷肥產(chǎn)量效應(yīng)及土壤總磷庫、無機(jī)磷庫的變化[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2000, 11(3): 360-364. Liu J L, Zhang F S. Dynamics of soil P pool in a long-term fertilizing experiment of wheat-maize rotation Ⅰ. Crop yield effect of fertilizer P and dynamics of soil total P and inorganic P[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2000, 11(3): 360-364.

[22] 王蓮蓮, 張樹蘭, 楊學(xué)云. 長期不同施肥和土地利用方式對(duì)塿土耕層碳儲(chǔ)量的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2013, 19(2): 404-412. Wang L L, Zhang S L, Yang X Y. Soil carbon storage as affected by long-term land use regimes and fertilization in manural loess soil[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2013, 19 (2): 404-412.

[23] 王智平, 陳全勝. 植物近期光合碳分配及轉(zhuǎn)化[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 29(5): 845-850. Wang Z P, Chen Q S. Recently photosynthesized carbon allocation and turnover: A minor review of the literature[J]. Acta Phytoecologica Sinica, 2005, 29(5): 845-850.

[24] 楊蘭芳, 蔡祖聰. 玉米生長和施氮水平對(duì)土壤有機(jī)碳更新的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 26 (2): 280-286. Yang L F, Cai Z C. Effects of growing maize and N application on the renewal of soil organic carbon[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2006, 26 (2): 280-286.

[25] 尚輝, 孫智廣, 陳慧杰,等. 不同施肥對(duì)作物碳儲(chǔ)量及土壤碳固定的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2013, 22 (11): 65-70. Shang H, Sun Z G, Chen H Jetal. Effect of different fertilization practices on crop carbon storage and soil carbon sequestration[J]. Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica, 2013, 22(11): 65-70.

[26] 杜紅霞, 吳普特, 王百群,等. 施磷對(duì)夏玉米土壤硝態(tài)氮、吸氮特性及產(chǎn)量的影響[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009, 37 (8): 121-126. Du H X, Wu P T, Wang B Qetal. Influence of applying phosphorus on soil nitrate and nitrogen uptake and yield of summer maize[J]. Journal of Northwest A&F University (Natural Science Edition), 2009, 37 (8): 121-126.

[27] 劉臧珍, 王淑敏, 楊麗琳. 秸稈還田添加氮素調(diào)節(jié)碳氮比的研究[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1995, 18(3): 31-35. Liu C Z, Wang S M, Yang L L. Study on adjustment of the ratio of C to N by adding N during straw turnover[J]. Journal of Agricultural University of Hebei, 1995, 18 (3): 31-35.

[28] 呂麗華, 陶洪斌, 王璞, 等. 施氮量對(duì)夏玉米碳、氮代謝和氮利用效率的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2008, 14(4): 630-637. Lü L H, Tao H B, Wang Petal. The effect of nitrogen application rate on carbon and nitrogen metabolism and nitrogen use efficiency of summer maize[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2008, 14 (4): 630-637.

[29] Tsai C L, Dweikat I, Tsai C Y. Effects of source supply and sink demand on the carbon and nitrogen ratio in maize kernels[J]. Maydica, 1990, 35(4): 391-397.

[30] 劉芳, 亓新華. 氮肥對(duì)冬小麥碳氮營養(yǎng)代謝的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué), 1989, (5): 5-8. Liu F, Qi X H. Effect of nitrogenous fertilizer on metabolism of carbon and nitrogen in winter wheat[J]. Journal of Shandong Agricultural Sciences, 1989, (5): 5-8.

[31] 呂麗華, 陶洪斌, 王璞, 等. 種植密度對(duì)夏玉米碳氮代謝和氮利用率的影響[J]. 作物學(xué)報(bào), 2008, 34(4): 718-723. Lü L H, Tao H B, Wang Petal. Carbon and nitrogen metabolism and nitrogen use efficiency in summer maize under different planting densities[J]. Acta Agronomica Sinica, 2008, 34(4): 718-723.

[32] 潘根興, 周萍, 張旭輝, 等. 不同施肥對(duì)水稻土作物碳同化與土壤碳固定的影響——以太湖地區(qū)黃泥土肥料長期試驗(yàn)為例[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 26 (11): 3704-3710. Pan G X, Zhou P, Zhang X Hetal. Effect of different fertilization practices on crop carbon assimilation and soil carbon sequestration: A case of a paddy under a long-term fertilization trial from the Tai Lake region, China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2006, 26 (11): 3704-3710.

[33] Manna M C, Swarup A, Wanjari R Hetal. Soil organic matter in a west Bengal inceptisol after 30 years of multiple cropping and fertilization[J]. Soil Science Society of America Journal, 2006, 70 (1): 121-129.

[34] Zhang W J, Wang X J, Xu M Getal. Soil organic carbon dynamics under long-term fertilizations in arable land of northern China[J]. Biogeosciences, 2010, 7 (2): 409-425.

[35] Mohammad W, Shah S M, Shehzadi Setal. Effect of tillage, rotation and crop residues on wheat crop productivity, fertilizer nitrogen and water use efficiency and soil organic carbon status in dry area (rainfed) of north-west Pakistan[J]. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 2012, 12 (4): 715-727.

Response of carbon and nitrogen contents of winter wheat to long-term fertilization treatments in fluvo-aquic soil

MIAO Hui-tian1, 2, Lü Jia-long1*, ZHANG Wen-ju2, XU Ming-gang2*, HUANG Shao-min3, ZHANG Shui-qing3

(1CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China;2InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences/KeyLaboratoryofCropNutritionandFertilization,MinistryofAgriculture,Beijing100081,China; 3InstituteofPlantNutritionandResourcesandEnvironment,HenanAcademyofAgriculturalSciences,Zhengzhou450002,China)

【Objectives】 In order to reveal impact of various fertilization treatments on carbon and nitrogen accumulation in wheat, we analyzed biomass carbon and nitrogen contents at different growth stages of wheat after 21-year of continuous fertilization management at a Zhengzhou experimental site. 【Methods】 The fertilization treatments included non-fertilization (CK), chemical nitrogen (N), chemical nitrogen and phosphorus (NP), chemical nitrogen and potassium (NK), chemical nitrogen, phosphorus and potassium (NPK), NPK plus organic manure (NPKM), and NPK plus maize stalk (NPKS). The aboveground samples of three quadrats from each plot were randomly collected at the wintering stage, jointing stage, grain filling stage and maturity stage in 2011-2012 winter wheat growing season. The carbon and nitrogen contents of aboveground plant tissue were measured by EuroVector EA3000 Elemental Analyzer. 【Results】 The results show that the above-ground biomass amounts of winter wheat can be improved efficiently under the NPK, NPKM and NPKS treatments, and the amounts at the wintering stage, jointing stage, grain filling stage and maturity stage in the NPKM treatment are 111%, 194%, 238% and 206% higher than those of the CK treatment, respectively. Except the wintering stage, the above-ground biomass amounts at same growth stage are not significantly different among the NPK, NPKM and NPKS treatments, which indicate that compared to the NPK treatment, NPKM and NPKS treatments do not effectively enhance above-ground biomass of winter wheat. The fertilization does not effectively affect the carbon content of aboveground plant tissue. The average of carbon content at the four growth stages is 410 g/kg. The nitrogen contents at the maturity stage of wheat are high under the N (19.4 g/kg) and NK (18.1 g/kg) treatments. The nitrogen content at the maturity stage of wheat under the N treatment is 52% higher than that under the NPKM treatment and 66% higher than that under the NPKS treatment. At different growth stages, the nitrogen contents of aboveground plant tissue are in sequence of wintering stage > jointing stage > grain filling stage ≥ maturity stage. With wheat growth, the carbon content is unchanged while the nitrogen content is decreased gradually, thus C/N ratio of wheat is increased gradually in each treatment. Carbon accumulations in above-ground are affected by above-ground biomass. The nitrogen accumulation amount at the maturity stage of wheat under the NP treatment is significantly higher than those under other treatments, and is about 545 kg/ha. 【Conclusions】The fertilization does not affect the carbon content of wheat, while the fertilization can affect the nitrogen content. Therefore, wheat biomass yield determines the carbon accumulation amount, and the nitrogen content determines C/N ratio. The NPK, NPKM and NPKS treatments significantly enhance the carbon and nitrogen accumulation amounts, thus these treatments are beneficial to enhance carbon and nitrogen accumulation in farmland system and improve soil fertility.

long-term fertilization; wheat; carbon content; nitrogen content; C/N ratio

2014-06-18 接受日期： 2014-10-16

國家自然科學(xué)基金(41171239, 41371247)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201203030)；中央級(jí)公益性科研院所專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(IARRP-2014-28)資助。

苗惠田(1985—)，男，青海西寧人，博士研究生，主要從事土壤碳氮循環(huán)方面的研究。E-mail: huitian_miao@aliyun.com * 通信作者 E-mail: ljlll@nwsuaf.edu.cn; E-mail: xuminggang@caas.cn

S152.062

A

1008-505X(2015)01-0072-09