劉洋++潘國浩++付強+++高軍+++章嘉晴+++崔立強++張瑩瑩++崔永平

摘要：為探明濱海灘涂圍墾區(qū)農(nóng)作物氮、磷累積特征，采集了江蘇省鹽城市不同圍墾年代耕地春秋兩季8種主要農(nóng)作物樣品，分析了農(nóng)作物不同器官氮、磷、粗蛋白含量以及氮、磷化學(xué)計量特征。結(jié)果表明：鹽城市灘涂圍墾區(qū)耕地農(nóng)作物氮含量偏低，磷含量略高，氮磷比相對較低，需要適當(dāng)補充氮素；不同圍墾年代耕地同類作物氮、磷、粗蛋白含量和氮磷比均沒有明顯差異，農(nóng)作物氮、磷累積與灘涂圍墾時間關(guān)系不大；農(nóng)作物根部氮、磷含量呈極顯著正相關(guān)，而莖葉、籽粒的氮、磷含量相關(guān)性均不顯著。

關(guān)鍵詞：鹽城市；濱海；灘涂；圍墾；氮；磷；粗蛋白

中圖分類號： S14文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0385-05

收稿日期：2015-03-12

基金項目：國家自然科學(xué)基金（編號：41301551）；江蘇省自然科學(xué)基金（編號：BK20130426）；鹽城工學(xué)院人才引進項目（編號：kjc2012020、kjc2012021）；江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃（編號：2014065、2015054）；公益性行業(yè)（環(huán)保）科研專項（編號：201209028）。

作者簡介：劉洋（1982—），女，山東臨沂人，博士，主要從事灘涂污染生態(tài)學(xué)研究。E-mail：ly2002wo20@126.com。

通信作者：付強，博士，副教授，主要從事灘涂生物地球化學(xué)研究。E-mail：fuqiangaaa1@126.com。江蘇省鹽城市擁有全國最大的平原淤泥質(zhì)灘涂，該地區(qū)已有數(shù)千年的圍墾歷史。通過圍墾形成大片耕地，成為我國重要的后備耕地資源[1]。灘涂圍墾后的耕地具有土體發(fā)育不明顯、理化性狀差、肥力水平低下等特點，可能對農(nóng)作物養(yǎng)分吸收分配、污染物累積分布等產(chǎn)生影響[2]。氮、磷等養(yǎng)分含量在一定程度上可以反映作物生理生化狀況、土壤養(yǎng)分供給能力，與作物產(chǎn)量也有一定相關(guān)性[3]，且可作為對植物營養(yǎng)化學(xué)過程進行初步診斷的指標(biāo)[4]。目前有關(guān)圍墾耕地土壤性質(zhì)及其污染物與作物關(guān)系已有大量研究[1，5-6]，但關(guān)于其主要農(nóng)作物氮、磷養(yǎng)分累積特征的研究尚未見報道。研究圍墾耕地農(nóng)作物氮、磷累積特征有助于進一步了解灘涂圍墾導(dǎo)致的環(huán)境效應(yīng)以及對農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)的影響。本研究通過野外采樣、室內(nèi)分析，調(diào)查了鹽城市灘涂圍墾區(qū)主要農(nóng)作物氮、磷含量、分布和化學(xué)計量特征，旨在為灘涂圍墾耕地水肥管理，提升農(nóng)作物產(chǎn)量、質(zhì)量提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1樣品采集

分別于2011年10月、2012年5月對鹽城市濱海灘涂圍墾區(qū)秋季作物、春季作物進行采集，所采樣品均為收獲期作物。為消除耕作方式、種間等差異的影響，采樣時進行充分的現(xiàn)場調(diào)研與鑒定：各采樣點同種作物的耕作方式、養(yǎng)分供應(yīng)情況等基本相同；采集同類農(nóng)作物品種，大豆為黒臍王，菊花為杭白菊，水稻為淮稻5號，玉米為濟單7號，大麥為蘇啤3號，小麥為鄭麥9023，油菜為秦油10號，蠶豆為啟豆2號。采樣點信息與圍墾年代見表1。在各采樣點隨機采集足量樣品，采集整株作物，根部采集范圍約20 cm×20 cm×20 cm（長×寬×深），將作物分為籽粒（菊花為花朵）、莖葉、根部3個部分，洗凈、風(fēng)干、粉碎保存待測。

1.2指標(biāo)測定

采用H2SO4-H2O2消解樣品，采用凱氏定氮法測定全氮含量，采用釩鉬黃比色法測定全磷含量[7-8]，分析儀器分別為表1農(nóng)作物采樣信息

作物類型采樣點位置農(nóng)作物種類圍墾年代秋季作物33°44′25.75″N、120°27′10.35″E大豆、菊花、水稻、玉米1949—1959年33°43′11.19″N、120°24′05.22″E大豆、菊花、水稻、玉米33°35′05.87″N、120°29′17.72″E大豆、菊花、玉米33°33′36.99″N、120°28′38.68″E菊花、玉米33°25′37.46″N、120°34′49.98″E大豆、菊花、水稻、玉米33°28′46.71″N、120°35′02.91″E大豆、菊花、水稻、玉米1970—1979年33°48′53.44″N、120°22′21.94″E大豆、菊花、水稻、玉米33°49′43.62″N、120°27′58.23″E大豆、菊花、水稻、玉米33°38′22.81″N、120°29′32.78″E大豆、菊花、水稻、玉米1980—1989年33°38′45.13″N、120°31′43.74″E大豆、菊花、水稻、玉米33°48′02.94″N、120°27′32.64″E大豆、菊花、水稻、玉米1990—1999年33°45′44.84″N、120°26′12.03″E大豆、菊花、水稻、玉米33°31′51.46″N、120°30′14.57″E大豆、菊花、水稻、玉米2000—2010年33°31′31.25″N、120°31′40.98″E大豆、菊花、水稻、玉米春季作物33°43′19.03″N、120°23′53.77″E油菜、大麥、小麥、蠶豆1949—1959年33°43′59.13″N、120°25′15.30″E油菜、大麥、小麥33°25′59.87″N、120°35′07.56″E油菜、大麥、小麥、蠶豆33°34′16.46″N、120°28′06.00″E油菜、大麥、小麥33°36′29.24″N、120°29′22.84″E油菜、大麥、小麥、蠶豆33°29′35.60″N、120°33′44.09″E油菜、大麥、小麥、蠶豆1970—1979年33°49′58.54″N、120°26′00.61″E油菜、大麥、蠶豆33°49′08.76″N、120°22′37.22″E油菜、大麥、小麥、蠶豆33°38′10.29″N、120°29′27.58″E大麥、小麥、油菜1980—1989年33°39′12.16″N、120°30′22.22″E油菜、大麥、小麥、蠶豆33°45′31.51″N、120°25′00.19″E油菜、大麥、小麥、蠶豆1990—1999年33°48′10.05″N、120°27′01.07″E油菜、大麥33°31′45.12″N、120°31′45.36″E油菜、大麥、小麥、蠶豆2000—2010年33°31′51.46″N、120°30′14.57″E油菜、大麥、小麥、蠶豆

VELP型自動凱氏定氮儀和TU-1901雙光束紫外可見分光光度計。粗蛋白含量采用氮-蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換系數(shù)進行計算[9]，轉(zhuǎn)換系數(shù)如下：大豆、菊花、玉米、蠶豆為6.25，水稻為5.95，大麥、小麥為5.83，油菜為5.30。氮、磷化學(xué)計量特征采用全氮、全磷摩爾比（N/P）表示。

1.3統(tǒng)計方法

采用Origin 7.5、SAS JMP 7.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析和作圖；采用Mann-Whitney U法進行非參數(shù)檢驗；采用Pearson（two-tailed）法進行相關(guān)分析，α=0.05。

2結(jié)果與分析

2.1灘涂圍墾耕地農(nóng)作物氮、磷、粗蛋白含量

如圖1所示，灘涂圍墾耕地成熟期農(nóng)作物氮含量為0.22%～4.58%。各作物氮含量平均值分別為：大豆（2.05±1.22）%、菊花（1.38±0.19）%、水稻（1.15±0.12）%、玉米（1.34±0.16）%、大麥（1.12±0.53）%、小麥（0.89±0.51）%、油菜（1.49±0.91）%、蠶豆（2.13±0.94）%。就整株而言，蠶豆氮含量最高，而小麥氮含量最低，整株氮含量表現(xiàn)為蠶豆≈大豆>油菜≈菊花≈玉米>水稻≈大麥>小麥（U檢驗）。就籽粒而言，氮含量則表現(xiàn)為大豆>蠶豆>油菜≈大麥≈玉米≈小麥≈菊花≈水稻（U檢驗），油料作物籽粒含氮量明顯高于糧食作物，而糧食作物籽粒氮含量間差異不明顯。除菊花外，不同作物各器官氮含量均表現(xiàn)為籽粒>莖葉>根（U檢驗）。

圍墾耕地成熟期農(nóng)作物整株磷含量為0.12%～1.39%。各作物磷含量平均值分別為：大豆（0.79±0.24）%、菊花（0.92±0.19）%、水稻（0.89±0.23）%、玉米（0.91±0.18）%、大麥（0.51±0.23）%、小麥（0.61±0.25）%、油菜（0.63±0.23）%、蠶豆（0.64±0.19）%。菊花最高，而大麥最低，整株磷含量表現(xiàn)為菊花≈玉米≈水稻≈大豆>蠶豆≈油菜≈小麥>大麥。籽粒磷含量表現(xiàn)為菊花≈玉米>水稻≈蠶豆≈油菜>大豆≈小麥≈大麥，菊花和玉米籽粒磷含量相對較高，而大麥、小麥相對較低。不同作物各器官磷含量均表現(xiàn)為根≈籽粒>莖葉。

圍墾耕地成熟期農(nóng)作物整株粗蛋白含量為1.17%～28.63%。各作物粗蛋白含量平均值分別為：大豆（12.80±7.64）%、菊花（8.64±1.20）%、水稻（6.86±0.73）%、玉米（8.42±1.03）%、大麥（6.55±3.06）%、小麥（5.18±2.97）%、油菜（7.90±4.80）%、蠶豆（13.30±5.85）%。蠶豆最高，小麥最低，整株粗蛋白含量表現(xiàn)為蠶豆≈大豆>菊花≈玉米≈油菜≈水稻≈大麥>小麥。籽粒粗蛋白含量則表現(xiàn)為大豆>蠶豆>油菜>玉米≈大麥≈小麥≈菊花>水稻，豆類籽粒粗蛋白含量較高，而菊花、水稻相對較低。除菊花外，作物各器官粗蛋白含量均表現(xiàn)為籽粒>莖葉>根。

2.2不同圍墾年代耕地農(nóng)作物籽粒氮、磷、粗蛋白含量

不同圍墾年代耕地農(nóng)作物籽粒全氮、全磷、粗蛋白含量如

圖2所示。統(tǒng)計顯示，不同圍墾年代耕地中，同種作物全氮、全磷、粗蛋白含量均無顯著差異；隨著圍墾年代增加，作物全氮、全磷、粗蛋白含量變化也沒有呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性。

2.3灘涂圍墾耕地農(nóng)作物氮、磷化學(xué)計量特征

如表2所示，灘涂圍墾耕地各作物籽粒氮磷比（N/P）為3.20～12.00，大豆最高，菊花最低，豆類作物顯著高于其他作物。除大豆外，其他作物N/P均表現(xiàn)為根<籽粒<莖葉，而大豆則表現(xiàn)為根<莖葉<籽粒。

2.4不同圍墾年代耕地農(nóng)作物籽粒氮磷比

由圖3可見，與氮、磷、粗蛋白含量類似，不同圍墾年代耕地中，同種作物N/P均無明顯差異；隨著圍墾年代增加，作物N/P變化也沒有呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性。

2.5農(nóng)作物氮、磷、N/P間的相關(guān)分析

灘涂圍墾耕地農(nóng)作物氮、磷、N/P的Pearson相關(guān)分析見表3。由表3可見，作物根部氮、磷含量呈極顯著正相關(guān)（r=0.62，P<0.001），而莖葉和籽粒中氮、磷含量相關(guān)性不顯。各器官和整株氮含量與N/P均呈極顯著正相關(guān)，而磷含量與N/P均存在顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。與磷含量相比，氮含量與N/P的相關(guān)系數(shù)更高，表明該地區(qū)作物N/P對氮含量的依存度更大。

3結(jié)論與討論

氮、磷是作物機體最重要的營養(yǎng)元素之一，其含量能夠反映作物生長特點，并與作物產(chǎn)量、質(zhì)量相關(guān)[3]，且可作為對植物營養(yǎng)化學(xué)初步診斷的指標(biāo)[5]。作物機體氮、磷含量與作物品種、土壤質(zhì)量、養(yǎng)分供應(yīng)、耕作方式等密切相關(guān)[10-11]。很多

國內(nèi)外學(xué)者已對作物體內(nèi)氮、磷含量進行了調(diào)查，研究顯示，作物含氮量一般為0.3%～5.0%，因作物種類、測定部位、生長時期、施肥管理水平不同而異，如大豆籽粒含氮量為536%，莖稈為1.75%；小麥籽粒含氮量為2.20%～2.50%，而莖稈中含氮量很少，只有0.50%左右；水稻籽粒含氮量為1.31%，莖稈含氮量約為0.51%[7]，通常作物根部氮含量相對較低，而籽粒中含量較高[12]，這與本研究結(jié)果基本一致。農(nóng)作物磷含量一般為0.05%～0.50%，普遍認(rèn)為農(nóng)作物磷含量在0.2%～0.5%范圍內(nèi)屬正常，但由于農(nóng)作物種類、生長時期、施肥管理水平不同而有差異，通常水稻含磷量為015%～0.30%，棉花為0.14%～0.80%，玉米為0.25%～0.40%。與以往研究結(jié)果相比，本研究中濱海灘涂圍墾區(qū)農(nóng)作物氮含量相對偏低，而磷含量略高，這可能與圍墾耕地土壤（主要為鹽土、潮土）氮含量相對貧乏、磷含量相對正常有關(guān)[13-15]。

農(nóng)作物N/P是養(yǎng)分供應(yīng)狀況的指標(biāo)[16-17]，通過作物組織中N/P化學(xué)計量特征可以反映作物對氮、磷的相對利用率，進而預(yù)測氮、磷虧缺狀況[18]。與以往研究[19-21]相比，鹽城市灘涂圍墾區(qū)農(nóng)作物N/P相對較低，同樣表明該地區(qū)植物可能主要受到氮的限制。張博等指出，鹽城市灘涂圍墾區(qū)土壤氮含量較為缺乏，建議適當(dāng)補充氮肥[22]，這與本研究結(jié)果基本一致。因此為提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量，建議鹽城市灘涂圍墾地區(qū)適當(dāng)補充氮素。

土壤空間異質(zhì)性是植被異質(zhì)性的基礎(chǔ)[2，23-24]。經(jīng)過不同年代的灘涂圍墾和耕作，其土壤性質(zhì)可能會發(fā)生明顯變化[6]，在施肥等人為影響下，通常表現(xiàn)為隨圍墾時間延長磷含量增加[25]；由于氮存在反硝化等作用，氮含量隨圍墾時間的變化較為復(fù)雜，通常低于磷含量增加幅度[26]，從而導(dǎo)致作物氮含量和N/P偏低的結(jié)果。此外研究發(fā)現(xiàn)，鹽城市灘涂圍墾區(qū)不同圍墾年代土壤氮、磷含量在人類大量施肥等外部因素和反硝化等內(nèi)部作用影響下，并沒有出現(xiàn)明顯異質(zhì)變化。

研究顯示，不同圍墾年代土壤磷含量為0.057%～0.081%，氮含量為0.03%～0.12%，各墾區(qū)之間差異不顯著（未發(fā)表數(shù)據(jù)），這可能是導(dǎo)致不同圍墾年代耕地農(nóng)作物氮、磷含量和N/P均沒有顯著差異的原因之一。

氮、磷吸收與累積是農(nóng)作物形成產(chǎn)量、提高質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。農(nóng)作物在生長過程中，根系吸收的氮素、磷素在滿足自身生長需求的同時，還將大部分氮素、磷素運輸至地上部還原同化，用于器官建成和產(chǎn)量形成[27]。本研究顯示，在鹽城市灘涂圍墾區(qū)，不同作物各器官氮含量均表現(xiàn)為籽粒>莖葉>根，而磷含量均表現(xiàn)為根≈籽粒>莖葉，與以往研究結(jié)果[28-30]基本一致。除大豆外，其他作物N/P均表現(xiàn)為根<籽粒<莖葉，而大豆則表現(xiàn)為根<莖葉<籽粒。表明在將氮素、磷素運輸至地上部還原同化時，氮、磷累積速率并不相同[31]，向莖葉累積過程中，氮累積明顯超過磷；而再向籽粒累積過程中，磷累積明顯高于氮。大豆則始終表現(xiàn)為氮累積快于磷。氮、磷在不同器官中的相關(guān)性同樣表明作物地上部氮、磷吸收的差異。

本研究表明：鹽城市灘涂圍墾區(qū)耕地農(nóng)作物氮含量偏低，磷含量略高，N/P相對較低，需要適當(dāng)補充氮素；不同圍墾年代耕地同類作物氮、磷、粗蛋白含量和N/P均沒有明顯差異，農(nóng)作物氮、磷累積與灘涂圍墾時間關(guān)系不大；農(nóng)作物根部氮、磷含量呈極顯著正相關(guān)，而莖葉、籽粒的氮、磷含量相關(guān)性均不顯著。

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