施用無機碳肥對小麥生長及全碳累積量的影響

趙海宏，索全義，孫蕾，楊敏

（內蒙古農業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院/內蒙古自治區(qū)土壤質量與養(yǎng)分資源重點實驗室，內蒙古呼和浩特010011）

長期以來，作物平衡施肥關注的重點是氮（N）、磷（P）和鉀（K）肥，而碳（C）營養(yǎng)的補充被忽略。植物對碳素的獲取主要靠吸收空氣中的CO2，但僅為其需求量的1/5[1]，未能滿足作物的需求而成為短板。過去人們一直認為CO2是植物進行光合作用的唯一碳源，通過14C示蹤研究證明，植物的根部也具有吸收和固定CO2的能力，且多數(shù)是通過質流的途徑進入植物體[2]。安華燕等[3]闡述了當前固體型含碳無機肥料有尿素和農業(yè)用碳酸氫銨。對于固體無機肥料，碳酸氫銨以往的研究主要集中于氮素，而其還含有碳素，且含碳量為15.2%，含CO2量為55.7%。Э.Г.Гринфельд等[4]以碳酸銨為肥料研究CO2通過根部吸收對植物的營養(yǎng)作用時表明，CO2肥能增加甜菜根的重量、生長速度及其含糖量，并成為提高甜菜收獲量的重要因子。碳酸氫銨中的碳素也能對作物生長起到補碳的作用，土壤中施用碳酸鹽和重碳酸鹽的溶解和釋放產生大量CO2。張志明[2]研究發(fā)現(xiàn)，碳酸氫銨肥料中HCO3-離子可以通過土壤溶液質流方式進入植物體，進行光合作用，增加植物有機碳的貯量，碳酸氫銨中碳素的施入可明顯增加作物的有機碳含量，玉米的增加率為40.87%～48.80%、水稻的增加率為12.53%～22.50%、小麥的增加率為29.17%～243.74%。高志建等[5]以碳酸氫銨為碳素肥料進行了隨水滴施對棉花生長及生理指標影響的研究，結果表明，含碳素肥料碳酸氫銨能提高棉花產量、增強光合作用、促進作物早熟等。尹飛虎等[6]通過研究不同碳氮施肥組合對新疆滴灌棉田冠層CO2濃度、光合作用和產量的影響，結果表明，通過隨水滴施高水溶性碳肥（碳酸氫銨）能有效提高棉花冠層CO2濃度、光合速率及產量。

無機碳肥碳酸氫銨對作物生長發(fā)育具有重要作用，但碳酸氫銨一直被用作氮肥研究其施用效果，忽略了肥料中碳素對作物生長發(fā)育的影響。為了進一步探索碳酸氫銨對作物的補碳效應，本研究通過施用碳酸氫銨，研究無機碳肥對小麥生長及植株體內全碳累積量的影響，為無機碳肥的應用提供參考。

1 材料和方法

1.1 供試材料

小麥品種永良4號。碳酸氫銨（N 17.7%、CO255.7%）作為無機碳肥料；硝酸銨（N 35.0%）肥料作為對照。

1.2 試驗設計與方法

2019年在內蒙古農業(yè)大學試驗地遮雨棚內進行盆栽試驗。2個處理按照等氮量設計，重復3次，肥料的施用分為基肥和追肥，基追肥比例為6（播前條施）∶4（拔節(jié)期條施），試驗設計見表1。生長盆大小為50 cm×34 cm×26 cm（長×寬×高），加入30 kg混勻過篩的風干土，播種前在盆內多次少量注水使盆內土壤的含水量保持在田間持水量的70%左右。各處理均基施等量磷鉀肥。

表1 試驗方案設計 單位：kg/hm2

1.3 測定項目與方法

在追肥后2、5、10、30 d取樣，測定株高、葉面積、地上部生物量，每處理3株。

株高（cm）：米尺測量植株的自然高度；葉面積：電子游標卡尺測量葉長和葉寬（最寬處），葉面積（cm2）=葉長（cm）×葉寬（cm）×0.7。地上部生物量（g/株）：取地上部整株用1%天平測定鮮重，然后將植株放入烘箱105℃殺青30 min，60℃烘干至恒重測定干重。干樣粉碎后備用。

全碳含量：選取追肥后5、10、30 d的地上部整株干物質，使用元素分析儀（Elementar Vario MACRO CUBE）測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SAS 9.2統(tǒng)計學軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 無機碳肥對小麥生長的影響

2.1.1 無機碳肥對小麥株高的影響由表2可知，施用無機碳肥碳酸氫銨能增加小麥的株高，但隨著取樣時間的延后，差異逐漸縮小。在追肥后2、5 d時施用無機碳肥碳酸氫銨與施用硝酸銨相比均達到差異顯著性（P＜0.05），10、30 d時無顯著差異（P＞0.05）。碳酸氫銨對株高的增幅為0.36%～9.45%，最大增幅在取樣時間2 d時，此時，無機碳肥對株高的影響是基肥和追肥的綜合效應。

2.1.2 無機碳肥對小麥葉面積的影響由表2可知，施用無機碳肥碳酸氫銨能增加小麥的葉面積。在追肥后2、5、10、30 d時，施用無機碳肥碳酸氫銨與對照硝酸銨相比均有顯著差異（P＜0.05），與對照相比，碳酸氫銨的增幅為6.15%～19.95%，且最大值出現(xiàn)在30 d時。30 d時硝酸銨處理葉面積相比10 d時有所減少，碳酸氫銨處理的葉面積有所增長。隨施肥時間的增加基肥的效果減弱，追肥效果增強。由此可見，無機碳肥的碳素供應促進葉面積的生長，提高植株光合固碳的能力。

表2 無機碳肥對小麥株高和葉面積的影響

2.1.3 無機碳肥對小麥地上部生物量的影響由表3可知，施用無機碳肥碳酸氫銨能提高小麥地上部的生物量，但隨著取樣時間的延后，對地上部生物量的提高趨勢逐漸減少。植株鮮重在追肥后2、5、10 d時，施用無機碳肥碳酸氫銨與對照硝酸銨相比均有顯著差異（P＜0.05），30 d時鮮重雖有增加但無顯著差異（P＞0.05）。與對照處理相比，在追肥后2、5、10、30 d時，碳酸氫銨的增幅為3.81%～20.80%，且最大增幅出現(xiàn)在5 d時。

表3 無機碳肥對小麥地上部生物量的影響

植株干重在追肥后2、5、10 d時，施用無機碳肥碳酸氫銨與對照硝酸銨相比均有顯著差異（P＜0.05），30 d時無顯著差異（P＞0.05）。與對照處理相比，在追肥后2、5、10、30 d時，碳酸氫銨的增幅為3.13%～29.65%，且最大增幅出現(xiàn)在5 d時。

由干物質含量數(shù)據(jù)可知，2、5、10 d時施用碳酸氫銨處理的干物質含量均大于對照處理，30 d時在植株鮮重和干重都增加的同時干物質含量較對照降低，說明此時施用無機碳肥處理的植株含水量高于對照硝酸銨處理。

2.2 無機碳肥對小麥全碳累積量的影響

由表4可知，施用無機碳肥碳酸氫銨有提高小麥全碳含量的趨勢，但與對照硝酸銨相比均無顯著差異（P>0.05）。與對照硝酸銨相比，碳酸氫銨的增幅為0.17%～0.68%，最大增幅出現(xiàn)在30 d時。

表4 無機碳肥對小麥全碳含量及全碳累積量的影響

施用無機碳肥碳酸氫銨能提高小麥的全碳累積量。在追肥后5、10、30 d時，施用無機碳肥碳酸氫銨與對照硝酸銨相比均有顯著差異（P＜0.05），與對照硝酸銨相比，碳酸氫銨增幅為3.83%～28.82%，最大增幅出現(xiàn)在5 d時。

無機碳肥的施用對全碳含量有增加趨勢，對全碳累積量有顯著提高，對全碳含量及全碳積累量的增加一方面是無機碳肥中碳素的供應被植物吸收利用，另一方面是無機碳肥的施用促進了植株的光合固碳能力。

3 討論

光合碳同化是高等植物賴以生存的物質及能量源泉，碳素是這一同化過程中的關鍵物質，其含量顯著影響植物的同化作用及生長速度[7-8]。大氣CO2濃度倍增條件下植物葉片光合作用增強，光能利用效率提高，光合產物在葉片中的積累增加，促進了植物的生長[9-11]。有研究表明，甜菜獲得碳酸銨追肥植株比未施用的植株的同化器官的光合作用強，二氧化碳通過根部吸收可以增加甜菜根的重量，提高作物的生長速度[4]。本試驗結果表明，無機碳肥碳酸氫銨在基肥施用和追肥施用的共同作用下對小麥的株高、葉面積、地上部生物量均有增加趨勢，且對植株葉面積的增加具有顯著性，無機碳肥的施用對小麥光合面積的增大及干物質積累均有影響，增強植株的光合固碳能力。

從物質生產角度看，占植物體干重90%以上的有機物質基本是通過碳同化形成的[12-14]。碳作為有機物的基本組成元素，也是反映植株生理狀況、生長活力及抗病力的重要指標[15-16]。小麥體內的全碳，是反映其碳代謝的重要生理參數(shù)，其值的高低反映小麥合成能力。有研究認為CO2濃度的升高增加了小麥和水稻莖葉碳含量，因為大氣CO2濃度升高會增加植物葉片的胞間CO2濃度，提高植物的凈光合速率以及對水分的利用效率，植物的碳水化合物含量也有所增加[17-19]。本試驗結果表明，無機碳肥碳酸氫銨在基肥施用和追肥施用的共同作用下使小麥地上部植株的碳含量有增加趨勢，對全碳累積量有顯著增加，進一步說明碳酸氫銨作為一種無機碳素肥料通過土壤施用可以提高植株對碳素的轉化和累積，促進植株碳代謝能力，增加植物體內有機物質的形成。

本試驗采用硝酸銨作為對照肥料進行研究，主要原因是在當前市場上沒有與碳酸氫銨氮素形態(tài)相同又不含有其他營養(yǎng)元素的化學肥料，為盡可能保證肥料中碳元素的對照，選擇在等氮量條件下使無機碳肥碳酸氫銨與硝酸銨進行對照分析。氮素的形態(tài)不同會導致結果具有一定的差異，如何通過元素與形態(tài)的雙向結合，進行碳素單一對照試驗驗證無機碳素肥料的補碳效應，有待研究。

4 結論

施用無機碳肥對小麥的生長產生影響，施用碳酸氫銨對小麥株高、葉面積、地上部生物量均有增加趨勢，對植株葉面積的增大較顯著，無機碳肥的施用促進植株生長，增強植株光合固碳的能力。施用無機碳肥對小麥地上部植株全碳含量及累積量產生影響，施用無機碳肥碳酸氫銨對小麥地上部植株全碳含量有增加趨勢，對全碳累積量有顯著增加，無機碳肥的施用提高了植株對碳素的吸收累積作用。