鹽城市濱海灘涂圍墾區農作物氮、磷累積特征

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農作物氮、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種主要農作物樣品，分析了農作物不同器官氮、磷、粗蛋白含量以及氮、磷化學計量特征。結果表明：鹽城市灘涂圍墾區耕地農作物氮含量偏低，磷含量略高，氮磷比相對較低，需要適當補充氮素；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，農作物氮、磷累積與灘涂圍墾時間關系不大；農作物根部氮、磷含量呈極顯著正相關，而莖葉、籽粒的氮、磷含量相關性均不顯著。

關鍵詞：鹽城市；濱海；灘涂；圍墾；氮；磷；粗蛋白

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

收稿日期：2015-03-12

基金項目：國家自然科學基金（編號：41301551）；江蘇省自然科學基金（編號：BK20130426）；鹽城工學院人才引進項目（編號：kjc2012020、kjc2012021）；江蘇省大學生創新創業訓練計劃（編號：2014065、2015054）；公益性行業（環保）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學研究。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灘涂，該地區已有數千年的圍墾歷史。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育不明顯、理化性狀差、肥力水平低下等特點，可能對農作物養分吸收分配、污染物累積分布等產生影響[2]。氮、磷等養分含量在一定程度上可以反映作物生理生化狀況、土壤養分供給能力，與作物產量也有一定相關性[3]，且可作為對植物營養化學過程進行初步診斷的指標[4]。目前有關圍墾耕地土壤性質及其污染物與作物關系已有大量研究[1，5-6]，但關于其主要農作物氮、磷養分累積特征的研究尚未見報道。研究圍墾耕地農作物氮、磷累積特征有助于進一步了解灘涂圍墾導致的環境效應以及對農作物產量、品質的影響。本研究通過野外采樣、室內分析，調查了鹽城市灘涂圍墾區主要農作物氮、磷含量、分布和化學計量特征，旨在為灘涂圍墾耕地水肥管理，提升農作物產量、質量提供依據。

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場調研與鑒定：各采樣點同種作物的耕作方式、養分供應情況等基本相同；采集同類農作物品種，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、風干、粉碎保存待測。

1.2指標測定

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農作物采樣信息

作物類型采樣點位置農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-蛋白質轉換系數進行計算[9]，轉換系數如下：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、磷化學計量特征采用全氮、全磷摩爾比（N/P）表示。

1.3統計方法

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

2結果與分析

2.1灘涂圍墾耕地農作物氮、磷、粗蛋白含量

如圖1所示，灘涂圍墾耕地成熟期農作物氮含量為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為籽粒>莖葉>根（U檢驗）。

圍墾耕地成熟期農作物整株磷含量為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，整株磷含量表現為菊花≈玉米≈水稻≈大豆>蠶豆≈油菜≈小麥>大麥。籽粒磷含量表現為菊花≈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為根≈籽粒>莖葉。

圍墾耕地成熟期農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為籽粒>莖葉>根。

2.2不同圍墾年代耕地農作物籽粒氮、磷、粗蛋白含量

不同圍墾年代耕地農作物籽粒全氮、全磷、粗蛋白含量如

圖2所示。統計顯示，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明顯的規律性。

2.3灘涂圍墾耕地農作物氮、磷化學計量特征

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均表現為根<籽粒<莖葉，而大豆則表現為根<莖葉<籽粒。

2.4不同圍墾年代耕地農作物籽粒氮磷比

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變化也沒有呈現明顯的規律性。

2.5農作物氮、磷、N/P間的相關分析

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

3結論與討論

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

國內外學者已對作物體內氮、磷含量進行了調查，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]，這與本研究結果基本一致。農作物磷含量一般為0.05%～0.50%，普遍認為農作物磷含量在0.2%～0.5%范圍內屬正常，但由于農作物種類、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%。與以往研究結果相比，本研究中濱海灘涂圍墾區農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[13-15]。

農作物N/P是養分供應狀況的指標[16-17]，通過作物組織中N/P化學計量特征可以反映作物對氮、磷的相對利用率，進而預測氮、磷虧缺狀況[18]。與以往研究[19-21]相比，鹽城市灘涂圍墾區農作物N/P相對較低，同樣表明該地區植物可能主要受到氮的限制。張博等指出，鹽城市灘涂圍墾區土壤氮含量較為缺乏，建議適當補充氮肥[22]，這與本研究結果基本一致。因此為提高農產品產量、質量，建議鹽城市灘涂圍墾地區適當補充氮素。

土壤空間異質性是植被異質性的基礎[2，23-24]。經過不同年代的灘涂圍墾和耕作，其土壤性質可能會發生明顯變化[6]，在施肥等人為影響下，通常表現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雜，通常低于磷含量增加幅度[26]，從而導致作物氮含量和N/P偏低的結果。此外研究發現，鹽城市灘涂圍墾區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部作用影響下，并沒有出現明顯異質變化。

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%，各墾區之間差異不顯著（未發表數據），這可能是導致不同圍墾年代耕地農作物氮、磷含量和N/P均沒有顯著差異的原因之一。

氮、磷吸收與累積是農作物形成產量、提高質量的重要基礎。農作物在生長過程中，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，用于器官建成和產量形成[27]。本研究顯示，在鹽城市灘涂圍墾區，不同作物各器官氮含量均表現為籽粒>莖葉>根，而磷含量均表現為根≈籽粒>莖葉，與以往研究結果[28-30]基本一致。除大豆外，其他作物N/P均表現為根<籽粒<莖葉，而大豆則表現為根<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。大豆則始終表現為氮累積快于磷。氮、磷在不同器官中的相關性同樣表明作物地上部氮、磷吸收的差異。

本研究表明：鹽城市灘涂圍墾區耕地農作物氮含量偏低，磷含量略高，N/P相對較低，需要適當補充氮素；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，農作物氮、磷累積與灘涂圍墾時間關系不大；農作物根部氮、磷含量呈極顯著正相關，而莖葉、籽粒的氮、磷含量相關性均不顯著。

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