全 文 ：中国农学通报 2016,32(19):73-77
Chinese Agricultural Science Bulletin
不同土壤pH下氮素形态对平邑甜茶生长
及 15N利用特性的影响
文 炤，丰艳广，陈建明，刘晶晶，葛顺峰，姜远茂
（山东农业大学园艺科学与工程学院/作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018）
摘 要：目前土壤酸化严重制约了果园生产与发展，而科学配施不同形态氮肥可有效缓解土壤酸化。本
试验以平邑甜茶(Malus hupehensis Rehd.)实生苗为试材，应用 15N示踪技术研究土壤pH梯度下3种形态
氮素对苹果砧木生长及 15N吸收利用特性的影响。结果表明：不同土壤pH下，酸化土壤3种形态氮素处
理植株生物量从高到低为酰胺态氮(CO(NH2)2-N)＞铵态氮(NH4+-N)＞硝态氮(NO3--N)，与pH呈显著正相
关，而碱性土壤植株生物量则表现为酰胺态氮＜铵态氮＜硝态氮；植株各器官Ndff值和 15N分配率在不
同形态氮素处理下随土壤pH变化差异显著；NH4+-N和NO3--N处理植株总吸氮量在pH 6.5时达到最大
值0.47 g和0.33 g，不同土壤pH下的植株 15N利用率受氮素形态影响差异显著。可见，不同土壤pH下3
种形态氮素对 15N的吸收征调、分配及利用差异显著，是限制植株生长的关键因素。
关键词：苹果；土壤pH；氮素形态；生长；利用
中图分类号：S661.1 文献标志码：A 论文编号：casb15110140
Effect of Nitrogen Forms on Growth and 15N Utilization of Apple Rootstocks
(Malus hupehensis Rehd.) Under Different Soil pH Values
Wen Zhao, Feng Yanguang, Chen Jianming, Liu Jingjing, Ge Shunfeng, Jiang Yuanmao
(College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University/
State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an Shandong 271018)
Abstract: Nowadays, soil acidity severely restricts the production and development of orchard. But rational
fertilization with different nitrogen forms can relieve soil acidification effectively. In this experiment, the
authors used one- year- old apple rootstocks (Malus hupehensis Rehd.) as materials and 15N labeled tracer
technique as the tool, designed 3 different nitrogen forms to test their effect on the growth and absorption,
allocation and utilization of apple rootstocks under each soil pH gradient. The results showed that under
different soil pH gradients, the plant biomass of three nitrogen forms treatment in acid soil from high to low was
CO(NH2)2- N＞NH4 +- N＞NO3-- N, which was significantly and positively correlated with soil pH; but the
sequence in alkaline soil was CO(NH2)2-N＜NH4+-N＜NO3--N. Under different treatments of nitrogen forms
and soil pH, the variation of Ndff value and 15N utilization rate in different organs of plant was significantly
different. When soil pH 6.5, the value of total nitrogen content of plant treated with NH4 +-N and NO3--N,
reached the maximum of 0.47 g and 0.33 g. The 15N utilization rate of plant under different soil pH gradients
was significantly influenced by nitrogen forms. Thus, the three nitrogen forms had significantly different effects
基金项目：国家自然科学基金“苹果氮素高效利用的根层土壤氮素调控机制”(31501713)；国家现代农业产业技术体系建设资金项目“苹果土壤营养
与施肥”(CARS-28)；公益性行业（农业）科研专项“山东优势作物最佳养分管理技术研究与应用”(201103003)。
第一作者简介：文炤，女，1990年出生，山东东营人，硕士，主要从事苹果土壤营养研究。通信地址：271018山东省泰安市泰山区岱宗大街61号山东
农业大学园艺科学与工程学院，Tel：0538-8249778，E-mail：taiziwenwen@163.com。
通讯作者：姜远茂，男，1964年出生，山东牟平人，教授，博士，主要从事果树营养生理和土壤肥力研究。通信地址：271018山东省泰安市泰山区岱宗
大街61号山东农业大学园艺科学与工程学院，Tel：0538-8249778，E-mail：ymjiang@sdau.edu.cn。
收稿日期：2015-11-25，修回日期：2016-01-08。
中国农学通报 http://www.casb.org.cn
on the plant index of nitrogen absorption, distribution and utilization under different soil pH gradients, which
was the key factor limiting plant growth.
Key words: apple; soil pH; nitrogen forms; growth; utilization
0 引言
土壤 pH是衡量果园生产力的重要参数之一。但
随着工业化和城市化的发展，大量污染物的不科学排
放导致土壤酸沉降的发生[1]，高投高出的现代农业生
产模式同样导致土壤酸化日趋严重，成为全球耕地的
普遍问题[2-3]，目前中国果园土壤酸化的加剧[4]，主要是
由不合理的施肥管理措施所导致的[5-6]。大量研究表
明，土壤酸碱度对植株—土壤关系存在一定影响[7]，不
仅直接影响土壤物种丰富度、有机质含量和速效养分
含量等[8-10]，对植株的生长、发育及产量也有存在间接
影响[11-12]；而氮素形态与土壤pH也显著相关，如由于在
pH较低的土壤中硝化作用受到抑制而易形成NH4+-N
的累积，NO3--N则在 pH较高的土壤中大量富集[13]；尿
素施用量增加会导致土壤pH的显著降低，而有机氮代
替尿素则可有效缓解土壤 pH的下降[14]。目前的果园
酸化土壤的研究主要集中在土壤改良和土壤结构分
析[15-16]；不同形态氮素（酰胺态氮、铵态氮和硝态氮）在
不同土壤 pH处理下对植株生长及氮素吸收利用状况
影响的研究尚未见报道。本试验以生产上常用的苹果
砧木平邑甜茶为试材，应用 15N示踪技术研究不同土壤
pH下各形态氮素的施肥效用，以期为酸化果园的氮肥
管理提供一定理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验于 2015年山东农业大学园艺试验站防雨棚
进行，以长势一致的平邑甜茶(Malus hupehensis Rehd.)
盆栽实生苗为试材。供试土壤为黏质壤土，有机质
10.13 g/kg、碱解氮 76.63 mg/kg、速效磷 14.60 mg/kg、
速效钾184.99 mg/kg、pH 6.5。试验采用2因素随机组
合设计。通过配施硫酸和熟石灰设计土壤pH，设4个
土壤 pH梯度：pH1 4.5、pH2 5.5、pH3 6.5、pH4 7.5，3个氮
素形态处理：酰胺态氮[CO(NH2)2-N]、铵态氮(NH4+-N)、
硝态氮(NO3--N)，共计12个处理。每个处理3次重复，
于5月17日进行施肥处理，按照氮（以N计）100 kg/hm2
的标准施入，CO(NH2)2-N处理组施用 1.097 g 15N-尿素
（上海化工研究院，丰度为 10.16%）、4.141 g过磷酸钙
和1.184 g硫酸钾；NH4+-N处理组施用2.371 g 15N-硫酸
铵（上海化工研究院，丰度为 10.13%）、4.141 g过磷酸
钙和1.184 g硫酸钾；NO3--N处理组施用2.938 g 15N-硝
酸钙（上海化工研究院，丰度为 10.14%）、3.469 g磷酸
和1.184 g硫酸钾。
1.2 取样与测定
于 2015年 9月 8日对 15N处理植株取样测定。取
样后将植株分为根、茎和叶三部分，于 105℃杀青
30 min，80℃烘干至恒重，不锈钢电磨粉碎后过
0.25 mm筛，装袋备测。根总表面积、根系总长度、根
尖数用WinRHIZO根系分析软件分析；各器官干样质
量用 1/1000电子天平称量；样品的 15N丰度用ZHT-03
质谱计（北京分析仪器厂）在中国农业科学院农产品加
工研究所测定。
Ndff=（植物样品中 15N丰度-自然丰度）/（肥料中
15N丰度-自然丰度）×100%
15N利用率=[Ndff×器官全氮量]/施肥量×100
15N分配率=各器官从氮肥中吸收的 15N氮量/总吸
收 15N氮量×100%
采用 SPSS软件进行单因素方差分析 (One-way
ANOVA)与最小显著差异法(LSD)数据进行统计分析，
比较不同处理之间的差异显著性，应用 Microsoft
Excel 2013进行数据统计与图表绘制。
2 结果与分析
2.1 不同土壤 pH下不同氮素形态对平邑甜茶生物量
及根系特性的影响
由表1可知，土壤pH梯度下各形态氮素处理植株
的干重差异显著，CO(NH2)2-N处理组最高为pH2（植株
干重 28.02 g），NH4+-N和NO3--N在 pH3处理组下的植
株干重最高，分别为30.52 g和26.01 g，且随着土壤pH
的下降而逐渐降低；各氮素形态处理下的植株根系生
物量均在pH3处理下最优，且随着pH的升高呈先增后
降的变化规律。
2.2 不同土壤 pH下不同氮素形态对平邑甜茶Ndff值
的影响
器官Ndff是描述植株器官从肥料中吸收分配到
的 15N量对该器官全氮量贡献率的指标，反映植株器官
对 15N肥的吸收征调能力；图 1中，酰胺态氮、铵态氮、
硝态氮叶的Ndff在pH1和pH2处理使维持较高水平，其
中在 pH2处理达到最大值（Ndff 酰胺态氮4.47%、Ndff 铵态氮
3.89%、Ndff硝态氮4.17%），并随着土壤pH的增加呈先升
高后降低的趋势；而茎的Ndff在不同氮素形态处理下
均随土壤 pH升高而缓慢下降，在 pH4处理下最低
（Ndff 酰胺态氮1.01%、Ndff 铵态氮0.85%、Ndff 硝态氮1.00%）；但
·· 74
文 炤等：不同土壤 pH下氮素形态对平邑甜茶生长及 15N利用特性的影响
各形态氮素处理组根的Ndff均在pH4达到最高（Ndff酰胺态氮
2.29%、Ndff 铵态氮1.77%、Ndff 硝态氮1.86%），并随土壤 pH
的升高而显著上升；在各土壤pH水平下，植株叶和根
的Ndff均表现为CO(NH2)2-N＞NO3--N＞NH4+-N，在茎
中则无显著差异。
2.3 不同土壤pH下不同氮素形态对平邑甜茶 15N分配
率的影响
15N分配率表示了 15N肥在植株体内的分布规律。
由图 2可知，不同土壤 pH及氮素形态处理平邑甜茶
15N在各器官间的分配规律一致（除硝态氮的 pH3处理
组）：叶最高 (47.30% ~63.88% )，其次是根 (26.32% ~
41.99%)，茎最低(6.28%~15.1%)；硝态氮的 pH3处理组
则表现为根＞叶＞茎。
同一器官在不同土壤 pH处理和不同氮素形态处
理间 15N分配率差异显著，以叶和根最为突出。其中
CO(NH2)2-N和NO3--N处理植株，叶的 15N分配率均在
pH3中最低，分别低于pH2处理16.58%和37.36%；而根
的 15N分配率则均在pH3处理下最大，分别为41.99%和
55.37%，其中NO3--N处理更显著。NH4+-N处理组中，
15N在叶中的分配率表现为随土壤 pH的升高而下降，
pH1处理是 pH4处理的 1.17倍；而根的 15N分配率则与
土壤pH呈正相关，pH4处理是pH1处理的1.35倍。植株
茎的 15N分配率在不同形态氮素处理下差异不显著，均
随pH升高呈现先升后降的变化趋势，其中CO(NH2)2-N
处理组植株变化最为平缓。
2.4 不同土壤 pH下不同氮素形态对平邑甜茶总氮量
和 15N利用率的影响
由表 2可知，不同土壤 pH水平下，不同形态氮素
处理平邑甜茶植株的总氮量差异显著。其中，CO
(NH2)2-N处理植株在pH2下总氮量最高(0.40 g)，在pH4
c a
f g
jkjklmlm n
ijk j
ghe
c
h jkl jklm ojklm m m
i
d
b
g
j klmn ijklj
i
0.00.5
1.01.5
2.02.5
3.03.5
4.04.5
5.0
pH1 pH2 pH3 pH4 pH1 pH2 pH3 pH4 pH1 pH2 pH3 pH4
叶 茎 根
Ndff
/%
酰胺态氮
铵态氮
硝态氮
处理
CO(NH2)2-N
NH4+-N
NO3--N
pH1
pH2
pH3
pH4
pH1
pH2
pH3
pH4
pH1
pH2
pH3
pH4
地上部干重/g
11.01±0.09bc
17.14±0.86a
5.97±0.78f
2.22±0.09g
11.38±0.77bc
13.22±0.21b
17.66±0.72a
6.65±0.21ef
9.6±1.54cde
10±2.53bcd
10.67±0.79bc
7.19±0.21def
地下部干重/g
8.41±0.8cde
10.87±1.05bc
7.25±0.35de
3.89±0.11f
6.73±1.09de
9.26±0.52cd
12.87±0.9ab
6.08±0.49ef
6.85±0.89de
8.16±0.99cde
15.33±1.67a
6.21±0.15ef
植株干重/g
19.42±0.87cd
28.02±1.8a
13.22±0.48ef
6.11±0.18g
18.11±1.76cde
22.48±0.46bc
30.52±1.16a
12.73±0.38f
16.46±2.39def
18.16±3.51cde
26.01±2.2ab
13.4±0.31ef
吸收根总表面积/cm2
66.51±1.62a
63.51±0.41ab
63.45±3.46ab
23.1±0.17e
47.16±1.06cd
52.66±2.85c
59.89±1.4b
45.06±3.41d
45.01±0.97d
46.51±2.19cd
60.49±2.08ab
25.98±1.42e
吸收根总根长/cm
933.07±2.4a
919.4±41.83a
944.38±57.76a
318.4±2.99c
707.8±36.74b
681±37.53b
863.28±19.35a
707.36±4.2b
638.47±5.02b
623.98±6.04b
871.75±28.6a
358.05±8.17c
根尖数
1420.84±33.33de
1605.68±39.5d
3544.33±82.06b
481.33±9.7g
1232.15±81.17ef
1107.48±53.19f
2955±117.23c
1042.57±52.19f
574.7±17.88g
981.53±39.31f
4404.67±209.41a
676±67.3g
根冠比
0.93±0.02cde
0.71±0.01h
0.82±0.01efg
1.01±0.03c
0.9±0.02cdef
0.77±0.03gh
0.81±0.05fgh
0.99±0.03cd
0.83±0.01efg
0.89±0.04def
1.13±0.07b
1.29±0.04a
表1 不同土壤pH下不同形态氮素对植株生物量及根系特性的影响
不同小写字母表示各处理间差异显著(P＜0.05)
图1 各处理下植株各器官的Ndff值
0
10
20
30
40
50
60
70
pH1 pH2 pH3 pH4 pH1 pH2 pH3 pH4 pH1 pH2 pH3 pH4
叶 茎 根
15 N分
配
率
/%
酰胺态氮 铵态氮 硝态氮
图2 各处理下植株各器官的 15N分配率
注：同列不同小写字母表示各处理间差异显著(P＜0.05)。
pH
1
pH
2
pH
3
pH
4
pH
1
pH
2
pH
3
pH
4
pH
1
pH
2
pH
3
pH
4
pH
1
pH
2
pH
3
pH
4
pH
1
pH
2
pH
3
pH
4
pH
1
pH
2
pH
3
pH
4
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处理下最低(0.12 g)；NH4+-N和NO3--N处理的植株总氮
量均在 pH3处理下最高；各形态氮素处理植株的总氮
量均随着土壤pH升高呈先升后降的变化趋势。
由图 3可以看出，不同形态氮素处理植株在不同
土壤pH条件下 15N利用率差异显著，且随土壤pH升高
呈先上升后下降的变化趋势，其中 CO(NH2)2- N和
NH4+-N差异最为显著；而NO3--N处理波动范围最小。
其中CO(NH2)2-N处理植株的 15N利用率在 pH2处最高
(18.06%)，显著高于无机氮处理组，在 pH3处理下降低
70.93%，显著低于NH4+-N和NO3--N处理植株，而NH4+-N
和NO3--N处理植株的 15N利用率则在 pH3水平下达到
最高值。
3 结论与讨论
试验结果表明，酸化土壤不利于苹果砧木生物量
的建造，但植株在不同土壤pH下对各形态氮素的吸收
利用及分配指标的影响存在显著差异。当土壤pH 6.5
时，各形态氮素处理下的平邑甜茶植株生长量最大，
NH4+-N和NO3--N的 15N利用率在 pH3水平下也达到最
高值13.68%和13.25%，而pH2水平下CO(NH2)2-N处理
植株的 15N利用率为 18.06%，显著高于无机氮处理植
株的最大值；在pH1和pH2水平下，植株叶对 15N的征调
能力较 pH3和 pH4发生了显著提高，而 pH 7.5时，各形
态氮素处理植株茎和根的Ndff值较酸性土壤均发生显
著变化，茎显著下降27.73%，根则升高了37.98%；土壤
pH变化也显著影响了各形态氮素在植株各器官中的
分配规律，如铵态氮处理植株各器官的 15N分配率随土
壤pH变化不显著，而酰胺态氮和硝态氮处理植株的主
要分配器官则随土壤pH升高由叶变为根系，且在pH3
水平下最显著。因此CO(NH2)2-N在酸化土壤中施用
氮肥利用率显著提高，而当果园土壤pH较高时无机氮
肥的施肥效用更显著。
果树正常生长发育需要适宜的土壤pH，过酸或过
碱的土壤环境均不利于果树的生长发育[17]，因为其与
土壤肥力状况显著相关[18]。Zu等[19]的研究表明，酸性
土壤可抑制植株根系的发育和功能，限制钾、钙、镁等
元素的吸收，影响幼苗生长导致产量下降；而施用化学
氮肥处理作物的产量和氮、磷、钾养分吸收量与土壤
pH均存在极显著正相关[20]。同样在本试验处理中，酰
胺态氮以大分子形态在酸性土壤下发生一系列反应，
分解为活性离子被植株吸收利用，对酸化土壤有较强
的适应力，而无机铵态氮和硝态氮受土壤 pH显著影
响，所以施用酰胺态氮较无机氮可更有效地缓解酸性
土壤对植株根系及地上部生长的抑制，这与沈灵凤[21]
和徐治国等 [13]的研究结果也一致。在碱性土壤中，
CO(NH2)2-N和NH4+-N的氮肥利用率均受到显著抑制，
植株各器官的Ndff值也变化显著，这是由于盐碱土壤
通过盐胁迫影响渗透作用与离子系统[22]，导致植株生产
力的损失[23]，而硝态氮处理植株对碱性土壤的适应性则
可能与NO3-含量与土壤pH的负相关关系有相关[24-25]。
本试验表明，施入土壤的可溶性氮素（酰胺态氮、
铵态氮和硝态氮）作为有效养分的主要来源[26-27]，在土
壤中发生一系列的氨化、硝化及反硝化作用[28,29-30]，通
过作为土壤生态系统酸碱变化主要驱动机制的碳氮循
环[31-32]，实现NH4+的净输入和NO3-的净输出，来移除土
壤中的碱性物质[33-34]，而氮肥的过量施用使土壤生态系
统氮积累速率超标，导致土壤氮离子输出加剧，土壤酸
化进程加速[28]，果园生产力下降，所以土壤 pH可通过
氮素形态，尤其是有效态养分含量的变化，实现对植株
生长发育的影响[35]。本试验以苹果砧木平邑甜茶实生
苗为试材，研究土壤pH变化对植株氮素吸收利用状况
g
f
a
d
f
b
c
e
bb
cdcd
02
46
810
1214
1618
20
pH1 pH2 pH3 pH4
15 N利
用
率
/%
酰胺态氮
铵态氮
硝态氮
处理
CO(NH2)2-N
NH4+-N
NO3--N
pH1
0.27±0.01e
0.21±0.01f
0.29±0.01e
pH2
0.4±0.01b
0.36±0.01c
0.27±0.01e
pH3
0.2±0.01f
0.47±0.02a
0.33±0.02d
pH4
0.12±0.01g
0.22±0.01f
0.22±0.01f
表2 不同土壤pH下各氮素形态的总氮量
注：不同小写字母表示各处理间差异显著(P＜0.05)。
图3 各处理下植株各器官的 15N利用率
g
43p 21
·· 76
文 炤等：不同土壤 pH下氮素形态对平邑甜茶生长及 15N利用特性的影响
的影响，结合前人研究探索了盆栽处理下氮素形态在
不同土壤酸碱度下的作用机制，但未对酸化果园多年
生苹果树对不同形态氮素的响应机制展开研究，所以
酸化果园生产上不同形态氮素的作用机制仍待检验与
完善。
通过本试验对土壤酸碱度下不同形态氮肥施肥效
用的研究，可知施用酰胺态有机氮对提高氮肥利用率
与土壤改良有显著效果，合理配施无机氮可确保果园
生产的稳定，结合施用石灰、生物炭等酸性改良剂及豆
科、草类植被种植等现有的土壤改良措施，为酸化果园
的土壤改良提供了一定理论依据。
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