全 文 ：长期不同施肥对玉米根茬生物量及
养分累积量的影响∗
蔡　 苗　 孟　 延　 Ｍｏｈａｍｍａｄ Ａｍｉｎ Ａｈｍａｄｚａｉ　 周建斌∗∗
（西北农林科技大学资源环境学院 ／农业部西北植物营养与农业环境重点实验室， 陕西杨凌 ７１２１００）
摘　 要　 以黄土高原南部两个长期定位试验（分别开始于 １９９０和 ２００３年）为研究对象，探讨
了不同肥料处理对玉米根茬生物产量和养分累积的影响．于 ２０１１年 １０月玉米收获后采集 ０～
２０ ｃｍ土层不同施肥处理玉米根茬．结果表明：与不施肥及偏施 Ｎ、ＮＫ、ＰＫ化肥相比，氮磷配施
（ＮＰ）、氮磷钾平衡施肥（ＮＰＫ）、有机无机配施（Ｍ１ＮＰＫ、Ｍ２ＮＰＫ）及化肥配合秸秆（ＳＮＰＫ）处
理均显著提高了玉米根茬干质量．根茬固碳量及氮、磷、钾养分累积量在 ＮＰ、ＮＰＫ、Ｍ１ＮＰＫ、
Ｍ２ＮＰＫ、ＳＮＰＫ处理显著高于不施肥和偏施 Ｎ、ＮＫ、ＰＫ化肥处理，其中以有机无机配施处理效
果最好．与不施氮肥（Ｎ０）相比，施氮 １２０ ｋｇ Ｎ·ｈｍ
－２（Ｎ１２０）和 ２４０ ｋｇ Ｎ·ｈｍ
－２（Ｎ２４０）处理根茬
干质量分别提高 ３８％和 ４５％，高量氮肥对根茬增量效果不显著．施用氮肥也显著提高了根茬
碳、氮、磷、钾累积量．根茬可溶性有机碳、可溶性总氮含量在 ＮＰ、ＮＰＫ、Ｍ１ＮＰＫ、Ｍ２ＮＰＫ、ＳＮＰＫ
及 Ｎ１２０和 Ｎ２４０处理中较高．氮磷钾平衡施肥、有机无机配施以及秸秆还田处理降低了根茬的纤
维素、木质素含量．根茬 Ｃ ／ Ｎ、木质素 ／ Ｎ在 ＣＫ、ＰＫ、Ｎ０处理间显著高于其他施肥处理．因此，氮
磷配施、氮磷钾平衡施肥、有机无机配施及秸秆还田处理能够促进玉米根生长，提高营养成分
含量，有利于土壤培肥和固碳．
关键词　 长期施肥； 氮肥水平； 玉米根茬； 干质量； 养分累积
∗国家自然科学基金项目（３１３７２１３７）、“十二五”国家科技支撑计划项目（２０１２ＢＡＤ１５Ｂ０４）和高等学校学科创新引智计划项目（Ｂ１２００７）资助．
∗∗通讯作者． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｊｂｚｈｏｕ＠ ｎｗｓｕａｆ．ｅｄｕ．ｃｎ
２０１４⁃０９⁃１５收稿，２０１５⁃０６⁃０１接受．
文章编号　 １００１－９３３２（２０１５）０８－２３８７－１０　 中图分类号　 Ｓ１４３， Ｓ５１３　 文献标识码　 Ａ
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｓ ｏｎ ｂｉｏｍａｓｓ ａｎｄ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔ．
ＣＡＩ Ｍｉａｏ， ＭＥＮＧ Ｙａｎ， ＭＯＨＡＭＭＡＤ Ａｍｉｎ Ａｈｍａｄｚａｉ， ＺＨＯＵ Ｊｉａｎ⁃ｂｉｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｎａｔｕｒａｌ Ｒｅ⁃
ｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ａ＆Ｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ／ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｌａｎｔ
Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｇｒｉ⁃ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｃｈｉｎａ， Ｙａｎｇｌｉｎｇ ７１２１００， Ｓｈａａｎｘｉ， Ｃｈｉｎａ） ． ⁃Ｃｈｉｎ． Ｊ．
Ａｐｐｌ． Ｅｃｏｌ．， ２０１５， ２６（８）： ２３８７－２３９６．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔａｋｉｎｇ ｔｗｏ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｌｏｃａｌ ｆｉｅｌｄ ｔｒｉａｌｓ ａｔ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈ ｅｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ， ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ
ｆｏｕｎｄ ｉｎ １９９０ ａｎｄ ２００３， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ａｓ ｔｅｓｔ ｓｕｂｊｅｃｔｓ， ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ
ｏｎ ｔｈｅ ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔ ｂｉｏｍａｓｓ ａｎｄ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔｓ ｉｎ ｔｈｅ
０－２０ ｃｍ ｔｏｐ ｓｏｉｌ ｐｏｓｔ⁃ｍａｉｚｅ ｈａｒｖｅｓｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｂｙ ｈａｎｄ
ｉｎ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１１． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｉｔｈｏｕｔ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｎ， ＮＫ， ｏｒ
ＰＫ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ， ｔｈｅ ＮＰ， ＮＰＫ， ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｐｌｕｓ ｍａｎｕｒｅ （Ｍ１ＮＰＫ ａｎｄ Ｍ２ＮＰＫ） ｏｒ ｐｌｕｓ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎ
（ＳＮＰＫ） ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｄｒｙ ｍａｓｓ ｏｆ ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔ． Ｔｈｅ Ｃ， Ｎ， Ｐ ａｎｄ Ｋ ｃｏｎｔｅｎｔｓ
ｉｎ ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ＮＰ， ＮＰＫ， Ｍ１ＮＰＫ， Ｍ２ＮＰＫ ａｎｄ ＳＮＰＫ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ
ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ＮＰＫ ｐｌｕｓ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｎｕｒｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ （Ｍ１ＮＰＫ ａｎｄ
Ｍ２ＮＰＫ） ｉｎ ｔｈｅ ｔｒｉａｌ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｆｒｅｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ （Ｎ０）， ｒｏｏｔ ｂｉｏｍａｓｓ ｉｎ ｔｈｅ １２０
ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２（Ｎ１２０） ａｎｄ ２４０ ｋｇ Ｎ·ｈｍ
－２（Ｎ２４０） ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ３８％ ａｎｄ ４５％，
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｂｕｔ ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｎ１２０ ａｎｄ Ｎ２４０ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ． Ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｆｅｒ⁃
ｔｉｌｉｚｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ （Ｎ１２０ ａｎｄ Ｎ２４０） ａｌｓｏ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ Ｃ， Ｎ， Ｐ ａｎｄ Ｋ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔ． Ｔｈｅ ｗａ⁃
ｔｅｒ ｓｏｌｕｂｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ Ｃ ａｎｄ ｔｏｔａｌ ｓｏｌｕｂｌｅ Ｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔ ｉｎ ｔｈｅ ＮＰ， ＮＰＫ， Ｍ１ＮＰＫ， Ｍ２ＮＰＫ，
ＳＮＰＫ ａｎｄ ｔｈｅ Ｎ１２０ａｎｄ Ｎ２４０ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ． Ｏｔｈ⁃
ｅｒｗｉｓｅ， ｔｈｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｎｄ ｌｉｇｎｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔｓ ｄｅｃｌｉｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ＮＰＫ， Ｍ１ＮＰＫ， Ｍ２ＮＰＫ，
应 用 生 态 学 报　 ２０１５年 ８月　 第 ２６卷　 第 ８期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ａｕｇ． ２０１５， ２６（８）： ２３８７－２３９６
ａｎｄ ＳＮＰＫ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｏｔｈｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ． Ｓｏ ｔｈｅ ｒｏｏｔ Ｃ ／ Ｎ ａｎｄ ｌｉｇｎｉｎ ／ Ｎ ｒａｔｉｏｓ ｉｎ ｔｈｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ， ＰＫ ａｎｄ Ｎ０ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ＮＰ， ＮＰＫ， Ｍ１ＮＰＫ，
Ｍ２ＮＰＫ ａｎｄ ＳＮＰＫ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ． Ｗｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ （ ｅ． ｇ．， ＮＰ， ＮＰＫ，
ＭＮＰＫ ａｎｄ ＳＮＰＫ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ） ｃｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ
ｓｏｉｌ ｆｅｒｔｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｃａｒｂｏｎ ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｒｏｏｔ ｒｅｓｉｄｕｅ ｉｎｔｏ ｓｏｉｌ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅ；ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔ；ｄｒｙ ｍａｓｓ；ｎｕｔｒｉｅｎｔ ａｃｃｕｍｕ⁃
ｌａｔｉｏｎ．
　 　 农作物收获后留在土壤中的根茬残体是保持土
壤有机质平衡，改善土壤理化性状的主要物质．在干
旱缺水的黄土高原地区，秸秆、根茬留田对蓄水保
墒、减少水土流失等也具有重要作用，作物残体留田
还可减轻因燃烧带来的碳、氮等养分损失及环境污
染问题［１－２］ ．玉米是中国第一大粮食作物，其籽粒产
量从 １９８０年的 ０．６３亿 ｔ增加到 ２０１３年的 ２．１８亿 ｔ，
同时根茬产量达到 １．４０亿 ｔ［３］ ．
随着玉米产量的提高，根茬归还的数量也在显
著增加，有关根茬还田对作物产量及培肥土壤的作
用已开展了较多研究．玉米根茬留田在土壤中发挥
着非腐解有机物的培肥效应，每年在土壤中形成更
多新生的松结合态腐殖质，更新已渐老化的腐殖质，
保持地力常新［４］ ．根系在生长中促进了土壤团聚化，
增强土壤的缓冲性能，比地上秸秆具有更好的培肥
效应．根茬留田为土壤微生物提供了充足的碳源和
能源，可较对照和单施化肥的土壤微生物生物量分
别增加 ８５％和 ５２％［５］ ．随着全球气候变化和碳循环
研究的深入，人们对作物根茬固碳效应的关注越来
越多［６－７］ ．在一个玉米生长季，通过１３Ｃ 脉冲法标记
发现，玉米光合碳分配到根部和土壤有机碳中的比
例分别为 １８％和 ３％［８］，根茬碳对土壤有机碳的贡
献和农田碳平衡具有重要意义．根茬还田后在土壤
中的分解、转化过程为作物生长提供了必需的矿质
养分．
化肥的大规模施用对过去 ３０ 年我国农业生产
的快速增长起到了重要作用，２０１３ 年我国化肥施用
量（５９１１万 ｔ）为 １９８０ 年（１２６９ 万 ｔ）的 ４．７ 倍，其中
氮肥占化肥总用量的 ４０％［３］ ．施肥在提高作物籽粒
产量的同时也促进了地下根系的生长，有关施肥对
玉米地上部产量和养分吸收的影响已有较多研
究［９－１０］ ．施肥对玉米地下根系影响的研究主要集中
在根系数量和质量等方面［１１］，不同肥料配施及化肥
用量对玉米根系生物量以及养分组成特性等方面
的研究尚不多见，而根茬在土壤中的分解与其本
身的养分组成、木质素含量及 Ｃ ／ Ｎ 等因素密切相
关［１２－１３］ ．因此，本文以黄土高原南部 ２ 个长期定位
试验为研究对象，通过分析不同化肥配施、有机无机
配施、秸秆还田以及不同氮肥水平下，玉米成熟后土
壤耕层部分的根茬生物量、养分累积量及纤维素、木
质素等与根茬分解有关的组成特性，探究施肥对玉
米根系养分组成的影响，为合理施肥和培肥土壤提
供科学依据．
１　 试验地区与试验方法
１􀆰 １　 试验地概况
供试各施肥处理的玉米根茬分别采自黄土高原
南部的国家黄土土壤肥力与肥料效益长期监测基地
（３４°１７′５１″ Ｎ，１０８°００′４８″ Ｅ）和西北农林科技大学
农作一站不同栽培模式综合试验地（３４°１７′５６″ Ｎ，
１０８°０４′０７″ Ｅ）．两个试验地均位于渭河三级阶地，属
温带大陆性季风气候，海拔 ５２３ ～ ５２４ ｍ，年均气温
１３ ℃，年均降水量 ６００ ～ ６５０ ｍｍ，分布不均，主要集
中在 ７—９ 月（占年降水量的 ６０％ ～ ６５％），冬春易
旱，年均蒸发量 １４００ ｍｍ，属于半湿润易旱地区．土
壤类型为褐土类，塿土亚类，系统分类为土垫旱耕人
为土．种植制度均为冬小麦⁃夏玉米轮作，一年两熟．
试验开始前土壤耕层基本理化性质见表 １．
表 １　 试验开始前耕层土壤（０～ ２０ ｃｍ）基本理化性质
Ｔａｂｌｅ １　 Ｂａｓｉｃ ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ （０－２０ ｃｍ） ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
试验地
Ｓｉｔｅ
ｐＨ 有机质
Ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ
（ｇ·ｋｇ－１）
全氮
Ｔｏｔａｌ Ｎ
（ｇ·ｋｇ－１）
碱解氮
Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｎ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
矿质态氮
Ｍｉｎｅｒａｌ Ｎ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
速效磷
Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｐ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
速效钾
Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｋ
（ｍｇ·ｋｇ－１）
黄土监测基地
Ｌｏｅｓｓ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｂａｓｅ
８．６２ １０．９ ０．８３ ６１．３ － ９．５７ １９１．２
农作一站
Ｎｏ． １ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔａｔｉｏｎ
８．２５ １５．２ ０．６７ － １５．４ １７．２０ １６９．４
８８３２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
１􀆰 ２　 田间试验设计
黄土肥力与肥料效益长期定位试验开始于
１９９０年，本研究选取其中 ９ 个处理，分别为：１）不施
肥（ＣＫ）；２）单施氮肥（Ｎ）；３）施氮磷肥（ＮＰ）；４）
施氮钾肥 （ＮＫ）；５）施磷钾肥 （ ＰＫ）；６）氮磷钾平
衡配施（ ＮＰＫ）； ７） 施氮磷钾化肥 ＋低量有机肥
（Ｍ１ＮＰＫ）；８）施氮磷钾化肥＋高量有机肥（Ｍ２ＮＰＫ）；
９）施氮磷钾化肥＋秸秆还田（ＳＮＰＫ）．各处理重复一
次，小区面积为 １９６ ｍ２（１４ ｍ×１４ ｍ）．所施肥料中氮
肥为尿素（含 Ｎ ４６％），磷肥为过磷酸钙（普通过磷
酸钙含 Ｐ ２Ｏ５≥１２％，高效磷肥含 Ｐ ２Ｏ５≥１６％），钾肥
为硫酸钾（含 Ｋ２Ｏ ５０％）．小麦季施 １６５ ｋｇ Ｎ·ｈｍ
－２、
５７．６ ｋｇ Ｐ·ｈｍ－２和 ６８．５ ｋｇ Ｋ·ｈｍ－２；玉米季施 １８７．５
ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２、２４．６ ｋｇ Ｐ·ｈｍ－２和 ７７．８ ｋｇ Ｋ·ｈｍ－２ ．有
机肥按含氮量折合施用牛粪，在小麦季，Ｍ１ＮＰＫ 处
理总 Ｎ 施用量（包括有机肥氮）与 ＮＰＫ 处理相同，
Ｍ２ＮＰＫ 处理总 Ｎ 施用量为 ＮＰＫ 处理的 １． ５ 倍．
Ｍ１ ＮＰＫ、Ｍ２ＮＰＫ处理的总 Ｎ 用量 ７０％由有机肥提
供，３０％由化肥提供；Ｐ、Ｋ 肥施用量与 ＮＰＫ 处理相
同，均由化肥提供，随有机肥施入的 Ｐ、Ｋ 量未计入
施肥量．在玉米季，Ｍ１ＮＰＫ 和 Ｍ２ＮＰＫ 处理的施肥量
与 ＮＰＫ相同，均来自化肥．有机肥 Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｋ平均含
量分别为 ２６．５％、１．３％、０．９％和 １．１％．ＳＮＰＫ 处理每
年施入秸秆 ４５００ ｋｇ·ｈｍ－２，１９９０—１９９８ 年施入小
麦秸秆，１９９９ 年后开始施入该处理的全部玉米秸
秆．秸秆 Ｎ、Ｐ、Ｋ 平均含量分别为 ９． ２０、０． ８３、１９􀆰 ４
ｇ·ｋｇ－１，秸秆 Ｎ、Ｐ、Ｋ 含量未计入施肥量．有机肥和
秸秆于冬小麦播种前一次性施入．
农作一站不同栽培模式综合试验地设置于
２００３年，试验采用栽培模式和氮肥水平两因素的裂
区设计．栽培模式为主因素，分别为常规、节水、覆草
和垄沟 ４种方式．常规及节水模式均采用平地栽培
方式；覆草模式于小麦或玉米播种出苗后在作物行
间覆盖秸秆（小麦种植期间覆盖玉米秸秆，玉米种
植期间覆盖小麦秸秆），用量均为 ４５００ ｋｇ·ｈｍ－２；垄
沟模式采用垄上覆膜、沟内覆草的方式，垄沟比为
３０ ｃｍ ∶ ３０ ｃｍ，覆草量为 ２２５０ ｋｇ·ｈｍ－２ ．常规模式
在小麦越冬期进行冬灌，灌水量为 ４０ ｍｍ，其余 ３ 种
模式均不进行冬灌．玉米生长期间，常规模式灌水量
为 ４０ ｍｍ，其余 ３ 种栽培模式的灌水量为常规模式
的一半．氮肥水平为副因素，小麦及玉米季的氮肥用
量均设置 ０、１２０、２４０ ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２，分别用 Ｎ０、Ｎ１２０和
Ｎ２４０表示．各处理重复 ４ 次，总计 １２ 个主区，４８ 个副
区，副区面积为 １８ ｍ２（４ ｍ×４．５ ｍ）．氮肥施用尿素，
以过磷酸钙 （含 Ｐ ２ Ｏ５ ≥１６％）为底肥，用量为 ８０
ｋｇ Ｐ ２Ｏ５·ｈｍ
－２ ．磷肥和尿素在小麦播种前均匀撒入
相应小区，旋入土壤后耙平．在玉米种植期间，苗期
和拔节期追肥分别占总施 Ｎ量的 １ ／ ３ 和 ２ ／ ３，穴施，
玉米季不施用磷肥，小麦和玉米季均不施用钾肥．
１􀆰 ３　 样品采集与处理
玉米根茬样品采集于 ２０１１年 １０月两地玉米收
获后，品种均为郑单 ９５８．采用“Ｓ”形取样法收集黄
土监测基地不同施肥处理小区玉米根茬各 ８ 株；农
作一站试验地不同栽培和施氮处理小区分别收集 ５
株玉米根茬，将相同施氮量根茬混合．玉米根茬采集
使用铁锹挖取，样方面积为 ２０ ｃｍ×２０ ｃｍ，取样深度
为 ０～２０ ｃｍ．取出的根茬样品用干净塑料袋包裹后
带回实验室，将玉米根茬放在 ０．１５ ｍｍ 筛中用清水
洗去附着的土壤，防止细小根系损失，清水洗净后再
用蒸馏水冲洗，９０ ℃杀青 ０．５ ｈ，６０ ℃烘干，粉碎并
过 ０．２５ ｍｍ筛备用．
１􀆰 ４　 测定项目与方法
测定玉米根茬干质量，植物全碳、氮、磷、钾含量
采用常规方法测定［１４］ ．根茬可溶性有机碳、氮用蒸
馏水浸提（根茬 ∶ 水＝ １ ∶ ３０），振荡 ０．５ ｈ，滤液中可
溶性有机碳（ＷＳＯＣ）、可溶性总氮含量（ＴＳＮ）分别
用 ＴＯＣ分析仪［１５］和过硫酸钾氧化法测定［１６］ ．纤维
素、木质素含量用碘量法测定［１７］ ．
１􀆰 ５　 数据处理
试验数据采用 Ｅｘｃｅｌ ２００７ 和 ＳＡＳ ８．０ 软件进行
方差分析，不同处理间多重比较采用 Ｄｕｎｃａｎ新复极
差法（α＝ ０．０５）．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 长期施肥对玉米根茬生物量的影响
从图 １ 可以看出，在黄土监测基地，不施肥
（ＣＫ）和施化肥 Ｎ、ＮＫ、ＰＫ 处理玉米根茬干质量
显著低于 ＮＰ 处理及平衡施肥的 ＮＰＫ、Ｍ１ ＮＰＫ、
Ｍ２ ＮＰＫ、ＳＮＰＫ处理．不同施肥处理中，ＣＫ 处理的根
茬干质量最低，为每株 ４．１９ ｇ；Ｍ１ＮＰＫ 处理最高，为
每株 １６．６ ｇ．ＮＰ 处理的根茬干质量显著高于 Ｎ、ＮＫ、
ＰＫ处理，后 ３ 个处理间无显著差异．说明在研究区
土壤中，Ｎ、Ｐ 是限制作物生物量的重要因素，氮肥
和磷肥配施增产效果显著．ＮＰＫ、Ｍ１ＮＰＫ、Ｍ２ＮＰＫ 和
ＳＮＰＫ ４ 个处理的根茬干质量差异不显著，但
Ｍ１ ＮＰＫ和 Ｍ２ＮＰＫ 处理的根茬干质量高于 ＮＰＫ 处
理，ＳＮＰＫ处理的根茬干质量低于 ＮＰＫ处理．不同施
氮水平下，Ｎ１２０和Ｎ２４０处理较Ｎ０处理根茬干质量分
９８３２８期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 蔡　 苗等： 长期不同施肥对玉米根茬生物量及养分累积量的影响　 　 　 　 　 　
图 １　 不同施肥处理玉米根茬干质量
Ｆｉｇ．１　 Ｄｒｙ ｍａｓｓ ｏｆ ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔ⁃
ｍｅｎｔｓ．
ＣＫ： 不施肥 Ｗｉｔｈｏｕｔ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ； Ｎ： 单施氮肥 Ｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；
ＮＫ： 施氮钾肥 Ｎ ａｎｄ Ｋ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ； ＰＫ： 施磷钾肥 Ｐ ａｎｄ Ｋ
ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ； ＮＰＫ：施氮磷钾化肥 Ｎ， Ｐ ａｎｄ Ｋ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ａｐｐｌｉ⁃
ｃａｔｉｏｎ； Ｍ１ＮＰＫ： 施氮磷钾化肥＋低量有机肥 Ｎ， Ｐ ａｎｄ Ｋ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ
ｗｉｔｈ ｌｏｗｅｒ ｍａｎｕｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ； Ｍ２ＮＰＫ： 施氮磷钾化肥＋高量有机肥
Ｎ， Ｐ ａｎｄ Ｋ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ｍａｎｕｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ； ＳＮＰＫ：施氮磷钾
化肥＋秸秆还田 Ｎ， Ｐ ａｎｄ Ｋ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｗｉｔｈ ｃｒｏｐ ｓｔｒａｗ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｎ０：
不施氮 Ｗｉｔｈｏｕｔ Ｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ； Ｎ１２０： 施氮 １２０ ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２ Ｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅ １２０ ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２； Ｎ２４０： 施氮 ２４０ ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２ Ｎ ｆｅｒｔｉｌ⁃
ｉｚｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ２４０ ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２ ． 不同字母表示处理间差异显著
（Ｐ＜ ０． ０５） Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｔｔｅｒｓ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ａｔ ０．０５ ｌｅｖｅｌ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
别增加 ３８％和 ４５％，Ｎ１２０和 Ｎ２４０处理之间差异不显著．
２􀆰 ２　 长期施肥对玉米根茬养分吸收的影响
不同施肥处理的玉米根茬养分含量存在显著差
异．从表 ２可以看出，ＮＫ 处理的根茬全碳含量显著
高于 ＮＰ 和 ＰＫ处理；其他各施肥处理间根茬全碳含
量差异不显著，均为 ４２％ ～ ４４％．不同施氮水平下，
玉米根茬全碳含量也无显著差异，为 ４５％～４７％．
根茬全氮含量在不施氮肥的 ＣＫ 和 ＰＫ 处理中
最低，较 Ｎ、ＮＰ、ＮＫ处理显著降低约 ４８％（Ｐ＜０．０５）．
Ｎ和 ＮＰ 处理的根茬全氮含量差异不显著，表明磷
肥施用对玉米地下部分的氮素累积无显著影响．ＮＫ
处理根茬全氮含量最高，可能是由于 ＮＫ 处理的根
茬生物量偏低，导致根系全氮浓度相对较高．ＮＰＫ、
Ｍ２ＮＰＫ和 ＳＮＰＫ 处理的根茬全氮含量差异不显
著，说明高量有机无机配施和秸秆还田措施对玉米
根系氮素吸收并无显著影响．平衡施肥处理（ＮＰＫ、
Ｍ１ ＮＰＫ、Ｍ２ＮＰＫ、ＳＮＰＫ）的根茬全氮含量较偏施化
肥处理（Ｎ、ＮＰ、ＮＫ）显著下降，可能是平衡施肥处理
提高了氮素养分向玉米地上部分的转运，促进了茎
秆和籽粒氮素的吸收［１８］ ．与不施氮处理相比，Ｎ１２０和
Ｎ２４０处理显著提高了根茬全氮含量 （提高幅度约
５１％）；Ｎ１２０和 Ｎ２４０处理之间差异不显著，高量氮肥施
用对作物根系氮素吸收并无显著影响．
根茬全磷含量在 ＰＫ 处理中最高，较不施磷肥
的 ＣＫ、Ｎ、ＮＫ处理提高 ５０％～６７％．根茬全磷含量在
ＮＰ 和平衡施肥处理（ＮＰＫ、Ｍ１ＮＰＫ、Ｍ２ＮＰＫ、ＳＮＰＫ）
间差异不显著，说明钾肥输入、有机无机配施及秸秆
还田对玉米根系磷的吸收无显著影响．Ｎ０和 Ｎ１２０处
理中根茬全磷含量差异不显著，但高量氮肥（Ｎ２４０）
较不施氮显著降低了根茬磷素含量．
秸秆还田处理（ＳＮＰＫ）显著提高了根茬的全钾
含量，较不施钾肥处理（ＣＫ、Ｎ、ＮＰ）增加 ５０％．ＰＫ、
Ｍ１ＮＰＫ、Ｍ２ＮＰＫ处理间根茬全钾含量差异不显著，
但均显著高于 ＮＫ 和 ＮＰＫ 处理．Ｎ１２０处理较不施氮
（Ｎ０）处理根茬全钾含量增加 ８．６％，而高量氮肥处
理（Ｎ２４０）较 Ｎ０处理根茬全钾含量降低 １５．７％．
表 ２　 不同施肥处理玉米根茬养分含量
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔ ｕｎｄｅｒ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ （ｍｅａｎ±ＳＤ， ％）
试验地
Ｓｉｔｅ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
全碳
Ｔｏｔａｌ Ｃ
全氮
Ｔｏｔａｌ Ｎ
全磷
Ｔｏｔａｌ Ｐ
全钾
Ｔｏｔａｌ Ｋ
黄土监测 ＣＫ ４３．５±３．９ａｂ ０．４６±０．０２ｅ ０．０６±０．０１ｄ ０．７６±０．０３ｄ
基地 Ｎ ４３．９±１．２ａｂ ０．８３±０．０３ｂ ０．０６±０．０１ｄ ０．７５±０．０２ｄ
Ｌｏｅｓｓ ＮＰ ４１．０±０．５ｂ ０．８４±０．０３ｂ ０．１２±０．０１ｂｃ ０．７３±０．０３ｄ
ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ＮＫ ４５．３±１．１ａ ０．９１±０．０３ａ ０．０９±０．０２ｃｄ ０．９０±０．０２ｃ
ｂａｓｅ ＰＫ ４１．５±２．０ｂ ０．４４±０．０４ｅ ０．１８±０．０１ａ １．００±０．０１ｂ
ＮＰＫ ４２．４±１．１ａｂ ０．７６±０．０１ｃ ０．１２±０．０４ｂ ０．９１±０．０２ｃ
Ｍ１ＮＰＫ ４２．１±１．１ａｂ ０．７１±０．０３ｄ ０．１２±０．０２ｂｃ １．０５±０．０１ｂ
Ｍ２ＮＰＫ ４２．７±１．７ａｂ ０．７９±０．０１ｃ ０．１１±０．０２ｂｃ １．０３±０．０４ｂ
ＳＮＰＫ ４２．２±１．７ａｂ ０．７６±０．０４ｃ ０．１０±０．０２ｂｃ １．１２±０．０９ａ
农作一站 Ｎ０ ４５．０±０．９ａ ０．２８±０．０１ｂ ０．０９±０．０１ａ ０．６９±０．０１ｂ
Ｎｏ． １ Ｎ１２０ ４６．７±１．４ａ ０．５８±０．０１ａ ０．０９±０．０１ａｂ ０．７５±０．０４ａ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｓｔａｔｉｏｎ
Ｎ２４０ ４５．５±０．３ａ ０．５６±０．０４ａ ０．０７±０．００ｂ ０．５９±０．０２ｃ
ＣＫ： 不施肥 Ｗｉｔｈｏｕｔ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ； Ｎ： 单施氮肥 Ｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；
ＮＫ： 施氮钾肥 Ｎ ａｎｄ Ｋ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ； ＰＫ： 施磷钾肥 Ｐ ａｎｄ Ｋ
ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ； ＮＰＫ：施氮磷钾化肥 Ｎ， Ｐ ａｎｄ Ｋ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ａｐｐｌｉ⁃
ｃａｔｉｏｎ； Ｍ１ＮＰＫ： 施氮磷钾化肥＋低量有机肥 Ｎ， Ｐ ａｎｄ Ｋ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ
ｗｉｔｈ ｌｏｗｅｒ ｍａｎｕｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ； Ｍ２ＮＰＫ： 施氮磷钾化肥＋高量有机肥
Ｎ， Ｐ ａｎｄ Ｋ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ｍａｎｕｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ； ＳＮＰＫ： 施氮磷钾
化肥＋秸秆还田 Ｎ， Ｐ ａｎｄ Ｋ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｗｉｔｈ ｃｒｏｐ ｓｔｒａｗ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｎ０：
不施氮 Ｗｉｔｈｏｕｔ Ｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ； Ｎ１２０： 施氮 １２０ ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２ Ｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅ １２０ ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２； Ｎ２４０： 施氮 ２４０ ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２ Ｎ ｆｅｒｔｉ⁃
ｌｉｚｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ２４０ ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２ ． 同列同一试验地不同字母表示
差异显著（Ｐ＜０．０５）Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｌｕｍｎ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｉｔｅ ａｔ ０． ０５ ｌｅｖｅｌ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ
ｂｅｌｏｗ．
０９３２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
图 ２　 不同施肥处理玉米根茬碳氮比
Ｆｉｇ．２　 Ｃ ／ Ｎ ｉｎ ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．
　 　 长期不施肥（ＣＫ）和偏施磷钾肥（ＰＫ）处理的根
茬 Ｃ ／ Ｎ 最高（图 ２），为 ９５，这是由于土壤长期氮供
应不足引起的．ＮＰＫ、Ｍ１ＮＰＫ、ＳＮＰＫ处理间根茬 Ｃ ／ Ｎ
差异不显著，为 ５５ ～ ５９，均高于 Ｎ、ＮＫ、Ｍ２ＮＰＫ 处理
的 ４９～５３．ＮＰ 处理根茬 Ｃ ／ Ｎ最低，为 ４６，这与 ＮＰ 处
理根茬的全碳含量偏低有关．施用氮肥处理（Ｎ１２０、
Ｎ２４０）较长期不施氮（Ｎ０）显著降低了玉米根茬的
Ｃ ／ Ｎ，Ｎ１２０和 Ｎ２４０处理的根茬 Ｃ ／ Ｎ 差异不显著．相关
分析表明，根茬 Ｃ ／ Ｎ 与其全氮含量呈显著负相关；
与根茬全碳含量无显著相关性．
玉米根茬养分累积量是其生物产量和养分含量
的综合反映．从图 ３可以看出，在黄土监测基地试验
中，玉米根茬固碳量、Ｎ、Ｐ、Ｋ 养分累积量规律相似，
均为 ＮＰ、ＮＰＫ、Ｍ１ＮＰＫ、Ｍ２ＮＰＫ、ＳＮＰＫ 处理显著高
于其他施肥处理，ＣＫ 处理最低．总体而言，Ｍ１ＮＰＫ
处理对根茬 Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｋ 等养分的累积作用较稳定，
显著高于 ＮＰＫ 和 ＳＮＰＫ 处理．相关分析表明，不同
施肥处理根茬的固碳量和 Ｎ、Ｐ、Ｋ 养分累积量与根
茬干质量呈显著正相关；仅根茬 Ｎ、Ｋ累积量分别与
全氮、全钾含量显著相关．因此，通过合理培肥，增加
作物地下部分生物量，是促进固碳和增加土壤养分
输入的有效措施．
氮肥水平对根茬养分累积量影响不同（图 ３）．
根茬固碳量和氮素累积量随氮肥用量的增加而显著
提高，与 Ｎ０处理相比，Ｎ２４０处理的根茬固碳量和氮素
累积量分别增加了 ４５％和 ７２％．Ｎ１２０和 Ｎ２４０处理的根
茬磷素累积量较 Ｎ０处理显著提高 ２９％，Ｎ１２０和 Ｎ２４０
处理间差异不显著．根茬钾素累积量表现为：Ｎ１２０
（４􀆰 １９ ｋｇ Ｋ·ｈｍ－２·ａ－１） ＞Ｎ２４０（３．６７ ｋｇ Ｋ·ｈｍ
－２·
ａ－１）＞Ｎ０（２．４１ ｋｇ Ｋ·ｈｍ
－２·ａ－１），差异显著．
２􀆰 ３　 长期施肥对玉米根茬可溶性碳、氮的影响
由表 ３可知，不同施肥处理中，ＳＮＰＫ 处理的玉
米根茬可溶性有机碳含量及其占根茬全碳的比例均
最高，分别达到 ４６．６ ｇ·ｋｇ－１和 １１％；Ｎ、ＮＫ、ＮＰＫ 和
ＳＮＰＫ处理之间根茬的可溶性有机碳含量差异不显
著．ＰＫ处理根茬的可溶性有机碳含量及其占全碳的
比例最低，分别为 ３２．６ ｇ·ｋｇ－１和 ７．９％．ＣＫ、ＮＰ 和
Ｍ１ ＮＰＫ处理根茬可溶性有机碳含量差异不显著，
占全碳的比例为 ９．６％ ～ ９．９％，高于 Ｍ２ＮＰＫ 处理的
８􀆰 ５％．不同氮肥水平下，根茬可溶性有机碳含量及
其占全碳的比例为 Ｎ１２０＞Ｎ２４０＞Ｎ０，Ｎ１２０处理显著高于
Ｎ０和 Ｎ２４０处理．相关分析表明，不同施肥措施及氮肥
水平的玉米根茬可溶性有机碳与其全碳含量无显著
相关性．
ＮＰ、ＮＫ、Ｍ２ＮＰＫ处理之间根茬的可溶性总氮含
量差异不显著，占根茬全氮的比例为 ４．７％ ～ ５．４％，
显著高于其他处理．ＰＫ处理的根茬可溶性总氮含量
及占全氮的比例显著低于ＣＫ处理，为各处理中最
表 ３　 不同施肥处理玉米根茬可溶性有机碳、可溶性总氮的
含量及其占全碳、全氮的比例
Ｔａｂｌｅ ３ 　 Ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｓｏｌｕｂｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ
（ＷＳＯＣ） ａｎｄ ｔｏｔａｌ ｓｏｌｕｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ （ＴＳＮ） ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｔｉｏｓ
ｂｅｔｗｅｅｎ ＷＳＯＣ ａｎｄ ｔｏｔａｌ ｃａｒｂｏｎ （ＴＣ）， ＴＳＮ ａｎｄ ｔｏｔａｌ ｎｉ⁃
ｔｒｏｇｅｎ （ＴＮ） ｏｆ ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｆｅｒｔｉｌｉ⁃
ｚａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ （ｍｅａｎ±ＳＤ）
试验地
Ｓｉｔｅ
处理
Ｔｒｅａｔ⁃
ｍｅｎｔ
可溶性有机碳
Ｗａｔｅｒ ｓｏｌｕｂｌｅ
ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ
含量
Ｃｏｎｔｅｎｔ
（ｇ·ｋｇ－１）
占全碳
比例
ＷＳＯＣ ／ ＴＣ
（％）
可溶性总氮
Ｔｏｔａｌ ｓｏｌｕｂｌｅ
ｎｉｔｒｏｇｅｎ
含量
Ｃｏｎｔｅｎｔ
（ｇ·ｋｇ－１）
占全氮
比例
ＴＳＮ ／ ＴＮ
（％）
黄土监测 ＣＫ ４１．７±３．４ａｂ ９．６ ０．１９±０．００ｄ ４．１
基地 Ｎ ４３．４±３．８ａ ９．９ ０．４０±０．０１ｂ ４．７
Ｌｏｅｓｓ ＮＰ ４０．５±１．２ａｂ ９．９ ０．４２±０．０１ａ ５．０
ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ＮＫ ４３．２±５．１ａ ９．５ ０．４３±０．００ａ ４．７
ｂａｓｅ ＰＫ ３２．６±３．７ｃ ７．９ ０．１２±０．００ｅ ２．８
ＮＰＫ ４２．６±１．６ａ １０．１ ０．３９±０．０１ｂ ５．２
Ｍ１ＮＰＫ ４１．６±２．６ａｂ ９．９ ０．３７±０．０１ｃ ５．２
Ｍ２ＮＰＫ ３６．３±４．３ｂｃ ８．５ ０．４２±０．０１ａ ５．４
ＳＮＰＫ ４６．６±２．０ａ １１．０ ０．３９±０．０２ｂｃ ５．１
农作一站 Ｎ０ ３２．２±０．７ｂ ７．２ ０．１３±０．０１ｂ ４．７
Ｎｏ． １ Ｎ１２０ ４１．１±３．７ａ ８．８ ０．３０±０．０１ａ ５．１
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｓｔａｔｉｏｎ
Ｎ２４０ ３４．９±２．８ｂ ７．７ ０．２９±０．００ａ ５．２
１９３２８期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 蔡　 苗等： 长期不同施肥对玉米根茬生物量及养分累积量的影响　 　 　 　 　 　
图 ３　 不同施肥处理每季玉米根茬养分累积量
Ｆｉｇ．３　 Ｎｕｔｒｉｅｎｔ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．
低，可能是由于土壤长期氮素缺乏，同时磷、钾肥的
施用影响了根茬养分吸收之间的平衡［１９］ ．Ｎ、ＮＰＫ、
ＳＮＰＫ 处理的根茬可溶性总氮含量差异不显著，为
０．３９～０．４０ ｇ·ｋｇ－１，占全氮的比例为 ４．７％ ～ ５．２％，
说明 Ｐ、Ｋ肥料及秸秆还田对根茬可溶性总氮无显
著影响．长期施用氮肥 （ Ｎ１２０、Ｎ２４０ ）较不施氮处理
（Ｎ０）显著提高了根茬可溶性总氮含量，增幅达
５６％，同时增加了其占全氮的比例，Ｎ１２０和 Ｎ２４０处理
之间差异不显著．不同施肥处理的根茬可溶性总氮
与其全氮含量呈显著正相关．
２􀆰 ４　 长期施肥对玉米根茬纤维素、木质素的影响
从图 ４ 可以看出，ＮＰ 处理的根茬纤维素含量
（２５．４％）显著低于 ＣＫ、Ｎ、ＰＫ、ＮＰＫ 和 Ｍ２ＮＰＫ 处理
（３２．３％～３３．０％）；ＮＫ、Ｍ１ＮＰＫ、ＳＮＰＫ处理之间差异
不显著（２８．４％ ～ ２９．５％）．不同氮肥水平（Ｎ０、Ｎ１２０、
Ｎ２４０）对根茬纤维素含量无显著影响 （ ３２． ６％ ～
３５􀆰 ４％），但玉米根茬纤维素含量随着氮肥用量的增
加呈降低趋势．
长期不施肥土壤（ＣＫ）的玉米根茬木质素含量
（ １７．４％）与Ｎ、ＮＰ、ＮＫ、ＰＫ处理（１５．９％ ～１７．１％）差
２９３２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
图 ４　 不同施肥处理玉米根茬纤维素、木质素含量和木质素 ／ Ｎ
Ｆｉｇ．４　 Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｎｄ ｌｉｇｎｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ａｎｄ ｌｉｇｎｉｎ ／ Ｎ ｒａｔｉｏ ｉｎ ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．
异不显著（图 ５），但显著高于 ＮＰＫ、Ｍ１ＮＰＫ、Ｍ２ ＮＰＫ、
ＳＮＰＫ处理；Ｍ１ＮＰＫ 和 ＳＮＰＫ 处理的根茬纤维素含
量（１４．６％～１４．８％）显著低于其他处理．不同施氮水
平下，玉米根茬的纤维素含量存在显著差异，表现为
Ｎ０（１８．３％）＞Ｎ２４０（１６．９％）＞Ｎ１２０（１５．９％）．
　 　 黄土监测基地试验中，ＣＫ和 ＰＫ处理的玉米根
茬木质素 ／ Ｎ（３８．０ ～ ３９．２）较其他处理高 ５０％，差异
显著，这主要是因为 ＣＫ和 ＰＫ处理的根茬全氮含量
显著低于其他处理． ＮＫ 处理的根茬木质素 ／ Ｎ 为
１７􀆰 ４，显著低于 ＮＰＫ 和 Ｍ１ＮＰＫ 处理（２０．１ ～ ２０．５），
其他处理之间差异不显著（１９．３ ～ １９．７）．不同氮肥水
平下，根茬木质素 ／ Ｎ表现为 Ｎ０（６５．８）＞Ｎ２４０（３０．１）＞
Ｎ１２０（２７．２），３ 个氮肥水平之间差异显著．相关分析
表明，根茬木质素 ／ Ｎ 与其木质素含量呈显著正相
关，与全氮含量呈显著负相关．
３　 讨　 　 论
３􀆰 １　 长期不同施肥对根茬生物量及固碳量的影响
本研究表明，氮、磷肥配施及平衡施肥处理能够
显著提高试验区玉米根茬干质量和固碳量，且以有
机无机配施效果最优，秸秆还田措施对玉米根茬的
增量、固碳效果不如平衡施肥及有机无机配施，这与
许多学者进行的长期田间试验结果一致［２０－２２］ ．在偏
施化肥处理中，ＮＰ 处理的根茬干质量、固碳量显著
高于 Ｎ、ＮＫ、ＰＫ 处理．颜雄等［９］研究表明，氮、磷养
分对玉米籽粒产量影响显著，而土壤钾素对玉米生
物量的影响较小．其次，在研究区土壤速效钾含量相
对丰富，在 １９９０ 年试验起始时，黄土监测基地土壤
的氮、磷养分较低．长期氮、磷肥缺失导致作物生长
需求与土壤养分供应不平衡，影响玉米根茬的碳同
化作用［２３］ ．与氮磷钾平衡施肥相比，施用有机肥能
３９３２８期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 蔡　 苗等： 长期不同施肥对玉米根茬生物量及养分累积量的影响　 　 　 　 　 　
够显著提高玉米根茬固碳量，对增加干质量效果不
显著，这可能是由于施用有机肥在增加作物总体和
各器官生物量的同时，提高了籽粒产量的比例［９］ ．苗
惠田等［２２］在国家潮土肥力监测基地的试验也表明，
高量化肥和有机肥配施并无增产效果，玉米籽粒、根
茬及整株生物量均下降，这可能是由于作物对养分
的需求比例与土壤和有机肥料养分的供应比例不一
致所致［２４］ ．有机无机配施处理的根茬固碳量显著高
于其他处理，一方面，有机肥料施用有利于维持和提
高土壤有机碳含量和稳定性［２５－２６］；另一方面，较高
的玉米根茬还田量和碳投入，补充了土壤养分供应
过程中碳的损失，有利于农田土壤培肥［２２］ ．秸秆还
田措施较氮、磷、钾平衡施肥降低了根茬干质量和固
碳量，这可能是由于秸秆的 Ｃ ／ Ｎ 较高，其分解过程
中与作物生长竞争有效氮，影响根系生长和固
碳［２７］ ．植物光合碳是陆地和大气间碳循环的驱
动力，也是土壤有机碳的重要来源［２８］ ．在 ＮＰ、ＮＰＫ、
Ｍ１ＮＰＫ、Ｍ２ＮＰＫ 和 ＳＮＰＫ 处理中，玉米根茬全碳含
量与不施肥及偏施 Ｎ、ＮＫ、ＰＫ 化肥处理无显著差
异，而固碳量是后者的 ２ 倍多．因此，通过合理配施
氮、磷肥，增施有机肥提高玉米地下根系生物产量，
进而增加根茬碳归还量，对农田土壤有机碳的维持
和提高具有重要意义．
与长期不施氮肥处理相比，施氮肥 １２０ 和 ２４０
ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２处理能够显著增加玉米根茬干质量，增
幅为 ３８％ ～ ４５％，两者间差异不显著，这与 Ｚｈｏｕ
等［２９］对该试验田 ２００３—２００８年玉米籽粒产量进行
的统计结果一致．高量氮肥施用可能导致叶片早衰
及光合能力下降［３０］，不仅增产效果不明显，也不利
于提高氮肥利用率和减少环境污染．由于施氮处理
增加根茬生物量，进而显著提高了根茬碳归还量．因
此，合理施用氮肥有利于保障粮食安全、环境可持续
发展和增加土壤有机碳输入．
张喜英［３１］指出，夏玉米最大根深为 １．２ ｍ，８０％
以上的根系集中在 ０ ～ ４０ ｃｍ 土层中，应该指出，本
研究仅收集了 ０～２０ ｃｍ土层的玉米根茬，对根茬碳
还田量的估算不足．考虑到玉米根茬在土壤剖面的
自然分布深度，其对土壤有机碳的贡献作用会更大．
３􀆰 ２　 长期不同施肥对根茬养分累积特性的影响
施肥是提高作物产量的重要措施，不同施肥处
理也影响各器官的养分含量，进而使残体分解特性
及其归还土壤的养分数量存在差异．本研究表明，与
不施肥及偏施氮钾肥处理相比，氮、磷配施、氮磷钾
平衡施肥、有机无机配施和秸秆还田措施均能够显
著提高玉米根茬氮、磷、钾等养分在土壤中的投入
量．玉米在产量形成过程中，籽粒累积的大量养分中
一部分来自于茎叶的转移，另一部分则来源于根系
的直接供应［３２］ ．随着玉米根茬在土壤中的腐解，根
茬中的氮、磷、钾养分逐渐释放进入土壤，供作物生
长吸收利用．有机无机肥料配施能延缓玉米根系活
力下降，供给玉米植株和籽粒更多的养分［４］ ．赵秀兰
等［３３］研究表明，玉米根茬连续还田 １０ 年后，土壤速
效氮、磷、钾均显著增加．平衡施肥、有机无机配施及
秸秆施用显著增加了根茬氮、磷、钾养分的还田量，
有利于减少农田化肥施用量，保持养分在植株体内
和土壤中的良性循环和高效利用．
氮肥施用也能够显著提高根茬氮、磷、钾养分累
积量．根茬氮累积量在 ２４０ ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２处理下最高，
而磷、钾累积量在 １２０ ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２处理下较高．高量
氮肥不仅对玉米地上和地下生物量无显著增加效
果，同时可能抑制磷、钾养分的累积及其向籽粒的转
运［３４］ ．此外，长期高量施用化学氮肥，会加速土壤有
机碳的分解矿化和有机质老化，引起土壤酸化危
害［３５］ ．因此，适宜氮肥用量配施有机肥及秸秆还田
措施，能够保障作物生物量，提高环境效益和经济
效益．
不同施肥处理影响根茬自身的养分组成，而根
茬养分特性是影响其在土壤中分解的重要因素．可
溶性有机碳、氮含量较高的根茬在腐解过程中易于
被微生物分解利用，转化为矿质养分供作物吸收利
用［３６］ ．在影响根茬分解的多种因素中，根茬全氮、木
质素含量及 Ｃ ／ Ｎ、木质素 ／ Ｎ能够较好地预测其分解
速率［３７］ ．本研究表明，不施肥及磷钾肥配施的根茬
可溶性有机碳、氮含量显著低于其他施肥处理，同时
纤维素、木质素含量及根茬 Ｃ ／ Ｎ、木质素 ／ Ｎ 较高．施
用氮肥、有机无机配施及秸秆还田处理显著提高了
根茬的可溶性碳、氮含量，降低根茬木质素含量、
Ｃ ／ Ｎ和木质素 ／ Ｎ．陈兴丽等［１］研究也表明，氮磷钾平
衡施肥、有机无机配施处理的玉米秸秆及施用氮肥
的玉米根茬［３８］在培养期间有机碳矿化率显著高于
相应不施肥处理，这与秸秆的全氮含量相对较高、
Ｃ ／ Ｎ较低有关．氮肥、有机肥、秸秆的合理配施直接
影响根茬的 Ｃ ／ Ｎ、木质素 ／ Ｎ 等，进而影响其在农田
土壤中的分解转化、土壤有机碳的更新和固持．
参考文献
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［３８］　 Ｃａｉ Ｍ （蔡　 苗）， Ｄｏｎｇ Ｙ⁃Ｊ （董燕婕）， Ｌｉ Ｂ⁃Ｊ （李佰
军）， ｅｔ ａｌ． Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍａｉｚｅ ｒｏｏｔｓ
ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄｓ ｕｎｄｅｒ
ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｓｏｉｌ ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ａｃｔａ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ
Ｓｉｎｉｃａ （生态学报）， ２０１３， ３３（１４）： ４２４８－４２５６ （ ｉｎ
Ｃｈｉｎｅｓｅ）
作者简介　 蔡　 苗，女，１９８６年生，博士研究生． 主要从事农
田土壤碳库累积研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｃａｉｍｉａｏ＠ ｎｗｓｕａｆ．ｅｄｕ．ｃｎ
责任编辑　 张凤丽
６９３２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷