全 文 ：第 30 卷 第 4 期 热 带 作 物 学 报 Vol．30 No．4
2009 年 4 月 CHINESE JOURNAL OF TROPICAL CROPS Apr ．2009
施氮对圆叶决明生物固氮及氮肥利用效率的影响
李跃森1， 王义祥2， 应朝阳2， 翁伯琦2
1福建省农业科学院甘蔗研究所， 福建漳州 363005；
2福建省农业科学院农业生态研究所， 福建福州 350013
摘要 采用15N同位素示踪方法， 对不同施氮水平下的圆叶决明生物固氮水平， 氮肥的分配、 氮素来源， 以及氮
肥的利用率、 土壤残留、 挥发损失进行研究。 结果表明： 圆叶决明生物固氮百分率随着施氮水平的增加呈先升
高后下降的趋势， 并在N2 （30 mg/kg） 水平下达到最高， 为29.50％， 之后逐渐下降， 且各处理间差异极显著。
随着施氮量的增加圆叶决明对肥料氮的吸收增加， 而对土壤氮的吸收降低。 在较低 （N2） 施氮水平下， 圆叶决明
所需的氮主要来自土壤氮 （56.17％） 和生物固氮 （29.50％）； 较高 （N4） 施氮条件下圆叶决明所需的氮主要由
肥料氮 （43.46％） 和土壤氮 （45.49％） 提供。 随着施氮水平的提高， 圆叶决明氮肥利用率也逐渐降低， 而氮素
残留率逐渐升高。 就氮肥损失率而言， N1 （15 mg/kg）、 N2 （30 mg/kg） 和N3 （45 mg/kg） 处理间的差异不显著，
N4 （60 mg/kg） 处理损失率最小。
关键词 圆叶决明； 15N示踪； 生物固氮； 氮素利用率
中图分类号 S541.9
圆叶决明 （Chamaecrista rotundifolia） 是一种半灌木半直立多年生草本植物， 原产中美洲和南美洲。
1989年， 福建省农业科学院农业生态研究所从澳大利亚国际农业研究中心引进并对其在水土保持、 培肥地
力、 饲料开发、 果园套种等方面进行大量研究结果发现， 圆叶决明是一种适于南方丘陵红壤山地种植的抗
逆性强的结瘤豆科牧草， 耐旱耐瘠能力强， 管理粗放， 一般在果园中套种， 可收鲜草3～4.5万kg/hm2， 营养
价值高， 植株粗蛋白平均含量为10％～14％， 可作为肉牛、 山羊和肉兔的饲料添加剂， 节约饲料成本 [1]；
利用圆叶决明栽培食用菌， 不仅可以替代麦皮等栽培料， 而且还能明显提高菇类产量和改善品质 [2， 3]。
矿质元素营养对圆叶决明的生长起关键性作用， 农业生态研究所已进行圆叶决明施不同浓度水平的N,P,K,
Se,Mo,B等矿质营养元素的研究[4～6]， 但大多都集中在施肥与产量、 品质的关系研究上。 本研究选择种植于
红壤的豆科牧草圆叶决明作为研究材料， 利用15N示踪技术研究不同供氮水平对圆叶决明生物固氮的影响，
以及氮素肥料在土壤-牧草系统中的利用率和损失率， 旨在探讨植物营养三要素之一和氮素营养对圆叶决
明生物固氮率影响的机制和氮素在土壤 - 牧草系统中的迁移转化规律， 确定适合圆叶决明种植的氮肥施
用量， 为圆叶决明栽培管理和施用肥料提供科学依据， 最终达到提高肥料利用效率， 增加牧草产量、 改善
品质和减少区域环境污染的目的。
1 材料与方法
1.1 材料
供试牧草品种为豆科牧草闽引圆叶决明（Chamaecrista rotundifolia）。 土壤为花岗岩发育的山地丘陵红
壤， 其营养成分含量分别为： 有机质10.56 g/kg、 全氮0.046％、 碱解氮35.01 mg/kg、 速效磷5.73 mg/kg、 速
效钾71.86 mg/kg； pH值为5.24。
基金项目： “十一五” 国家科技支撑计划项目 （No. 2007BAD89B13）， 福建省自然科学基金 （No. 2006J0125） , 福建省农业科学院科技创
新团队建设基金 （No. STIF-Y01） 资助。
作者简介： 李跃森， 1982年生， 男， 硕士。 研究方向： 为植物营养与生态。
*通讯作者： 翁伯琦， 1957年生， 男， 研究员， 主要从事土壤肥料与生态农业技术研究。
收稿日期： 2009-03-09 修回日期： 2009-03-13
4期 李跃森等： 施氮对圆叶决明生物固氮及氮肥利用效率的影响

    

  


 


 


 


 


 


 






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1.2 方法
1.2.1试验设计 试验在福建省农业科学院农业生态研究所网室内进行。 采用盆栽方法， 共设5个氮素
处理水平， 分别为N0 （0 mg/kg）、 N1 （15 mg/kg）、 N2 （30 mg/kg）、 N3 （45 mg/kg）、 N4 （60 mg/kg）， 每个处理
重复9盆。 试验氮肥为15N丰度为10.15％的尿素。 试验用盆钵为H×D=32 cm×26 cm的塑料盆， 每盆装过直径
为5 mm筛风干土5 kg， 磷肥 （过磷酸钙）、 钾肥 （氯化钾） 的用量分别为： P2O5 80 mg/kg、 K2O 50 mg/kg，
作为基肥一次性施入。 7月3日播种育苗， 播种前用根瘤菌拌种。 同时按照以上设计的5个氮素水平分别设
立参照系对照组， 播种前不进行根瘤菌拌种， 每个对照组重复3次。 圆叶决明待出苗后每盆定苗5株， 然后
将氮肥按照以上5个水平配制成水溶液一次性施入， 试验期间同时做好病虫害的防治工作。
1.2.2样品采集与制备 分别在植株生长分枝期、 初花期、 结荚期采集植株样品和土壤样品（每次每个
处理3盆）。 首先用半筒式不锈钢取土器沿塑料盆径向取分布均匀的3个土柱， 充分拌匀后称20 g(3个重复)
分别装入测样杯中。 然后收割植株地上部分和挖取地下部分并称重取样， 植株样品统计根瘤数后在75 ℃
条件下烘干至恒重后粉碎， 用于全氮及15N的分析测定； 土壤样品自然晾干粉碎后过100目筛用于全氮及15N
的分析测定。
1.2.3测定项目与方法 全部样品经烘干、 磨碎、 过筛， 供全氮及15N的分析测定。 样品用改良凯氏法消
化， 测定植株全氮量， 并进行质谱分析， 测定15N丰度。 用15N同位素稀释法计算圆叶决明来自固氮的百分
数 （％Ndfa）、 来自肥料氮的百分数 （％Ndff） 和来自土壤氮的百分数 （％Ndfs） [7]。
1.2.4数据分析 原始数据的分析采用Excel软件， 统计分析用DPS软件处理。
氮吸收量=植株干重 (g/盆） ×植株含氮量 （％）
％Ndfa= (1－圆叶决明的15N原子百分超÷非固氮圆叶决明的15N原子百分超) ×100％
％Ndff=15N原子百分超÷肥料15N原子百分超×100％
％Ndfs=1－％Ndfa－％Ndff
氮素利用率=N吸收量 （g/盆） ×％Ndff÷氮素用量 （g/盆）
氮素残留率＝土重×含氮量×15N原子百分超÷ ［氮素用量 （g/盆） ×肥料15N原子百分超］ ×100％
氮素损失率=1－氮肥利用率 （％） －土壤中氮肥存留率 （％）
2 结果与分析
2.1 施氮对圆叶决明氮吸收和生物固氮的影响
结果见表1。 从表1可见， 圆叶决明植株分枝期地上部和地下部全氮含量随着施氮水平的提高有显著的
促进作用。 N1～N4处理与对照组的相比地上部和地下部全氮含量分别提高了5.03％～22.01％和2.34％～
10.94％， 差异达极显著； 初花期地上部和地下部全氮含量分别比对照组的提高了10.30％～32.12％和
6.82％～19.70％， 差异极显著， 其中N2处理的地上部和地下部全氮含量最高； 结荚期地上部和地下部全氮
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热 带 作 物 学 报 30 卷
含量分别比对照组的提高了6.88％～23.13％和13.28％～14.84％， 差异达极显著。 其中N2处理的地上部全氮
含量最高， N3和N4处理的地下部全氮含量最高。 随着尿素施用浓度的增加， 植株全氮整体表现为先增加后
下降的趋势。 虽然分枝期植株全氮含量呈正相关关系， 但在初花期和结荚期植株的全氮并不随着施氮浓度
的增加而增加， 反而在N2处理后植株地上部和地下部全氮与施氮量呈负相关关系。
由表1还可以看出， 随着施氮水平的提高， 圆叶决明氮素吸收量呈现先增后减的趋势。 分枝期、 初花
期和结荚期均以N2处理的N素吸收量最高， 分别比N0处理提高了59.26％、 57.72％和23.35％。 圆叶决明有
效根瘤数和生物固氮率随着施氮水平的增加是先升高然后下降。 有效根瘤数在N1水平时达到最大值， 之后
随着施肥量的增加逐渐减少。 生物固氮率在N2水平达到最高， 为29.50％， 之后逐渐下降； N4水平最低，
各处理间差异达到极显著。 可见， 氮素的供应水平对圆叶决明生物固氮作用影响较大。 施用较高水平的氮
素可能减少了根系的产量并抑制根瘤的形成， 从而降低其固氮能力， 施低水平的氮素则能促进根瘤的形
成， 增加其固氮能力， 这与Heichel等 [8～10] 的研究结果相似。
2.2 施氮水平对化学肥料氮在圆叶决明植株上累积的影响
表2结果显示， 从圆叶决明整个生长期看， 随着施氮水平的增加， 植株地上部和地下部所吸收的来自
肥料中的氮素 （％Ndff） 与施氮量呈正相关。 N2～N4处理后植株分枝期、 初花期、 结荚期与N1处理相比，
地上部的％Ndff分别增加了168.74％～353.24％、 123.45％～559.91％、 43.98％～331.74％； 地下部的％Ndff
分别增加了61.65％～339.64％、 159.83％～350.65％、 92.12％～534.31％。 其中N3、 N4处理与N1处理差异达极
显著。
2.3 施氮水平对圆叶决明氮素来源及氮肥利用率的影响
施氮水平对圆叶决明的％Ndff影响较大，
施氮量高的处理％Ndff也较高， 处理间差异极
显著 （见表3）。 说明施氮水平高时， 圆叶决
明对氮肥的吸收率也高。 圆叶决明的％Ndfs在
N1水平下达到最高， 为77.62％； 在N4水平下
最低， 为45.49％。 在较低施氮水平下 (N2)，
圆 叶 决 明 所 需 的 氮 主 要 来 自 土 壤 氮
（56.17％） 和生物固氮 （29.50％）； 在较高施
氮条件下 (N4)， 圆叶决明所需的氮主要由肥
料氮 （43.46％） 和土壤氮 （45.49％） 提供。
说明随着施氮水平的提高， 圆叶决明对土壤
氮的依赖度降低。
随着施氮水平的提高， 圆叶决明氮肥利用率也逐渐降低 （表4）。 从表4可见， N2～N4与N1相比较， 圆叶
决明氮肥利用率分别降低了1.91％、 17.10％和18.89％。 方差分析表明， N1和N2处理间的差异不显著， N1
和N2处理与N3和N4处理间的差异均达到极显著水平。 随着施氮水平的提高， 氮素残留率的变化趋势与利用

    

    
  
  

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4期
率相反， 与N1处理相比， N2、 N3和N4处理的氮素残留率分别提高了1.53％、 18.98％和30.21％， 但N1与N2处
理间的差异不显著， N1、 N2与N3和N4处理间的差异均达极显著水平。 就氮肥损失率而言， N1和N2处理的较
高， 分别为38.654％和38.693％， 但N1、 N2和N3处理间的差异不显著， N4处理的损失率最小， 可能与氮素
残留率较高有关。
3 结论
在本研究的施氮水平内， 随着施氮量的增加圆叶决明对肥料氮的吸收增加， 而对土壤氮的吸收降低，
施氮对圆叶决明吸收肥料氮的数量有显著影响。 在较低 （N2） 施氮水平下， 圆叶决明所需的氮主要来自土
壤氮 （56.17％） 和生物固氮 （29.50％）； 在较高 （N4） 施氮条件下圆叶决明所需的氮主要由肥料氮
（43.46％） 和土壤氮 （45.49％） 提供。 植株中吸收来自肥料中的氮素营养 （％Ndff） 与施氮量呈正相关，
而植株的全氮则呈先升高后下降的趋势。 可见， 氮素肥源只有合理的施用才能提高圆叶决明的全氮含量，
进而提高植株的产量和品质， 过量的施用氮肥虽然来自肥料中的氮素营养增加， 但并不能提高植株的全氮
含量， 这不仅造成肥料的浪费， 而且增加了氮肥的硝酸盐淋溶和氨挥发以及硝化 － 反硝化作用， 影响圆
叶决明的产量和品质。 这也是目前我国农业施氮肥中存在的普遍的问题， 过量的施用氮肥， 作物产量和品
质反而下降。
肥料氮、 土壤氮以及生物作用固定的氮在土壤 - 牧草系统中的迁移和转化受众多因素的影响， 其过
程是相当复杂的， 还有待进行深入详细的研究。 利用15N同位素稀释法测定生物固氮率可以避免间接效应
对固氮量测定的影响， 被认为是确定固氮作用定性和定量最直接、 最可靠、 最标准的方法 [11]， 但是具体
操作时对照植物的选取也需要进一步深入探讨。
参 考 文 献
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李跃森等： 施氮对圆叶决明生物固氮及氮肥利用效率的影响 433
热 带 作 物 学 报 30 卷
Effect of Nitrogen Fertilization on the Biological N-
fixation and N Utilization Efficiency of
Chamaecrista rotundifolia
Li Yuesen 1, Wang Yixiang2, Ying Zhaoyang 2, Weng Boqi2
1 Sugarcane Research Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Zhangzhou, Fujian 363005;
2 Agricultural Ecology Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou, Fujian 350013, China
Abstract Isotope 15N was used to analyse the biological nitrogen (N)-fixation rate and N distribution in the plant,
the plant N source, N utilization efficiency, soil N residue, and N volatilization loss under different N fertilizer
levels. The biological N-fixation rate of Chamaecrista rotundifolia showed a trend of increasing and then decreas－
ing, climbing to the peak of 29.50% at the N2 level (30 mg/kg) and then gradually decreasing, had a highly sig－
nificant difference between the treatments. At a certain N level, the N absorption of C. rotundifolia increased from
the N fertilizer as the N fertilization rate increased, but the N absorption decreased from the soil. At the low N
fertilization level, the main N required by C. rotundifolia was mainly supplied by soil N (56.17%) and biological
N-fixation (29.50%), but at the high nitrogen fertilization level it was mainly supplied by fertilizer N (43.46%)
and soil N (45.49%). As the N fertilization rate increased, the N utilization efficiency of C. rotundifolia gradually
decreased, but the N residue rate increased gradually. There was no significant difference in loss of N fertilizer a－
mong the treatments N1 (15 mg/kg), N2 (30 mg/kg) and N3 (45mg/kg), and treatment N4 (60 mg/kg) had minimum
loss of N fertilizer.
Key words Chamaecrista rotundifolia; biological nitrogen-fixation; nitrogen utilization efficiency
（责任编辑：赵军明）
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