全 文 ：红壤性水稻土紫云英有机氮素形成特征的研究
赖 涛 ,李茶苟 ,黄庆海 ,吴建华
(江西省红壤研究所 ,江西进贤 331717)
摘　要:应用盆栽方法和15N示踪技术 ,对红壤性水稻土紫云英有机氮素的形成特征
进行了探讨。结果表明:紫云英有机氮素的来源主要来自根瘤固氮 ,固氮量占植株总氮
量的 42.40%,土壤供氮和肥料供氮分别占 29.26%和 28.34%。施用氮肥能促进紫云英
干物质的积累和鲜草产量的提高 ,但对其根瘤的形成及生物固氮有负面影响。土壤中15
N尿素的去向表现为气逸损失>作物吸收>土壤残留。
关键词:红壤性水稻土;紫云英;氮素来源;根瘤固氮;15N示踪
中图分类号:S142.1　文献标识码:A　文章编号:1001-8581(2002)02-0014-05
在南方稻-稻-肥耕作制中 ,紫云英绿肥在调节农田生态系统的氮素平衡中起着十分重
要的作用[ 1] 。人们对绿肥提高土壤有机质和改善作物营养作用的研究较多 ,并得到肯定[ 2 、3] 。
但是 ,关于紫云英植物体中有机氮素的来源和紫云英根瘤的共生固氮特点还缺乏系统深入的
研究 。本研究主要通过同位素示踪 、盆栽试验和人为控制紫云英结瘤等技术手段 ,探讨豆科绿
肥紫云英有机氮素的来源途径 ,以及紫云英生长过程中的氮肥施用技术和利用前景。为重新
审视绿肥在南方稻区的农业地位 ,恢复和发展绿肥生产 ,保障农业可持续发展提供技术依据。
1　材料与方法
1.1　盆栽土壤的制备
试验在江西省红壤研究所的一块新垦稻田(以前从未种过豆科植物)中进行 ,取 0 ～ 20cm
耕层土壤 150kg ,土壤母质为第四纪红色粘土 ,晾干后碾碎 ,过 1mm孔筛后装盆备用 。经栽种
试验检测 ,在自然生长条件下 ,紫云英在该土壤中基本不结瘤。该土壤的基础肥力见表 1。
表 1　供试土壤的基础肥力状况
Table 1　Some physical and chemical properties of soil used in the experiment
土深
Soi l depth
(cm)
pH 值
pH-value
有机碳
Organic C
(g kg)
全氮
Total N
(g kg)
全磷
Total P2O 5
(g kg)
全钾
Total K2O
(g kg)
水解氮
Hydrolyzable N
(mg kg)
速效磷
Avai lable P
(mg kg)
速效钾
Avai lable K
(mg kg)
0～ 20 5.86 16.49 1.45 0.92 13.99 185.6 24.0 176.0
1.2　盆栽钵的制作
选用镀锌铁板制作有底的圆柱形金属盆钵 ,其内径为 29.1cm ,高为 25.0cm ,铁板厚度为
1.8mm 。盆底缝隙密封不漏水 ,人为调节水分 ,防止氮及其他养分的淋移。每盆装土 7.5kg 。
1.3　试验设计
试验共设 4个处理 ,处理 1在新区稻田土上种植紫云英(不接种根瘤菌);处理 2在新区稻
江西农业学报　2002 , 14(2):14 ～ 18　
Acta Agriculturae Jiangxi　　　　　 　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
收稿日期:2002-02-20　基金项目:江西省自然科学基金资助项目(963502)。　作者简介:赖涛(1964-),男 ,江西会昌人 ,硕士 ,助理研究员 ,主要从事土壤农化研究工作。
田土上种植紫云英(接种根瘤菌);处理 3在新区稻田土上施用15N尿素 、种植紫云英(不接种根
瘤菌);处理4在新区稻田土上施用15N尿素 、种植紫云英(接种根瘤菌)。每处理 3次重复 ,共
12个盆钵。
1.4　15N材料来源
供试15N尿素是上海化工研究院生产的稳定性同位素产品 ,丰度为 10.18%。盆栽试验每
盆用量为 1g ,含N 460mg 。
1.5　紫云英的播种与管理
播种日期为 1997年 10月 14日 ,种子用量为每盆 1g ,每盆加入 2.5L 蒸馏水 ,以土壤湿润
而不渍水为度 ,出苗后每星期补充蒸馏水 2次 。栽培期间采取保护措施 ,避免雨 、雪水入盆而
造成溢漏 ,影响实验结果 。
1.6　活体根瘤菌接种
处理2和处理4于 1997年12月19日和 1998年2月20日两次采用活体根瘤菌方法接种 。
即取新鲜根瘤 250g 左右 ,放入研钵中捣碎 ,配蒸馏水分别倾入处理 2和处理 4的盆钵中 ,处理
1和处理 3补充同量级的蒸馏水 。
1.7　取样方法与分析项目测定
于1998年4月 20日将各处理栽种的紫云英植株全部拔出 ,分别洗净根系 ,在 105℃下杀
青5min ,然后在 60℃恒温下干燥 10h至恒重 ,称重后磨碎 ,过 0.5mm 孔筛;土壤样品取盆栽结
束后的混合样。
试验前测定供试土壤的基础肥力;试验结束后测定土壤和植株的全N和15N丰度(全氮测
定均采用凯氏法 ,土壤用 K2SO4 —CuSO4 —Se 消煮 ,植株用 H2SO4 —H2O2 消煮;15N 丰度测定用
质谱法)。
2　结果与讨论
2.1　施用氮肥对紫云英根瘤固氮及生物产量的影响
施氮措施对豆科绿肥紫云英有着较大的影响。由表 2和图 1可以看出 ,新区稻田土种植
紫云英 ,在不接种根瘤菌条件下 ,施用15N尿素处理的鲜草和干草重分别比不施肥区增加
88.1%和 110.8%;在接种根瘤菌的条件下 ,施肥区无论鲜草产量还是干物质积累仍比不施肥
区高 ,但幅度有所下降 ,干 、鲜重分别增加 41.9%和 43.6%,并且施氮对紫云英根瘤的形成有
影响 ,施肥区每株结瘤个数比不施肥区明显减少 ,这与某些学者得出的“随着施氮量的增加 ,豆
科植物来自共生固氮的作用比例降低”的研究结果相似[ 4] 。在施氮条件下 ,采用活体根瘤菌接
表 2　盆栽各处理紫云英的生物性状与产量
Table 2 　Biological traits and yield of Chinese milk vetch in different treatments in pot culture experiment
处理
Treatment
鲜草重(Fresh weight)
(g 盆)
Ⅰ Ⅱ Ⅲ 平均
Average
干草重(Dry weight)
(g 盆)
Ⅰ Ⅱ Ⅲ 平均
Average
根瘤数
No.of root
nodule
(个 株)
株高
Plant
height
(cm)
1 43.5 34.7 30.9 36.36 4.4 3.5 3.2 3.70 0.05 28.5
2 71.1 74.7 77.1 74.30 8.6 9.0 9.3 8.97 17.00 40.5
3 59.0 66.7 79.5 68.39 6.7 7.6 9.1 7.80 0.04 34.0
4 151.0 94.0 75.0 106.67 18.9 10.2 9.1 12.73 11.40 43.5
15　2 期　　　　　　　　 　赖涛等:红壤性水稻土紫云英有机氮素形成特征的研究　　　　　　　　　　　
种比不接种的鲜草产量增加 56.0%,干草产量增加 63.2%;而在不施氮条件下 ,接种根瘤菌处
理的干 、鲜草重分别比不接种处理增加 142.4%和 104.4%。显然 ,根瘤菌的固氮对紫云英的
氮素营养及有机碳水化合物的形成 ,有着重要的生物学意义 。
图 1　施用氮肥对紫云英产量的影响
Figure 1　The effect of applying nitrogen fertilizer on the yield of Chinese milk vetch
2.2　紫云英有机氮素的来源
豆科作物的生物固氮的优势利用 ,在农学栽培上一直备受关注 。因此 ,采用技术手段 ,区
分豆科绿肥氮源途径 ,是当今农业基础研究的一个热门课题 。从表 3可以看出 ,盆栽条件下 ,
紫云英氮素的来源 ,主要以根瘤固氮为主 ,占植株总氮量的 42.40%,土壤供氮占植株总氮量
的29.26%,肥料供氮占 28.34%。与处理 4相比 ,处理 3的肥料供氮比例及供氮量有很大提
高 ,处理 2的根瘤共生固氮量及其占植株总氮量的比例均有所上升 ,分别增加 22.14mg 盆和
23.54个百分点 。说明在施肥条件下 ,紫云英的根瘤固氮能力有所减弱;同时 ,在根瘤固氮参
与下 ,肥料供氮比例也会下降。表明紫云英的生物固氮能力与土壤环境密切相关。在绿肥的
栽培过程中 ,重视土壤疏松及清沟排渍 、干湿适宜等土壤管理措施 ,对发挥根瘤固氮优势 、争取
绿肥高产和培肥地力有着极其重要的意义。
表 3　紫云英 N 素来源分析
Table 3　Analysis of the nitrogen source of Chinese milk vetch
处理
Treatment
植株总N 量
Total N
in plant
(mg 盆)
肥料供N量
Supply of N
by manure
(mg 盆)
占总 N量
Ratio to
total N
(%)
根瘤固N 量
Fixed N by
root nodule
(mg 盆)
占总N 量
Ratio to
total N
(%)
土壤供 N量
Supply of
N by soil
(mg 盆)
占总 N量
Ratio to
total N
(%)
1 111.32 111.32 100.00
2 326.86 215.54 65.94 111.32 34.06
3 262.73 151.41 57.63 111.32 42.37
4 456.12 129.26 28.34 193.39 42.40 133.46 29.26
　注:处理 4的根瘤固氮量为处理 4与处理 3植株总氮量的差值;处理 2的根瘤固氮量为处理 2与处理 1植株总氮量的差
值;处理 3的肥料供氮量=处理 3的植株总氮量-处理 1的植株总氮量;处理 4的肥料供氮量=处理 4的植株总氮量
-处理 2的植株总氮量。
16　　　　　　　　　　　　　　　　江　西　农　业　学　报　　　　　　　　　　　　　　　14卷
2.3　紫云英15N吸收利用率
氮肥的生物效应是投入的肥料氮与土壤中的矿质氮 ,通过生物固定作用所表现出来的氮
库的替代过程[ 5] ,其最终体现在氮肥利用率上 。盆栽条件下 , 15N 示踪结果(表 4)表明 ,处理 3
和处理4紫云英的氮肥利用率分别为34.76%和 25.18%,不接种根瘤菌 ,即人为控制紫云英不
结瘤 , 15N肥料利用率有所提高 。紫云英的氮素营养较丰富 ,植株干基的全氮含量达 29.91 ～
36.37g kg ,氮素来源主要是根瘤的共生固氮 ,对肥料氮的吸收利用相对较少。这与其他非豆科
作物主要依赖肥料与土壤供氮的特点迥然不同[ 1] 。因此豆科绿肥在施肥策略上宜少施氮肥 ,
多施磷 、钾肥 ,还应加强土壤管理 ,为绿肥的生长创造良好的环境 。
表 4　紫云英15N肥料利用率
Table 4　Utilization rate of 15N -urea in Chinese milk vetch
处理
Treatment
施15N 量
15N supply
(mg 盆)
植株含 N量
Total N
in plant
(mg kg)
植株15N丰度
Abundance
of 15N in plant
(%)
NDFF
(%)
15N吸收总量
Total 15N
absorbed by plant
(mg 盆)
15N 利用率
Utilization
rate of 15N
(%)
1 29.91 0.3752
2 36.37 0.3725
3 460.0 33.64 6.1960 60.86 159.90 34.76
4 460.0 35.83 2.5850 25.39 115.83 25.18
2.4　土壤15N的残留与回收
在本实验人为控制15N无淋移损失的条件下 ,用差减法计算 ,紫云英绿肥施15N的气逸损失
量为 190.5 ～ 219.5mg 盆 ,气损率达 41.41%～ 47.71%。综合表 4 、表5的结果 ,紫云英施15N的
肥料去向表现为气逸损失(41.41%～ 47.71%)>作物吸收(25.18%～ 34.76%)>土壤残留
(23.83%～ 27.11%)。这与非豆科作物 ,特别是禾本科作物的氮素去向不一样 , 例如玉米以作
物吸收>气态损失>土壤残留>淋移损失[ 6 、7] 。由此可见豆科绿肥有其自身的氮素需求规律 ,
过量施氮将造成肥料的严重耗损和压抑根瘤固氮 。
表 5　紫云英施15N后土壤残留率及回收率
Table 5　Residual rate and return rate of 15N in soil in different treatments
处理
Treatment
土壤15N丰度
Abundance of
15N in soil
(%)
NDFS
(%)
15N施入量
15N supply
(mg 盆)
15N残留量
15N residue
(mg 盆)
土壤总N 量
Total N
in soil
(mg 盆)
15N残留率
Residual rate
of 15N
(%)
15N回收率
Return rate
of 15N
(%)
1 0.3750 11475.0
2 0.3725 10875.0
3 0.4705 0.974 460 109.62 11250.0 23.83 58.59
4 0.4842 1.139 460 124.71 10950.0 27.11 52.29
3　小结
紫云英有机氮素的来源主要来自于根瘤固氮。根瘤固氮占植株总氮量的 42.40%,土壤
供氮和肥料供氮分别占植株总氮量的 29.26%和 28.34%。
施氮能促进紫云英干物质的积累和鲜草产量的提高 ,但对紫云英根瘤的形成和根瘤生物
固氮能力有负面影响 。与施用氮肥区相比 ,不施氮区的根瘤共生固氮量及其占植株总氮的百
分率均有所上升 ,分别增加 22.14mg 盆和 23.54个百分点。
17　2 期　　　　　　　　 　赖涛等:红壤性水稻土紫云英有机氮素形成特征的研究　　　　　　　　　　　
在无淋移损失的实验条件下 , 15N肥料的去向表现为气逸损失>作物吸收>土壤残留 。这
与禾本科作物的氮素去向规律不一致。反映了紫云英对氮素的需求有其自身的规律 。
致谢:参加本项研究工作的人员还有赖庆旺 、余进祥 、赵美珍和严传华同志 ,特致谢意 !
参考文献:
[ 1] 中国农业科学院土肥所.中国肥料[ M] .上海:上海科技出版社 , 1994.1～ 11.
[ 2] 赖庆旺.红壤性水稻土有机质周年消长及调节技术[ J] .中国农业科学 , 1979 ,(3):65～ 73.
[ 3] 刘勋 ,赖庆旺.红壤地区土壤有机质的循环与调节的研究[ J] .江西农业学报 , 1999 , 10(增刊):14～ 23.
[ 4] 谢学民.核技术农学应用[ M] .上海:上海科技出版社 , 1989.106～ 128.
[ 5] 朱兆良.关于土壤氮素研究中的几个问题[ J] .土壤学进展 , 1989 ,(2):1～ 9.
[ 6] 赖涛.红壤旱地氮素平衡及去向研究[ J] .植物营养与肥料学报 , 1995 ,(1):85～ 89.
[ 7] 赖庆旺.红壤旱地长期施肥效应及养分流向[ A] .江西红壤研究(第十一辑)[ C] .1995.24～ 42.
Study on Sources of Organic Nitrogen in Chinese
Milk Vetch on Red Paddy Soil
LAI Tao , LI Cha-gou , HUANG Qing-hai , WU Jian-hua
(Jiangxi Institute of Red Soil , Jinxian 331717 , China)
　　Abstract:By applying pot culture method and 15N trace technique , this paper studied the sources of
organic nitrogen in Chinese milk vetch and the destinations of
15
N urea during the growth of Chinese milk
vetch on red paddy soil , the results showed that the organic nitrogen in Chinese milk vetchmainly derived
from the fixed nitrogen by root nodule , which accounted for 42.40% of total nitrogen in plant , soil and
urea supplied 29.26% and 28.34% of total nitrogen in plant , respectively.Applying nitrogen fertilizer
could enhance the fresh weight and dry weight of Chinese milk vetch , but it had negative effect on the
formation of root nodule and the biological nitrogen fixation.The destinations of 15N urea in soil were ar-
ranged as follows:loss due to volatilization>absorbed by plant>residue in soil.
Key words:Red paddy soil;Chinese milk vetch;Sources of nitrogen;Nitrogen fixation of root
nodule;15N trace
18　　　　　　　　　　　　　　　　江　西　农　业　学　报　　　　　　　　　　　　　　　14卷