全 文 ：doi:10. 11838 /sfsc. 20140111
黄腐酸和聚天冬氨酸对蕹菜氮素吸收及氮肥去向的影响
侯晓娜，王 旭*
(中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081)
摘 要:为了解黄腐酸 (FA)和聚天冬氨酸 (PASP)对蕹菜氮素吸收及氮肥去向的影响，采用15 N 尿素示踪技
术，设置不施氮肥 (CK) ，单施尿素 (N) ，尿素配施低、中、高用量的 FA 和 PASP (NF1、NF2、NF3、NP1、
NP2、NP3)8 个处理，在温室条件下进行盆栽试验。结果表明，与 N 处理相比，配施 FA 和 PASP 后蕹菜地上部
鲜重增加了 7. 46% ～ 17. 55%;NP2、NP3 和各 NF处理显著提高了蕹菜的吸氮量，提高幅度为 10. 84% ～ 18. 25%，
其中，蕹菜对非标记氮的吸收量显著增加，且随 FA和 PASP用量的增大而增加;NF3 处理的15 N利用率显著低于
N处理，其余处理无显著变化;NF2、NF3、NP2 和 NP3 处理的15N损失率比 N处理减少了 5. 41 ～ 14. 58 个百分点;
NF2、NF3 和 NP2 处理的15 N 土壤残留率增加了 5. 08 ～ 20. 02 个百分点。研究表明，中、高用量的 FA 和 PASP 与
尿素配施促进了蕹菜对氮素 (尤其是非标记氮素)的吸收，同时减少了氮肥的损失，增加了氮肥在土壤中的残
留，对土壤氮库的贡献作用显著。
关键词:黄腐酸;聚天冬氨酸;蕹菜;15N尿素;氮素吸收;氮肥去向
中图分类号:S147. 2;Q945. 1 文献标识码:A 文章编号:1673 － 6257 (2014)01 － 0048 － 05
收稿日期:2013 － 04 － 08;最后修订日期:2013 － 06 － 14
作者简介:侯晓娜 (1987 －) ，女，山西河津人，硕士研究生，研
究方向为肥料资源利用。通讯作者为王旭。
腐植酸是指在微生物的参与下，动植物的残骸
经过复杂的地球化学反应形成的一类有机混合
物［1］。黄腐酸 (Fulvic acid，FA)是腐植酸中的水
溶性组分，主要组成元素为 C、H、O、N 和 S，分
子量较小，含羧基、酚羟基和醌基等官能团，有较
强的离子交换、络合及吸附能力［2］。聚天冬氨酸
(Polyaspartic acid，PASP)是由天冬氨酸的氨基和
羧基缩水而成的聚合物，具有分散、螯合和吸附
性［3］。目前，腐植酸和聚天冬氨酸在农业中作为肥
料添加剂，可与尿素混合制成腐植酸尿素［4］和多肽
尿素［3］等产品，且在应用推广中发展迅速。因而
腐植酸和聚天冬氨酸与氮肥配施对作物氮素吸收
及其作用机理的研究是评价其科学配施的关键
问题。
关于腐植酸对尿素的作用已有不少学者进行了
探索。梁宗存［5］等认为，腐植酸中的羧基、酚羟基
等含氧官能团能与尿素发生反应，形成稳定的化学
键。陆欣等研究表明，腐植酸与尿素配施后，在一
段时间内土壤脲酶的活性降低［6，7］，这可能是由于
腐植酸分子中的羟基、酚羟基和醌基等基团对土壤
脲酶活性产生了抑制作用［8］。还有研究表明，将一
定量的尿素与腐植酸或黄腐酸混合施用，可以减少
氨的挥发［9 － 11］。而聚天冬氨酸与氮肥作用机理的研
究相对较少。目前，已有生物试验证明，腐植酸、
聚天冬氨酸与氮肥配施可以提高作物的产量，促进
作物对氮素的吸收［12 － 16］，但由于配施后氮素在土
壤中会发生复杂的生物化学变化，使作物对氮肥的
利用研究难以定量化。本文通过盆栽试验，利用
15N标记技术，研究腐植酸类物质中的黄腐酸及多
肽化合物聚天冬氨酸与尿素配施对蕹菜氮素吸收及
标记氮肥去向的影响，为黄腐酸和聚天冬氨酸与氮
肥的合理配施提供一定的科学依据。
1 材料与方法
1. 1 供试材料
供试土壤为盐化潮土，土壤质地为轻壤，2011
年 10 月中旬采自中国农业科学院德州实验站陵县
试验基地，取土深度 0 ～ 20 cm。土壤 pH 值为
8. 81，有机质含量 9. 11 g /kg，全氮 0. 58 g /kg，铵
态氮 7. 14 mg /kg，硝态氮 14. 9 mg /kg，有效磷
(P)6. 49 mg /kg，速效钾 (K)87. 0 mg /kg，水溶
性盐总量 0. 13%。
供试黄腐酸材料从风化煤中提取，黄腐酸含量
10. 6%，含氮量 2. 15%，pH 值为 2. 32。供试聚天
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中国土壤与肥料 2014 (1)
冬氨酸材料是以 L －天冬氨酸为原料热缩合而成，
聚天冬氨酸含量 28. 8%，含氮量 3. 05%，pH 值
为 7. 67。
供试作物为蕹菜 (Ipomoea aquatica Forsskal) ，
生长期 60 d左右。
15N标记尿素的15 N 丰度为 10. 2%，磷肥和钾
肥分别使用 KH2PO4 和 K2SO4，均为分析纯。
1. 2 试验设计
试验设 8个处理:CK (不施氮肥)、N (单施尿
素)、NF1 (尿素 + FA 0. 5 g /kg 土)、NF2 (尿素 +
FA 1. 5 g /kg 土)、NF3 (尿素 + FA 3. 0 g /kg 土)、
NP1 (尿素 + PASP 0. 15 g /kg 土)、NP2 (尿素 +
PASP 0. 45 g /kg土)、NP3 (尿素 + PASP 0. 90 g /kg
土)。4 次重复，随机排列。各处理氮磷钾肥用量
一致 (CK 仅施磷钾肥) :N 0. 15 g /kg，P2O5 0. 10
g /kg，K2O 0. 15 g /kg，处理中所用的尿素均为
15 N
标记尿素，FA和 PASP的用量以材料的重量计。
盆栽试验于 2012 年 9 ～ 11 月在中国农业科学
院玻璃温室中进行。每盆装过 2 mm 筛的风干土
2. 5 kg，磷、钾肥作为底肥以溶液形式加入，平衡
一周后，选取饱满一致的蕹菜种子，浸种 3 h、催
芽 24 h后于 9 月 11 日播种，每盆覆土 100 g。待蕹
菜长出两片真叶 (即播种 12 d)后定苗，每盆保留
6 株，呈六边形分布。然后将 FA和 PASP分别与尿
素配成溶液，均分两次于定苗及定苗 15 d 后施用。
蕹菜生长期间用去离子水浇灌，通过称重法调节土
壤含水量至田间最大持水量的 60%左右，生长 62 d
后收获。
1. 3 样品的采集与测定
蕹菜收获时以盆为单位，将其从根茎交界处剪
断，分为地上和地下两部分，依次用流动的自来水
和去离子水冲洗，洗净后用滤纸擦干，立即称量鲜
重，并测量蕹菜的株高和茎粗，然后将样品于
105℃杀青 30 min，70℃烘至恒重，称其干重。
植株样品用研磨仪粉碎后过 0. 25 mm筛，土壤
样品风干、研磨后过 0. 15 mm筛。植株和土壤全氮
含量均采用凯氏定氮法测定，15 N 丰度用 MAT － 251
同位素质谱仪测定。土壤基本理化性质采用常规方
法分析［17］。
1. 4 数据计算及分析
植株 Ndff (%) =植株的15N原子百分超 /肥料
的15N原子百分超 × 100;
标记氮肥利用率 (%) =植株干重 ×植株全 N
(%) ×植株 Ndff (%) /施氮量 × 100;
土壤 Ndff (%) =土壤的15N原子百分超 /肥料
的15N原子百分超 × 100;
标记氮肥残留率 (%) =土样干重 ×土壤全 N
(%) ×土壤 Ndff (%) /施氮量 × 100;
标记氮肥损失率 (%) = 100 －标记氮肥利用
率 (%) －标记氮肥残留率 (%)。
其中，Ndff表示来自标记肥料的氮素。
试验数据采用 Excel 和 SPSS 软件进行统计
分析。
2 结果与分析
2. 1 不同黄腐酸和聚天冬氨酸处理对蕹菜生长的
影响
由表 1 可知，与 N 处理相比，配施 FA 处理显
著提高了成熟期蕹菜的茎粗，但不同 NF 处理间的
蕹菜茎粗无显著差异。在蕹菜的生物量方面，各
NF 处理的蕹菜地上部鲜重分别比 N 处理提高了
7. 46%、12. 51%和 14. 44%，且 NF3 处理的地上部
鲜重显著大于 NF1 处理;相对于 N处理，NF3 处理
的蕹菜根部鲜重显著增加，NF1 和 NF2 处理对其根
部鲜重无显著影响。
与单施尿素相比，NP3 处理的蕹菜株高显著增
加，NP各处理均显著提高了蕹菜的茎粗，且 NP3
处理的茎粗显著大于 NP1 处理。配施不同用量的
PASP后，蕹菜地上部鲜重分别比 N 处理提高了
11. 36%、11. 09%和 17. 55%，且 NP3 处理的地
上部鲜重显著大于 NP2 处理;NP2 和 NP3 处理的
根部鲜重显著大于 N 处理，但两处理间差异不
显著。
表 1 成熟期蕹菜的株高、茎粗和生物量
处理
株高
(cm)
茎粗
(mm)
鲜重 (g /盆)
地上部 根部
CK 30. 4c 4. 53d 33. 1e 19. 0ab
N 39. 5b 4. 76c 58. 6d 16. 4b
NF1 41. 4ab 5. 04b 62. 9c 19. 3ab
NF2 41. 0ab 5. 10b 65. 9abc 18. 9ab
NF3 42. 3ab 5. 15b 67. 0ab 20. 8a
NP1 41. 3ab 5. 07b 65. 2abc 19. 6ab
NP2 40. 0ab 5. 19ab 65. 1bc 20. 8a
NP3 44. 0a 5. 41a 68. 9a 22. 1a
注:同一列不同小写字母表示处理间差异达 5%显著水平。下同。
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中国土壤与肥料 2014 (1)
2. 2 不同黄腐酸和聚天冬氨酸处理下蕹菜的氮素
吸收及分配特性
2. 2. 1 不同黄腐酸和聚天冬氨酸处理对蕹菜吸收
不同来源氮素的影响
不同处理下蕹菜的氮素吸收状况见表 2。在蕹
菜收获期，各 NF处理的植株吸氮量分别比 N 处理
提高了 12. 20%、10. 84% 和 11. 58%。在蕹菜对
尿素氮的吸收方面，各 NF 处理表现不同:NF1 ＞
NF2 ＞ NF3，与 N处理相比，NF1 和 NF2 处理的蕹
菜尿素氮吸收量无显著变化，而 NF3 处理的尿素
氮吸收量显著降低，同时，各 NF处理的蕹菜氮吸
收量来自尿素氮的比例显著低于 N处理，且随 FA
用量的增加，该比例显著减小;而蕹菜对非尿素
氮的吸收量和其占总吸氮量的比重均表现为 N ＜
NF1 ＜ NF2 ＜ NF3。
表 2 不同处理下蕹菜吸收不同来源氮素的数量和比例
处理
总吸氮量
(mg /盆)
尿素氮
吸氮量
(mg /盆)
占总吸氮量
比例 (%)
非尿素氮
吸氮量
(mg /盆)
占总吸氮量
比例 (%)
CK 80. 0d — — — —
N 203. 9c 127. 2ab 62. 4a 76. 7d 37. 6e
NF1 228. 8ab 137. 9a 60. 3b 90. 9c 39. 7d
NF2 226. 0ab 121. 6b 53. 8d 104. 4b 46. 2b
NF3 227. 5ab 106. 0c 46. 6e 121. 5a 53. 4a
NP1 218. 7bc 136. 9a 62. 6a 81. 8cd 37. 4e
NP2 228. 8ab 139. 5a 60. 9b 89. 3c 39. 1d
NP3 241. 1a 140. 1a 58. 1c 101. 0b 41. 9c
从表 2 可以看出，与 N处理相比，NP2 和 NP3
处理的蕹菜氮吸收量分别提高了 12. 21% 和
18. 25%，而 NP1 处理无显著变化。采用15 N 示踪
技术研究表明，各 NP处理的蕹菜尿素氮吸收量与
N处理差异不显著，而 NP2 和 NP3 处理的植株非
尿素氮吸收量显著增加，且 NP3 ＞ NP2。同时，
NP2 和 NP3 处理的蕹菜氮吸收量来自尿素氮的比
例显著低于 N 处理，且 NP2 ＞ NP3，相反，NP3
处理的植株非尿素氮所占的比重显著高于 NP2
处理。
2. 2. 2 不同黄腐酸、聚天冬氨酸处理对尿素氮在
蕹菜中分配的影响
由表 3 可知，配施 FA 和 PASP 的处理中，仅
NF3 处理的蕹菜地上部尿素氮吸收量显著低于 N处
理，这与整株蕹菜对尿素氮的吸收规律一致;在根
系对尿素氮的吸收方面，NP1 和 NP2 处理的根部尿
素氮吸收量显著高于 N处理。蕹菜地上部的尿素氮
吸收量是根部的 4 ～ 5 倍左右，说明尿素与 FA 和
PASP配施并不影响标记氮肥在蕹菜各部位的分配，
蕹菜吸收的尿素氮优先分配给茎、叶，用于其地上
部的生长。
表 3 不同处理下蕹菜各组成部分吸收的尿素氮量
处理
尿素氮吸收量 (mg /盆)
地上部 根部
尿素氮分配率 (%)
地上部 根部
N 107. 5ab 19. 7b 84. 5a 15. 5a
NF1 116. 4a 21. 5ab 84. 4a 15. 6a
NF2 102. 7b 18. 9b 84. 5a 15. 5a
NF3 86. 9c 19. 1b 82. 1a 17. 9a
NP1 112. 6ab 24. 3a 82. 3a 17. 7a
NP2 115. 4a 24. 1a 82. 7a 17. 3a
NP3 117. 0a 23. 1ab 83. 5a 16. 5a
2. 3 不同黄腐酸和聚天冬氨酸处理对15N标记氮肥
去向的影响
不同配施处理下15 N 标记尿素中氮素的去向见
表 4。与 N 处理相比，NF3 处理的15 N 当季利用率
显著降低，NF1 和 NF2 处理无显著变化。从标记氮
肥在土壤中的残留率来看，配施 FA 的处理表现为
NF1 ＜ NF2 ＜ NF3，其中，NF2 和 NF3 处理的15 N 残
留率比 N处理分别提高了 7. 01 和 20. 02 个百分点。
而 NF2 和 NF3 处理的15N损失率比 N处理分别降低
了 5. 57 和 14. 58 个百分点，显著提高了标记氮肥
在蕹菜季的总回收率。
表 4 不同处理下15N标记尿素中氮素的去向(%)
处理 利用率 土壤残留率 总回收率 损失率
N 32. 61ab 22. 99d 55. 60d 44. 40a
NF1 35. 35a 21. 95d 57. 31cd 42. 69ab
NF2 31. 17b 30. 00b 61. 17bc 38. 83bc
NF3 27. 18c 43. 01a 70. 18a 29. 82d
NP1 35. 10a 23. 79cd 58. 89cd 41. 11ab
NP2 35. 76a 28. 27bc 64. 03b 35. 97c
NP3 35. 92a 25. 08cd 61. 01bc 38. 99bc
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中国土壤与肥料 2014 (1)
PASP与尿素配施后，标记氮肥在蕹菜季的利
用率为 35. 10% ～ 35. 92%，各 NP 处理的氮肥利用
率与 N处理无显著差异。NP2 处理的15 N 残留率比
N处理高 5. 28 个百分点，但各 NP 处理间差异不显
著。NP2 和 NP3 处理显著提高了标记氮肥在土壤—
作物系统中的总回收率，相应地，NP2 和 NP3 处理
的标记氮肥损失率比 N 处理分别降低了 8. 43 和
5. 41 个百分点。
3 讨论
作物生长期间，氮素的来源主要包括当季施入
的氮素、上季残留和矿化的土壤氮。本试验所用土
壤的无机氮含量较低，施入尿素后蕹菜吸收的氮素
以化肥氮为主。配施 FA 和 PASP 后，蕹菜的吸氮
量显著增加，这与前人对腐植酸和聚天冬氨酸在玉
米上的研究结果一致［12，15］。本研究通过15 N 示踪技
术表明，NF和 NP处理中蕹菜对非标记氮素的吸收
量显著增加，而非标记氮素主要包括施肥之前土壤
原有的氮素及 FA 和 PASP 本身的氮素。贺婧等［18］
研究表明，在土壤中添加风化煤腐植酸，于 30℃培
养 10 ～ 20 d，能提高土壤的硝化作用强度。
McGill［19］指出，土壤腐殖质中以黄腐酸对土壤矿质
氮库的贡献最大。本试验所用的 FA 是从风化煤中
提取的，与土壤中的黄腐酸具有相似的性质。因
此，FA施入土壤后很可能发生矿化产生无机氮，
供植物吸收利用。本研究中，NF3 处理的标记氮肥
利用率显著低于 N 处理，这可能是因为 FA 施用量
较大，其矿化产生的氮素也较多，蕹菜对这部分氮
素的吸收量增加，而对尿素氮的吸收量相对减少。
PASP具有生物降解性［20］，能在土壤酶的作用下水
解为氨基酸。李菊梅［21］研究表明，土壤中的氨基
酸态氮是可矿化氮的主要贡献者;而氨基酸本身也
能被植物吸收利用［22］。因此，PASP 在土壤中可能
被矿化为无机氮后供植物吸收，也可能水解为氨基
酸成为植物直接利用的氮源［23］。另外，从本研究
可看出，FA和 PASP能促进蕹菜根系的生长，在一
定程度上也利于蕹菜对土壤中氮素的吸收，但 FA
和 PASP本身的氮素及土壤中原有的氮素对植物氮
素吸收的贡献率，还有待于进一步研究。
氮肥施入土壤后一般有 3 个去向:当季作物吸
收利用，在土壤中残留固定，通过氨挥发及硝酸盐
淋溶等途径损失。本研究表明，中、高用量的 FA
和 PASP施入土壤后，标记氮肥的损失量显著减少，
这是由于 FA 和 PASP 具有吸附性，能将土壤中未
被蕹菜利用的氮素吸附起来，从而减少了氮素的损
失。另外，从本研究可看出，配施 FA 和 PASP 后，
标记氮肥在土壤中的残留量显著增加。有研究表
明，在高施氮量条件下，残留于土壤中的氮肥在后
茬作物中有一定的后效［24］，但在农业生产中，若
作物生长周期内的降水量较大，氮肥很容易随水移
动到土壤深层，不仅造成氮素的损失，还容易污染
地下水。因此，在生产上，配施中、高用量的 FA
和 PASP时，应适当减少氮肥的用量。
4 结论
与单施尿素相比，配施 FA 和 PASP 的处理显
著提高了蕹菜的茎粗和地上部鲜重，且随 FA 和
PASP用量的增加呈上升的趋势，NF3、NP2 和 NP3
处理显著促进了蕹菜根系的生长。
相对于 N处理，各 NF、NP2 和 NP3 处理的蕹
菜总吸氮量增加了 10. 84% ～ 18. 25%，其中，尿素
氮对蕹菜总吸氮量的贡献率显著降低，非尿素氮的
贡献率显著增加，且随 FA 和 PASP 用量的增大，
蕹菜对非尿素氮的吸收量显著增加。
除 NF3 处理的标记氮肥利用率显著低于 N 处
理外，其余处理无显著变化;NF2、NF3 和 NP2 处
理的15N残留率比 N 处理增加了 5. 08 ～ 20. 02 个百
分点;配施中、高量的 FA 和 PASP 后，15 N 损失率
比 N处理减少了 5. 41 ～ 14. 58 个百分点，提高了氮
肥在土壤—作物系统中的总回收率。
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作体系氮肥后效及去向研究 ［J］． 中国农业科学，2012，
45 (11) :2209 － 2216．
Effects of fulvic acid and polyaspartic acid on nitrogen uptake and fate of nitrogen fertilizer in water spinach
HOU Xiao-na，WANG Xu* (Institute of Agriculture Ｒesources and Ｒegional Planning，CAAS，Beijing 100081)
Abstract:In order to study effects of fulvic acid (FA)and polyaspartic acid (PASP)on nitrogen uptake of plant and fate
of nitrogen fertilizer，a pot experiment was conducted in greenhouse by the tracer technique of 15 N urea． The designed ex-
periment included eight treatments and four replications:no N application (CK) ，labeled urea (N) ，combined applica-
tion of urea and low，medium and high amount of FA and PASP (NF1，NF2，NF3，NP1，NP2 and NP3)． The results
indicated that the shoot fresh weight of water spinach of combined application treatments was increased by 7. 46% ～ 17. 55%
than pure N treatment． All NF treatments，NP2 and NP3 treatments significantly increased the uptake rate of total nitrogen
of plant with in the range of 10. 84% ～ 18. 25%，and non-labeled nitrogen uptake rate of water spinach was higher than that
of N treatment，which increased significantly with the increase of FA and PASP applied． Compared with N treatment，only
NF3 treatment significantly decreased the 15N use efficiency． The 15N loss ratio under FA and PASP treatments of medium
and high amount was decreased by 5. 41 ～ 14. 58 percentage points． The residual 15N ratio of NF2，NF3 and NP2 treatments
was increased by 5. 08 ～ 20. 02 percentage points compared to that of N treatment． In conclusion，combined application of
urea and medium and high amount of FA and PASP improved total nitrogen (especially non-labeled nitrogen)uptake rate of
water spinach，reduced 15N loss rate and increased residual 15N rate which showed significant contribution function for the
nitrogen pool of soil．
Key words:fulvic acid;polyaspartic acid;water spinach;15N urea;nitrogen uptake;fate of nitrogen fertilizer
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中国土壤与肥料 2014 (1)