全 文 ：应用生态学报 1 9 。。年 3 月 第 1 卷 第 1 期
J O U R NA L O F A P P L IE D E C O L O GY , M a r ch 1 9 90
, 1 ( 1 ) : 6 7一7 4
有机一无机态肥氮在微型农业生态系统
的转移和循环研究 *
吴珊眉 倪苗娟 喃京农业大学农田生态室 , 南京 : 1。。1 4 )
【摘要】 本文应用 生 SN 示踪法研究了有机态和无机态肥料氮在微型农业生态系统中循环的机理 ,
以及配施下各自的功能和相互影响 . 初步结果表明 , 在土壤 一黑麦草 一兔亚系统中 , 草对硫按 1 SN利
用率达59 . 36 % , 以草饲兔 , 所收集兔粪互 S N 回收率为1 1 . 78 % , 尿为17 . 98 % 。 兔粪尿N与硫按 N 以
1 : 。, 。 . 5 : 。. 5 , 。. 3 : 。. 7和0 . 1配施种稻 , 结果表明 , 在土壤一水稻亚系统中 : ( 1 ) 。. 5 , 。. 5 配施
促进穗头和根系发育 ; ( 2 ) 稻株吸收有机态和无机态肥料N的比例 , 受配施比例的影响 , ( 3 )
与单施无机肥料氮比较 , 配施下无机肥料氮利用率未提高或甚至下降, ( 4 ) 。. 3 : 。. 7 配比使有机
态肥料N 利用率提高 ; ( 5 ) 0 . 5 : 。. 5配比 , 有机肥能明显地促进无机态肥料N从秆向谷运输 , ( 6 )
有机肥使无机态肥N 在土壤中的固化作用增加 , 从而使无机肥料氮向环境转移量下降 . 农业生态系
统具有多组分和牧食一碎屑复合食物链 , 氮素再循环指数达。. 5 , 生态稳定性和发育程度优于单一种
植系统 .
关镇词 1 s N示踪法 微型生态系统 有机态和无机态肥料氮 氮循环 再循环指数
T r a n s f e r r i n g a n d e y e l in g o f o r g a n ie a n d in o r g a n l e n i t r o g e n in m ie r o 一 a g r o e e o s y s t e m .
W u S h a n m e i a n d N i M ia o j u a n (L a b
.
o f A g r叱 e ol o g y , N a n j i n g A g r i e u l t u r a l U n i v e r s i t y ,
N a n j i n g 2 1 0 0 1 4 )一 J . A P I 。 E e o l . , 1 9 9 0 , 1 ( 1 ) : 6 7一7 4 .
1 s N l a b e ] le d t e ch n i q u e w a s u s e d f o r u n d e r s t a n d i n g th e t r a n s f e r r i n g a n d e 界l i n g o f
n i t r o g e n i n m i e r o 一 a g r o e e o s y s t e m s w i t h 5 0 11一 r y e g r a s s 一 r a b b i t s 一 r i e e e o m Pa r tm e n t s a n d 5 0 11
-
r i e e e o m P a r tm e n t s . P r e l im i n a r y r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e u t i l iz a t i o n a l r a t e o f ( N H 一) 2 5 0 -
b y r y e g r a s s w a s 5 9 . 3 6 % f o r t h e a b o v e g r o u n d p o r t i o n a n d 0 . 7 9 % f o r r o t s
. A s : SN
la b e l l e d r y e g r a s s w a s e o m s u m e d b y r a b i t
,
th e l s N l a b e l l e d r e e o v e r y r a t e s i n f e e e s a n d
u r i n e e o l l e e t e d w e r e 1 1 . 7 5 % a n d 1 7 . 0 5 % r e s p e e t iv e l y . R a b i t
『 e x e r e m e n t 一 n i t r o g e n w a s
i n t七 g r a t e d w i t h i n o r g a n i e f e r t i l i z e r n i t r o g e n i n d i f f e r e n t P r op o r t i o n s a s l : 0
, 0 . 5 : 0 . 5 ,
0 . 3 : 0 . 7 a n d o : 1 for r i e e e u l t u r e . R e s u l t s s h o w e d th a t th e u P t a k e o f n i t r o g e n b y r i e e
p l a n t w a s 67一7 0 % f r o m t h e 5 0 11 a n d 3 0一 3 3 % f r om f e r t i l i z e r s . T h e u t i l iz a t i o n a l ra t e s b y
r i e e Pl a n t w e r e i n cr e a s e d w i t h t h e P r oP o r t io n o f i n o r g a n i e n i t r o g e n
。 T h e y w e r e 3 6 . 94 % ,
凌0 . 5 2 % , 4 0 . 7 3% a n d 4 3 . 9 1 % f o r t r e a tm e n t l 一4 . T h e y i e l d o f r i e e g r a i n d e e r ‘a s e d
w i th t h e 讲即。 r t i o n of i n or g a n i e n i t r o g e n , h o w e v e r . Th e f u n e t i o n a l e f f e e t s o f or g a n i e
f e r t il i z e r o n t h e e e o s y s t e m s w e r e : ( i ) P r om o t i n g t h e e a r a n d r o t d e v e l o p m e n t o f r i e e
PJ a n t ; ( 2 ) i n e r e a s i n g th e t ra n s fe r in g a b i l i t y o f n i t r o g e n f r om s t ra w t o r i e e g ra i n
,
e s P e e i a l l y in 0 . 5 : 0 . 5 , ( 3 )m a i n t a i n i n g i n o r g a n i e f e r t i ! iz e r n i t r o g e n i n 5 0 11 ; (4 ) d e e r ea s i n g
] o s s e s o f n i t r o g e n t o a ir a n d w a r e r s 。 In t r e a tm e n t 0
.
3 : 0 。 7 , t h e u t i l iza t ion a l ra t e o f
or s a n i e f e r t i ] i z e r n it r o g e n w a s e n h a n e e d , a n d n o e o n s i d e r a b l e in e r e m e n t o f u t i l i z a t io n a l
r a t e o f i n or g a n i e fe r t i l i z e r n i t r o g e n w a s f o u n d i n t h e s t u d y . A c or d i n g t o th e e om p l e x i t y
o f f o d ch a i n a n d t h e n i t r o g e n r e e y e l i n g i n d e x e s i n d i f f e r e n t m ie r o e e o s y s t e m s
, i t 15
e o n s i d e r e d t h a t t h e m a t u r i t y a n d s t a b i l i t y o f t h e e e o s y s t e m w e r e h i g h e r i n t r e a t m e n t s
1 : 0 . 0 . 5 : 0 。 5 , a n d 0 . 3 : 0
.
7 , b u t l o w e r i n t h e t r e a tm e n t o : 1 w h ie h e on s i s t s o f r i e e
P l a n t a t i o n a n d r e l a y i n g o n i n o r g a n ie f e r t i l i z e r s o n j y .
K e y w o r d s l s N ]ab e l l e d t e e h n i q u e
, M i e r o 一 a g r o e c o s y s t e m , o r s a n i e a n d i n o r g a n i e f e r t i l i z e r
N , C y e l i n g o f N , R e e y e l i n g i n d e x .
本文于 19 8 8年在美国俄亥俄州召开的国际持续性农业 系统会议上宣读 . 本课题由农业部和国家自然科学基金资助.
本文于 19 8 9年 9 月 2 日收到 。
T AP I
。 E c o l . , l : 1 ( 1 9 9 0 )
“ 应 用 生 态 学 报 1 卷
农 一牧生态系统是我国生态农业的基 本 形
式 , 有机肥和化肥配合施用 , 是持续增产和保
持土壤肥力的基本措施 【“ ‘’‘’ . 前人曾进行 有
机肥与无机肥配施的田间试验 , 均获配施比单
施有更大的增产作用 , 但探索配施下无机态和
有机态 N 各自的功能 , 尚需采用 ”N示踪法 .
国内外多以 ‘“N标记绿肥或秸秆为有机肥 N 源 ,
鲜有以标记动物粪尿N 为材料的报道 r ‘“. , . 用
, ”N示踪法模拟微型生态系统的研究 , 在理论
上有深刻意义 「。’ , 但报道却极少 。 本文 以 生
态系统原理为指导 , 模拟了微 型 农业生 态 系
统 , 以 ’ 6 N 标记兔粪尿为有机肥源 , ’“N 硫按
为无机肥源 , 研究在不同配施下 , 氮 素 的 储
存 、 转移 、 流通和循环机制 , 以便进一步认识
农一收 系 统的意义和配施对稳定生态系统的作
用 , 为发展我国生态农业提供参考。
1 材料与方法
1 . 1 标记黑麦草
取通过 Zm m 和 l m m 土壤筛的风干砂性土壤 , 按
遭: 6混匀 , 装入种植槽 . 施以足量磷钾基肥 . 于 1 9 8 7年
2 月2 6 日选择具有 3 片真叶的黑麦草苗 , 按一定密度
移栽 . 以丰度为 5 0 . 0 7 % 的 ’ SN 标记硫钱配制成 4 %
水溶液 , 从 3 月 1 日至 5 月 8 日 5 次沟施盖土 , 共施
纯N g . Z g g / m Z 。 黑麦草于 5 月 s 日、 2 1日和 6 月2 5日
3 次收割 , 风干或鲜草饲兔 . 同时 , 采集根系 , 冲洗 ,
与地上部分分别烘干 ( 60 ℃ ) , 称重 , 测定全N 量 ( % )
和 主 S N丰度 . 标记黑麦草的 1 s N 丰度为 3 2 . 4。% .
1 . 2 标记兔粪尿
取年龄相同 、 重量相接近的试验兔 4 只 , 分两组
各饲 生 sN 标记的和未标记的黑麦草 . 饲前除供应淡食
盐水饮用外 , 禁饲 2 夭 , 以尽量排除体内原有粪便 , 防
止 l s N标记粪便的稀释 . 饲 4 夭 , 每天按时收集兔粪
尿 , 分别储于冷库( 士 2 ℃ ) 。 秤兔粪重量 , 量尿容积 .
兔粪低温风干后 , 加入相当于粪重 10 %的滑石粉 , 磨
碎 , 冷储备用 . 测定兔粪及尿的全N 量及 且”N 丰度 .
得标记兔粪、 尿的’ SN 丰度各为8 . 72 %和 5 . 25 % .
1 . 3 有机肥氮和无机肥氮配比处理
取苏南宜兴的丘陵白土 , 淹灌下种稻 (扬一 2 0 1 ) .
供试土壤 0 一2 4c m 内的为 p H 7 . 25 一7 . 1 8 , 有机质为
2 . 5 5一2 . 遵6 % , 全N 量 0 . 1 5 % , C / N 比5 . 2 , 质地 是
粉砂壤土。 不同配比处理列于表 1 。
表 飞 有机肥氮和无机肥氮配施处理
n b
.
1 Tt e a tm e n t s f o r s u PPl e m e n t o f o rg a n i c
a n d i n o r g a n i e f e t i l l z e r N
T r e a t m e n t
( 1 : 0 )
1 . 0 1 5 N标记兔粪尿
1
. 0 1 5 N l a bel l ed r a bb it ’5 ex cr e m e n t
o n l y
( 0 : 1 )
(C K )
0 . 5 ls N 标记兔粪尿 + 。 . 5非标记
(NH 一) : 50 -
0 . 5 l s N I a b el l e d r a bb it , 5 e x e r恤e n t
+ 0 . s n o n 一 l山el l e d (班诬一) , 5 0 -
0 . 5 1 : N标记 (N H 一) 2 5 0 一 + 0 . 6非标记
兔类尿
0 . 5 l s N l a b e ll e d (NH 一) 2 50 一 + 0
. 5
n o n 一 l a b e ll e d ra b b it
, 5 ex e r em e n t
0 . 3 i s N标记兔粪尿 + 0 . 7非标记
(N H ‘) 2 . 50 -
0 . 3 l s N l a b e l le d ra b b it 尹s e 义 c r e m e n t
+ 0 . 7n o n 一la b e ll e d ( NH 一) 2 5 0 -
0
. 7 l s N标记 (N r l ‘) : 5 0 一 + 0 . 3 非标记
兔粪尿
0 . 7 i s N l a b e ll e d (NH ‘) : 5 0 一 + 0
. 3
no n 一l a b e ll e d ra bb it 尹5 e x c r e m e n t
一 0 1 5N标记 (NH ‘) 2 5 0 -
1
.
0 l s N I a b e l le d (NH ‘) 2 5 0 一 o n ly
无肥料据
n o f e rt i l iz e r N aP P l ie d
每钵装表土Zk g , 犁底层土Ik g , 每处 理重 复 3
次。 N 、P 、K 基肥各为 0 . 5 9 、 0 . 29 和 0 . 4 9左右 , 与表
土混匀装于犁底层之上 . 6 月19 日饱水 , 6 月 26 日移
栽 , 每钵 5 株 . 生长期间除烤田外 , 保 持 水层 2 一
3c m
。 定期观察水稻植株生长发育情况 . 10 月 8 日收
割 , 烤苗后 , 谷 、 秸秆 、 根分别秤重 , 连同土样按常
规处理 , 测定全N 量及且 SN 丰度。
渗漏水从钵底的控制装置中定期定量采取 , 主要
测定其中N H ‘一N及N O 3一N , 研究土壤N 和 肥 料 N
的淋洗规律 .
1
.
4 分析方法
见 “土壤氮素分析法” 15] .
J
.
A p P I . E e o l 。 . 1 : 1 ( 19 9。)
1 期 吴姗眉等 : 有机一无机态肥氮在微型农业生态系统的转移和循环研究
2 结果与讨论
2
。 万 氮素在土壤 一黑麦草一兔亚系统中的 分 配
与去向
输入生态系统的氮素 , 经土壤 , 饲草 , 兔
食物链而转移 , 其利用率逐次变化 . 分配与去
向讨论如下 : 黑麦草干草平均 重 量 是 39 0 . 71
g加“ , 根系重量为 2 58 . 1 19加 2 . 草淑重量比
为 1 . 5 /l . 地上部分3次收割的平均含氮量分别
为 2 . 07 、 2 . 13 和1 . 48 % , 以第 2 次收割的千草
含氮量最高 . 根系含N量为 0 . 82 % . 草 N /根 N
比为2 . 3 1 。
由于采取了砂土栽培 , 分次沟施 N肥 , 盖
土 , 合理密植和控制渗漏损失等管理措施 , 黑
麦草对硫钱 ‘S N 的表观利用率是很高的 , 平均
达 69 . 15 % , 其中地上部分占59 . 36 % , 根系占
9
. 7 9%
。 砂土中 ’”N 残留率为 1 5 . 69 % , 气态N
损失率为1 5 . 1 6% . 以黑麦草饲兔 , 两 组 兔通
过粪尿排泄的总氮量相近 . 尿回收氮 (N ) 占
70 % 以上 (表 2 ) 。 可见 , 生产中如不往 意 收
集尿液 , N 的流失量相 当可观 .
标记黑麦草饲兔后 , 经过复杂 的 代 谢作
表 2 免类 、 尿中氮案储 t
T a b
.
2 N i t r o g e n s t o r a g e i n r a b卜i t ‘5 f e e e s a n d u r i n e
收 草 致 量A m o u n t
全氮量 ( % )
T N ( % )
氮储量
N s t o r 吕g e ( g )
粪Fe c eS 尿 U r in e
( m l )
粪 F e e e s
(T N % )
尿U r i n e
( TN八 o om l )
粪Fe e e s 尿U r in e
标 记黑麦草
1 2 1 。 0 8 6
。 5 0
L a b e ll e d 灯馆ra s s
非标记黑麦草
1 10 . 5 9 1 10 0
NO n
一la b e ll目
用 , 氮素在兔体 、 粪尿和环境中重新分配 . 初
步估算兔体固定 的N 约占饲草输入 N 量的40 %
左右 , 其中血 液占2 . 04 % , 肝脏占1 . 7 % , 心
脏占0 . 0 69 % , 兔毛占0 . 0 47 % , 其余的分布于
兔肉 、皮及其他内脏 . 所收集的粪尿N 回收率为
2 9
. 7 3 % , 其中粪N 占1 1 。 78 % , 尿N 占1 7 . 9 5 % 。
据报道 , 饲料氮中的12 % 在消化过程中从动物
体中逸出 ; 而氨挥发损失占20 % 〔7 ’ . 兔对饲草
中含N 化合物的 消化吸收能力高 于猪 「”’ . 据
认为兔对饲料中蛋白质的真消化率达70 % , 因
兔有自食软粪的习性 , 软粪中含氮化物较 多,
经再度消化更提 高了对 N 的同化程度 【” 。
2
.
2 不同形态氮在土 一稻亚系统的动向和作用
2
.
2
. 1 有机 、 无机态肥料氮对水稻产量 和 生
物量的影响 从构成产量的要素分析 , 凡有机
肥氮的配比大于50 %者 , 成穗数虽较少 , 但实
粒数、 穗均实粒数均较高 . 而千粒重以有机肥
N 和无机肥N 各占50 %者最高 , 从而构成了最
高的稻谷产量 , 与处理 5 (无N 对照 ) 比较 ,
增产 10 8 。 3 % 。 而无机肥 N 配施为 70 % 者 , 增
产 8 5 . 1% ;全施无机肥 N者产量最低 . 配施的增
产作用与一些田 间试验的结果一致 (表3 ) 〔名’。
水稻生物量测定表明 (表 4 ) , 地上 部 分
干重和根系干重的变化趋势与产量相符 。 从穗
/秆 、秆 /根重量比看 , 有机肥有促进穗头和根系
发育的作用 , 若配施50 % 的无机肥 N , 促进根
系作用更为明显 。 然而, 若配施的无机肥 N大
于 70 %时, 则有利于秆 /根 的增加 .
2 . 2
. 2 肥料N 和土壤 N 向稻株转移的比例 水
稻吸收的 N 素主要是土壤N , 占吸收总氮 量 的
6 7 . 4 2一 7 0 . 2 6 % , 肥料 N 只占 2 9 . 5 4一3 2 . 5 8% ,
与前人结果一致 . 水稻对肥料 N吸收比例 , 因
配比不同而异 , 其规律是随无机肥 N 配比的增
加而增加 . 对土壤N 吸收的比例 , 则随有机肥
J . A PP I 。 E e o l 。 , 1 : 1 ( 1 9 9 0 )
70 应 用 生 态 学 报 1 卷
衰 3 水稠的产 t
介b . 3 Y i e l d o f r i e e gr a i n
!|四一
|
处 理
T r e a t m e n t
秘 数
E对 皿扭 ber
实 粒 教
G ra in 且 。皿 b时
穆均实粒数
G r a in /E a r
千 粒 重
W e ig五t o f t五ou -
s an d g r a in s ( g )
产 量
el d ( g /。 2 )
增 产 率
R a t e o f y i el d
i n 叮e 韶e ( % )
::
::
13 7 9
1 2 96
1 2 3 4
12 4 4
6 9 1
8 1 。 1 2
76 。 2 3
6 8 。 5 6
6 9 。 1 1
5 7 。 5 8
19 。 2
2 1 。 1
19 。 7
1 9 。 3
1 9 。 0
6 96 . 9 5
7 19 。 8 5
6 3 9 . 8 4
e 3 1 . 9 4
3 4 5 . 58
10 1 。 6 8
10 8 。 3 0
8 5 。 1 4
8 2 . 8 6
,盆,曰口心
衰 4 水稻植株的生物t (g /m Z )
介卜. 4 B i o m a 吕5 o f r i e e P la n t
处 理
T r e a t m e n t
穗
E ‘r
秸秆
S t r a w
根
R o o t
总 计
T o t a l w e ig ht
重 量 比 W e ig扯 r at io
穆/ 桔秆 E ar / s tr 。 } 秸秆/根 s tr 。 / R o ot
7 4 8 . 0 1
7 6 1 . 9 6
6 7 7 . 74
6 6 9 . 0 5
7 0 2
。 7 4
77 7 。 7 7
75 6 。 1 7
7 17 。 7 5
1 34 . 5 0
15 4 . 5 0
1 32 。 3 9
1 2 8 . 1 8
1 5 8 5 . 2 5
1 6 9 4 . 2 3
15 6 6 。 30
15 14 . 9 8
1 。 0 6
0 。 9 9
0
, 9 0
0 。口3
5 。 2 3
4
。 9 6
5 。 7 1
5
。
6 0
12内J4
表 5 肥料氮和土滚氮向稻株转移的橄t 和比例
Ta b
.
5 T r a n s f er r i n g o f f e r t i l i z e r N a n d 5 0 11 N t o r i e e Pl a n t
处 理
T r e a t m e n t
土壤笼“ ’‘N/ k g 土’{肥”撼 ‘“
‘“/kz 土’
_
So i1 N ( m g
·
N / k步) }Fe r t i l i z e r N (m g ·N/ k的 )
土壤氮/ 吸氮总量 ( % )
5 0 11 N/ TO t ‘ I N
肥氮/ 吸撼总量 ( % )
Fe r t il iz e r N/ To t a l N
1 1 8 . 5 1
1 2 6 . 7 1
1 1 4 . 2 6
11 9 . 7 4
5 0 。 4 0
54 。 8 4
5 4
.
0 9
5 7
。
8 7
7 0 。 16
6 9 。 7 3
6 7 。 87
6 7 。 42
2 9 。 8 4
3 0 。 2 7
3 2 。 13
3 2 。 5 8
N 比例增加而增加 , 其机理有待研究 (表 5 ) 。
2
.
2
.
3 肥料N 吸收率 水稻对肥料N 总吸收率
为 3 6 。 9 4一 4 3 。 9 1% , 其 中稻 谷 占 2 4 . 5 1一
2 6 . 8 9% , 多随无机N 肥 配 比而增加 . 但吸收
率与产量不一定呈正相关 , 如单施化肥的肥料
N 吸收率最大 , 而产量却最低 。
不同配施处理的水稻对不同态肥料N 的吸
收比例 , 取决于配施的比例 . 例如处理 l , 水
稻吸收的是有机态肥料 N , 而处理 2 和 3 , 稻
株吸收有机态肥料N 分别占处理 1 的 4 9 . 4 8%和
29
. 9 2 % , 与 2 种形态肥料 N 配施比例 一 致 .
再如处理 2 及 3 的水稻所吸收的 有 机 态 ‘肥 料
N , 分别占吸收的有机态与无机态肥料 N 总数
的4 5 % 和28 % . 这一现象有待进一步研究 .
前人曾报道有 、 无机肥混施 , 可提高无机
肥利用率 〔“’ . 我们的结果表明这 一 作用不显
著 . 如处理 2 , 无机态N利用率与全施无机N 比
较只多0 . 69 % , 但应强调稻谷对无机态吸收利
用率的提高和秸秆对无机氮吸收率的减少 , 说
明有机肥促进无机态肥N 向稻谷转移的作用 .
有机态肥料 N 与无机态肥料N 配施 , 在一
定条件下 , 提高了有机态肥料 N 的利用率 . 例
如处理 3 , 全株有机肥 N 利用率为 39 。41 % ,
比处理 1 提高2 . 47 % 。 而处理 2 与 处理 1 比
较 , 则两者有机态肥 N 利 用率相同 (表 7 ) 。
从谷 /秆肥 料 N 比值 (加权均值 ) 看, 无
J , A P I
. E e o l . , 1 : l ( 1 9 9 0 )
1 期 吴珊眉等: 有机一无机态肥氮在微型农业生态系统的转移和循环研究
裹 0 * 藉对有机肥氮和无机肥氮的吸收t 和吸收率
介 b . 6 A 卜s o r p t i o n a m o u n t a n d , t e o f o r g . a n d i n o r g . f e r t i l i z e r N 卜y r i e e
1 2 3
有机态 无机态 有机态 无机态 有机态 无机态
o rg
.
N I n o邝 . N o r g . N I n o r g . N o rg . N I n o r g . N
稻谷
G扭 in
}吸‘’ ‘, g
{A b sorP , io
n
}吸收率A b so
. N /钵 )
a m ou n t (二g . N/ P o t )
r P t i o n ra t e ( % )
9 9 。 50 0 4 5 。 8 6 5 6 。 6 3 2 5 。 7 1 70 。 5 3 0 10 6 。 3 2
2 4 。 3 1 2 2 。 2 8 2 8 . 16 2 2 。 3 9 2 4 。 8 9 2 6 。 8 9
枯秆
St r a w
吸抓量
吸收率
A bs o r p t i o n am 以n t
A b s o r p t i on ra t e
4 2 。 6 7 2 3 。 14 2 7 。 18 1 6 。 66 3 8 。 5 3 0 5 7
。 55
10 。 4 2 1 1 . 3 1 1 3 . 5 1 14
. 5 1 13 . 6 0 14 。 5 5
根
R o ot
5 . 8 3 5 。 8 8 2 。 8 8 7 。 9 6 0 9 。 7 3
2 . 8 5 2 . 9 3 2 。 5 1 2 . 8 1
总计
Tot al
吸振盈 A b s o r p t i o n a m ou n t
吸收率 A bs o r p t i on ra te
吸撼量 A bs o r p t i皿 . m ou 成
吸收率 A b s or p t i o n ra t e
15 1 . 22 7 4 . 8 3 8 9 . 6 9 4 5 . 2 5 1 17 。 0 2 1 73 . 6 0
3 6 . 9 4 0 3 6 . 4 4 4 4 。 6 0 39 。 4 1 4 1 . 3 0 0 4 3
。 9 1
肥料 N 总吸收率
Tot a l a b s o r p t i on ra te o f f e r t il i z e r N 36
。 9 4 4 0
. 5 2朴 40 . 7 3 扮 4 3 。 9 1
有机肥N / 总吸N量
0 馆 . fe rt i l i 艺e r N / T o t a l ab s or p t ion N
谷/ 枯秆肥料N比
G r a i红/ st r钾 r at i o 98 2 . 0 8
2 . 0 3 .
1 。 5 4 1 . 8 3
⋯一,比l
. 为加权均值
机N 配比大者 , 肥料 N 从秸秆向谷粒转移能力
较差 , 而有机肥 N则有利于肥料N 从秸秆向谷
粒转移 . 如从谷 / 秸秆有机态 N 比值看 , 可见处
理 1 对有机态N 从秸秆 向谷粒转移能力最大 .
配施 50 % 无机态肥氮 (处理 2 ) , 有机态肥 N
从秸秆 向谷转移趋势则稍减 , 但比处理3 ( 0 . 3:
O 。7) 仍然高些 , 同时 , 无机态肥料N 从秆向谷
转移能力亦增强 。 这一配比下的产量最高 , 与
两种形态肥料N 从秸秆 向 谷粒转移能 力 较 强
有关 。
2
.
2
.
4 不同态肥料氮及配比对土壤氮的 激 发
作用 土壤氮激发作用的机理至今仍是看法不
一 本研究发现全施兔粪尿 N (处理 1 ) 和全
施无机态氮 (处理 4 ) , 土 壤 N 的激发量和因
稻株的吸收而激发的土壤N 的相对比例十分接
近 . 而处理 2 的激发作用显著增加 , 说明有机
1 . 7 4 .
与无机肥N 各半 , 有利于作物对 土 壤 N 的 吸
收 。 激发量的增加 , 可能与无机肥料 N促进兔
粪尿N 矿化 , 进而与土壤N 发生交换有关 , 同
时与根系表面积及根际一肥 料 N 一土壤N 之间复
杂 的作用亦有关联 , 处理 2 具有最为发达的根
系 , 处理 3 根系不佳 , 故土壤 N 的激发量低于
处理 2 。
裹 7 土滚撅的滋发 t (m g . N /钵 )
丁a b . 了 ^ m o u n t o f p r im i n g 5 0 1一N (m g . N / p o t )
土镶 盆激发量 激发量 /全株吸抓童人川 ou n t o f ( % )
p r , m罗g “0 “ A m o ti n t o t P r i m zn g5 0 11 N/ T ot a l a b s or P -
t i o n N b了 p la n t ( % )
J 。 A PP I 。E e o l . , 1 : 1 ( 1 9 9 0 )
7 2 应 用 生 态 学 报 1 卷
表 8 有机肥氮和无机肥氮在土城中残留率 ( % )
介卜. 8 o r g a n i e a n d I n o r g a o i e r e . i d u a l N 宜n 5 0 主l ( % )
岌卜\ 处理 T re at 皿e nt
土层类别
5 0 11 la y e rs
肥N 形态
F o r m S o f
f e rt i l i z e r N
、\ 布⋯示⋯添⋯熏价酷
‘5一⋯“ ⋯‘5一⋯2 4一⋯3 8一⋯22一1 。 ⋯‘8一
8 ‘。’
1
。 ⋯“ ’。’⋯5 “’⋯6 ”’1 6 ’。’ ! 。 ⋯ “ ‘2J兰里- 生⋯,兰i且二i二兰⋯~兰到兰巴⋯一兰一二一 -一竺1 -
6 ‘ . 6 6 ⋯ ‘2 · , 6 ! 3 ‘· , ‘ } 2 ‘· ’6
一一土城表层
Su r fa e e l a y e r
犁底层
Su bsu r f a ce lay e r
总 计
T o t a l
肥N 总残留率
T o t a l r e s id u 以 fe r t i l i z e r N (% )
表 9 有机肥氮和无机肥氮的渗浦损失率和亏损率 (% )
T a b
.
9 L e a 比i n g 10 5 5 a n d d e f i e i t o f o r g . a n d i n o r g . f e r t i l i z e r N ( % )
处理 T r e a t m e n t s
去 向
肥氮 形态( % )
F仗m s o f f e r t il i z e r
N
F at e
渗漏率 ( % )
L e 跳e h i n g 105 5 ( % )
总渗漏率 ( % )
T o t ‘1 1既山 in g 10 5 5 ( % )
亏 损 率 (% )
D e f i e i t ( % )
总亏损率 ( % )
T o t a l d e f i c it ( % )
添⋯市⋯市⋯藕万翌业一⋯兰匕⋯竺上兰卜兰上兰
立生旦二-⋯立兰兰竺⋯尘竺上兰竺}一二一 一{ 竺二{一
{ ’‘
·
0 。 } “ 5
·
6 2 }
土壤N 的净激发量可判断种稻后土壤 N 素
肥力的趋向。 它是作物吸收土壤N 的增加量和
通过各种途径融于土壤中的肥料 N 量之差 ‘2 ’。
与单施无机肥料比较配施处理有助于土壤 N 素
肥力的保持 (表 8 ) .
2
.
3 氮素在土壤中的残留及向环境的转移
2
.
3
.
1 土壤残留N 肥料N 在土壤中激发土壤
氮 “矿化” 的同时 , 进行着生物固化、 吸附 、
持留等作用 , 使部分肥料 N残留于土壤 . 残留
数量随有机肥 N 配比的增加而增 多, 其顺序和
数 量为处理 1 ( 2 6 9 . 6 5m g N /钵 ) > 2 ( 1 6 7 . 3 0)
> 3 ( 1 3 1
. 2 8 ) > 4 ( 9 1
. 5 9 ) , 约占肥料N 施用量的
5 3
. 6 6 % , 4 2
. 1 6 % , 3 3
。 1 7%和2 3 . 1 6 % .
表 8 说明配施对不同态肥料氮 残 留 的 影
响 . 与单施比较 , 有机肥氮残留率 在 0 . 5 : 0 . 5
条件下保持不变 , 但在 0 。 3 : 0 . 7 时则下降 ; 而
无机肥氮的残留率均明显增加 , 说明了配施对
无机肥N 的保持作用 。
2
.
3
.
2 不同态肥料氮的亏损和渗漏 用平衡法
求得的 N 素亏损率 , 主要是由各种途径导致的
气态损失。 它也是随无机态肥 N 配比的增加而
增 多. 按处理顺序 , 亏损率 分 别为 9 . 12 % 、
1 7 . 0 0 %
、 2 5 . 6 2%和3 2 . 3 8% 。
表 9 说明配施可明显地减少无机肥氮的损
失 。 这是 由于有机肥料促进了无机肥氮在土壤
中的固化作用 . 有机肥料氮的渗漏率因配施而
J . A P
. E e o l . , 1 : 1 ( 1 9 9 0 )
1 期 吴珊眉等 : 有机一无机态肥氮在微型农业生态系统的转移和循环研究
处理 I 3 7 .3 2 ( 9 . 1 2 努 )健 L 处 理 2 7 2
.
66 左 17 0 0 % ) g L
( 2 4
.
3 1 % 、G
日 0 6 % ) S T 声淑 ,。Z J g ( 2 5 . 2。、 ) G片仃了2 ) }
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7 8
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圈 1 肥料氮在土维一水稻亚系统循环 图解模型
F i g
.
1 C om p ar t m e n t m od e ls o f f e r t i l i z e r N i n 50 11
一 r ie e s u b s y s t e m
.
虚线表示微生态系统边界 , 方块表示隔室 , 其内数字是肥料N储量 (m g ·N /0 . 1 3m 2 ) , ( ) N为流通速率 (。 g. N/ o . 13
-
门卜
m 2/ 天 ) , %表示占输入肥料N 的比例 , fN : 肥料N , G : 谷 , S T : 秸秆 , g L : 气态损失 , L : 淋失 , R : 水稻 ,
S : 土壤 。
增加 , 则说明无机肥氮的配施促进了有机态肥
料氮的矿化作用 , 同时与配施对土壤氮激发作
用增加有关 。
2
.
4 氮素循环图解模型
根据以上数据 , 绘成土壤一水稻亚系 统 和
农一牧结合生态系 统 N 循环图解模型 , 阐明不
同处理下肥料 N 在各隔室的储存 量 、 流 通 速
率 、 循环和 自循环的途径 , 预断生态系统的发
展 , 以及对环境的潜在影响等。
2
.
4
.
1 土壤 一水稻亚系统肥氮循环图解模型
模型 (图 1 ) 由微型生态系统的边界、 稻 氮分
室 、 土壤 N分室 、 输入环境 、 输出环境 以及氮
流通方 向构成 . 输入环境指社会对肥料输入数
量和配比的考虑 . 输出环境 则 指 社 会 (如市
场 ) 、 水域和大气。
4 个N 素循环的主要特点是肥料N 输入基
本一致 , 而稻氮储量 、 土壤 N 储量 、 氮损失量
和稻谷加秸秆氮输出量 , 随两种形态肥料 N 的
配比不同, 而表现出有规律的变化。 与无机肥
氮配比量呈正相关的是稻氮储量 , 稻氮通过谷
与秆的输出量和氮向大气和水域输 出 量 的 增
加 , 与无机肥料氮配比量呈反相关的是土壤氮
储量的变化 . 这说明从资源利用和保护而言 ,
依靠有机态肥料氮输入是一种保护性的农业生
J 。A P P I . E e o l . , 1 : 1 ( 1 9 9 0 )
74 应 用 生 态 学 报 1 卷
态系统 , 而单一依赖化肥的种植业系统则是一
种消耗性的生态系统 . 后者土壤N 储量下降趋
势大 , 向大气和水域输出的数量亦大 , 稻谷氮
输出多而产量却并不高 . 有机态肥料N 与无机
肥料N 合理配比时, 如处理 2 , 有机态肥料氮
则显示出主要的调节作用 , 使生态系统具有较
高的生产力和多重生态效益 。
微型农业生态系统 N 循环的图解模型 ( 图
2 ) ( 以处理 2 为例) 的特点 , 是系统具有 牧
食和碎屑复合食物链 , 由5个隔室和多个 N 素再
循环的途径组成 . 其组成成分的多样性和养分
再循环潜力是生态系统稳定机制的表现 . 再循
环指数是生态系统发展阶段的一个标志 〔‘。’,
对比处理 2 和处理 4 , 其氮循环指 数 分 别为
0 . 50 和 0 . 2 8 , 说明农牧结合的生态系统的发展
阶段高于单一性农业生态系统。 尽量利用生物
固氮机制开辟饲源 , 可进一步提高系统的稳定
性。
参盗考 文 献
L O
,
99 + 0
.5 7
- - - - - 一L - 一 ,
l r - ~ se - es 气 .兔产 品及粪尿N
2
.
9 4
l谷 N 0 . 74清N 。. 35二二二二二二二二二二止二竺寸兰二 _ J
L !
.0 0
一一 一 一一一 一一二一一,l
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盆
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广|1|
气_ _ _ _ _ _暨鲤声: :嚣
圈 2 徽 型农业生态系统与单一种植业系统N 素循
环图解模型比较
F i g
.
2 D ia g r a m m od e ls s h饵 i n g t h e d if fe r e n e e
o f N c了e l in g b e tw e e n a g ro e e o s ys t em w i t h a n d
, i t h o u t a n im al ra is i n g eom p a r t m e n t
.
虚线表示生态系统边界 , 长方格表示抓储 .量 ( g. N / m , )
隔室 , 今表示盆流通途径 . fN :肥料N , r : 根茬N , 1 :
落叶N , L :损失N , F U : 兔粪尿N .
1 IO
.
A
. 卡卢金 (文光华译 ) . 19 8 4 。 家兔的营养生理学 。
农业 出版社 , 北京 , 1 1一 3 3 , 1 13一 1 2 2 .
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7 Fr is s e l
, M
.
J
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( e d )
. z o 7 s . C y e l i n g o f m in e r a l nu t r i e -
n t s i n a gr i e u lt u r al e e o s y s t e m s
.
E ls e v ie r S e i e n t i f i e
Pu b li sh i n g C o m p a n y
, A m s t e r d口 , 2 8 4一 30 0 .
8 L e g g , J
.
0
. , M e is in ge r , J
.
J
. l o s Z . So i l N i t r og e n
B u d ge t s
.
I n : N i t r o ge n in A g r i cu l t u r a l 5 0 115 ( e d
.
S t眼n s o n , F . J . ) . A m e r ie a n So e i e t y o f A g ro n o m了,
M a d i s o n , W i s e o n s in
, 5 0 5一 56 6 。
g L饵 r a n e e , R . R . , T o dd , R . L . e t a l . ( e ds ) . 1 0 5 3 .
Nu t r i e n t C 了e l in g i n A g r i e u l tu r a l E e o s y s t em s
.
U n iv e rs it y 万f :G e o r g i a , C o ll ege o f A g r i cu l t u re
SP e e i a l Pu b l i e at i on No
.
2 3 .
1 0 0 血m , E . P . 1 日5 3 . B as i e E e o l叱y . S au n d e rs C o l -
l昭 e P u b l i s h i 习g , 2 1 5一 2 1 9 .
1 1 Wu S ha n m e i a n d X u S h e n g r o n g e t a l
.
l o s o . E e o -
l og ie a l a gr i e u lt u r e w it五i n a d e n s e l y P o砂 Ia te d
a r e a i n C h i n a
.
I n : P r oc e e d in g I n t e r n a t i o n a l Sy
m p os iu m o n A g r i cu l t u ra l E e o l叱了 a n d E nv i r o n -
m e n t
.
A g r i cu lt u re , E e os y s t e m s a n d E盯 ir o n m e n t .
E l s e v ie r S e ie n e e Pu b l i s 五e rs , Am st er d am , N e -
t he r l公n ds
.
J . A p p ] 。 E e o j 。 , 1 : 1 ( 1 9 9 0 )