全 文 ：核 农 学 报 2011，25(1):0137 ～ 0142
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
收稿日期:2010-05-27 接受日期:2010-07-05
基金项目:浙江省科技攻关项目(2007C02002-1)，浙江省农业科学院博士启动基金项目(2008)
作者简介:袁玉伟(1975-)，男，山东日照人，博士，副研究员，从事农产品质量安全与法规研究。Tel:0571-86419053;E-mail:ywytea@ 163. com
文章编号:1000-8551(2011)01-0137-06
施肥对大白菜中氮同位素及硝酸盐含量的影响
袁玉伟1 赵 明2 张志恒1 杨桂玲1 郑纪慈1 王 强1
(1. 浙江省农业科学院农产品质量标准研究所，浙江 杭州 310021;2. 青岛市农业科学研究院，山东 青岛 266100)
摘 要:研究不同肥料配施处理对土壤和大白菜中稳定性氮同位素丰度(δ15 N‰)及硝酸盐含量的影响。
结果表明，随着有机肥比例的降低，大白菜中 δ15 N 和硝酸盐含量分别呈现逐渐降低和增加的趋势，对照
大白菜中 δ15 N 和硝酸盐含量分别为 + 9. 355 ‰和 1459mg /kg;纯有机肥(100% -O)和纯化肥(100% －
C)处理大白菜中 δ15 N 分别为 + 6. 898 ‰和 + 4. 098 ‰(P > 0. 05)，而硝酸盐含量分别为 1658 和
2138mg /kg(P < 0. 05);不同肥料配施处理时大白菜中 δ15 N 和硝酸盐含量间存在负相关(R = －
0. 9064)。土壤中 δ15 N 的变化受不同施肥处理的影响较小，其变化范围为 + 7. 706‰ ～ + 9. 903‰;而大
白菜中 δ15 N 的变化影响较大，其范围为 + 4. 098‰ ～ + 9. 355‰。研究表明不同肥料配施处理能够影响
大白菜中 δ15 N 的变化趋势，可以初步利用 δ15 N 作为标记来判断肥料来源，但需要进一步研究不同肥料
配施时 δ15 N 的分布规律。
关键词:稳定性氮同位素;有机肥料;硝酸盐;大白菜
EFFECT OF DIFFERENT FERTILIZERS ON STABLE NITROGEN
ISOTOPE AND NITRATE CONTENT OF SOIL AND CHINESE CABBAGE
YUAN Yu-wei1 ZHAO Ming2 ZHANG Zhi-heng1 YANG Gui-ling1 ZHENG Ji-ci1 WANG Qiang1
(1. Institute of Quality and Standards for Agricultural Products，Hangzhou，Zhejiang 310021;
2. Qingdao Academy of Agricultural Sciences，Qingdao，Shangdong 266100)
Abstract:Effects of combined application of organic and chemical fertilizers on stable nitrogen isotope abundance (δ15 N
－ ‰)and nitrate content were investigated in soil and Chinese cabbage (Beassica pekinensis L.). The results showed
that，with application rate of organic manure decreasing，the δ15 N of Chinese cabbage was decreased from + 9. 355‰
for control group to + 4. 098‰ for pure chemical fertilizer group，and for the nitrate content which was from 1459mg /kg
to 2138mg /kg. There was no significant difference (p > 0. 05)between pure organic manure (100% － O)and pure
chemical fertilizer (100% － C)treatment for δ15 N，and for nitrate content which was sigificant difference(p < 0. 05).
There was a negative correlation (R = － 0. 9064) between δ15 N and nitrate in Chinese cabbage among different
treatments. The δ15 N in soil was less affected by the fertilizer，which ranged from + 7. 706‰ to + 9. 903‰;however，
the δ15 N of cabbage was more affected by the fertilizers which was from + 4. 098‰ to + 9. 355‰. In summary，
combined application of organic and chemical fertilizers can affect the δ15 N in Chinese cabbage，which can be used to
differentiate the source of fertilizer，but further study needs to be done for the distribution of the stable nitrogen isotope.
Key words:stable nitrogen isotope;organic manure;nitrate;Chinese cabbage
稳定性同位素检测是用于食品产地溯源和真伪鉴 别的一种有效技术［1］。Alison 等［2］认为有机肥中氮同
731
核 农 学 报 25 卷
位素 δ15 N 丰度高(+ 3. 5 ～ + 16. 2‰)，而化肥中 δ15 N
丰度低(< + 2. 6‰)，由此造成有机农产品和普通农
产品中 δ15 N 的差异，如中野明正等［3］研究发现，有机
肥和化肥种植的草莓中 δ15 N 分别为 + 9. 2‰和 －
0. 4‰。因此，可将 δ15 N 作为区分有机农产品和普通
农产品的关键指标。Sang 等［4］研究表明猪粪和尿素
中 δ15 N 分别是 + 15. 6‰和 － 2. 7‰，而施入这 2 种肥
料后大白菜中的 δ15 N 范围分别为 + 9. 4‰ ～ 14. 9‰和
+ 3. 2‰ ～ + 3. 3‰，而未施肥的对照大白菜为 + 6. 8‰
～ + 7. 7‰;在试验初期不同肥料造成大白菜中 δ15 N
的差异较大，而在收获时这种差异变小，利用15 N 标记
肥料中氮素来源适合用于生长期较短的蔬菜。
Alison 等［5］认为有机和普通作物中 δ15 N 丰度可
能存在交叉，同位素分析仅能检验是否施用过化肥。
另外施肥种类也可能影响硝酸盐和亚硝酸盐在植物体
内的含量，氮素在植物体内的转移、分布和分馏可能与
有关酶如硝酸还原酶的活性有关。Evans［6］认为当氮
素需求量大于提供量时植株与氮源间的15 N 丰度呈正
相关;且氮素分布、吸收和损失受多种同化作用的影
响。
大白菜(Beassica pekinensis L.)是氮肥需求量较大
的叶菜类，本文通过有机肥和化肥的不同配施比例处
理，研究大白菜中氮同位素 δ15 N 与硝酸盐含量的影响
规律，分析土壤、肥料和大白菜间 δ15 N 的相互关系，及
与硝酸盐含量的相关性。这对于采用稳定性氮同位素
检测大白菜中 δ15 N，探讨不同氮肥来源以及是否肥料
配施，具有一定的研究价值和实际应用意义。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
供试大白菜品种为 87 － 114，试验于 2008 年秋季
在青岛市农业科学研究院蔬菜试验田中进行，试验田
上茬作物仍为大白菜。
供试土壤类型为壤质潮棕壤，其农化性状:盐分
0. 15%，pH6. 4，有机质 1. 39%，全氮 0. 085%，硝态氮
4. 2mg /kg，碱解氮 107. 8mg /kg，速效磷 150. 5mg /kg，
速效钾 130. 0mg /kg。供试有机肥料为经过高温堆肥
处 理 的 鸡 粪 (全 氮 1. 22%，全 磷 3. 25%，全 钾
1. 11%)，化肥为尿素(N 46%)、磷酸二铵(N 15%、
P2O5 45%)和硫酸钾(K2O 50%)。
1. 2 试验方法
试验采用大田小区栽培方法，纯施氮量为 375kg /
hm2，所施有机肥氮素总量占施氮量的质量分数为依
据，共设 7 个处理(表 1):(1)不施肥(CK);(2)100%
有机肥(100% -O);(3)80%有机肥 + NPK 化肥(80% -
O);(4)60%有机肥 + NPK 化肥(60% -O);(5)40%有
机肥 + NPK 化肥(40% -O);(6)20%有机肥 + NPK 化
肥(20% -O);(7)NPK 化肥(100% -C)。其中，有机肥
的 NPK 养分用量以有机肥全 NPK 含量计算，其他处
理在扣除施用的有机肥 NPK 养分后，不足部分用化肥
补齐 N、K 含量和 50%的 P 含量(因鸡粪堆肥 P 含量
偏高，养分比例失调，故降低 P 肥用量);有机肥为鸡
粪堆肥，无机肥为尿素、磷酸二铵和硫酸钾。全部有机
肥和 P、K 化肥以及 80%尿素于大白菜定植前一周作
基肥一次性施入试验小区，用旋耕机与耕层土壤混匀，
剩余 20%尿素分别于大白菜莲座期和结球初期各追
施一半。
大白 菜 采 取 平 畦 双 行 种 植 方 式，小 区 面 积
14. 4m2，各处理随机区组排列，重复 3 次。8 月 20 日
播种，定植数为 26400 株 / hm2，11 月 20 日采收测产。
全生育期 92d，田间试验按常规方法管理。
表 1 不同处理及有机无机肥料使用量
Table 1 Amount of manure and fertilizer
for different treatments
处理
treatment
鸡粪堆肥用量
(N∶ P2 O5 ∶ K2 O)
amount of chicken manure
(N∶ P2 O5 ∶ K2 O)(kg / hm
2)
无机肥用量
amount of inorganic
fertilizer(kg / hm2)
N P2 O5 K2 O
CK — 0 0 0
100% -O 30737(375∶ 999∶ 341) 0 0 0
80% -O 24590(300∶ 799∶ 273) 75 100 69
60% -O 18443(225∶ 599∶ 205) 150 200 136
40% -O 12295(150∶ 400∶ 136) 225 300 205
20% -O 6148(75∶ 200∶ 69) 300 400 273
100% － C 0 375 500 341
1. 3 取样与样品处理
播种前随机多点取不同处理土壤、有机肥和化肥
样品，测定 NPK 养分含量等理化指标和氮同位素 δ15
N;试验结束时一次性随机取各处理代表性白菜 2 棵，
纵向切开，均匀选取内外叶可食部分约 500g，一半用
于测定白菜中氮同位素 δ15 N，一半用于测定新鲜白菜
的硝酸盐含量。
化肥样品直接研磨，过筛;有机肥样品先烘干(<
60℃)，再磨碎、过筛;土壤样品经风干后研磨，过 100
目筛;测定 δ15 N 的蔬菜样品需 105℃鼓风干燥箱中杀
青处理 30min、70℃烘干，磨细后过 100 目筛，保存于
干燥器中待测。
831
1 期 施肥对大白菜中氮同位素及硝酸盐含量的影响
1. 4 测定方法
1. 4. 1 硝酸盐和 NPK 等指标测定 大白菜硝酸盐
(NaNO3)含量采用 GB /T5009. 33 － 2003 法提取
［7］，参
照罗雪华和蔡秀娟采用的紫外差减法测定硝酸盐［8］;
有机肥料全 N、P、K 含量采用 H2SO4-H2O2 消煮，蒸馏
法测 N，钼锑抗比色法测 P，火焰光度法测 K［9］;盐分、
pH 值、有机质等项目采用常规分析方法测定［10］。
1. 4. 2 样品中稳定性氮同位素比率检测方法［11］ 称
0. 500 ～ 0. 800mg 制备好的样品，用锡箔纸包好，按编
号放入自动进样器，进样器氦气吹扫流量为 200ml /
min;氧化炉和还原炉温度分别为 1020℃和 650℃，载
气氦气流量为 90ml /min。样品先氧化为 N2O，还原后
的 N2 经过水井过滤，进入分离柱分离，分离后的 N2 经
过 Conflo III 稀释(条件设定:He 稀释压力为 0. 6bar，
N2 参考气压力为 1. 0bar，此时质谱质量数为 28 的离
子强度为 4000mv)，进入质谱仪(Thermo Finnigan，
DELTAPlus)进行同位素比值分析。用 IAEA N1(δ15
Nair = 0. 4‰)标定 N2，测定样品 N2 同位素(
14 N 和15 N)
比值。元素分析仪结合同位素质谱测定15 N 的误差≤
0. 2‰。
稳定性氮同位素比率用 δ15 N(‰)表示，计算公式
为:
δ15N(‰) = (R样品 /R标准 － 1)× 1000 (1)
式中，R样品为所测样品中
15 N / 14 N 含量之比;R标准
为国际标准样品中15 N / 14 N 含量之比，一般采用 δ15
Nair。
1. 5 数据处理与分析
试验数据用 SPSS17. 0 软件进行单因素方差分析
和 LSD 多重比较检验处理间差异程度，用 Excel2003
程序进行数据的相关统计分析。
2 结果与分析
2. 1 有机 －无机肥不同配施比例对白菜中氮同位素
的影响
一般认为使用有机肥种植的蔬菜 δ15 N 比使用化
肥种植的高。经测定，本试验所用有机肥鸡粪中 δ15 N
为 + 13. 658 ‰，而化肥尿素和磷酸二铵的 δ15 N 分别
为 － 1. 811 ‰和 + 1. 002 ‰，说明有机肥与化肥中 δ15
N 有明显差异。肥料中 δ15 N 的不同可能造成白菜中
δ15N 的不同，故大白菜中 δ15 N 可用来反映其氮素肥料
来源(有机肥、化肥还是有机无机配施)。
不同配施比例处理的白菜中 δ15 N 的试验结果如
表 2。表 2 显示，各处理下大白菜中 δ15 N 的范围为 +
4. 063 ‰ ～ + 9. 355 ‰，最高是对照，为 + 9. 355 ‰，之
后随着有机肥比例的降低和化肥比例的增高，大白菜
中 δ15 N 有逐渐降低的趋势。其中 100% -O 有机肥处
理时大白菜的 δ15 N 为 + 6. 898 ‰，而 100% － C 无机
肥处理时仅为 + 4. 098‰。经统计分析表明，在 5%显
著水平上 CK 与 100% -O 处理的结果差异不显著，而
与其他处理存在显著差异;在 1% 极显著水平上，CK
与 100% -O、80% -O 处理的试验结果差异不显著，而与
其他处理的结果存在显著差异;各有机 － 无机肥配施
处理间的结果差异不显著。
表 2 不同肥料配施处理的白菜中氮同位素丰度
Table 2 δ15 N of Chinese cabbage
at different treatments
处理
treatment
白菜中 δ15 N
δ15 N of Chinese
cabbage(‰)
5%显著水平
significance
level at 5%
1%极显著水平
very significance
level at 1%
CK 9. 355 ± 0. 002 a A
100% -O 6. 898 ± 1. 844 ab AB
80% -O 5. 956 ± 1. 681 b AB
60% -O 5. 309 ± 1. 217 b B
40% -O 4. 471 ± 0. 867 b B
20% -O 4. 063 ± 0. 858 b B
100% － C 4. 098 ± 0. 889 b B
2. 2 土壤中氮同位素丰度与大白菜间的相关性
由于不同肥料中 δ15 N 的不同，施入土壤后可能引
起土壤中 δ15 N 的不同。不同处理的试验结果表明(图
1，其中 20% -O 处理土壤样品丢失，缺少检测数据)，
对照土壤中 δ15 N 的数值最小，仅为 + 7. 706‰，添加有
机无机肥料后土壤中 δ15 N 都有所增加。80% -O 处理
时土壤中 δ15 N 的数值最大，为 + 9. 097‰，而 100% -O、
60% -O、40% -O 和 100% － C 处理时土壤中 δ15 N 的差
异不大，范围在 + 8. 349‰ ～ + 8. 602‰。说明不同肥
料配施处理对土壤中 δ15 N 的影响较小，但处理后土壤
中 δ15 N 一般均高于对照。这可能是由于土壤中内源
氮的比例高，而外源有机肥和化肥增施对土壤中氮含
量的增加影响较小，并且使用化肥后可能对土壤中细
菌酶的活力存在诱导，增加了氮肥的硝化，使得剩余氮
的 δ15 N 增加。对照处理白菜中 δ15 N 最高，可能是对
照土壤中可吸收态氮(内源氮)的数量高且其 δ15 N 也
较高，从而造成大白菜中 δ15 N 较高。
图 1 表明，除 CK 处理为大白菜中 δ15 N 高于土壤
中的 δ15 N，其余处理均为土壤中 δ15 N 高于大白菜中
的，且随着有机肥比例的降低，土壤与大白菜间 δ15 N
的差值也越来越大，这可能是随着增施化肥氮比例增
931
核 农 学 报 25 卷
加，土壤中可吸收态氮的 δ15 N 低(如化肥的 δ15 N 低)，
从而造成白菜吸收较低 δ15 N 的化肥氮后而含有较低
的 δ15 N。如 100% -O 处理时，土壤中 δ15 N 为 +
8. 349‰，而 大 白 菜 中 的 为 + 6. 898‰，二 者 相 差
1. 451‰;而 100% － C 处理时，二者的差值最大，为
4. 279‰。总体说来，土壤中 δ15 N 受到外源氮肥的影
响相对小而变化范围小，而外源氮特别是化学氮容易
被作物吸收，相应种植的大白菜中 δ15 N 受到外源氮肥
的影响也大，其范围变化也大。
图 1 不同肥料配施处理时土壤与白菜中氮同位素丰度
Fig. 1 δ15 N(‰)of Chinese cabbage of soil at different treatments
2. 3 大白菜中氮同位素丰度与硝酸盐含量间的相关
性
一般认为，施用有机肥能够降低蔬菜中的硝酸盐
含量，而施用化学肥料能够增加蔬菜中硝酸盐含量。
本试验结果表明(图 2)，随着化肥量配施比例的增加，
不同处理的大白菜中硝酸盐含量也逐渐增加。对照处
理时，大白菜中硝酸盐含量为 1459mg /kg，100% -O 处
理时为 1658mg /kg，而后大白菜中硝酸盐含量具有逐
渐增加的趋势，100% -C 处理时大白菜中硝酸盐含量
达 2138mg /kg，高于对照和 100% -O 处理时的 679 和
480mg /kg。而大白菜中氮同位素 δ15 N 的变化趋势与
硝酸盐含量的变化趋势相反，随着有机肥配施比例的
降低而降低，硝酸盐含量渐增，而 δ15 N 逐渐降低，二者
呈负相关性(R = － 0. 9064)。
3 讨论
3. 1 不同肥料配施比例影响大白菜中氮同位素丰度
利用蔬菜中氮同位素丰度能够反映土壤中肥料来
源，一般是基于 2 个假设:一是有机肥、土壤和化肥中
氮同位素丰度不同，且有机肥高于土壤和化肥;二是蔬
菜吸收氮素后发生的分馏不足以影响到整个氮同位素
丰度［12］。Sang-Sun Lim 等研究施用液态猪粪对大白
菜中 δ15 N 的影响［4］，发现施用液态猪粪时大白菜中
δ15 N 的范围为 + 9. 4‰ ～ + 14. 9‰，而尿素处理时仅
图 2 不同肥料配施处理时大白菜中氮同位素
丰度与硝酸盐含量
Fig. 2 δ15 N(‰)and NO －3 content of Chinese
cabbage at different treatments
为 + 3. 2 ‰ ～ + 3. 3 ‰，对照处理为 + 6. 8 ‰ ～ + 7. 7
‰。本试验的结果与此有所不同，纯有机肥(100% -
O)处理时大白菜中 δ15 N 为 + 6. 898 ‰，纯化肥处理
(100% － C)时为 + 4. 098 ‰，均低于对照时的 +
9. 355‰。这主要是由于本试验设计了不同肥料配施
比例，且试验之前土壤也曾大量使用有机肥和化肥，使
有机肥 －化肥与土壤间氮素的分馏变化更为复杂。有
研究表明作物吸收的氮素大约 30%来自肥料，70%来
自土壤内源氮［13］，且有机 －无机配施时能够增加有机
氮的吸收并减少无机氮的损失［14］，在土壤中氮素含量
高时继续增施氮肥对作物的氮素吸收和增产贡献不
041
1 期 施肥对大白菜中氮同位素及硝酸盐含量的影响
大［15］。这都说明在内源氮高水平(土壤肥力高)时，外
源氮(有机肥和化肥)对蔬菜中的 δ15 N 影响较小。
CHOI Woo-Jung 等研究认为，随着猪粪施用量的增加，
化肥尿素标记氮的吸收也逐渐增加，施用有机肥能够
增加化肥的固化率，而降低氮肥的损失［16］;且在施肥
后期能够增加大白菜对化肥尿素的吸收［17］。
3. 2 大白菜中硝酸盐含量与氮同位素丰度间的相关
性
蔬菜中硝酸盐含量受多种因素影响，有研究表明
单施有机肥时，随着有机肥施用量的增加蔬菜中硝酸
盐含量也增加［18］，而有机肥与化肥配施时比单施化肥
能够降低蔬菜中硝酸盐含量［19］。本试验中，大白菜中
硝酸盐含量随着有机肥比例的降低和化肥比例的增加
而降低，且与氮同位素丰度存在一定的负相关性(R =
－ 0. 9064)，这与袁玉伟等［20］研究不同肥料配施对黄
瓜中硝酸盐和 δ15 N 影响时的结论比较一致，硝酸盐、
氮同位素丰度与硝酸还原酶间存在一定的相关性。
Seok-In Yun 和 Hee-Myong Ro［21］利用大白菜中氮同位
素丰度和土壤中无机氮(硝酸盐)间的相关性来验证
是否过度使用有机肥，结果表明大白菜中氮同位素丰
度随着肥料量的增加而增加，与硝酸盐含量也存在一
定的相关性。
3. 3 大白菜中氮同位素丰度能够反映土壤中氮肥来
源
已有研究报道，不同有机肥料和化学肥料具有不
同的 δ15 N ［2］，且作物对 δ15 N 的吸收、代谢、分布和分
馏不同，与硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酰胺合
酶等氮素相关［22］。本研究结果表明，施用有机肥和化
肥种植的大白菜中 δ15 N 分别为 + 6. 898‰ 和 +
4. 098‰，虽然没有统计学的明显差异性，但是存在增
加化肥施用比例时大白菜中 δ15 N 呈降低的趋势，这可
能与肥料类型和土壤中可吸收态氮素的 δ15 N 有关。
Woo-Jung Choi 等［23］研究显示，有机肥和化肥处理后
的土壤，其 δ15 N 不同，施有机肥时为 + 13. 0‰ ～ +
35. 4‰，而施化肥时为 － 10. 8‰ ～ + 11. 4‰，认为作物
早期吸收有机肥时，主要吸收态的硝态氮中 δ15 N 更能
影响作物的 δ15 N。
Seok-In Yun 等采用盆栽试验，研究施肥种类和施
肥时间对大白菜及土壤中氮同位素的影响［24］，结果表
明有机肥种植的大白菜中 δ15 N 大于 + 9. 0‰，而尿素
种植的小于 + 1. 0‰，能够反映出不同的氮肥来源;种
植中期增施不同氮肥能够显著影响整株的 δ15 N，且基
肥的 δ15 N 反映在早期生成的外层叶片，而追肥时体现
在内层叶片。这与本试验采用大田试验的结果存在较
大差异，可能与土壤中氮肥的来源背景复杂有关，本研
究中的大田原来为试验用地，肥料种类复杂，且用量
大，造成再增施外源肥料时对土壤内源氮的含量和 δ15
N 影响小，且试验时间长(92d)，各种影响因素复杂。
4 结论
有机 －无机肥的不同配施比例能够影响大白菜中
氮同位素丰度 δ15 N 和硝酸盐含量，且大白菜中 δ15 N
与硝酸盐含量间存在一定的负相关性，能够初步作为
标识物来区分不同氮肥的来源(有机肥和化肥)，但是
不能区分有机肥和化肥配施。因此，鉴于 δ15 N 在土
壤、有机肥和化肥间复杂的分馏和转化关系，需进一步
利用不同氮素相关酶的活性、特征标识物(蛋白质)和
可吸收氮形态与肥料间的关系，来测定其 δ15 N 以明确
使用化学肥料或是否与有机肥配施。
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(责任编辑 邱爱枝
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