全 文 ：文章编号 :100028551 (2002) 0420237205
用15N 同位素稀释法研究沸石对
氮肥利用率的影响
李长洪1 　李华兴2 　张新明2 　刘远金2
(11 广东省佛山市园林管理处 ,广东 佛山　528000 ; 21 华南农业大学资源环境学院 ,广东 广州　510642)
摘　要 :通过15N 示踪研究不同沸石水平处理对玉米氮肥利用率的影响。结果表明 :
(1)沸石和肥料混合使用促进了玉米的生长 ,第一茬玉米氮肥利用率以 017gΠkg 土沸
石用量为最高 ,其次是 1gΠkg 土 ; (2)第二茬玉米的氮肥利用率则是以 011 %的沸石用
量最高 ,其次是 0113 %的沸石用量水平 ,与对照相比 ,沸石处理使两茬玉米的氮肥利
用率分别提高了 2312 %～3311 % ; (3) 沸石处理可以显著降低土壤中氮肥的损失 ,与
对照相比 ,降低率达 2519 %～3016 % ,但对土壤中氮肥的残留量没有影响。
关键词 :沸石 ;15N ;同位素稀释法 ;氮肥利用率
收稿日期 :2000207217
资金项目 :广东省自然科学基金、美国洛克菲律兄弟基金和日本经团连自然保护基金联合资助项目。
作者简介 :李长洪 (1972 - ) ,男 ,硕士研究生 ,广东省佛山市园林管理处绿化科工作 ,从事城市土壤与园林废弃物处理方
面的研究工作。
沸石是含碱金属和碱土金属的多孔状铝硅酸盐的总称。天然沸石主要是由 Si、Al 和 O
3 种元素组成的四面体架状结构。在沸石的四面体结构中 ,Al3 + 代替了 Si4 + ,使铝氧四面体出
现了电荷价不平衡 ,剩余的电荷价要由其它阳离子来补偿 ,所以沸石具有离子交换吸附能力 ,
沸石加入到土壤中后 ,可以增加土壤对铵离子的吸收能力 ,提高土壤的保肥性能[1～3 ] 。
华南地区地处热带和亚热带 ,山地丘陵分布广 ,坡地由于长期不合理耕作 ,地表植被被大
量破坏 ,农业生态系统中的养分循环与平衡失调 ,土壤遭受严重的侵蚀 ,盐基离子被大量淋洗 ,
土壤养分贫瘠 ,加上酸雨的危害和土壤污染加剧了土壤的退化过程[4～6 ] 。如何改良退化坡地、
提高这些土壤的保肥性能及养分的生物有效性、增加肥料的利用率 ,对于促进当地农业的持续
发展有着十分重要的意义。本研究将具有独特内部结构的天然沸石粉与肥料混合施用 ,利用
沸石较强的吸附能力和阳离子交换特性来保持养分 ,减少铵态氮的损失 ,以达到提高氮肥利用
率的目的。
1 　材料与方法
111 　材料
11111 　土壤 　试验用土取自广州市五山 ,为花岗岩发育的赤红壤 ,退化坡地类型 ,取 0～15cm
732　核 农 学 报　2002 ,16 (4) :237～241Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
的土壤 ,风干并过 3mm 的筛。土壤含有机质 11126gΠkg ,全 N 0193gΠkg ,全 P 01398gΠkg ,全 K
6108gΠkg ,阳离子交换量 5159cmolΠkg ,pH4167 , < 01002mm 的粘粒含量为 3413 %。
11112 　作物 　常规饲料玉米品种粤东 9 号 ,盆栽于玻璃网室内 ,第一茬玉米于 7 月 30 日播种 ,
9 月 1 日收获 ,生长期为 32d ,收获后在原土壤上不做任何处理继续进行第二茬试验 ,于 9 月 3
日播种 ,10 月 4 日收获 ,生长期为 31d。
11113　沸石及肥料 　供试沸石采自广东省龙川县下畲沸石矿 ,含斜发沸石 62 % ,方解石
615 % ,石英 914 %。沸石的粒径为 80～100 目 , NH+4 交换量为 9913cmolΠkg , K+ 交换量为
1010cmolΠkg。肥料丰度为 5150 %的15N2尿素、磷酸二氢铵和氯化钾 (化学纯 ,上海化工研究院生
产) ;施用量分别为 N150mgΠkg 土 ,P2O5 150mgΠkg 土 ,K2O 150mgΠkg 土。
112 　方法
11211 　试验设计 　盆栽试验在玻璃温室中进行。在施等量肥料的基础上 ,设沸石施用量为 0、
017、110、113gΠkg 土 4 个处理 (表 1) ,每盆装土 310kg ,每处理重复 5 次 ,随机排列。
11212 　样品测定与数据处理 　全部植物样品经烘干、磨碎、过筛 ,供全 N 及15 N 分析。用改良
凯氏法消化测定全氮 ,并进行质谱分析。第二茬玉米收获后取土壤分析全氮 ,同时用质谱分析
测定15N 丰度。所有数据经 SAS 软件处理 ,各平均数的多重比较采用 DUNCANS 新复极差法进
行比较。
表 1 　试验设计
Table 1 　Experiment design (gΠkg soil)
处理
treatment
沸石
zeolite
15N2尿素
15N2urea 磷酸二氢铵NH4H2PO4 氯化钾KCl
CK 0 0. 258 0. 243 0. 239
Z1 0. 7 0. 258 0. 243 0. 239
Z2 1. 0 0. 258 0. 243 0. 239
Z3 1. 3 0. 258 0. 243 0. 239
2 　结果与讨论
211 　沸石处理对玉米生物产量和植株形态的影响
从表 2 看出 ,3 种沸石水平处理后生物产量比不施沸石处理有显著增加 ,以施低量沸石处
理 (Z1)的最大 ,但不同沸石处理之间的差异不显著。施沸石都显著提高了玉米的株高 ,且随沸
石用量的增加而增加。但沸石处理的玉米叶长和叶宽与对照没有显著差异。在第二茬玉米
中 ,则以中量沸石 (Z2)的生物产量最大 ,其次是高量沸石 ( Z3) 和低量沸石 ( Z1) ,对照 (CK) 最
低 ;Z2 和 Z3 都比 Z1 的生物干重有显著增加 ,与对照相比 ,施沸石都提高了玉米的株高、叶长
和叶宽。上述结果说明 ,沸石与肥料混合使用 ,可以促进玉米地上部分的生长 ,增加玉米生物
产量 ,表明沸石可以提高肥料的生物有效性。
832 核　农　学　报 16 卷
表 2 　不同处理的玉米生物量干重、株高、叶长和叶宽比较
Table 2 　Effect of different levels of zeolite on biomass , plant height , leaf length and breadth of corn
处理
treatment
第一茬作物 first crop 第二茬作物 second crop
干重
dry weight
(gΠpot) 株高plant height(cm) 叶长leaf length(cm) 叶宽leaf breadth(cm) 干重dry weight(gΠpot) 株高plant height(cm) 叶长leaf length(cm) 叶宽leaf breadth(cm)
CK 5. 83b 70. 5b 41. 7a 2. 15a 3. 90c 54. 2b 35. 5b 2. 14b
Z1 7. 00a 74. 8ab 45. 3a 2. 24a 4. 23b 56. 5ab 39. 1ab 2. 20ab
Z2 6. 90a 75. 7a 42. 3a 2. 29a 5. 42a 59. 6a 41. 6a 2. 27ab
Z3 6. 86a 77. 3a 44. 3a 2. 21a 5. 41a 58. 6a 43. 9a 2. 43a
　　注 :数据的多重比较采用邓肯氏新复极差检验法 ,同列中具有相同字母的数值为 5 %水平 ,上差异不显著 ,下同
Note :The value with the same letter in a line has not significantly difference ( P < 0105) by Duncan’s SSR ,the same as the following
212 　沸石处理对玉米地上部氮肥利用率的影响
从两茬玉米地上部15N 分析 (表 3)可看出 ,第一茬玉米的15N 丰度 (15N %) 、原子百分超 (Nd2
ff %) 、玉米吸收肥料氮总量 (Ndff) 和肥料利用率 ( FUE %) 都是 Z1 > Z2 > Z3 > CK。表明沸石处
理可明显提高玉米的氮肥利用率 ,其中 Z1 处理的比对照提高了 2817 %。在第二茬玉米中 ,则
以 Z3 处理的15N 丰度和15N 原子百分超最高 ,其趋势是 Z3 > Z2 > Z1 > CK。氮肥后效随着沸石
用量的增加而提高 ,施沸石比不施沸石的肥料利用率提高了 3413 %～6013 % ,说明沸石具有显
著的保肥性能和持续的供肥性能。
表 3 　沸石处理对玉米地上部15 N丰度和氮肥利用率的影响
Table 3 　Effect of zeolite on 15N % , Ndff % and FUE % of corn
处理
treatment
第一茬作物 first crop 第二茬作物 second crop
15N 丰度
15N %
原子百
分超
Ndff %
吸收肥
料氮
Ndff (mg)
氮肥利
用率
FUE( %)
提高率
increament
( %)
15N 丰度
15N %
原子百
分超
Ndff %
吸收肥
料氮
Ndff (mg)
氮肥利
用率
FUE( %)
提高率
increament
( %)
CK 2. 678b 56. 0 108. 0 24. 0 0 1. 981b 38. 9 31. 5 7. 0 0
Z1 2. 822a 59. 4 138. 9 30. 9 28. 7 2. 093ab 41. 7 42. 2 9. 4 34. 3
Z2 2. 774ab 58. 3 133. 9 29. 8 24. 1 2. 143a 42. 9 50. 5 11. 2 60. 3
Z3 2. 725ab 57. 1 130. 0 28. 9 20. 4 2. 169a 43. 5 48. 7 10. 8 54. 3
213 　沸石处理对玉米地下部氮肥利用率的影响
从两茬玉米地下部15N 分析 (表 4)可看出 ,第一茬玉米的15 N 丰度和15 N 原子百分超都是以
处理 Z1 最高 ,对照最低 ,沸石处理显著提高了玉米根系对氮肥的吸收。第二茬玉米的15N 丰度
和15N 原子百分超以处理 Z3 最高 ,其次是 Z2 和 Z1 ,不同水平的沸石处理均提高了玉米根系中
的15N 丰度和15N 原子百分超 ,促进玉米吸收了更多的肥料氮肥 ,提高了根系对氮肥的利用率 ,
这与地上部的结果一致。
932　4 期 用15N 同位素稀释法研究沸石对氮肥利用率的影响
表 4 　沸石处理对玉米地下部15 N丰度和氮肥利用率的影响
Table 4 　Effect of zeolite on 15N % , Ndff % and FUE % of corns root
处理
treatment
第一茬作物 first crop 第二茬作物 second crop
15N 丰度
15N %
原子百
分超
Ndff %
吸收肥
料氮
Ndff (mg)
氮肥利
用率
FUE( %)
提高率
increament
( %)
15N 丰度
15 %
原子百
分超
Ndff %
吸收肥
料氮
Ndff (mg)
氮肥利
用率
FUE( %)
提高率
increament
( %)
CK 2. 584b 53. 6 9. 41 2. 09 0 1. 876b 36. 4 17. 5 3. 89 0
Z1 2. 706a 56. 6 14. 61 3. 25 55. 5 1. 991a 39. 2 18. 3 4. 07 4. 6
Z2 2. 673a 55. 8 14. 62 3. 25 55. 5 2. 013a 39. 7 19. 9 4. 42 13. 6
Z3 2. 651a 55. 3 15. 61 3. 37 61. 2 2. 047a 40. 6 28. 6 6. 35 63. 2
214 　沸石对土壤氮肥残留量的影响
种植两茬玉米后土壤15N 分析 (表 5) 表明 ,在施用等量养分条件下 ,不同沸石处理土壤的
15N 丰度和15N 原子百分超变化不大 ,土壤含氮量和土壤中的氮肥残留量基本无差异。这主要
是因为沸石处理促进了玉米生长 ,提高了玉米对肥料中氮的吸收量 ,证明沸石对提高土壤养分
的生物有效性具有重要作用。
表 5 　种植两茬玉米后土壤15 N分析结果
Table 5 　The fate of fertilizer nitrogen in soil
处理
treatment
15N 丰度
15N %
原子百分超
Ndff %
土壤含氮量
content of N in
soil (gΠkg) 土壤残留residual rate(mg) 氮肥损失量loss amount(mg) 损失减少量decrease( %)
CK 0. 6241a 5. 78 0. 592a 105. 1 178. 5 0
Z1 0. 6313 5. 96 0. 588a 103. 7 132. 3 25. 9
Z2 0. 6101a 5. 44 0. 598a 107. 3 132. 6 30. 6
Z3 0. 6137a 5. 53 0. 582a 101. 6 125. 9 29. 5
3 　结 　论
沸石和肥料混合使用可以促进玉米的生长 ,对玉米的株高、叶长和叶宽等都有不同程度促
进作用 ,并增加玉米植株的生物产量 ,促进玉米对氮肥的吸收 ,显著地提高氮肥的利用率 ,减少
氮肥的损失。但在第一茬玉米中 ,以低量沸石处理的效果较好 ,第二茬则以高量沸石处理的效
果最佳。这主要是由于沸石对肥料中的铵态氮具有吸附作用 ,高量沸石会吸附较多的养分 ,影
响作物前期对氮的吸收。但是沸石对养分的吸附作用力较弱 ,养分容易重新释放出来 ,对养分
起到缓释作用 ,因此沸石可用于提高土壤的保肥性能 ,提高土壤养分的生物有效性。
042 核　农　学　报 16 卷
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THE STUDY ON EFFECT OF ZEOLITE ON NITROGEN USE EFFICIENCY
OF CORN BY 15 N2ISOTOPE DIL UTION METHOD
LI Chang2hong1 　LI Hua2xing2 　ZHANG Xin2ming2 　LIU Yuan2jin2
(1. Management Office of Foshan City , Foshan , Guangdong prov. 　528000 ;
2. College of Resources and Environment , South China Agricultural University , Guangzhou 　Guangdong prov. 　510642)
ABSTRACT :A pot experiment was carried out to study the effect of natural zeolite on nitrogen
use eff iciency of corn by using 15 N2isotope dilution method. The results showed that application of
zeolite could improve the corn growth and enhance the biomass of the corn seedling. By using ze2
olite , nitrogen use eff iciency ( NUE) of corn was increased by 2312 %～3311 %as compared with
no2zeolite treatment ; and the residual nitrogen has no signif icant difference between zeolite treat2
ment and no2zeolite treatment.
Key words :zeolite ; 15N2isotope dilution method ; nitrogen use efficiency
142Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2002 ,16 (4) :237～241