全 文 ：中国生态农业学报 2013年 7月 第 21卷 第 7期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jul. 2013, 21(7): 795−800


* 现代农业产业技术体系建设专项(CARS-28)、公益性行业(农业)科研专项(201103003)和山东省农业重大应用创新课题(201009)资助
** 通讯作者: 姜远茂(1964—), 男, 教授, 主要研究方向为苹果肥水高效利用。E-mail: ymjiang@sdau.edu.cn
葛顺峰(1985—), 男, 博士, 主要研究方向为苹果肥水高效利用。E-mail: geshunfeng210@126.com
收稿日期: 2013−01−06 接受日期: 2013−03−04
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2013.00795
土壤 C/N对苹果植株生长及氮素利用的影响*
葛顺峰 周 乐 李红娜 门永阁 魏绍冲 姜远茂**
(作物生物学国家重点实验室 山东农业大学园艺科学与工程学院 泰安 271018)
摘 要 土壤 C/N 是土壤氮素循环的重要影响因素。本研究以 2 年生“富士”/平邑甜茶为试验材料, 应用 15N
示踪技术研究了不同土壤 C/N[6.21(CK)、10、15、20、25、30、35 和 40]对苹果植株生长及氮素利用和损失
的影响。结果表明: 随着土壤 C/N 比值的逐渐增大, 苹果新梢长度和植株鲜重均呈先升高后降低的变化趋势,
C/N=15、20和 25的 3个处理苹果新梢长度和植株鲜重最大, 三者间无显著差异, 但均显著高于其他处理。不
同 C/N 处理间植株 15N 利用率存在差异, 土壤 C/N=25 时, 植株 15N 利用率最大, 为 22.87%, 与 C/N=20 的处
理间无显著差异, 但两者均显著高于其他处理; 土壤 C/N=40时, 植株 15N利用率最低, 仅为 15.43%, 低于 CK
处理的 16.65%。土壤 C/N 处于 15~25 时, 植株吸收的氮素来自于肥料氮的比例较高; 而土壤 C/N 较低(<15)
或太高(>25)时 , 植株吸收的氮素来自于土壤氮的比例较高。土壤氮素残留量随土壤 C/N 的增大逐渐增加,
C/N=40处理的土壤氮素残留量是 CK的 1.32倍。随着土壤 C/N比值的逐渐增大, 肥料氮损失量呈先减少后增
加的变化趋势, 以 C/N=25时最少, 仅为施氮量的 49.87%, 而对照最大, 为 61.54%。因此, 综合土壤 C/N对苹
果植株生长及氮素平衡状况来看, 土壤 C/N为 15~25时, 能促进植株的生长发育, 降低氮肥损失, 提高肥料利
用率。
关键词 土壤碳氮比 苹果 15N 氮素利用 氮损失
中图分类号: S143.6 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2013)07-0795-06
Effect of soil C/N ratio on nitrogen utilization and growth of apple
GE Shun-Feng, ZHOU Le, LI Hong-Na, MEN Yong-Ge, WEI Shao-Chong, JIANG Yuan-Mao
(State Key Laboratory of Crop Biology; College of Horticultural Science and Engineering, Shandong Agricultural University,
Tai’an 271018, China)
Abstract Soil C/N ratio is a critical soil nitrogen cycle factor. Two-year old apple trees (Borkh. cv. ‘Fuji’/ Malus hupehensis) were
used to study the effect of soil C/N ratio [6.21 (CK), 10, 15, 20, 25, 30, 35 and 40] on nitrogen utilization/loss and apple growth using
the 15N trace technique. The results showed that with increasing soil C/N ratio, apple shoot length and fresh weight initially increased
and then decreased. The highest apple shoot length and fresh weight were under the treatments of 15, 20 and 25 C/N ratio. Although
no significant differences were noted among the three treatments, the shoot length and fresh weight of apple tree under these three
C/N ratios treatments were significantly higher than those under the other treatments. Statistical analysis revealed significant
difference in nitrogen utilization rate among different treatments. The highest nitrogen utilization rate was in soils with C/N ratio of
25, which value was 22.87%, not significantly different from that in soils with C/N ratio of 20. However, the nitrogen utilization
under both the two treatments was significantly higher than those under the other treatments. Soil C/N ratio of 40 showed the lowest
nitrogen utilization rate (15.43%), which was even lower than that of CK (16.65%). The proportion of plant absorbed fertilizer
nitrogen was much higher under treatments of soil C/N ratio range of 15~25. But proportion of plant absorbed soil nitrogen was
much higher under too low (<15) or high (>25) soil C/N ratio. Soil residual nitrogen increased gradually with increasing soil C/N
ratio. Soil residual nitrogen under C/N ratio of 40 was 1.32 times that of CK. With increasing soil C/N ratio, fertilizer nitrogen loss
initially dropped and then increased. Fertilizer nitrogen loss was minimum (49.87%) under soil C/N ratio of 25 and the maximum
(61.54%) under CK. Therefore regarding nitrogen utilization and apple growth, soil C/N ratio range of 15~25 was favorable. It
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increased soil nitrogen fixation efficiency, reduced nitrogen loss, and enhanced nitrogen utilization rate.
Key words Soil C/N ratio, Apple, 15N technique, Nitrogen utilization, Nitrogen loss
(Received Jan. 6, 2013; accepted Mar. 4, 2013)
据统计, 2011年我国苹果栽植面积和产量分别
达199万hm2和3 500万t, 均占世界苹果面积和产量
的50%以上, 果业逐渐成为苹果产区农民增收的重
要支柱产业[1]。氮作为苹果生长发育必需的大量营
养元素, 增施化学氮肥, 是苹果生产采取的主要增
产措施之一[2−3]。目前, 我国苹果园纯氮施用量高达
400~600 kg·hm−2, 但氮素的生产效率趋于下降, 而
带来的环境污染则趋于加重[4−8]。因此, 提高氮素利
用率, 降低其对环境的负面影响, 在提高苹果产量
的同时兼顾生态效益, 是当前我国土壤氮素研究的
指导思想[9]。研究土壤中氮素的转化过程, 明确其调
控因素, 对于合理施用氮肥, 保护生态环境具有重
要意义。
土壤碳氮比(C/N)是土壤质量的敏感指标, 也是
衡量土壤氮素营养平衡状况的指标, 其值高低对土
壤氮循环有重要影响[10]。当前我国苹果园土壤全氮
含量高达0.8~1.3 g·kg−1, 而有机质含量较低 , 仅在
1%左右 [5,11], 再加上缺乏有效全面的管理措施 , 造
成了土壤C/N失调, 这是导致果园土壤质量退化、土
壤微生物多样性下降、土传病害严重、果品产量品
质下降的重要原因[12]。土壤C/N通常被认为是土壤
氮素矿化能力的标志 , 低的C/N可以加快微生物分
解和氮的矿化速率 , 高的C/N对土壤微生物的活动
能力有一定限制作用, 使有机质和有机氮的分解矿
化速度减慢, 土壤固定有机碳能力提高[10]。目前关
于土壤C/N的研究主要集中在其对烟草品质及生理
生化指标和如何通过添加有机物质来提高土壤C/N
的研究上 [13−14], 而C/N的高低对苹果植株生长及土
壤氮素循环方面的研究尚少见报到。因此, 本研究
利用15N同位素示踪技术, 研究了不同土壤C/N对苹
果植株−土壤系统氮素平衡的影响 , 以期为苹果园
土壤改良及合理施氮提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验在山东农业大学园艺试验站进行。该地属
温带大陆性半湿润季风气候区, 年均气温为12.9 , ℃
年无霜期约195 d, 年平均降雨量697 mm, 降水主要
集中在6—9月。试验用土壤为棕壤土, 有机质10.82
g·kg−1, 全氮1.01 g·kg−1, 速效磷26.21 mg·kg−1, 速效
钾130.61 mg·kg−1, pH(H2O) 6.40。试验共设8个处理:
处理1, 对照(不加C), C/N=6.21; 处理2, C/N=10; 处
理3, C/N=15; 处理4, C/N=20; 处理5, C/N=25; 处理
6, C/N=30; 处理7, C/N=35; 处理8, C/N=40。各处理
碳氮比(C/N)是在供试土壤的基础上通过加入不同
量葡萄糖进行调节的。
试验采用盆栽处理, 盆内径 30 cm, 高 40 cm,
每盆装土 23 kg。于 2012年 3月 21日将两年生“富
士”/平邑甜茶苹果植株移栽入盆中, 每盆 1株, 每个
处理预备 5盆, 定植高度为 60 cm, 待植株长势平稳
后, 选取长势一致、侧枝数量相近, 健壮、无病虫害
的植株 24 盆, 每个处理 3 盆, 每盆为 1 次重复。于
4 月 21 日每盆施入 10.25%的 15N-尿素(上海化工研
究院生产)3.0 g和过磷酸钙 4.0 g、硫酸钾 3.0 g, 施
肥后立即浇水。
于植株停长期(9月 10日)进行整株破坏性采样,
测定新梢长度和植株鲜重。然后整株解析为根、茎、
叶。样品按清水→洗涤剂→清水→1%盐酸→3次去离
子水顺序冲洗后, 105 ℃下杀青 30 min, 随后在 80 ℃
下烘干至恒重, 电磨粉碎后过 60 目筛, 混匀后装袋
备用。植株解析的同时将盆内土壤全部取出, 称重
并混合均匀后四分法取样, 测定土壤样品的 15N 丰
度。ZHT-03(北京分析仪器厂)质谱仪测定样品的 15N
丰度。
1.2 数据计算与统计
Ndff(植株器官从肥料中吸收分配到的15N量对
该器官全氮量的贡献率)=(样品中15N丰度−15N自然
丰度)/(肥料中15N丰度−15N自然丰度)×100% (1)
氮肥利用率=(Ndff×植株各器官全氮量)/施肥量
×100% (2)
土壤 15N残留量=土壤 15N丰度×土壤总重量×土
层含氮量 (3)
氮肥残留率=土壤15N残留量/施肥量×100%
(4)
氮肥损失率=100%−氮肥利用率−氮肥残留率
(5)
应用Microsoft Excel 2003软件进行表格绘制 ,
试验数据采用DPS 7.05进行单因素方差分析, 采用
LSD法进行差异显著性比较。
2 结果与分析
2.1 土壤 C/N对植株生长的影响
苹果树新梢长度与植株鲜重反映了植株的生
长状况。由表 1 可见, 新梢长度和植株鲜重均随土
壤 C/N的逐渐增大呈先升后降趋势。土壤 C/N逐渐
第 7期 葛顺峰等: 土壤 C/N对苹果植株生长及氮素利用的影响 797


增加至 25 时, 新梢长度和植株鲜重逐渐升高至最
大, 然后随着土壤 C/N 的进一步增大, 新梢长度和
植株鲜重均逐渐降低, 当土壤 C/N=40 时, 新梢长
度和植株鲜重均低于 CK。统计分析结果表明, C/N
为 15、20和 25的 3个处理新梢长度和植株鲜重均
显著高于其他处理, 但三者间无显著差异(P<0.05)。
表明土壤 C/N 为 15~25, 有利于苹果植株的生长
发育。
表 1 土壤 C/N对苹果新梢长度和植株鲜重的影响
Table 1 Effect of soil C/N ratio on apple shoot length and
fresh weight
处理
Treatment
新梢长度
Shoot length (cm)
植株鲜重
Fresh weight (g)
CK 29.54±1.01c 212.37±8.34de
10 33.67±1.79b 242.56±13.42c
15 37.89±2.02a 267.43±11.97ab
20 38.23±1.27a 277.75±13.53a
25 39.43±2.26a 281.88±16.34a
30 34.65±1.03b 261.86±9.27bc
35 30.44±1.29bc 221.34±12.94d
40 26.78±1.45c 197.34±16.82e
CK 表示不加外源碳的试验对照(C/N=6.12), 10、15、20、25、
30、35、40 分别表示土壤的 C/N。同列数据后不同小写字母表示处
理间存在 5%显著差异 , 下同。CK denotes the treatment without
exogenous carbon (C/N=6.12); 10, 15, 20, 25, 30, 35 and 40 denote soil
C/N value, respectively. Data in the same column with different small
letters are significantly different (P < 0.05). The same below.
2.2 土壤 C/N对植株吸收肥料氮的影响
由图 1A可见, 随土壤 C/N的增大, 植株对肥料
15N-尿素的利用率呈先升后降变化趋势。土壤
C/N=25 时, 植株 15N 利用率最大, 为 22.87%, 与
C/N=20的处理间无显著差异, 但两者均显著高于其
他处理; 土壤 C/N=40 时, 植株 15N 利用率最低, 仅
为 15.43%, 低于 CK处理的 16.65%。
植株吸收的氮素一方面来源于土壤供氮, 另一
方面来自于肥料施氮。由图1B可知, 苹果植株吸收
总氮中29.56%~45.65%来自肥料氮, 54.35%~70.44%
来自土壤氮, 表明植株吸收的氮大部分来自土壤供
氮。随土壤C/N逐渐增大至25时, 苹果植株吸收总氮
中来自肥料氮的比例逐渐增大(从32.67%到45.65%),
来自土壤氮的比例逐渐减小 (从67.33%到54.35%);
而随着土壤C/N的进一步增大 , 苹果植株吸收总氮
中来自肥料氮的比例逐渐降低(从45.65%到29.56%),
来自土壤氮的比例逐渐增大(从54.35%到70.44%)。
表明, 土壤C/N太高(>25)或者太低(<15)时, 植株更
多地利用土壤中的氮, 而对肥料氮的吸收较少。
2.3 土壤 C/N对 15N残留和损失的影响
由表2可见 , 随土壤C/N的增加土壤中15N残留
量逐渐增大, 当土壤C/N=40时土壤15N残留量和残
留率最大, 分别为863.89 mg和28.80%, 是CK处理
的1.32倍。土壤氮素残留量在C/N达到25以上的4个

图 1 土壤 C/N对苹果植株 15N利用率(A)和植株吸收总氮中肥料氮与土壤氮百分比(B)的影响
Fig. 1 Effect of soil C/N ratio on apple plant 15N utilization rate (A) and the proportion of nitrogen from fertilizer or soil accounted
for total nitrogen (B) absorbed by apple plant

处理之间无显著差异, 但均显著高于其他 4个处理。
与 CK 相比, 所有添加外源碳处理的氮素损失
率均有所减低。氮素损失率随着土壤 C/N 的增大逐
渐降低然后升高。C/N=25 处理的 15N 损失量和 15N
损失率最低, 分别为 1 496.08 mg 和 49.87%, 仅为
CK的 81.04%。统计分析表明, 氮素损失在 C/N=20
和 C/N=25的 2个处理间无显著差异, 但均显著低于
其他处理; CK、C/N=10 和 C/N=40 间无显著差异,
但均显著高于其他处理。
3 讨论和结论
通过添加葡萄糖来提高土壤 C/N 可以显著影响
苹果植株的生长状况及氮肥利用情况。李雪利等[14]
在烟草上的研究表明, 土壤 C/N 为 24~28 最有利于
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表 2 土壤 C/N对土壤中 15N残留与损失的影响
Table 2 Effect of soil C/N ratio on soil 15N residue and loss
15N残留 15N residue 15N损失 15N loss 处理
Treatment 残留量 Residue amount (mg) 残留率 Residue ratio (%) 损失量 Loss amount (mg) 损失率 Loss ratio (%)
CK 654.45±22.32e 21.82 1 846.05±41.22a 61.54
10 720.34±16.78d 24.01 1 733.06±39.55ab 57.77
15 783.67±26.81c 26.12 1 573.43±51.56c 52.45
20 802.45±30.22bc 26.75 1 524.35±44.21d 50.81
25 817.82±21.79abc 27.26 1 496.08±31.22d 49.87
30 839.94±24.77abc 27.99 1 583.46±38.31c 52.78
35 848.22±34.11ab 28.27 1 617.48±60.33bc 53.92
40 863.89±18.35a 28.80 1 673.21±29.55abc 55.77

烟株生长过程中碳氮代谢和提高烟叶内在化学成分的
协调性, 改善烟叶品质, 但当土壤C/N过高时则反之。
刘世亮等[15]的研究也表明, 适宜的土壤C/N有利于提
高叶片叶绿素的含量和含氮量以及硝酸还原酶活性,
而随着C/N的进一步增大, 这些指标呈降低趋势。本试
验中, 当土壤C/N为15~25时, 植株的生长状况最好,
其新梢长度和植株鲜重显著高于其他处理, 但是当
C/N增加到40时, 植株的新梢长度和植株鲜重甚至低
于对照, 这与上述研究所得出的结论一致。肥料氮素
吸收利用效率也证实了这一点, 当土壤C/N为15~25时
植株对15N的利用率最高, 而随C/N的进一步增大, 肥
料氮素利用率逐渐降低, 并且当C/N为40时, 肥料氮
素利用率甚至低于不添加外源碳的对照处理。这可能
是因为C/N较高时, 添加的外源葡萄糖较多, 外源可
溶性碳的大量加入促使土壤中的微生物大量繁殖, 而
微生物的大量繁殖需要消耗一部分氮素, 就会出现微
生物与苹果植株共同竞争土壤中的氮素, 因此影响苹
果植株的生长和根系对养分的吸收[16−17]; 而当土壤
C/N比值较低时, 可供微生物利用的碳源较少, 微生
物活性降低, 从而影响养分的有效性[10,18], 使得养分
不利于被苹果植株根系吸收, 进而抑制植株生长发
育。所以, 从苹果植株生长发育和氮素吸收利用的角
度看, 以土壤C/N在15~25最好。
作物吸收氮素主要来自土壤供氮和肥料供氮 ,
土壤供氮主要通过有机质矿化释放。有研究表明 ,
土壤矿化氮量与作物吸氮量呈显著正相关 [19], 而
土壤矿化氮量与有机碳水平显著相关[20]。作物吸收
的氮素 , 即使在大量施用氮肥情况下 , 也有约50%
以上来自土壤[21]。本研究表明, 随着土壤C/N增加,
作物吸收的氮素来自于土壤供氮的比例先降低后
升高, 来自于肥料供氮的比例先升高后降低。表明,
低C/N可以加快微生物对土壤中有机态氮素的分解
和氮的矿化速率, 从而提高土壤的供氮潜力和供氮
能力 [22−23]。而当C/N处于较高水平时, 则会使土壤
微生物对施入肥料氮素的“固持”强度增加, 从而使
外源氮素的可利用性降低, 致使植株对肥料氮的吸
收减少。适宜C/N对土壤微生物的活动能力有一定
限制作用, 使有机质和有机氮的分解矿化速度减慢 ,
有利于土壤有机碳水平提高, 同时也不至于使土壤
微生物对施入氮素的“固持”强度太高, 有利于充分
发挥肥料氮的有效性, 促进植株对肥料氮的吸收利
用[10,18]。
本试验研究结果表明, 随着土壤 C/N 增大, 土
壤残留氮量增加。姚槐应等[24]指出, 促进无机氮肥
的微生物固定是减少氮肥损失的有效途径。李世清
等 [25]证实 , 施用有机肥可促进氮素的微生物固定 ,
可以有效减小氮素氨挥发损失。土壤有机碳含量高
可为微生物提供充足的碳, 有利于增加其数量、提
高其活性, 过量而不能被根系吸收的化肥氮可被同
化到微生物体内转化为较稳定的有机含氮物, 从而
有效降低氮的气态损失[26−28]。虽然土壤 C/N 越高,
土壤残留肥料氮量越大, 但氮素损失量却呈先减少
后增加的趋势。主要是由于土壤 C/N 处于很高水平
时, 植株吸收肥料氮的比例降低, 并且过多的外源
碳加入使土壤结构疏松, 通气性好, 增加了氮素深
层淋溶损失的风险。本试验中, 各处理的肥料氮素
损失率为 49.87%~61.54%, 相比大田试验氮素损失
率较高, 这可能与夏季盆栽试验浇水较频繁, 氮素
淋溶损失严重有关。
综合土壤 C/N 对苹果植株生长及氮素平衡情况
来看, 土壤 C/N 为 15~25 时, 能促进植株的生长发
育, 降低氮肥损失, 提高肥料利用率。因此, 苹果生
产上应用生物秸秆或者其他外源碳来提高果园土壤
C/N 时, 要根据土壤氮素水平状况, 调整外源碳的
添加量, 控制土壤 C/N 处于合适范围, 从而达到高
产、优质、高效的目的。
第 7期 葛顺峰等: 土壤 C/N对苹果植株生长及氮素利用的影响 799


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Faculty positions: Center for Agricultural Resources Research,
Chinese Academy of Sciences

The Center for Agricultural Resources Research (CARR), the Institute of Genetics and Developmental Biology (IGDB), Chi-
nese Academy of Sciences, invites applicants for several research group leader positions.
CARR is one of the research organizations in Chinese Academy of Sciences (CAS). We seek nominations and applications
from individuals who have expertise and a record of accomplishment in research areas related to ecology, agro-hydrology,
agro-biology, crop genetics and breeding, and agro-informatics. The successful candidates for the research group leader posi-
tions will be expected particularly to farmland water transfer and development of water saving technologies, farmland related
groundwater management and hydrochemistry, hydrology, agricultural water resource management, remote sensing application
in agriculture, soil microbiology, agro-ecosystems, plant physiology of drought tolerance, and molecular genetics and breeding
to address fundamental and application agricultural questions.
The appointment of all positions will be at Principal Investigator (full professor) level. Candidates are expected to hold a Ph.D.
degree and postdoctoral experience. Start-up package will be accompanied by either the “One-Hundred Talents Program of
CAS” (minimal four-year postdoctoral required) or the “One-Thousand Youth Talents Program of China” (three-year postdoc-
toral required). Very compatible salary, benefits, and research funding will be provided based on the qualifications of selected
candidates. More information about CARR can be found at http://www.sjziam.cas.cn.
Interested candidates should submit a cover letter, curriculum vitae, representative publications, a statement of research ex-
periences and interests as well as the names and contact information of two referees to:

Dr. Yibo Han, or Chunsheng Hu, Co-Chair of the Research Committee
Center for Agricultural Resources Research
Institute of Genetics and Developmental Biology
Chinese Academy of Sciences
Shijiazhuang, Hebei 050022, China
E-mail: ybhan@genetics.ac.cn or cshu@sjziam.ac.cn