盐城市滨海滩涂围垦区农作物氮、磷累积特征

刘洋 潘国浩 付强 高军 章嘉晴 崔立强 张莹莹 崔永平

摘要：为探明滨海滩涂围垦区农作物氮、磷累积特征，采集了江苏省盐城市不同围垦年代耕地春秋两季8种主要农作物样品，分析了农作物不同器官氮、磷、粗蛋白含量以及氮、磷化学计量特征。结果表明：盐城市滩涂围垦区耕地农作物氮含量偏低，磷含量略高，氮磷比相对较低，需要适当补充氮素；不同围垦年代耕地同类作物氮、磷、粗蛋白含量和氮磷比均没有明显差异，农作物氮、磷累积与滩涂围垦时间关系不大；农作物根部氮、磷含量呈极显著正相关，而茎叶、籽粒的氮、磷含量相关性均不显著。

关键词：盐城市；滨海；滩涂；围垦；氮；磷；粗蛋白

中图分类号： S14文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）02-0385-05

收稿日期：2015-03-12

基金项目：国家自然科学基金（编号：41301551）；江苏省自然科学基金（编号：BK20130426）；盐城工学院人才引进项目（编号：kjc2012020、kjc2012021）；江苏省大学生创新创业训练计划（编号：2014065、2015054）；公益性行业（环保）科研专项（编号：201209028）。

作者简介：刘洋（1982—），女，山东临沂人，博士，主要从事滩涂污染生态学研究。E-mail：ly2002wo20@126.com。

通信作者：付强，博士，副教授，主要从事滩涂生物地球化学研究。E-mail：fuqiangaaa1@126.com。江苏省盐城市拥有全国最大的平原淤泥质滩涂，该地区已有数千年的围垦历史。通过围垦形成大片耕地，成为我国重要的后备耕地资源[1]。滩涂围垦后的耕地具有土体发育不明显、理化性状差、肥力水平低下等特点，可能对农作物养分吸收分配、污染物累积分布等产生影响[2]。氮、磷等养分含量在一定程度上可以反映作物生理生化状况、土壤养分供给能力，与作物产量也有一定相关性[3]，且可作为对植物营养化学过程进行初步诊断的指标[4]。目前有关围垦耕地土壤性质及其污染物与作物关系已有大量研究[1，5-6]，但关于其主要农作物氮、磷养分累积特征的研究尚未见报道。研究围垦耕地农作物氮、磷累积特征有助于进一步了解滩涂围垦导致的环境效应以及对农作物产量、品质的影响。本研究通过野外采样、室内分析，调查了盐城市滩涂围垦区主要农作物氮、磷含量、分布和化学计量特征，旨在为滩涂围垦耕地水肥管理，提升农作物产量、质量提供依据。

1材料与方法

1.1样品采集

分别于2011年10月、2012年5月对盐城市滨海滩涂围垦区秋季作物、春季作物进行采集，所采样品均为收获期作物。为消除耕作方式、种间等差异的影响，采样时进行充分的现场调研与鉴定：各采样点同种作物的耕作方式、养分供应情况等基本相同；采集同类农作物品种，大豆为黒脐王，菊花为杭白菊，水稻为淮稻5号，玉米为济单7号，大麦为苏啤3号，小麦为郑麦9023，油菜为秦油10号，蚕豆为启豆2号。采样点信息与围垦年代见表1。在各采样点随机采集足量样品，采集整株作物，根部采集范围约20 cm×20 cm×20 cm（长×宽×深），将作物分为籽粒（菊花为花朵）、茎叶、根部3个部分，洗净、风干、粉碎保存待测。

1.2指标测定

采用H2SO4-H2O2消解样品，采用凯氏定氮法测定全氮含量，采用钒钼黄比色法测定全磷含量[7-8]，分析仪器分别为表1农作物采样信息

作物类型采样点位置农作物种类围垦年代秋季作物33°44′25.75″N、120°27′10.35″E大豆、菊花、水稻、玉米1949—1959年33°43′11.19″N、120°24′05.22″E大豆、菊花、水稻、玉米33°35′05.87″N、120°29′17.72″E大豆、菊花、玉米33°33′36.99″N、120°28′38.68″E菊花、玉米33°25′37.46″N、120°34′49.98″E大豆、菊花、水稻、玉米33°28′46.71″N、120°35′02.91″E大豆、菊花、水稻、玉米1970—1979年33°48′53.44″N、120°22′21.94″E大豆、菊花、水稻、玉米33°49′43.62″N、120°27′58.23″E大豆、菊花、水稻、玉米33°38′22.81″N、120°29′32.78″E大豆、菊花、水稻、玉米1980—1989年33°38′45.13″N、120°31′43.74″E大豆、菊花、水稻、玉米33°48′02.94″N、120°27′32.64″E大豆、菊花、水稻、玉米1990—1999年33°45′44.84″N、120°26′12.03″E大豆、菊花、水稻、玉米33°31′51.46″N、120°30′14.57″E大豆、菊花、水稻、玉米2000—2010年33°31′31.25″N、120°31′40.98″E大豆、菊花、水稻、玉米春季作物33°43′19.03″N、120°23′53.77″E油菜、大麦、小麦、蚕豆1949—1959年33°43′59.13″N、120°25′15.30″E油菜、大麦、小麦33°25′59.87″N、120°35′07.56″E油菜、大麦、小麦、蚕豆33°34′16.46″N、120°28′06.00″E油菜、大麦、小麦33°36′29.24″N、120°29′22.84″E油菜、大麦、小麦、蚕豆33°29′35.60″N、120°33′44.09″E油菜、大麦、小麦、蚕豆1970—1979年33°49′58.54″N、120°26′00.61″E油菜、大麦、蚕豆33°49′08.76″N、120°22′37.22″E油菜、大麦、小麦、蚕豆33°38′10.29″N、120°29′27.58″E大麦、小麦、油菜1980—1989年33°39′12.16″N、120°30′22.22″E油菜、大麦、小麦、蚕豆33°45′31.51″N、120°25′00.19″E油菜、大麦、小麦、蚕豆1990—1999年33°48′10.05″N、120°27′01.07″E油菜、大麦33°31′45.12″N、120°31′45.36″E油菜、大麥、小麦、蚕豆2000—2010年33°31′51.46″N、120°30′14.57″E油菜、大麦、小麦、蚕豆

VELP型自动凯氏定氮仪和TU-1901双光束紫外可见分光光度计。粗蛋白含量采用氮-蛋白质转换系数进行计算[9]，转换系数如下：大豆、菊花、玉米、蚕豆为6.25，水稻为5.95，大麦、小麦为5.83，油菜为5.30。氮、磷化学计量特征采用全氮、全磷摩尔比（N/P）表示。

1.3统计方法

采用Origin 7.5、SAS JMP 7.0软件对数据进行分析和作图；采用Mann-Whitney U法进行非参数检验；采用Pearson（two-tailed）法进行相关分析，α=0.05。

2结果与分析

2.1滩涂围垦耕地农作物氮、磷、粗蛋白含量

如图1所示，滩涂围垦耕地成熟期农作物氮含量为0.22%～4.58%。各作物氮含量平均值分别为：大豆（2.05±1.22）%、菊花（1.38±0.19）%、水稻（1.15±0.12）%、玉米（1.34±0.16）%、大麦（1.12±0.53）%、小麦（0.89±0.51）%、油菜（1.49±0.91）%、蚕豆（2.13±0.94）%。就整株而言，蚕豆氮含量最高，而小麦氮含量最低，整株氮含量表现为蚕豆≈大豆>油菜≈菊花≈玉米>水稻≈大麦>小麦（U检验）。就籽粒而言，氮含量则表现为大豆>蚕豆>油菜≈大麦≈玉米≈小麦≈菊花≈水稻（U检验），油料作物籽粒含氮量明显高于粮食作物，而粮食作物籽粒氮含量间差异不明显。除菊花外，不同作物各器官氮含量均表现为籽粒>茎叶>根（U检验）。

围垦耕地成熟期农作物整株磷含量为0.12%～1.39%。各作物磷含量平均值分别为：大豆（0.79±0.24）%、菊花（0.92±0.19）%、水稻（0.89±0.23）%、玉米（0.91±0.18）%、大麦（0.51±0.23）%、小麦（0.61±0.25）%、油菜（0.63±0.23）%、蚕豆（0.64±0.19）%。菊花最高，而大麦最低，整株磷含量表现为菊花≈玉米≈水稻≈大豆>蚕豆≈油菜≈小麦>大麦。籽粒磷含量表现为菊花≈玉米>水稻≈蚕豆≈油菜>大豆≈小麦≈大麦，菊花和玉米籽粒磷含量相对较高，而大麦、小麦相对较低。不同作物各器官磷含量均表现为根≈籽粒>茎叶。

围垦耕地成熟期农作物整株粗蛋白含量为1.17%～28.63%。各作物粗蛋白含量平均值分别为：大豆（12.80±7.64）%、菊花（8.64±1.20）%、水稻（6.86±0.73）%、玉米（8.42±1.03）%、大麦（6.55±3.06）%、小麦（5.18±2.97）%、油菜（7.90±4.80）%、蚕豆（13.30±5.85）%。蚕豆最高，小麦最低，整株粗蛋白含量表现为蚕豆≈大豆>菊花≈玉米≈油菜≈水稻≈大麦>小麦。籽粒粗蛋白含量则表现为大豆>蚕豆>油菜>玉米≈大麦≈小麦≈菊花>水稻，豆类籽粒粗蛋白含量较高，而菊花、水稻相对较低。除菊花外，作物各器官粗蛋白含量均表现为籽粒>茎叶>根。

2.2不同围垦年代耕地农作物籽粒氮、磷、粗蛋白含量

不同围垦年代耕地农作物籽粒全氮、全磷、粗蛋白含量如

图2所示。统计显示，不同围垦年代耕地中，同种作物全氮、全磷、粗蛋白含量均无显著差异；随着围垦年代增加，作物全氮、全磷、粗蛋白含量变化也没有呈现明显的规律性。

2.3滩涂围垦耕地农作物氮、磷化学计量特征

如表2所示，滩涂围垦耕地各作物籽粒氮磷比（N/P）为3.20～12.00，大豆最高，菊花最低，豆类作物显著高于其他作物。除大豆外，其他作物N/P均表现为根<籽粒<茎叶，而大豆则表现为根<茎叶<籽粒。

2.4不同围垦年代耕地农作物籽粒氮磷比

由图3可见，与氮、磷、粗蛋白含量类似，不同围垦年代耕地中，同种作物N/P均无明显差异；隨着围垦年代增加，作物N/P变化也没有呈现明显的规律性。

2.5农作物氮、磷、N/P间的相关分析

滩涂围垦耕地农作物氮、磷、N/P的Pearson相关分析见表3。由表3可见，作物根部氮、磷含量呈极显著正相关（r=0.62，P<0.001），而茎叶和籽粒中氮、磷含量相关性不显。各器官和整株氮含量与N/P均呈极显著正相关，而磷含量与N/P均存在显著或极显著负相关。与磷含量相比，氮含量与N/P的相关系数更高，表明该地区作物N/P对氮含量的依存度更大。

3结论与讨论

氮、磷是作物机体最重要的营养元素之一，其含量能够反映作物生长特点，并与作物产量、质量相关[3]，且可作为对植物营养化学初步诊断的指标[5]。作物机体氮、磷含量与作物品种、土壤质量、养分供应、耕作方式等密切相关[10-11]。很多

国内外学者已对作物体内氮、磷含量进行了调查，研究显示，作物含氮量一般为0.3%～5.0%，因作物种类、测定部位、生长时期、施肥管理水平不同而异，如大豆籽粒含氮量为536%，茎秆为1.75%；小麦籽粒含氮量为2.20%～2.50%，而茎秆中含氮量很少，只有0.50%左右；水稻籽粒含氮量为1.31%，茎秆含氮量约为0.51%[7]，通常作物根部氮含量相对较低，而籽粒中含量较高[12]，这与本研究结果基本一致。农作物磷含量一般为0.05%～0.50%，普遍认为农作物磷含量在0.2%～0.5%范围内属正常，但由于农作物种类、生长时期、施肥管理水平不同而有差异，通常水稻含磷量为015%～0.30%，棉花为0.14%～0.80%，玉米为0.25%～0.40%。与以往研究结果相比，本研究中滨海滩涂围垦区农作物氮含量相对偏低，而磷含量略高，这可能与围垦耕地土壤（主要为盐土、潮土）氮含量相对贫乏、磷含量相对正常有关[13-15]。

农作物N/P是养分供应状况的指标[16-17]，通过作物组织中N/P化学计量特征可以反映作物对氮、磷的相对利用率，进而预测氮、磷亏缺状况[18]。与以往研究[19-21]相比，盐城市滩涂围垦区农作物N/P相对较低，同样表明该地区植物可能主要受到氮的限制。张博等指出，盐城市滩涂围垦区土壤氮含量较为缺乏，建议适当补充氮肥[22]，这与本研究结果基本一致。因此为提高农产品产量、质量，建议盐城市滩涂围垦地区适当补充氮素。

土壤空间异质性是植被异质性的基础[2，23-24]。经过不同年代的滩涂围垦和耕作，其土壤性质可能会发生明显变化[6]，在施肥等人为影响下，通常表现为随围垦时间延长磷含量增加[25]；由于氮存在反硝化等作用，氮含量随围垦时间的变化较为复杂，通常低于磷含量增加幅度[26]，从而导致作物氮含量和N/P偏低的结果。此外研究发现，盐城市滩涂围垦区不同围垦年代土壤氮、磷含量在人类大量施肥等外部因素和反硝化等内部作用影响下，并没有出现明显异质变化。

研究显示，不同围垦年代土壤磷含量为0.057%～0.081%，氮含量为0.03%～0.12%，各垦区之间差异不显著（未发表数据），这可能是导致不同围垦年代耕地农作物氮、磷含量和N/P均没有显著差异的原因之一。

氮、磷吸收与累积是农作物形成产量、提高质量的重要基础。农作物在生长过程中，根系吸收的氮素、磷素在满足自身生长需求的同时，还将大部分氮素、磷素运输至地上部还原同化，用于器官建成和产量形成[27]。本研究显示，在盐城市滩涂围垦区，不同作物各器官氮含量均表现为籽粒>茎叶>根，而磷含量均表现为根≈籽粒>茎叶，与以往研究结果[28-30]基本一致。除大豆外，其他作物N/P均表现为根<籽粒<茎叶，而大豆则表现为根<茎叶<籽粒。表明在将氮素、磷素运输至地上部还原同化时，氮、磷累积速率并不相同[31]，向茎叶累积过程中，氮累积明显超过磷；而再向籽粒累积过程中，磷累积明显高于氮。大豆则始终表现为氮累积快于磷。氮、磷在不同器官中的相关性同样表明作物地上部氮、磷吸收的差异。

本研究表明：盐城市滩涂围垦区耕地农作物氮含量偏低，磷含量略高，N/P相对较低，需要适当补充氮素；不同围垦年代耕地同类作物氮、磷、粗蛋白含量和N/P均没有明显差异，农作物氮、磷累积与滩涂围垦时间关系不大；农作物根部氮、磷含量呈极显著正相关，而茎叶、籽粒的氮、磷含量相关性均不显著。

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