施用无机碳肥对小麦生长及全碳累积量的影响

赵海宏，索全义，孙蕾，杨敏

（内蒙古农业大学草原与资源环境学院/内蒙古自治区土壤质量与养分资源重点实验室，内蒙古呼和浩特010011）

长期以来，作物平衡施肥关注的重点是氮（N）、磷（P）和钾（K）肥，而碳（C）营养的补充被忽略。植物对碳素的获取主要靠吸收空气中的CO2，但仅为其需求量的1/5[1]，未能满足作物的需求而成为短板。过去人们一直认为CO2是植物进行光合作用的唯一碳源，通过14C示踪研究证明，植物的根部也具有吸收和固定CO2的能力，且多数是通过质流的途径进入植物体[2]。安华燕等[3]阐述了当前固体型含碳无机肥料有尿素和农业用碳酸氢铵。对于固体无机肥料，碳酸氢铵以往的研究主要集中于氮素，而其还含有碳素，且含碳量为15.2%，含CO2量为55.7%。Э.Г.Гринфельд等[4]以碳酸铵为肥料研究CO2通过根部吸收对植物的营养作用时表明，CO2肥能增加甜菜根的重量、生长速度及其含糖量，并成为提高甜菜收获量的重要因子。碳酸氢铵中的碳素也能对作物生长起到补碳的作用，土壤中施用碳酸盐和重碳酸盐的溶解和释放产生大量CO2。张志明[2]研究发现，碳酸氢铵肥料中HCO3-离子可以通过土壤溶液质流方式进入植物体，进行光合作用，增加植物有机碳的贮量，碳酸氢铵中碳素的施入可明显增加作物的有机碳含量，玉米的增加率为40.87%～48.80%、水稻的增加率为12.53%～22.50%、小麦的增加率为29.17%～243.74%。高志建等[5]以碳酸氢铵为碳素肥料进行了随水滴施对棉花生长及生理指标影响的研究，结果表明，含碳素肥料碳酸氢铵能提高棉花产量、增强光合作用、促进作物早熟等。尹飞虎等[6]通过研究不同碳氮施肥组合对新疆滴灌棉田冠层CO2浓度、光合作用和产量的影响，结果表明，通过随水滴施高水溶性碳肥（碳酸氢铵）能有效提高棉花冠层CO2浓度、光合速率及产量。

无机碳肥碳酸氢铵对作物生长发育具有重要作用，但碳酸氢铵一直被用作氮肥研究其施用效果，忽略了肥料中碳素对作物生长发育的影响。为了进一步探索碳酸氢铵对作物的补碳效应，本研究通过施用碳酸氢铵，研究无机碳肥对小麦生长及植株体内全碳累积量的影响，为无机碳肥的应用提供参考。

1 材料和方法

1.1 供试材料

小麦品种永良4号。碳酸氢铵（N 17.7%、CO255.7%）作为无机碳肥料；硝酸铵（N 35.0%）肥料作为对照。

1.2 试验设计与方法

2019年在内蒙古农业大学试验地遮雨棚内进行盆栽试验。2个处理按照等氮量设计，重复3次，肥料的施用分为基肥和追肥，基追肥比例为6（播前条施）∶4（拔节期条施），试验设计见表1。生长盆大小为50 cm×34 cm×26 cm（长×宽×高），加入30 kg混匀过筛的风干土，播种前在盆内多次少量注水使盆内土壤的含水量保持在田间持水量的70%左右。各处理均基施等量磷钾肥。

表1 试验方案设计 单位：kg/hm2

1.3 测定项目与方法

在追肥后2、5、10、30 d取样，测定株高、叶面积、地上部生物量，每处理3株。

株高（cm）：米尺测量植株的自然高度；叶面积：电子游标卡尺测量叶长和叶宽（最宽处），叶面积（cm2）=叶长（cm）×叶宽（cm）×0.7。地上部生物量（g/株）：取地上部整株用1%天平测定鲜重，然后将植株放入烘箱105℃杀青30 min，60℃烘干至恒重测定干重。干样粉碎后备用。

全碳含量：选取追肥后5、10、30 d的地上部整株干物质，使用元素分析仪（Elementar Vario MACRO CUBE）测定。

1.4 数据处理

采用SAS 9.2统计学软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 无机碳肥对小麦生长的影响

2.1.1 无机碳肥对小麦株高的影响由表2可知，施用无机碳肥碳酸氢铵能增加小麦的株高，但随着取样时间的延后，差异逐渐缩小。在追肥后2、5 d时施用无机碳肥碳酸氢铵与施用硝酸铵相比均达到差异显著性（P＜0.05），10、30 d时无显著差异（P＞0.05）。碳酸氢铵对株高的增幅为0.36%～9.45%，最大增幅在取样时间2 d时，此时，无机碳肥对株高的影响是基肥和追肥的综合效应。

2.1.2 无机碳肥对小麦叶面积的影响由表2可知，施用无机碳肥碳酸氢铵能增加小麦的叶面积。在追肥后2、5、10、30 d时，施用无机碳肥碳酸氢铵与对照硝酸铵相比均有显著差异（P＜0.05），与对照相比，碳酸氢铵的增幅为6.15%～19.95%，且最大值出现在30 d时。30 d时硝酸铵处理叶面积相比10 d时有所减少，碳酸氢铵处理的叶面积有所增长。随施肥时间的增加基肥的效果减弱，追肥效果增强。由此可见，无机碳肥的碳素供应促进叶面积的生长，提高植株光合固碳的能力。

表2 无机碳肥对小麦株高和叶面积的影响

2.1.3 无机碳肥对小麦地上部生物量的影响由表3可知，施用无机碳肥碳酸氢铵能提高小麦地上部的生物量，但随着取样时间的延后，对地上部生物量的提高趋势逐渐减少。植株鲜重在追肥后2、5、10 d时，施用无机碳肥碳酸氢铵与对照硝酸铵相比均有显著差异（P＜0.05），30 d时鲜重虽有增加但无显著差异（P＞0.05）。与对照处理相比，在追肥后2、5、10、30 d时，碳酸氢铵的增幅为3.81%～20.80%，且最大增幅出现在5 d时。

表3 无机碳肥对小麦地上部生物量的影响

植株干重在追肥后2、5、10 d时，施用无机碳肥碳酸氢铵与对照硝酸铵相比均有显著差异（P＜0.05），30 d时无显著差异（P＞0.05）。与对照处理相比，在追肥后2、5、10、30 d时，碳酸氢铵的增幅为3.13%～29.65%，且最大增幅出现在5 d时。

由干物质含量数据可知，2、5、10 d时施用碳酸氢铵处理的干物质含量均大于对照处理，30 d时在植株鲜重和干重都增加的同时干物质含量较对照降低，说明此时施用无机碳肥处理的植株含水量高于对照硝酸铵处理。

2.2 无机碳肥对小麦全碳累积量的影响

由表4可知，施用无机碳肥碳酸氢铵有提高小麦全碳含量的趋势，但与对照硝酸铵相比均无显著差异（P>0.05）。与对照硝酸铵相比，碳酸氢铵的增幅为0.17%～0.68%，最大增幅出现在30 d时。

表4 无机碳肥对小麦全碳含量及全碳累积量的影响

施用无机碳肥碳酸氢铵能提高小麦的全碳累积量。在追肥后5、10、30 d时，施用无机碳肥碳酸氢铵与对照硝酸铵相比均有显著差异（P＜0.05），与对照硝酸铵相比，碳酸氢铵增幅为3.83%～28.82%，最大增幅出现在5 d时。

无机碳肥的施用对全碳含量有增加趋势，对全碳累积量有显著提高，对全碳含量及全碳积累量的增加一方面是无机碳肥中碳素的供应被植物吸收利用，另一方面是无机碳肥的施用促进了植株的光合固碳能力。

3 讨论

光合碳同化是高等植物赖以生存的物质及能量源泉，碳素是这一同化过程中的关键物质，其含量显著影响植物的同化作用及生长速度[7-8]。大气CO2浓度倍增条件下植物叶片光合作用增强，光能利用效率提高，光合产物在叶片中的积累增加，促进了植物的生长[9-11]。有研究表明，甜菜获得碳酸铵追肥植株比未施用的植株的同化器官的光合作用强，二氧化碳通过根部吸收可以增加甜菜根的重量，提高作物的生长速度[4]。本试验结果表明，无机碳肥碳酸氢铵在基肥施用和追肥施用的共同作用下对小麦的株高、叶面积、地上部生物量均有增加趋势，且对植株叶面积的增加具有显著性，无机碳肥的施用对小麦光合面积的增大及干物质积累均有影响，增强植株的光合固碳能力。

从物质生产角度看，占植物体干重90%以上的有机物质基本是通过碳同化形成的[12-14]。碳作为有机物的基本组成元素，也是反映植株生理状况、生长活力及抗病力的重要指标[15-16]。小麦体内的全碳，是反映其碳代谢的重要生理参数，其值的高低反映小麦合成能力。有研究认为CO2浓度的升高增加了小麦和水稻茎叶碳含量，因为大气CO2浓度升高会增加植物叶片的胞间CO2浓度，提高植物的净光合速率以及对水分的利用效率，植物的碳水化合物含量也有所增加[17-19]。本试验结果表明，无机碳肥碳酸氢铵在基肥施用和追肥施用的共同作用下使小麦地上部植株的碳含量有增加趋势，对全碳累积量有显著增加，进一步说明碳酸氢铵作为一种无机碳素肥料通过土壤施用可以提高植株对碳素的转化和累积，促进植株碳代谢能力，增加植物体内有机物质的形成。

本试验采用硝酸铵作为对照肥料进行研究，主要原因是在当前市场上没有与碳酸氢铵氮素形态相同又不含有其他营养元素的化学肥料，为尽可能保证肥料中碳元素的对照，选择在等氮量条件下使无机碳肥碳酸氢铵与硝酸铵进行对照分析。氮素的形态不同会导致结果具有一定的差异，如何通过元素与形态的双向结合，进行碳素单一对照试验验证无机碳素肥料的补碳效应，有待研究。

4 结论

施用无机碳肥对小麦的生长产生影响，施用碳酸氢铵对小麦株高、叶面积、地上部生物量均有增加趋势，对植株叶面积的增大较显著，无机碳肥的施用促进植株生长，增强植株光合固碳的能力。施用无机碳肥对小麦地上部植株全碳含量及累积量产生影响，施用无机碳肥碳酸氢铵对小麦地上部植株全碳含量有增加趋势，对全碳累积量有显著增加，无机碳肥的施用提高了植株对碳素的吸收累积作用。