





中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (21): 4346-4356.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.21.004
徐修远1(
), 张洪志1, 徐丽君1(
), 薛玮1,2, 聂莹莹1, 郭明英3, 李金霞4, 赵雅茹5, 史明江6
收稿日期:2024-11-11
接受日期:2024-12-17
出版日期:2025-11-01
发布日期:2025-11-06
通信作者:
联系方式:
徐修远,E-mail:82101235072@caas.cn。
基金资助:
XU XiuYuan1(
), ZHANG HongZhi1, XU LiJun1(
), XUE Wei1,2, NIE YingYing1, GUO MingYing3, LI JinXia4, ZHAO YaRu5, SHI MingJiang6
Received:2024-11-11
Accepted:2024-12-17
Published:2025-11-01
Online:2025-11-06
摘要:
【目的】研究施氮对苜蓿和燕麦的生物量、13C丰度和13C固定量的影响,揭示植物-土壤系统碳分配规律,探究提升土壤碳固存和改善土壤质量的有效方法,为北方农牧交错带土地利用与生态环境治理提供理论依据。【方法】试验采用13C脉冲标记法,以苜蓿和燕麦为研究对象,设置施加氮肥(75 kg·hm-2)和对照(不施氮)处理。通过对苜蓿和燕麦地上、地下生物量以及不同器官13C丰度分析,研究施氮对作物光合碳分配的影响。【结果】与不施氮相比,施氮提升燕麦土壤有机碳含量,对苜蓿土壤有机碳含量无明显影响;施氮处理显著提高苜蓿茎叶和根系生物量,分别增加117.5%和97.8%。燕麦对氮肥响应较小,地上和地下生物量分别增加19.1%和9.6%;施氮处理显著提高苜蓿植株整体13C丰度,提高效果优于燕麦,两者分别提高54.36‰和28.6‰;施氮处理提升了13C在苜蓿根系中的分配比例,从5.0%提升至11.5%,而在燕麦-土壤系统中,施氮对13C在茎叶、根系和根际土壤中分配比例影响不显著,根系13C的分配比例由46.1%增至47.1%。【结论】施氮均可提升苜蓿与燕麦土壤有机碳含量,对苜蓿生物量有促进作用,对燕麦生物量影响不显著;施氮能有效提高苜蓿植株13C固定量,并提升13C在苜蓿根系中分配比例,促进光合碳向地下部分转移,但施氮对燕麦13C固定量及13C 在燕麦各组分中分配比例影响不显著。
徐修远, 张洪志, 徐丽君, 薛玮, 聂莹莹, 郭明英, 李金霞, 赵雅茹, 史明江. 基于13C脉冲标记揭示施氮对牧草光合碳分配的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(21): 4346-4356.
XU XiuYuan, ZHANG HongZhi, XU LiJun, XUE Wei, NIE YingYing, GUO MingYing, LI JinXia, ZHAO YaRu, SHI MingJiang. Effects of Nitrogen Fertilization on Photosynthetic Carbon Allocation in Pasture Based on 13C Pulse-Labeling Experiments[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(21): 4346-4356.
表1
不同处理对苜蓿和燕麦地土壤理化性质的影响"
| 土层 Soil layer (cm) | 处理 Treatment | 土壤有机碳 SOC (g·kg-1) | pH | 黏粒 Clay (%) | 粉粒 Silt (%) | 砂粒 Sand (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0-10 | A1 | 19.90±1.33Ba | 7.40±0.27Aa | 5.13±0.26Aa | 47.23±2.29Aa | 47.64±2.55Aa |
| A2 | 19.95±1.35Ba | 7.67±0.47Aa | 4.88±0.32Aa | 46.99±0.68Aa | 48.15±1.00Aa | |
| B1 | 25.68±0.46Aa | 6.95±0.09Ab | 5.34±0.06Aa | 45.90±1.11Ab | 48.77±1.05Aab | |
| B2 | 25.45±0.23Aa | 7.17±0.12Aa | 4.84±0.07Aa | 50.08±2.03Aa | 45.09±1.95Aa | |
| 10-20 | A1 | 19.28±0.92Ba | 7.55±0.56Aa | 4.33±0.32Aa | 44.90±2.75Aa | 50.78±3.06Aa |
| A2 | 20.83±2.23Ba | 7.84±0.82Aa | 4.84±0.31Aa | 47.17±3.99Aa | 47.99±4.31Aa | |
| B1 | 28.13±0.53ABa | 8.08±0.09Aa | 5.21±0.13Aa | 53.90±0.71Aa | 40.89±0.58Aa | |
| B2 | 23.86±0.24Ab | 7.44±0.68Aa | 4.75±0.21Aa | 51.63±0.93Aa | 43.63±1.14Aa | |
| 20-30 | A1 | 16.95±2.22Aa | 7.36±0.28Aa | 4.47±0.36Aa | 44.82±0.42Aa | 50.71±0.78Aa |
| A2 | 17.41±0.50Aa | 7.66±0.64Aa | 4.88±0.36Aa | 42.82±0.33Aa | 52.31±0.03Aa | |
| B1 | 20.31±4.74Aa | 7.00±0.95Ab | 3.59±0.57Ab | 43.10±2.57Ab | 53.31±3.14Ab | |
| B2 | 19.93±0.46Ac | 7.19±0.05Aa | 4.68±0.68Aa | 43.90±5.75Aa | 51.42±6.43Aa |
| [1] |
王智平, 陈全胜. 植物近期光合碳分配及转化. 植物生态学报, 2005, 29(5): 845-850.
doi: 10.17521/cjpe.2005.0112 |
|
|
|
| [2] |
祝贞科, 沈冰洁, 葛体达, 王久荣, 袁红朝, 吴金水. 农田作物同化碳输入与周转的生物地球化学过程. 生态学报, 2016, 36(19): 5987-5997.
|
|
|
|
| [3] |
|
| [4] |
|
| [5] |
|
| [6] |
|
| [7] |
|
| [8] |
张向前, 路战远, 张德健, 程玉臣, 王玉芬, 方静, 史功赋, 郑海春, 王瑞, 王建国. 北方农牧交错区风蚀退化农田地力至损与培育研究. 北方农业学报, 2019, 47(6): 73-78.
doi: 10.3969/j.issn.2096-1197.2019.06.13 |
|
doi: 10.3969/j.issn.2096-1197.2019.06.13 |
|
| [9] |
doi: 10.15302/J-FASE-2021439 |
| [10] |
|
| [11] |
|
| [12] |
|
| [13] |
张林海, 曾从盛, 胡伟芳. 氮输入对植物光合固碳的影响研究进展. 生态学报, 2017, 37(1): 147-155.
|
|
|
|
| [14] |
王明利. 着力草业扩面增量保障畜牧业高质量发展. 现代农业, 2023, 48(6): 3-6, 24.
|
|
|
|
| [15] |
田东海, 武俊英, 黄修梅, 刘景辉, 刘文惠. 内蒙古土默川平原不同牧草产量与品质差异研究. 湖北农业科学, 2013, 52(5): 1102-1104, 1108.
|
|
|
|
| [16] |
|
| [17] |
刘峪廷, 靳慧卿, 尔墩扎玛, 刘丽平, 米福贵. 内蒙古呼和浩特市苜蓿种植经济效益分析: 以土默特左旗苜蓿种植园区为例. 畜牧与饲料科学, 2022, 43(3): 77-82.
|
|
|
|
| [18] |
高锋. 内蒙古乌兰察布地区燕麦种植技术要点. 农业工程技术, 2022, 42(2): 72, 74.
|
|
|
|
| [19] |
周建, 张凤荣, 徐艳, 邱孟龙. 基于生态生产生活视角的北方农牧交错区土地宜耕性评价. 农业工程学报, 2019, 35(6): 253-260.
|
|
|
|
| [20] |
|
| [21] |
|
| [22] |
刘萍, 江春玉, 李忠佩. 13C脉冲标记定量研究施氮量对光合碳在水稻-土壤系统中分布的影响. 土壤学报, 2015, 52(3): 567-575.
|
|
|
|
| [23] |
|
| [24] |
王艳哲, 刘秀位, 孙宏勇, 张喜英, 张连蕊. 水氮调控对冬小麦根冠比和水分利用效率的影响研究. 中国生态农业学报, 2013, 21(3): 282-289.
|
|
|
|
| [25] |
|
| [26] |
|
| [27] |
|
| [28] |
齐鑫, 王敬国. 应用13C脉冲标记方法研究不同施氮量对冬小麦净光合碳分配及其向地下输入的影响. 农业环境科学学报, 2008, 27(6): 2524-2530.
|
|
|
|
| [29] |
|
| [30] |
|
| [31] |
孙昭安, 朱彪, 张译文, 李梦雨, 孟凡乔. 小麦和玉米生长对土壤碳输入和输出的贡献. 农业环境科学学报, 2021, 40(10): 2257-2265.
|
|
|
|
| [32] |
张芳超, 卢伟伟, 查全智. 标记停留时间对水稻及其生物质炭的13C和15N丰度的影响. 土壤学报, 2024, 61(1): 77-85.
|
|
|
|
| [33] |
|
| [34] |
|
| [35] |
|
| [36] |
安婷婷, 汪景宽, 李双异, 付时丰, 裴久渤, 李慧. 用13C脉冲标记方法研究施肥与地膜覆盖对玉米光合碳分配的影响. 土壤学报, 2013, 50(5): 948-955.
|
|
|
|
| [37] |
|
| [38] |
梁国鹏,
doi: 10.13287/j.1001-9332.201606.031 |
|
|
|
| [39] |
鲍根生, 李媛, 冯晓云, 张鹏, 孟思宇. 高寒区氮添加和间作种植互作对燕麦和豌豆根系构型影响的研究. 草业学报, 2024, 33(3): 73-84.
doi: 10.11686/cyxb2023155 |
|
|
|
| [40] |
侯慧云, 高峰, 高同国, 朱宝成. 施氮对大豆结瘤、固氮及产量影响的研究进展. 江苏农业科学, 2022, 50(8): 42-48.
|
|
|
|
| [41] |
任逸文, 肖谋良, 袁红朝, 祝贞科, 李巧云, 葛体达, 苏以荣, 吴金水. 水稻光合碳在植物-土壤系统中的分配及其对CO2升高和施氮的响应. 应用生态学报, 2018, 29(5): 1397-1404.
doi: 10.13287/j.1001-9332.201805.021 |
|
|
|
| [42] |
孔玉华, 朱庆征, 曲安然, 朱龙飞, 杨小燕. 基于13C脉冲标记法探究种植密度对侧柏幼苗生长及光合碳分配的影响. 甘肃农业大学学报, 2022, 57(1): 131-138.
|
|
|
|
| [43] |
|
| [44] |
|
| [45] |
李银坤, 陈敏鹏, 夏旭, 梅旭荣, 李昊儒, 郝卫平. 不同氮水平下夏玉米农田土壤呼吸动态变化及碳平衡研究. 生态环境学报, 2013, 22(1): 18-24.
|
|
|
|
| [46] |
贾志锋, 马祥, 琚泽亮, 刘凯强, 赵桂琴. 施氮量和播种量对燕麦光合特性、激素含量及种子产量的影响. 草地学报, 2021, 29(2): 293-302.
doi: 10.11733/j.issn.1007-0435.2021.02.010 |
|
|
|
| [47] |
郑敏娜, 梁秀芝, 康佳惠, 李荫藩, 王慧, 韩志顺, 陈燕妮. 不同施氮量对饲用燕麦光合特性及氮素光合利用效率的影响. 作物杂志, 2022(4): 249-254.
|
|
|
| [1] | 赵彤彤, 谷晓博, 谭川东, 延廷霖, 李晓雁, 常甜, 杜娅丹. 水氮耦合对西北旱区覆膜农田土壤有机碳、氮矿化的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(5): 929-942. |
| [2] | 苏明, 李翻过, 洪自强, 周甜, 柳强娟, 班文慧, 吴宏亮, 康建宏. 施氮缓解旱地马铃薯花后高温早衰的抗氧化特性研究[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 660-675. |
| [3] | 王文娟, 师尚礼, 康文娟, 杜媛媛, 殷辰. 干旱胁迫下陇中紫花苜蓿对外源精胺的生理响应[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 676-691. |
| [4] | 仇海龙, 李盼, 张殿凯, 樊志龙, 胡发龙, 陈桂平, 范虹, 何蔚, 殷文, 赵连豪. 西北绿洲灌区麦后复种绿肥对减量施氮春小麦生长及产量的补偿效应[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 443-459. |
| [5] | 张帆, 杨青川. 紫花苜蓿育种历史、现状与展望[J]. 中国农业科学, 2025, 58(21): 4471-4481. |
| [6] | 高荣, 李恒宇, 陈丽娟, 马晖玲. 5‑AzaC缓解紫花苜蓿盐碱胁迫的生理效应及其对DNA甲基化酶基因表达的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(21): 4482-4496. |
| [7] | 吕缓缓, 李如月, 刘青松, 许蕾, 徐嫣然, 于浩洁, 郭长虹, 龙瑞才. 紫花苜蓿MsKTI3基因克隆及耐盐功能分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(21): 4497-4511. |
| [8] | 杨永念, 曾祥翠, 刘青松, 李如月, 龙瑞才, 陈林, 王雪, 何飞, 康俊梅, 李明娜. 盐碱胁迫下的紫花苜蓿幼苗蛋白组差异分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(21): 4512-4527. |
| [9] | 穆赢通, 路景诗, 张雨桐, 石凤翎. 基于转录组和WGCNA的直立型花苜蓿抗旱关键基因识别[J]. 中国农业科学, 2025, 58(21): 4528-4543. |
| [10] | 黄红梅, 王思琦, 杨青川, 郭长虹, 王雪. 磷转运蛋白MsPT5调控紫花苜蓿磷吸收利用[J]. 中国农业科学, 2025, 58(21): 4544-4556. |
| [11] | 包明芳, 秦燕, 陈彩锦, 张尚沛, 张国辉, 沙晓弟. 111份紫花苜蓿种质资源苗期表型抗旱性鉴定评价[J]. 中国农业科学, 2025, 58(19): 3825-3836. |
| [12] | 雷毕欣, 余勇波, 张明通, 崔国际, 洪嘉雯, 胡涛, 犹艾欣, 张文静, 马尚宇, 黄正来, 樊永惠. 花后高温胁迫对小麦氮素同化利用及产量形成的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(19): 3837-3856. |
| [13] | 赵剑, 任涛, 方娅婷, 杨昕, 盛倩男, 李小坤, 朱俊, 鲁剑巍. 施氮对不同轮作模式下油菜和小麦根际土壤中有机氮矿化功能基因的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(19): 3919-3931. |
| [14] | 李若鸿, 马馼, 赵士强, 毛培胜. 紫花苜蓿老化种子吸胀过程中胚根线粒体抗氧化生理及激素响应规律[J]. 中国农业科学, 2025, 58(19): 4014-4025. |
| [15] | 任家辉, 孙娟娟, 郝莹璐, 王凤梧, 王靖宇, 张明伟, 李宝涵, 郑成忠, 何竹青, 王照兰. 内蒙古中部地区饲用燕麦品种筛选及青贮品质评价[J]. 中国农业科学, 2025, 58(19): 4026-4038. |
|
||