趙海宏，索全義，孫蕾，楊敏

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院/內(nèi)蒙古自治區(qū)土壤質(zhì)量與養(yǎng)分資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古呼和浩特010011）

長(zhǎng)期以來，作物平衡施肥關(guān)注的重點(diǎn)是氮（N）、磷（P）和鉀（K）肥，而碳（C）營(yíng)養(yǎng)的補(bǔ)充被忽略。植物對(duì)碳素的獲取主要靠吸收空氣中的CO2，但僅為其需求量的1/5[1]，未能滿足作物的需求而成為短板。過去人們一直認(rèn)為CO2是植物進(jìn)行光合作用的唯一碳源，通過14C示蹤研究證明，植物的根部也具有吸收和固定CO2的能力，且多數(shù)是通過質(zhì)流的途徑進(jìn)入植物體[2]。安華燕等[3]闡述了當(dāng)前固體型含碳無機(jī)肥料有尿素和農(nóng)業(yè)用碳酸氫銨。對(duì)于固體無機(jī)肥料，碳酸氫銨以往的研究主要集中于氮素，而其還含有碳素，且含碳量為15.2%，含CO2量為55.7%。Э.Г.Гринфельд等[4]以碳酸銨為肥料研究CO2通過根部吸收對(duì)植物的營(yíng)養(yǎng)作用時(shí)表明，CO2肥能增加甜菜根的重量、生長(zhǎng)速度及其含糖量，并成為提高甜菜收獲量的重要因子。碳酸氫銨中的碳素也能對(duì)作物生長(zhǎng)起到補(bǔ)碳的作用，土壤中施用碳酸鹽和重碳酸鹽的溶解和釋放產(chǎn)生大量CO2。張志明[2]研究發(fā)現(xiàn)，碳酸氫銨肥料中HCO3-離子可以通過土壤溶液質(zhì)流方式進(jìn)入植物體，進(jìn)行光合作用，增加植物有機(jī)碳的貯量，碳酸氫銨中碳素的施入可明顯增加作物的有機(jī)碳含量，玉米的增加率為40.87%～48.80%、水稻的增加率為12.53%～22.50%、小麥的增加率為29.17%～243.74%。高志建等[5]以碳酸氫銨為碳素肥料進(jìn)行了隨水滴施對(duì)棉花生長(zhǎng)及生理指標(biāo)影響的研究，結(jié)果表明，含碳素肥料碳酸氫銨能提高棉花產(chǎn)量、增強(qiáng)光合作用、促進(jìn)作物早熟等。尹飛虎等[6]通過研究不同碳氮施肥組合對(duì)新疆滴灌棉田冠層CO2濃度、光合作用和產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，通過隨水滴施高水溶性碳肥（碳酸氫銨）能有效提高棉花冠層CO2濃度、光合速率及產(chǎn)量。

無機(jī)碳肥碳酸氫銨對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育具有重要作用，但碳酸氫銨一直被用作氮肥研究其施用效果，忽略了肥料中碳素對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響。為了進(jìn)一步探索碳酸氫銨對(duì)作物的補(bǔ)碳效應(yīng)，本研究通過施用碳酸氫銨，研究無機(jī)碳肥對(duì)小麥生長(zhǎng)及植株體內(nèi)全碳累積量的影響，為無機(jī)碳肥的應(yīng)用提供參考。

1 材料和方法

1.1 供試材料

小麥品種永良4號(hào)。碳酸氫銨（N 17.7%、CO255.7%）作為無機(jī)碳肥料；硝酸銨（N 35.0%）肥料作為對(duì)照。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

2019年在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)地遮雨棚內(nèi)進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。2個(gè)處理按照等氮量設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，肥料的施用分為基肥和追肥，基追肥比例為6（播前條施）∶4（拔節(jié)期條施），試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。生長(zhǎng)盆大小為50 cm×34 cm×26 cm（長(zhǎng)×寬×高），加入30 kg混勻過篩的風(fēng)干土，播種前在盆內(nèi)多次少量注水使盆內(nèi)土壤的含水量保持在田間持水量的70%左右。各處理均基施等量磷鉀肥。

表1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 單位：kg/hm2

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在追肥后2、5、10、30 d取樣，測(cè)定株高、葉面積、地上部生物量，每處理3株。

株高（cm）：米尺測(cè)量植株的自然高度；葉面積：電子游標(biāo)卡尺測(cè)量葉長(zhǎng)和葉寬（最寬處），葉面積（cm2）=葉長(zhǎng)（cm）×葉寬（cm）×0.7。地上部生物量（g/株）：取地上部整株用1%天平測(cè)定鮮重，然后將植株放入烘箱105℃殺青30 min，60℃烘干至恒重測(cè)定干重。干樣粉碎后備用。

全碳含量：選取追肥后5、10、30 d的地上部整株干物質(zhì)，使用元素分析儀（Elementar Vario MACRO CUBE）測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SAS 9.2統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 無機(jī)碳肥對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響

2.1.1 無機(jī)碳肥對(duì)小麥株高的影響由表2可知，施用無機(jī)碳肥碳酸氫銨能增加小麥的株高，但隨著取樣時(shí)間的延后，差異逐漸縮小。在追肥后2、5 d時(shí)施用無機(jī)碳肥碳酸氫銨與施用硝酸銨相比均達(dá)到差異顯著性（P＜0.05），10、30 d時(shí)無顯著差異（P＞0.05）。碳酸氫銨對(duì)株高的增幅為0.36%～9.45%，最大增幅在取樣時(shí)間2 d時(shí)，此時(shí)，無機(jī)碳肥對(duì)株高的影響是基肥和追肥的綜合效應(yīng)。

2.1.2 無機(jī)碳肥對(duì)小麥葉面積的影響由表2可知，施用無機(jī)碳肥碳酸氫銨能增加小麥的葉面積。在追肥后2、5、10、30 d時(shí)，施用無機(jī)碳肥碳酸氫銨與對(duì)照硝酸銨相比均有顯著差異（P＜0.05），與對(duì)照相比，碳酸氫銨的增幅為6.15%～19.95%，且最大值出現(xiàn)在30 d時(shí)。30 d時(shí)硝酸銨處理葉面積相比10 d時(shí)有所減少，碳酸氫銨處理的葉面積有所增長(zhǎng)。隨施肥時(shí)間的增加基肥的效果減弱，追肥效果增強(qiáng)。由此可見，無機(jī)碳肥的碳素供應(yīng)促進(jìn)葉面積的生長(zhǎng)，提高植株光合固碳的能力。

表2 無機(jī)碳肥對(duì)小麥株高和葉面積的影響

2.1.3 無機(jī)碳肥對(duì)小麥地上部生物量的影響由表3可知，施用無機(jī)碳肥碳酸氫銨能提高小麥地上部的生物量，但隨著取樣時(shí)間的延后，對(duì)地上部生物量的提高趨勢(shì)逐漸減少。植株鮮重在追肥后2、5、10 d時(shí)，施用無機(jī)碳肥碳酸氫銨與對(duì)照硝酸銨相比均有顯著差異（P＜0.05），30 d時(shí)鮮重雖有增加但無顯著差異（P＞0.05）。與對(duì)照處理相比，在追肥后2、5、10、30 d時(shí)，碳酸氫銨的增幅為3.81%～20.80%，且最大增幅出現(xiàn)在5 d時(shí)。

表3 無機(jī)碳肥對(duì)小麥地上部生物量的影響

植株干重在追肥后2、5、10 d時(shí)，施用無機(jī)碳肥碳酸氫銨與對(duì)照硝酸銨相比均有顯著差異（P＜0.05），30 d時(shí)無顯著差異（P＞0.05）。與對(duì)照處理相比，在追肥后2、5、10、30 d時(shí)，碳酸氫銨的增幅為3.13%～29.65%，且最大增幅出現(xiàn)在5 d時(shí)。

由干物質(zhì)含量數(shù)據(jù)可知，2、5、10 d時(shí)施用碳酸氫銨處理的干物質(zhì)含量均大于對(duì)照處理，30 d時(shí)在植株鮮重和干重都增加的同時(shí)干物質(zhì)含量較對(duì)照降低，說明此時(shí)施用無機(jī)碳肥處理的植株含水量高于對(duì)照硝酸銨處理。

2.2 無機(jī)碳肥對(duì)小麥全碳累積量的影響

由表4可知，施用無機(jī)碳肥碳酸氫銨有提高小麥全碳含量的趨勢(shì)，但與對(duì)照硝酸銨相比均無顯著差異（P>0.05）。與對(duì)照硝酸銨相比，碳酸氫銨的增幅為0.17%～0.68%，最大增幅出現(xiàn)在30 d時(shí)。

表4 無機(jī)碳肥對(duì)小麥全碳含量及全碳累積量的影響

施用無機(jī)碳肥碳酸氫銨能提高小麥的全碳累積量。在追肥后5、10、30 d時(shí)，施用無機(jī)碳肥碳酸氫銨與對(duì)照硝酸銨相比均有顯著差異（P＜0.05），與對(duì)照硝酸銨相比，碳酸氫銨增幅為3.83%～28.82%，最大增幅出現(xiàn)在5 d時(shí)。

無機(jī)碳肥的施用對(duì)全碳含量有增加趨勢(shì)，對(duì)全碳累積量有顯著提高，對(duì)全碳含量及全碳積累量的增加一方面是無機(jī)碳肥中碳素的供應(yīng)被植物吸收利用，另一方面是無機(jī)碳肥的施用促進(jìn)了植株的光合固碳能力。

3 討論

光合碳同化是高等植物賴以生存的物質(zhì)及能量源泉，碳素是這一同化過程中的關(guān)鍵物質(zhì)，其含量顯著影響植物的同化作用及生長(zhǎng)速度[7-8]。大氣CO2濃度倍增條件下植物葉片光合作用增強(qiáng)，光能利用效率提高，光合產(chǎn)物在葉片中的積累增加，促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)[9-11]。有研究表明，甜菜獲得碳酸銨追肥植株比未施用的植株的同化器官的光合作用強(qiáng)，二氧化碳通過根部吸收可以增加甜菜根的重量，提高作物的生長(zhǎng)速度[4]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，無機(jī)碳肥碳酸氫銨在基肥施用和追肥施用的共同作用下對(duì)小麥的株高、葉面積、地上部生物量均有增加趨勢(shì)，且對(duì)植株葉面積的增加具有顯著性，無機(jī)碳肥的施用對(duì)小麥光合面積的增大及干物質(zhì)積累均有影響，增強(qiáng)植株的光合固碳能力。

從物質(zhì)生產(chǎn)角度看，占植物體干重90%以上的有機(jī)物質(zhì)基本是通過碳同化形成的[12-14]。碳作為有機(jī)物的基本組成元素，也是反映植株生理狀況、生長(zhǎng)活力及抗病力的重要指標(biāo)[15-16]。小麥體內(nèi)的全碳，是反映其碳代謝的重要生理參數(shù)，其值的高低反映小麥合成能力。有研究認(rèn)為CO2濃度的升高增加了小麥和水稻莖葉碳含量，因?yàn)榇髿釩O2濃度升高會(huì)增加植物葉片的胞間CO2濃度，提高植物的凈光合速率以及對(duì)水分的利用效率，植物的碳水化合物含量也有所增加[17-19]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，無機(jī)碳肥碳酸氫銨在基肥施用和追肥施用的共同作用下使小麥地上部植株的碳含量有增加趨勢(shì)，對(duì)全碳累積量有顯著增加，進(jìn)一步說明碳酸氫銨作為一種無機(jī)碳素肥料通過土壤施用可以提高植株對(duì)碳素的轉(zhuǎn)化和累積，促進(jìn)植株碳代謝能力，增加植物體內(nèi)有機(jī)物質(zhì)的形成。

本試驗(yàn)采用硝酸銨作為對(duì)照肥料進(jìn)行研究，主要原因是在當(dāng)前市場(chǎng)上沒有與碳酸氫銨氮素形態(tài)相同又不含有其他營(yíng)養(yǎng)元素的化學(xué)肥料，為盡可能保證肥料中碳元素的對(duì)照，選擇在等氮量條件下使無機(jī)碳肥碳酸氫銨與硝酸銨進(jìn)行對(duì)照分析。氮素的形態(tài)不同會(huì)導(dǎo)致結(jié)果具有一定的差異，如何通過元素與形態(tài)的雙向結(jié)合，進(jìn)行碳素單一對(duì)照試驗(yàn)驗(yàn)證無機(jī)碳素肥料的補(bǔ)碳效應(yīng)，有待研究。

4 結(jié)論

施用無機(jī)碳肥對(duì)小麥的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，施用碳酸氫銨對(duì)小麥株高、葉面積、地上部生物量均有增加趨勢(shì)，對(duì)植株葉面積的增大較顯著，無機(jī)碳肥的施用促進(jìn)植株生長(zhǎng)，增強(qiáng)植株光合固碳的能力。施用無機(jī)碳肥對(duì)小麥地上部植株全碳含量及累積量產(chǎn)生影響，施用無機(jī)碳肥碳酸氫銨對(duì)小麥地上部植株全碳含量有增加趨勢(shì)，對(duì)全碳累積量有顯著增加，無機(jī)碳肥的施用提高了植株對(duì)碳素的吸收累積作用。