生态化学计量学(ecological stoichiometry)是研究生物系统能量和多重化学元素平衡的科学，通过分析比较生态过程中多种化学元素的质量平衡，为研究碳(C)、氮(N)、磷(P)等元素的耦合关系提供了一种综合方法^[1-3]。土壤养分环境状况的改变会影响植物有机体的元素组成，进而导致植物体内C、N、P的生态化学计量比的上升或下降^[4]。为了更好的适应环境的变化，植物会主动调整对养分的需求，改变体内各种元素的相对丰度，通过资源再分配与利用等方式影响体内C、N、P等生态化学计量特征，维持自身相对较好的生长发育^[5-6]。叶片和细根(直径 < 2 mm)是植物地上和地下部分最重要的器官，叶片通过光合作用获取光能并积累光合产物，细根则从土壤中吸收水分和养分，决定植物的存活和生长^[7-8]，叶片和细根中元素化学计量特征与功能群或环境梯度有关^{[7, 9]}，可以反映植物受养分限制的情况。

氮是植物生长必需的营养元素，也是陆地生态系统中的主要限制性元素，在植物的多种生理代谢过程中发挥着重要作用，也对植物P的吸收和C的固定产生影响^[7]。氮素在土壤中以不同形态存在，植物吸收的氮主要是硝态氮(NO₃^--N)和铵态氮(NH₄⁺-N)^[10]。由于NO₃^--N和NH₄⁺-N的形态和离子性质不同，对植物吸收和生长发育的影响也不同。通常NO₃^--N可促进K、Ca、Mg等阳离子的吸收，抑制磷和其他阴离子的吸收，而NH₄⁺-N则相反，抑制K、Ca、Mg、Zn的吸收，尤其对K和Ca的抑制作用更加明显，增加磷的吸收^[11-12]。研究证明同时供应NO₃^--N和NH₄⁺-N更有利于植物对C、N、P的吸收或固定^[13-14]。

雷竹(Phyllostachys violascens)是一种优良的笋用竹种，关于雷竹生态学和栽培学的研究主要集中在施肥、林地覆盖等丰产措施^[15-17]，少有不同形态氮素营养及其配比对雷竹C、N、P化学计量的影响的报道。本研究以雷竹盆栽苗为试材，通过设置不同硝铵营养比例处理试验，揭示不同硝铵配比对雷竹叶片和细根的C、N、P含量和化学计量比的影响规律，并讨论了其与叶片和细根C、N、P异速生长的关系，以期为雷竹林合理施用氮肥提供理论参考。

2014年9月在浙江省临安市太湖源镇(119°37′ E，30°20′ N)雷竹林中挖取立竹胸径基本一致(2.48±0.26 cm)，生长健壮的1年生不带宿土的竹苗进行全梢竹盆栽(鞭长35 cm左右)，每盆1株。容器规格为50 cm × 45 cm (盆高×口径)的黑色有孔圆形塑料盆。每盆填基质(9.30±0.05 kg，干重)，基质为红壤与细沙质量比3:1均匀混合而成，pH值5.8，全氮、全磷和全钾含量分别为421.76、37.35和80.01 mg/kg。盆栽雷竹苗先置于有一层遮阳网的荫棚中进行生理恢复培育，至2015年5月中旬，选取生长状况基本一致的盆栽苗进行不同形态氮素营养配比的试验处理。试验期间平均温度23.5 ℃，日最高温度28.2 ℃，日最低温度18.3 ℃。

根据雷竹生长对主要养分的需求(N:P₂O₅:K₂O=3:1:2)和施肥量的要求^[18]，所有处理每盆施N 12.50 g、Ca (H₂PO₄)₂·H₂O 22.94 g、KCl 15.91 g。在总氮量相同的条件下，设5个NO₃^--N: NH₄⁺-N比例：1:0、2:1、1:1、1:2、0:1，每个处理重复3次，每个重复3盆。硝态氮和铵态氮分别用硝酸钠和硫酸铵提供，为防止试验过程中硝化作用的进行，在每盆土壤中添加硝化抑制剂二氰二胺(C₂H₄N₄) 1.00 g。

将肥料溶于水中，在傍晚浇入盆土中。每盆底下放置一只托盘，每次浇水时用清水清洗托盘内部，并将水倒入盆中，以防止盆土中营养的流失。

试验处理20 d (即2015年6月1日)进行取样。每盆取竹冠上部、中部、下部无病虫害成熟叶混合样约100 g，取竹鞭上二级根(根径0.5~2.0 mm) 50 g左右装进信封袋，105 ℃杀青30 min，80 ℃烘至恒重。粉碎过40目筛，储于真空干燥器中备测。

样品碳含量采用重铬酸钾容量法(外加热法)测定，氮、磷含量分别采用凯氏定氮法、钼锑抗比色法测定^[19]。

样品中C、N、P含量以g/kg表示，C:N、C:P、N:P化学计量比为质量百分比。数据采用Excel 2007软件进行统计分析，以One-Way ANOVA和Duncan (α=0.05)方法进行方差分析和多重比较。

异速生长(allometric relationship)分析：对雷竹叶片和细根的C、N、P含量数据进行对数转换(以10为底)后，采用标准主轴(standardized major axis, SMA)估计法分析C、N、P的化学计量关系。单组数据的SMA估计可以得到最优斜率及斜率的95%置信区间，并可以检验斜率与具体数值之间的差异显著性；两组或多组数据可检验组间SMA斜率异质性(heterogeneity)并进行多重比较。SMA估计法分析结果的解释参照相关参考文献^[20-21]。以上分析通过SMATR 2.0软件完成。

由表 1可知，随着营养供应中NH₄⁺-N比例的增加，叶片和细根的C、N、P含量均呈倒“V”型变化趋势，且总体上表现出硝铵混合营养高于单一形态氮素营养处理。叶片C含量变幅为0.58%~9.79%，各处理间无显著差异；N含量变幅为2.18%~29.23%，硝铵比为1:1和1:2处理显著高于其他处理，以1:0最低；P含量变幅为5.05%~32.27%，比例2:1、0:1处理间差异不显著，均显著高于1:0处理，显著低于1:1和1:2处理。根系C含量变幅为1.02%~8.47%，各比例处理间无显著差异；N含量变幅为10.16%~74.72%，1:1处理最高，1:0处理最低；P含量变幅为9.67%~106.06%，1:2处理最高，1:0处理最低。说明与单一形态氮素相比，硝铵混合营养处理更有利于雷竹对N、P的吸收和C的固定，其中硝铵比1:1和1:2处理较好。

表1(Table 1)

表1 不同硝铵比氮素营养雷竹叶片和细根C、N、P含量(g/kg) Table 1 C, N and P contents in leaves and fine roots of Phyllostachys violascens affected by different supply ratios of NO3--N to NH4+-N

表1 不同硝铵比氮素营养雷竹叶片和细根C、N、P含量(g/kg) Table 1 C, N and P contents in leaves and fine roots of Phyllostachys violascens affected by different supply ratios of NO3--N to NH4+-N NO3--N:NH4+-N 叶片Leaf 细根Fine root C N P C N P 1:0 357.78±6.94 a 10.88±0.54 b 2.00±0.25 c 362.22±10.09 a 2.92±0.17 b 0.66±0.02 d 2:1 362.59±10.00 a 11.28±0.28 b 2.56±0.21 b 373.44±15.46 a 3.22±0.21 b 0.85±0.03 c 1:1 365.45±7.70 a 13.76±0.62 a 2.91±0.14 a 388.89±15.03 a 4.77±0.45 a 1.24±0.05 b 1:2 365.33±6.67 a 14.06±1.27 a 2.77±0.19 a 392.89±20.37 a 4.33±0.30 a 1.36±0.05 a 0:1 346.44±13.34 a 11.51±0.96 b 2.42±0.09 b 363.33±32.83 a 2.73±0.15 b 1.20±0.04 b 注（Note）：同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05) Values followed by different lowercase letters in a column are significantly different among treatments at P < 0.05.

由图 1可知，随NH₄⁺-N比例的增加，雷竹叶片和细根的C:N均呈“V”型变化，其中叶片C:N在硝铵比为1:0时最高，1:1和1:2处理则显著低于其他处理。细根的C:N在1:0和2:1处理间差异不显著，二者均显著高于1:1、1:2处理，显著低于0:1处理；叶片和细根的C:P呈逐渐降低趋势，硝铵比为1:0处理的显著高于其他处理；叶片和细根的N:P变化趋势不一致，其中，叶片的N:P在硝铵比为1:0处理时显著高于2:1、0:1处理，其他处理间无显著差异，细根的N:P总体上呈显著降低的趋势，仅2:1与1:1、1:2处理间差异不显著。可见，不同形态配比氮素营养对雷竹叶片和细根的C、N、P化学计量比会产生明显的影响，增加NH₄⁺-N比例，叶片和根系的养分化学计量比总体上有不同程度的降低。

图1(Fig. 1)

图1 不同硝铵比氮素营养对雷竹叶片和细根C:N、C:P、N:P的影响 Fig. 1 C:N, C:P and N:P in leaves and fine roots of Phyllostachys violascens affects by different supply ratios of NO3--N to NH4+-N [注（Note）：柱上不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05) Different lowercase letters above the bars indicate significant different among treatments at P < 0.05.]

由表 2可知，各处理间雷竹叶片和细根N与C的SMA斜率变化趋势一致，均表现为硝铵比为2:1、0:1处理显著大于1:0处理，而显著低于1:1、1:2处理。硝铵比1:0处理下叶片和细根N与C的SMA斜率分别为0.664 (95%置信区间0.343~1.254)和0.437 (95%置信区间0.159~1.031)，均显著小于1 (P < 0.05)，呈异速生长关系，2:1和0:1处理下叶片和细根N与C的SMA斜率为0.957 (95%置信区间0.486~1.647)~1.011 (95%置信区间0.517~1.785)，均与1无显著性差异(P > 0.05)，呈等速生长关系，1:1、1:2处理下叶片和细根N与C的SMA斜率为1.148 (95%置信区间0.583~2.018)~1.239 (95%置信区间0.605~2.031)，均显著大于1 (P < 0.05)，呈异速生长关系，且较其他处理显著增大。说明不同形态氮素营养会明显影响雷竹叶片和细根N与C的异速生长关系，硝铵比1:1和2:1处理显著增加N与C的SMA斜率。

表2(Table 2)

表2 不同硝铵比氮素营养雷竹叶片和细根C、N含量的异速生长关系(logN vs logC) Table 2 Allometric relationship between C and N contents of leaves and fine roots of Phyllostachys violascens affects by different supply ratios of NO3--N to NH4+-N

表2 不同硝铵比氮素营养雷竹叶片和细根C、N含量的异速生长关系(logN vs logC) Table 2 Allometric relationship between C and N contents of leaves and fine roots of Phyllostachys violascens affects by different supply ratios of NO3--N to NH4+-N 处理 Treatment 叶片Leaf 细根Fine root R2 p bSMA R2 p bSMA 1:0 0.553 0.034 0.664 c 0.597 0.025 0.437 c 2:1 0.889 0.003 1.006 b 0.834 0.002 0.979 b 1:1 0.857 0.009 1.195 a 0.807 0.001 1.157 a 1:2 0.796 0.015 1.239 a 0.728 0.007 1.148 a 0:1 0.825 0.002 0.957 b 0.587 0.027 1.011 b 注（Note）: bSMA-标准主轴回归斜率Standardized major axis slope; 同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05) Values followed by different lowercase letters in a column are significantly different among treatments at P < 0.05.

由表 3可知，各处理间雷竹叶片和细根N与P的SMA斜率均有显著差异，且显著小于1 (P < 0.05)，呈异速生长关系，总体上混合营养处理大于单一形态氮素营养处理。硝铵比1:1和1:2营养供应下N与P的SMA斜率显著高于其他处理。

表3(Table 3)

表3 不同硝铵比氮素营养雷竹叶片和细根N、P含量的异速生长关系(logN vs logP) Table 3 Allometic relationship between N and P contents of leaves and fine roots of Phyllostachys violascens affected by different ratios of NO3--N to NH4+-N

表3 不同硝铵比氮素营养雷竹叶片和细根N、P含量的异速生长关系(logN vs logP) Table 3 Allometic relationship between N and P contents of leaves and fine roots of Phyllostachys violascens affected by different ratios of NO3--N to NH4+-N 处理 Treatment 叶片Leaf 细根Fine root R2 p bSMA R2 p bSMA 1:0 0.625 0.020 0.739 b 0.572 0.030 0.744 b 2:1 0.558 0.033 0.710 b 0.597 0.024 0.758 b 1:1 0.651 0.015 0.882 a 0.806 0.001 0.816 a 1:2 0.747 0.006 0.897 a 0.756 0.005 0.799 a 0:1 0.827 0.002 0.774 b 0.858 0.001 0.698 c 注（Note）: bSMA-标准主轴回归斜率Standardized major axis slope; 同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05) Values followed by different lowercase letters in a column are significantly different among treatments at P < 0.05.

以上结果表明，不同形态氮素营养及其配比会明显影响雷竹叶片和细根的C、N、P异速生长关系。混合营养供应下，Ⅱ类线性回归分析的SMA斜率均较单一形态氮素营养增大，表明雷竹叶片和细根C的固定和P积累增加依赖于N的增加。

组成植物体组织的物质可以分为结构性、功能性和储藏性3类。其中，C是组成植物体结构的物质，N、P则是植物体功能性的物质，三者的分布和贮藏直接影响植物体生长^[6]。一般而言，同一植物中结构性物质受环境影响较小，含量高且相对稳定，而功能性和储藏性物质受环境的影响变化较大^[22]，这可能正是本研究中不同形态氮素及配比营养下雷竹叶片和细根中C含量变化未达显著水平的原因。另外，本研究结果表明，随着NH₄⁺-N比例的增加，雷竹叶片和细根的N、P含量均呈先升高后降低的变化趋势，且在硝铵比为1:1、1:2时显著高于其他处理(表 1)，说明适宜的硝铵混合营养有利于雷竹对N、P的吸收和累积，和前人的研究结果基本一致^[23-24]，原因在于适当增铵可促进硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)的活性，增强氮代谢运转，进而促进氨基酸的合成和转化，最终提高植物器官的氮含量^{[14, 25]}；而植物吸收NH₄⁺-N的同时促进根系释放H⁺，使根系pH值降低，提高了磷酸盐的溶解性，从而促进植物对磷的吸收，即N、P的吸收具有协同互作效应^[26-28]。

土壤养分供应状况的改变，明显影响植物的光合作用和矿质代谢过程，而植物体内光合代谢和矿质代谢存在紧密联系，C、N、P相互作用，植物叶片和根系C:N和C:P意味着植物吸收营养同化碳的能力，通常能够反映植物对氮、磷养分的利用效率高低，因而具有重要的生态学意义^[3]。由于碳同化和营养元素吸收的途径不同，一般认为碳不是影响植物生长的限制元素，因此N和P含量的变化是影响C:N和C:P的主要因素^[29]。本研究中，随着NH₄^+-N比例的增加，雷竹叶片和细根的C:N先降低后升高、C:P逐渐降低(图 1)，总体表现出混合营养供应下的C:N、C:P呈较低水平，进一步表明硝铵混合营养供应对雷竹N、P吸收的促进作用。另外，生长速率假说认为生物个体在快速生长阶段需要投入更多富磷的rRNA来支持蛋白质的合成，从而使植物表现出低的N:P^{[22, 30]}，本研究结果中，增加NH₄⁺-N比例，雷竹叶片和细根的N:P总体上较纯硝处理降低，表明适宜添加NH₄⁺-N能增加叶片和细根的生长速率，促进雷竹生长。

异速生长规律用来描述生物体两种属性之间随生长变化的非线性数量关系^[31]。Niklas和Cobb^[32]通过分析131种禾草叶片的C、N、P含量变化关系，得出N与C呈等速生长关系，N与P呈幂指数为3/4的异速生长关系。而严正兵等^[5]关于氮素添加对拟南芥(Arabidopsis thaliana) C、N、P异速生长关系的研究则表明N与C不呈异速生长关系，N与P呈幂指数为0.466的异速生长关系。本研究结果得出的C、N、P异速生长关系也与Niklas和Cobb^[32]的结果不完全一致(表 2和表 3)，这可能与本研究主要从氮素添加角度研究单个物种的异速生长关系，研究对象和方法均与前人不同有关。另外，Ⅱ类回归SMA斜率增加，表征的是一种生物属性的增量对另一种生物属性的增量的依赖。本研究结果中随着NH₄⁺-N比例的增加，雷竹叶片和细根的N与C、N与P的Ⅱ类回归斜率呈倒“V”型变化，且混合营养供应下N与C、N与P的Ⅱ类回归斜率明显高于单一形态氮素营养(表 2和表 3)，表明单位氮增量条件下，混合营养供应更促进碳的固定量和磷的积累量的增加。

不同形态及配比氮素营养对雷竹叶片和细根的C、N、P化学计量特征影响显著。适宜的混合营养尤其硝铵比1:1和1:2营养供应，能明显增加雷竹叶片和细根的N、P积累量，提高叶片和细根的生长速率；同时也增加雷竹叶片和细根的N与C、N与P生长关系的幂指数，即在单位氮增量条件下，硝铵比为1:1和1:2营养供应更有利于C、P积累量的增加。综上所述，硝铵比为1:1和1:2营养供应利于雷竹对主要养分元素的吸收积累，有利于其生长。