土壤礦質(zhì)氮和可礦化氮對(duì)當(dāng)季作物的貢獻(xiàn)

1、文章編號(hào)：1008-181X（2001）03-0207-03土壤礦質(zhì)氮和可礦化氮對(duì)當(dāng)季作物的貢獻(xiàn)劉曉宏1, 2，郝明德2，田梅霞2（1：中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅 蘭州 730000；2：中國(guó)科學(xué)院水土保持研究所，陜西 楊凌 712100）摘要：從土壤礦質(zhì)氮-硝態(tài)氮和銨態(tài)氮、土壤可礦化氮3個(gè)指標(biāo)研究了土壤剖面不同層次有效氮對(duì)作物吸氮的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，不同指標(biāo)反映土壤供氮能力狀況不一。土壤硝態(tài)氮和土壤可礦化氮與作物吸氮有較好的相關(guān)關(guān)系，而土壤銨態(tài)氮與作物吸氮關(guān)系不密切。在深度120 cm之上的土層的土壤可礦化氮對(duì)作物吸氮有較大的貢獻(xiàn)。在考慮土壤供氮能力時(shí)，建議應(yīng)該考慮120 cm深

2、層以上的土壤。關(guān)鍵詞：土壤硝態(tài)氮；土壤銨態(tài)氮；土壤可礦化氮；作物吸氮；深層土壤中圖分類號(hào)：S153 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AContribution of soil mineral nitrogen and soil mineralization nitrogen to seasonal cropLIU Xiao-hong1, 2，HAO Ming-de2，TIAN Mei-xia2（1: Cold and Arid Regions Environment and Engineering Research Institute, Lanzhou 730000, China;2: Institute of

3、Soil and Water Conservation, CAS, Yangling, Shanxi 712100, China）Abstract: We study the contribution of soil mineral（NO3-N, NH4+-N）and Mineralization nitrogen（N0） to seasonal crop. The results show: different index has the vary corelation to nitrogen adsorption of crop and there are better relations

4、hip between soil NO3-N, N0 and assimilat nitrogen of crop; but no better relationship to soil ammonium. The N0 of upper 120 cm soil had the great works to the nitrogen assimilation of crop, so we should take into account the NO of upper 120 cm soil as we evaluate the soil N-supply.Key words: soil mi

5、neral nitrogen；soil mineralization nitrogen；depth soil；adsorption nitrogen of crop 在輪作制中，種植豆科作物和施用廄肥是作物氮素供應(yīng)的主要途徑。由于氮肥生產(chǎn)迅速增長(zhǎng)，土壤氮素供應(yīng)逐漸轉(zhuǎn)移到施用化學(xué)氮肥上?；瘜W(xué)氮肥的施用對(duì)提高土壤礦質(zhì)氮含量水平起到很大貢獻(xiàn)。土壤學(xué)家和農(nóng)業(yè)化學(xué)家為合理利用氮肥和提高氮肥利用率，在用數(shù)學(xué)模型計(jì)算和預(yù)測(cè)土壤供氮能力方面作了有意義的探討1，2。Stanford等提出的好氣培養(yǎng)間歇淋洗法依據(jù)一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程估算土壤氮素礦化的兩個(gè)基本參數(shù)_土壤氮素供氮潛力（NO）和礦化速率常數(shù)（K）3，4。

6、大量研究結(jié)果表明，N0和K可較好的反映土壤供氮潛力1，2。本研究在黃土高原長(zhǎng)期不同輪作、施肥試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了不同土壤層次中礦質(zhì)氮水平和土壤可礦化氮對(duì)當(dāng)季作物吸氮的影響，以期更好的評(píng)價(jià)各不同土壤層次不同氮素養(yǎng)分對(duì)作物的貢獻(xiàn)及合理評(píng)價(jià)土壤肥力和推薦施肥提供依據(jù)。1 材料和方法1.1 試驗(yàn)區(qū)概況 試驗(yàn)于1984年開(kāi)始布置在未進(jìn)行灌溉的旱作農(nóng)耕地上。試驗(yàn)地處黃土高原中南部長(zhǎng)武塬，黃土堆積深厚，土壤為黃蓋粘黑壚土，耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.05%，全氮含量為0.057%，土壤堿解氮含量37 kg/mg，速效磷含量為2.0 kg/mg。試區(qū)大部分土壤貧氮少磷，鉀素豐富，土壤養(yǎng)分含量、地貌特征在黃土高原溝

7、壑區(qū)有一定代表性。1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)處理數(shù)22個(gè)，均為3次重復(fù)。輪作試驗(yàn)各輪作系統(tǒng)施肥量相同（NP），包括糧豆3 a輪作（豌豆-小麥-小麥-糜子）；糧飼豆4 a輪作（豌豆-小麥-小麥-玉米）；糧草長(zhǎng)期輪作（苜蓿-苜蓿-苜蓿-苜蓿-馬鈴薯-小麥-小麥-小麥-苜蓿）處理；糧草短周期3 a輪作（紅豆草-小麥-小麥）。輪作施肥試驗(yàn)（各輪作系統(tǒng)施肥量和種類不同）處理7個(gè)。包括糧豆輪作5個(gè)處理（CK、P、NP、NPM）；糧飼輪作施肥2個(gè)處理（NP、NPM）。表1 土壤硝態(tài)氮含量與生物指標(biāo)相關(guān)系數(shù)單層次累積量土壤層次/cm生物產(chǎn)量產(chǎn)量吸氮量生物產(chǎn)量產(chǎn)量吸氮量000.970.990.950.970.990.

8、9520400.950.910.980.990.990.9840600.880.830.920.990.990.9960800.840.80.890.980.980.99801000.890.840.910.990.980.991001200.960.930.990.990.981.01201400.960.920.980.990.971.01401600.880.830.930.990.971.01601800.950.910.980.980.961.01802000.940.900.980.980.961.02002300.950.910.980.980.961.02302600.920.

9、870.960.980.950.992602900.890.840.940.970.950.99連作施肥處理10個(gè)。包括小麥連作施肥7個(gè)處理（CK、N、P、M、NP、NM、PM）；苜蓿連作施肥3個(gè)處理(CK、P、NPM) ；玉米連作施肥1個(gè)處理（NPM）。所有處理N（尿素）為純氮120 kg/hm2，P（過(guò)磷酸鈣）為P2O5 60 kg/hm2，M為廄肥75 t/hm2。裸地處理1個(gè)，進(jìn)行定期除草和松土。1.3 土壤有機(jī)氮礦化培養(yǎng)試驗(yàn)表2 土壤銨態(tài)氮含量與生物指標(biāo)相關(guān)系數(shù)單層次累積量土壤層次/cm生物產(chǎn)量產(chǎn)量吸氮量生物產(chǎn)量產(chǎn)量吸氮量0200.210.130.320.210.130.322040

10、0.500.40.560.490.390.564060-0.17-0.18-0.210.270.190.2960800.990.971.00.650.580.67801000.150.150.080.530.490.531001200.710.660.710.560.510.561201400.840.800.850.600.550.601401600.06-0.030.100.560.510.561601801.00.991.00.720.630.681802000.970.910.920.720.680.722002300.990.980.990.750.710.752302600.310

11、.250.310.730.680.742602900.710.760.860.750.70.75在1997年播種、施肥前采集各處理0300 cm土樣，每20 cm分一層次。風(fēng)干過(guò)2 mm篩，備用。耕層土壤培養(yǎng)：采用Stanford等人好氣培養(yǎng)間歇淋洗法3。稱取10.00 g過(guò)2 mm篩土樣與等量石英砂混合，加少量蒸餾水，濕潤(rùn)后充分混勻，形成土砂混合物。將此混合物移入底部鋪有玻璃絲的桶形漏斗中，稍壓后，上鋪一層石英砂。用100 ml 0.01 mol/L的氯化鈣溶液分多次淋洗土壤中的礦質(zhì)氮，加入25 ml的無(wú)氮營(yíng)養(yǎng)液（0.002 mol/L硫酸鈣、0.002 mol/L硫酸鎂、0.005 mol

12、/L磷酸二氫鈣、0.0025 mol/L硫酸鉀），漏斗口用塑料薄膜扎住，并扎二小孔通氣，多余水分在60 cm汞柱負(fù)壓下抽去，置培養(yǎng)箱中在35 溫度下培養(yǎng)。每2周用0.01 mol/L的氯化鈣溶液60 ml淋洗，收集淋洗液后，再加入25 ml的無(wú)氮營(yíng)養(yǎng)液，繼續(xù)培養(yǎng)。測(cè)定淋洗液中的礦質(zhì)氮。共培養(yǎng)16周。試驗(yàn)所用石英砂和玻璃絲均經(jīng)過(guò)預(yù)處理。耕層以下土壤培養(yǎng)：采用Stanford等人提出短期培養(yǎng)方法5。先預(yù)培2周，淋洗礦質(zhì)氮，再加入無(wú)氮營(yíng)養(yǎng)液，繼續(xù)培養(yǎng)2周，淋洗，測(cè)定淋洗液中的礦質(zhì)氮。以上試驗(yàn)各土樣重復(fù)3次。1.4 測(cè)定方法土壤淋洗液中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮測(cè)定用連續(xù)流動(dòng)分析儀。其余測(cè)定用常規(guī)分析法。2 結(jié)果

13、與分析2.1 土壤礦質(zhì)氮與作物吸氮之間的關(guān)系礦質(zhì)氮包括硝態(tài)氮和銨態(tài)氮。硝態(tài)氮和銨態(tài)氮易于被作物直接吸收利用，是作物吸收氮素的直接來(lái)源。硝態(tài)氮易于隨水分下滲，而發(fā)生遷移。在干旱半干旱地區(qū)，大部分的硝態(tài)氮，即使發(fā)生下淋作用，也不能淋出根圈的范圍，大部分都可以被作物吸收利用，所以土壤中殘留的礦質(zhì)氮對(duì)當(dāng)季作物吸氮貢獻(xiàn)量較大，由于不同地區(qū)降水的不同，所以對(duì)殘留礦質(zhì)氮對(duì)作物吸氮的貢獻(xiàn)效率研究中，應(yīng)考慮一個(gè)合適的采樣深度。從表1硝態(tài)氮與生物學(xué)產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量、吸氮量相關(guān)關(guān)系可以得出，在無(wú)灌溉條件下，各土層硝態(tài)氮含量與生物指標(biāo)的相關(guān)性均達(dá)5%的顯著標(biāo)準(zhǔn)。從耕層到300 cm深硝態(tài)氮含量均與吸氮量有較高的相關(guān)性，

14、表明0300 cm各層次的硝態(tài)氮似乎對(duì)作物吸氮均有貢獻(xiàn)。各層次間硝態(tài)氮累積兩與作物吸氮量的相關(guān)性比各單層含量相關(guān)性有明顯提高，與生物學(xué)產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量相關(guān)性也有所增加。從起始銨態(tài)氮與生物指標(biāo)相關(guān)系數(shù)（表2）說(shuō)明，各層次間的銨態(tài)氮含量與生物指標(biāo)相關(guān)性好壞不一，總體說(shuō)來(lái)，相關(guān)性不大。說(shuō)明土壤銨態(tài)氮含量在反映土壤供氮能力上的作用不大。由起始礦質(zhì)氮（硝態(tài)氮和銨態(tài)氮之和）與生物量、吸氮量相關(guān)分析（表3）也表明，由于銨態(tài)氮的加入，降低了硝態(tài)氮供氮能力的可靠性，但也在一定程度上反映土壤供氮能力。從以上分析說(shuō)明，在以硝態(tài)氮做指標(biāo)進(jìn)行土壤供氮能力預(yù)測(cè)時(shí)，可不將銨態(tài)氮含量納入，能更好的反映土壤供氮能力。為什么硝態(tài)氮

15、和銨態(tài)氮均可被作物直接吸收，但硝態(tài)氮可以很好地反映土壤供氮能力，而銨態(tài)氮卻不能，這一問(wèn)題值得進(jìn)一步探討。2.2 土壤可礦化氮N0表3 土壤礦質(zhì)氮含量與生物指標(biāo)相關(guān)系數(shù)單層次累積量土壤層次/cm生物產(chǎn)量產(chǎn)量吸氮量生物產(chǎn)量產(chǎn)量吸氮量0200.960.950.970.960.950.9720400.610.520.670.830.760.854060-0.06-0.08-0.100.600.620.7060800.990.961.00.840.790.86801000.220.220.160.740.70.741001200.790.750.810.760.710.751201400.880.840

16、.890.770.730.771401600.320.230.370.750.700.751601800.990.990.990.820.780.821802000.950.920.950.840.800.842002300.990.980.990.860.820.862302600.540.480.550.850.800.852602900.840.820.880.850.810.85表4 土壤可礦化氮量與生物指標(biāo)相關(guān)系數(shù)單層次累積量土壤層次/cm生物產(chǎn)量產(chǎn)量吸氮量生物產(chǎn)量產(chǎn)量吸氮量0200.470.520.460.470.520.4620400.980.950.970.860.870.86

17、40600.920.880.960.830.850.8260800.900.900.920.750.700.81801000.920.940.880.890.870.921001200.920.920.930.900.880.931201400.600.500.670.900.880.941401600.590.490.660.90.880.941601800.340.230.430.890.850.931802000.410.330.450.890.850.942002300.06-0.020.090.890.850.94230260-0.15-0.19-0.160.890.860.9426

18、02900.530.640.730.890.850.93由2周培養(yǎng)法測(cè)定土壤剖面的礦化氮量并不是均隨深度的增加而減小。深層有些層次出現(xiàn)較高的礦化量，這可能與土壤深層有機(jī)氮的分布不均有關(guān)。從表層到深層，不同層次礦化量變異程度很大。從可礦化氮與生物指標(biāo)、吸氮量的關(guān)系（表4）表明，土壤耕層可礦化氮量與生物指標(biāo)的相關(guān)性較低，而耕層以下土壤礦化量高于耕層土壤。在各層土壤可礦化氮量與生物指標(biāo)、吸氮量研究中，在120 cm以上各層可礦化氮量與各生物指標(biāo)密切相關(guān)。而在120 cm以下，相關(guān)性急劇降低，甚至出現(xiàn)負(fù)值，說(shuō)明作物對(duì)土壤可礦化氮的吸收可能僅限于120 cm以上土層。各層次的累積量與生物指標(biāo)的相關(guān)性明顯升高，尤其與吸氮量關(guān)系，均超過(guò)5%顯著水平。從以上分析結(jié)果來(lái)看，由于可礦化氮包括了礦化出的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮，而且銨態(tài)氮與作物吸氮量之間的相關(guān)性較差，所以可礦化氮量與生物指標(biāo)和吸氮量的相關(guān)性有所降低，低于硝態(tài)氮與生物指標(biāo)的相關(guān)性，高于總礦質(zhì)氮與生物指標(biāo)的相關(guān)性。而且以上分析也說(shuō)明可礦化氮對(duì)作物吸氮的貢獻(xiàn)，尤其是120 cm以上土層可礦化氮量對(duì)吸氮的貢獻(xiàn)率較大?？偟膩?lái)說(shuō)，015