土壤固銨的影響因素研究

土壤固銨的影響因素研究

土壤中固體銨的含量受土壤礦物類型、nh4+濃度、土壤條件、有機(jī)質(zhì)含量、總氮含量、k+等陽(yáng)離子的影響。粘土礦物固定態(tài)銨量和固定外加銨的潛力因土壤類型,以前的管理措施和干濕交替而異。隨著土壤科學(xué)的發(fā)展,國(guó)外土壤科學(xué)工作者應(yīng)用15N示蹤法及X-射線衍射技術(shù)對(duì)銨的固定機(jī)制、影響因子以及有效性等方面進(jìn)行了研究,取得了不少成果,塿土固定銨的動(dòng)態(tài)變化表現(xiàn)在其固銨量受固定時(shí)間,介質(zhì)溫度,溶液中銨濃度等因素的影響。臺(tái)灣學(xué)者自80年代開(kāi)展了一些紅壤中云母礦物及臺(tái)灣土壤中膨脹性粘土礦物的干濕效應(yīng)、溫度效應(yīng)與鉀離子對(duì)銨固定的影響研究?？墒菄?guó)內(nèi)對(duì)水分、溫度和溶液中銨的濃度等影響固定態(tài)銨量的因素研究得很少。本文擬對(duì)這些因素進(jìn)行較系統(tǒng)的研究。1材料和方法1.1湖南省一些稻田土壤某些供試土壤的一些基本情況和基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1和表2。1.2影響銨固定因素的水、溫度和濃度1.2.1不同處理試驗(yàn)分別稱取紫泥田、河沙泥、潮沙泥、黃泥田土壤(過(guò)20目篩)各50.0g,加入一定濃度的氯化銨溶液,使得50.0g土中有銨離子0.9g(水土體積比為1:1),分3個(gè)處理:長(zhǎng)期淹水:干濕交替8次(室溫下用電風(fēng)扇加速干濕進(jìn)程);長(zhǎng)期干燥。每一處理3次重復(fù)?？傇囼?yàn)時(shí)間為45天。然后將長(zhǎng)期淹水的土壤用濾紙濾去水分,在烘箱中于30℃下烘干,測(cè)定其固定態(tài)銨含量。1.2.2固定態(tài)銨含量的測(cè)定分別稱取紫泥田、潮沙泥土樣50.0g各3份,按上述要求加入己知濃度的氯化銨溶液,靜置,保持淹水狀態(tài),分別在20,30,40℃(烘箱中)下培養(yǎng)一周,然后取出干燥,測(cè)定固定態(tài)銨含量。1.2.3黨建線性關(guān)系處理nh4c1的制備方法,根據(jù)下提取銨離子濃度測(cè)定其堿離子濃度,當(dāng)nh4c1的濃度,見(jiàn)表1稱取河沙泥耕層土壤(過(guò)100目,土壤代號(hào)為9808)1.00g27份,用0.0001,0.0010,0.0050,0.0100,0.1000,0.5000,1.000mol/LNH4C120ml處理,每一處理重復(fù)3次,振蕩24h,然后離心,測(cè)定上層清液中銨離子濃度。傾去上層清液,測(cè)定不同處理土壤的固定態(tài)銨含量。1.3測(cè)量設(shè)計(jì)和方法1.3.1土樣的預(yù)處理采用Silva-Bremner法,其主要步驟為:稱取1.00g過(guò)100目篩的土樣,將其置于200ml高型燒杯中,加入20ml堿性次溴酸鉀(KBrO)溶液,并用蓋子蓋住,搖勻后靜置2h。加蒸餾水60ml,在電爐或電熱板上暴沸5分鐘,冷卻,靜置(最好過(guò)夜)。傾去上層清液,以0.5mol/LKCl溶液將土樣洗入100ml離心管中,土液體積共80ml,振蕩數(shù)次,離心(離心速度為1000轉(zhuǎn)/分)共10分鐘。然后傾去上層清液,如此再洗1次,將洗凈的土樣加入20m15mol/LHF-HCl溶液,振蕩24h。然后放入龍科-A型半微量蒸餾裝置中蒸鎦(加入15m110mol/LKOH),用2%硼酸溶液吸收,以0.01mol/L的H2S04滴定。1.3.2其他重鉻酸鉀容量法測(cè)定有機(jī)質(zhì);吸管法進(jìn)行土壤機(jī)械分析;高氯酸-硫酸快速消化,擴(kuò)散定氮法測(cè)定土壤全N2結(jié)果與討論2.1關(guān)于粘粒的相關(guān)性對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析(表3)表明,供試土壤固定態(tài)銨含量與<0.1mm的粘粒呈顯著正相關(guān)(r=0.412*,n=28),但與<0.001mm的粘粒的相關(guān)性很差(r=-0.056,n=28)。孫艷等和李忠佩等也有相似結(jié)論。這說(shuō)明這些土壤中的固銨基質(zhì)(2:1型粘土礦物)主要分布在<0.01mm的粘粒中。但韓曉日等指出,不同施肥處理固定態(tài)銨含量與0.001mm粘粒含量呈明顯正相關(guān),但與0.01～0.001mm粘粒含量之間沒(méi)有正相關(guān)關(guān)系。各土帶內(nèi)各土壤成土母質(zhì)及成土年齡的多樣性應(yīng)該是這一差異的原因之一。2.2土壤固定態(tài)銨與全氮的關(guān)系從表3可知,土壤固定態(tài)銨含量與耕作層和表下層的有機(jī)質(zhì)、全氮、有機(jī)氮含量均無(wú)顯著相關(guān)性。這是因?yàn)?(1)雖然土壤固定態(tài)銨是土壤全氮的一部分,但是在大多數(shù)情況下,土壤固定態(tài)銨在土壤全氮中所占比例很小,特別是在耕作條件下,全氮中其它形態(tài)的氮與土壤固定態(tài)銨的富集機(jī)理很不一致,因此,土壤固定態(tài)銨與全氮不成正相關(guān);(2)土壤固定態(tài)銨的來(lái)源并非唯一性,雖然有可能來(lái)自土壤有機(jī)氮礦化和施入的化肥氮,但有相當(dāng)一部分可能來(lái)自成土母質(zhì)的先天賦予,而且其可能達(dá)到的最大含量也只決定于土壤質(zhì)地和粘土礦物組成,與有機(jī)質(zhì)和有機(jī)氮的含量高低無(wú)關(guān):(3)由于這些十壤是稻田土,人們的一切農(nóng)業(yè)措施如施肥將影響著土壤肥力,這些土壤一般很肥沃,從而其固定態(tài)銨所占的比例與旱地相比相對(duì)較少。所以,土壤固定態(tài)銨含量與有機(jī)質(zhì)和有機(jī)氮均無(wú)顯著相關(guān)性。這與李生秀等有相似的結(jié)論.2.3土壤固定態(tài)銨的釋放固銨容量,即最大固銨量,是人們經(jīng)常關(guān)心的問(wèn)題。在某一特定土壤條件下,土壤的最大固銨量主要是溶液中銨濃度的函數(shù)。無(wú)論是在盆栽還是田間條件下,了解施入肥料(尤其是化學(xué)氮肥)后土壤固定態(tài)銨含量的多少是十分重要的,此時(shí)固銨容量越大越好。由于土壤對(duì)銨的固定本身并不是一件壞事,它將起到把土壤介質(zhì)中過(guò)多的銨暫時(shí)貯藏起來(lái),從而如同土壤中許多弱酸弱堿對(duì)pH起調(diào)節(jié)作用般地對(duì)銨起緩沖作用。這對(duì)防止N的流失,調(diào)節(jié)土壤溶液中銨的濃度和平穩(wěn)供氮起著積極的作用。從表4可以看出,隨著溶液中銨離子濃度增大土壤固定態(tài)銨含量也增加。同時(shí),通過(guò)對(duì)比溶液中銨的初始濃度和平衡濃度可知,當(dāng)外加溶液中銨的濃度<0.0050mol/L時(shí),土壤固定態(tài)銨就會(huì)發(fā)生釋放。通過(guò)擬合Langmuir方程,可得最大固定態(tài)銨量為357.2mgN/kg,這與359mgN/kg相近。另外,由于供試土壤為高肥力稻田土壤,土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量均很高,土壤中粘土礦物的固銨位點(diǎn)大多數(shù)被銨所占據(jù),因此,土壤中固定態(tài)銨含量隨溶液中銨濃度升高而增加不多,而對(duì)于同一母質(zhì)發(fā)育的低肥力土壤可能又是另一情形。2.4潮沙泥和紫泥田的固定態(tài)銨含量溫度也是一個(gè)限制土壤對(duì)銨固定的因素。由表5可知,無(wú)論是潮沙泥還是紫泥田,均有固定態(tài)銨含量:30>20,30>40。這與樊小林等的結(jié)論不完全相同。究竟是何原因,還有待于進(jìn)一步探討。2.5堿土礦物所含的堿水分也是影響銨固定的一個(gè)重要因素,這對(duì)以蒙脫石為主的粘土礦物的土壤來(lái)說(shuō)更是如此。從表6知,除了黃泥田外,其它3種土壤的固定態(tài)銨含量有如下規(guī)律:長(zhǎng)期淹水>干濕交替8次>長(zhǎng)期干燥,并且,干濕交替并不顯著增加固定態(tài)銨含量(與長(zhǎng)期干燥相比)。這與Allison的觀點(diǎn)相同。Thompson等指出,當(dāng)交換性銨由于硝化作用或其它過(guò)程而耗竭時(shí),風(fēng)干過(guò)程將導(dǎo)致固定態(tài)銨的釋放。長(zhǎng)期淹水室溫培養(yǎng)有利于銨與粘土礦物孔穴中的銨達(dá)到充分平衡,使得Ca2+、K+、Na+等離子被代換出來(lái)。干濕交替過(guò)程有利于NH4Cl的揮發(fā),這將降低溶液中銨的濃度,但干濕交替有利于蒙脫石固定銨離子,長(zhǎng)期干燥使得其中2:1型粘土礦物所含的Ca2+、K+、Na+等代換得不完全。這也許是導(dǎo)致潮沙泥、紫泥田和河沙泥在3種不同處理時(shí)固定態(tài)銨出現(xiàn)上述規(guī)律的主要原因。而黃泥田是板巖風(fēng)化物發(fā)育而成的,主要粘土礦物為蒙脫石,濕潤(rùn)不利于銨的固定,這也許是使得黃泥田出現(xiàn)不同現(xiàn)象的原因。3土壤鉀等化學(xué)成分。條件土壤中固定態(tài)銨的影響因素是很復(fù)雜的,即包括粘土礦物類型和數(shù)量,與