蘇 朋， 傅 昱， 何 艷， 徐建明， 吳建軍， 吳良歡

(浙江大學環(huán)境與資源學院， 浙江省亞熱帶土壤與植物營養(yǎng)重點實驗室，浙江杭州 310029)

本研究針對浙江低產(chǎn)酸化黃泥田雙季稻區(qū)輪作模式下的稻區(qū)實際情況，模擬田間夏季早稻和冬季晚稻還田時的環(huán)境溫度，選用稻稈材料在實驗室控制條件下開展了培養(yǎng)試驗，探討了微生物促腐菌劑添加下兩種溫度環(huán)境中不同水分狀況、 配施氮肥類型對土壤氮素轉化的影響，并同時監(jiān)測了秸稈還田過程中水肥耦合管理對酸化黃泥田的酸度改良效果，旨在了解水稻土休耕季節(jié)各類氮素形態(tài)轉化和其隨農(nóng)業(yè)水肥管理措施的變化，以期為南方稻區(qū)秸稈資源有效利用和低產(chǎn)稻田的合理施肥提供理論依據(jù)和實施方法。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

本研究選用我國南方典型低產(chǎn)水稻土酸化黃泥田為供試土壤，樣品采自浙江省金華市婺城區(qū)瑯琊鎮(zhèn)(119°28′2.86″E、 29°01′8.83″N)，每塊樣地采0—20 cm多點混合樣品，剔去石子、 根系等雜物后混勻風干，過2 mm篩備用。植物材料選取當?shù)厍凹舅窘斩挒樵囼灢牧希?0℃烘48小時， 粉碎，過0.25 mm篩備用；秸稈促腐微生物菌劑為湖北農(nóng)科院植保土肥研究所研制的秸稈快速腐熟菌劑(專利號：201010228347)[19]，以熱帶假絲酵母、 米曲霉、 綠色木霉菌、 枯草芽孢桿菌等為活性成份，總有效菌活數(shù)>0.5億/g；秸稈腐解過程中，同時選取尿素和豬糞作為輔施氮肥，用于調(diào)節(jié)C/N條件至適宜微生物發(fā)揮作用的25 ∶1[7]。土壤、 物料的常規(guī)理化性狀見表1。

表1 供試土壤和物料的基本理化性質

采用實驗室控制條件下研究培養(yǎng)試驗。稱取相當于50 g烘干土重的經(jīng)過預培養(yǎng)的土壤樣品放入塑料封口袋中，按15 g/kg土和0.5 g/kg秸稈的比例分別加入秸稈和腐解菌劑，以尿素(U)或豬糞(M)調(diào)節(jié)C/N至25 ∶1，添加量以尿素和豬糞材料的含N量作為計算依據(jù)?；靹虿⒎謩e調(diào)節(jié)至最大田間持水量的40%和100%后培養(yǎng)105天，雙季稻區(qū)稻桿還田的實際田間溫度作為模擬試驗培養(yǎng)溫度設定的重要參考，分別為15℃和35℃。塑料袋封閉并保留小口以保證氣體交換及減少水分散失，同時以不加菌劑處理作為空白對照，所有處理重復3次。試驗所用土樣需在25℃恒溫箱中黑暗條件下好氧預培養(yǎng)7天，用來恢復土壤微生物活性。試驗過程中每隔3天采用稱重法調(diào)節(jié)和維持土壤含水量。本試驗包括溫度(15℃、 35℃)、 水分(WHC40%、 WHC100%)和氮素(U、 M)三個因素，完全隨機設計共得8個處理。

1.2 測定方法與計算

可溶性無機氮(TIN)、 DON(可溶性有機氮)、 凈礦化的氮(Nm)和凈硝化的氮(Nn)按照下列公式計算：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：TDN為總可溶性氮含量； t為末時間(30 d或105 d)；t0為初時間(0 d)。

1.3 統(tǒng)計分析與繪圖

所有試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003處理；各處理間的差異性和相關性分析分別采用SPSS16.0軟件的t檢驗(Student's t test)和皮爾遜雙尾相關性分析(Pearson 2-tails test of significance)進行，并用pH值與其它各形態(tài)氮數(shù)值做逐步回歸分析；圖形制作采用Origin 8.0軟件。

2 結果與分析

2.1 秸稈分解過程中無機氮的釋放動態(tài)

圖1 各試驗處理條件下黃泥田中含量的動態(tài)變化Fig.1 Dynamics of ammonium contents in soils from experimental treatments

圖2 各試驗處理條件下黃泥田中含量的動態(tài)變化Fig.2 Dynamics of nitrate contents in soils from experimental treatments

2.2 秸稈分解過程中總水溶性氮素(TDN)的釋放動態(tài)

在兩種溫度環(huán)境中，總水溶性氮素(TDN)含量隨不同水分狀況和配施氮肥類型處理間差異的變化趨勢一致(圖3)。隨培養(yǎng)時間的延長，一般在前15 d迅速降低，爾后逐漸回升，到培養(yǎng)末期，甚至達到與其初始值相近或更高的水平，這種變化在高水分條件下更為明顯(WHC100%)。配施相同氮肥的情況下，培養(yǎng)30 d后顯現(xiàn)WHC100%>WHC40%的規(guī)律。從培養(yǎng)7 d起直至培養(yǎng)末期，配施尿素處理可釋放的TDN一直顯著高于配施豬糞處理 (P<0.01)。WHC100%條件下，配施豬糞處理釋放的TDN相對較低并維持在30 mg/kg左右。培養(yǎng)前15 d內(nèi)，TDN含量與水分含量呈負相關(P<0.05)，而培養(yǎng)15 d后，TDN含量與水分含量呈顯著正相關(P<0.01)。

圖3 各試驗處理條件下黃泥田總水溶性氮含量變化Fig.3 Dynamics of contents of total dissolved nitrogen in soils in the experimental treatments

2.3 秸稈分解過程中土壤pH的動態(tài)變化

圖4 各試驗處理黃泥田土壤pH值的動態(tài)變化Fig.4 Dynamics of pH values in soil samples in the experimental treatments

圖5 培養(yǎng)周期內(nèi)各處理土壤不同氮素形態(tài)含量的變化Fig.5 Concentration changes of different N forms in soils with different treatments within incubation period

3 討論

總水溶性氮(TDN)由溶解性無機氮(DIN)和溶解性有機氮 (DON)組成，是土壤微生物的有效氮庫，直接影響秸稈的分解。添加秸稈后，土壤TDN的含量在培養(yǎng)初期降低，與微生物分解秸稈過程中生理代謝合成自身生命體而導致土壤氮的生物固定作用有關[20]。并且，該階段(15 d內(nèi))TDN含量是與土壤水分含量呈負相關，表明高水分條件下微生物代謝更旺盛、 消耗更多。而后期WHC100%配施尿素處理中TDN含量的升高很可能與該處理中高含量的有效態(tài)氮有關，可能來自秸稈分解釋放的溶解性氮及氨化、 硝化過程中無機氮的積累。土壤TDN含量在一些處理中顯示出氮的生物固定作用(如在培養(yǎng)末期小于培養(yǎng)初期的WHC40%條件下的處理)，這與周江敏等人由TDN變化得出秸稈腐解增加土壤氮素固定的結果是一致的[21]。DON僅占土壤氮很小一部分，是土壤易分解氮庫中可迅速礦化[22]及活性最高的組分之一[21,23]。通過TDN與TIN間的差值判斷土壤中DON的變化動態(tài)(圖5)可知，秸稈還田后，土壤DON隨秸稈分解進程的推進大致是呈增加趨勢的，這點在WHC100%條件下更明顯，與一些研究結果相符[23]，可能與死亡微生物體的分解， 以及微生物對有機物的分解過程中釋放的含氮化合物的積累有關[22]，后期的上升更可能來自后者。

圖6 培養(yǎng)周期內(nèi)各試驗處理條件下氮的凈礦化量與凈硝化量值Fig. 6 The net amount of N mineralization and nitrification in soils from experimental treatments

表2 土壤pH值與各形態(tài)氮素的多元回歸分析

4 結論

2)秸稈還田過程中，土壤氮的生物有效性和土壤水分狀況對氮轉化過程具有調(diào)控作用。氮肥生物有效性對土壤氮礦化影響大，低水分條件下施尿素凈礦化量較大，水分狀態(tài)對土壤硝化作用的影響更大；高水分條件下施豬糞也能產(chǎn)生極大的凈礦化量。

3)無論何種水肥管理措施，秸稈還田均可使土壤pH值普遍提升，低水分條件下效果更明顯。高水分條件下，秸稈還田配施尿素在還田初期，土壤pH雖有升高，由于后期強硝化作用導致pH下降，最終導致致酸效應。生產(chǎn)實踐中應重視長周期后產(chǎn)生的酸效應，若秸稈還田周期短，亦可選擇配施尿素并維持一定的土壤含水量。

4)在華中低產(chǎn)黃泥田雙季輪作稻區(qū)，為推薦采用以下田間優(yōu)化管理措施， 早稻還田時氣溫高周期短，推薦保持WHC100%、 輔施適量尿素、 并配合添加秸稈腐解菌劑；晚稻還田時氣溫低周期長，推薦保持WHC40%并輔施豬糞，防止微生物氮素被微生物固定，促進農(nóng)田保氮。

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