劉 陽，習向銀*，袁尚鵬，袁秀梅，王秀斌

（1．西南大學資源環(huán)境學院，重慶 400715；2．中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

綠肥是我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華，也是當今生態(tài)農(nóng)業(yè)不可或缺的組成部分。其中豆科綠肥由于其具有固氮吸碳作用和豐富的種質(zhì)資源，把其納入農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，是保證氮素持續(xù)、均衡地供應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個有利措施［1-2］。氮素是植物需求最多、土壤供應(yīng)較少、供求之間存在矛盾的礦質(zhì)元素［3］。土壤中氮素主要以有機氮形式存在，同時豆科綠肥帶入土壤中的氮也以有機態(tài)為主。但是，植物一般不能直接利用有機態(tài)氮，須通過礦化作用轉(zhuǎn)化為無機態(tài)氮才能被植物吸收利用［4］。此外，硝化作用也是影響土壤氮素供應(yīng)和損失的另外一個重要過程［5］。因此，研究豆科綠肥利用對土壤氮素礦化及硝化作用的影響對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為實現(xiàn)作物增產(chǎn)而采取的一個重要管理措施，對維持農(nóng)田土壤生產(chǎn)力和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)健康至關(guān)重要［6］。有機肥合理利用可提高土壤肥力及其生產(chǎn)力［7］，改變土壤pH值等，影響微生物活性和氮素轉(zhuǎn)化過程等［8-9］。研究表明，稻草覆蓋減緩了土壤有機態(tài)氮向無機態(tài)氮的轉(zhuǎn)化速率［10］，但有機廢棄物堆肥卻能促進土壤中有機氮的礦化［11］。又有研究表明，有機肥與土壤混勻利用時土壤氮素的礦化為凈固持，而覆蓋在土壤表層利用時土壤氮素礦化為凈礦化［12］。類似研究表明，2和3 g/kg辣椒殘體施用量下的土壤氮素表現(xiàn)為凈固持，5 g/kg施用量下的土壤氮素表現(xiàn)出凈礦化［13］。此外，不同土壤種類下土壤氮礦化和硝化對氮素增加的反應(yīng)各異［14］。因此，有機肥對土壤氮素的礦化和硝化的影響不盡相同，與有機肥本身特性、用量、利用方式、土壤質(zhì)地、溫度、pH值、水分等因素密切相關(guān)［15］。

紫色土是川、渝地區(qū)一類重要的農(nóng)業(yè)土壤資源，以丘陵和低山地貌為主，墾殖指數(shù)、復雜指數(shù)高，侵蝕嚴重，并且紫色土具有成土快，發(fā)育淺，氮素含量普遍低的特點［7，16］。因此，提高和維持紫色土氮素含量是紫色土分布區(qū)地方經(jīng)濟發(fā)展的迫切要求。近年來，綠肥利用對紫色土坡耕地改良的研究已有開展［7］，但是，就不同綠肥利用方式對紫色土氮素礦化和硝化影響的研究很少。本研究選用川、渝兩地常見的豆科綠肥蠶豆為研究材料，通過室內(nèi)恒溫恒濕好氣培養(yǎng)法開展試驗，研究綠肥翻壓和覆蓋兩種利用方式對紫色土氮素礦化和硝化作用的影響，以期為提高和維持紫色土氮素含量及紫色土區(qū)域綠肥合理利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤：取自重慶市西南大學竹園后山試驗基地，土壤類型為中性紫色土，土壤取回后置于室內(nèi)風干磨細過2 mm篩后供培養(yǎng)試驗用，其理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤物理化學性質(zhì)

供試綠肥：蠶豆，為重慶、四川常種的冬季綠肥。蠶豆綠肥于2013年11月1日播種，2014年3月1日蠶豆盛花期收獲，同時測量蠶豆綠肥鮮生物量為4.05×104kg/hm2。然后對蠶豆綠肥進行殺青處理，最后在65℃下烘干磨碎過2 mm篩后備用，其化學性質(zhì)見表2。

表2 供試蠶豆綠肥化學性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計與培養(yǎng)

試驗以蠶豆綠肥翻壓（FY）和覆蓋（FG）兩種利用方式為研究對象，每種利用方式均設(shè)置3種綠肥添加量，按添加量0.6%、1.8%、3%（相當于鮮 綠 肥 10 400、31 200、52 000 kg/hm2） 把 蠶 豆 綠肥分別添加到100 g風干土中，充分混勻，并以無綠肥添加空白土壤作為對照，共7個處理，依次分別記為FG0.6、FG1.8、FG3.0、FY0.6、FY1.8、FY3.0、CK。模擬田間綠肥還田的方式、用量及田間含水量等條件，采用室內(nèi)恒溫（25±0.5）℃好氣培養(yǎng)法［10，17-19］進行培養(yǎng)，培養(yǎng)容器為 150 mL 燒杯。該試驗具體培養(yǎng)過程如下：

礦化試驗：稱取過2 mm篩的風干土壤100 g于150 mL燒杯中，加水至田間持水量的30%，用保鮮膜將燒杯口密封，并用針在保鮮膜上均勻扎幾個小孔以創(chuàng)造好氣環(huán)境。置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中避光進行1周的預培養(yǎng)，以達到激活土壤微生物活性的目的。1周后第一次取樣，記為第0 d取樣。隨后對預培養(yǎng)后的土壤按試驗設(shè)計進行處理，通過稱重調(diào)節(jié)含水量，使土壤含水量為田間持水量的65%，用保鮮膜密封，扎上小孔，將燒杯放入25℃的培養(yǎng)箱避光培養(yǎng)。在培養(yǎng)期間每隔1 d采用稱重法補充失去的水分，使土壤水分保持恒定狀態(tài)。每個處理分別在培養(yǎng)后的1、3、5、7、14、21、28、35、42、49、56、63 d隨機取3個重復試樣，測定其NH4+-N、NO3--N、全氮、有機質(zhì)。

硝化試驗：培養(yǎng)方法同礦化試驗類似，但每個處理留3個燒杯不加硫酸銨，其余燒杯加入硫酸銨溶液（添加量為 120 mg/kg）［20］。同樣在培養(yǎng)后的 1、3、5、7、14、21、28、35、42、49、56、63 d 隨機取3個重復試樣，測定其NH4+-N、NO3--N的含量。不加硫酸銨的處理在第63 d取樣，用于測定氨氧化潛勢、硝化強度。

1.3 測定項目與數(shù)據(jù)計算

土壤和綠肥的基本理化性質(zhì)參照《土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法》常規(guī)方法測定［21］。土壤pH值采用酸度計法測定（液土比為2.5∶1），田間持水量采用威爾科克斯法測定，土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定。土壤全氮采用半微量凱氏法測定，土壤全磷采用氫氧化鈉熔融-鉬藍比色法測定，土壤全鉀采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法測定。土壤有效磷采用Olsen法測定，土壤速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定。土壤NH4+-N采用靛酚藍比色法［21］，NO3--N采用紫外分光光度法測定［22］，土壤氨氧化潛勢的測定參考Kurola等［23］的方法，土壤硝化強度采用懸液培養(yǎng)法測定［24］。綠肥全碳采用重鉻酸鉀容量法，綠肥全氮采用半微量凱氏法，綠肥全磷采用釩鉬黃比色法，綠肥全鉀采用火焰光度法。數(shù)據(jù)計算方法如下：

土壤氮礦化量=培養(yǎng)后的礦質(zhì)氮總量-培養(yǎng)前的初始礦質(zhì)氮總量［20］

硝化率（%）=NO3--N/（NH4+-N+NO3--N）×100（硫酸銨培養(yǎng)后土壤中硝態(tài)氮與礦質(zhì)氮之比）［20］

氨氧化潛勢［μg/（g·h）］=培養(yǎng)后濾液中NO2-含量 ×25/（5×65%×24）［23］

硝化強度（%）=（原始培養(yǎng)基中NO2-量-培養(yǎng)后培養(yǎng)基中NO2-量）/原始培養(yǎng)基中NO2-量×100［24］

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用SPSS 18.0軟件進行方差分析和相關(guān)性分析，多重比較采用LSD最小極差法。Excel 2016軟件進行數(shù)據(jù)計算和圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 蠶豆綠肥利用方式對紫色土土壤氮素礦化的影響

2.1.1 蠶豆綠肥利用方式對紫色土土壤凈氮礦化量的影響

凈氮礦化量是指一定時間內(nèi)土壤礦化氮量與微生物固持氮量的差值，它是土壤氮素供應(yīng)的容量指標［25］。圖1為不同蠶豆綠肥利用方式下紫色土土壤凈氮礦化量的時間曲線。與對照相比，在14～63 d內(nèi)添加綠肥顯著增加了土壤凈氮礦化量（P＜0.05），說明綠肥利用促進了土壤氮的礦化。CK處理除第1 d外，其余時間的土壤凈氮礦化量都為負值，培養(yǎng)結(jié)束時礦化量最小，為-20.28 mg/kg，表明在培養(yǎng)過程中，礦質(zhì)氮不斷被微生物固持?？傮w而言，所有綠肥處理的土壤凈氮礦化量在0～21 d 變化較大，21～ 63 d相對穩(wěn)定。

當蠶豆綠肥覆蓋時，在1～42 d內(nèi)，土壤凈氮礦化量隨綠肥覆蓋量增加而增加，其中，在3～14 d，各綠肥覆蓋處理間差異顯著（P＜0.05）；在49～63 d，土壤凈氮礦化量隨綠肥覆蓋量增加而呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，其中，F(xiàn)G1.8和FG3.0無顯著差異，但均顯著高于CK和FG0.6（P＜0.05）。FG0.6處理凈氮礦化量在第49 d出現(xiàn)最大值，F(xiàn)G1.8和FG3.0處理均在第3 d出現(xiàn)最大值，依次分別較對照增加了 28.04、128.79、203.48 mg/kg。由圖1還可看出，所有綠肥覆蓋處理（除FG0.6處理外）的土壤凈氮礦化量在1～21 d均呈現(xiàn)先迅速上升后迅速下降，21 d后土壤凈氮礦化量保持緩慢變化趨勢。當蠶豆綠肥翻壓時，在1～3 d內(nèi)，土壤凈氮礦化量隨綠肥翻壓量增加而呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢；在5～63 d，土壤凈氮礦化量隨著綠肥翻壓量的增加而增加，其中，5～21 d各綠肥處理間差異顯著（P＜0.05）；在28～63 d內(nèi)，各綠肥處理間差異不顯著。FY0.6和FY1.8峰值出現(xiàn)在第1 d，F(xiàn)Y3.0 峰值出現(xiàn)在第 5 d，峰值分別為 110.98、304.21 和 174.27 mg/kg，均顯著高于 CK（P＜0.05）。可見，與對照相比，蠶豆綠肥翻壓均有利于紫色土土壤凈氮礦化量增加。由圖1還可知，在第1 d時，相同綠肥用量下，綠肥翻壓顯著大于綠肥覆蓋（P＜0.05）；在5～7 d，相同綠肥用量下，綠肥翻壓大于綠肥覆蓋，但處理間差異不顯著；14～63 d，相同綠肥用量下，綠肥覆蓋和翻壓呈現(xiàn)不同趨勢。所有綠肥翻壓處理均在0～5 d內(nèi)達到一個最大值，然后在5～21 d迅速下降，21 d后保持緩慢變化的趨勢。總之，蠶豆綠肥覆蓋或者翻壓均有利于紫色土土壤凈氮礦化量增加，且在一定時間范圍內(nèi)有隨綠肥施用量增加而增加的趨勢。

圖1 蠶豆綠肥利用方式對紫色土土壤凈氮礦化量動態(tài)變化的影響

2.1.2 蠶豆綠肥利用方式對紫色土土壤全氮和有機質(zhì)含量的影響

如表3所示，與對照相比，所有綠肥翻壓量和中高量綠肥覆蓋量均不同程度顯著提高了紫色土土壤全氮和有機質(zhì)的含量，F(xiàn)Y0.6、FY1.8、FY3.0、FG1.8和FG3.0增幅依次分別為0.17、0.23、0.24、0.63、0.92 g/kg和 1.51、1.84、4.43、11.57、19.15 g/kg；另外，土壤全氮和有機質(zhì)均隨著綠肥翻壓或覆蓋量的增加而增加。對于綠肥翻壓處理而言，F(xiàn)Y0.6、FY1.8和FY3.0處理的全氮含量分別是CK的1.83、3.17和4.17倍，且處理間達到了顯著差異（P＜0.05）；類似地，F(xiàn)Y0.6、FY1.8和FY3.0處理的有機質(zhì)含量分別是對照的1.93、3.44和5.03倍，且處理間也達到了顯著差異（P＜0.05）。對于綠肥覆蓋處理而言，F(xiàn)G0.6、FG1.8和FG3.0全氮含量分別是CK的1.14、1.59和1.79倍，其中FG1.8和FG3.0處理與對照和FG0.6達到了顯著差 異（P＜0.05）；FG0.6、FG1.8、FG3.0處 理 的 有機質(zhì)含量分別是對照的1.18、1.32、1.39倍，且處理間無顯著差異?？梢?，在相同綠肥施用量下，綠肥翻壓對土壤全氮和有機質(zhì)含量的提高效應(yīng)明顯高于綠肥覆蓋，且綠肥用量越大提高作用更為明顯。

表3 蠶豆綠肥利用方式對紫色土土壤全氮和有機質(zhì)含量的影響（63 d）

2.2 蠶豆綠肥利用方式對紫色土土壤硝化的影響

2.2.1 蠶豆綠肥利用方式對紫色土土壤硝化率的影響

如圖2可知，蠶豆綠肥覆蓋或翻壓后，紫色土土壤的硝化率在整個培養(yǎng)過程中總體變化規(guī)律比較類似，大致呈“S”形變化，可分為3個階段：緩慢階段、迅速上升階段和平穩(wěn)階段。在1～7 d，所有處理的土壤硝化率均比較低，綠肥覆蓋處理的土壤硝化率變幅在13.03%～35.55%之間，綠肥翻壓處理的土壤硝化率變幅在3.82%～11.58%之間?？梢?，在1～7 d，相同綠肥用量下，綠肥覆蓋處理的土壤硝化率顯著高于綠肥翻壓處理，除FG0.6和FG1.8處理外，其他綠肥處理土壤硝化率均顯著低于CK（P＜0.05）。說明在1～7 d內(nèi)所有綠肥翻壓處理和高覆蓋量處理均顯著抑制了土壤硝化作用，且在相同綠肥用量下，綠肥翻壓大于綠肥覆蓋。由圖2還可知，在3～7 d時，各綠肥覆蓋處理間差異顯著（P＜0.05），土壤硝化率隨著綠肥覆蓋量的增加而下降。同樣地，在1～7 d，所有綠肥翻壓處理對土壤硝化率有明顯抑制作用，而且有隨綠肥用量增加而增強的趨勢。7 d之后土壤硝化率開始迅速上升，在21 d時，各綠肥處理間硝化率達到了顯著差異（P＜0.05）。其中，F(xiàn)G0.6、FG1.8和FG3.0的硝化率分別為89.50%、93.22%和81.17%，F(xiàn)Y0.6、FY1.8和FY3.0的硝化率分別為79.67%、81.31%和71.14%，除FY3.0處理外，所有綠肥處理土壤硝化率均顯著高于CK（P＜0.05）。相同綠肥用量下，蠶豆綠肥覆蓋比翻壓更能促進紫色土的硝化作用。在培養(yǎng)28 d后，各處理土壤硝化率均達到90%左右。從28 d到培養(yǎng)結(jié)束，綠肥覆蓋或翻壓均顯著提高了土壤硝化率，且35 d后土壤硝化率均表現(xiàn)為 FG3.0＞FG1.8＞FG0.6，F(xiàn)Y3.0＞FY1.8＞FY0.6，且差異顯著（P＜0.05）。

圖2 蠶豆綠肥利用方式對紫色土土壤硝化率動態(tài)變化的影響

2.2.2 蠶豆綠肥利用方式對紫色土土壤氨氧化潛勢和土壤硝化強度的影響

氨氧化（也稱亞硝化）作用是硝化作用的第一個過程，氨氧化潛勢也稱硝化速率，可以用來表征土壤氨氧化能力［3］。從表4可知，與CK相比，豆科綠肥顯著促進了紫色土土壤氨氧化作用，氨氧化潛勢變幅在0.11～ 0.17 μ g/（g·h）之間。其中，各綠肥翻壓處理之間達到了顯著水平（P＜0.05），綠肥覆蓋中高量間也達到了顯著水平（P＜0.05），均有隨用量增加而增加的趨勢。由表4還可知，F(xiàn)Y3.0氨氧化潛勢最高，比CK增加了142.86%，而且，F(xiàn)G3.0的氨氧化潛勢比CK增加了128.57%；在相同綠肥用量下，綠肥翻壓比綠肥覆蓋更有利于氨氧化作用?？傊?，蠶豆綠肥顯著提高了土壤氨氧化能力，且綠肥翻壓優(yōu)于綠肥覆蓋，并在一定范圍內(nèi)隨綠肥用量增加而增加。

亞硝酸氧化作用是硝化作用的第二個過程，亞硝酸氧化細菌將NO2--N氧化成NO3--N 的作用可以用硝化強度表示［3］。從表4可知，與CK相比，豆科綠肥對土壤硝化強度有顯著的增強作用，硝化強度在63.38%～95.79%之間變動。其中，綠肥翻壓低中用量之間達到了顯著水平（P＜0.05），綠肥覆蓋3個用量之間均達到了顯著水平（P＜0.05），而且均有隨用量增加而增加的趨勢。由表4還可看出，F(xiàn)Y3.0、FY1.8和FG3.0的土壤硝化強度分別是CK的1.60、1.59和1.59倍，均顯著高于對照和其他綠肥處理；在相同綠肥用量下，綠肥翻壓比綠肥覆蓋更有利于硝化強度的增強?？傊?，蠶豆綠肥顯著提高了紫色土土壤硝化強度，且綠肥翻壓好于綠肥覆蓋，并在一定范圍內(nèi)有隨綠肥翻壓量增加而增加的趨勢。

表4 蠶豆綠肥利用方式對紫色土土壤氨氧化潛勢和硝化強度的影響

2.3 土壤礦化和硝化與紫色土土壤理化性質(zhì)間的關(guān)系

土壤中的氮礦化是有機氮首先通過氨化作用礦化成NH4+-N，再進一步經(jīng)過硝化作用轉(zhuǎn)化成NO3--N的過程，土壤氮礦化量與NH4+-N、NO3--N含量密切相關(guān)［11］。運用Pearson雙側(cè)檢驗對土壤氮素礦化特征進行相關(guān)性分析（表5），在培養(yǎng)過程中，土壤凈氮礦化量分別與全氮和有機質(zhì)呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.38和0.41。由表5還可知，土壤凈氮礦化量與土壤銨態(tài)氮呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，與硝態(tài)氮呈現(xiàn)極顯著負相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.98和-0.46。

土壤pH值是影響土壤硝化作用的主要因素之一［26］。對在25℃培養(yǎng)條件下培養(yǎng)結(jié)束時所有處理的土壤氮素硝化率和土壤pH值進行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)土壤的硝化率與土壤pH值存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系（r=0.80**）。諸多研究也表明硝化率與土壤pH值呈顯著正相關(guān)，在pH值為5.6～8.0時硝化率隨土壤pH值的上升而升高，這是由于自養(yǎng)硝化菌適宜在pH值6.6～8.0或更高的范圍內(nèi)生長［27-28］。此外，通過相關(guān)性檢驗發(fā)現(xiàn)，所有處理土壤pH值與土壤氨氧化潛勢和土壤硝化強度之間也存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系（r=0.86**，r=0.85**）。

表5 影響氮素礦化的關(guān)鍵因子之間的相關(guān)性分析

3 討論

3.1 蠶豆綠肥利用方式與紫色土的氮素礦化

在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，土壤氮同時進行2個過程轉(zhuǎn)化：一是礦化作用，在微生物作用下將有機氮轉(zhuǎn)化為無機氮；另一個是腐質(zhì)化過程，即已礦化的氮被土壤中微生物同化而形成有機氮，被稱為礦化氮的固持作用。其中，土壤氮的礦化對作物供氮起著非常重要的作用［10］。綠肥還田土壤后，通過改變土壤濕度、溫度、水分等環(huán)境因素，從而對微生物活性產(chǎn)生影響，同時綠肥還田后可能引起土壤氮素的激發(fā)效應(yīng)，發(fā)生氮的礦化或固持現(xiàn)象［29］。

本研究結(jié)果表明，土壤凈氮礦化量在0～21 d內(nèi)變化較大，在21～63 d內(nèi)變化緩慢，這與吳元華等［30］的研究結(jié)果類似。其中，0～21 d為綠肥養(yǎng)分快速釋放期，綠肥中易腐解部分被微生物快速礦化分解［31-32］，有機物礦化分解向土壤中不斷釋放礦質(zhì)氮，同時微生物獲得充足的碳源，導致一部分礦質(zhì)氮被微生物固持，這一階段礦化和固持過程都很強；21～63 d為養(yǎng)分緩慢釋放期，綠肥中易分解的有機物被分解殆盡，并且土壤中易被微生物利用的碳源減少，微生物對礦質(zhì)氮的固持也相對較少，土壤微生物固持-釋放過程處于一個相對平衡的狀態(tài)［33-35］。CK處理除第1 d外，其余時間的土壤凈氮礦化量都為負值，培養(yǎng)結(jié)束時礦化量最小，這可能是因為微生物增殖過程消耗一定量的礦質(zhì)氮，導致氮礦化速率相對較慢［14］。在1～42 d內(nèi)，土壤凈氮礦化量隨綠肥覆蓋量增加而增加，在49～63 d，土壤凈氮礦化量隨綠肥覆蓋量增加而呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢；在1～3 d內(nèi)，土壤凈氮礦化量隨綠肥翻壓量增加而呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在5～63 d內(nèi)，土壤凈氮礦化量隨綠肥翻壓量增加而增加。可見，綠肥覆蓋或翻壓在整個培養(yǎng)過程中隨綠肥施用量增加而呈現(xiàn)不同趨勢，這需要進一步研究與驗證。與對照相比，蠶豆綠肥覆蓋或者翻壓均有利于紫色土土壤凈氮礦化量增加，其凈礦化量在培養(yǎng)期間基本都是正值（圖1）。導致上述結(jié)果的原因可能有兩個，一是綠肥的添加滿足了微生物對氮素的大量需求［25］，進而促進了紫色土的礦化作用；二是綠肥釋放了大量無機氮所致。具體原因有待于進一步驗證。本文結(jié)果還初步表明，在培養(yǎng)第1 d和第5～7 d，在相同綠肥用量下，土壤凈氮礦化量表現(xiàn)出綠肥翻壓大于綠肥覆蓋（圖1），這主要是因為綠肥翻壓與土壤顆粒充分接觸，為微生物提供了大量的有機物質(zhì)，為土壤氮礦化奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

土壤氮礦化與土壤有機質(zhì)和土壤全氮有密切關(guān)系［36-37］。本文的研究也證實了這一點（表5）。由表5可知，土壤凈氮礦化量與土壤銨態(tài)氮呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，與硝態(tài)氮極顯著負相關(guān)。這與前人的研究結(jié)果不同［11］，這可能與供試有機物料性質(zhì)［14］、用量［13］以及土壤類型［14］有關(guān)，這也表明土壤氮礦化影響因素復雜多樣，其作用機理還有待于進一步研究。本文的研究還表明，綠肥利用均顯著提高了土壤全氮和有機質(zhì)含量（除低用量之外，表3），且綠肥翻壓明顯高于綠肥覆蓋處理（表3）。這主要是因為，綠肥腐解將自身一部分有機碳釋放到土壤中，增加了土壤有機質(zhì)含量，同時也提高了土壤全氮含量［7］。另外，綠肥覆蓋導致作物殘體本身含水量降低，與土壤微生物及水分接觸機會少，有機物殘體的分解速率低于綠肥翻壓處理［38］，從而導致綠肥翻壓對土壤有機質(zhì)和全氮的提高作用大于綠肥覆蓋。

3.2 蠶豆綠肥利用方式與紫色土的氮素硝化

本研究表明，土壤硝化率在培養(yǎng)過程中隨時間呈“S”型變化，分為緩慢階段、迅速上升階段和平穩(wěn)階段（圖2），這與前人的研究結(jié)果相吻合［39-40］。硝化作用主要是由硝化微生物作用進行的，起初土壤中硝化菌的數(shù)量相對較少，但當銨態(tài)氮施入土壤后硝化菌迅速生長，其中，緩慢階段是硝化菌的生長時期，迅速上升階段和平穩(wěn)階段主要是由銨態(tài)氮的衰退引起的［41］。在1～7 d，所有綠肥翻壓處理和高覆蓋量處理土壤硝化率均顯著低于CK（圖2），這可能是因為綠肥翻壓和高覆蓋量處理對土壤有機質(zhì)的增加作用更為顯著，而有機質(zhì)含量較高時對土壤自養(yǎng)硝化細菌具有抑制作用［42］。7 d之后土壤硝化率開始迅速上升，在培養(yǎng)28 d后，各處理土壤硝化率均達到90%左右，這可能是因為硝化菌快速繁殖，導致硝化作用增強（圖2）。從35 d到培養(yǎng)結(jié)束，綠肥覆蓋或翻壓均顯著提高了土壤硝化率，且隨綠肥施用量增加而增加，這可能是因為綠肥施用量的增加導致分解礦化產(chǎn)生的銨態(tài)氮相對增多，因而對硝化作用的刺激作用增強［43］。硝化作用分兩個階段完成，即氨氧化和亞硝酸氧化過程。本研究還表明，綠肥利用均顯著提高了土壤氨氧化潛勢和土壤硝化強度，且隨綠肥施用量增加而增加，這與辜運富等［44］和宋三多等［45］的研究結(jié)果類似，可能是因為綠肥腐解為硝化有關(guān)微生物群落生長繁殖提供了可利用的碳源或氮源，從而提高了紫色土硝化微生物數(shù)量，增強了硝化細菌活性［3］，而且綠肥礦化作用產(chǎn)生大量的銨態(tài)氮有利于硝化作用［46］。但何飛飛等［47］發(fā)現(xiàn)施用有機肥降低了土壤氨氧化潛勢，這可能是因為不同種類有機肥C/N不同，對土壤硝化作用的影響不同［48］。相同綠肥用量下，綠肥翻壓處理的氨氧化潛勢和土壤硝化強度高于綠肥覆蓋處理，這說明綠肥翻壓比綠肥覆蓋更有利于促進土壤硝化作用，更有利于土壤氮素供給。這可能是因為綠肥翻壓對土壤銨態(tài)氮含量和pH值增加作用更為明顯些，具體原因有待于進一步驗證。范曉輝等［49］的研究表明，土壤硝化作用與土壤pH值和有機質(zhì)含量呈正相關(guān)。這意味著綠肥翻壓比綠肥覆蓋更有利于提高土壤pH值和有機質(zhì)含量，從而有利于土壤的硝化作用。此證據(jù)有待于進一步證實。

由于本試驗采用室內(nèi)恒溫好氣培養(yǎng)法來初步探索蠶豆綠肥對紫色土氮素轉(zhuǎn)化特征的影響，然而室內(nèi)培養(yǎng)條件與田間實際狀況有一定的差距。此外，在本試驗中，無法區(qū)分添加豆科綠肥后土壤無機氮大量增加是來自土壤氮素礦化還是蠶豆綠肥腐解。因此，關(guān)于蠶豆綠肥如何影響紫色土土壤氮素礦化和硝化作用，還需要開展進一步試驗進行深入探究。

4 結(jié)論

蠶豆綠肥覆蓋和翻壓均有利于紫色土土壤凈氮礦化量、土壤硝化率的增加，且在一定范圍內(nèi)有隨綠肥施用量增加而增加的趨勢。與對照相比，施用綠肥均提高了土壤全氮、有機質(zhì)含量、土壤的氨氧化潛勢和土壤硝化強度。相同綠肥用量下，綠肥翻壓對土壤礦化和硝化作用明顯強于綠肥覆蓋。相關(guān)分析表明，土壤凈氮礦化量與銨態(tài)氮、全氮和有機質(zhì)呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與硝態(tài)氮呈現(xiàn)極顯著的負相關(guān)關(guān)系，土壤硝化率、土壤氨氧化潛勢和土壤硝化強度與土壤pH值之間均存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系?？梢姡m量蠶豆綠肥翻壓或覆蓋均可促進土壤氮素轉(zhuǎn)化過程，其對紫色土氮素轉(zhuǎn)化的影響因其利用方式和施用量的不同而異。