雷秀美，王 飛，2，周碧青，3，楊文浩，3，聶三安，4，邢世和，3*

（1.福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福州 350002；2.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，福州 350003；3.土壤生態(tài)系統(tǒng)健康與調(diào)控福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350002；4.福建農(nóng)林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福州 350002）

自然界土壤中絕大多數(shù)氮素是以有機(jī)態(tài)氮的形式存在，其中可以溶于水和鹽溶液的那部分有機(jī)氮稱(chēng)為可溶性有機(jī)氮（Soluble organic nitrogen，SON），是土壤有機(jī)氮中最活躍的組分[1]。SON既能在微生物作用下轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮被植物吸收利用，也能直接被植物吸收利用，在氮循環(huán)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用[2]。此外，SON移動(dòng)性很強(qiáng)，易隨水分移動(dòng)進(jìn)入水體而污染水源[3]，土壤SON的組分及存在形態(tài)對(duì)土壤氮素有效利用和移動(dòng)有著重要的影響。游離氨基酸（Free ami?no acid，F(xiàn)AA）是土壤SON的重要組成成分[4]，相較于SON的其他組分（如蛋白質(zhì)、多肽、酚類(lèi)、單寧和氨基酸-腐植酸復(fù)合物等），F(xiàn)AA具有易被植物吸收和隨水分淋溶而遷移等特點(diǎn)，在無(wú)菌的條件下，植物甚至能利用FAA作為唯一氮源完成整個(gè)生命周期[5]。因此，土壤SON及其重要組分FAA的含量不僅對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素循環(huán)具有影響，而且其在土壤剖面中的遷移可能導(dǎo)致氮素的面源污染。

一般認(rèn)為，土壤SON主要來(lái)源于有機(jī)質(zhì)的分解、土壤微生物的代謝、根系的分泌及施入的肥料等[6]，其中施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中提高土壤肥力的重要措施，必然影響土壤SON含量和FAA組分，但不同類(lèi)型肥料的成分及理化性質(zhì)不同，因而影響效果也不同[7]。有研究表明，長(zhǎng)期施用化肥對(duì)土壤耕層活性氮和有機(jī)氮組分含量無(wú)顯著影響[8]，長(zhǎng)期化肥配施秸稈和化肥配施有機(jī)肥，均顯著提高了土壤有機(jī)氮各組分含量，其中以氨基酸態(tài)氮含量增加的幅度最高[9]。富東英等[10]也得出了相同結(jié)果，可見(jiàn)，施肥對(duì)耕層土壤SON和FAA組分具有顯著影響。土壤SON是一個(gè)可移動(dòng)氮源，可以從表層遷移到深層，在降雨量大或灌溉地區(qū)是土壤氮素的重要損失形態(tài)[11]。水田由于頻繁淹水耕作、干濕交替的特殊耕作方式，其剖面SON含量和FAA組分可能有別于其他土壤。但是，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于長(zhǎng)期不同施肥后稻田土壤剖面SON含量、FAA含量和組分的分配變化規(guī)律及其差異尚未見(jiàn)報(bào)道。為此，本研究利用亞熱帶地區(qū)33年不同施肥定位試驗(yàn)區(qū)，研究長(zhǎng)期不同施肥灰黃泥田土壤SON含量和FAA組分的剖面差異，旨在探討長(zhǎng)期不同施肥對(duì)水田土壤SON含量和FAA成分剖面分布的影響，揭示長(zhǎng)期不同施肥水田土壤SON和FAA組分在剖面中的遷移特性及其差異，為深入研究長(zhǎng)期不同施肥條件下水田生態(tài)系統(tǒng)土壤SON的環(huán)境效應(yīng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本研究以福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院位于福州市閩侯縣白沙鎮(zhèn)（119°04′10″E，26°13′31″N）的長(zhǎng)期不同施肥定位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)區(qū)為對(duì)象，該試驗(yàn)區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，年均氣溫19.5℃，年日照時(shí)數(shù)1 812.5 h，無(wú)霜期311 d，年均降水量1350 mm。初始土壤類(lèi)型為灰黃泥田，成土母質(zhì)為低丘紅壤坡積物，定位試驗(yàn)始于1983年，初始耕層（0～20 cm）土壤基本理化性質(zhì)：質(zhì)地類(lèi)型為重壤土，pH 4.9，有機(jī)質(zhì)21.6 g·kg-1，堿解氮141.0 mg·kg-1，有效磷 12.0 mg·kg-1，速效鉀41.0 mg·kg-1。試驗(yàn)區(qū)1983—2004年采用雙季稻輪作，2005年至今種植單季稻，水稻品種每3～4年更換一次，與當(dāng)?shù)刂髟云贩N保持一致。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置不施肥（CK）、單施氮磷鉀化肥（NPK）、氮磷鉀配施牛糞（NPKM）和氮磷鉀配施秸稈（NPKS）4個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。小區(qū)面積為12 m2（3 m×4 m），各小區(qū)用水泥埂隔開(kāi)，采用隨機(jī)區(qū)組排列，水稻的行距和株距均為20 cm，每個(gè)小區(qū)水稻種植密度為25株·m-2。CK處理不施用任何肥料，其余處理年氮、磷和鉀施用量均值見(jiàn)表1，施用的氮、磷、鉀化肥分別為尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀，其中尿素和氯化鉀50%作基肥施用，50%作分蘗肥于基肥施用15 d后追施，過(guò)磷酸鈣全部作基肥施用。牛糞和秸稈全部作基肥施用，每茬施用量分別為3750 kg·hm-2和4500 kg·hm-2。

表1 不同處理（NPK、NPKM、NPKS）氮、磷、鉀年施用量均值（kg·hm-2）Table 1 Annual N，P and K application rate in NPK，NPKM，NPKS treatments（kg·hm-2）

1.3 樣品采集與分析方法

2016年種稻前采用對(duì)角線多點(diǎn)采樣法采集各試驗(yàn)小區(qū)0～20、20～40 cm和40～60 cm的土壤樣品，同時(shí)在各個(gè)土層中段采用容重圈取樣器采集容重圈樣品。采集的不同深度土壤樣品分為兩部分：一部分鮮樣直接用于土壤SON、FAA、相關(guān)酶活性和微生物生物量碳氮的分析，未能及時(shí)測(cè)定的鮮樣置于4℃（短期）或-20℃（長(zhǎng)期）冰箱中恒溫保存；另一部分樣品在室溫下風(fēng)干過(guò)1 mm和2 mm篩用于土壤相關(guān)理化性質(zhì)測(cè)定。

土壤有機(jī)質(zhì)和全氮采用碳氮元素分析儀法（C/N vario，Elements，德國(guó)）測(cè)定[12]；容重、毛管和通氣孔隙度采用環(huán)刀法測(cè)定[13]；土壤pH值采用電位法（PHS-3E，雷磁，中國(guó)）測(cè)定（土/水=1∶2.5）[14]；土壤蛋白酶活性和谷氨酰胺酶活性分別采用福林比色法和奈氏比色法測(cè)定[15]；微生物生物量氮（MBN）采用氯仿熏蒸浸提-水浴法測(cè)定[16]。參照Chen等[17]的土壤SON分析方法，稱(chēng)取14 g鮮土于100 mL具塞三角瓶中，加入70 mL蒸餾水，置于70℃恒溫振蕩器上加熱浸提18 h后振蕩5 min，浸提液經(jīng)離心和0.45–m微孔有機(jī)濾膜過(guò)濾。采用帶有氮檢測(cè)器的總有機(jī)碳分析儀（TOCL，CPH/CPN，Shimadzu，日本）測(cè)定可溶性有機(jī)碳（To?tal soluble carbon，SOC）和可溶性總氮（Total soluble nitrogen，TSN）；采用連續(xù)流動(dòng)注射分析儀（Flowsys，Systea，意大利）測(cè)定NH+4-N、NO-3-N和NO-2-N含量；利用加和法計(jì)算可溶性無(wú)機(jī)氮（Soluble inorganic nitro?gen，SIN）含量，即SIN=NH+4-N+NO-3-N+NO-2-N；利用差減法計(jì)算SON含量，即SON=TSN-SIN。取10 mL上述濾液，加入0.25 g磺基水楊酸去蛋白，以5000 r·min-1離心5 min，微調(diào)節(jié)pH至2.2后用0.45 μm濾膜過(guò)濾，吸取1 mL濾液，采用茚三酮顯色-氨基酸自動(dòng)分析儀（Biochrom LTD，Cambridge，英國(guó)）測(cè)定浸提液中的FAA及其組成[18]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel 2010，圖形處理采用Sigmaplot 12.5和Origin 7.5，統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 21.0。不同深度及不同處理間差異顯著性采用單因素方差分析（One-way analysis of variance，ANOVA），P＜0.05表示差異顯著，P＜0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)期不同施肥土壤基本理化和生化性質(zhì)剖面差異

表2結(jié)果表明，長(zhǎng)期（33年）不同施肥處理稻田不同深度之間土壤基本理化和生化性質(zhì)差異顯著（P＜0.05），表現(xiàn)為隨土壤深度的增加，pH和容重增大，有機(jī)質(zhì)、全氮、毛管孔隙度、通氣孔隙度、蛋白酶活性和谷氨酰胺酶活性減小，而MBN先降后升。

從不同施肥處理比較來(lái)看，長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤理化和生化性質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在0～20 cm土壤。0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、容重、通氣孔隙度、蛋白酶活性、谷氨酰胺酶活性和MBN在不同施肥處理間差異顯著（P＜0.05），同一土層不同施肥處理間pH和毛管孔隙度的差異均不顯著（P＞0.05）。與CK相比，施肥處理可以顯著提高0～20 cm土壤全氮、通氣孔隙度、谷氨酰胺酶活性和MBN，同時(shí)顯著降低土壤容重，且以有機(jī)無(wú)機(jī)配施處理效果更為顯著，NPKS處理0～20 cm土壤蛋白酶活性顯著高于其他3個(gè)處理。在20～40 cm和40～60 cm土壤中，施肥處理能提高蛋白酶活性、谷氨酰胺酶活性以及MBN，并且也以有機(jī)無(wú)機(jī)配施處理效果更為顯著?？梢?jiàn)，長(zhǎng)期化肥配施牛糞和稻稈處理可不同程度提高0～60 cm水田土壤全氮、蛋白酶活性和谷氨酰胺酶活性以及MBN，顯著降低土壤容重，但以0～20 cm土壤影響更為顯著。

表2 長(zhǎng)期不同施肥處理稻田不同深度土層基本理化和生化性質(zhì)Table 2 Soil physicochemical and biochemical properties in various depth layers of paddy field in different long-term fertilization treatments

2.2 長(zhǎng)期不同施肥土壤SON剖面差異

由圖1結(jié)果可見(jiàn)，長(zhǎng)期不同施肥稻田土壤SON含量均隨土壤深度增加呈遞減趨勢(shì)，0～20、20～40 cm、40～60 cm土壤SON含量分別為24.14～49.80、11.30～13.86 mg·kg-1和6.35～9.38 mg·kg-1。其中0～20 cm與20～40、40～60 cm土壤SON含量之間的差異達(dá)顯著水平（P＜0.05），而20～40 cm與40～60 cm土壤SON含量之間的差異則不顯著（P＞0.05）。在0～20 cm土壤中，有機(jī)無(wú)機(jī)配施稻田土壤SON含量表現(xiàn)為NPKS＞NPKM，且均大于單施化肥和不施肥處理。與NPK和CK處理相比，有機(jī)無(wú)機(jī)配施可顯著提高土壤SON含量（P＜0.05），NPKS處理較NPK和CK處理分別提高了67.1%和106.3%，NPKM處理較NPK和CK處理分別提高了28.5%和58.7%；與CK處理相比，NPK處理可提高SON含量，但差異并不顯著（P＞0.05）。在20～40 cm和40～60 cm土壤中，不同施肥處理間土壤SON含量差異均不顯著（P＞0.05）。長(zhǎng)期不同施肥處理稻田不同土層SON/TSN比例為40.0%～69.3%，其中20～40 cm土層SON/TSN比例均值（58.4%）高于0～20 cm和40～60 cm土層（分別為50.1%和54.2%）?？梢?jiàn)，長(zhǎng)期不同施肥處理尤其是NPKS處理對(duì)供試稻田0～20 cm土壤SON含量影響較為顯著，且SON是供試土壤TSN的主要組成成分。

2.3 長(zhǎng)期不同施肥土壤FAA含量與組分剖面差異

2.3.1 長(zhǎng)期不同施肥土壤FAA含量剖面差異

圖2結(jié)果表明，長(zhǎng)期不同施肥處理0～20、20～40 cm 和 40～60 cm 土 壤FAA 含 量 分 別 為8.15～15.91、0.83～2.13 mg·kg-1和0.69～0.99 mg·kg-1，其中0～20 cm土壤FAA含量顯著高于20～40 cm和40～60 cm土壤（P＜0.05）；而20～40 cm與40～60 cm土壤FAA含量間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。在0～20 cm土壤中，施肥處理FAA含量顯著高于CK處理，且以有機(jī)無(wú)機(jī)配施處理的差異更為顯著（P＜0.05），而在 20～40 cm和40～60 cm土壤中不同施肥處理間土壤FAA含量差異不顯著?？梢?jiàn)，有機(jī)無(wú)機(jī)配施比NPK處理能更顯著提高FAA含量，且施肥處理對(duì)土壤FAA含量的影響主要在表層。圖2結(jié)果還表明，不同深度土層FAA/SON的比例差異較大，各處理0～20 cm土壤FAA/SON均較高（31.9%～39.2%），而 20～40 cm 和 40～60 cm 土壤的FAA/SON則相對(duì)較低，僅分別為7.3%～16.8%和10.6%～11.6%。不同施肥處理0～20、20～40 cm和40～60 cm土壤FAA/SON的均值分別為35.3%、12.6%和11.2%。在0～20 cm和20～40 cm土壤中FAA/SON均以NPKM處理較高，分別表現(xiàn)為NPKM＞NPK＞CK＞NPKS和NPKM＞NPK＞NPKS＞CK，而在40～60 cm土壤中FAA在SON中所占比例各處理較相近?？梢?jiàn)，長(zhǎng)期以無(wú)機(jī)肥配施牛糞可提高0～40 cm土壤FAA在SON中的比例，單施無(wú)機(jī)肥效果次之。

圖1 長(zhǎng)期不同施肥處理稻田各土層SON含量及SON占TSN百分比Figure 1 Soil SON content and the ratio of SON/TSN in different layers of paddy field in different long-term fertilization treatments

圖2 長(zhǎng)期不同施肥處理稻田各土層FAA含量及FAA占SON百分比Figure 2 Soil FAA content and the ratio of FAA/SON in different layers of paddy field in different long-term fertilization treatments

2.3.2 長(zhǎng)期不同施肥土壤FAA組分剖面差異

圖3結(jié)果表明，長(zhǎng)期不同施肥處理稻田土壤SON中FAA種類(lèi)及其含量均隨土壤深度增加而減少。0～20 cm土壤SON中包含2種酸性氨基酸、15種中性氨基酸和3種堿性氨基酸（圖3a），而20～40 cm和40～60 cm土壤SON中只分別包含10種和7種中性氨基酸（圖3b和圖3c）。在0～20 cm土壤中，CK和NPK處理都包含絲氨酸、肌氨酸、甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、胱氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、磷酸絲氨酸、羥脯氨酸、脯氨酸、天冬酰胺和谷氨酸等17種FAA，NPKM和NPKS處理均包含20種FAA，較CK和NPK處理增加了鳥(niǎo)氨酸、賴(lài)氨酸和精氨酸，鳥(niǎo)氨酸含量表現(xiàn)為NPKS＞NPKM，賴(lài)氨酸和精氨酸含量均表現(xiàn)為NPKM＞NPKS，且這3種氨基酸含量均較低，分別為0.02～0.14、0.12～0.14 mg·kg-1和 0.12～0.18 mg·kg-1。不同處理甘氨酸、蘇氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、磷酸絲氨酸、天冬酰胺和谷氨酸含量均表現(xiàn)為NPKS＞NPKM＞NPK＞CK，異亮氨酸和羥脯胺酸含量表現(xiàn)為 NPKM＞NPKS＞NPK＞CK，丙氨酸各處理含量相近，為1.03～1.37 mg·kg-1。施肥可不同程度地提高肌氨酸含量，NPK、NPKM和NPKS處理較CK分別提高了127.5%、58.0%和73.9%。與NPK和CK處理相比，有機(jī)無(wú)機(jī)配施更能提高絲氨酸和胱氨酸含量，均表現(xiàn)為NPKS＞NPKM＞CK＞NPK，有機(jī)無(wú)機(jī)配施處理下纈氨酸、脯氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸含量有所減少，纈氨酸和脯氨酸含量均表現(xiàn)為NPK＞CK＞NPKS＞NPKM，亮氨酸和苯丙氨酸含量均表現(xiàn)為NPK＞CK＞NPKM＞NPKS。

在20～40 cm土壤中，CK處理土壤SON包含絲氨酸、肌氨酸、甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、蘇氨酸和異亮氨酸等7種FAA，NPK、NPKM和NPKS處理均包含10種FAA，較CK處理增加了纈氨酸、胱氨酸和苯丙氨酸。含量較高的FAA組分包括肌氨酸（0.51～0.53 mg·kg-1）、丙氨酸（0.12～0.31 mg·kg-1）和亮氨酸（0.09～0.33 mg·kg-1），其他FAA組分含量均較低（0.01～0.21 mg·kg-1）。不同處理土壤SON中的絲氨酸、甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、纈氨酸和苯丙氨酸含量均表現(xiàn)為NPKM＞NPKS＞NPK＞CK，而肌氨酸和胱氨酸各處理含量相近，分別為0.51～0.53 mg·kg-1和0.04～0.04 mg·kg-1。在40～60 cm土壤中，CK處理土壤SON中包含絲氨酸、肌氨酸、甘氨酸、丙氨酸和亮氨酸等5種FAA，NPK、NPKM、NPKS處理則包含7種FAA，較CK處理增加了異亮氨酸和胱氨酸。不同處理含量較高的FAA組分均為肌氨酸（0.46～0.57 mg·kg-1），其他FAA含量均較低（0.01～0.11 mg·kg-1），且不同處理之間FAA組分含量相近?？梢?jiàn)，長(zhǎng)期不同施肥處理均可增加不同深度土層FAA的種類(lèi)，尤其是有機(jī)無(wú)機(jī)配施效果更明顯；FAA種類(lèi)隨土壤深度增加而明顯減少，但對(duì)不同深度土層FAA各組分含量的影響規(guī)律較為復(fù)雜。

圖3 長(zhǎng)期不同施肥稻田土壤FAA組分及其含量Figure 3 The FAA compositions and contents of paddy field in different long-term fertilization treatments

由圖4結(jié)果可見(jiàn)，0～20 cm土壤中CK處理的中性和酸性FAA分別占FAA總量的90.6%和9.4%，NPK處理的中性和酸性FAA分別占FAA總量的91.3%和8.7%，NPKM處理的堿性、中性和酸性FAA分別占FAA總量的2.3%、89.6%和8.1%，NPKS處理的堿性、中性和酸性FAA分別占FAA總量的2.4%、89.0%和8.6%。可見(jiàn)，長(zhǎng)期施肥處理能夠影響稻田0～20 cm土壤SON的FAA組成及其含量，不同處理稻田土壤FAA組成均以中性氨基酸占優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)配施處理稻田土壤SON中的堿性FAA比例增加。

圖4 長(zhǎng)期不同施肥處理稻田表層（0～20 cm）土壤中性、酸性和堿性氨基酸占總氨基酸的比例Figure 4 The percentage of neutral，acidic and basic amino acids to total amino acids in 0～20 cm layers of paddy field under different long-term fertilization treatments

3 討論

3.1 長(zhǎng)期不同施肥對(duì)稻田土壤SON剖面分異的影響

土壤SON主要來(lái)源于有機(jī)質(zhì)分解、土壤微生物代謝、根系分泌及肥料投入等[6]。有研究表明，施用有機(jī)肥能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤微生物量和相關(guān)土壤酶活性[19]。本研究表明長(zhǎng)期施肥能不同程度地提高稻田各土層SON含量，但以0～20 cm土壤SON含量提高更為明顯。這主要是因?yàn)檫B年施入的肥料及作物殘?bào)w積累于耕層，導(dǎo)致供試稻田0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯增加，為土壤微生物繁殖和活動(dòng)提供了營(yíng)養(yǎng)和能量，土壤MBN、蛋白酶活性和谷氨酰胺酶活性顯著高于20～40 cm和40～60 cm土壤（表2），從而促進(jìn)0～20 cm土壤中復(fù)雜有機(jī)氮礦化形成SON；此外，水稻根系主要分布于0～20 cm土壤中，根系分泌物也可為該土層土壤提供SON來(lái)源，進(jìn)而導(dǎo)致0～20 cm土壤SON含量顯著高于20～40 cm和40～60 cm土壤。

在0～20 cm土壤中，單施化肥與CK處理相比未能顯著提高SON含量（P＜0.05），而NPKS和NPKM處理的SON含量則顯著高于NPK和CK處理，這是因?yàn)閱问┗侍幚黼m然能較顯著提高土壤微生物量和谷氨酰胺酶活性，但對(duì)土壤SON含量具有顯著影響的土壤有機(jī)質(zhì)含量和蛋白酶活性與CK處理相比則差異不顯著，而長(zhǎng)期配施秸稈和牛糞等有機(jī)物料，可為土壤持續(xù)提供外源有機(jī)質(zhì)，不僅顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，而且顯著提高了土壤微生物生物量、蛋白酶和谷氨酰胺酶活性，致使NPKM和NPKS處理土壤中存在數(shù)量較多的大分子有機(jī)氮在土壤微生物和蛋白酶等作用下向SON轉(zhuǎn)化[20]。此外，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥可使土壤疏松多孔、容重降低（表2），進(jìn)而提高有機(jī)氮的礦化率，有利于SON的形成[21]。單施化肥處理的氮素投入量也明顯低于NPKS和NPKM處理（表1），且輸入的化肥氮易被水稻吸收并經(jīng)過(guò)各種途徑損失[22]，致使單施化肥處理的土壤SON含量較CK處理雖有所增加，但差異未達(dá)到顯著水平，因此單施化肥并不能明顯提高土壤SON含量。本研究還表明秸稈配施（NPKS）對(duì)土壤SON含量的影響更為顯著，較牛糞配施（NPKM）提高30.0%，這主要是由于輸入的有機(jī)物料組成成分及其分解速率不同所致，牛糞中多含氨基酸、脂肪酸、多糖等易礦化的小分子化合物[23]，在土壤中易被微生物礦化為無(wú)機(jī)氮；而水稻秸稈的主要成分為難分解的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等，回田120 d后水稻秸稈的腐解量?jī)H為54.58%～26.76%[24]，有相當(dāng)一部分的復(fù)雜有機(jī)氮會(huì)滯留于土壤中，故長(zhǎng)期施肥條件下NPKS處理的外源有機(jī)氮易在土壤中積累，從而在土壤微生物作用下增加SON的形成。

受不同施肥處理輸入土壤的物質(zhì)組分及其數(shù)量差異以及SON在土壤中淋溶特性的影響，不同施肥處理對(duì)不同土層SON的影響程度也各異，0～20 cm的不同施肥處理土壤SON含量差異較為顯著，而20～40 cm和40～60 cm土壤SON含量差異則不顯著，這是由于供試的灰黃泥田上下土層質(zhì)地類(lèi)型均為重壤土，土壤較為黏重，長(zhǎng)期施肥雖然顯著降低表層土壤的容重，但20～40 cm和40～60 cm土層的容重仍較大（1.46～1.53 g·cm-3），土壤通氣和毛管孔隙度較低（分別為4.6%～9.1%和34.2%～38.2%），土層較為緊實(shí)，SON的淋溶作用較弱，致使NPKS、NPKM和NPK處理20～40 cm和40～60 cm土壤的SON含量雖然略高于CK，但差異未達(dá)顯著水平。

土壤SON是氮庫(kù)中較為活躍的組分之一，SON與TSN的比例對(duì)土壤氮素的轉(zhuǎn)化、遷移和供應(yīng)有重要影響[25]。本研究發(fā)現(xiàn)不同施肥處理 0～20、20～40 cm和40～60 cm土層SON/TSN的均值大于50%，即長(zhǎng)期不同施肥處理下供試稻田土壤SON與TIN含量基本相當(dāng)，且20～40 cm土層SON的含量高于TIN，表明SON可能比可溶性無(wú)機(jī)氮更易于向下遷移而積累于20～40 cm土層。因此，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中氮素以SON形態(tài)淋溶流失造成的面源污染應(yīng)得到高度關(guān)注。

3.2 長(zhǎng)期不同施肥對(duì)稻田土壤FAA及組分剖面分異的影響

土壤環(huán)境中FAA與礦質(zhì)氮一樣，均可被植物和微生物直接吸收利用，其在土壤中的含量可以反映土壤氮素供應(yīng)情況[26]。本研究中長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)0～20 cm土壤FAA含量影響顯著（P＜0.05），表現(xiàn)為NPKS=NPKM＞NPK＞CK，這是因?yàn)橛袡C(jī)物料施入土壤后，輸入的含氮有機(jī)物在土壤微生物和相關(guān)酶的作用下通過(guò)解聚作用分解成小分子的SON[20]，SON進(jìn)一步分解產(chǎn)生FAA，致使NPKS和NPKM處理的FAA含量顯著高于NPK和CK處理；而NPK處理中由于有N素的投入，N可以經(jīng)微生物和酶的作用進(jìn)一步合成FAA[27]，致使NPK處理的FAA含量也高于CK處理。從不同土層FAA含量差異來(lái)看，F(xiàn)AA含量隨土層加深呈遞減趨勢(shì)，其中0～20 cm土壤FAA含量顯著高于20～40 cm和40～60 cm土壤（P＜0.05）；而20～40 cm與40～60 cm土壤FAA含量間無(wú)顯著差異（P＜0.05），這與土壤SON的分布狀況一致（圖1）。隨著土層的加深，F(xiàn)AA含量占SON的比例也呈遞減趨勢(shì)，表明施肥對(duì)土壤FAA的影響主要表現(xiàn)在0～20 cm土壤。研究表明土壤中FAA可被植物和微生物迅速吸收和轉(zhuǎn)化[5]，故FAA不會(huì)在土壤中大量積累，相較于SON中分子量較大的非FAA類(lèi)含N有機(jī)物而言，F(xiàn)AA并非是土壤SON遷移淋失的主體，故20～60 cm土壤中FAA/SON的值較0～20 cm低。因此，F(xiàn)AA遷移所致的環(huán)境效應(yīng)主要存在于耕層土壤。

從具體的FAA種類(lèi)來(lái)看，與CK和NPK處理相比，有機(jī)無(wú)機(jī)配施使0～20 cm土壤中增加了3種堿性FAA（鳥(niǎo)氨酸、賴(lài)氨酸和精氨酸），其余FAA組分的含量除亮氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸和脯氨酸稍有減少外，均有大幅度增加。與CK處理相比，NPK處理除絲氨酸和胱氨酸含量稍有減少外，其余FAA組分的含量均呈增加趨勢(shì)。在20～40 cm和40～60 cm土壤中，與CK處理相比，施肥處理分別增加了3種中性FAA（纈氨酸、胱氨酸和苯丙氨酸）和2種中性FAA（胱氨酸和異亮氨酸），且各組分FAA含量都有增加，導(dǎo)致施肥處理的FAA總量大于CK處理，但不同處理間差異性并不顯著，這可能是由于有機(jī)物料直接施入耕層土壤中，而20～60 cm土壤容重較大（表2），導(dǎo)致有機(jī)物料難以進(jìn)入該土層，從而導(dǎo)致對(duì)該土層雖然有影響但效果不顯著。

從單一種FAA來(lái)看，不同施肥處理0～20 cm土壤絲氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、胱氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、磷酸絲氨酸、羥脯氨酸、天冬酰胺和谷氨酸含量均表現(xiàn)為有機(jī)無(wú)機(jī)配施較NPK和CK處理高，且有機(jī)無(wú)機(jī)配施土壤中出現(xiàn)3種堿性氨基酸（鳥(niǎo)氨酸、賴(lài)氨酸和精氨酸）。研究表明，土壤中FAA受較少的幾種相對(duì)豐富的FAA所控制[28]。在本研究中，NPK和CK處理的相對(duì)豐富的FAA種類(lèi)基本相似，均為絲氨酸、肌氨酸、甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸和天冬酰胺（除NPK處理中多了異亮氨酸），但NPK處理（9.16 mg·kg-1）中相對(duì)豐富的FAA含量總和高于CK處理（6.5 mg·kg-1）。NPKM和NPKS處理中相對(duì)豐富的FAA種類(lèi)也相似，均為絲氨酸、肌氨酸、甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、磷酸絲氨酸、羥脯氨酸、天冬酰胺和谷氨酸，但NPKS處理（14.84 mg·kg-1）中相對(duì)豐富的氨基酸含量總和高于NPKM處理（14.04 mg·kg-1）。在自然土壤溶液或浸提液中，一般以丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、絲氨酸、色氨酸和纈氨酸為主[7]，李世清等[29]研究不同生態(tài)系統(tǒng)土壤FAA組成時(shí)發(fā)現(xiàn)賴(lài)氨酸、甘氨酸、天門(mén)冬氨酸、丙氨酸、谷氨酸、精氨酸、纈氨酸、蘇氨酸和亮氨酸等為主要氨基酸。在本研究中，CK和NPK處理土壤中主要FAA與已有研究結(jié)果相似，而NPKM和NPKS處理中蛋氨酸、磷酸絲氨酸和羥脯氨酸也為主要FAA，4個(gè)處理中，肌氨酸含量均較為豐富，同時(shí)在20～60 cm土壤中，肌氨酸含量也相對(duì)較高，造成這一現(xiàn)象的原因尚不明晰。研究表明微生物在土壤FAA形成中起主要作用[30]，施用的有機(jī)肥可以為蛋氨酸、磷酸絲氨酸和羥脯氨酸的合成提供原料。土壤中FAA的組成、產(chǎn)生和降解是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，對(duì)單一氨基酸含量變化及其機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

根據(jù)Campbell等[31]的分類(lèi)，本研究中不同處理不同深度土壤FAA組成均以中性氨基酸占優(yōu)勢(shì)，究其原因可能是本研究中土壤呈中性至酸性（表2），土壤中的堿性氨基酸很快會(huì)被分解或中和[32]。李世清等[29]對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)12個(gè)土樣的研究也發(fā)現(xiàn)中性氨基酸占氨基酸總量比例最大。在0～20 cm土壤中包含酸性、中性和堿性氨基酸，但化學(xué)穩(wěn)定性較低的堿性氨基酸（鳥(niǎo)氨酸、賴(lài)氨酸、精氨酸）僅存在于NPKM和NPKS處理土壤，推測(cè)可能是有機(jī)肥的配施增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，從而為堿性氨基酸的合成提供了物料來(lái)源，即使化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定但因?yàn)閮?chǔ)量大，在動(dòng)態(tài)變化中的堿性氨基酸仍能存在于土壤中。

4 結(jié)論

（1）長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)水稻土SON含量的剖面分異具有一定影響，但對(duì)0～20 cm土壤SON和FAA的影響較20～40 cm和40～60 cm土壤更為顯著（P＜0.05）；同一土層的有機(jī)無(wú)機(jī)施肥處理SON含量均顯著高于化肥和對(duì)照處理。

（2）長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)水稻土的FAA種類(lèi)及其含量的剖面分異影響較明顯，不同施肥處理均以0～20 cm土壤的FAA/SON比例較大（31.9%～39.2%）。

（3）有機(jī)無(wú)機(jī)施肥處理可以增加不同深度土壤的FAA種類(lèi)，不同施肥處理不同深度土壤FAA組成均以中性氨基酸占優(yōu)勢(shì)，但化肥配施牛糞和秸稈可使0～20 cm土壤中存在3種易分解的堿性氨基酸（鳥(niǎo)氨酸、賴(lài)氨酸和精氨酸）。因此，不同施肥對(duì)水稻土SON和FAA均具有一定影響，但有機(jī)無(wú)機(jī)配施的影響更為顯著。