辛亮 王文章 范銳鋒

摘 要 為探究土壤水分對不同類型土壤有機氮礦化作用的影響，以東北地區(qū)黑土和西北地區(qū)棕鈣土為研究對象，通過15 d的短期室內(nèi)恒溫（30 ℃）培養(yǎng)，分析了兩種土壤在不同含水量（60%和100%田間持水量）條件下，土壤有機氮礦化特征。結(jié)果表明，隨著培養(yǎng)的進行，各土樣有機氮礦化累積量逐漸增加，有機氮礦化速率逐漸降低。土壤類型從一定程度上對土壤有機氮礦化影響顯著，100%田間持水量條件下，黑土有機氮礦化累積量和平均礦化速率分別是棕鈣土的1.84倍和1.95倍（P<0.05）;60%田間持水量條件下，分別為棕鈣土的1.89倍和1.95倍（P<0.05）。水分同樣影響著土壤有機氮礦化，與60%田間持水量相比，100%田間持水量條件下黑土和棕鈣土有機氮礦化累積量分別提高36.69%和40.70%（P<0.05），平均礦化速率分別提高37.97%和38.27%（P<0.05）。黑土有機氮礦化作用較強，同時含水量增加會促進有機氮礦化，增加土壤有機氮累積礦化量。因此，建議在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中綜合考慮土壤類型與水分條件對土壤有機氮礦化過程的影響。

關(guān)鍵詞 土壤水分含量;黑土;棕鈣土;有機氮礦化

中圖分類號：S153.6 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.13.037

土壤有機氮礦化是眾多氮素轉(zhuǎn)化過程中的一種，決定著農(nóng)田土壤肥力，影響著農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的功能和生產(chǎn)力水平[1]。土壤中90%以上的氮素為有機氮，只有經(jīng)過微生物的礦化作用將其轉(zhuǎn)化為無機態(tài)氮，作物才能吸收利用。因此，在作物生長發(fā)育過程中，有機氮向無機氮轉(zhuǎn)化的有效性發(fā)揮著極為重要的作用[2]。所以，探究土壤有機氮礦化規(guī)律有利于準確評估農(nóng)田土壤氮素有效性，可為氮素轉(zhuǎn)化過程的深入研究提供理論依據(jù)。

有機氮礦化受到土壤溫度[3]、土壤水分含量[4]、土壤理化性質(zhì)[5]、土壤類型[6]及施肥管理[7]等諸多因素的影響。水分作為決定土壤有機氮礦化過程重要的環(huán)境因素之一，已有不少學者研究了土壤水分含量對有機氮礦化作用的影響[8]。土壤水分的有效性及孔隙狀況，可以直接或者間接影響微生物的數(shù)量和活性，進一步影響土壤有機氮礦化作用[9]。土壤含水量的變化不但可以影響氮素的有效性，還可以影響氮礦化速率和氮礦化潛力[10]。筆者通過采集不同類型土壤，利用室內(nèi)通氣培養(yǎng)方法，重點探討土壤水分（60%田間持水量和100%田間持水量）、土壤類型（黑土、棕鈣土）對土壤有機氮礦化的影響，為深入研究土壤氮礦化機制、影響因素和指導田間氮肥養(yǎng)分管理提供理論和實驗依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 供試土壤

選取黑土和棕鈣土作為供試土壤，其中黑土采自黑龍江省哈爾濱市，棕鈣土采自新疆庫爾勒市。田間取樣時均按S形線路布點，采取深度0～20 cm的混合土樣，帶回實驗室后剔除各種雜物并充分混合，然后磨細過2 mm篩。

1.2? 試驗設(shè)計

稱取20.00 g新鮮土樣，裝入100 mL的藍色玻璃培養(yǎng)瓶中;加入純水調(diào)節(jié)土壤含水量至100%田間持水量（100%WFPS）和60%田間持水量（60%WFPS），共計4種處理，見表1。每個處理設(shè)置12個重復，共計48瓶。試驗過程中，將所有培養(yǎng)瓶口套上保鮮膜，避免土壤水分快速蒸發(fā)。為了保證通氣和減少水分損失，用牙簽扎若干小孔，然后放到培養(yǎng)箱中，調(diào)節(jié)溫度至30 ℃，恒溫避光培養(yǎng)，培養(yǎng)期間使用稱重法定期補水。在培育的第0 d、3 d、7 d、14 d，每個處理取3個測試樣，取出后迅速用液氮冷凍并保存于-80 ℃冰箱中。培養(yǎng)結(jié)束后，在實驗室統(tǒng)一測定土樣中銨態(tài)氮（NH4+-N）和硝態(tài)氮（NO3--N）濃度。

1.3? 測定指標與分析方法

培養(yǎng)結(jié)束后，立即用全自動間斷化學分析儀測定土壤中NH4+-N和NO3--N的含量。使用Microsoft Excel 2016處理數(shù)據(jù)并制圖。

土壤有機氮礦化相關(guān)指標計算公式如下：

N=m（NO3--N）+ m（NH4+-N）? （1）

（1）式中：N為土壤礦質(zhì)氮含量，單位為mg·kg-1;[mNO-3-N]為土壤硝態(tài)氮含量，單位為mg·kg-1;[mNH+4-N]為土壤銨態(tài)氮含量，單位為mg·kg-1。

Nt=N后-N前 （2）

（2）式中：Nt為培養(yǎng)時間t內(nèi)土壤有機氮累積礦化量，單位為mg·kg-1;N后為培養(yǎng)后礦質(zhì)氮含量，單位為mg·kg-1;N前為培養(yǎng)前礦質(zhì)氮含量，單位為mg·kg-1。

V= Nt /t? ?（3）

（3）式中：V為培養(yǎng)時間t內(nèi)土壤平均礦化速率，單位為mg·kg-1·d-1;Nt為培養(yǎng)時間t內(nèi)土壤有機氮累積礦化量，單位為mg·kg-1;t為培養(yǎng)時間，單位為d。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 土壤有機氮礦化累積曲線

相同培養(yǎng)條件下，不同土壤類型、不同土壤含水量土壤有機氮礦化累積量曲線見圖1?？傮w上，不同土樣有機氮礦化累積量呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律，即均隨著培養(yǎng)時間延長逐漸增加。在培養(yǎng)期間（3 d、7 d），不同土樣有機氮礦化累積量差異顯著（P<0.05）;培養(yǎng)結(jié)束時，4種不同土樣有機氮礦化累積量分別為26.45 mg·kg-1（B1）、19.35 mg·kg-1（B2）、14.38 mg·kg-1（X1）、10.22 mg·kg-1（X2）。培養(yǎng)結(jié)束時，相同含水量條件下，黑土有機氮礦化累積量顯著高于棕鈣土（P<0.05，B1土樣是X1土樣的1.84倍，B2土樣是X2土樣的1.89倍）;土壤類型相同時，100%田間持水量條件下有機氮礦化累積量顯著高于60%田間持水量條件（P<0.05，B1土樣比B2土樣高36.69%，X1土樣比X2土樣高40.70%）。由此可見，黑土、100%田間持水量條件比棕鈣土、60%田間持水量條件更有利于有機氮礦化。

2.2? 土壤有機氮礦化速率

根據(jù)總的礦化趨勢和有機氮礦化累積量變化特征，可將整個礦化過程分為3個階段：0～3 d、3～7 d、7～14 d。由圖2可知，不同土樣間有機氮礦化速率差異較大，且達到顯著水平（P<0.05）?？傮w上，4個土樣有機氮礦化趨勢均表現(xiàn)為初始礦化速率高，礦化累積量增加較快（0～3 d），后期礦化變得較為平緩（3～7 d、7～14 d）。整個培養(yǎng)期間，4種不同土樣有機氮礦化平均速率大小表現(xiàn)為B1>B2>X1>X2。

總的來看，相同含水量條件下，黑土平均礦化速率顯著高于棕鈣土（P<0.05，B1土樣平均礦化速率是X1土樣的1.95倍，B2土樣平均礦化速率是X2土樣的1.95倍）;土壤類型相同時，100%田間持水量條件下有機氮礦化速率顯著高于60%田間持水量條件（P<0.05，B1土樣比B2土樣高出37.97%，X1土樣比X2土樣高出38.27%）。

3? 結(jié)論與小結(jié)

培養(yǎng)前期（0～3 d），各土樣有機氮礦化作用在整個培養(yǎng)過程中較強，累積礦化量、礦化速率均最大，這是因為本試驗所用土壤加水后，土壤環(huán)境得到改善，微生物大量繁殖增長，礦化速率得到明顯提高[11]。3 d以后，土壤有機氮礦化累積量增加幅度減小，礦化速率降低，這是因為連續(xù)培養(yǎng)期間沒有及時移走生成物，使得礦化的銨態(tài)氮不斷累積，累積的銨態(tài)氮既可以影響酶促反應，又是微生物的分解產(chǎn)物，其達到一定濃度后，就會抑制氨氧化微生物的活動[12]。

水分條件可以改變土壤孔隙狀況，通過影響通氣環(huán)境進一步影響微生物，進而影響土壤有機氮礦化作用[13]。在本試驗設(shè)計的兩個水分梯度中，無論是黑土還是棕鈣土，100%田間持水量（100%WFPS）條件都比60%田間持水量（60%WFPS）更有利于土壤有機氮礦化。但是，王士超等研究表明，隨著含水率的升高，土壤累積礦化氮量逐漸增加;當含水量達到100%WFPS時，有機氮累積礦化量呈現(xiàn)降低趨勢，80%WFPS處理下土壤有機氮礦化累積量顯著高于60%WFPS和100%WFPS處理[14]。此外，趙琦齊等、王?；鄣鹊难芯颗c本研究結(jié)果也不同[15-16]。鄭欠等研究表明，當含水量超過一定范圍時，孔隙減小，土壤厭氧微生物作用增強，促進土壤反硝化作用，使得無機氮以氣體形式損失[17]。出現(xiàn)不同的結(jié)果，可能與本研究使用土壤樣品本身的理化性質(zhì)有關(guān)。另外，雖然本試驗結(jié)果表明兩種土壤在100%WFPS時的有機氮礦化作用均強于60%WFPS條件，但該結(jié)果不能反映出100%WFPS是土壤有機氮礦化的最佳水分條件，最佳含水量也有可能出現(xiàn)在60%WFPS和100%WFPS之間的某一水分梯度。

相同水熱條件下，兩種類型土壤有機氮礦化累積量、礦化速率不盡相同，不同水分條件下均表現(xiàn)為黑土有機氮礦化累積量和礦化速率較大，這是因為試驗選用的兩種土壤有機質(zhì)含量不同。與西北棕鈣土相比，水氣更加協(xié)調(diào)的東北黑土結(jié)構(gòu)更好，有機質(zhì)含量較高，可礦化的有機氮較為豐富，微生物活性較高，從而進一步促進土壤氮素礦化[18]。

綜上，在室內(nèi)恒溫（30 ℃）短期培養(yǎng)下，東北黑土和西北棕鈣土培養(yǎng)前期土壤有機氮礦化累積量和礦化速率較高，后期土壤有機氮累積礦化量增加幅度變緩，礦化速率下降。土壤類型從一定程度上對土壤有機氮礦化具有顯著影響，黑土有機氮礦化作用明顯強于棕鈣土。土壤水分含量由田間持水量的60%增加到100%，土壤有機氮礦化累積量和礦化速率均呈增加趨勢。在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應合理對農(nóng)田進行灌水，控制土壤含水量，避免水分不足或者灌水過多影響土壤氮素礦化。

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收稿日期：2022-03-19

作者簡介：辛亮（1983—），男，黑龍江東寧人，碩士，工程師，主要從事養(yǎng)分和污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化檢測。E-mail：borunjiance@126.com。