長期種植大棚蔬菜后水稻土氮素形態(tài)的變化

謝國雄，邱志騰，章明奎，吳崇書

(1.浙江省杭州市植保土肥總站，浙江杭州 310020;2.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院土水資源與環(huán)境研究所，浙江杭州 310058;3.淳安縣植保土肥站，浙江淳安 311700)

氮素是作物生長發(fā)育所需的重要營養(yǎng)元素。國內(nèi)外研究表明，即使在施用大量氮肥的前提下，作物吸收的氮素至少有50%以上來自土壤［1］。由于土壤中的氮素主要以有機態(tài)形式存在，在多數(shù)情況下，土壤向當(dāng)季作物供應(yīng)的氮素，一部分來自于作物種植時土壤中礦質(zhì)態(tài)氮 (硝態(tài)氮和銨態(tài)氮)，一部分來自作物生長期間土壤有機氮的礦化。因此，土壤中氮素的存在形態(tài)、土壤氮素的礦化能力對土壤供氮能力有很大的影響。土壤氮素的積累與形態(tài)組成不僅與土壤類型有關(guān)，同時它也因環(huán)境條件、土地利用方式及施肥等的不同可有很大的變化［2－5］。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國許多農(nóng)區(qū)的種植制度和土地利用方式發(fā)生了很大的變化，其中水田改種蔬菜等旱作在南方地區(qū)非常普遍。水田改種蔬菜不僅改變了土壤水分狀況，同時也很大程度地改變了施入土壤的肥料種類和肥料用量。為了了解水田改種蔬菜對土壤氮素的影響，作者以浙江省幾種代表性土壤為例，采用Schomberg等［6］新近提出的氮素形態(tài)分析方法探討了長期種植大棚蔬菜后水稻土氮素形態(tài)的變化，現(xiàn)將有關(guān)結(jié)果報道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗采集16個大棚蔬菜地和16個水田，共32個耕層土樣，采樣深度為0～15 cm。土樣分別采自浙江省4大地貌類型區(qū)的典型區(qū)域:紹興縣 (代表水網(wǎng)平原)、慈溪市 (代表濱海平原)、富陽市 (代表河谷平原)和龍泉市 (代表丘陵山區(qū))，相應(yīng)的土壤類型分別為青紫泥田、淡涂泥田、培泥砂田和黃泥田土屬。每一地貌類型區(qū) (相同土壤類型)在1個村莊分別選擇4塊大棚蔬菜地和4塊水田取樣，每一田塊的土樣由10個分樣混合而成。選擇的水田長期種植水稻，蔬菜地已連續(xù)種植大棚蔬菜10年以上。

1.2 方法

土樣經(jīng)混勻、風(fēng)干處理后全部磨細(xì)過2 mm土篩，部分樣品進(jìn)一步磨細(xì)過0.15 mm土篩用于分析土壤有機碳、氮的含量及其形態(tài)組成。土壤pH值用電位計測定［7］，土水比為1∶2.5;土壤中的有機碳用重鉻酸鉀外加熱法測定［7］;微生物生物量氮采用氯仿熏蒸-硫酸鉀提取法測定［8］;土壤全氮采用凱氏法測定［7］。

土壤氮素有效性分級 (礦質(zhì)氮、易礦化氮、緩效氮、難利用氮)采用Schomberg法測定［6］。其中，礦質(zhì)氮 (速效氮，包括NH4+-N和NO3－-N)用冷2 mol·L－1KCl溶液提取，納氏試劑比色法和紫外分光光度法測定［9］;易礦化氮用熱的2 mol·L－1KCl溶液提取的NH4+-N(稱3 g土壤于50 mL離心管中，加20 mL 2 mol·L－1KCl溶液，在100℃水溶中培養(yǎng)4 h)與以上冷2 mol·L－1KCl溶液提取NH+4-N差值計算;緩效氮用堿解氮與以上熱的2 mol·L－1KCl溶液提取的 NH+4-N差值計算;難利用氮用全氮與堿解氮、冷2 mol·L－1KCl溶液提取的NO－3-N差值計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤氮素組成

表1表明，32個耕層土樣氮素組成有較大的變化。土壤全氮為1.01～1.77 g·kg－1，平均為1.30 g·kg－1，變異系數(shù)為12.88%。表2表明，在測定的4種氮素中，難利用氮占絕對優(yōu)勢，占土壤全氮的90.16% ～94.27%(平均為92.60%)，表明對當(dāng)季作物而言，土壤中大部分氮難以在短時間內(nèi)礦化釋放，需要較長的時間才能逐漸被礦化;易礦化氮比例最低，占全氮的0.37% ～2.58%(平均為1.35%);礦質(zhì)氮比例稍高，占全氮的0.43% ～4.62%(平均為1.63%);緩效氮是3種有效態(tài)氮中比例較高的一種氮形態(tài)，其占全氮的3.39% ～7.29%(平均為4.85%)。

表1 蔬菜地與水田土壤各態(tài)氮素的含量

不同形態(tài)氮素因土壤全氮的變化也有較大的變化，其中土壤礦質(zhì)氮為5.97～46.76 mg·kg－1，平均為20.13 mg·kg－1，變異系數(shù)為64.13%。易礦化氮為4.35 ～33.87 mg·kg－1，平均為17.64 mg·kg－1，變異系數(shù)為 39.39%。緩效氮 44.21～111.08 mg·kg－1，平均為 62.95 mg·kg－1，變異系數(shù)為24.63%。難利用氮0.91～1.64 g·kg－1，平均為1.20 g·kg－1，變異系數(shù)為13.03%。從變異系數(shù)可知，有效性越高的土壤氮素，它們在不同土壤間的差異也越明顯。

2.2 蔬菜地與水田土壤氮素組成的差異

長期種植大棚蔬菜后，水稻土氮素形態(tài)發(fā)生了明顯的變化 (表1)。種植大棚蔬菜后，土壤全氮呈現(xiàn)下降趨勢，其中培泥砂田和淡涂泥田的大棚蔬菜地土壤全氮顯著低于相應(yīng)的水田。難利用氮也呈現(xiàn)與全氮相似的趨勢。種植蔬菜后土壤全氮的下降可能與長期施用化肥及旱耕促進(jìn)有機質(zhì)降解導(dǎo)致有機質(zhì)下降有關(guān)，而土壤氮素主要存在于有機質(zhì)中，有機質(zhì)的下降勢必導(dǎo)致氮素的下降。據(jù)測定，研究的蔬菜地土壤有機碳為12.54～17.56 g·kg－1，平均為14.72 g·kg－1;而水田土壤有機碳為14.33～23.33 g·kg－1，平均為 16.76 g·kg－1。所有研究的4類土壤中，礦質(zhì)氮均是蔬菜地顯著地高于水田，前者主要以NO－3-N，后者主要為NH+4-N形式存在。但易礦化氮一般是水田高于蔬菜地，其中培泥砂田、黃泥田和青紫泥田達(dá)顯著水平。緩效氮，除黃泥田的蔬菜地明顯高于水田外，其他土壤的蔬菜地與水田之間差異不明顯。

從各態(tài)氮素組成的比例來看 (表2)，土壤礦質(zhì)氮都是蔬菜地顯著高于水田。易礦化氮的比例只有淡涂泥田和黃泥田中顯示出水田顯著高于蔬菜地。蔬菜地與水田在緩效氮、難利用氮素的比例差異不明顯。

表2 蔬菜地與水田土壤各態(tài)氮素的組成

2.3 影響因素

對土壤中各態(tài)氮含量的相關(guān)分析表明，土壤中難利用氮水平主要取決于土壤全氮含量，其與土壤全氮、微生物生物量氮的相關(guān)系數(shù)分別為0.996＊＊和0.532*(n=32)。

土壤中易礦化氮主要取決于土壤微生物生物量氮，其與土壤全氮、微生物生物量氮的相關(guān)系數(shù)分別為0.552*和0.992＊＊(n=32)。

土壤緩效氮受土壤全氮影響，其與土壤全氮、微生物生物量氮的相關(guān)系數(shù)分別為0.570*和0.050(n=32)。

土壤礦質(zhì)氮不受土壤全氮和微生物生物量氮的影響，其與土壤全氮、微生物生物量氮的相關(guān)系數(shù)分別為－0.463和－0.340(n=32);這表明礦質(zhì)氮的多寡主要與化肥施用有關(guān)。

3 小結(jié)

研究結(jié)果表明，長期種植蔬菜后水稻土中有效性最高的礦質(zhì)氮明顯增加，但有效性中等的易礦化氮和有效性較低的難利用氮含量有所下降?？傮w上，種植大棚蔬菜后，植物可直接利用的氮明顯地改善，但潛在氮素供應(yīng)能力因土壤有機質(zhì)和全氮的下降有所減弱。

［1］朱兆良，文啟孝．中國土壤氮素［M］．南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

［2］肖偉偉，范曉暉，楊林章，等．長期定位施肥對潮土有機氮組分和有機碳的影響［J］．土壤學(xué)報，2009，46(2):274－278.

［3］徐陽春，沈其榮．有機肥和化肥長期配合施用對土壤及不同粒級供氮特性的影響［J］．土壤學(xué)報，2004，41(1):87－92.

［4］閆德智．太湖地區(qū)3種主要類型土壤的供氮能力研究［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(14):8391－8394.

［5］彭佩欽，仇少君，童成立，等．長期施肥對水稻土耕層微生物生物量氮和有機氮組分的影響 ［J］．環(huán)境科學(xué)，2007，28(8):1816－1821.

［6］Schomberg H H，Wietholter S，Griffin T S，et al．Assessing indices for predicting potential N mineralization in soils under different management systems［J］．Soil Science Society of American Journal，2009，73(5):1575 －1586.

［7］中國科學(xué)院南京土壤研究所．土壤理化分析［M］．上海:上海科技出版社，1978.

［8］Brookes P C，Landman A，Pruden G，et al．Chloroform fumigation and the release of soil nitrogen，a rapid direct extraction method to measure microbial biomass nitrogen in soil［J］．Soil Biology＆ Biochemistry，1985，17:837－842.

［9］鮑士旦．土壤農(nóng)化分析 ［M］．北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2005:154－157.