楊凌地區(qū)不同棚齡大棚土壤氮素礦化特征研究

摘要[目的]為了分析壟作栽培對(duì)西藏春小麥分蘗、生育期等指標(biāo)的影響規(guī)律。[方法]分別在達(dá)孜縣章多鄉(xiāng)和自治區(qū)農(nóng)科所試驗(yàn)地， 以春小麥“山春1號(hào)”和“藏春951”為試驗(yàn)材料，開(kāi)展壟作栽培研究。[結(jié)果]壟作栽培改變了春小麥的生理生態(tài)條件，促進(jìn)春小麥葉片功能期的延長(zhǎng)，增加了壟作“山春1號(hào)”的生育時(shí)期；壟作栽培促進(jìn)了春小麥的總分蘗和有效分蘗數(shù)的增長(zhǎng)，“藏春951”壟作與平作之間有效分蘗達(dá)到0.01水平顯著性差異，不同栽培方式的2個(gè)春小麥品種的總分蘗間沒(méi)有達(dá)到顯著性差異；壟作栽培增加了春小麥次生根數(shù)量和長(zhǎng)度，不同栽培方式下“藏春951”的根數(shù)之間達(dá)到0.05顯著水平；壟作栽培有效改善了小麥穗部性狀，不同栽培方式的“藏春951”小穗數(shù)之間t值達(dá)到6.48，Pr>|t|=0.000 2<0.01，達(dá)到0.01顯著性差異。[結(jié)論]在春小麥生長(zhǎng)發(fā)育中壟作栽培方式對(duì)提高春小麥分蘗力、改善其穗部性狀、增加次生根數(shù)量等都具有明顯的正效應(yīng)。

關(guān)鍵詞壟作栽培；西藏春小麥；生理影響

中圖分類號(hào)S511；X825文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）12-03536-05

作者簡(jiǎn)介魏迎春（1973- ），男，河南安陽(yáng)人，副研究員，碩士，從事農(nóng)業(yè)生態(tài)及小麥育種方面的研究。

土壤氮素是作物吸收的主要來(lái)源。作物中積累的氮約50%來(lái)自于土壤，有些高達(dá)70%。據(jù)報(bào)道，糧食增產(chǎn)的59%左右取決于土壤氮素肥力[1]。土壤供氮能力越強(qiáng)，作物對(duì)氮素的依賴就越強(qiáng)，但當(dāng)施用的肥料達(dá)到一定量以后，氮肥的增產(chǎn)效果和利用效率就會(huì)逐漸降低[2-3]。

隨著大棚蔬菜栽培的迅猛發(fā)展，大棚土壤過(guò)量的不平衡施肥造成的氮素障礙問(wèn)題日益突出。在自然生態(tài)系統(tǒng)中，大棚土壤氮素絕大部分以有機(jī)態(tài)存在，一般不能被植物所吸收利用。除固氮植物和一部分可直接利用有機(jī)氮的植物之外，其他植物的氮素來(lái)源主要是形成的易被植物吸收的礦化氮。土壤有機(jī)氮的礦化是土壤礦質(zhì)氮產(chǎn)生的重要途徑，其礦化能力在很大程度上反映出土壤的供氮潛力[4]。在研究土壤供氮能力的生物學(xué)方法中，間歇淹水培養(yǎng)法是一種重要手段。它抑制硝化細(xì)菌的活動(dòng)，創(chuàng)造適于有機(jī)氮氨化的條件，礦化的最終產(chǎn)物是氨態(tài)氮，占礦質(zhì)氮的95%～100%[5-7]，能夠反映土壤供氮潛力的狀況。付會(huì)芳等[8]比較了旱地土壤淹水培養(yǎng)和通氣培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)采取淹水培養(yǎng)法培養(yǎng)的氮素礦化過(guò)程較迅速，培養(yǎng)條件易控制，精密度較高[9]。為此，筆者采用淹水培養(yǎng)法對(duì)大棚土壤氮素礦化進(jìn)行研究，以獲得大棚土壤氮素礦化的特征，為大棚土壤氮素有效化利用、減少投入的浪費(fèi)、確定農(nóng)田土壤供氮能力及擬合合理施肥量、控制環(huán)境污染提供理論支持。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究地點(diǎn)位于陜西省楊凌示范區(qū)，土壤類型為肥熟旱耕人為土。分別采集棚齡為1.5、30、50、80、110年的大棚土壤，每個(gè)溫室的面積為0.06 hm2。栽培蔬菜為番茄，施用農(nóng)家肥25 t/hm2、化肥4 500 kg/hm2。2006年11月采集土壤樣品，每個(gè)溫室均以5～8 m的間距“之”字形布點(diǎn)，采用隨機(jī)多點(diǎn)（5～7個(gè)）取樣方法，按0～10、10～20、20～40 cm 3個(gè)層次采集土壤混合土樣，以露地蔬菜土壤（栽培年限20年）為對(duì)照。

1.2測(cè)定方法土壤pH的測(cè)定采用電位法（水土比1∶1）；土壤有機(jī)質(zhì)（OM）含量的測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法；全氮（TN）含量的測(cè)定采用半微量開(kāi)氏法；礦化氮素（MN）的測(cè)定采用間歇淹水培養(yǎng)法。數(shù)據(jù)采用Excel和SAS軟件處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同棚齡土壤有機(jī)質(zhì)、全氮與礦化氮的關(guān)系從表1可以看出，大棚土壤pH隨棚齡的延長(zhǎng)而略有下降，但變化幅度較小，對(duì)總礦化氮量的影響并不明顯。隨著棚齡的變化，土壤總礦化氮量的變化差異較大，5.0年大棚土壤總礦化氮量最高，大棚土壤總礦化氮量的大小與棚齡的長(zhǎng)短并沒(méi)有明顯的相關(guān)性，隨著土層的加深，土壤總礦化氮含量逐漸下降。Quemada等[10]認(rèn)為，土壤礦化的差異可以從礦化氮與有機(jī)質(zhì)、全氮比例進(jìn)行研究。這是因?yàn)榈V化氮既與有機(jī)質(zhì)、全氮含量有關(guān)，更與其中的可礦化部分有關(guān)，礦化氮源于有機(jī)質(zhì)氮和全氮的一部分，不同的土壤中這部分?jǐn)?shù)量不同，所占比例不同。表中總礦化量與有機(jī)質(zhì)、全氮的比例變化幅度不大，也就是說(shuō)礦化氮的數(shù)量并不隨棚齡的延長(zhǎng)而增加，大棚土壤全氮、有機(jī)質(zhì)中的可礦化氮部分在一定的環(huán)境條件下比例是基本穩(wěn)定的，雖然隨著棚齡的延長(zhǎng)，土壤中每年投入的氮肥和有機(jī)肥不斷積累，大棚土壤全氮和有機(jī)質(zhì)含量不斷增

2.2不同棚齡土壤不同時(shí)間段氮累積礦化量從表2可以看出，土壤氮累積礦化量隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸上升，并且在前期變化幅度較大，后期平緩，整個(gè)礦化過(guò)程可大致分為速增、過(guò)渡、平緩3個(gè)階段。礦化培養(yǎng)35 d之后礦化氮的增加量逐漸趨于穩(wěn)定，之后其增加量較小。因此，培養(yǎng)35 d以后時(shí)間段的累積礦化氮可作為氮礦化的指標(biāo)。間歇淋洗淹水培養(yǎng)法使得土壤中的礦化氮不斷被淋洗掉，土壤的氨化反應(yīng)得以持續(xù)進(jìn)行，造成土壤的氮素礦化累積含量保持增長(zhǎng)趨勢(shì)。淋洗有利于土壤氮素的礦化過(guò)程[11]。0～40 cm范圍內(nèi)不同土層深度氮礦化量差異較大，氮礦化量隨土層深度增加而逐漸降低；0～10 cm表層土壤礦化量明顯偏高，表土較高的氮礦化可歸因于較高的氮素、有機(jī)質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量。隨著土層深度的不斷增加，土壤透氣性逐漸降低，可供降解的有機(jī)質(zhì)越來(lái)越少，微生物數(shù)量迅速下降，礦化隨之下降。對(duì)不同時(shí)間段NH+4N的累積量與時(shí)間的平方根進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)二者之間具有很好的相關(guān)性，決定系數(shù)（R2）在0.845 0～0.976 8之間。這與Standtord等[12]的研究結(jié)果相一致 。

2.3不同培養(yǎng)時(shí)間土壤凈礦化量從圖1可以看出，不同棚齡大棚土壤凈礦化量整體上隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而呈逐漸減少的趨勢(shì)，培養(yǎng)前28 d土壤凈礦化量下降幅度較大，之后21 d內(nèi)的變化趨于平緩，49 d以后土壤凈礦化量接近于0。凈礦化累積量并不隨著種植年限的增加而增加，大棚多年種植的特點(diǎn)使得土壤表層的氮素和有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于下層土壤，土壤上層的凈礦化量高于下層土壤。大棚土壤高肥水條件、豐富的微生物都有利于土壤有機(jī)氮的礦化作用[13-14]。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2014年2.4不同棚齡土壤礦化勢(shì)氮礦化勢(shì)不但是土壤氮素在容量方面的重要指標(biāo)，而且是供氮強(qiáng)度的一個(gè)因子。礦化勢(shì)（No）科學(xué)地代表了土壤氮礦化率的容量[6]。從表3可以看出，大棚土壤由于高肥水的投入，其礦化勢(shì)相對(duì)較高，并且不隨棚齡的延長(zhǎng)而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，總體上長(zhǎng)齡大棚土壤礦化勢(shì)略高于短齡大棚土壤，5.0年大棚土壤礦化勢(shì)最高，0～10 cm表層土壤礦化勢(shì)為29.748 6 mg/kg，15年大棚礦化勢(shì)最低。大棚種植年限并非決定礦化勢(shì)的主要因素。作為土壤養(yǎng)分指標(biāo)的全氮、有機(jī)質(zhì)含量與礦化勢(shì)具有很好的相關(guān)性。11.0年大棚土壤礦化勢(shì)比5.0、8.0年大棚土壤有所下降。這與11.0年大棚土壤全氮、有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較低有關(guān)。從不同土層可以看出，礦化勢(shì)隨土壤層次的加深而逐漸降低，并且下降幅度較大，1.5、5.0、8.0、11.0年大棚土壤的0～10、20～40 cm土層礦化勢(shì)相差分別達(dá)到7.956 1、13684 3、14584 9、14.278 6 mg/kg。大棚土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量在不同土層的差異性直接導(dǎo)致土壤礦化勢(shì)不同層次較大的差異性。雖然全氮與礦化勢(shì)密切相關(guān)，但是全氮含量并不能替換氮礦化勢(shì)。

2.5不同棚齡土壤礦化速率由圖2、3可知，不同土層礦化速率不同，隨著土層的增加，土壤氮礦化速率逐漸增大，0～10 cm土層礦化速率在28～35 d內(nèi)達(dá)到最大值，10～40 cm土層氮礦化速率則在第7天達(dá)到最大值。所有大棚土壤在0～10 cm土層都表現(xiàn)出隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)礦化速率呈現(xiàn)先增加后緩慢下降的趨勢(shì)，前28 d礦化速率隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，尤其7～14 d之間增加幅度較大，28 d以后礦化速率增加幅度開(kāi)始緩慢下降；10～20、20～40 cm土層的土壤礦化速率在整個(gè)培養(yǎng)期間始終表現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢(shì)，除個(gè)別土樣外，10～20 cm土層大棚土壤礦化速率的下降幅度非常小，在培養(yǎng)期間基本保持平穩(wěn)變化的趨勢(shì)，而20～40 cm土層礦化速率下降幅度較大，特別是在培養(yǎng)的前21 d，第7天的礦化速率平均為0.196 4，第21天下降到0.092 7，第7天的礦化速率是第21天的2.118 9倍。大棚土壤的礦化速率在不同土層前期變化規(guī)律不完全相同，但后期都表現(xiàn)出緩慢下降趨勢(shì)，并且礦化速率隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸接近于一個(gè)固定的礦化速率值。這進(jìn)一步說(shuō)明隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤中可礦化氮含量逐漸降低。對(duì)不同棚齡礦化速率分析，發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有表現(xiàn)出規(guī)律性的變化。

2.6氮素礦化與有機(jī)質(zhì)、全氮的關(guān)系從圖4、5可以看出，耕層土壤不同層次剖面土壤礦化氮與土壤全氮、有機(jī)質(zhì)含量之間存在著良好的相關(guān)性，總礦化氮與有機(jī)質(zhì)相關(guān)系數(shù)（r）為0.799，總礦化量與全氮的r為0.831 3。有機(jī)質(zhì)、全氮與可礦化氮含量之間關(guān)系密切，有機(jī)質(zhì)、全氮含量越高，礦化氮含量也越高，總體上大棚土壤中投入的氮肥與有機(jī)肥數(shù)量增加，土壤可礦化氮含量逐漸增加，由于11.0年大棚土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量較5.0、8.0年大棚土壤有所降低，礦化氮總量也較5.0、8.0年大棚土壤偏低，0～10 cm土層可礦化氮與全氮、有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性高于10～40 cm的土層，且礦化氮與全氮的相關(guān)性高于礦化氮與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性。李菊梅等[15]認(rèn)為，這種相關(guān)性有一定的不真實(shí)性，礦化氮是全氮的一部分，也是有機(jī)質(zhì)的一部分。當(dāng)用部分（可礦化氮）與全體（有機(jī)質(zhì)、全氮）進(jìn)行相關(guān)計(jì)算時(shí)，其間存在著自相關(guān)關(guān)系，并不能完全反映可礦化氮與全氮、有機(jī)質(zhì)關(guān)系的真實(shí)性。全氮、有機(jī)質(zhì)雖然反映可礦化氮的庫(kù)容，但不能反映植物生長(zhǎng)期或培養(yǎng)期內(nèi)土壤能夠礦化的比例。礦化氮的數(shù)量取決于有機(jī)質(zhì)和全氮中的可礦化部分，而不是其總量。土壤全氮或有機(jī)質(zhì)作為評(píng)價(jià)土壤供氮能力的指標(biāo)，效果不如可礦化氮[16]?？傻V化氮與有機(jī)質(zhì)、全氮的關(guān)系是穩(wěn)定的，不隨土壤、土層變化。這與前人研究結(jié)果[17-22]一致。

3結(jié)論

（1）對(duì)不同時(shí)間段NH+4N的累積量與時(shí)間的平方根進(jìn)行相關(guān)分析，其決定系數(shù)（R2）在0.845 0～0.976 8之間，兩者呈明顯的線性相關(guān)。由此可知，土壤凈礦化量與培養(yǎng)時(shí)間的平方根之間的相關(guān)性很好。

（2）累積礦化量隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸上升，并且在前期變化幅度較大，后期平緩，礦化培養(yǎng)35 d之后逐漸趨圖2不同培養(yǎng)時(shí)間土壤礦化速率圖3不同棚齡土壤礦化速率于穩(wěn)定。氮累積礦化量隨土層深度的增加而逐漸降低。土壤凈礦化量整體上隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減少，培養(yǎng)前28 d土壤凈礦化量下降幅度較大，之后21 d內(nèi)的變化趨于平緩，49 d以后土壤凈礦化量接近于0。

（3）由于大棚土壤高肥水的投入，總體上長(zhǎng)齡大棚土壤礦化勢(shì)略高于短齡大棚土壤，但礦化勢(shì)與棚齡并沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。在不同土層，礦化勢(shì)隨土壤層次的加深而逐漸減少，并且下降幅度較大。作為土壤養(yǎng)分指標(biāo)的全氮、有機(jī)質(zhì)含量與礦化勢(shì)具有很好的相關(guān)性。

（4）不同土層礦化速率不同。隨著土層的增加，土壤氮礦化速率逐漸增加，0～10 cm土層氮礦化速率在28～35 d之間達(dá)到最大值，10～40 cm土層氮礦化速率則在第7天達(dá)到最大值。所有大棚土壤在0～10 cm土層都表現(xiàn)出隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)礦化速率呈現(xiàn)先增加后緩慢下降的趨勢(shì)。不同棚齡礦化速率之間并沒(méi)有表現(xiàn)出規(guī)律性的變化。

（5）大棚土壤pH隨棚齡的延長(zhǎng)略有下降，但變化幅度較小，對(duì)總礦化氮量的影響并不明顯。在相同土層，總礦化量與有機(jī)質(zhì)、全氮的比例變化幅度不大。從不同土層來(lái)看，OM/TN、MN/TN的比值隨著土壤層次的加深而逐漸增加?？傻V化氮與有機(jī)質(zhì)、全氮的關(guān)系是穩(wěn)定的，不隨土壤、土層變化，既與表層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮相關(guān)，又與不同土層的有機(jī)質(zhì)、全氮相關(guān)。

圖4氮素礦化量與全氮含量的關(guān)系圖5氮素礦化量與有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系參考文獻(xiàn)

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