增氧水輸入對沙土土壤氮素硝化與礦化的影響

摘要：為分析增氧水輸入對沙土土壤氮素轉(zhuǎn)化的影響，采用室內(nèi)土壤培養(yǎng)試驗(yàn)方法研究常規(guī)水（SCK）、自然空氣供氧曝氣增氧（SD1）、33%增氧供氧曝氣增氧（SD2）和90%增氧供氧曝氣增氧（SD3）4種不同增氧水輸入對沙土土壤硝化作用和礦化作用的影響，利用硝化動力學(xué)方程評價(jià)硝態(tài)氮（NO-3 -N）和銨態(tài)氮（NH+4-N）含量的動態(tài)變化特征，比較NH+4-N初始消耗速率（V0）、最大消耗速率（Vmax）、達(dá)到最大消耗速率所用時(shí)間（TVmax）變化。結(jié)果表明，在4個(gè)處理中，SD3處理的V0最大，為2.79 mg·kg?1·d?1，TVmax最短，為3.56 d；相同增氧條件下，沙土土壤凈氮礦化量和硝化率隨時(shí)間的增加呈上升趨勢，而沙土土壤凈氮礦化速率和凈硝化速率隨時(shí)間的增加呈下降趨勢；在同一培養(yǎng)時(shí)間下，沙土土壤凈氮礦化量、凈氮礦化速率、硝化率以及凈硝化速率的變化趨勢均表現(xiàn)為SCK

關(guān)鍵詞：增氧水輸入；硝化；礦化；沙土

doi：10.13304/j.nykjdb.2023.0534

中圖分類號：S210.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：10080864（2025）03019412

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，水、肥、氣、熱是保障土壤提供作物生長所需養(yǎng)分的4大重要因素。土壤通氣性不足會影響土壤理化性質(zhì)，從而制約作物的正常生長最終造成減產(chǎn)。增加氧水輸入可以調(diào)節(jié)土壤酶活性、菌群等微生物結(jié)構(gòu)，改善土壤結(jié)構(gòu)、農(nóng)田環(huán)境以及作物根系的生長，從而提高作物產(chǎn)量。土壤的氧含量會直接或間接影響土壤氮素的循環(huán)，有效調(diào)控土壤氮素轉(zhuǎn)化過程。土壤中的硝態(tài)氮（NO-3-N）和銨態(tài)氮（NH+4-N）是植物和土壤微生物可直接利用的氮素，主要來源于土壤微生物的氮素轉(zhuǎn)化活動，所以增氧水輸入對調(diào)控土壤孔隙中的氧含量、實(shí)現(xiàn)作物的高產(chǎn)和氮素的高效利用有重要影響。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對土壤氧含量對土壤礦化作用和硝化作用的影響已開展了一些研究。Sogbedji等[1]研究發(fā)現(xiàn)，砂壤土農(nóng)田的氮素淋溶損失強(qiáng)度始終大于粘壤土，土壤含沙量越大，土壤孔隙度越大，透水性越強(qiáng)，淋溶作用加劇，土壤氮素殘留量減小[2]。溶解氧（dissolved oxygen，DO）是影響底泥中氮釋放的重要因素，當(dāng)DOgt;7 mg·L?1時(shí)，底泥中氮的釋放以NO-3-N為主，當(dāng)DOlt;1 mg·L?1時(shí)，底泥中氮的釋放以NH+4-N為主[3]。NO-3-N是農(nóng)田向地下水體輸送氮的主要形態(tài)，控制或延緩NH+4-N向NO-3-N的轉(zhuǎn)化有助于減少土壤氮素向水體的遷移，提高氮素利用率，是減少淋失的重要措施之一[4]。土壤含水量在田間持水量的50%～60%時(shí)，土壤的硝化作用最強(qiáng)[5-6]；循環(huán)曝氣灌溉和純氧曝氣灌溉對根區(qū)土壤呼吸、土壤通氣性等具有顯著改善作用[7-8]，土壤微環(huán)境的改善會促進(jìn)作物的根系生長[9-10]。增氧灌溉能促進(jìn)作物對土壤中速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)的吸收，增強(qiáng)土壤中有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分的硝化、礦化速率，從而降低土壤中速效氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量[11]。增氧灌溉對土壤中細(xì)菌、真菌等微生物數(shù)量有促進(jìn)作用，同時(shí)可降低土壤中速效養(yǎng)分含量，增加棉花氮、磷、鉀吸收量，從而可以判定是由于增氧灌溉促進(jìn)棉花對土壤中速效養(yǎng)分吸收和有機(jī)質(zhì)分解導(dǎo)致土壤養(yǎng)分降低，說明增氧灌溉改善棉田灌溉后的根區(qū)氧環(huán)境，促進(jìn)作物對養(yǎng)分的吸收，提高養(yǎng)分利用率[12]。以上研究表明，增氧可以促進(jìn)土壤氮素轉(zhuǎn)化，而增效的作用機(jī)理尚不明確，因此，本研究通過土壤室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)監(jiān)測土壤NO-3-N和NH+4-N不同培養(yǎng)時(shí)間的含量，分析增氧對土壤礦化作用和硝化作用的影響，探討增氧水輸入與氮素轉(zhuǎn)化之間的內(nèi)在關(guān)系，以期為增氧灌溉提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)所用的材料為沙土，容重1.44 g·cm?3，風(fēng)干土樣采自新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所國家灰漠土肥力和肥料效益監(jiān)測基地。微納米氣泡發(fā)生裝置（空氣、制氧機(jī)供氧）壓力為0.15 MPa，進(jìn)氣速率為1.5 L·min?1， 該設(shè)備為本洲（北京）新技術(shù)推廣有限公司生產(chǎn)，微納米氣泡發(fā)生裝置供氣源為空氣（制氧機(jī)供氣氧含量為30%-5 L、33%-4 L、40%-3 L、50%-2 L、90%-1 L）。溶解氧測定采用德國Pyro Science FireSting O2 光纖式氧氣測量儀。

將沙土土壤充分混勻后于室溫下風(fēng)干、磨細(xì)去除殘茬，過2 mm孔徑篩保存?zhèn)溆?，土壤理化性質(zhì)為pH 9.1，可溶性鹽3.7 g·kg?1，全氮0.13 g·kg?1，全磷0.37 g·kg?1，全鉀21.3 g·kg?1，有機(jī)質(zhì)2.16 g·kg?1，水解性氮50.4 mg·kg?1，有效磷49.3 mg·kg?1，速效鉀65 mg·kg?1，粘粒占比0.48%，粉砂粒占比2%，沙粒占比97.52%。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 土壤預(yù)培養(yǎng) 根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，稱量試驗(yàn)所需的土壤質(zhì)量，用噴霧水壺均勻的噴灑到土壤，調(diào)節(jié)持水量至田間持水量40%，25 ℃，3 d攪拌1次，黑暗培養(yǎng)7 d[13-14]，以激活土壤微生物。試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，分別為常規(guī)水（SCK）、自然空氣供氧曝氣增氧（SD1）、33% 增氧供氧曝氣增氧（SD2）、90%增氧供氧曝氣增氧（SD3）；4個(gè)處理增氧量分別為9.11、9.72、32.92、44.35 mg·L?1。