不同施肥方式下水稻土氮形態(tài)及有機(jī)氮有效性

王 吉, 關(guān)澤宇， 趙川博, 傅民杰， 梁運(yùn)江

(延邊大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 吉林 延吉 133002)

?

不同施肥方式下水稻土氮形態(tài)及有機(jī)氮有效性

王 吉, 關(guān)澤宇， 趙川博, 傅民杰， 梁運(yùn)江

(延邊大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 吉林 延吉 133002)

為了揭示長期不同施肥方式對水稻土氮素分布情況的影響，在延邊地區(qū)水稻田選取7個(gè)典型地塊，分0～10 cm和10～20 cm采集土壤樣品，測定了土壤有效氮、全氮、無機(jī)氮及有機(jī)氮各組分含量。結(jié)果表明：土壤氮素隨層次的增加呈減少的趨勢；不同施肥方式對0～10 cm水解氮、全氮、有機(jī)氮含量有顯著或以上水平影響。施肥方式對10～20 cm土層中全氮含量有顯著性影響。有機(jī)、無機(jī)肥配施有利于土壤有效氮的積累。施有機(jī)肥有利于全氮、有機(jī)氮的積累；土壤氮素以有機(jī)氮為主；就通徑分析的直接效應(yīng)而言，氨基糖態(tài)氮、酸解未知氮、非酸解氮對有效氮的影響較為顯著，氨基酸態(tài)氮與有效氮呈很小負(fù)相關(guān)。氨基酸態(tài)氮是通過其他組分間接影響有效氮。就通徑分析總體效應(yīng)而言，非酸解氮對有效氮影響最大。促進(jìn)非酸解氮、酸解未知氮的轉(zhuǎn)化,增加有效氮積累是合理施肥要考慮的重要因素。

施肥方式； 水稻土； 氮素； 通徑分析

0 引 言

氮是植物生長不可缺少的元素[1]，土壤是作物氮素主要來源[2]。研究土壤中氮素的分布、遷移、轉(zhuǎn)化對于環(huán)境保護(hù)，提高作物產(chǎn)量以及制定合理的施肥配方有重要意義[3]。目前，國內(nèi)外有關(guān)土壤氮素有效性的研究較多，主要是針對不同土壤類型的氮儲量的研究。如柯英等[4]對寧夏灌區(qū)不同類型農(nóng)田土壤氮素累積與遷移特征的研究；馬天文等[5]對哈密墾區(qū)土壤氮養(yǎng)分調(diào)查及其變化規(guī)律的研究；劉建香等[6]對種植和施肥方式對云南坡耕地氮素流失的影響的研究；張春華等[7]對松嫩平原玉米帶土壤碳氮儲量的空間特征進(jìn)行了研究；朱兆良[8-9]對農(nóng)田土壤氮肥利用情況等做了大量研究;郝曉軍等[10]長期施肥對稻田土壤有機(jī)氮、微生物生物量及功能多樣性的影響進(jìn)行了研究;施書蓮等[11]施肥對土壤含氮組分的影響的研究。不同施肥方式對土壤氮養(yǎng)分的影響及有機(jī)氮組分對有效氮影響程度的研究較少[12-13]。本文選取延邊地區(qū)水稻田不同施肥方式下的典型土壤，研究了土壤剖面不同形態(tài)氮素的分布特點(diǎn)，并結(jié)合相關(guān)分析, 進(jìn)行了土壤有機(jī)氮組分與有效氮的通徑分析。研究比較了土壤有機(jī)氮各組分對有效氮的相對重要性，為該地區(qū)氮素利用率的提高以及合理施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

2012年，在延邊地區(qū)水稻田選取7個(gè)典型地塊采集土樣，施肥方式分單施無機(jī)肥(IF)、單施有機(jī)肥(OF)和有機(jī)肥配施無機(jī)肥(OF+IF)。施有機(jī)肥的采樣地點(diǎn)有延吉市朝陽川鎮(zhèn)太興村(TXI)、龍井市開山屯鎮(zhèn)(KSI);施無機(jī)肥采樣點(diǎn)有開山屯(KSII)、太興村(TXII);有機(jī)無機(jī)肥配施的采樣地點(diǎn)有開山屯(KSIII)、農(nóng)學(xué)院(NXY)、琿春市(HC)。

在每個(gè)采樣地塊隨機(jī)選取地點(diǎn)挖掘剖面，分0～10 cm和10～20 cm采集土壤樣品。每個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)3次重復(fù)，共42個(gè)土樣。

1.2 分析方法

土壤有效氮測定采用堿解擴(kuò)散法；土壤全氮測定采用H2SO4-HClO4消煮半微量定氮蒸餾法,土壤無機(jī)氮測定采用Fe2SO4-Zn還原蒸餾法，土壤有機(jī)氮的分級采用Bremner[14]法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel、SPSS 11.5進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析，所有數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻土不同層次氮素的分布特征

水稻土不同層次氮素含量見表1。

表1 不同層次水稻土壤氮素含量

注：表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差

有效氮主要包括無機(jī)氮和簡單的易水解的有機(jī)態(tài)氮化合物，其中，有的可以被作物直接吸收，有的可在短時(shí)間內(nèi)很容易礦化變?yōu)闊o機(jī)氮供作物吸收利用，是反映土壤供氮水平的一個(gè)比較穩(wěn)定的指標(biāo)，其在推薦施肥中意義更大[2]。水稻根系分布相對較淺, 60%～ 80% 分布于土壤上層0～ 10 cm 范圍內(nèi)[15], 所以測定這一土層中氮素含量對指導(dǎo)施肥意義重大。從表1可以看出，各地點(diǎn)0～10 cm土層中有效氮含量在91.55～150.42 mg/kg范圍內(nèi)變化，占全氮的7.03%～10.75%。處于較高的供應(yīng)水平，10～20 cm土層中有效氮含量在63.84 ～122.99 mg/kg內(nèi)變化，占全氮的4.68%～9.40%,普遍稍低于0～10 cm土層，可能原因是土壤表層施肥較多，導(dǎo)致0～10 cm氮含量高于10～20 cm下層土壤。由方差分析可知，施肥方式對0～10 cm水解氮含量有極顯著性影響。單施有機(jī)肥的與單施無機(jī)肥的土壤有效氮含量顯著低于有機(jī)無機(jī)肥配施的土壤，說明有機(jī)肥配施無機(jī)肥有利于土壤有效氮的積累。對0～20 cm土層中有效氮含量的影響沒有達(dá)到顯著水平。

土壤中無機(jī)態(tài)氮主要是銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，還有少量亞硝態(tài)氮。由表1可知，0～10 cm土壤無機(jī)氮含量在3.03 ～10.51 mg/kg變化，占全氮的0.16%～0.63%。10～20 cm土壤無機(jī)氮含量變幅為3.28 ～6.51 mg/kg，占全氮的比例偏低(0.23%～0.49%)，且普遍低于0～10 cm土壤。施肥方式對兩個(gè)層次土壤無機(jī)氮含量影響沒有達(dá)到顯著水平。

土壤中的氮素絕大部分是有機(jī)的結(jié)合形態(tài)，而植物所吸收的氮幾乎都是無機(jī)形式，所以，土壤氮庫中的有機(jī)氮必須不斷地通過微生物的礦化作用轉(zhuǎn)化為有效態(tài)氮進(jìn)而被植物吸收利用[16]。由表1可知，0～10 cm土壤有機(jī)氮總量在1.24～1.85 g/kg變化，10～20 cm 土壤有機(jī)氮總量在1.23 ～1.53 g/kg變化。施肥方式對0～10 cm土壤有機(jī)氮總量有顯著性影響，單施無機(jī)肥土壤顯著小于其他施肥方式的土壤，可以說明施加有機(jī)肥更加有利于土壤積累有機(jī)氮。施肥方式對10～20 cm土壤有機(jī)氮總量的影響沒有達(dá)到顯著水平。

土壤表層的全氮主要來自于施用的有機(jī)肥料和化學(xué)肥料，以及雨水和灌溉水帶入的氮，也有生物固定大氣中的分子氮。由表1可知，0～10 cm土壤全氮含量在1.25～1.85g/kg變化，10～20 cm土壤全氮含量在1.23～1.53g/kg變化。從兩個(gè)土層含全氮量對比可知，上層土壤中含量要普遍稍高于下層土，原因可能是土壤表層施肥，下層輸入肥料較少。施肥方式對兩個(gè)層次土壤全氮含量有顯著性影響，0～10 cm土壤單施有機(jī)肥與有機(jī)無機(jī)肥配施全氮含量之間沒有差異，兩者顯著大于單施無機(jī)肥的土壤。10～20 cm土壤有機(jī)無機(jī)肥配施與單施無機(jī)肥沒有差異，兩者顯著小于單施有機(jī)肥土壤，說明施有機(jī)肥更有利于全氮積累。

土壤中無機(jī)氮含量與有效氮含量(除10～20 cm有機(jī)無機(jī)肥配施外)在不同層次、不同施肥方式的土壤中的差異沒有達(dá)到顯著水平，兩者顯著小于有機(jī)氮總量、全氮含量，且有機(jī)氮總量與全氮含量沒有差異。土壤氮素以有機(jī)氮為主，平均含量為1.42 g/kg，約占全氮的99.73%(見表1)。

2.2 水稻土不同層次有機(jī)氮組分含量及與有效氮含量的通徑分析

土壤有機(jī)氮各組分與有效氮的通徑分析, 結(jié)果見表2、表3。

表2 0～10 cm土壤有機(jī)氮各組分與有效氮的通徑分析

表3 10～20 cm土壤有機(jī)氮各組分與有效氮的通徑分析

由表2 中土壤各氮組分對有效氮的直接通徑系數(shù)比較可以看出，它們對有效氮的相對重要性依次為: 酸解未知氮(0.636 0)> 氨基糖態(tài)氮(0.508 4)> 氨態(tài)氮(0.470 2)> 非酸解氮(0.202 8)> 氨基酸態(tài)氮(-0.095 1)。結(jié)果表明，在供試的水稻土壤中，酸解未知氮、氨基糖態(tài)氮、氨態(tài)氮為有效氮的主要來源，氨基酸態(tài)氮對有效氮的直接影響很小，且與有效氮呈負(fù)相關(guān)。從對有效氮的總體影響效應(yīng)可以看出，非酸解氮的影響最大，其次是氨態(tài)氮，氨基酸態(tài)氮緊隨其后。所以，氨基酸態(tài)氮是通過其它組分間接影響有效氮的。

由表3土壤有機(jī)氮各組分直接通徑效應(yīng)可知，其對有效氮的相對重要性依次為：非酸解氮(-1.060 3)>酸解未知氮(-0.964 7)>氨基糖態(tài)氮(0.277 0)>氨基酸態(tài)氮(-0.003 2)>氨態(tài)氮(-0.145 5)。表明供試10～20 cm土壤中，氨基糖態(tài)氮是土壤有效氮的主要來源。非酸解氮對有效氮的影響呈極大的負(fù)相關(guān)。從對有效氮的總體影響效應(yīng)可知，非酸解氮的影響程度最大，其次是酸解未知氮，再次為氨基糖態(tài)氮。促進(jìn)非酸解氮、酸解未知氮轉(zhuǎn)化為有效氮是合理施肥要考慮的重要因素。

2.3 水稻土不同層次氮素分布特征

由上述數(shù)據(jù)可知，土壤氮素的分布有隨著層次的降低而下降的趨勢，可能由于土壤表層施肥較多，導(dǎo)致0～10 cm氮含量高于10～20 cm下層土壤。施肥對0～10 cm氮素含量影響比10～20 cm相對較明顯。10～20 cm土壤中氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮對水解氮的影響程度低于0～10 cm，這可能與三者的比例隨土壤剖面深度的增加而降低有關(guān)[17]。

3 結(jié) 語

土壤氮素隨層次的增加呈減少的趨勢;不同施肥方式對0～10 cm水解氮、全氮、有機(jī)氮含量有顯著或以上水平影響。施肥方式對10～20 cm土層中全氮含量有顯著性影響。有機(jī)、無機(jī)肥配施有利于土壤有效氮的積累。施有機(jī)肥有利于全氮、有機(jī)氮的積累;土壤氮素以有機(jī)氮為主；就通徑分析的直接效應(yīng)而言，氨基糖態(tài)氮、酸解未知氮、非酸解氮對有效氮的影響較為顯著，氨基酸態(tài)氮對有效氮呈很小的負(fù)相關(guān)。氨基酸態(tài)氮是通過其它組分間接影響有效氮。就通徑分析總體效應(yīng)而言，非酸解氮對有效氮的影響程度最大。促進(jìn)非酸解氮、酸解未知氮的轉(zhuǎn)化,增加有效氮的積累是合理施肥要考慮的重要因素。

[1] 肖 英,任 希.不同森林覆蓋下長沙土壤氮的垂直變化及氮儲量[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013, 33(6):104-107.

[2] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,1981:32-34.

[3] 李雙來，胡 誠,喬 艷，等.水稻小麥種植模式下長期定位施肥土壤氮的垂直變化及氮儲量[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010, 19(6):1334-1337.

[4] 柯 英，郭鑫年，冀宏杰，等.寧夏灌區(qū)不同類型農(nóng)田土壤氮素累積與遷移特征[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2014, 31: 23-31.

[5] 馬天文，袁青峰,王妙星，等.哈密墾區(qū)土壤氮養(yǎng)分調(diào)查及其變化規(guī)律研究[J].資源與環(huán)境科學(xué)， 2013, 20: 214-215.

[6] 劉建香,賈秋鴻,田 樹，等.種植和施肥方式對云南坡耕地氮素流失的影響[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009, 24(4):586-590+602.

[7] 張春華,王宗明,任春穎.松嫩平原玉米帶土壤碳氮儲量的空間特征[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2010, 21(3): 621-639.

[8] 朱兆良.農(nóng)田中氮肥的損失與對策[J].土壤與環(huán)境，2000, 9(1): 1-6.

[9] 朱兆良.中國土壤氮素研究[J].土壤學(xué)報(bào)，2008, 45: 778-783.

[10] 郝曉軍,胡榮桂,吳金水，等.長期施肥對稻田土壤有機(jī)氮、微生物生物量及功能多樣性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2010, 21(6):1477-1484.

[11] 施書蓮,周克瑜.施肥對土壤含氮組分的影響[J].土壤，1995, 27(3):138-140.

[12] 王夏暉,劉 軍,王益權(quán).不同施肥方式下土壤氮素的運(yùn)移特征研究[J]土壤通報(bào)，2002, 33(3):202-206.

[13] 王 媛，周建斌，楊學(xué)云.長期不同培肥處理對土壤有機(jī)氮組分及氮素礦化特性的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2010, 43(6):1173-1180.

[14] Bremner J M. Organic forms of nitrogen[C]∥In: Black C A, Evans D D, White J L.etal. Methods of soil analysis, part 2 Chemical and microbiological properties. Agronomy series No. 9, American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, USA. 1965: 1238-1254.

[15] 唐拴虎,黃 旭,張發(fā)寶,等.根系分布及施肥模式對水稻生長發(fā)育的影響研究初報(bào)[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2006(9):5-8.

[16] 張金波，宋長春.土壤氮素轉(zhuǎn)化研究進(jìn)展[J].吉林農(nóng)業(yè)科學(xué), 2004, 29(1):38-43, 46.

[17] 武冠云.土壤有機(jī)氮的形態(tài)、分布及其易分解性[J].土壤通報(bào), 1986, 17 (2):90.

Soil Nitrogen Forms and Availability in Paddy Soil under Different Fertilization Ways

WANGJi,GUANZe-yu,ZHAOChuan-bo,FUMin-jie,LIANGYun-jiang

(College of Agriculture, Yanbian University, Yanji 133002, China)

In order to reveal characteristics of soil organic nitrogen components under different long-term fertilization methods on paddy field, 7 typical paddy fields of Yanbian Korean Autonomous Prefecture of Jilin Province were selected, soil samples of from 0 cm to 10 cm and from 10 cm to 20 cm were collected, and available nitrogen, total nitrogen, inorganic nitrogen content and each component of organic nitrogen were analyzed. Results showed that soil nitrogen decreased with the increase of soil depth. Different fertilization methods had a significant or greater effect on available nitrogen, total nitrogen and organic nitrogen in 0 cm to 10 cm soil, and it had a significant effect on total nitrogen content in 10 cm to 20 cm soil. Combined applications of organic and inorganic fertilizer was beneficial for improving available soil nitrogen. Applying organic fertilizer was beneficial for accumulation of total nitrogen and organic nitrogen. Organic nitrogen was a major part of soil nitrogen. In terms of directly affection of path analysis, effects of ammonia sugar nitrogen, acid-hydrolysable unknown nitrogen and non-hydrolysable nitrogen on available nitrogen were significant. A small negative correlation was shown between amino acid nitrogen and available nitrogen. Amino acid nitrogen indirectly affected available nitrogen by other components. In terms of general effect of path analysis, influence of non-hydrolysable nitrogen on available nitrogen was the largest. An important factor to be considered in relation to reasonable fertilization is that promoting non-hydrolysable nitrogen and acid-hydrolysable unknown nitrogen transformed into available nitrogen and accumulated available nitrogen.

fertilization methods; paddy soil; nitrogen; path analysis

2014-05-15

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31160103)；延邊大學(xué)第6屆本科生科研立項(xiàng)基金項(xiàng)目(2013221)；2014年吉林省"大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃"項(xiàng)目(吉教高字〔2014〕27號)

王 吉(1990-)，女，吉林長嶺人，碩士生，現(xiàn)主要從事土壤與植物營養(yǎng)研究。Tel.: 18343385853；E-mail: jiwang0505@163.com

梁運(yùn)江(1972-)，男，吉林前郭人，副教授，碩士生導(dǎo)師，現(xiàn)主要從事土壤與植物營養(yǎng)研究。

Tel. : 13944709192；E-mail: lyjluo@ybu.edu.cn

S 153.6

A

1006-7167(2015)03-0031-04