施氮量對不同肥力土壤氮素轉(zhuǎn)化及其利用率的影響

楊馨逸，劉小虎，韓曉日

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施氮量對不同肥力土壤氮素轉(zhuǎn)化及其利用率的影響

楊馨逸，劉小虎，韓曉日

（沈陽農(nóng)業(yè)大學土地與環(huán)境學院，沈陽 110866）

【目的】評價不同施氮量下不同肥力土壤在小麥孕穗期的土壤活性氮組分（土壤礦質(zhì)氮、可溶性有機氮和微生物量氮）的轉(zhuǎn)化與氮肥利用率的變化。【方法】以長期（37年）定位試驗下不同施肥處理土壤（貧瘠土壤-NF：長期不施肥；低肥力土壤-LF：長期施用化肥；中肥力土壤-MF:長期施用低量有機肥配施無機肥；高肥力土壤-HF：長期施用高量有機肥配施無機肥）為研究對象，通過盆栽試驗，利用15N示蹤法，研究添加外源硫酸銨氮肥（N0：0 kg·hm-2、N1：135 kg·hm-2、N2：180 kg·hm-2）之后，小麥生長旺盛時期（孕穗期）土壤活性氮組分在不同肥力土壤中的變化以及與土壤供氮效應之間的聯(lián)系?！窘Y(jié)果】隨施氮量增加，不同肥力土壤的可溶性氮均呈先增加后降低的趨勢，在N1處理最高，而各處理的土壤微生物量氮在N2達到最大，N1最低；不同肥力土壤可溶性氮變化均為高肥力土壤＞中肥力土壤＞低肥力土壤＞貧瘠土壤，而微生物量氮變化均為高肥力土壤＞中肥力土壤＞貧瘠土壤＞低肥力土壤（＜0.05）；施氮對不同肥力土壤可溶性氮和微生物量氮的影響在低肥力土壤最大，而在高肥力土壤增幅最小。不同肥力土壤供氮量、氮肥利用率以及吸氮總量和吸15N量的變化均為高肥力土壤＞中肥力土壤＞低肥力土壤＞貧瘠土壤（＜0.05），其中，吸收15N量所占小麥吸收總氮的百分比大小變化為低肥力土壤＞中肥力土壤＞高肥力土壤＞貧瘠土壤（＜0.05）。相同肥力不同處理下，土壤供氮量、氮肥利用率以及小麥吸氮量和吸15N肥料的量隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，均以N1處理顯著高于其他處理（＜0.05），總體上施氮處理下小麥吸肥料氮所占吸收總氮的百分比的平均值為44%；各肥力土壤中肥料損失量均為貧瘠土壤＞低肥力土壤＞中肥力土壤＞高肥力土壤（＜0.05），而且氮肥損失量均隨施氮量的增加而增加，在N2處理最大；土壤活性氮組分與土壤供氮、氮肥利用率、小麥吸氮之間均具有顯著的正相關(guān)關(guān)系（＜0.05）?！窘Y(jié)論】在高肥力土壤上添加適宜氮量（135 kg·hm-2）利于土壤中活性氮組分的轉(zhuǎn)化，能更好地協(xié)調(diào)土壤供氮與作物需氮間的關(guān)系，提高氮肥利用率，減少氮素在土壤中的損失。

施氮量；不同肥力土壤；土壤礦質(zhì)氮；土壤可溶性有機氮；土壤微生物量氮；氮肥利用率

0 引言

【研究意義】氮作為生命體的核心元素，是一個限制因子，它的活性組分含量以及其有效性對于土壤肥力和生產(chǎn)力息息相關(guān)[1]。諸多研究表明，目前人們對于氮肥的施用量是其需求的兩倍，這已經(jīng)嚴重影響到了陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能[2]，導致氮素損失嚴重，并引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問題[3-4]，也造成土壤養(yǎng)分不均衡。化肥與有機肥合理配施是提高糧食產(chǎn)量和土壤肥力的主要措施之一[4]。因此，如何協(xié)調(diào)土壤活性氮組分的轉(zhuǎn)化以及氮肥利用率值得關(guān)注。【前人研究進展】在土壤氮循環(huán)過程中，微生物起著至關(guān)重要的作用，微生物量氮既是土壤可溶性氮的庫，又是可溶性氮的源[5]，反之，可溶性氮也可作為微生物量氮的源和匯，同時又可以作為土壤供氮能力的估算和肥料管理的指示[6]。土壤微生物可釋放部分氮素供作物吸收利用，研究表明，土壤微生物量氮含量與作物吸氮量顯著相關(guān)[7]，但也有研究發(fā)現(xiàn)，土壤微生物可能與作物對養(yǎng)分有著競爭，進而影響作物對氮的吸收[8]。長期有機無機配施的土壤上具有較高的土壤微生物量氮和可溶性氮等活性組分的含量[9]，但也有研究發(fā)現(xiàn)有機肥的施用降低了土壤可溶性氮及微生物量氮的含量[10]。此外，不同施氮量對土壤微生物量的研究結(jié)果也不一致[11-12]，同時也有研究表明施氮對土壤活性氮組分沒有影響[13]，或者降低[14]，或者增加[15]?！颈狙芯壳腥朦c】土壤可溶性氮和微生物量氮在養(yǎng)分的固定-釋放過程中起著重要的作用，是土壤供氮最直接的表現(xiàn)，因此，土壤的活性氮組分可以間接反映作物的氮肥利用率，以此來衡量土壤供氮能力。但之前研究多集中在氮肥或者有機肥施入土壤后在活性氮組分的轉(zhuǎn)化上面，而對協(xié)調(diào)氮肥利用率的問題則研究較少，而且在不同肥力土壤上施用不同用量氮肥后氮素在土壤的轉(zhuǎn)化也鮮有報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究施氮量對不同肥力土壤活性氮組分的轉(zhuǎn)化以及氮肥利用率，以探明長期不同管理措施下在不同肥力土壤的土壤活性氮組分與作物需氮間的關(guān)系，達到提高氮肥利用率，減少氮素流失的目的。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

本研究供試土壤采自于沈陽農(nóng)業(yè)大學棕壤肥料長期定位試驗地（1979年開始定位試驗）。該地處于松遼平原南部的中心地帶，北緯40°48′，東經(jīng)123°33′，屬于溫帶濕潤-半濕潤季風氣候，年降雨量為574—684 mm。年蒸發(fā)量平均為1 435.6 mm，平均氣溫7.0—8.1℃，10℃以上積溫3 300—3 400℃，無霜期為148—180 d，全生育期130—150 d。該地區(qū)春季降雨量少，6—8月雨量充沛，是作物生長的旺季。生長季降雨量平均為547 mm，平均氣溫為20.7℃，適于作物生長。作物輪作方式主要為玉米-玉米-大豆。土壤為發(fā)育在第四紀黃土性母質(zhì)上的簡育濕潤淋溶土（耕作棕壤）。其基本理化性質(zhì)見表1。

表 1 37年長期不同施肥處理土壤的基本理化性質(zhì)

表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差（=3），數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著。下同

Values were means ± SD (=3). Values with different letters indicated statistically significantly different at＜0.05 level. The same as below

1.2 試驗設(shè)計

試驗研究因素包括不同土壤肥力和不同施氮量兩個因素，采用盆栽試驗，盆缽規(guī)格為15 cm×20 cm，每盆裝土5 kg，小麥供試品種為遼春18號，供試土壤為37年棕壤長期定位表層土，土壤于2015年4月30日采集，自然風干后過1 cm篩，共4種肥力土壤：貧瘠土壤（NF）、低肥力土壤（LF）、中肥力土壤（MF）和高肥力土壤（HF），每種肥力土壤上均設(shè)3個氮水平：0 kg·hm-2（N0）、135 kg·hm-2（N1）、180 kg·hm-2（N2），每個處理均施磷肥（P2O5為135 kg·hm-2）、施鉀肥（K2O為135 kg·hm-2），供試氮肥為15N標記硫酸銨（豐度為10%）、磷肥為過磷酸鈣、鉀肥為硫酸鉀。試驗采用二因素隨機區(qū)組設(shè)計，每個處理重復3次，小麥生長期間，每隔1—2 d灌一次水（重量法），保持到田間持水量的65%—70%。于2015年5月20日開始播種。

1.3 樣品采集及方法

試驗于小麥生長旺盛時期（孕穗期，2015年6月27日）采集植物樣和土樣，每盆所取土壤分為兩份，一份鮮樣保存在4℃冰箱，用于土壤可溶性物質(zhì)和土壤微生物量的測定，另一份風干，用于測定土壤中15N的豐度、土壤基本理化性質(zhì)等；采集的植物樣粉碎過篩，用于測定植物樣本中吸收的15N的豐度以及植物中的全氮。

土壤微生物量氮采用0.5 mol·L-1K2SO4浸提（水﹕土= 4﹕1）-氯仿熏蒸法[16-17]，SMBN=(Nfumigated-Nunfumigated)/ kEN，其中Nfumigated表示熏蒸的全氮含量，Nunfumigated表示未熏蒸的全氮含量，kEN=0.54[17]。上述未熏蒸的浸提液經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后，濾液中的土壤可溶性總氮（STSN）用堿性過硫酸鉀氧化——AA3自動分析儀法（Bran-Luebbe，Germany），濾液中NO3--N和NH4+-N含量即為土壤礦質(zhì)氮，濾液中可溶性總氮與礦質(zhì)氮之差即為土壤可溶性有機氮[18-19]。土壤其他項目的測定均采用常規(guī)分析方法。

植物全氮用H2SO4-H2O2消煮，半微量凱氏定氮[20]；蒸餾后餾出液酸化濃縮用于15N豐度測定[21]，15N豐度測定儀器用菲尼根MAT251超精度氣體同位素質(zhì)譜儀。

植株吸氮來自于肥料的基肥的比例（%）=（基肥處理植株15N原子百分超-15N自然豐度原子百分超）×100/肥料15N原子百分超

土壤殘留來源于肥料的比例（%）=（基肥處理土壤15N原子百分超-15N自然豐度）/肥料15N原子百分超

植株吸15N量=植株全氮×植株吸收的N來源于肥料的比例

土壤供氮量=植株全氮-植株吸15N量

肥料損失量=施氮量-植株吸15N量-土壤中殘留肥料氮量

氮肥利用率（%）=100×植株吸15N量/施氮量

圖表中數(shù)據(jù)均為3次重復處理的平均值，用LSD進行多重比較，用Pearson進行相關(guān)分析，所有數(shù)據(jù)處理均采用SPSS Window version 19.0（SPSS Inc.，Chicago，USA）進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果

2.1 不同施氮量對不同肥力土壤可溶性氮含量的影響

2.1.1 對土壤礦質(zhì)氮含量的影響 不同施氮量的土壤礦質(zhì)氮含量在貧瘠土壤、低肥力土壤、中肥力土壤和高肥力土壤的變化范圍分別是26.7—101.1、69.9—115.9、178.4—252.6、231.4—303.4 mg·kg-1，總體來說，不同施氮量下礦質(zhì)氮的大小變化均為高肥力土壤＞中肥力土壤＞低肥力土壤＞貧瘠土壤，且各肥力土壤之間差異顯著（＜0.05），而且施氮對各肥力土壤礦質(zhì)氮的增幅變化均為貧瘠土壤＞低肥力土壤＞中肥力土壤＞高肥力土壤。與N0相比，N1對各肥力處理土壤礦質(zhì)氮的增幅最大，平均為42%；隨施氮量的增加，各肥力土壤礦質(zhì)氮含量均在N1處理最大，且施氮（N1和N2）能顯著增加土壤礦質(zhì)氮含量（＜0.05）（圖1）。

圖中不同大寫字母表示不同施氮量間差異顯著，不同小寫字母表示不同肥力土壤間差異顯著。下同

2.1.2 對可溶性有機氮含量的影響 不同施氮量的土壤可溶性有機氮含量在貧瘠土壤、低肥力土壤、中肥力土壤和高肥力土壤的變化范圍分別是15.4—22.3、21.3—30.6、21.3—71.4和28.1—86.5 mg·kg-1，總體來說，不同施氮量下可溶性有機氮的變化均為高肥力土壤＞中肥力土壤＞低肥力土壤和貧瘠土壤，且各肥力土壤間差異顯著（＜0.05），而且施氮對各肥力土壤可溶性有機氮的增幅變化為高肥力土壤＞中肥力土壤＞貧瘠土壤＞低肥力土壤。與N0相比，N1對各肥力處理土壤可溶性有機氮的增幅最大，平均為60%；隨施氮量的增加，各肥力土壤可溶性有機氮含量均在N1處理最大，且施氮（N1和N2）能顯著增加土壤可溶性有機氮含量（＜0.05）（圖2）。

圖2 施氮量對不同肥力土壤可溶性有機氮含量的影響

2.2 不同施氮量對不同肥力土壤微生物量氮含量的影響

不同施氮量的土壤微生物量氮含量在貧瘠土壤、低肥力土壤、中肥力土壤和高肥力土壤的變化范圍分別為27.6—31.4、13.5—37.0、28.1—50.4和30.2—76.5 mg·kg-1，總體來說，不同施氮量下微生物量氮的變化均為高肥力土壤＞中肥力土壤＞貧瘠土壤＞低肥力土壤，且各肥力土壤間差異顯著（＜0.05）。與N0相比，N1顯著降低了各肥力土壤微生物量氮的含量，降低幅度為高肥力土壤＞中肥力土壤＞貧瘠土壤＞低肥力土壤，而N2處理下微生物量氮含量只在低肥力土壤上顯著增加（＜0.05）；隨施氮量的增加，各肥力土壤微生物量氮含量均先降低后增加，總體在N1處理最小，比N0處理分別平均降低了3.8、1.2、5.3和14.6 mg·kg-1（圖3）。

圖3 施氮量對不同肥力土壤微生物量氮含量的影響

2.3 不同施氮量對不同肥力土壤供氮量、植株吸氮量、氮肥損失率及氮肥利用率的影響

不同施氮量下各肥力土壤供氮量均高于貧瘠土壤，為高肥力土壤＞中肥力土壤＞低肥力土壤，且各肥力土壤間差異顯著（＜0.05），各肥力土壤的土壤供氮量分別平均為27.7、62.1、52.4和38.2 mg·kg-1，以高肥力土壤為最大；相同肥力的不同施氮量下，土壤供氮量隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，均以N1處理顯著高于其他處理（＜0.05）。

不同施氮處理下各肥力土壤中小麥吸氮量以及吸15N肥料的量均為高肥力土壤＞中肥力土壤＞低肥力土壤＞貧瘠土壤，且各肥力土壤間差異顯著（＜0.05），其中，吸收肥料的量所占小麥吸收總氮的百分比分大小變化為低肥力土壤＞中肥力土壤＞高肥力土壤＞貧瘠土壤（＜0.05），分別為48.7%、45.1%、42.7%和34.9%；小麥吸氮量和吸15N肥料的量以及小麥吸肥料所占吸收總氮的百分比均隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，在N1處理最大，總體上施氮處理下小麥吸肥料所占吸收總氮的百分比的平均值為44%。

不同施氮處理下各肥力土壤中肥料損失量均為貧瘠土壤＞低肥力土壤＞中肥力土壤＞高肥力土壤（＜0.05），各肥力土壤氮肥損失量分別平均為23.5、16.8、14.1和12.4 mg·kg-1；各肥力土壤氮肥損失量均隨施氮量的增加而增加，在N2處理最大，比N1平均增加了1.8 mg·kg-1。

不同施氮量下各肥力土壤氮肥利用率的變化均為高肥力土壤＞中肥力土壤＞低肥力土壤＞貧瘠土壤（＜0.05）；相同肥力的不同施氮量下，氮肥利用率隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，均以N1處理顯著高于其他處理（＜0.05）（表2）。

表2 施氮量對不同肥力土壤植株吸氮量、土壤供氮量、植株吸15N量、氮肥損失量以及氮肥利用率的影響

2.4 不同肥力土壤可溶性氮、微生物量氮跟土壤供氮、作物吸氮以及氮肥利用率之間的關(guān)系土壤可溶性氮、微生物量氮跟土壤供氮、小麥吸氮、吸15N量、氮肥損失量及氮肥利用率之間均具有顯著的正相關(guān)關(guān)系（＜0.01或＜0.05）（表3）。

表3 不同施氮處理下土壤可溶性氮、微生物量氮與土壤供氮、小麥吸氮、吸15N量、氮肥損失量及氮肥利用率之間的相關(guān)性

**表示在0.01水平上顯著相關(guān)，*表示在0.05水平上顯著相關(guān)

Asterisks indicated 0.05 level significances (*＜0.05) and 0.01 level significances (**＜0.01)

3 討論

3.1 不同肥力下施氮對土壤可溶性氮和微生物量氮的影響

可溶性氮是土壤有效養(yǎng)分中最活躍和最易被降解的組分之一。本研究中，施氮量和長期不同肥力土壤對土壤可溶性氮都有顯著的影響，并且隨施氮量的增加，可溶性氮呈先增加后降低的趨勢（圖1、圖2）。本研究結(jié)果表明，施入土壤中的氮肥除被作物吸收之外，還有一部分殘留在土壤中，而土壤中殘留的化肥氮主要轉(zhuǎn)化為未知氮和氨基酸氮，而氨基酸氮是可溶性氮的組分之一，使得施氮增加了土壤中可溶性氮的含量；此外，由于施用氮肥增加了植物通過根系歸還土壤的有機物數(shù)量[22-23]，進而增加土壤中有機質(zhì)含量，增加了微生物活性，釋放出大量可溶性氮，同時氮肥的施用也刺激了土壤中原有機質(zhì)的降解[24]，形成可溶性有機物。但高量氮肥（N2）顯著降低了可溶性氮含量，因為高氮的輸入使得有更多的硝態(tài)氮殘留在土壤中，使得礦質(zhì)氮總量始終高于可溶性有機氮的含量，而對作物來說銨態(tài)氮和可溶性有機氮能夠優(yōu)先被吸收[25]，因此硝態(tài)氮的累積可能會抑制作物對氮素的吸收，降低可溶性有機氮的含量，另外，由于生物作用，化肥可能會通過非生物過程轉(zhuǎn)化成有機氮[26]，但過量的氮會導致土壤酸化和有機氮的溶解[27]，同時高氮增加了碳的損失，特別是作物殘留物沒有返回到土壤中，造成地下生物量小[28]，可溶性氮的來源減少。但也有研究表明氮用量的增加對地下部分生物量的影響很小[29]。

土壤微生物控制著土壤中的養(yǎng)分供應與轉(zhuǎn)化，本研究表明隨施氮量的增加，土壤微生物量氮先降低后增加（圖3）。與N0相比，施氮甚至降低了土壤微生物量氮的含量。因為本試驗的樣本均采集于小麥生長旺盛期（孕穗期，施肥后40 d），此時期小麥急需養(yǎng)分，礦化作用增強，增加了對氮素的吸收；由于競爭作用，使得以供微生物同化的氮素減少[30]，降低了微生物量氮的含量，Mazzarino等[31]也表明施用氮肥增加土壤微生物量氮，但是在20—40 d之內(nèi)明顯降低；氮添加導致土壤礦質(zhì)氮含量的增加，跟土壤有機質(zhì)反應造成不利于微生物生長的頑固化合物的積累[32]；此外，隨施氮量土壤微生物量氮與可溶性氮呈相反的變化趨勢，這更加說明適量氮肥（N1）能夠增加作物跟微生物的競爭，而高氮（N2）因為硝態(tài)氮的富集，降低了作物的吸收，使得微生物更易吸收低分子量有機組分[33]。

低肥力土壤、中肥力土壤和高肥力土壤的可溶性氮含量均高于貧瘠土壤（NF）處理（圖1、圖2），已有諸多在長期定位的研究表明，有機肥的施入能夠明顯提高土壤微生物量氮和可溶性氮的含量及其比例[7-8]，調(diào)節(jié)土壤有效養(yǎng)分對作物的供給關(guān)系，這是可能由于本研究中長期施入有機肥的高肥力和中肥力土壤的理化性質(zhì)要顯著好于貧瘠土壤和低肥力土壤（表1），使得植物更善于吸收利用土壤中的養(yǎng)分。但貧瘠土壤（NF）的土壤微生物量氮含量要顯著高于低肥力土壤（圖3），可能是由于長期施用化肥對微生物有一定的毒害作用[34]，本文中長期施用化肥的低肥力土壤中pH較低（表1），與其他肥力土壤相比，不利于土壤微生物的生存，降低了土壤微生物的群落大小，導致其在外加氮肥后固持和釋放的養(yǎng)分含量減少。隨著原土壤中有機肥施用量的增加土壤微生物量氮和可溶性氮含量均在高肥力土壤達到最大，并遠大于低肥力土壤，且在長期有機肥配施無機肥土壤的中肥力土壤和高肥力土壤上提升效應更為明顯（圖1、圖2），因為長期有機肥的輸入不僅改善了土壤的理化性質(zhì)[35-36]，而且如表1所示本試驗土壤的有機質(zhì)含量，同樣在長期施用有機肥的中肥力土壤和高肥力土壤上具有較大碳儲量，這也為微生物提供了充足的碳源，增加了微生物的活性與周轉(zhuǎn)，使得顯著提高了微生物量及其分泌的可溶性有機氮的量。此外，施入的有機肥本身含一定數(shù)量的礦質(zhì)氮和可溶性有機氮等活性組分[37]，同時均衡施肥間接促進作物生長，增加根茬殘留[38]，增強微生物活性，促進其對新鮮有機物質(zhì)的固定[39]，這也是造成微生物量氮和可溶性氮在化肥配施有機肥處理更大的另一原因。但也有研究表明長期施用有機肥的土壤中碳儲量并沒有顯著增加[40]，因為有機肥過多同樣也會抑制了作物和微生物的生長，限制養(yǎng)分的綜合利用[41]。

綜合來看，施氮對土壤可溶性氮和微生物量氮在低肥力土壤增幅較大，而在高肥力土壤上增幅較低。可能是長期施用化肥降低了土壤肥力，使得土壤養(yǎng)分供應較低，而氮肥可以增加作物殘留碳氮的輸入[42]，因此作物和微生物對外源氮的吸收較多。長期高量有機肥配施化肥極好地改善了土壤肥力，礦化能力較高，土壤養(yǎng)分供應充足，作物和微生物首先從土壤中吸收養(yǎng)分，同時在富含有機質(zhì)的土壤中，額外添加氮肥會造成潛在氮飽和，從而降低酶活性[43]，影響有機質(zhì)的礦化與微生物活性。

3.2 不同肥力土壤可溶性氮和微生物量氮與土壤供氮效應的關(guān)系

本研究表明，各肥力土壤供氮量和氮肥利用率均在貧瘠土壤（NF）最小，高肥力土壤最大（＞0.05）。這是因為有機肥的長期施用，較好地改善了土壤肥力，顯著增加了土壤有效養(yǎng)分的含量以及生物活性有關(guān)[44]，尤其是長期施入高量有機肥的高肥力土壤上的有效養(yǎng)分顯著高于其他肥力的土壤（表1），Abbasi等[45]也表明氮肥與有機肥配施下氮的有效性更高，而且有機肥的長期施入還改善了土壤磷素和鉀素等的含量[35]，使土壤養(yǎng)分供應更合理更均衡，這也是長期有機肥配施無機肥土壤供氮和氮肥利用率較高的另一原因。

小麥吸收外加氮肥的量所占小麥吸收總氮的百分比大小變化為低肥力土壤＞中肥力土壤＞高肥力土壤＞貧瘠土壤，而肥料損失量卻與之相反（表2）。可見在低肥力土壤中，作物吸收的養(yǎng)分主要來源于外加氮源，因為長期施用化肥造成土壤肥力較低，有機質(zhì)礦化作用較低，養(yǎng)分釋放比較緩慢；而在土壤結(jié)構(gòu)以及土壤肥力較好的有機肥配施化肥處理下，作物吸收的養(yǎng)分主要來源于土壤，因此外加氮源有可能會造成養(yǎng)分損失。而貧瘠土壤由于土壤肥力較低，養(yǎng)分供應不均衡，而且較差的土壤結(jié)構(gòu)使得氮素的生物和非生物固持能力較差，氨化作用比較強烈，大量的氮素揮發(fā)，對作物和微生物吸收養(yǎng)分產(chǎn)生了限制，因此在孕穗期平均有84.16%的標記氮肥損失。有研究表明，氮素損失主要發(fā)生在氮肥施入后的十幾天之內(nèi)[46]，因此在這個前提之下，假設(shè)本試驗中的氮素損失大部分發(fā)生在孕穗期以前，由此說明長期有機肥配施無機肥的土壤顯著提高了作物孕穗期以前土壤對氮素固持，減少了養(yǎng)分的損失，以供作物的生長旺盛時期需要。

從施氮量方面看，土壤供氮量和氮肥利用率均在N1處理最大值，在N2卻顯著降低，同時其肥料損失率也最大（表2）?？傮w上施氮處理下小麥吸肥料所占吸收總氮的平均值為44%，之前在一個7年的長期試驗研究表明小麥吸收來源于肥料中的氮為30%—57%[47]。孕穗期的小麥處在生長旺盛期，需要大量的氮素，不僅吸收來自于外加的氮肥，同時也吸收了大量的土壤中的氮，而此時隨施氮量土壤可溶性氮的含量與微生物量氮含量變化相反，表明適量氮肥（N1）的施用增加了微生物量氮向可溶性氮的轉(zhuǎn)化，從而為作物提供了充足的氮源，以供作物利用，但過量施氮則會造成肥料的損失，增加微生物與作物的競爭性，而且高量氮肥的施用會超出作物的需求導致氮飽和，從而限制作物的進一步生長[48]。

此外，本研究也表明土壤可溶性氮和微生物量氮與土壤供氮以及氮肥利用率有著顯著的相關(guān)關(guān)系（＜0.05），說明土壤中的活性氮組分跟作物對養(yǎng)分的吸收密切相關(guān)，能夠間接反映土壤的肥力與效力，特別的是，肥料損失量跟各土壤活性氮組分之間呈正相關(guān)關(guān)系，說明氮肥利用率增加的同時也刺激了土壤中的養(yǎng)分循環(huán)，如氨揮發(fā)、硝化與反硝化作用也加強，潛在地增加了養(yǎng)分的損失?？偟膩碚f，長期有機無機配施的中、高肥力土壤上增施適量的氮肥不僅可以增加植物吸收氮肥的能力，提高了氮肥利用率，還對土壤中的原有機質(zhì)有激發(fā)作用，從而釋放出更多的有效養(yǎng)分，供作物吸收利用，進而使土壤供氮與作物需氮相一致。

4 結(jié)論

高肥力土壤的土壤供氮量、氮肥利用率以及土壤活性氮組分的含量都更高。低肥力土壤的土壤微生物量氮含量最低，而貧瘠土壤的可溶性氮含量最低，并且肥料損失率也最高；隨施氮量的增加土壤可溶性氮呈先增加后降低的趨勢，而微生物量氮則與之相反，并且土壤供氮量和氮肥利用率在適量（N1）施氮下更高，而在高氮（N2）下肥料損失量最高；額外添加氮肥，對低肥力土壤的土壤活性氮組分含量的增幅最大，而對高肥力土壤增幅最低，說明在具有良好土壤結(jié)構(gòu)的土壤中添加外源氮，不利于養(yǎng)分的保持，會降低肥料氮利用率，有可能會造成養(yǎng)分損失；此外，土壤活性氮組分和土壤供氮以及氮肥利用率之間有著顯著的相關(guān)關(guān)系，說明高肥力土壤中施入氮肥后，氮素更易于向活性氮組分轉(zhuǎn)化以及活性氮組分之間的互相轉(zhuǎn)化，以便植物吸收利用。因此，在高肥力土壤上適量施氮，利于作物在生長旺盛期吸收土壤中和肥料中的氮素，減少養(yǎng)分損失，協(xié)調(diào)了土壤供氮狀況與作物需氮之間的矛盾。

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（責任編輯 楊鑫浩，岳梅）

Effect of Nitrogen Application Rates in Different Fertility Soils on Soil N Transformations and N Use Efficiency Under Different Fertilization Managements

YANG Xin-yi,LIU Xiao-hu, HAN Xiao-ri

(College of Land and Environmental Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866)

【Objective】 The objective of this study is to research the effect of different nitrogen (N) application rates on soil labile N pools transformations (soil mineral N-SMN; soil soluble N-SSON; soil microbial biomass N-SMBN) and N use efficiency in soils after application of N fertilizer at wheat (L.) booting stage. 【Method】 A pot experiment with15N isotopic tracer technique was conducted to study the soil labile N pools and the effect of supply N in different fertilization managements for 37 years (poor soil-NF: no application of fertilizer; low fertility soil-LF: inorganic fertilizer; moderate fertility soil-MF: low rate of organic fertilizer with inorganic fertilizer; high fertility soil-HF: high rate of organic fertilizer with inorganic fertilizer) after application of three different application rates of N (N0: 0 kg·hm-2, N1: 135 kg·hm-2, N2: 180 kg·hm-2) in soil and their relationships. 【Result】 SMN and SSON were the highest in the N1 treatment and then decreased with the application rate of N, but SMBN performed opposite tendency with the application rate of N, they werefirstly decreased and then increased, and the highest in the N2 treatment.In the same application rate of N, SMN and SSON generally decreased in the order: high fertility soil＞moderate fertility soil＞low fertility soil＞poor soil, while SMBNgenerally decreased in the order: high fertility soil＞moderate fertility soil＞poor soil＞low fertility soil (＜0.05). The increased amplitude of SMN, SSON and SMBN after addition of N into soils with different fertilities were the highest in the low fertility soil treatments, and were the lowest in the high fertility soil treatments. The soil N supply, NUE, N uptake by wheat and assimilated15N-labeled fertilizer generally decreased in the order: high fertility soil＞moderate fertility soil＞low fertility soil＞poor soil (＜0.05), respectively. The percentage of N from ammonium sulfate fertilizer by wheat to total N uptake by wheat generally decreased in the order: low fertility soil＞moderate fertility soil＞high fertility soil＞poor soil (＜0.05). In the same soil fertility, the soil N supply, NUE, N uptake by wheat and assimilated15N-labeled fertilizer were firstly decreased and then increased with the application rate of N, and were the highest in the N1 treatment (＜0.05), as a whole, N from ammonium sulfate fertilizer by wheat/total N uptake ratio averaged 44%; meanwhile, the loss of15N-labeled fertilizer generally decreased in the order: poor soil＞low fertility soil＞moderate fertility soil＞high fertility soil (＜0.05). Furthermore, significant positive relationships were found between soil labile N pools and the soil N supply, NUE, N uptake by wheat and assimilated15N-labeled fertilizer (＜0.05). 【Conclusion】 In this experiment, appropriate application rate of N fertilizer (N3, 135 kg·hm-2) in high fertility soil is beneficial to soil labile N pools transformations and has a high ability to synchronize the relationship between soil N supply and N requirements of crops, and increased the NUE, decreased the loss of fertilizer, so it may be an effective strategy for maintaining long-term soil fertility.

application rate of N; different fertility soils; soil mineral N; soil soluble organic N; soil microbial biomass N; N use efficiency

2016-03-01；接受日期：2016-04-29

國家自然科學基金（31471940）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系水稻產(chǎn)業(yè)遼寧創(chuàng)新團隊建設(shè)（遼農(nóng)科［2013］271號）

楊馨逸，E-mail：15802414046@163.com。通信作者劉小虎，E-mail：liuxiaohu-mail@163.com。通信作者韓曉日，E-mail：hxr@syau.edu.cn