氮素不同形態(tài)配比對(duì)白漿土養(yǎng)分性狀的調(diào)控

王楠　姚凱　趙志祎　徐俊平+李玉璽+王帥

摘要：銨態(tài)氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO3--N）是無(wú)機(jī)氮素的2種形態(tài)，其不同配比勢(shì)必會(huì)通過(guò)影響土壤微生物活性進(jìn)而影響土壤的養(yǎng)分性狀。通過(guò)同等氮素用量、不同氮素形態(tài)配比（NH4+ ∶NO3-摩爾比分別為4 ∶1、1 ∶1、1 ∶4）處理，試圖揭示其對(duì)添加玉米秸稈白漿土養(yǎng)分性狀的影響。結(jié)果表明：無(wú)論何種氮素形態(tài)占優(yōu)，添加玉米秸稈白漿土的有機(jī)質(zhì)含量均隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而呈現(xiàn)波動(dòng)式下降。銨態(tài)氮在培養(yǎng)初期對(duì)于礦化作用的促進(jìn)最為明顯，硝態(tài)氮的優(yōu)勢(shì)在于培養(yǎng)中段，而銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等比例供氮?jiǎng)t可使微生物的礦化能力延續(xù)更久；礦化等量玉米秸稈，硝態(tài)氮占優(yōu)處理下全氮含量喪失的幅度最大，而銨態(tài)氮?jiǎng)t有利于全氮含量水平的穩(wěn)定；速效養(yǎng)分含量在外源氮素供應(yīng)下均降低明顯。銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等比例供氮更易使微生物消耗混料的堿解氮含量，從其所占全氮的比例來(lái)看，銨態(tài)氮更易降低白漿土中可利用氮素的含量，同樣其對(duì)于有效磷含量的消耗亦有促進(jìn)作用，因氨態(tài)氮對(duì)秸稈K+有替代作用而使速效鉀含量的下降趨勢(shì)相對(duì)平穩(wěn)。

關(guān)鍵詞：氮素形態(tài)配比；白漿土；玉米秸稈；養(yǎng)分性狀；銨態(tài)氮；硝態(tài)氮

中圖分類號(hào)： S1431；S1585文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）21-0301-04

收稿日期：2016-05-29

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：41401251）；吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（編號(hào)：吉教科合字2015]第375號(hào)）；吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院重點(diǎn)學(xué)科培育項(xiàng)目（編號(hào)：吉農(nóng)院合字2015]第X004號(hào)）。

作者簡(jiǎn)介：王楠（1982—），女，吉林九臺(tái)人，博士，講師，研究方向?yàn)橥寥婪柿φ{(diào)控。E-mail：wangnan664806@126com。

通信作者：王帥，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事土壤生物及環(huán)境化學(xué)研究。E-mail：wangshuai419@126com。

土壤作為具有生命活性的類生物體，在其復(fù)雜的生命現(xiàn)象和特殊的代謝過(guò)程中，微生物能夠推動(dòng)土壤中各類生化反應(yīng)1]。銨態(tài)氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO3--N）是土壤氮素中最為活躍、植物可利用的主要形態(tài)，2類電荷恰好相反，兩者間豐度的比例變化勢(shì)必會(huì)引起微生物不同的生物偏好性，間接對(duì)土壤養(yǎng)分性狀產(chǎn)生影響2]。NO3--N是相對(duì)于 NH4+-N 更為耗能的一種無(wú)機(jī)氮源，其過(guò)量施用會(huì)引起氮素流失，而NH4+-N數(shù)量較大會(huì)間接抑制植物對(duì)土壤K+、Ca2+的吸收3]，間接保蓄了土壤中的陽(yáng)離子養(yǎng)分。據(jù)報(bào)道，混合氮源供應(yīng)要比單一NH4+或NO3-更有利于植物生長(zhǎng)，在NH4+營(yíng)養(yǎng)中適當(dāng)施加NO3-可以緩解NH4+引起的代謝失調(diào)現(xiàn)象，而在NO3-營(yíng)養(yǎng)中適量增加NH4+的比例，又會(huì)減少較高濃度NO3-消耗的大量還原力和光量子能量4]。作為多種氮源的混合體系，土壤中不同氮素形態(tài)間的相互作用必然會(huì)對(duì)植物營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)產(chǎn)生一定影響5-6]。另有報(bào)道指出，不同形態(tài)氮肥混施可有效改善土壤微生物區(qū)系，硝態(tài)氮肥對(duì)作物根際土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量有明顯的促進(jìn)作用7]，而銨態(tài)氮肥比例的增加則提高了土壤真菌數(shù)量和土壤脲酶、中性磷酸酶活性3]。關(guān)于氮素形態(tài)不同配比對(duì)植物生理效應(yīng)的影響有諸多報(bào)道8-9]，對(duì)于氮素形態(tài)調(diào)控土壤微生物數(shù)量及酶活性的規(guī)律也不乏研究3]。本研究以相同氮素用量、不同氮素形態(tài)配比為影響因素，針對(duì)混以玉米秸稈的白漿土，在室內(nèi)培養(yǎng)條件下研究不同氮素形態(tài)配比影響下的土壤養(yǎng)分性狀動(dòng)態(tài)變化，試圖揭示氮素形態(tài)對(duì)于土壤養(yǎng)分性狀的影響規(guī)律，旨在為減量施氮理論的構(gòu)建及氮素形態(tài)配方肥的研制提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

11試驗(yàn)材料

白漿土于2015年3月取自吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院北大地玉米試驗(yàn)田，經(jīng)風(fēng)干、粉碎后過(guò)1 mm篩；玉米秸稈于2015年11月采收于吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院西側(cè)玉米試驗(yàn)田，帶回實(shí)驗(yàn)室后在55 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量，粉碎過(guò)025 mm篩。

稱取一定數(shù)量白漿土與混料總質(zhì)量3%的玉米秸稈粉末充分混勻，根據(jù)同等氮素用量、不同氮素形態(tài)組合的處理要求（表1），用計(jì)量的蒸餾水（根據(jù)混合培養(yǎng)體系田間持水量的50%來(lái)計(jì)算用水量）將相應(yīng)處理對(duì)應(yīng)的含氮試劑溶解并噴灑于混料中，待混勻后，將干質(zhì)量150 g的混料裝入250 mL塑料燒杯中，用可透氣的塑料薄膜封口，置于28 ℃培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)，每個(gè)處理重復(fù)3次，每隔2 d稱質(zhì)量并補(bǔ)足水分，分別于0、15、30、60、90、120、180 d取樣，而后迅速轉(zhuǎn)至55 ℃培養(yǎng)箱中烘干至恒質(zhì)量，取出磨碎后過(guò)025 mm篩，裝入磨口瓶，置于玻璃干燥器中。

12試驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理方法

土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別采用重鉻酸鉀氧化法、凱氏定氮法、堿解擴(kuò)散法、碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法、乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定10]。

相關(guān)數(shù)據(jù)及圖譜采用Excel 2003、SPSS 170軟件處理。

2結(jié)果與分析

21氮素形態(tài)對(duì)有機(jī)質(zhì)、全氮含量的影響

211有機(jī)質(zhì)含量

由圖1可知，基于恒溫培養(yǎng)條件，在不同氮素形態(tài)組合影響下，添加玉米秸稈白漿土中有機(jī)質(zhì)含量均隨試驗(yàn)進(jìn)行而表現(xiàn)為“波動(dòng)中下降”的規(guī)律。培養(yǎng)15 d，銨態(tài)氮占優(yōu)的施氮處理（AD）更有利于白漿土有機(jī)質(zhì)含量的降低（降幅達(dá)144%），其次為銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等比例的AN處理，ND處理對(duì)有機(jī)質(zhì)消耗程度最差，降幅僅為73%。李響等認(rèn)為，與NO3-相比，微生物會(huì)優(yōu)先代謝NH4+進(jìn)而促進(jìn)有機(jī)碳的礦化11]。隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，硝態(tài)氮占優(yōu)的ND處理分解有機(jī)質(zhì)能力驟然提升，遠(yuǎn)大于AD、AN處理。90 d直至結(jié)束的培養(yǎng)后期，AN處理消耗的有機(jī)質(zhì)含量最多，這與劉衛(wèi)群等提出的結(jié)論12]相似。對(duì)比培養(yǎng)始末結(jié)果，AD、AN、ND處理下，有機(jī)質(zhì)含量的降低幅度分別為316%、401%、334%。該規(guī)律表明，添加氮素后，微生物首先對(duì)正價(jià)的NH4+產(chǎn)生較強(qiáng)的親和性，在短期內(nèi)即可參與白漿土中秸稈的礦化分解，礦化過(guò)程產(chǎn)生的銨態(tài)氮使NH4+濃度不斷擴(kuò)增，高濃度的NH4+可能會(huì)對(duì)微生物及其酶系產(chǎn)生一定的毒害作用，減緩了微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的進(jìn)一步礦化。NO3--N是一種相對(duì)于NH4+-N更為耗能的無(wú)機(jī)氮源，培養(yǎng)至30～60 d時(shí)，NO3--N改善了微生物分解秸稈的能力；培養(yǎng)90 d后，硝化細(xì)菌的活性再次提升，氮含量由于反硝化作用而損失。培養(yǎng)后期（60～180 d），銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等比例供氮在改善微生物活性方面的能力更為持久。endprint

由圖2可知，在不同氮素形態(tài)配比處理下，添加玉米秸稈白漿土中全氮含量的變化具有相似性，即先大幅降低，而后再緩慢升高，再降低。AD處理下白漿土中全氮含量始終大于AN、ND處理，這可能與全氮檢測(cè)方法的選擇有關(guān)，該方法對(duì)于硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量的檢出水平較弱。微生物首先利用銨態(tài)氮繁衍自身并參與秸稈的礦化分解，在此過(guò)程中，銨態(tài)氮遭致?lián)p失。ND處理下，全氮含量的降幅最大，達(dá)到了186%，這表明較少量的銨態(tài)氮供應(yīng)使微生物利用了土壤本底的銨態(tài)氮成分，另外，培養(yǎng)15 d內(nèi)，銨態(tài)氮不斷向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化也促使全氮含量明顯降低。培養(yǎng)30 d后，AD處理下白漿土中全氮含量有所增加，AN、ND處理下，全氮含量在60 d培養(yǎng)后有所回升。培養(yǎng)后期，各氮素混配添加條件下，白漿土全氮含量均隨培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)而漸趨降低。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，AD、AN、ND處理下全氮含量降低幅度分別達(dá)到 212%、239%、255%。上述結(jié)果表明，硝態(tài)氮占優(yōu)的供氮措施，其在礦化等量玉米秸稈過(guò)程中喪失全氮含量的幅度最大，這與王小純等研究結(jié)論13]相一致。其次是銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等比例，銨態(tài)氮占優(yōu)對(duì)于穩(wěn)定全氮含量水平具有一定促進(jìn)作用。

22氮素形態(tài)對(duì)速效養(yǎng)分含量的影響

221堿解氮含量

圖3表明，ND處理下，0～30 d培養(yǎng)期，添加玉米秸稈白漿土堿解氮含量變化相對(duì)穩(wěn)定，僅由 2684 mgkg 降至2521 mgkg，培養(yǎng)30 d后，堿解氮含量大幅降低并逐漸趨于穩(wěn)定。AD、AN處理下堿解氮含量的變化規(guī)律較為相似，即培養(yǎng)15 d時(shí)，堿解氮含量略有提升，而后大幅降低并趨于平穩(wěn)。AD處理下堿解氮含量水平在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中均為最高，培養(yǎng)90 d后，ND處理下白漿土堿解氮含量穩(wěn)定，大于AN處理。培養(yǎng)結(jié)束后，AD、AN、ND處理下白漿土堿解氮含量降低幅度分別達(dá)347%、531%、448%。

上述規(guī)律表明，含有半數(shù)以上銨態(tài)氮比例的施氮形態(tài)（AN、AD處理）更易使微生物在培養(yǎng)15 d獲得較高活性13]。據(jù)悉，銨態(tài)氮處理能顯著改善硝化細(xì)菌活性，而土壤硝化細(xì)菌活性與土壤堿解氮含量呈顯著正相關(guān)14]。相反，硝態(tài)氮占優(yōu)處理下，微生物利用硝態(tài)氮對(duì)秸稈的礦化能力相對(duì)較小，其所釋放的無(wú)機(jī)氮僅能滿足微生物活動(dòng)的需要。培養(yǎng)60 d后，3個(gè)處理下土壤堿解氮含量均表現(xiàn)為漸趨降低的趨勢(shì)。在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等比例添加更易促進(jìn)微生物對(duì)混料堿解氮的消耗，其次是硝態(tài)氮占優(yōu)的處理，銨態(tài)氮比例較高則更易于穩(wěn)定堿解氮的含量水平。

由圖4可知，3個(gè)氮素形態(tài)組合下，堿解氮在全氮中比例的變化規(guī)律較為相似，均呈先增后減、整體趨勢(shì)降低的規(guī)律。這表明，微生物獲得外源氮素供應(yīng)后，對(duì)白漿土秸稈混料進(jìn)行礦化分解，盡管降解秸稈可獲取一定數(shù)量的無(wú)機(jī)氮素，但仍無(wú)法彌補(bǔ)微生物礦化所需的氮素營(yíng)養(yǎng)，因此在培養(yǎng)結(jié)束后，堿解氮在全氮中所占份額均不同程度降低，其中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等比例對(duì)其降低的程度最大，其次是硝態(tài)氮占優(yōu)的ND處理。

222有效磷含量

圖5為氮素形態(tài)不同配比對(duì)添加玉米秸稈白漿土中有效磷含量的影響。3個(gè)處理下，有效磷含量的變化規(guī)律大體相同，均表現(xiàn)為先增后減并漸趨平穩(wěn)的規(guī)律，培養(yǎng)結(jié)束后，混料有效磷含量均呈不同程度損失。銨態(tài)氮占優(yōu)更有利于白漿土中有效磷含量的消耗。培養(yǎng)15 d內(nèi)，添加秸稈白漿土在引入氮素后，微生物活性得以激發(fā)，秸稈類物質(zhì)被礦化分解，釋放一定數(shù)量的有效磷成分，隨著培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)，有效磷含量不斷參與有機(jī)物的再合成（腐殖化作用），加之秸稈腐解殘留物對(duì)游離有效磷的吸附作用，有效磷向緩效或無(wú)效態(tài)磷過(guò)渡。

以銨態(tài)氮為主的供氮方式，培養(yǎng)60 d內(nèi)對(duì)混料有效磷含量的提升作用最為顯著，其次是硝態(tài)氮占優(yōu)的處理；培養(yǎng)60 d后，該規(guī)律發(fā)生變化，以銨態(tài)氮為主的AD處理更有利于混料有效磷含量的消耗，其次是銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等比例處理，而以硝態(tài)氮為主的供氮處理在培養(yǎng)后期更有利于減緩有效磷含量的降低走勢(shì)。整體看來(lái)，銨態(tài)氮更有利于促進(jìn)微生物對(duì)有效磷成分的利用，這與磷酸酶活性受銨態(tài)氮占優(yōu)處理的促進(jìn)作用有關(guān)15]，該酶活性水平可直接影響土壤中有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化16]，反之，硝態(tài)氮占優(yōu)則可減弱微生物對(duì)有效磷含量的消耗。

223速效鉀含量

由圖6可知，在氮素形態(tài)不同配比添加的情況下，白漿土中速效鉀含量的變化均表現(xiàn)為先緩慢升高、再漸趨降低的規(guī)律，培養(yǎng)15 d內(nèi)，3個(gè)氮素形態(tài)配比處理均有利于速效鉀水平的提升，AD、AN、ND處理下速效鉀含量增幅分別達(dá)25%、12%、04%，在此階段，微生物利用外源氮素對(duì)混入白漿土中的秸稈進(jìn)行降解，秸稈中無(wú)效鉀或緩效鉀成分在降解過(guò)程中部分轉(zhuǎn)化為速效鉀，間接提升了土壤的供鉀水平，其中以銨態(tài)氮為主的供氮方式更能驅(qū)動(dòng)微生物對(duì)秸稈中鉀素的釋放。然而，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，秸稈的腐解殘?bào)w對(duì)游離態(tài)鉀離子所產(chǎn)生的電性吸附，使其有效性受到抑制，進(jìn)而降低了混料中速效鉀的含量水平，這與李強(qiáng)等得出不同氮素形態(tài)配比對(duì)冬小麥田根際土壤速效鉀含量具有消耗作用的結(jié)論17]相似。

3結(jié)論與討論

31氮素不同形態(tài)配比對(duì)白漿土有機(jī)質(zhì)及全氮含量的影響

本研究表明，無(wú)論何種氮素形態(tài)占優(yōu)，白漿土中有機(jī)質(zhì)含量均呈漸趨降低的走勢(shì)，可見(jiàn)外源氮素對(duì)于微生物活性的促進(jìn)可間接促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的礦化進(jìn)程。在此過(guò)程，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等比例處理更有利于有機(jī)質(zhì)的礦化分解，其原因也許是因?yàn)楫?dāng)NH4+ ∶NO3-為1 ∶1時(shí)微生物數(shù)量可獲得較大程度提升15]。氮素形態(tài)不同配比處理下，混料全氮含量波動(dòng)下降，這是由于所選擇的全氮檢測(cè)方法不包括硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的消煮，其對(duì)于硝態(tài)氮部分檢出率較低?；诘攘坑衩捉斩捲谙鯌B(tài)氮占優(yōu)情況下混料喪失全氮的幅度較大，銨態(tài)氮占優(yōu)更有利于混料全氮水平的穩(wěn)定。微生物首先利用銨態(tài)氮繁衍自身并參與秸稈的礦化分解，使得銨態(tài)氮含量明顯下降，另外，銨態(tài)氮不斷向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化也促使全氮含量下降，秸稈不斷降解所釋放的銨態(tài)氮成分又提升了全氮水平，所以銨態(tài)氮占優(yōu)更有利于維系混料全氮水平。endprint

32氮素不同形態(tài)配比對(duì)白漿土速效養(yǎng)分含量的影響

銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等比例供氮有利于混料堿解氮成分的消耗，銨態(tài)氮占優(yōu)則更易于穩(wěn)定堿解氮含量。微生物利用氮素形態(tài)中的硝態(tài)氮可對(duì)秸稈產(chǎn)生較弱的礦化能力，其所釋放的無(wú)機(jī)氮僅能滿足自身活動(dòng)需要，致使土壤中堿解氮含量有所減少。銨態(tài)氮能夠顯著提高土壤硝化細(xì)菌活性，其作用的結(jié)果是減少堿解氮的損失。無(wú)論何種氮素形態(tài)占優(yōu)，白漿土有效磷含量均表現(xiàn)為先增后減并漸趨平穩(wěn)的規(guī)律，銨態(tài)氮占優(yōu)更有利于白漿土有效磷的消耗，這與銨態(tài)氮改善磷酸酶活性的作用有關(guān)。土壤速效鉀含量在3種氮素形態(tài)配比添加的影響下皆表現(xiàn)為先增后減的變化規(guī)律，以銨態(tài)氮為主的供氮方式更能驅(qū)動(dòng)微生物對(duì)秸稈中鉀素的釋放，一方面激發(fā)微生物活性使秸稈礦化分解，另一方面NH4+活性高于K+，可替代一部分秸稈中的K+，相反，硝態(tài)氮占優(yōu)的氮素處理則更易促進(jìn)微生物礦化釋鉀作用，最終秸稈殘?bào)w對(duì)K+的靜電吸附使其有效性再度降低，間接減少了混料中速效鉀的供應(yīng)水平。

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