摘要:為了探明不同有機(jī)肥等比例替代化肥下土壤有機(jī)氮各組分積累特征,依托長(zhǎng)期施肥定位試驗(yàn),以不施氮肥(CK)和施用化肥氮(NPK)為對(duì)照,檢測(cè)分析了豬糞(PM)、商品有機(jī)肥(OM)和早稻紫云英+晚稻水稻秸稈(RMS)替代20%化肥氮處理下土壤有機(jī)氮組分含量及其占全氮的比例。結(jié)果表明:全氮和有機(jī)氮組分含量在NPK和CK處理之間差異不明顯;與NPK處理相比,有機(jī)肥替代化肥各處理的土壤全氮含量提高了5.2%~8.5%,尤其是PM處理;且3種有機(jī)肥替代化肥的酸解氨基酸氮、酸解銨態(tài)氮和酸解氨基糖氮的含量分別顯著提高了11.0%~18.8%、10.8%~18.5%和16.7%~31.1%,其占全氮比例分別提高了4.4%~11.1%、2.1%~12.6%和7.5%~24.5%,增加了土壤速效氮含量,尤其是RMS處理;其原因可能是有機(jī)肥替代化肥不同程度地增加了微生物生物量碳氮,增強(qiáng)了氮轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性,促進(jìn)了難分解有機(jī)氮組分向易分解有機(jī)氮組分的轉(zhuǎn)化。綜上,有機(jī)肥等比例替代化肥均能有效提高土壤氮素積累和供應(yīng),其中豬糞更有利于氮素積累,秸稈更有利于增強(qiáng)氮素供應(yīng)潛力。
關(guān)鍵詞:等比例替代;有機(jī)氮組分;微生物生物量;酶活性;稻田土壤
中圖分類(lèi)號(hào):S158 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-060X(2024)08-0029-07
Accumulation Characteristics of Organic Nitrogen Fractions in Paddy Soil upon Replacement of 20% Chemical Nitrogen Fertilizer with Different Organic Fertilizers
LIU Hua1,PENG Fu-xi2,3,CHEN Jun2,3,LIN Jiao2,3,ZHOU Yu-an2,3,Nader Saad2,3,
ZHANG Zhen-hua2,3,XIA Yin-hang2,3
(1. Cili Bureau of Agriculture and Rural Affairs, Cili 427200, PRC; 2. College of Resources, Hunan Agricultural University,"Changsha 410128, PRC; 3. Yuelushan Laboratory, Changsha 410128, PRC)
Abstract: This study aims to unveil the accumulation characteristics of soil organic nitrogen (N) fractions upon replacement of chemical fertilizer with organic fertilizer at the same proportion based on a long-term fixed-location fertilization experiment. With no N fertilizer (CK) and chemical N fertilizer (NPK) as the control groups, we measured the content and proportions of organic N fractions in total N under three replacement treatments: pig manure replacing 20% chemical N fertilizer (PM), commercial organic fertilizer replacing 20% chemical N fertilizer (OM), and Chinese milk vetch in early rice and rice straw in late rice replacing 20% chemical N fertilizer (RMS). The results indicated that the content of total N and organic N fractions presented no significant differences between NPK and CK. Compared with NPK, the three replacement treatments increased soil total N content by 5.2%-8.5%, with the highest increase in the PM treatment. The three replacement treatments increased the content of acid-hydrolyzed amino acid N, acid-hydrolyzed ammonium N, and acid-hydrolyzed amino sugar N by 11.0%-18.8%, 10.8%-18.5%, and 16.7%-31.1%, respectively. Meanwhile, the three treatments increased the proportions of the three organic N fractions above in total N by 4.4%-11.1%, 2.1%-12.6%, and 7.5%-24.5%,"respectively. The data suggested that the replacement treatments, especially RMS, increased the available N in soil. Possible causes of these results were that organic fertilizer replacing chemical fertilizer increased the contents of microbial biomass C and N, as well as the activity of N-related enzymes, and promoted the conversion of difficultly decomposable oragnic N fractions into easily decomposable"organic N fractions. In summary, replacing chemical N fertilizer with different organic fertilizers at the same proportion can effectively increase the accumulation and supply of soil N. Pig manure and straw are conducive to N accumulation and supply, respectively.
Key words: replacement at the same proportion; organic nitrogen fractions; microbial biomass; enzyme activity; paddy soil
氮是影響作物生長(zhǎng)的重要元素。作物生長(zhǎng)吸收的氮素50%以上來(lái)自土壤,且以無(wú)機(jī)氮為主[1-2]。土壤有機(jī)氮占全氮90%以上,主要存在于腐殖質(zhì)和未完全分解的動(dòng)植物殘?bào)w中[3-4],需礦化為無(wú)機(jī)氮才能被作物吸收利用[5]。有機(jī)氮庫(kù)的大小和賦存形態(tài)是影響土壤氮素有效性的重要因子[6]。根據(jù)有機(jī)氮化學(xué)形態(tài),可將土壤有機(jī)氮?jiǎng)澐譃榉撬峤獾退峤獾?,酸解氮又包括酸解氨基酸氮、酸解銨態(tài)氮、酸解氨基糖氮和酸解未知氮[7]。其中,酸解氨基酸氮是有機(jī)氮礦化為無(wú)機(jī)氮的重要中間產(chǎn)物,與微生物代謝活動(dòng)聯(lián)系緊密,可以表征土壤供氮潛力[8];酸解銨態(tài)氮以固定態(tài)銨為主,是土壤可礦化氮的主要的直接來(lái)源,其含量的高低直接影響著土壤供氮潛力[9];酸解氨基糖氮是一類(lèi)相對(duì)穩(wěn)定的有機(jī)氮,來(lái)源于微生物的細(xì)胞壁成分,反映土壤微生物對(duì)氮素同化吸收利用過(guò)程[10-11];酸解未知氮是酸解過(guò)程中未被鑒別的含氮化合物[3,9];非酸解氮指氨基酸和氨基糖通過(guò)縮合作用形成的復(fù)雜化合物,性質(zhì)穩(wěn)定[3,9]。因此,研究土壤有機(jī)氮組分含量及積累特征對(duì)探明土壤氮素有效性和供氮潛力具有重要的意義。
施肥是土壤中氮素補(bǔ)給的主要來(lái)源,能夠改變土壤中氮組分的積累,影響作物生長(zhǎng)。研究表明,施用化肥或者有機(jī)肥替代化肥均能顯著促進(jìn)土壤氮素積累,且不同有機(jī)肥不同比例替代化肥對(duì)土壤全氮含量的影響差異較大[12]。相比秸稈替代20%化肥氮,豬糞替代30%或60%化肥氮的處理均具有較高的土壤全氮含量,但其降低了微生物殘?bào)w氮對(duì)全氮積累的貢獻(xiàn)[12]。雞糞替代30%化肥氮和秸稈替代化肥氮均能顯著改變土壤有機(jī)氮組分,提高酸解總氮的含量,且雞糞替代化肥具有更高含量的酸解氨基酸氮、酸解氨基糖氮和酸解未知氮,而秸稈替代化肥氮處理更有利于酸解銨態(tài)氮的積累[13]。利用商品有機(jī)肥替代15%至60%的化肥氮各處理均能有效地增加土壤全氮含量,促進(jìn)酸解氨基酸氮、酸解銨態(tài)氮和酸解氨基糖氮等易分解有機(jī)氮組分的積累,降低了土壤非酸解氮含量[14]。上述研究結(jié)果表明,有機(jī)肥種類(lèi)不同、替代化肥氮比例不同均會(huì)改變土壤全氮及有機(jī)氮各組分的積累。以往研究主要關(guān)注于不同有機(jī)肥或者同一有機(jī)肥不同比例替代化肥氮之間的比較,缺乏有機(jī)肥等比例替代化肥氮對(duì)土壤氮積累影響的研究。不同的有機(jī)肥性質(zhì)、碳氮含量和碳氮比均具有較大的差異,其等比例替代化肥氮條件下如何影響土壤有機(jī)氮組分分布仍需要深入研究。
稻田作為我國(guó)主要的耕地類(lèi)型之一,長(zhǎng)期淹水環(huán)境形成了其特有的土壤性質(zhì),有機(jī)肥等比例替代化肥氮對(duì)土壤有機(jī)氮組分的影響鮮有報(bào)道。基于此,本研究依托長(zhǎng)期有機(jī)肥替代化肥定位試驗(yàn),探究豬糞、商品有機(jī)肥和秸稈等有機(jī)肥等比例替代化肥氮條件下稻田土壤全氮及有機(jī)氮各組分積累特征,以期制定合理的施肥模式,充分利用有機(jī)肥,促進(jìn)土壤有機(jī)氮各組分積累,進(jìn)而提高土壤的氮素供應(yīng)能力。
1 材料與方法
1.1 定位試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)地位于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)瀏陽(yáng)市沿溪鎮(zhèn)實(shí)驗(yàn)基地(28°19′N(xiāo),113°49′E),該區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤(rùn)氣候,年平均溫度和降雨量分別為17.5℃和1551.3 mm。供試土壤為河流沖積物發(fā)育的潮沙泥田。試驗(yàn)開(kāi)始前的土壤理化性質(zhì)為:pH 值5.61;有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量分別為16.6、1.21、0.54和11.5 g/kg;堿解氮、有效磷和速效鉀的含量分別為48.9、21.3和155.7 mg/kg。定位試驗(yàn)始于2013年,采用雙季稻種植模式,共包括5個(gè)處理:不施氮肥(CK)、施用化肥氮(NPK)、豬糞替代20%化肥氮(PM)、商品有機(jī)肥替代20%化肥氮(OM)、早稻紫云英和晚稻水稻秸稈替代20%化肥氮(RMS)。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)小區(qū),每個(gè)小區(qū)面積為20 m2,采用隨機(jī)區(qū)組排列。早稻季,CK處理P2O5和K2O施肥量分別為72和90 kg/hm2, 其余各處理施肥總量一致,N、P2O5和K2O的施肥總量分別為120、72和90 kg/hm2;晚稻季,CK處理P2O5和K2O施肥量分別為60和105 kg/hm2, 其余各處理施肥總量一致,N、P2O5和K2O的施肥總量分別為135、60和105 kg/hm2;氮磷鉀化肥分別采用尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀,豬糞碳氮比為13.3,商品有機(jī)肥碳氮比為22.9,紫云英碳氮比為16.2,水稻秸稈碳氮比為42.1;在早晚稻季,有機(jī)肥和磷肥做基肥,氮、鉀肥60%做基肥,40%做分蘗肥。早稻品種是金早香1號(hào),晚稻品種是荃早優(yōu)1606。
1.2 土壤樣品采集
連續(xù)施肥10 a后,于2022年晚稻收割后采集土壤樣品,利用土鉆在每個(gè)小區(qū)按照“S”形采集土壤樣品,每個(gè)小區(qū)采集5個(gè)點(diǎn),充分混勻后作為一個(gè)土壤樣品,挑除可見(jiàn)的石礫和動(dòng)植物殘?bào)w后,按照四分法分取一部分土壤樣品風(fēng)干,測(cè)定有機(jī)碳、全氮、有機(jī)氮組分和土壤pH等土壤指標(biāo);另一部分土壤樣品作為鮮樣保存于4℃冰箱,用于測(cè)定微生物生物量碳氮(MBC和MBN)和酶活性,以及速效氮含量。
1.3 土壤指標(biāo)的測(cè)定
土壤有機(jī)碳、全氮和pH值利用《土壤農(nóng)化分析》中的方法測(cè)定[15]。MBC和MBN采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法提取,利用TOC分析儀和連續(xù)流動(dòng)注射儀測(cè)定[16],其中未熏蒸的溶液用于測(cè)定土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量,兩者之和作為土壤速效氮含量。土壤蛋白酶和N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶均采用比色法測(cè)定,其中底物分別為酪蛋白酸鈉和β-N-乙酰氨基葡萄糖苷[17-18]。
土壤有機(jī)氮各組分采用Bremner法進(jìn)行測(cè)定[7]。具體為:稱(chēng)取含有0.25 mg N的風(fēng)干土樣放入水解瓶中,加入6 mol/L的HCl,在105 ℃下水解12 h后獲得酸解液。其中,酸解總氮是酸解液加入硫酸鉀和硫酸銅混合的催化劑以及濃硫酸加熱消煮后測(cè)定;酸解氨基酸氮是酸解液利用檸檬酸鹽緩沖液和茚三酮氧化、磷酸-硼砂緩沖液蒸餾法后測(cè)定;酸解銨態(tài)氮是酸解液加入3.5% MgO蒸餾后測(cè)定;酸解氨基糖氮是酸解液利用磷酸-硼砂緩沖液蒸餾后,利用凱氏定氮儀測(cè)定,然后減去酸解銨態(tài)氮含量獲得;酸解未知氮是利用酸解總氮減去酸解氨基酸氮、酸解銨態(tài)氮和酸解氨基糖氮的差值;非酸解氮是土壤全氮和酸解總氮的差值。
1.4 數(shù)據(jù)處理
采用SPSS18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析之前利用Shapro-Wilk方法和Leven’s方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布和方差齊性檢驗(yàn),均符合。各處理之間的差異性利用單因素方差分析(One-way ANOVA)檢驗(yàn),Duncan法進(jìn)行比較,P<0.05時(shí)作為顯著影響。有機(jī)氮組分和各環(huán)境因子之間的相關(guān)性利用Pearson相關(guān)進(jìn)行分析。所有圖形利用Origin 8.5制得。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同施肥處理下水稻產(chǎn)量和土壤理化性質(zhì)
施肥各處理均不同程度地提高了水稻產(chǎn)量(表1)。在2022年晚稻季和2023年早稻季,相對(duì)于CK處理,NPK、PM、OM和RMS處理分別使水稻產(chǎn)量提高了2.7%~4.7%、8.0%~17.7%、4.5%~14.5%和7.2%~17.7%,其中PM和RMS在兩季均達(dá)到了顯著性,而OM僅在2023年早稻季達(dá)到了顯著性(P<0.05)。
經(jīng)過(guò)10 a替代施肥后,與CK相比,NPK處理并沒(méi)有顯著改變土壤有機(jī)碳和全氮含量(表2)。相對(duì)于NPK處理,有機(jī)肥替代化肥各處理使土壤有機(jī)碳含量顯著提高了4.0%~7.0%(P<0.05);且3種有機(jī)肥處理之間無(wú)顯著差異(表2);3種有機(jī)肥替代化肥使土壤全氮顯著提高了5.2%~8.5%(P<0.05),尤其是PM處理。與NPK處理相比,有機(jī)肥替代化肥各處理使土壤速效氮含量提高了7.4%~10.5%(P<0.05),其中RSM處理最高。這些結(jié)果表明了不同有機(jī)肥等氮替代化肥條件下均能促進(jìn)土壤碳氮的積累,提高土壤的氮素供應(yīng)能力。
進(jìn)一步分析表明,施肥各處理對(duì)土壤碳氮比無(wú)顯著的影響(表2)。NPK和RSM處理均顯著降低了土壤pH值,尤其是RSM處理(P<0.05);而PM處理顯著提高了土壤的pH值(P<0.05)。
2.2 不同施肥處理下土壤有機(jī)氮組分含量及其占全氮的比例
施肥各處理不同程度地改變了土壤有機(jī)氮組分的含量(圖1)。與CK相比,NPK處理僅提高了酸解氨基酸氮含量(P<0.05)。相對(duì)NPK處理,PM處理使非酸解氮、酸解總氮、酸解氨基酸氮、酸解銨態(tài)氮和酸解氨基糖氮含量分別提高13.1%、5.8%、18.8%、10.8%和16.7%(P<0.05),使酸解未知氮含量降低了7.0%;OM處理使非酸解氮、酸解總氮、酸解氨基酸氮、酸解銨態(tài)氮和酸解氨基糖氮含量分別顯著提高9.2%、4.7%、11.0%、15.5%和22.0%(P<0.05),酸解未知氮含量降低了6.7%;RMS處理使酸解總氮、酸解氨基酸氮、酸解銨態(tài)氮和酸解氨基糖氮分別顯著提高了10.3%、16.9%、18.5%和31.1%(P<0.05)。
由圖2可知,相對(duì)于CK,NPK處理僅提高了酸解氨基酸氮的占比(P<0.05)。與NPK處理相比,3種有機(jī)肥替代化肥處理使酸解氨基酸氮占全氮的比例顯著提高了4.4%~11.1%,均達(dá)到了顯著水平(P<0.05),其中RMS處理最顯著;使酸解銨態(tài)氮占全氮比例提高了2.1%~12.6%,其中OM和RMS處理達(dá)到了顯著水平(P<0.05),且RMS>OM處理;使酸解氨基糖氮占全氮比例顯著提高了7.5%~24.5%(P<0.05),其中RMS>OM>PM處理;使酸解未知氮占全氮比例降低了5.3%~14.3%,其中PM和OM達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。與CK和NPK處理相比,RSM處理顯著降低了非酸解氮占全氮的比例(P<0.05)。這些結(jié)果表明了有機(jī)肥等比例替代化肥氮均不同程度地提高了土壤的供氮潛力,尤其是RSM處理。
2.3 不同施肥處理下土壤微生物生物量和酶活性
與CK和NPK處理相比,有機(jī)肥替代化肥各處理均增加了土壤MBC和MBN含量(P<0.05),其中RSM處理中MBC含量最高,PM處理中MBN含量最高(圖3a,b);此外,有機(jī)肥替代化肥各處理均提高了土壤蛋白酶和N-乙酰-β-D葡萄糖苷酶活性(P< 0.05),尤其是RSM處理(圖3c,d)。
相關(guān)性分析表明,土壤非酸解氮和酸解總氮占全氮比例與土壤性質(zhì)之間均無(wú)顯著相關(guān)性;土壤酸解氨基酸氮和酸解氨基糖氮占全氮比例與土壤性質(zhì)之間均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系;土壤酸解銨態(tài)氮占全氮比例與速效氮含量、MBC含量、蛋白酶和N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶活性之間均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系;土壤酸解未知氮占全氮比例與有機(jī)氮、全氮、速效氮和MBN含量,以及與蛋白酶和N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶活性均呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(表3)。
3 討論
3.1 不同有機(jī)肥等比例替代化肥對(duì)土壤碳氮積累及其他性質(zhì)的影響
有機(jī)物料輸入是土壤中有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源,有助于提高土壤碳氮的積累,進(jìn)而提升土壤肥力[19-20]。在研究中發(fā)現(xiàn),施肥各處理均不同程度地提高了水稻產(chǎn)量,尤其是豬糞和秸稈替代化肥處理,與以往的研究結(jié)果相似[12],這可能是肥料投入提高了土壤肥力所致。以往大多數(shù)學(xué)者探究有機(jī)肥輸入對(duì)土壤碳氮積累的影響多集中于不同比例替代之間的比較[21-23],很少關(guān)注不同有機(jī)肥等比例替代化肥氮條件下土壤碳氮的積累規(guī)律,進(jìn)而難以評(píng)價(jià)有機(jī)肥之間的碳氮固定效果。在本研究中,施用化肥氮與不施氮肥相比并沒(méi)有顯著改變土壤氮素積累,這可能是由于施用化肥氮在一定程度上提高了水稻產(chǎn)量,可能通過(guò)水稻秸稈和籽粒帶走了大量的氮導(dǎo)致,此外,化肥氮易流失也可能是其氮素積累無(wú)顯著變化的原因。相對(duì)于施用化肥氮處理,豬糞、商品有機(jī)肥和秸稈3種有機(jī)肥等比例替代化肥氮均顯著提高了土壤有機(jī)碳和全氮含量,證實(shí)了有機(jī)物料輸入有利于促進(jìn)土壤碳氮積累的觀(guān)點(diǎn)[24]。3種有機(jī)肥具有不同的碳氮比,在等比例替代化肥氮條件下向土壤輸入碳的總量差異較大。然而,3種有機(jī)肥處理之間對(duì)土壤有機(jī)碳的積累并無(wú)顯著影響,這與以往探明的豬糞替代30%化肥氮相比于秸稈替代20%化肥氮更有利于土壤有機(jī)碳積累的研究結(jié)果不同[22]。這也表明了不同有機(jī)肥等比例替代化肥對(duì)土壤有機(jī)碳積累的結(jié)果可能是相同的,但具有低碳氮比的豬糞還田表現(xiàn)出了最高的固碳效率。同時(shí),發(fā)現(xiàn)豬糞替代化肥處理中土壤全氮含量顯著高于另外2種有機(jī)肥替代化肥處理。這與豬糞和秸稈不同比例替代化肥氮條件下的研究結(jié)果一致[12],表明了豬糞替代化肥也具有較高的土壤氮素固定效率。
有機(jī)肥替代化肥不僅能夠促進(jìn)土壤碳氮的積累,同時(shí)也提高了土壤中的速效氮含量,表現(xiàn)出較高的土壤氮素供應(yīng)能力[13]。有機(jī)肥替代化肥相比于施用化肥氮處理也不同程度地提高了土壤速效氮含量,尤其是秸稈替代20%化肥氮處理,這可能與有機(jī)肥輸入土壤后改變了有機(jī)氮組分的分布特征有關(guān)。值得一提的是,不同的有機(jī)肥替代化肥對(duì)土壤pH的影響結(jié)果不同。與不施氮肥和施用化肥氮處理相比,豬糞替代20%化肥氮顯著提高了土壤pH值,秸稈替代20%化肥氮顯著降低了土壤pH值,而商品有機(jī)肥替代20%化肥氮對(duì)土壤pH值無(wú)顯著影響,證實(shí)了糞肥替代化肥具有降酸效果,而秸稈還田在一定程度上可能導(dǎo)致土壤酸化[12,25]。這對(duì)南方紅黃壤酸化治理具有重要的施肥指導(dǎo)意義。
3.2 不同有機(jī)肥等比例替代化肥對(duì)土壤有機(jī)氮組分的影響
作為土壤全氮的重要組成部分,有機(jī)氮組分是土壤有效氮的源和庫(kù),研究其分布特征對(duì)探明土壤氮素有效性和供應(yīng)能力具有重要的意義。本研究表明,與不施氮肥相比,施用化肥氮對(duì)大部分有機(jī)氮組分含量無(wú)顯著影響,僅提高了酸解氨基酸氮含量,其原因可能是施用化肥氮對(duì)土壤全氮無(wú)顯著影響,但是提高了土壤蛋白酶活性,這可能促進(jìn)土壤大分子有機(jī)氮解聚成小分子有機(jī)氮組分,如氨基酸氮[26]。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),與施用化肥氮相比,不同有機(jī)肥等比例替代化肥氮不同程度地影響了土壤有機(jī)氮各組分的積累。豬糞和商品有機(jī)肥替代20%化肥氮處理同時(shí)促進(jìn)了土壤非酸解氮和酸解總氮的積累,而秸稈替代20%化肥氮處理僅提高了酸解總氮含量。其原因可能是有機(jī)肥替代化肥向土壤輸入了大量的碳和氮提高了土壤微生物生物量,增強(qiáng)了氮轉(zhuǎn)化相關(guān)的酶活性,促進(jìn)了輸入的氮向土壤有機(jī)氮各組分的轉(zhuǎn)化積累;而秸稈替代20%化肥處理中氮轉(zhuǎn)化酶活性最高,促使了難分解有機(jī)氮組分向易分解有機(jī)氮組分的轉(zhuǎn)化[27-28],提高了酸解總氮含量。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),有機(jī)肥替代化肥處理主要是促進(jìn)了酸解有機(jī)氮中的酸解氨基酸氮、酸解銨態(tài)氮和酸解氨基糖氮等組分的積累,這與其他有機(jī)肥替代不同比例化肥氮的結(jié)果相似[13-14, 29]。其中,酸解氨基酸氮,尤其是小分子氨基酸氮是土壤有機(jī)氮可以被微生物吸收轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮的過(guò)渡態(tài)氮庫(kù)[30];酸解銨態(tài)氮是土壤可礦化氮的最主要直接來(lái)源,是一種含有大量易礦化有機(jī)氮的臨時(shí)氮庫(kù)[8,31];兩者含量的提高表明了土壤具有較高的土壤供氮潛力[9],這與有機(jī)肥替代化肥處理中速效氮含量較高的結(jié)果相對(duì)應(yīng)。酸解未知氮作為未鑒別的含氮化合物,其在本研究中對(duì)有機(jī)肥替代化肥的響應(yīng)與以往研究結(jié)果不同,具體原因還需要進(jìn)一步研究。
深入分析發(fā)現(xiàn),3種有機(jī)肥替代化肥處理中,僅秸稈替代20%化肥氮顯著降低了非酸解氮占全氮的比例,表明了在等比例替代化肥氮的條件下,豬糞和商品有機(jī)肥對(duì)土壤非酸解氮和酸解總氮積累的促進(jìn)是同步的,而秸稈替代化肥更能激活土壤有機(jī)氮庫(kù)的活性。盡管如此,3種有機(jī)肥替代化肥均不同程度地提高了酸解氨基酸氮、酸解銨態(tài)氮和酸解氨基糖氮的占比,尤其是秸稈替代20%化肥氮處理,進(jìn)一步證實(shí)了有機(jī)肥代替化肥氮的處理提高了土壤氮素的供應(yīng)潛力,進(jìn)而增加了土壤速效氮含量。這些結(jié)果與微生物生物量和氮轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性的提高緊密相關(guān)。酸解氨基糖氮作為微生物殘留物的重要成分[11],其含量和占比在秸稈替代20%化肥氮處理中顯著高于豬糞替代20%化肥氮處理,表明了秸稈相對(duì)于豬糞替代化肥氮更有利于微生物殘?bào)w氮的積累,這與前期的研究結(jié)果相符[12, 24]。因此,3種有機(jī)肥等比例替代化肥氮均能不同程度地提高酸解有機(jī)氮中酸解氨基酸氮、酸解銨態(tài)氮和酸解氨基糖氮的含量及其占全氮的比例,提高土壤氮素供應(yīng)潛力,尤其是秸稈替代20%化肥氮處理。
4 結(jié)論
長(zhǎng)期以豬糞、商品有機(jī)肥、早稻紫云英和晚稻水稻秸稈替代20%化肥氮均能有效地促進(jìn)稻田土壤碳氮積累,其中豬糞替代化肥氮對(duì)提高土壤全氮含量的效果最明顯。3種有機(jī)肥均顯著增加了酸解氨基酸氮、酸解銨態(tài)氮和酸解氨基糖氮的含量;同時(shí),不同程度地提高了這3種酸解氮組分占全氮的比例,增強(qiáng)了土壤氮素供應(yīng)潛力,其中秸稈替代化肥氮的效果最顯著。因此,在等比例替代化肥氮條件下,豬糞更有利于土壤氮素積累,秸稈則更有利于土壤氮素供應(yīng),但需要防止秸稈還田引起土壤酸化。
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