土壤矿质氮和可矿化氮对当季作物的贡献

1、文章编号：1008-181X（2001）03-0207-03土壤矿质氮和可矿化氮对当季作物的贡献刘晓宏1, 2，郝明德2，田梅霞2（1：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃 兰州 730000；2：中国科学院水土保持研究所，陕西 杨凌 712100）摘要：从土壤矿质氮-硝态氮和铵态氮、土壤可矿化氮3个指标研究了土壤剖面不同层次有效氮对作物吸氮的贡献。结果表明，不同指标反映土壤供氮能力状况不一。土壤硝态氮和土壤可矿化氮与作物吸氮有较好的相关关系，而土壤铵态氮与作物吸氮关系不密切。在深度120 cm之上的土层的土壤可矿化氮对作物吸氮有较大的贡献。在考虑土壤供氮能力时，建议应该考虑120 cm深

2、层以上的土壤。关键词：土壤硝态氮；土壤铵态氮；土壤可矿化氮；作物吸氮；深层土壤中图分类号：S153 文献标识码：AContribution of soil mineral nitrogen and soil mineralization nitrogen to seasonal cropLIU Xiao-hong1, 2，HAO Ming-de2，TIAN Mei-xia2（1: Cold and Arid Regions Environment and Engineering Research Institute, Lanzhou 730000, China;2: Institute of

3、Soil and Water Conservation, CAS, Yangling, Shanxi 712100, China）Abstract: We study the contribution of soil mineral（NO3-N, NH4+-N）and Mineralization nitrogen（N0） to seasonal crop. The results show: different index has the vary corelation to nitrogen adsorption of crop and there are better relations

4、hip between soil NO3-N, N0 and assimilat nitrogen of crop; but no better relationship to soil ammonium. The N0 of upper 120 cm soil had the great works to the nitrogen assimilation of crop, so we should take into account the NO of upper 120 cm soil as we evaluate the soil N-supply.Key words: soil mi

5、neral nitrogen；soil mineralization nitrogen；depth soil；adsorption nitrogen of crop 在轮作制中，种植豆科作物和施用厩肥是作物氮素供应的主要途径。由于氮肥生产迅速增长，土壤氮素供应逐渐转移到施用化学氮肥上。化学氮肥的施用对提高土壤矿质氮含量水平起到很大贡献。土壤学家和农业化学家为合理利用氮肥和提高氮肥利用率，在用数学模型计算和预测土壤供氮能力方面作了有意义的探讨1，2。Stanford等提出的好气培养间歇淋洗法依据一级反应动力学方程估算土壤氮素矿化的两个基本参数_土壤氮素供氮潜力（NO）和矿化速率常数（K）3，4。

6、大量研究结果表明，N0和K可较好的反映土壤供氮潜力1，2。本研究在黄土高原长期不同轮作、施肥试验的基础上，分析了不同土壤层次中矿质氮水平和土壤可矿化氮对当季作物吸氮的影响，以期更好的评价各不同土壤层次不同氮素养分对作物的贡献及合理评价土壤肥力和推荐施肥提供依据。1 材料和方法1.1 试验区概况 试验于1984年开始布置在未进行灌溉的旱作农耕地上。试验地处黄土高原中南部长武塬，黄土堆积深厚，土壤为黄盖粘黑垆土，耕层土壤有机质含量为1.05%，全氮含量为0.057%，土壤碱解氮含量37 kg/mg，速效磷含量为2.0 kg/mg。试区大部分土壤贫氮少磷，钾素丰富，土壤养分含量、地貌特征在黄土高原沟

7、壑区有一定代表性。1.2 试验设计试验处理数22个，均为3次重复。轮作试验各轮作系统施肥量相同（NP），包括粮豆3 a轮作（豌豆-小麦-小麦-糜子）；粮饲豆4 a轮作（豌豆-小麦-小麦-玉米）；粮草长期轮作（苜蓿-苜蓿-苜蓿-苜蓿-马铃薯-小麦-小麦-小麦-苜蓿）处理；粮草短周期3 a轮作（红豆草-小麦-小麦）。轮作施肥试验（各轮作系统施肥量和种类不同）处理7个。包括粮豆轮作5个处理（CK、P、NP、NPM）；粮饲轮作施肥2个处理（NP、NPM）。表1 土壤硝态氮含量与生物指标相关系数单层次累积量土壤层次/cm生物产量产量吸氮量生物产量产量吸氮量000.970.990.950.970.990.

8、9520400.950.910.980.990.990.9840600.880.830.920.990.990.9960800.840.80.890.980.980.99801000.890.840.910.990.980.991001200.960.930.990.990.981.01201400.960.920.980.990.971.01401600.880.830.930.990.971.01601800.950.910.980.980.961.01802000.940.900.980.980.961.02002300.950.910.980.980.961.02302600.920.

9、870.960.980.950.992602900.890.840.940.970.950.99连作施肥处理10个。包括小麦连作施肥7个处理（CK、N、P、M、NP、NM、PM）；苜蓿连作施肥3个处理(CK、P、NPM) ；玉米连作施肥1个处理（NPM）。所有处理N（尿素）为纯氮120 kg/hm2，P（过磷酸钙）为P2O5 60 kg/hm2，M为厩肥75 t/hm2。裸地处理1个，进行定期除草和松土。1.3 土壤有机氮矿化培养试验表2 土壤铵态氮含量与生物指标相关系数单层次累积量土壤层次/cm生物产量产量吸氮量生物产量产量吸氮量0200.210.130.320.210.130.322040

10、0.500.40.560.490.390.564060-0.17-0.18-0.210.270.190.2960800.990.971.00.650.580.67801000.150.150.080.530.490.531001200.710.660.710.560.510.561201400.840.800.850.600.550.601401600.06-0.030.100.560.510.561601801.00.991.00.720.630.681802000.970.910.920.720.680.722002300.990.980.990.750.710.752302600.310

11、.250.310.730.680.742602900.710.760.860.750.70.75在1997年播种、施肥前采集各处理0300 cm土样，每20 cm分一层次。风干过2 mm筛，备用。耕层土壤培养：采用Stanford等人好气培养间歇淋洗法3。称取10.00 g过2 mm筛土样与等量石英砂混合，加少量蒸馏水，湿润后充分混匀，形成土砂混合物。将此混合物移入底部铺有玻璃丝的桶形漏斗中，稍压后，上铺一层石英砂。用100 ml 0.01 mol/L的氯化钙溶液分多次淋洗土壤中的矿质氮，加入25 ml的无氮营养液（0.002 mol/L硫酸钙、0.002 mol/L硫酸镁、0.005 mol

12、/L磷酸二氢钙、0.0025 mol/L硫酸钾），漏斗口用塑料薄膜扎住，并扎二小孔通气，多余水分在60 cm汞柱负压下抽去，置培养箱中在35 温度下培养。每2周用0.01 mol/L的氯化钙溶液60 ml淋洗，收集淋洗液后，再加入25 ml的无氮营养液，继续培养。测定淋洗液中的矿质氮。共培养16周。试验所用石英砂和玻璃丝均经过预处理。耕层以下土壤培养：采用Stanford等人提出短期培养方法5。先预培2周，淋洗矿质氮，再加入无氮营养液，继续培养2周，淋洗，测定淋洗液中的矿质氮。以上试验各土样重复3次。1.4 测定方法土壤淋洗液中硝态氮、铵态氮测定用连续流动分析仪。其余测定用常规分析法。2 结果

13、与分析2.1 土壤矿质氮与作物吸氮之间的关系矿质氮包括硝态氮和铵态氮。硝态氮和铵态氮易于被作物直接吸收利用，是作物吸收氮素的直接来源。硝态氮易于随水分下渗，而发生迁移。在干旱半干旱地区，大部分的硝态氮，即使发生下淋作用，也不能淋出根圈的范围，大部分都可以被作物吸收利用，所以土壤中残留的矿质氮对当季作物吸氮贡献量较大，由于不同地区降水的不同，所以对残留矿质氮对作物吸氮的贡献效率研究中，应考虑一个合适的采样深度。从表1硝态氮与生物学产量、籽粒产量、吸氮量相关关系可以得出，在无灌溉条件下，各土层硝态氮含量与生物指标的相关性均达5%的显著标准。从耕层到300 cm深硝态氮含量均与吸氮量有较高的相关性，

14、表明0300 cm各层次的硝态氮似乎对作物吸氮均有贡献。各层次间硝态氮累积两与作物吸氮量的相关性比各单层含量相关性有明显提高，与生物学产量和籽粒产量相关性也有所增加。从起始铵态氮与生物指标相关系数（表2）说明，各层次间的铵态氮含量与生物指标相关性好坏不一，总体说来，相关性不大。说明土壤铵态氮含量在反映土壤供氮能力上的作用不大。由起始矿质氮（硝态氮和铵态氮之和）与生物量、吸氮量相关分析（表3）也表明，由于铵态氮的加入，降低了硝态氮供氮能力的可靠性，但也在一定程度上反映土壤供氮能力。从以上分析说明，在以硝态氮做指标进行土壤供氮能力预测时，可不将铵态氮含量纳入，能更好的反映土壤供氮能力。为什么硝态氮

15、和铵态氮均可被作物直接吸收，但硝态氮可以很好地反映土壤供氮能力，而铵态氮却不能，这一问题值得进一步探讨。2.2 土壤可矿化氮N0表3 土壤矿质氮含量与生物指标相关系数单层次累积量土壤层次/cm生物产量产量吸氮量生物产量产量吸氮量0200.960.950.970.960.950.9720400.610.520.670.830.760.854060-0.06-0.08-0.100.600.620.7060800.990.961.00.840.790.86801000.220.220.160.740.70.741001200.790.750.810.760.710.751201400.880.840

16、.890.770.730.771401600.320.230.370.750.700.751601800.990.990.990.820.780.821802000.950.920.950.840.800.842002300.990.980.990.860.820.862302600.540.480.550.850.800.852602900.840.820.880.850.810.85表4 土壤可矿化氮量与生物指标相关系数单层次累积量土壤层次/cm生物产量产量吸氮量生物产量产量吸氮量0200.470.520.460.470.520.4620400.980.950.970.860.870.86

17、40600.920.880.960.830.850.8260800.900.900.920.750.700.81801000.920.940.880.890.870.921001200.920.920.930.900.880.931201400.600.500.670.900.880.941401600.590.490.660.90.880.941601800.340.230.430.890.850.931802000.410.330.450.890.850.942002300.06-0.020.090.890.850.94230260-0.15-0.19-0.160.890.860.9426

18、02900.530.640.730.890.850.93由2周培养法测定土壤剖面的矿化氮量并不是均随深度的增加而减小。深层有些层次出现较高的矿化量，这可能与土壤深层有机氮的分布不均有关。从表层到深层，不同层次矿化量变异程度很大。从可矿化氮与生物指标、吸氮量的关系（表4）表明，土壤耕层可矿化氮量与生物指标的相关性较低，而耕层以下土壤矿化量高于耕层土壤。在各层土壤可矿化氮量与生物指标、吸氮量研究中，在120 cm以上各层可矿化氮量与各生物指标密切相关。而在120 cm以下，相关性急剧降低，甚至出现负值，说明作物对土壤可矿化氮的吸收可能仅限于120 cm以上土层。各层次的累积量与生物指标的相关性明显升高，尤其与吸氮量关系，均超过5%显著水平。从以上分析结果来看，由于可矿化氮包括了矿化出的硝态氮和铵态氮，而且铵态氮与作物吸氮量之间的相关性较差，所以可矿化氮量与生物指标和吸氮量的相关性有所降低，低于硝态氮与生物指标的相关性，高于总矿质氮与生物指标的相关性。而且以上分析也说明可矿化氮对作物吸氮的贡献，尤其是120 cm以上土层可矿化氮量对吸氮的贡献率较大。总的来说，015