不同施肥制度下中国东部典型土壤易分解与耐分解氮的组分特征

【目的】土壤易分解氮(labile nitrogen,Lab-N)和耐分解氮(recalcitrant nitrogen,Rec-N)是土壤氮库的两个重要组分,其组分含量与比例可反映土壤有机氮周转与固存特性。因此,研究土壤长期不同施肥制度下易分解氮与耐分解氮的含量及比例特性,是土壤氮库管理与土壤肥力质量建设的重要研究内容。【方法】利用中国东部3种旱作土样(吉林公主岭黑土、河南郑州潮土、湖南祁阳红壤)和1种水稻土土样(湖南望城),运用颗粒密度分组法,研究长期不施肥(CK)、施化肥(NPK)、化肥配施秸秆(NPKS)和化肥配施有机肥(NPKM)4种不同施肥制度下易分解氮和耐分解氮的含量及比例变化特征。【结果】旱作土壤易分解氮的平均含量为0.15g·kg-1(0.10—0.29 g·kg-1)低于水田的0.22 g·kg-1(0.20—0.23 g·kg-1),而其占全氮的比例高于水田。经23年处理后,旱作土壤CK处理全氮含量较试验初期氮含量显著下降,下降的比例为7.5%—9.7%,水稻土则显著上升,升高的比例为11.5%;长期NPK处理,旱作土壤和水田全氮含量较CK显著增加,红壤易分解氮含量较CK易分解氮显著下降,其他地点无显著变化;长期NPKS处理,旱作和水田土壤全氮含量显著增加,黑土和水稻土易分解氮含量及其占全氮的比例较CK无显著变化,红壤易分解氮含量显著下降,而潮土易分解氮含量显著增加;长期NPKM处理,显著提高了旱作土壤全氮含量、易分解氮含量及易分解氮占全氮的比例,其中黑土增加的比例最大分别为85.0%、106.0%和4.2%,水稻土易分解氮含量及其占全氮的比例无显著差异性。4种土壤耐分解氮的含量与全氮含量的变化趋势一致,均表现为NPKM>NPKS>NPK>CK,其中NPKM处理降低了耐分解氮占全氮的比例。【结论】旱作土壤易分解氮含量及其占全氮的比例对不同施肥处理的响应比水田更加敏感。化肥配施有机肥处理显著提高了旱作土壤全氮含量、易分解氮含量及其占全氮的比例,效果优于秸秆还田,更优于化肥处理。

长期施肥旱地土壤易分解与耐分解氮的矿化特性

【目的】土壤易分解氮库和耐分解氮库是土壤有机质的重要组分,其矿化能力的大小可反映土壤有机氮的周转性能。论文旨在研究长期不同施肥制度下土壤易分解氮库与耐分解氮库的矿化特性,为了解不同培肥措施及其氮素供应提供依据。【方法】以中国长期不同施肥处理的2种旱地土壤(黑土和潮土)为例,选取不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥配施秸秆(NPKS)和化肥配施有机肥(NPKM)4个处理,采用颗粒密度法,将土壤有机氮分为易分解氮和耐分解氮2个组分,室内培养分析不同组分氮的矿化特性。【结果】筛分及培养结果显示,黑土和潮土的平均质量回收率和氮回收率均超过97%,易分解和耐分解氮组分矿化量之和占原土矿化量的平均比例为99.91%(99.89%—99.93%),是一种研究土壤易分解和耐分解氮组分矿化特性的可行方法。2种旱地土壤NPK、NPKS和NPKM处理易分解氮组分净氮矿化潜势(除黑土NPK处理差异不显著)较CK处理显著提高26.82%—137.10%;不同施肥处理对旱地黑土、潮土易分解氮组分净氮矿化潜势影响显著,其中,黑土NPKM处理易分解氮组分净氮矿化潜势为1.48 mg·kg-1·d-1,显著优于NPKS(1.02 mg·kg-1·d-1)与NPK(0.75 mg·kg-1·d-1)处理;潮土NPKM处理易分解氮组分净氮矿化潜势为1.17 mg·kg-1·d-1,显著优于NPKS(0.89 mg·kg-1·d-1)与NPK(0.76mg·kg-1·d-1)处理;旱地土壤各处理耐分解氮组分净氮矿化潜势之间差异不显著,其中,黑土各处理耐分解氮组分平均净氮矿化潜势为0.58 mg·kg-1·d-1(0.52—0.63 mg·kg-1·d-1),潮土为0.51 mg·kg-1·d-1(0.40—0.62 mg·kg-1·d-1)。不同施肥处理旱地黑土、潮土易分解氮组分净氮矿化潜势均显著大于同处理耐分解氮组分净氮矿化潜势,NPKM处理两者显现出最大差异,其中,黑土易分解氮组分净氮矿化潜势是同处理(按CK、NPK、NPKS、NPKM顺序)耐分解氮组分的1.41、1.39、1.75和2.35倍,潮土易分解氮组分净氮矿化潜势是同处理(按CK、NPK、NPKS、NPKM顺序)耐分解氮组分的1.22、1.33、1.56和1.87倍。土壤矿化过程中易分解组分对原土矿化贡献率受施肥措施显著影响,其大小按CK、NPK<NPKS<NPKM顺序递增,黑土依次为10.82%、12.51%、14.94%、18.91%,潮土依次为8.49%、9.71%、11.34%、16.2%;旱地土壤各处理耐分解氮组分的矿化贡献率之间无显著差异,黑土为86.24%(83.96%—88.51%),潮土为88.46%(86.71%—90.20%)。【结论】旱地易分解氮组分净氮矿化潜势和矿化贡献率对不同施肥措施的反应较耐分解氮组分敏感,各施肥处理易分解氮组分净氮矿化潜势显著高于耐分解组分,NPKM处理两组分矿化潜势差异最大,且对氮素矿化潜势和矿化贡献率的提高优于NPKS处理,更优于NPK处理。

旱地土壤易分解与耐分解碳氮组分的高效筛分方法

土壤易分解与耐分解碳、氮组分是表征土壤有机碳、氮转化特征的一项重要指标,但如何高效获得该组分的大量样品是当前的一个难题。本文改进传统少量筛分法,设计一次性大量筛分设备,对我国两种典型旱地土壤黑土与潮土的不施肥（CK）、化肥（NPK）、化肥配施秸秆（NPKS）和化肥配施有机肥（NPKM）4个处理土壤分别进行一次性大量（100、200和300 g）筛分,并比较与传统（50 g）筛分法的差异,了解该设备大量筛分样品的工作效率与可行性。结果表明：黑土或潮土大量（300 g）筛分时,与筛分量200和100 g的质量、全碳和全氮回收率无显著差异,均在97%以上;3个筛分量下同一处理的黑土或潮土的易分解碳、氮或耐分解碳、氮含量基本无显著差异。与传统筛分法相比,黑土或潮土筛分量为300 g的质量回收率比50 g的质量回收率提高1%～3%,全碳和全氮回收率提高1%～8%;易分解碳、氮或耐分解碳、氮含量基本无显著差异,以黑土CK处理为例,筛分量为300 g与50 g的土壤易分解组分氮含量分别为0.12和0.14 g/kg,两者无显著差异;与传统筛分法相比,筛分量由50 g提高到300 g,单位时间获得土壤易、耐分解碳、氮组分样品的效率提高了5倍。因此,改进设备后的筛分法可以一次性筛分300 g旱地土样,且土壤质量、全碳和全氮回收率提高1%～8%,是一种获取旱地土壤易、耐分解碳、氮组分较为简单高效的方法。

岩溶区农业种植对土壤有机氮矿化的影响

土壤有机氮矿化是供应无机氮的主导过程,研究其变化对于认识土壤氮素有效性和指导氮肥施用具有重要意义。本研究分别在云南建水、蒙自和勐腊岩溶区选取脐橙地、玉米地和橡胶地作为研究对象,并以临近未受人为扰动的草地或原始林地作为对照,采用15N同位素标记方法,研究了岩溶区草地或原始林地开垦种植农作物后石灰土有机氮矿化(MNorg)速率变化,并区分了易分解有机氮矿化(MNlab)和难分解有机氮矿化(MNrec)对MNorg的贡献。结果表明,原始林地土壤MNorg(8.94 mg N∙kg^-1 d^-1)显著高于草地(1.41~2.46 mg N·kg^-1 d^-1),且均以MNlab为主。其中,草地MNlab对MNorg贡献率可达80.6%~93.1%,而在原始林地中该贡献率达到62.2%。岩溶区草地或林地开垦种植经济作物显著降低MNorg速率,其MNorg速率为0.53~0.89 mg N∙kg^-1 d^-1,下降比例达62.5%~90.1%。这种差异主要受MNlab和MNrec影响,由草地开垦种植脐橙和玉米后土壤MNorg下降主要归于MNlab速率下降,而MNrec并未发生显著变化;原始林地开垦种植橡胶后土壤MNorg下降主要归于MNlab和MNrec速率的共同下降。岩溶区草地或原始林地开垦种植农作物后土壤有机碳、全氮、全磷、全钙和全镁含量及土壤田间持水量、pH、阳离子交换量均显著降低,且与土壤MNorg和MNlab呈显著正相关,表明农业种植对土壤理化性质的改变是影响矿化速率的重要因素。

岩溶区和碎屑岩区林地和农田土壤氮矿化过程对比研究

通过^(15)N标记法和MCMC氮素转化模型,研究了岩溶区(石灰性土壤)和碎屑岩区(红壤)林地和农田土壤易分解有机氮矿化(M_易)、难分解有机氮矿化(M_难)和总有机氮矿化(M_总)速率。结果发现,土壤矿化速率受土壤类型和土地利用方式的显著影响。林地石灰性土壤M_总(3.71mg N/kg)显著低于林地红壤(5.57mg N/kg),石灰性土壤M_(Nlab)(1.81mg N/kg)与M_(Nrec)(1.90mg N/kg)相近,而红壤M_易(4.60mg N/kg)显著高于M_难(0.96mg N/kg)。林地变为农田后,石灰性土壤M_总显著提高,而红壤显著降低。与林地相比,岩溶区农田土壤M_易提高了72.5%,而M_难下降了33.7%。碎屑岩区农田土壤M_易和M_难分别降低至2.47和0.46mg N/kg。岩溶区土壤CaO和MgO含量与M_易呈显著负相关,而与M_难呈显著正相关,表明岩溶区土壤钙镁含量是影响氮矿化速率的重要因素。