全 文 ：内蒙古温带典型草原羊尿斑块土壤化学特性变化 3
刘忠宽1 ,2 ,3 　汪诗平1 3 3 　韩建国2 　王艳芬1 　陈佐忠1
(1 中国科学院植物研究所植被数量生态学重点实验室 ,北京 100093 ;2 中国农业大学草地研究所 ,北京 100094 ;
3 河北省农林科学院农业资源环境研究所 ,石家庄 050000)
【摘要】　在内蒙古冷蒿小禾草草原 1989 年围封禁牧地 ,研究了天然羊尿尿斑土壤化学特性的变化规律.
结果表明 ,土壤 p H 值于施尿后第 2 天达到最大值 ,以后呈下降趋势 ,58 天后 p H 值基本稳定在 615 左右且
低于对照区水平. 施尿区土壤可溶性有机碳含量的变化趋势与 p H 值的变化基本一致 ,两者存在显著的正
相关关系 ( P < 0101) . 施尿后土壤总可溶性磷含量显著提高 ( P < 0105) ,第 2 天达到最大值 (3511 mg·
L - 1) ,总可溶性磷各组分钼酸反应磷、可溶性有机磷和可溶性缩合磷百分比均存在两个明显的变化阶段 ,
钼酸反应磷和可溶性有机磷与可溶性缩合磷存在显著的负相关关系 ( P < 0105) . 施尿区土壤 NH +4 2N 在第
2 天达到最大值 ,以后呈下降趋势 ;NO32N 含量 14 天后开始显著增加 ,并于第 21 天达到最大值 ,其变化呈
现明显的“双峰型”特征 ,并较 NH +4 2N 存在显著的时滞现象 ;施尿后土壤可溶性有机氮含量显著增加 ,并
表现为“双峰型”变化特征.
关键词 　羊尿斑块 　化学特性 　碳 　氮 　磷 　时间变化
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 12 - 2255 - 06 　中图分类号 　S15411 　文献标识码 　A
Changes of soil chemical properties in sheep urine patches in Inner Mongolia steppe. L IU Zhongkuan1 ,2 ,3 ,
WAN G Shiping1 ,HAN Jianguo2 ,WAN G Yanfen1 ,CHEN Zuozhong1 ( 1 L aboratory of Quantitative V egetation
Ecology , Institute of Botany , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100093 , China ;2 Institute of Grassland Sci2
ence , China A gricultural U niversity , Beijing 100094 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (12) : 2255～
2260.
Sheep play an important role in the nutrient cycling in extensively grazed grasslands ,mainly through their annual
return of around 5～25 kg N in the shape of urine. This return changes the temporal distribution of nutrients in
soil and alters their bioavailability. Urine patches are the most important areas of the transformation and cycling
of nutrients in the grazed grasslands. In order to make known the changes of soil chemical properties in sheep
urine patches ,an experiment was set up in the typical steppe area of central Inner Mongolia. The results indicated
that soil p H value reached the maximum on the second day after urine excretion ,and then declined. It maintained
at around 615 from the 58th day ,which was under the level of the control. Soil dissolved organic carbon (DOC)
in urine patches exhibited the identical changing characteristics with soil p H ,and had a significantly ( P < 0101)
positive correlation with it . Soil total dissolved phosphorus ( TDP) increased significantly ( P < 0105) after urine
excretion ,and reached the maximum at the 2nd day. The percentage of molybdate reactive phosphorus (MRP) ,
dissolved organic phosphorus ( DOP) and dissolved condensed phosphorus ( DCP) showed significantly two
changing phases ,and there existed significantly ( P < 0105) negative correlations between MRP ,DOP and DCP.
Soil NH+4 2N reached the maximum on the 2nd day after urine excretion and then declined ,while soil NO -3 2N in2
creased significantly after 14 days and reached the maximum on the 21st day ,showing significant“double peaks”
characteristics. Soil dissolved organic nitrogen (DON) also increased significantly after urine excretion.
Key words 　Sheep urine patches , Soil chemical properties , Carbon , Nitrogen , Phosphorus , Temporal change.3 国家自然科学基金重大研究计划项目 (90211017)和中国科学院知
识创新工程重要方向资助项目 ( KSCX22SW2107) .3 3 通讯联系人.
2003 - 12 - 01 收稿 ,2004 - 03 - 18 接受.
1 　引 　　言
放牧草原是一个复杂的生态系统. 放牧家畜粪
尿的归还对土壤肥力和植物生长有着直接的影响 ,
并通过养分的移动和再分配而影响养分循
环[1 ,8 ,14 ,32 ] . 家畜采食的养分中有 60 %～90 %又以
粪尿的形式归还草原[14 ,31 ,33 ] ,但其覆盖面积只有采
食面积的 30 %～40 %[14 ] . 对于长期放牧的草原 ,这
种大面积的采食和小面积的归还最终导致土壤养分
的空间异质性 [14 ,31 ] ,并影响着养分的生物有效
性[14 ,17 ,31 ] . 放牧草原系统生产力的维持与发展主要
决定于可利用养分的循环[14 ] ,尤其是 N 和 P[16 ,36 ] .
在主要养分中 , P 主要以粪的形式排出 ,而 N 和 K
则主要以尿的形式排出[12 ,13 ] . 尿中的 N70 %～90 %
以尿素的形态存在[9 ] . 尿素极易水解而使土壤 p H
值升高 ,尤其是表层土壤[5 ,9 ] . 尿斑 p H 值的升高增
应 用 生 态 学 报 　2004 年 12 月 　第 15 卷 　第 12 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Dec. 2004 ,15 (12)∶2255～2260
加了土壤有机质和吸附态无机磷酸盐的可溶
性[12 ,25 ] ,并影响许多生物学过程[26 ,28 ] . 受初始高土
壤 p H 值和底物 (N H +4 ) 浓度的抑制 ,尿斑硝化作用
存在明显的时滞现象[4 ,10 ,21 ] ,一般 7 d 后才开始明
显[29 ,35 ] . 硝化过程由于产生 2 mol H + ,土壤 p H 值
降至低于对照的水平[28 ,34 ] ,致使土壤溶液中的离子
强度升高[13 ,38 ] ,植物对 P 的吸收可能增加[38 ] . 尿斑
土壤化学特性的变化使之成为养分转化和循环的重
要场所 ,并直接影响植物的生长和群落结构[2 ,5 ,25 ] .
因此 ,研究放牧家畜尿斑土壤化学特性的时空变化
规律具有重要意义. 对家畜尿斑土壤化学特性已有
许多研究报道[2 ,6 ,9 ,13 ,14 ,36 ,38 ] ,但主要集中在 N 的
转化方面. Hartikainen 等[12 ] 、Williams 等 [36 ]分别对
尿斑可溶性磷和可溶性有机碳、可溶性有机氮和可
溶性有机磷进行了研究 ,但均采用人工合成羊尿 ,并
在实验室或植被和土壤的非自然状态下进行. 本研
究以冷蒿小禾草草原为研究对象 ,从数量和时间角
度分析了天然羊尿尿斑土壤 p H 值、C、N 和 P 的变
化特征 ,旨在为温带典型草原的科学管理和可持续
利用提供理论支持.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地区概况
试验区位于内蒙古中国科学院草原生态系统定位研究
站附近 (43°26′～ 44°08′N ,116°04′～117°05′E) . 该地区年平
均气温 015～1 ℃,年均降水量 350 mm 左右. 土壤为沙质栗
钙土 ,p H 值 615～712 ,主要植被类型为冷蒿小禾草草原. 具
体情况参见文献[8 ] .
212 　研究方法
21211 试验设计 　试验采用 1989 年围封禁牧样地 ,选择植
被均一的地块用作试验地. 试验地土壤特征参见表 1. 采用
尿袋法进行羊尿的收集 , 密封保存在 - 70 ℃的条件
下[13 ,38 ] .试验前将收集的羊尿充分混合. 试验于 2002 年 5
月 15 日进行 ,共施羊尿和对照 (施去离子水)两个处理. 羊尿
和去离子水采用喷壶喷洒并离地 012 m ,每区 0196 L [12 ] . 小
区面积 40 cm ×40 cm ,各处理 5 次重复 ,共 10 个小区 ,全部
随机排列. 施尿和去离子水前各小区取底土 (以第 0 天表
示) ,参照以往相关研究的土壤取样频率 [13 ,28 ,36 ] ,施后的第 2
天 ,第 7 天 ,第 14 天 ,第 21 天 ,第 28 天 ,第 58 天 ,第 65 天和
第 72 天分别取土. 取土深度为 0～15 cm ,土样主要测定指标
包括土壤含水量、p H 值、可溶性有机碳 (DOC) 、可溶性有机
磷 (DOP) 、总可溶性磷 ( TDP) 、钼酸反应磷 (MRP) 、可溶性缩
合磷 (DCP) 、可溶性有机氮 (DON) 、总可溶性氮 ( TDN) 、硝态
氮和铵态氮.
21212 土壤分析 　土壤含水量采用铝盒烘干法 ,105 ℃烘干
至恒重 ;土壤 p H 值采用 p H 计法测定 ,水土 1∶1. DOC 采用
可溶性碳分析仪 ( Model 7000 , OI Analytical Corp. ) 测定 ;
TDP和 TDN 测定采用 Williams 等 [37 ]的方法 ; MRP 测定采
用钼酸法[22 ] ;DOP 测定采用 Ron Vaz 等[24 ]的方法 ;DCP 测
定采用差值法[24 ] ,DCP = TDP2MRP2DOP. 土壤无机氮 (铵
态氮和硝态氮)测定采用 2 mol kcl 浸提2流动分析仪法 ,水土
比为 215∶1. 试验结果均采用 SAS 812 进行统计分析.
3 　结果与分析
311 　土壤 p H 值的变化
施尿区和对照区土壤 p H 值均在第 2 天达到最
大值 (图 1a) ,分别为 818 和 718. 对照区除第 2 天
外 ,土壤 p H 值基本稳定在 713 左右 ,各日间差异不
显著 (图 1、表 2) ;施尿区土壤 p H 值在第 2 天～第
58 天呈下降趋势 (图 1) ,各日间差异显著 (表 2) ;第
58 天后土壤 p H 值基本稳定在 615 ,且低于对照区
水平 ,产生一定程度的酸化现象. 这主要是尿斑高强
度的氮硝化作用的结果[11 ,12 ] . 除第 21 天外 ,施尿区
与对照区土壤 p H 值均达到了显著性差异 (表 2) ,其
中第 7 天差值最高.
312 　土壤可溶性有机碳的变化
作为土壤微生物生长的基质和呼吸作用的底
物 , 土壤 DOC对许多生物学过程有着重要影
　
图 1 　土壤 p H、DOC、TDP 和 DON 的变化
Fig. 1 Changes of soil p H ,DOC , TDP and DON.
误差线表示平均值的标准误差 The error bars represent the standard
errors of the means(n = 5) . 1) 施尿处理 Urine treatment ;2) 不施尿处
理 No urine treatment .
6522 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
响[7 ,12 ,13 ,39 ] . 其含量与土壤 p H 值密切相关. 一般情
况下 ,p H 值升高有利于 DOC 含量的增加 ,主要是高
土壤 p H 值促进了有机物质的可溶性[15 ] . 本研究发
现 ,施尿区和对照区土壤 DOC 含量均在第 2 d 达到
最高值 (图 1b) ,分别为 3 80215 和 31212 mg·L - 1 ,
与各自的最大土壤 p H 值出现日数完全相同. 对照
区除第 0 天、第 2 天和第 7 天外 ,土壤 DOC 含量基
本在 250 mg·L - 1上下波动 ,各日间差异不显著 (表
2) . 施尿区土壤 DOC 含量在第 2 天～第 58 天呈下
降趋势 (图 1b) ,各日间差异显著 ,第 58 天后土壤
DOC含量基本稳定在 550 mg·L - 1左右. 对照区与
施尿区土壤 DOC 含量各日间均达到显著性差异 ,其
中第 2 天、第 7 天和第 14 天施尿区土壤 DOC 含量
高达对照区的 10 倍以上 (表 2) . 由图 1a 和图 1b 对
比分析可知 ,土壤 DOC 含量的变化趋势与土壤 p H
值的变化基本一致 ,与 Haynes[16 ]的研究结果相吻
合.经相关分析 ,施尿区和对照区土壤 DOC 含量与
土壤 p H 值均达到极显著的正相关关系 ( R urine =
01941 , Purine = 01000 ; R no urine = 01974 , Pno urine =
01000) .
313 　土壤磷的变化
P 是植物生长必需的大量元素 ,其中 TDP 含量
是决定土壤 P 营养水平的关键 [31 ] . 施尿后土壤
TDP 含量显著提高 ,第 2 天达到最大值 (3511 mg·
L - 1) ,随后呈下降趋势. 第 58 天前 ,施尿区土壤
TDP 含量各日间均达到显著性差异 ,第 58 天后各
日间差异不显著 (图 1c、表 3) . 施尿区与对照区土壤
TDP 含量各日间均达显著性差异 ,其中第 2 天差值
最高 ,为 34135 mg·L - 1 (表 3) .
　　不同处理土壤 TDP 各组分百分比的时间变化
如图 2 和表 3. 施尿区土壤 MRP、DOP 和 DCP 百分
比均存在两个明显的变化阶段. MRP 在第 2 天至第
21 天呈增长趋势 ,第 28 天后开始下降 ;而 DCP 变
化趋势恰好相反. DOP 在第 2 天至第 14 天呈增长
趋势 ,第 21 天后开始下降. 第 2 天至第 58 天 MRP、
DOP 和 DCP 百分比各日间均达显著性差异 ,第 58
天后各日间差异均不显著. MRP、DOP 和 DCP 百分
比两两各日间也均达显著性差异. 经相关分析 ,
MRP 和 DOP 与 DCP 存在显著的负相关关系 ( RMC
= - 01737 , PMC = 01037 ; ROC = - 01722 , POC =
01043) ,而 MRP 与 DOP 则呈正相关关系 ,但相关
不显著 ( R = 01478 , P = 01085) .
对照区各日均以 DCP 所占比例最高 ,其次为
DOP ,MRP所占比例最低 . MRP 、DOP和DCP百分
表 1 　试验地土壤化学与物理特征 3
Table 1 Chemical and physical properties of soil in the f ield
土层深度
Soil depth
(cm)
p H 有机质
Organic matter
(g·kg - 1)
全氮
Total N
(g·kg - 1)
无机氮
Inorganic N
(mg·kg - 1)
无机磷
Inorganic P
(mg·kg - 1)
容重
Bulk density
(g·kg - 1)
0～15 713 ±0105 3016 ±2157 2111 ±0109 22136 ±3113 2123 ±0115 1135 ±0118
15～30 711 ±0103 2917 ±1189 1176 ±0107 21157 ±3108 1196 ±0112 1142 ±01163 P < 01051 下同 The same below.
表 2 　土壤 pH值和 DOC含量均值比较 3
Table 2 Comparison of mean values of soil pHand dissolved organic C
项目
Items
处　理
Treatment
时　间 Time (d)
0 2 7 14 21 28 58 65 72
p H 施尿 Urine 713a 818b 815c 811d 714a 717f 615g 614g 615g
对照 CK 713a 718c 711a 713a 714a 712a 712a 712a 712a
DOC 施尿 Urine 9512a 3 80215b 3 05017c 2 81213d 97013e 1 15618f 55012g 54917g 55112g
(mg·L - 1) 对照 CK 9512a 31212f 22816g 25114h 25315h 24513h 24715h 24618h 24712h3 P = 0105 ;相同字母表示差异不显著 ,不同字母表示差异显著 The same letters mean no significance and different letters mean significant . 下同
The same below.
表 3 　TDP及其各组份的均值比较
Table 3 Comparison of mean values of total dissolved P and its components
处　理
Treatment
指　标
Items
时　间 Time (d)
2 7 14 21 28 58 65 72
施　尿 MRP( %) 1114a 1219b 1512c 4615d 1217e 913f 819f 817f
Urine DOP( %) 5211b 5610c 5916d 3813e 3516f 3018g 2919g 2915g
DCP( %) 3516c 3111d 2512e 1419f 5117g 5919h 6112h 6118h
TDP(mg·L - 1) 3511a 2418b 2215c 512d 713e 118f 115f 114f
不施尿 MRP( %) 1817d 2415e 2116f 2115g 2114h 1814i 1813i 1817i
No urine DOP( %) 2218e 3312f 2813g 2818h 2317i 3517j 3519j 3611j
DCP( %) 5815f 4213g 5011h 4917i 5419j 4519k 4518k 4516k
TDP(mg·L - 1) 0175b 0182c 0179d 1131e 0177f 0186g 0181g 0179g
752212 期 　　　　　　　　　　刘忠宽等 :内蒙古温带典型草原羊尿斑块土壤化学特性变化 　　　　　　　　　　　
比两两各日间也均达显著性差异. 经相关分析 ,DOP
与 DCP、MRP 与 DOP 和 DCP 均呈负相关关系 ,但
只有 DOP 与 DCP 相关显著 ( ROC = - 01912 , POC =
01002 ; RMO = - 01217 , PMO = 01606 ; RMC =
- 01202 ,PMC = 01632) . 对照区与施尿区相比 , TDP
各组分百分比各日间均达显著性差异 (表 3) .
314 　土壤氮的变化
N 是植物生长发育的重要营养元素 ,其中铵态
氮、硝态氮和 DON 是决定植物生长的关键形
态[2 ,10 ] . 本研究表明 ,施尿区和对照区土壤 NO -3 2N
含量表现明显的时间变异 (图 2 ,表 4) . 对照区土壤
N H +4 2N 含量变化呈现明显的“双峰型”特征 ,其中
最高峰值出现在第 7 天 (815 mg·L - 1) ,另一峰值出
现在第 58 天 (215 mg·L - 1) . 施尿区土壤 N H +4 2N 含
量在第 2 天达到最大值 35717 mg·L - 1 ,以后呈下降
趋势 ,各日间差异显著. 除第 0 天外 ,施尿区与对照
区土壤 N H +4 2N 含量各日间均达显著性差异 (表 4) .
施尿 14 d 后土壤 NO -3 2N 含量开始显著增加 (图
2) ,较 N H +4 2N 表现出明显的时滞现象. 施尿区土壤
NO -3 2N 含量的变化也呈现“双峰型”特征 ,峰值分别 出现在第 21 天和第 58 天 ,并于第 21 天达到最大值(29213 mg·L - 1) (图 2 ,表 4) . 除第 14 天与第 72 天外 ,施尿区土壤 NO -3 2N 含量各日间均达到显著性差异. 对照区则在第 14 天达到最大值 ( 918 mg·L - 1) ,以后呈下降趋势. 除第 0 天外 ,施尿区与对照区土壤 NO -3 2N 含量各日间差异显著 (表 4) .　图 2 　施尿区 (a) 和对照区 (b)土壤 NH +4 2N 和 NO -3 2N 含量变化Fig. 2 Temporal changes of soil NH +4 2N and NO -3 2N content in urinetreatment (a) and control (b) .1) NO32N ;2) NH +4 2N.
表 4 　土壤 NH+4 2N、NO -3 2N和 DON均值比较
Table 4 　Comparison of mean values of soil NH+4 2N , NO -3 2N and dissolved organic N
项目
Items
处　理
Treatment
时　间 Time (d)
0 2 7 14 21 28 58 65 72
NH +4 2N 施尿 Urine 017a 35717b 31115c 16919d 14912g 10619f 14412g 12117h 9815i
(mg·L - 1) 对照 CK 017a 312c 815d 310c 016a 013b 215e 114f 012b
NO -3 2N 施尿 Urine 510b 1516c 3018e 16115d 29213f 20117g 27619h 21718i 16513d
(mg·L - 1) 对照 CK 510b 715a 613d 918e 619c 412i 411i 213k 112m
DON 施尿 Urine 413a 13112b 53514c 21313d 8218e 23414f 1514g 1415g 1319g
对照 CK 413a 2819d 2718d 1518g 1218c 1317c 2018e 1614g 1513g
　　对照区除第 7 天和施尿区第 21 天外 ,土壤
NO -3 2N 呈现与 N H +4 2N 相似的变化趋势 (图 2) . 施
尿区前 14 d 土壤 NO -3 2N 含量均低于 N H +4 2N ,而第
21 天后 NO -3 2N 含量开始高于 N H +4 2N (图 2 ,表 4) ;
除第 7 天外 ,对照区土壤 NO -3 2N 含量均高于 N H +4 2
N (图 2 ,表 4) . 施尿后土壤 DON 含量显著增加 ,其
变化呈现“双峰型”特征 ,峰值分别出现在第 7 天和
第 28 天 ,并于第 7 天达到最大值 (53514 mg·L - 1) .
58 d 前施尿区土壤 DON 含量各日间均达显著性差
异 ,58 d 后各日间差异不显著 (表 4) . 对照区土壤
DON 含量在第 2 天达到最大值 2819 mg·L - 1 ,以后
呈下降趋势 ,各日间变异较小. 除第 65 天和第 72 天
外 ,对照区与施尿区土壤 DON 含量各日间均达显
著性差异 (图 1d ,表 4) .
4 　讨 　　论
放牧绵羊通过选择性采食、践踏和粪尿归还而
直接影响草原生态系统养分循环和草原系统生产
力[14 ] . 放牧绵羊每次排尿可覆盖 0103～0105 m2 的
草地面积 ,而实际的影响面积高达 01064～ 0109
m
2 [14 ]
.根据 Ball 等[3 ]和 Vallis 等[29 ]的研究 ,羊尿斑
块形成的最初 24 h ,土壤 p H 值迅速升高 ,其中表层
015 cm 土壤 p H 值可升高 215～315. p H 值升高主
要是尿素水解过程产生的 CO2 -3 与水作用形成大量
的 OH - [13 ] . 实际上 ,尿斑高水平的土壤 p H 值持续
时间很短 ,一般只有 1～3 d[13 ,14 ] ,随着硝化作用的
进行和植物对 N H +4 的吸收 ,尿斑土壤 p H 值下降往
往低于对照水平[13 ,14 ,36 ] ,本试验结果与之类似.
Stanford 等[27 ]研究表明 ,在温度 > 5 ℃条件下 ,
8522 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
土壤永久凋萎点和田间持水量间氮的矿化速度随土
壤湿度的增加而加快. 本试验开始前土壤含水量只
有 1103 % ,土壤处于较干燥状态. 随着去离子水的
施入 ,对照区土壤湿度显著增加 (施后第 2 天达到
1516 %) ,加快了土壤氮的矿化速度 ,并伴随着土壤
p H 值的升高[13 ] . 这可能是本试验未施尿的对照区
土壤 p H 值存在升高现象的主要原因.
尿斑土壤 p H 值的变化产生一系列生物化学反
应.根据 Haynes[13 ]和 Hartikaien 等[13 ]的研究 ,尿斑
p H 值的升高增加了土壤有机质和吸附态无机磷酸
盐的可溶性 ,并加剧了尿素水解和氨气形成过程.
Williams 等[36 ]研究报道 ,随着尿斑 p H 值的升高 ,土
壤表面负电荷数量增加 ,阳离子交换能力明显提高 ,
并对具体的吸附和解吸附过程产生显著的影响. 而
随着尿斑土壤 p H 值的降低 ,土壤溶液的离子强度
显著增加 ,土壤表面负电荷数量减少 ,阳离子交换能
力显著下降[9 ] . 尿斑土壤化学特性的变化使之成为
养分转化和循环的重要场所 ,并直接影响植物的生
长和群落结构.
羊尿中的主要化学元素为 N. N 转化在尿斑系
列生物、化学变化过程中具有关键性作用[23 ,25 ] . 当
家畜尿进入土壤后 ,在尿酶和微生物作用下尿素迅
速水解而转化为 N H +4 形式. Sherlock 等[26 ]的研究
表明 ,在相同环境条件下 ,家畜尿中的尿素水解速度
要比纯尿素快得多 ,主要是家畜尿中的含氮矿物酸
有刺激尿素水解的作用. 另外 ,尿斑的高 p H 值 (通
常为 816)也有利于尿素的水解. 在家畜尿斑形成的
最初 24 h 尿素水解速度最快 ,0～10 cm 土壤 N H +4
浓度达到 011～0125 mg·g - 1土 ,而 0～215 cm 土层
则高达 015～110 mg·g - 1土[15 ,30 ,35 ] . 尿素水解速度
快、持续时间短 ,除极度干燥或低温外 ,一般只需 3
～417 h 就可完成 50 %的尿素水解过程[15 ] . 尿素水
解产生的 N H +4 进入土壤后 ,在化能自养亚硝酸和
硝酸细菌的作用下被氧化为 NO -2 和 NO -3 ,并伴有
中间产物 N2O 和 NO 的形成. 氮硝化作用主要有两
个过程 :
N H +4 + 3/ 2O2 →NO2 - + 2H + + H2O (1)
NO2 - + 1/ 2O2 →NO -3 (2)
在第 1 个过程中往往有中间产物 N2O 和 NO
形成. 目前该过程具体的生物化学途径还没有完全
阐明[14 ,26 ] . 硝化过程由于产生 2 mol H + 而使尿斑
p H 值下降 , 产生一定程度的酸化现象. Haynes
等[13 ]研究报道 ,随着尿斑 p H 值下降 ,土壤溶液中
离子强度显著升高 ,其中 Ca2 + 最明显 ,Mg2 + 次之.
家畜尿中的尿素水解在所有季节 3 d 内即可完成 ,
但硝化作用一周后才开始明显 ,存在明显的时滞现
象[15 ,35 ] . Monaghan 等 [21 ]认为 ,这主要是由于参与
硝化作用的细菌和酶类受尿斑高浓度的 K+ 、Cl - 、
N H +4 抑制而发育滞后 ,土壤理化特性对硝化作用时
滞的影响还不清楚. 放牧绵羊尿斑形成一周后 ,0～
215 cm 土壤 NO -2 浓度达 45μg·g - 1土 ,但 NO -3 浓
度很低 (可以忽略) ,主要是尿斑形成初期高浓度的
N H +4 和高 p H 值不利于氮硝化作用第 2 个过程进
行[18 ,28 ,35 ] . 随着硝化作用进行 ,土壤 N H +4 浓度和
p H 值下降 ,尿斑形成 14 d 后 0～215 cm 土壤 NO2 -
浓度显著下降 ,NO -3 含量明显增加[14 ,20 ,35 ] .
土壤有机磷是一种重要的土壤 P 资源 ,我国土
壤有机磷含量一般占土壤总 P 量的 25 % ～
50 %[19 ] . 土壤有机磷中 ,小部分有机磷可直接被植
物吸收利用 ,大部分有机磷需经过矿化作用转化成
无机磷供植物吸收利用[15 ,19 ,40 ] . 土壤中的无机磷主
要有磷酸钙 (镁) 类化合物、磷酸铁和磷酸铝类化合
物、闭蓄态磷等 3 种类型[24 ] . 土壤中固磷作用相当
普遍. 由于固磷作用大量可溶性磷转变为不溶性状
态 ,因而使土壤中 P 的有效度减小[19 ,24 ,41 ] . 土壤的
固磷机制主要有化学沉淀机制、表面反应机制、闭蓄
机制和生物固定机制[24 ] . 土壤酸碱度可能是影响固
磷作用的最重要因素 ,一定范围内土壤 p H 值升高
可减少固磷作用 , 增加土壤中的可溶性磷含
量[24 ,37 ] . 有机磷在土壤中的矿化速度与有机质的分
解密切相关[24 ] ,而土壤 p H 值升高可显著提高有机
质的分解速度[11 ] ,增加土壤无机磷和可溶性有机磷
的含量. 本研究发现 ,施尿后土壤 TDP 含量与土壤
p H 值表现显著的正相关关系 ,可能与土壤 p H 值作
用机制有关. 实际上 ,土壤可溶性磷含量随取样时间
的降低 ,也可能与植物生长速度加快而增加 P 吸收
有关. 从土壤 TDP 各组分来看 ,MRP 和 DOPd 百分
比表现初期增加、中后期降低的变化特征 ,而 DCP
则相反. 施尿后第 72 天 DCP 达 6118 % ,而 MRP 只
占 817 %. 表明植物主要是以 MRP 形态进行 P 的吸
收 ,其次是 DOP ,而对 DCP 的吸收极少. 尿斑土壤
p H 值、有 机 碳、P 和 N 的 变 化 与 前 人 的 研
究[5 ,9 ,11～13 ,28 ,36 ]存在不同程度的差异. 这主要是以
前的研究均是在实验室或植被和土壤的非自然状态
下利用合成羊尿进行. 合成羊尿与天然羊尿在生物
活性方面存在显著性差异 ,因而导致尿斑生物化学
反应的殊同.
952212 期 　　　　　　　　　　刘忠宽等 :内蒙古温带典型草原羊尿斑块土壤化学特性变化 　　　　　　　　　　　
5 　结 　　论
研究结果表明 ,尿斑形成初期 ,土壤 p H 值显著
升高 ,但随着硝化作用的进行和植物对 N H +4 的吸
收尿斑土壤 p H 值下降 ,58 d 后降至低于对照的水
平 ,并产生一定的酸化现象. 土壤 DON 和 TDP 含量
与土壤 p H 值存在显著的正相关关系 ,主要是土壤
p H 值的升高增加了土壤有机质的可溶性. 施尿后土
壤 N H +4 2N 和 DON 含量显著增加 ,但 14 d 后土壤
NO -3 2N 含量开始显著升高 ,较 N H +4 2N 表现出明显
的时滞现象. 这与初期尿斑高水平的土壤 p H 值和
N H +4 2N 含量有关.
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作者简介 　刘忠宽 ,男 ,1971 年生 ,博士 ,讲师 ,主要从事草
地科学和生态科学研究 ,发表论文 13 篇 ,参编著作 2 部.
Tel :031227652142 ; E2mail :zhongkuan666 @hotmail. com
0622 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷