全 文 ：土壤保肥供肥机理及其调节 .棕壤型
菜园土的 N素保持与供应*
陈利军* * 周礼恺 张岫岚 (中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110015)
摘要 对辽宁省北部、中部及南部棕壤型菜园土 15 对肥、瘦地 N 素保持与供应性能的研究表明,绝大多数肥
地及其各粒级微团聚体的全 N量、NH+4 吸附与解吸量均大于瘦地及其各相应粒级微团聚体的, 而 NH+4 解吸率
则相反. 除了大粒级微团聚体外,肥、瘦地及其小粒级微团聚体全 N 储量与 NH+4 吸附与解吸性能均有显著差
异. 肥、瘦地微团聚体的 NH+4 吸附与解吸量均随粒径的增大而降低,解吸率则随之升高. NH+4 吸附与营养物质
或酶活性等大多没有显著的线性相关关系; 肥地及各粒级微团聚体 NH+4 解吸与土壤有机质及其结合形态、全
N 含量、脲酶与磷酸酶活性等呈显著线性正相关,瘦地及其各相应粒级微团聚体的与营养物质含量和酶活性均
无显著线性相关关系.
关键词 N 素保持与供应 棕壤型菜园土 土壤微团聚体 土壤肥力
Mechanism of nutrient preservation and supply by soil and its regulation . Npreservation and supply by brown
earth type vegetable garden soil. Chen L ijun, Zhou Likai and Zhang Xiulan ( I nstitute of App lied Ecology , A cademia
Sinica, Shenyang 110015) . Chin. J . A pp l . Ecol . , 1999, 10(6) : 676~ 678.
Determination of Npreser vation and supply performances of 15 pairs of fertile and infertile brow n earth type vegetable
garden soils sampled from northern, central and southern Liaoning prov ince show that in most soil samples tested,
fer tile soils and their various particle sizes o f microaggregates had a larger amount of total N and adsorbed and desorbed
NH+4 , but a smaller desorpt ion rate than infertile soils and their corresponding part icle sizes of microaggregates. There
are significant different between total N , adsorbed and desorbed NH+4 of fertile and infer tile soils and their
microaggragate of < 10m. The amount of adsorbed and desorbed N decreased with the increment of microaggregates
particle sizes in both fertile and infertile soils, but t he desorption rate was reversed. NH+4 adsorption had no significant
linear relationship with soil nutrients and enzyme activities, but NH+4 desorption of fertile soils and their v ar ious particle
sizes of microagg regates had significant linear posit ive relationships with soil organic matter and its binding status, total
N content, urease and phosphatase activities, NH+4 desorption of infertile soils and their corresponding particle sizes of
microaggregates had no significant linear posit ive relat ionships wit h all nutr ients contents and enzyme act ivities.
Key words Npreserv ation and supply , Br own earth type vegetable garden soil, Soil microagg regates, So il fer tility .
* 国家自然科学基金资助项目( 49571044) .
* * 通讯联系人.
1999- 04- 12收稿, 1999- 08- 25接受.
1 引 言
土壤保肥供肥性能即对本源和外源营养物质的
保持与供应能力是土壤重要的肥力特性之一[ 4, 12] . 土
壤中的 NH+4 离子是作物氮素营养的主要给源, 也是
土壤中氮素转化的主要产物和底物[ 5] . 土壤中 NH+4
离子的吸附与解吸, 在一定程度上反映了土壤的保 N、
供 N 能力, 即土壤氮素肥力水平的高低. 鉴于土壤肥
力水平很大程度上受制于土壤中不同粒级微团聚体的
组成比例[ 3, 4] , 研究不同肥力土壤及其各粒级微团聚
体的 NH +4 吸附与解吸性能的差异, 对揭示土壤肥力
的实质有重要意义. 本研究在先前工作的基础
上[ 1~ 2, 9, 13] ,拟对样本数较多的棕壤型菜园土肥、瘦地
及其各粒级微团聚体的 NH +4 吸附与解吸性能进行研
究,并据此探讨土壤肥力差异的本质,为有效调节土壤
保肥供肥能力与制定土壤肥力指标提供依据.
2 材料与方法
供试土壤的采集和不同粒级微团聚体的提取方法见文献
[ 6, 7] ,土壤肥力水平用同一地域不同地块作物多年产量均值
高低代表.土壤及不同粒级微团聚体全 N 测定用开氏法[ 8 ] ,
NH+4 吸附和解吸的测定见文献[ 10] .
3 结果与分析
3. 1 全 N含量和 NH+4 的吸附与解吸
棕壤型菜园土肥、瘦地及不同粒级微团聚体全 N
含量和 NH+4 吸附和解吸性能的变化见表 1.由表 1可
见,在供试的 15对棕壤型菜园土中, 绝大多数肥地及
其各粒级微团聚体的全 N 含量均显著高于瘦地及其
各相应粒级微团聚体的 , 且< 1 0m微团聚体比>
应 用 生 态 学 报 1999 年 12 月 第 10 卷 第 6 期
CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 1999, 10( 6)676~ 678
表 1 棕壤型菜园土肥、瘦地保 N与供 N性能的综合比较
Table 1 Synthesized comparison of Npreservation and supply by fertile and infertile brown earth type vegetable garden soil s( n= 12)
土壤
S oil
粒级
Part icle
size
(m)
全 N
Total P
X
( gkg- 1) S( gkg- 1) CV( % )
吸附 N
Adsorbed N
X
(gkg- 1) S( gkg- 1) C V( % )
解吸 N
Desorbed N
X
( gkg- 1) S( gkg- 1) CV( % )
解吸率
Desorption rate(% )
X
( gkg- 1) S( gkg- 1) CV( % )
肥地 土壤 Soil 1. 91 0. 31 16. 23 753. 36 124. 65 16. 55 440. 95 65. 03 14. 75 59. 88 12. 43 20. 76
Fert ile < 10 2. 89 0. 38 13. 15 1197. 47 131. 19 10. 96 619. 63 78. 89 12. 73 52. 74 11. 85 22. 47
10~ 50 1. 87 0. 33 17. 65 804. 86 135. 24 16. 80 460. 76 77. 10 16. 73 58. 88 13. 61 23. 11
50~ 250 1. 53 0. 38 24. 84 588. 15 129. 11 21. 95 378. 75 67. 40 17. 80 67. 26 17. 79 26. 45
瘦地 土壤 Soil 1. 55 0. 21 13. 55 642. 43 128. 23 19. 96 380. 33 62. 78 16. 51 61. 48 16. 16 26. 28
Infert ile < 10 2. 28 0. 30 13. 16 1071. 49 119. 24 11. 13 553. 07 67. 49 12. 20 52. 81 12. 44 23. 56
10~ 50 1. 58 0. 26 16. 46 695. 51 120. 37 17. 31 418. 37 65. 44 15. 64 61. 78 13. 68 22. 14
50~ 250 1. 53 0. 38 24. 84 496. 23 127. 77 25. 75 326. 06 62. 79 19. 26 69. 60 20. 41 29. 32
10m 微团聚体具有更高的全 N量(表 2) ,这与本研究
前期工作肥、瘦地全 P 和有机质含量的变化趋势相
似[ 6, 7] ,也验证了先前土壤肥力实质研究的相关结
论[ 1, 2, 9, 13] .
表 2 棕壤型菜园土肥、瘦地 N素保持与供应性能差异显著性检验
Table 2 Hypothesi s test of N preservation and supply by ferti le and
infertile brown earth type vegetable garden soils ( n= 22)
粒 级
Part icle size(m) 全 NT otal N NH
+
4 吸附
NH+4 Adsorpt ion
NH+4 解吸
NH+4 desorpt ion土壤 Soil 3. 31* * 2. 15* 2. 32*
< 10 4. 33* * 2. 46* 2. 22*
10~ 50 2. 40* 2. 09* 1. 45
50~ 250 3. 01* * 1. 75 1. 90
* t 0. 05= 2. 07, * * t 0. 01= 2. 82.
肥地及其各粒级微团聚体不仅本源 N 储量较高,
对外源 N 的保持量也高于瘦地及其各相应粒级微团
聚体的(表 1) ,而且除 50~ 250m 的大粒级微团聚体
外,肥、瘦地及其< 10、10~ 50m 微团聚体的 NH +4 吸
附量均有显著差别, 这可能与肥地更高的腐殖质含量
有关[ 7] , 因为腐殖质带有大量负电荷, 对阳离子 NH+4
吸附的贡献很大[ 12] .肥地和瘦地中< 10m 微团聚体
的 NH+4 吸附量均比> 10m 的高, 这主要是由于小粒
级微团聚体带有的负电荷数量远远多于大粒级的[ 11] ,
也表明小粒级微团聚体比大粒级微团聚体有更强的营
养物质吸储能力.
土壤 N素供应能力取决于吸附外源 N 的解吸能
力的大小.由表 1可见,肥地及其各粒级微团聚体单位
质量的解吸 NH+4 量均大于瘦地及其各相应粒级微团
聚体的,这应是两种土壤肥力差异的一个原因. 肥、瘦
地中< 10m 微团聚体的 NH+4 解吸量大于> 10m
的,但 NH +4 的解吸率却相反,表明小粒级微团聚体的
NH+4 供应潜势较之大粒级的更大, 加之肥、瘦地大粒
级微团聚体间 NH +4 吸附并没有显著差异(表 2) ,则小
粒级微团聚体当应在土壤营养物质储存中发挥更大的
作用.
棕壤型菜园土 NH +4 解吸率虽与其它农用土壤一
样随微团聚体粒径的增大而增大[ 1, 2, 9, 13] ,验证了土壤
颗粒越细, 其吸附 NH+4 中易解吸者比例越小的结
论[ 12] , 但其增大幅度却很小.这是因为在菜园土里,小
粒级微团聚体 NH +4 的解吸能力相对较强所致.为此,
本工作进一步验证了前期 P 素工作的结果[ 6] , 证明菜
园土小粒级微团聚体与大粒级微团聚体相比,不仅具
有更强的释供 P 素的能力,同样具有更强的释供 N 素
的能力,且其 NH+4 解吸潜势更大, 持续供应 N 素营养
的能力更强.
3. 2 NH+4 吸附与解吸与营养物质及酶活性相关关系
从表 3可见,无论肥、瘦地或其各相应粒级的微团
聚体, NH +4 吸附虽与土壤有机质及其各结合形态、全
N 及几种酶活性有一定的或正或负的线性相关关系,
但绝大多数相关关系不显著. 尽管有研究表明 NH+4
吸附受土壤有机质、粘粒大小等的影响[ 5] , 但本试验
中此种关系并不明显. 可能的原因是棕壤型菜园土
NH+4 的吸附主要与土壤本身的电荷性质密切相
关[ 12] .
与 NH +4 吸附不同, 肥地及其各粒级微团聚体
NH+4 的解吸与土壤有机质、松结态腐殖质、紧结态腐
殖质、全 N 含量、脲酶与磷酸酶活性存在显著或极显
著线性正相关关系, 而瘦地及相应粒级微团聚体吸附
NH+4 的解吸与营养物质含量和酶活性均无显著线性
相关.影响肥、瘦地供 N 能力的因素的不同, 似也可看
出肥、瘦地肥力水平的差异.显然, 较之瘦地, 肥地土壤
某一营养或生物化学因子的变化均可引起 N 供应的
相应变化.
尽管肥地较之瘦地 NH +4 的吸附与解吸量更高,
但试验证明肥、瘦地 NH+4 的吸附与解吸之间并不存
在显著的线性相关关系.
3. 3 土壤肥力水平的 N素数量化界定的可行性
15对棕壤型菜园土肥、瘦地 N 保持与供应性能研
究的目的是探讨以之拟定土壤肥力指标的可行性. 从
表1 的 15对肥、瘦地及其相应粒级微团聚体 N 保持
与供应性能的研究结果汇总中可以看出,尽管肥地及
6776 期 陈利军等:土壤保肥供肥机理及其调节 .棕壤型菜园土的 N素保持与供应
表 3 NH+4 吸附与解吸与营养物质、酶活性的相关关系( r值)
Table 3 Correlation between Npreservation, Nsupply and soil nutrients and enzyme activities
粒 级
Part icle size
(m)
有机质
O. M
松结态
Loose
O. M
稳结态
Steady
O. M
紧结态
Tight
O. M
全 N
Total N
脲 酶
Urease
磷酸酶
Phosphatase
多酚氧化酶
Polyphenol
oxidase
蔗糖酶
Saccharase
NH+4 吸附 肥地 Fertile 0. 3511 0. 1928 0. 0730 0. 3805 0. 4624 0. 1469 0. 6446 0. 0290 0. 2742
NH+4 adsorpt ion < 10 0. 0378 0. 2684 0. 1549 0. 0563 0. 1783 0. 8532 0. 0650 0. 2735 0. 3159
10~ 50 0. 2786 0. 1949 0. 3209 0. 2729 0. 1051 0. 0569 0. 5211 0. 8161 0. 3691
50~ 250 0. 1285 0. 0636 0. 5152 0. 0953 0. 1016 0. 0799 0. 2326 0. 4707 0. 2885
瘦地 Infertile 0. 0127 0. 1191 0. 0286 0. 0149 0. 0162 0. 1822 0. 0751 0. 4045 0. 2517
< 10 0. 2900 0. 3971 0. 2670 0. 3096 0. 0810 0. 1799 0. 3154 0. 5796 0. 1918
10~ 50 0. 3085 - 0. 5343 0. 0599 0. 2362 0. 2442 0. 0702 0. 1492 - 0. 6395 0. 1961
50~ 250 0. 1506 0. 3490 0. 4475 0. 1520 0. 0456 0. 0132 0. 1192 - 0. 6339 0. 3169
NH+4 解吸 肥地 Fertile 0. 7174 0. 5325 0. 4024 0. 7258 0. 5642 0. 3841 0. 8140 0. 2604 0. 2945
NH+4 desorpt ion < 10 0. 6025 0. 5704 0. 3504 0. 6223 0. 5861 0. 5945 0. 0843 0. 0623 0. 6003
10~ 50 0. 7245 0. 6297 0. 5406 0. 7005 0. 5548 0. 6661 0. 7236 0. 0154 0. 5918
50~ 250 0. 7915 0. 6829 0. 3560 0. 7936 0. 6502 0. 7380 0. 8685 0. 1069 0. 5045
瘦地 Infertile 0. 4329 0. 3066 0. 3681 0. 4280 0. 7630 0. 4205 0. 1463 0. 0045 0. 2336
< 10 0. 2000 0. 2016 0. 1637 0. 0743 0. 6529 0. 5102 0. 4175 0. 2196 0. 4927
10~ 50 0. 3476 0. 0193 0. 3401 0. 4326 0. 4393 0. 2359 0. 2628 0. 1224 0. 3590
50~ 250 0. 7206 0. 2663 0. 2584 0. 7847 0. 5047 0. 2822 0. 3866 0. 2688 0. 3880
注: r0. 05= 0. 514, r0. 01= 0. 641.
其各粒级微团聚体的全 N 含量、NH+4 吸附和解吸量
均高于瘦地及各相应粒级微团聚体的, 也有助于解释
土壤肥力水平差异的实质;但由于结果变异系数较大,
肥、瘦地间没有确定的 N 素界数, 即用土壤及其不同
粒级微团聚体的 N 素水平界定土壤肥力水平是不可
行的,这与前期 P 素和腐殖质结合形态的研究结果是
一致的[ 6, 7] , 进一步证明土壤的肥力水平不能单纯根
据某营养元素在土中储量和供应量界定, 应立足于土
壤本质性状的深入研究.
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作者简介 陈利军,男, 1968 年生,理学博士, 助研.主要从事土
壤酶学、土壤肥力学与土壤植物营养学研究, 在国内外学术刊
物上发表论文 17 篇. Email: ljchen@ iae. syb. ac. cn
678 应 用 生 态 学 报 10卷