全 文 ：第 ３６ 卷第 １４ 期
２０１６年 ７月
生 态 学 报
ＡＣＴＡ ＥＣＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１４
Ｊｕｌ．，２０１６
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
基金项目：国家自然科学基金资助项目（３１３７２１３７， ３１４０１９４７）
收稿日期：２０１４⁃１２⁃１２； 　 　 网络出版日期：２０１５⁃１０⁃３０
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｊｂｚｈｏｕ＠ ｎｗｓｕａｆ．ｅｄｕ．ｃｎ
ＤＯＩ： １０．５８４６ ／ ｓｔｘｂ２０１４１２１２２４８２
梁斌，李俊良，杨学云，周建斌．施肥对麦田土壤可溶性有机氮的影响．生态学报，２０１６，３６（１４）：４４３０⁃４４３７．
Ｌｉａｎｇ Ｂ， Ｌｉ Ｊ Ｌ， Ｙａｎｇ Ｘ Ｙ， Ｚｈｏｕ Ｊ Ｂ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｎ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎ ｗｈｅａｔ ｍｏｎｏｃｕｌｔｕｒｅ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ａｃｔａ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，
２０１６，３６（１４）：４４３０⁃４４３７．
施肥对麦田土壤可溶性有机氮的影响
梁　 斌１，２，李俊良１，杨学云２，周建斌２，３， ∗
１ 青岛农业大学资源与环境学院，青岛　 ２６６１０９
２ 西北农林科技大学资源环境学院，杨凌　 ７１２１００
３ 农业部西北植物营养与农业环境重点实验室，杨凌　 ７１２１００
摘要：利用长期定位试验，研究施肥和小麦生长对土壤可溶性有机氮（ＥＯＮ）的影响。 长期不同施肥土壤包括不施肥（Ｎｏ⁃Ｆ）、施
用化肥（ＮＰＫ）和有机肥与化肥配施（ＭＮＰＫ）３种。 ＥＯＮ含量范围为 ７．５—２９．３ ｋｇ ／ ｈｍ２，Ｎｏ⁃Ｆ、ＮＰＫ和 ＭＮＰＫ土壤中 ＥＯＮ分别占
可溶性总氮的 ４０％、５６％和 ５６％。 长期有机肥与化肥配施显著提高 ０—１５ ｃｍ土层 ＥＯＮ含量，但对 ３０ ｃｍ以下土层 ＥＯＮ含量无
影响。 在小麦开花期，可溶性有机氮的含量及其相对含量显著高于拔节期和收获期。 虽然施用氮肥对当季 ＥＯＮ含量无显著影
响，但同位素示踪微区试验表明，土壤耕层（０—１５ ｃｍ）中仍有 ０．４％—２．８％的可溶性有机氮来源于当季施入的肥料氮。 可见，
化学氮肥向可溶性有机氮的转化缓慢，但农田土壤中可溶性有机氮含量与矿质态氮含量相当，发生淋溶损失的风险大。
关键词：长期定位施肥试验；小麦生长期；淋溶；１５Ｎ标记
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｎ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎ ｗｈｅａｔ ｍｏｎｏｃｕｌｔｕｒｅ
ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ
ＬＩＡＮＧ Ｂｉｎ１，２， ＬＩ Ｊｕｎｌｉａｎｇ１， ＹＡＮＧ Ｘｕｅｙｕｎ２， ＺＨＯＵ Ｊｉａｎｂｉｎ２，３，∗
１ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｑｉｎｇｄａｏ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６１０９， Ｃｈｉｎａ
２ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｙａｎｇｌｉｎｇ ７１２１００， Ｃｈｉｎａ
３ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｌａｎｔ Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ Ａｇｒｉ⁃Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｃｈｉｎａ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ， Ｙａｎｇｌｉｎｇ ７１２１００， Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｏｉｌ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｎｉｔｒｏｇｅｎ （ ＳＯＮ） ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｐｏｏｌ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ Ｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ， ａｎｄ ｔｈｅ
ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ＳＯＮ ａｒｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｍａｎｙ ｇａｐｓ ｒｅｍａｉｎ ｉｎ ｏｕｒ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ
ＳＯＮ， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｓｏｉｌ． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ （１９９０—２００９） ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｎ ＳＯＮ ａｔ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ， ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ，
ａｎｄ ｈａｒｖｅｓｔ ｓｔａｇｅｓ ｉｎ ｗｈｅａｔ ｗｅｒｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｉｎ ａ ｌｏｅｓｓ ｓｏｉｌ （Ｅｕｍ⁃Ｏｒｔｈｉｃ Ａｎｔｈｒｏｓｏｌ） ｉｎ ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｃｈｉｎａ． Ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｎｏ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ （Ｎｏ⁃Ｆ）， ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ＮＰＫ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ （ＮＰＫ）， ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ
ＮＰＫ ａｎｄ ｍａｎｕｒｅ （ＭＮＰＫ）． Ｕｓｉｎｇ １５Ｎ ｔｒａｃｅｒ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ， １５Ｎ⁃ｌａｂｅｌｅｄ ｕｒｅａ （１６５ ｋｇ Ｎ ／ ｈｍ２） ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｍｉｃｒｏｐｌｏｔｓ
ｗｉｔｈｉｎ ｅａｃｈ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｈｏｒｔ⁃ｔｅｒｍ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｎ ｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＳＯＮ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｗｈｅａｔ⁃ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ
ｉｎ ｗｈｅａｔ ｍｏｎｏｃｕｌｔｕｒｅ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｔｈｅ ＳＯＮ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ７．５—２９．３ ｋｇ ／ ｈｍ２ ａｎｄ ａｃｃｏｕｎｔｅｄ ｆｏｒ ４０％， ５６％， ａｎｄ ５６％
ｏｆ ｔｏｔａｌ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ Ｎ ｉｎ Ｎｏ⁃Ｆ， ＮＰＫ， ａｎｄ ＭＮＰＫ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ Ｎｏ⁃Ｆ， ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ＮＰＫ
ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ＳＯＮ ｃｏｎｔｅｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ （５５％ ｏｎ ａｖｅｒａｇｅ） ｉｎ ｔｈｅ ０—１５ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ． Ｓｏｉｌ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ Ｎ
ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ＭＮＰＫ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ （ｂｙ ３２％—３５％） ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｉｎ ｔｈｅ ＮＰＫ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ０—１５ ｃｍ
ｌａｙｅｒ． Ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｈａｄ ｎｏ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ＳＯＮ ｃｏｎｔｅｎｔ ｂｅｌｏｗ ３０ ｃｍ． ＳＯＮ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｓｔ ａｔ ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ
ｈｉｇｈｅｒ ｄｕｒｉｎｇ ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ ｔｈａｎ ａｔ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ ｉｎ ＮＰＫ ａｎｄ ＭＮＰＫ （ｂｙ ４８％ ａｎｄ ８２％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ） ． Ｉｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ Ｎｏ⁃
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
Ｆ， ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ＳＯＮ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ０—１００ ｃｍ ｓｏｉｌ ｐｒｏｆｉｌｅ， ＳＯＮ ｗａｓ ４３．１， ５１．６， ５５．２ ｋｇ ／ ｈｍ２
ｉｎ Ｎｏ⁃Ｆ， ＮＰＫ， ａｎｄ ＭＮＰＫ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｎ ｈａｄ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ＳＯＮ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ０—１５ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ
ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ； ｈｏｗｅｖｅｒ， ０．４％—２．８％ ｏｆ ＳＯＮ ｗａｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ １５Ｎ⁃ｌａｂｅｌｅｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｐｐｌｉｅｄ ｂｅｆｏｒｅ
ｓｅｅｄｉｎｇ， ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇ ０．０３％—０．２４％ ｏｆ ｔｈｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ， ａｎｄ ｓｈｏｒｔ⁃ｔｅｒｍ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ＳＯＮ ｉｎ ｔｈｅ ０—１００ ｃｍ ｓｏｉｌ
ｐｒｏｆｉｌｅ ｂｙ ３５％， ３０％， ａｎｄ １４％ ｉｎ Ｎｏ⁃Ｆ， ＮＰＫ， ａｎｄ ＭＮＰＫ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｗｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｎ
ｔｏ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ Ｎ ｗａｓ ｓｌｏｗ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ＳＯＮ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｔｏｐｓｏｉｌ， ａｎｄ ＳＯＮ ｉｓ ａ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｐｏｏｌ ｉｎ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｓｏｉｌｓ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ； ｗｈｅａｔ ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｇｅ； ｌｅａｃｈｉｎｇ； １５Ｎ ｌａｂｅｌｉｎｇ
土壤可溶性有机氮（Ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ Ｎ， ＥＯＮ）虽仅占土壤全氮的很小部分，但近年来的研究表明，它是
土壤氮库中最活跃的组分之一，对土壤氮素循环影响很大［１］。 在林地土壤中可溶性有机氮占可溶性总氮的
比例可高达 ９０％以上［２］，土壤 ＥＯＮ与土壤氮素迁移和供应的关系不可忽视［３］。 可溶性有机氮含量与土壤氮
素矿化和土壤微生物量氮显著相关［４］，研究表明土壤不溶性有机氮向 ＥＯＮ 的转化是土壤中有机氮矿化的限
制因子［３］。 可溶性有机氮除了是土壤微生物氮素的重要来源之外［５］，一些低分子量的 ＥＯＮ 可以直接或者通
过菌根被植物吸收利用［３］。 在一些降雨量大或灌溉地区，可溶性有机氮的淋溶损失是氮素损失的重要途径
之一［６⁃７］，在林地生态系统中 ＥＯＮ是氮素损失的主要形态［８］。 综上说明 ＥＯＮ 在土壤氮素组成、转化、供应和
损失方面都具有重要的意义。
土壤可溶性有机氮含量及其行为易受土地利用方式、施肥状况和种植作物等因素影响。 目前对农田土壤
可溶性有机氮含量的影响因素研究相对较少，且得出的一些结果不尽一致。 比如，Ｃｕｒｒｉｅ 等［９］研究表明，施用
化学氮肥提高土壤中 ＥＯＮ含量，ＭｃＤｏｗｅｌｌ等［１０］也得出类似的结论。 但 Ｖｅｓｔｇａｒｄｅｎ 等［１１］却发现，连续九年施
用化学氮肥（每年 ３０ ｋｇ ／ ｈｍ２）使土壤溶解性有机氮含量显著降低；Ｇｕｎｄｅｒｓｅｎ等［１２］报告指出，施用氮肥并不影
响溶解性有机氮的含量。 因此，有必要进一步研究施肥对农田土壤中可溶性有机氮的影响。 在林地中，可溶
性有机氮是氮素损失的主要形态［８］，那么在农田中可溶性有机氮的淋溶情况也是值得关注的问题。 因为有
机氮的淋溶不但关系到氮肥的利用状况，还可能带来一系列生态环境问题。
本研究利用已经进行了 １９ａ的田间试验，研究了长期不同施肥处理对麦田土壤耕层及 ０—１００ ｃｍ剖面可
溶性有机氮的影响以及短期内氮肥向可溶性有机氮转化情况，揭示施肥对土壤有机氮含量及其淋溶特性的影
响，同时阐明了小麦不同生长阶段对土壤表层 ＥＯＮ含量的影响，以期为完善土壤氮素循环理论、有效调控土
壤氮素供应提供依据。
１　 材料与方法
１．１　 试验设计
长期定位试验开始于 １９９０年，种植制度为小麦单作，小麦收获后休闲至下季小麦种植。 设对照（Ｎｏ⁃Ｆ，不
施肥）、施用 ＮＰＫ化肥（ＮＰＫ）、有机肥配施 ＮＰＫ化肥（ＭＮＰＫ）３ 个处理。 其中氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，
钾肥为氯化钾。 ＮＰＫ处理施用量分别为 Ｎ １３５．０ ｋｇ ／ ｈｍ２、Ｐ ４７．１ ｋｇ ／ ｈｍ２、Ｋ ５６ ｋｇ ／ ｈｍ２。 ＭＮＰＫ处理中过磷酸
钙和氯化钾的施用量与 ＮＰＫ处理相同，氮肥用量与 ＮＰＫ处理相同，其中 ７０％的氮来源于牛厩肥，３０％的氮由
尿素提供，各施肥处理的肥料均于小麦播种前一次性施用。 小区面积为 ３９９ ｍ２（２１ ｍ×１９ ｍ）。 土壤经 １９ 年
不同施肥处理后其 ０—２０ ｃｍ土层基本理化性状见表 １。 土壤质地为重壤土，土壤颗粒＜０．００２ ｍｍ、０．００２—
０．０２ ｍｍ和 ＞０．０２ ｍｍ的粘粒、粉粒和砂粒含量分别为 １６８、５１６、３１６ ｇ ／ ｋｇ。
２００９年 １０月小麦种植施肥前，在每处理土壤内用 ＰＶＣ管设置氮同位素示踪微区试验，ＰＶＣ 管长 ６３ ｃｍ，
直径为 ２４．５ ｃｍ，其中 ６０ ｃｍ打入土中，３ ｃｍ留在地表之上。 微区设施氮肥（＋Ｎ）和不施氮肥（ＣＫ）两处理，重
复 ３次，其中施入的氮肥为１５Ｎ标记的尿素（丰度为 １９．５８％）。 在小麦种植前将所有处理土柱内 ０—１５ ｃｍ 土
１３４４　 １４期 　 　 　 梁斌　 等：施肥对麦田土壤可溶性有机氮的影响 　
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层土壤取出施入微区以外相同的磷、钾肥，在＋Ｎ 处理中按 １６５ ｋｇ Ｎ ／ ｈｍ２的量加入标记尿素，ＣＫ 处理不加氮
肥，施肥后回填到原来 ＰＶＣ管中。 于 ２００９ 年 １０ 月 １８ 日播种，播种量为每 ＰＶＣ 管 ３０ 粒，小麦出苗后间苗至
２０株。
表 １　 长期不同施肥处理 ０—２０ ｃｍ土层理化性状
Ｔａｂｌｅ １　 Ｓｏｉｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｉｎ ０—２０ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ａｆｔｅｒ １９⁃ｙｅａｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓ
项目
Ｉｔｅｍｓ
不施肥
Ｎｏ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ
施用化肥
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ
ＮＰＫ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ
有机肥配施化肥
Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ
ＮＰＫ ａｎｄ ｍａｎｕｒｅ
有机碳 Ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ Ｃ ／ （ｇ Ｃ ／ ｋｇ） ７．５ （０．３） ｃ ９．２ （０．３） ｂ １３．２ （０．２） ａ
全氮 Ｔｏｔａｌ Ｎ ／ （ｇ Ｎ ／ ｋｇ） ０．８６ （０．０２） ｃ １．０４ （０．００） ｂ １．４０ （０．００） ａ
有效磷 Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｐ ／ （ｍｇ Ｐ ／ ｋｇ） ３．２ （０．６） ｃ ４４．４ （７．２） ｂ １１０．７ （１８．６） ａ
速效钾 Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｋ ／ （ｍｇ Ｋ ／ ｋｇ） １７６ （１４） ｃ ２７８ （２３） ｂ ３４５ （１７） ａ
　 　 以上数据为平均值（标准差）（ｎ＝ ３）；同一行不同小写字母表示差异达显著水平
１．２　 土壤样品的采集
于小麦拔节期（２０１０年 ３月 ２６日）、开花期（２０１０年 ５月 ４日）和收获期（２０１０年 ６月 １５日）在微区试验
处理内采集土壤样品（０—１５ ｃｍ），利用土钻在每土柱内采集混合样，过 ２ ｍｍ 筛，测定其中可溶性总氮、矿质
氮含量及其１５Ｎ丰度。 于小麦收获期在各长期定位试验处理中按 １０ ｃｍ 一层采集 ０—１００ ｃｍ 土壤剖面样品，
测定土壤剖面可溶性有机氮和矿质氮含量。
　 图 １　 小麦不同生长阶段土壤中（０—１５ ｃｍ）来源于当季氮肥的可
溶性有机氮百分比
Ｆｉｇ．１ 　 Ｐｅｒｃｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ Ｎ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ １５Ｎ⁃
ｌａｂｅｌｅｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｉｎ ｓｏｉｌｓ （ ０—１５ ｃｍ） ｕｎｄｅｒ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓ ｄｕｒｉｎｇ ｓｔｅｍ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ （ ＥＴ ），
ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ （ＦＴ）， ａｎｄ ｈａｒｖｅｓｔ （ＨＴ） ｓｔａｇｅ ｏｆ ｗｈｅａｔ
１．３　 样品测定与数据分析
土壤样品采集过筛后，用 ０．５ ｍｏｌ ／ Ｌ硫酸钾浸提（土水比 １∶４），浸提液中可溶性总氮用过硫酸钾氧化—紫
外分光光度计比色法测定，矿质氮利用流动分析仪测定，可溶性有机氮含量为可溶性总氮和矿质氮含量之差，
可溶性有机氮相对含量是指可溶性有机氮占可溶性总氮含量的百分比。 微区试验处理中一部分土壤浸提液
经过硫酸钾氧化后扩散［１３］，测定其中可溶性总氮的１５Ｎ 丰度，另一部分浸提液直接扩散，测定其中矿质态氮
的１５Ｎ丰度。 扩散后的１５Ｎ丰度用质谱仪测定，样品１５Ｎ丰度测定由美国加利福尼亚大学戴维斯分校稳定同位
素研究所完成。 可溶性有机氮中的１５Ｎ 含量为可溶性总氮和矿质态氮中１５Ｎ 含量之差，来源于肥料的可溶性
有机氮百分比用 Ｎｄｆｆ（％）表示，施入肥料向可溶性有机氮转化率用 Ｃｏｎ（％）表示，计算公式如下：
Ｎｄｆｆ（％）＝可溶性有机氮１５Ｎ原子百分超 ／肥料１５Ｎ丰度 （１）
Ｃｏｎ（％）＝可溶性有机氮含量×Ｎｄｆｆ ／施氮量 （２）
图表中的数据，用 ＳＡＳ Ｖｅｒｓｉｏｎ ８．１ ｆｏｒ Ｗｉｎｄｏｗｓ 作
方差分析，若差异显著，采用 ＬＳＤ 法进行多重比较。
２　 结果与分析
２．１　 施肥对土壤可溶性有机氮含量的影响
土壤可溶性有机氮的含量为 ７．５—２９．３ ｋｇ ／ ｈｍ２（表
２），占全氮的比例为 ０．６％—０．８％，其中来源于当季施
入肥料氮的比例为 ０．５％—２．８％（图 １），仅占施入氮肥
的 ０．０３％—０．２４％。 长期不同施肥显著影响 ＥＯＮ 含量
（Ｐ ＜ ０． ０１） （表 ３）。 与 Ｎｏ⁃Ｆ 相比，长期施用化肥使
ＥＯＮ显著增加 ３４％—８９％，平均增幅为 ５５％（表 ２）。 长
期有机无机配施土壤可溶性有机氮含量范围为 １２．２—
２５．６ ｋｇ ／ ｈｍ２，平均为 １９．０ ｋｇ ／ ｈｍ２，显著高于 ＮＰＫ 处理
（表 ２）。 ＭＮＰＫ 和 ＮＰＫ 土壤 ＥＯＮ 相对含量分别为
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４０％—８１％和 ３９％—８１％，平均皆为 ５６％（图 ２）。 Ｎｏ⁃Ｆ土壤可溶性有机氮的相对含量为 ４０％，显著低于 ＮＰＫ
和 ＭＮＰＫ土壤（图 ２）。
表 ２　 土壤耕层（０—１５ ｃｍ）可溶性有机氮含量（ｋｇ ／ ｈｍ２）
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｓｏｉｌ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ Ｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ０—１５ ｃｍ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｓｏｉｌｓ ｕｎｄｅｒ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ
ｓｔａｇｅ ｏｆ ｗｈｅａｔ
施氮处理
Ｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
采样时
Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｔｉｍｅｓ
不施肥
Ｎｏ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ
施用化肥
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ
ＮＰＫ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ
有机肥配施化肥
Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ＮＰＫ ａｎｄ ｍａｎｕｒｅ
不施氮 拔节期 ７．５ （１．７） Ａ ｃ １２．４ （１．７） Ｂ ｂ １４．０ （１．９） Ｃ ａ
Ｎｏ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎ 开花期 ９．２ （１．１） Ａ ｃ １７．４ （１．７） Ａ ｂ ２５．６ （１．１） Ａ ａ
收获期 ９．２ （０．６） Ａ ｃ １２．４ （１．３） Ｂ ｂ １６．１ （０．１） Ｂ ａ
平均 ８．６ ｃ １４．０ ｂ １８．５ ａ
施氮 拔节期 ８．４ （０．７） Ａ ｂ １２．８ （０．９） Ｂ ａ １２．２ （２．４） Ｂ ａ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎ 开花期 １０．６ （３．５） Ａ ｃ １５．３ （１．３） Ａ ｂ ２９．３ （４．５） Ａ ａ
收获期 １０．５ （０．７） Ａ ｃ １５．１ （０．２） Ａ ｂ １７．０ （１．７） Ｂ ａ
平均 ９．９ ｃ １４．４ ｂ １９．５ ａ
　 　 表中数据为平均值（标准差）（ｎ＝ ３）； 同一行不同小写字母和同一列不同大写字母表示差异在 ０．０５水平显著
表 ３　 不同施肥和生长时期对土壤可溶性有机氮影响的 Ｆ检验
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｆ⁃ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ⁃ｗａｙ ＡＮＯＶＡ ｏｎ ｓｏｉｌ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ Ｎ
变异来源
Ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｖａｒｉａｔｉｏｎ
自由度
Ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｆｒｅｅｄｏｍ Ｆ Ｐ
施氮处理 Ｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ １ ３．７８ ０．０５９４
长期施肥处理 Ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ２ １８０．５９ ＜０．０００１
作物生长阶段 Ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｇｅ ２ ８０．６１ ＜０．０００１
施氮处理×长期施肥处理 Ｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ × ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ２ ０．０３ １．０００
施氮处理×作物生长阶段 Ｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ × ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｇｅ ２ ２．１ ０．１３６３
长期施肥处理×作物生长阶段 Ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ × ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｇｅ ４ １９．０３ ＜０．０００１
２．２　 小麦不同生长阶段可溶性有机氮含量
３个采样时期中，开花期 ＥＯＮ含量最高，此时期 ＮＰＫ和 ＭＮＰＫ土壤 ＥＯＮ含量较拔节期分别提高 ４８％和
８２％。 小麦生长对 Ｎｏ⁃Ｆ土壤 ＥＯＮ含量无显著影响（表 ２）。 生长时期显著影响 ＥＯＮ相对含量。 小麦开花期
可溶性有机氮相对含量最高，各处理范围为 ３８％—８１％，平均为 ６４％；小麦收获期可溶性有机氮相对含量平均
为 ５０％；拔节期可溶性有机氮的相对含量最低，各处理平均为 ３９％（图 ２）。
２．３　 可溶性有机氮在土壤 ０—１００ ｃｍ剖面的分布
长期不同施肥主要影响 ０—３０ ｃｍ土层 ＥＯＮ含量，对 ３０ ｃｍ以下土层 ＥＯＮ 含量影响不大（图 ３）。 Ｎｏ⁃Ｆ、
ＮＰＫ和 ＭＮＰＫ土壤 ＣＫ处理 ０—１００ ｃｍ土壤剖面 ＥＯＮ累积量分别为 ４３．１、５１．６、５５．２ ｋｇ ／ ｈｍ２（图 ４）；ＭＮＰＫ和
ＮＰＫ土壤中 ＥＯＮ累积量无显著差异，两者均显著高于 Ｎｏ⁃Ｆ土壤。 在种植前未施氮肥处理不同土壤 ４０—１００
ｃｍ累积的可溶性有机氮分别占可溶性总氮的 ４３％—５０％。 种植前施用氮肥使土壤 ＥＯＮ 增加 １４％—３４％，
Ｎｏ⁃Ｆ、ＮＰＫ和 ＭＮＰＫ土壤分别达到 ５８．１、６７．２、６３．２ ｋｇ ／ ｈｍ２（图 ４）。
３　 讨论
３．１　 土壤可溶性有机氮的含量
在本试验中，长期不同施肥土壤耕层 ＥＯＮ含量为 ８—２７ ｋｇ ／ ｈｍ２，Ｎｏ⁃Ｆ，ＮＰＫ和 ＭＮＰＫ ３ 种施肥处理的土
壤 ＥＯＮ占可溶性总氮的比例分别为 １３％—６７％，３８％—８２％和 ４４％—５７％。 Ｊｅｎｓｅｎ 等［１４］研究表明，在沙土和
沙壤土可溶性有机氮含量范围分别为：８—２０、１５—３０ ｋｇ ／ ｈｍ２。 Ｍｃｎｅｉｌｌ等［１５］的研究中可溶性有机氮占可溶性
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图 ２　 长期不同施肥和小麦不同生长时期土壤耕层（０—１５ ｃｍ）可溶性有机氮相对含量
Ｆｉｇ．２　 Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｏｎ ｐｅｒｃｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ Ｎ ｉｎ ｓｏｉｌ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ Ｎ
图 ３　 长期不同施肥土壤不施氮（ａ）和施氮（ｂ）处理 ０—１００ ｃｍ剖面可溶性有机氮含量
Ｆｉｇ．３　 Ｓｏｉｌ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ Ｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ０—１００ ｃｍ ｌａｙｅｒｓ ｏｆ ｓｏｉｌｓ ｕｎｄｅｒ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓ
总氮的比例为 ５５％—６６％。 可见，农田土壤中可溶性有机氮含量与矿质态氮含量相当，是农田土壤中一个重
要的氮库。
３．２　 长期不同施肥对土壤可溶性有机氮的影响
与不施肥土壤相比，长期施用化肥显著提高土壤可溶性有机氮含量。 在林地［１６］和草地［１７］中的研究也表
明可溶性有机氮含量随化学氮肥投入的增加而增加。 可溶性有机氮的增加与植物残体归还土壤数量增加有
关［１８］。 据估算［１９］，长期不施肥处理和长期施用化肥处理每年通过植物残体归还到土壤的有机碳分别为 ０．８９
Ｍｇ Ｃ ／ ｈｍ２和 ３．７５ Ｍｇ Ｃ ／ ｈｍ２。 但Ｃˇｅｒｎｙ′等［２０］发现，长期施用化学氮肥处理土壤 ＥＯＮ 含量显著低于不施肥处
理。 结果不同是因为长期施用化肥对土壤中有机碳和全氮影响不同所致。 土壤可溶性有机氮含量与土壤有
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图 ４　 长期不同施肥土壤可溶性有机氮在 ０—１００ ｃｍ剖面的累积
Ｆｉｇ．４　 Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｓｏｉｌ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ Ｎ ｉｎ ０—１００ ｃｍ ｌａｙｅｒｓ
ｏｆ ｓｏｉｌｓ ｕｎｄｅｒ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓ
机碳和全氮含量呈显著正相关关系［２１⁃２２］。 在该试验中
长期施用化肥显著提高土壤有机碳和全氮含量，但在
Ｃˇｅｒｎｙ′等［２０］的研究中，由于用作青贮饲料的玉米收获
后，仅有极少数的作物残体留在土壤中，从而导致长期
施用化学氮肥降低土壤有机碳的含量，进而降低 ＥＯＮ
的含量。 可溶性有机氮的增加还可能与施用化学氮肥
增加土壤酶活性［２３］，改善土壤微生物数量和结构有
关［２４］。 在本研究中，长期施用化肥土壤较不施肥土壤
土壤微生物量氮含量提高了 ５４％［２５］。
与长期施用化肥相比，长期有机肥配施化肥显著提
高土壤 ＥＯＮ含量以及可溶性有机氮占可溶性总氮的百
分比，其他学者也得出相同的结论［２６⁃ ２７］。 增加的可溶
性有机氮一方面来源于施入的有机肥［２８］，另一方面来
源于增加的作物根系脱落物等残体［１８⁃１９］。 另外，长期有机无机配施土壤中微生物量氮是施用化肥土壤的 １．３
倍，微生物量的增加也可提高 ＥＯＮ含量［２５］。
３．３　 短期施用氮肥对土壤可溶性有机氮的影响
施入土壤的氮素除被作物吸收、微生物固持和损失外，还有一部分可在生物和非生物因素下转化为可溶
性有机氮。 在林地酸性土壤中，Ｄａｉｌ 等［２９］研究指出，在对照、辐射灭菌和高温灭菌土壤中分别大约有 ３０％、
４０％和 ５５％所加入的硝态氮转化为土壤可溶性有机氮。 Ｃｏｍｐｔｏｎ等［３０］和 Ｐｅｒａｋｉｓ等［３１］也得出，硝态氮加入土
壤之后，有很大一部分迅速地转化为土壤可溶性有机氮。 Ｄａｖｉｄｓｏｎ 等［３２］研究发现，硝态氮加入土壤之后，在
铁锰等化合物的作用下转化为亚硝态氮，而亚硝态氮与土壤有机物结合转化为可溶性有机氮。 但其他学
者［３３⁃ ３４］通过试验，并没有发现大量硝态氮向可溶性有机氮的转化。 在本研究中，各小麦生长时期各土壤中有
０．５％—２．８％的可溶性有机氮来源于当季施用的肥料氮，占当季施入氮肥的 ０．５％以下。 说明化学氮肥向可溶
性有机氮的转化比较缓慢，没有发生快速大量转化的情况。 肥料氮在施肥当季转化为土壤可溶性有机氮的机
理包括：（１）在肥料氮施入土壤之后，通过土壤微生物的固持与转化，部分肥料氮以可溶性有机氮的形态释放
到土壤中［１］；（２）施入的肥料氮可通过作物吸收及其分泌分泌物转化为土壤可溶性有机氮［３５］。
３．４　 小麦生长阶段对土壤可溶性有机氮的影响
作物的生长对土壤可溶性有机氮含量有显著的影响［３６］。 本研究中，在小麦开花期土壤可溶性有机氮含
量和占可溶性有机氮的比例皆为最高。 这说明旺盛生长的作物增加土壤可溶性有机氮的含量，其他学者也得
出相同的结论［３７⁃ ３８］。 这是因为在旺盛生长阶段，作物根系、根系脱落物和土壤微生物量都较高所致。 研究表
明，在作物开花期根系脱落物的碳可达根系碳含量的两倍［３９］。 一方面，根系的分泌物及脱落物本身含有大量
的可溶性有机氮；另一方面，较多的有机碳为土壤微生物提供了大量的能源物质，从而增加了土壤微生物的数
量，而微生物数量与土壤可溶性有机氮含量呈显著正相关关系［２０，３７］。
３．５　 可溶性有机氮在土壤剖面的分布
长期有机肥配施化肥显著提高 ０—１５ ｃｍ土层可溶性有机氮含量，但对 ２０ ｃｍ 以下土壤可溶性有机氮含
量无影响，ＭＮＰＫ土壤 ４０—１００ ｃｍ剖面中累积的 ＥＯＮ与 Ｎｏ⁃Ｆ和 ＮＰＫ 土壤相当。 说明长期有机肥配施化肥
仅增加土壤耕层可溶性有机氮含量。 但 Ｄｙｋｅ等［４０］指出，与单施化肥相比，施用有机肥使更多的可溶性有机
氮淋溶到土壤下层。 结果不同的原因可能与 Ｄｙｋｅ等［４０］的研究中有机肥的施用量更高（每年有机肥提供的氮
量为 ２４０ ｋｇ ／ ｈｍ２）和试验进行的时间更长（１５６ａ）有关。 在种植前未施氮肥处理不同土壤 ４０—１００ ｃｍ累积的
可溶性有机氮分别占可溶性总氮的 ４３％—５０％。 Ｍａｄｏｕ 等［４１］研究表明，土壤中通过淋溶损失的氮素中土壤
可溶性有机氮占 １７％—３２％，说明可溶性有机氮的淋溶损失是氮素损失的重要途径之一。 Ｖａｎ Ｋｅｓｓｅｌ等［７］也
５３４４　 １４期 　 　 　 梁斌　 等：施肥对麦田土壤可溶性有机氮的影响 　
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报道指出，可溶性有机氮是农田土壤中氮素淋溶损失的重要形态，尤其是在降雨量氮或灌溉地区。 因此，在评
价农田氮素淋溶损失时，应该考虑可溶性有机氮的损失。
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６３４４ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷　
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７３４４　 １４期 　 　 　 梁斌　 等：施肥对麦田土壤可溶性有机氮的影响