全 文 :植物营养与肥料学报 2016,22(3):659-666 doi牶1011674/zwyf.15412
JournalofPlantNutritionandFertilizer htp://www.plantnutrifert.org
收稿日期:2015-10-09 接受日期:2015-11-27
基金项目:国家自然科学基金资助项目(31360148)资助。
作者简介:王克鹏(1975—),男,甘肃省会宁县人,博士,主要从事农业生态学研究。Tel:0931-7631774,Email:wlf8769216@163com
通信作者 Tel:0931-7632461,Email:zhangrz@gsau.edu.cn
长期免耕和秸秆覆盖下黄土高原旱作土壤不同粒级
复合体中酸解有机氮含量及分配比例变化
王克鹏,张仁陟,董 博,谢军红
(甘肃农业大学资源与环境学院,兰州 730070)
摘要:【目的】探明不同保护性耕作措施对黄土高原旱作土壤不同粒级复合体中有机氮含量与分配的影响,可对评
价耕作措施的效果提供科学依据。【方法】基于黄土高原旱区14年的长期定位试验,采用Bremner法,对传统耕作
(T)、免耕(NT)、秸秆覆盖(TS)及免耕+秸秆覆盖(NTS)四种耕作措施条件下不同土壤粒级复合体中的有机氮含
量和分配进行了研究。【结果】保护性耕作方式均增加了2 10μm粒级土壤复合体的比例,增幅为200%
317%;降低了0 2μm粒级土壤复合体在土壤中所占的比例,降幅为276% 310%。在所有耕作措施下,耕
层土壤中不同粒级复合体所占的比例为10 50μm>2 10μm>0 2μm>50 100μm>100μm。保护性耕
作方式均明显提高了耕层0 2μm粒级土壤复合体中氨基糖氮的含量,增幅在469% 1071%,降低了单位质
量0 2μm粒级土壤复合体中的NH+4N含量,降幅在148% 270%;明显提高了耕层单位质量2 10μm粒
级土壤复合体中酸解总氮、氨基酸氮和氨基糖氮的含量,增幅分别为82% 143%、162% 315%和1549%
1843%;降低了单位质量2 10μm粒级土壤复合体中 NH+4N的含量,降幅为287% 466%。传统耕作
(T)条件下,与各粒级土壤复合体相结合的有机氮量顺序为10 50μm>0 2μm>2 10μm>50 100μm>
100μm以上,而保护性耕作条件下,与各粒级土壤复合体相结合的有机氮量顺序为10 50μm>2 10μm>0
2μm>50 100μm>100μm以上;与传统耕作相比,保护性耕作措施显著地增加了耕层土壤中酸解总氮、氨基酸
氮、氨基糖氮的含量,增幅分别为66% 204%、890% 1130%和119% 316%,降低了 NH+4N的含量。
【结论】与传统耕作(T)处理相比,保护性耕作(NT、TS、NTS)措施明显提高了土壤2 10μm粒级复合体的比例,
降低了0 2μm粒级复合体的比例;增加了耕层土壤中酸解氮总氮、氨基糖态氮和氨基酸态氮的含量,降低了
NH+4N的含量。土壤中以氨基酸态氮占优势地位,其它形态的有机氮无明显分布规律。
关键词:保护性耕作;土壤粒级;有机氮形态
中图分类号:S345;S1536 文献标识码:A 文章编号:1008-505X(2016)03-0659-08
AcidhydrolysisorganicNcontentandthedistributionindiferentsizesofsoil
complexesinLoessPlateaudrylandunderlongtermnotilageandstrawmulching
WANGKepeng,ZHANGRenzhi,DONGBo,XIEJunhong
(ColegeofResourceandEnvironmentalSciences,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China)
Abstract:【Objectives】ConservationtilagemeasurementshavediferentefectontheorganicNcontentandits
distributionindiferentsizesofsoilcomplexes.Thisstudywilprovidescientificbasefortheevaluationofdiferent
conservationtilagemethodsinthedrylandinLoessPlateau.【Methods】Soilsampleswerecolectedfroma14
years’longtermexperimentindrylandinLoessPlateau,inwhich,fourtilagetreatmentsweresetupincluding
conventionaltilage(T),notilage(NT),strawmulching(TS)andnotilage+strawmulching(NTS).The
BremnermethodwasusedtodeterminetheorganicNcontentsandtheirproportionindiferentsizesofsoil
complexes.【Results】Underalthethreeconservationtilagetreatments,thepercentageofsoilcomplexesin2-10
μmwasincreasedby200%-317%,whilethatof0-2μmwasdecreasedby276%-310%.Thepercentage
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 22卷
ofdiferentsoilsizecomplexeswasalinorderof10-50μm>2-10μm>0-2μm>50-100μm>100μm.The
aminosugarnitrogencontentin0-2μmofsoilcomplexeswassignificantlyincreasedby469%-1071%,while
theNH+4Ncontentdecreasedby148% -270%;thecontentsofacidhydrolysisnitrogen,aminoacidNand
aminosugarNin2-10μmofsoilcomplexeswereincreasedby82% -143%,162% -315%,1549% -
1843%,respectively,whiletheNH+4Ncontentwasdecreasedby287% -466%.Thecontentsofsoil
complexescombinedorganicnitrogenwasinorderof10-50μm>0-2μm>2-10μm>50-100μm>100μm
underaltheconventionaltreatments,whileitfolowed10-50μm>2-10μm>0-2μm>50-100μm>100μm
underconservationtilage.Comparedtoconventionaltilagemeasures,thecontentsofacidhydrolysisnitrogen,
aminoacidNandaminosugarnitrogenweresignificantlypromotedandincreasedby66% -204%,119% -
316% and890% -1130%,respectively,whiletheNH+4Ncontentdecreasedunderconservationtilage
treatments.【Conclusions】Inthelongterm,althenotilageandstrawmulchingareefectiveinincreasingthe
percentageofsoilcomplexesin2-10μmwhiledecreasingthatin0-2μm,andincreasingthecontentsoforganic
nitrogenwhiledecreaseNH+4NcontentindrylandinLoessPlateau.Sobothnotilageandstrawmulchinginlong
runwilimprovesoiltextureandthecapabilityofregulatingnutrientsupplytocrops.
Keywords:conservationtilage;soilparticlesize;formsoforganicN
氮是作物生长必需的矿质营养元素,由于氮肥
在土壤中易发生形态转化而损失,氮肥管理一直是
农田养分管理研究的重点[1-2]。表土层中的氮素
90%以上以有机态氮的形态存在[3]。土壤有机氮
主要包括有机残体中的氮,即存在于未分解或半分
解的动植物残体中的部分和土壤有机质或腐殖质中
的氮两大类[3]。Bremner采用酸解法将土壤有机氮
分成氨基酸氮、氨基糖氮、酸解氨态氮和酸解未知氮
等形态[4]。有研究表明,植物吸收的氮主要来自酸
解氨基酸态氮和酸解氨态氮[5]。李菊梅等[6]研究
指出,土壤可矿化氮主要来自酸解有机氮,特别是氨
基酸氮和酸解氨态氮。土壤有机氮的含量及形态直
接影响着土壤的供氮能力[7],其组成、含量及其矿
化的难易程度与土壤供氮特性有密切关系[8]。李
世清等[9]的研究发现,土壤中添加有机物料不同,
有机氮的矿化累积量也不同。加入 C/N比高的长
芒草,由于能源物质丰富,微生物对矿质氮的固定作
用强;加入 C/N比低的紫花苜蓿后,能源物质相对
较少,易矿化有机氮多,有利于增加有机氮净矿化。
赵士诚等研究认为,长期秸秆还田对酸解氨基酸态
氮的贡献高于氨态氮;高量秸秆还田提高了微生物
量氮和硝态氮的含量,但降低了固定态铵含量[10]。
颗粒有机氮对土壤全氮的贡献率最高,且随施肥方
式的改变而改变,与有机肥的施用量呈正相关,轻组
有机氮对土壤全氮的贡献率不随施肥方式的改变而
改变[11]。不同粒级的土壤颗粒,其矿质组成和物理
化学性质有着很大的差异,与其结合或共同存在的
有机质组成也有某些不同,因而会对土壤氮素的形
态与分布产生影响[3]。了解不同粒级中有机氮的
含量和分布状况对于评价土壤肥力水平具有重要意
义[3]。黄土高原旱地是中国西北重要的农作物种
植区,不仅作物种类多,作物的连轮作方式也多种多
样[12]。作为一种有效保水保肥的耕作措施,保护性
耕作对改善土壤理化性状,提高土壤供肥,提高土壤
酶活性具有很好的效果[13]。张仁陟等[14]的研究认
为,免耕和秸秆覆盖对土壤容重、孔隙度、土壤团聚
体和微团聚体的形成都有不同程度的促进作用,从
而为土壤良好结构的形成奠定了基础。实施免耕结
合秸秆覆盖,对促进和维持土壤养分平衡,提高土壤
肥力质量具有重要意义,是适合黄土高原农业可持
续发展的有效耕作模式[15],目前已逐步被人们所认
识和采用。但实施免耕和秸秆覆盖对黄土高原旱作
土壤不同粒级复合体中酸解有机氮含量的研究尚未
见报道,有必要进行研究。本研究通过长期定位试
验,对黄土高原半干旱区实施免耕和秸秆覆盖的耕
作措施后,土壤不同粒级复合体中酸解有机氮含量
及分配的情况进行了研究,旨在为改进黄土高原旱
地农业耕作制度提供科学理论依据。
1 材料与方法
11 试验地概况
试验于2014年在中国甘肃定西旱农试验站进
行。该区属于中温带半干旱区,平均海拔2000m,
年均气温614℃,≥0℃积温29335℃,≥10℃积温
22391℃,日照时数24766h,无霜期140天。多年
平均降水 3650mm,年蒸发量 1531mm,干燥度
066
3期 王克鹏,等:长期免耕和秸秆覆盖下黄土高原旱作土壤不同粒级复合体中酸解有机氮含量及分配比例变化
253,为中国西北半干旱雨养农业区。该区土壤类
型为黄绵土,质地均匀,土层深厚,贮水性能良好。
0—200cm土壤含有机质 120g/kg、全氮 08
g/kg、全磷18g/kg、平均容重为12g/cm3。
12 试验设计
长期定位试验于2001年8月开始,试验共设4
个处理(如表1所示)。采用随机区组排列,小区面
积240m2(8m×30m),设3次重复,共12个小区。
采用小麦—豌豆轮作,每年种植一季。豌豆品种为
‘绿农1号’,属早熟半无叶型,生育期85 90天。
春小麦品种为‘定西35’。豌豆各处理区每年施纯
氮20kg/hm2、P2O5105kg/hm
2(二铵、过磷酸钙),
小麦各处理区每年施 N105kg/hm2、P2O5105
kg/hm2(尿素、二铵),所有肥料都作为基肥在播种
时同时施入。豌豆于每年4月上旬播种,8月上旬
收获。春小麦于每年3月中旬播种,8月上旬收获。
2014年8月15日,在选定的采样点上,用采样器采
取耕层土样。试验各处理具体实施方法如表 1
所示。
表1 长期定位试验处理具体步骤
Table1 Treatmentdetailsinthelongtermexperiment
代码Code 处理Treatment 处理方法Treatmentoperationdetail
T 传统耕作
Conventionaltil
作物收获后至封冻前三耕两耱,翻耕深度依次为20、10和5cm。
Afterharvestandbeforesoilfrozen,thefieldswereploughedindepthof20cm,10cm
and5cminturn,andleveled2timesinbetween.
NT 免耕不覆盖
Notilwithnostrawcover
土壤全年不翻耕,播种时用免耕播种机一次性完成播种和施肥,收获后用2,4-D
丁酯除草。
Soilwilnotbeploughedaltheyearround.Sowingandfertilizationareperformedwith
seedingmachineatthesametime. Afterharvesting, the herbicide,2,4-
(dichlorophenoxy)aceticacidisappliedeachyear.
TS 秸秆还田
Conventionaltilage with
strawincorporated
耕作同处理T。第1次翻耕时将当年收获的全部秸秆切成5cm左右翻埋入土。
SoilploughisthesameastreatmentT.Althestrawsharvestedarecutintolessthan5
cmlengthandincorporatedduringthefirstplough.
NTS 免耕秸秆覆盖
Notilwithstrawcover
耕作同NT。收获后将当年所有秸秆切成5cm左右,均匀覆盖于原小区。
SoilmanagementfolowstreatmentNT.Altheharvestedstrawsarecutintolessthan5
cmlengthandcoveredontheplotsurface
13 土壤不同粒级复合体的分离
采用超声波振动[16]—沉降虹吸分离法:称取过
0.25mm筛的风干土样500g置于槽形超声波发生
器(上海超声仪器厂CSF-B型)的槽内,加水5000
mL使土水于215kHz、300mA条件下超声波分散
30min,过0.106mm湿筛至15L的塑料桶内,用清
水冲洗筛子直至滤液澄清,并补充水至15L,使土
壤悬液浓度接近3%。根据 Stockes定律计算每一
个粒级沉降时间,用虹吸法分别吸取<2μm、2 10
μm、10 50μm粒级的复合体,各个粒级约提取30
次,桶底残留为50 100μm,湿筛上残留为 >100
μm。各个粒级的土粒悬液经巴氏滤管抽滤后置于
40℃干燥箱去除水分,自然风干,分别称重、磨细供
分析使用。
14 土壤及不同粒级中有机氮的分级
土壤有机氮组成采用改进的 Bremner法[17],其
中,酸解性氮用凯氏法;酸解氨态氮用氧化镁蒸汽
蒸馏法;(氨+氨基糖)氮用pH112的磷酸盐-硼
酸盐缓冲液蒸汽蒸馏法;氨基酸氮用茚三酮氧化,
磷酸盐-硼酸盐缓冲液蒸汽蒸馏法。氨基糖氮、酸
解未知氮、非酸解性氮用差减法求得。
15 计算方法和数据分析
各粒级复合体中不同形态有机氮的绝对含量计
算公式:
Nt=Ni×Wi
式中,Nt—单位质量土样中各形态有机氮的量
(mg/kg);Ni—单位质量土样中某一粒级土壤颗粒
所占比例;Wi—单位质量某一粒级土壤颗粒中各有
机氮组分的量(mg/kg)。
数据采用SPSS190软件进行差异显著性检验
和相关分析。
166
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 22卷
2 结果与分析
21 保护性耕作措施对土壤不同粒级复合体组成
的影响
由表2可以看出,在所有回收的土壤样本中,0
2、2 10、10 50、50 100、>100μm粒级的土
壤颗粒复合体分别约占 129%、240%、455%、
99%、50%。与传统耕作措施(T)相比,经过连续
14年不同耕作措施,三种保护性耕作方式均降低了
0 2μm粒级土壤复合体在土壤中所占的比例,降
幅为276% 310%;增加了2 10μm粒级土壤
复合体的比例,增幅为200% 317%,其中以免
耕加秸秆覆盖(NTS)处理的土壤,2 10μm粒级
土壤复合体所占比例增幅最大(317%)。保护性
耕作措施对10 50μm和50 100μm粒级的土
壤复合体所占比例影响相对较小;>100μm粒级的
土壤复合体中除了少量的土壤颗粒外,剩余部分为
半分解的粗有机残体。与传统耕作措施相比,保护
性耕作措施使 >100μm粒级土壤复合体的比例增
加101% 125%。
表2 保护性耕作对土壤不同粒级复合体组成的影响(%,w/w)
Table2 Efectofconservationtilageonthedistributionofdiferentparticlesizeinsoil
处理
Treatment
粒级 Complexsize(μm)
0 2 2 10 10 50 50 100 >100
回收率(%)
Recoveryrate
T 1653a 2011c 4555a 1056a 501b 9776
NT 1169b 2413b 4639a 1006a 553a 9780
TS 1143b 2570ab 4528a 995a 566a 9802
NTS 1196b 2648a 4481a 911a 562a 9798
注(Note):同列数值后不同小写字母表示差异达005显著水平 Valuesfolowedbydiferentsmalletersinacolumnaresignificantlydiferent
amongtreatmentsat005level.
由表2还可以看出,不同的保护性耕作措施对
土壤各粒级复合体组成的影响是有差别的。与传统
耕作措施(T)相较,免耕(N)使2 10μm粒级的土
壤复合体比例增加了 20%,传统耕作 +秸秆还田
(TS)使2 10μm粒级的土壤复合体比例增加了
278%,而免耕加秸秆覆盖(NTS)使2 10μm粒
级的土壤复合体比例增加了 317%,增幅均达到
005的显著水平。免耕加秸秆覆盖(NTS)更加明
显地增加了2 10μm粒级的土壤复合体在耕层土
壤中的比例。不同耕作措施土壤之间的这种差异可
能是由其物质组成及其转化过程中的合成产物的不
同所引起的。
22 不同耕作措施对土壤不同粒级中有机氮各形
态含量与分配的影响
221不同耕作措施对单位质量不同粒级土壤中有
机氮各形态含量的影响 由表3可以看出,单位质
量土壤的酸解有机总氮的含量因粒级不同而异。在
所有的试验区,以0 2μm粒级单位质量的土壤复
合体中酸解有机总氮含量最高,2 10μm粒级次
之,10 50μm粒级单位质量的土壤复合体中酸解
有机总氮含量最低。在本试验中,单位质量不同粒
级土壤复合体中酸解有机氮含量的顺序与徐阳春等
的研究结果相一致[16],都是氨基酸氮含量最高,表
明保护性耕作并未有改变不同粒级土壤复合体中有
机氮含量的顺序。
另外,由表3可以看出,与传统耕作措施相比,
NT、TS、NTS三种保护性耕作方式均明显提高了耕
层单位质量0 2μm粒级土壤复合体中氨基糖氮
的含量,增幅在469% 1071%;显著降低了单位
质量0 2μm粒级土壤复合体中 NH+4N含量,降
幅在148% 270%。跟传统耕作(T)相比,免耕
加秸秆覆盖(NTS)明显提高了单位质量0 2μm
粒级土壤复合体中的氨基酸氮和酸解总氮的含量,
增幅分别为203%和189%。除了TS处理区耕层
0 2μm粒级土壤复合体中的酸解未知氮含量降
低外,NT和NTS处理区耕层0 2μm粒级土壤复
合体中的酸解未知氮含量均有所升高,并且差异显
著。另外,NT、TS、NTS3种保护性耕作方式均明显
提高了耕层单位质量2 10μm粒级土壤复合体中
酸解总氮、氨基酸氮和氨基糖氮的含量,酸解总氮、
氨基酸氮的增幅分别为 82% 143%、162%
315%,氨基糖氮的增幅在100%以上;降低了单位
质量2 10μm粒级土壤复合体中NH+4N含量,降
幅为287% 466%。
266
3期 王克鹏,等:长期免耕和秸秆覆盖下黄土高原旱作土壤不同粒级复合体中酸解有机氮含量及分配比例变化
表3 土壤不同粒级复合体内的有机氮组成 (mg/kg)
Table3 ContentsofdiferentformsoforganicNindiferentparticlesizesinsoil
粒级 (μm)
Particlesize
处理
Treatment
氨基酸氮
AminoacidN
NH+4N
酸解未知氮
HUN
氨基糖氮
AminosugarN
酸解总氮
HydrolysableN
0 2 T 4558b 3278a 2004b 1549C 11389b
NT 4261b 2531bc 2542a 2276B 11610b
TS 4506b 2391c 1686c 2815AB 11397b
NTS 5485a 2791ab 2052b 3209A 13537a
2 10 T 3348c 3062a 1715b 708b 8833b
NT 4101ab 1736b 2122a 1987a 9941a
TS 3889b 1636b 2022a 2012a 9559a
NTS 4404a 2185b 1701b 1804a 10093a
10 50 T 2008b 1272b 1567a 405b 5251b
NT 2281ab 1535a 1022b 649a 5487b
TS 2601a 1594a 1296ab 706a 6197a
NTS 2583a 1609a 1005b 885a 6081a
50 100 T 2011c 1674b 1524b 412b 5620c
NT 2759b 1452c 1551b 1185a 6946b
TS 2738b 1700b 1402b 822a 6662b
NTS 3757a 2300a 2374a 901a 9333a
!
100 T 2550b 1407b 1652b 523b 6132c
NT 3210a 1253b 1763b 1217a 7443b
TS 3387a 1581b 1590b 908a 7466b
NTS 3698a 2132a 2077a 881a 8786a
注(Note):HUN—Acidhydrolysisnitrogen.同列数值后不同小、大写字母分别表示同一土壤粒级不同处理间各有机氮含量差异达005、
001显著水平 Valuesfolowedbydiferentsmalandcapitalletersinacolumnaresignificantlydiferentamongtreatmentsat005and001levels,
respectively.
222不同耕作措施对单位质量土壤中有机氮各形
态含量的影响 由表4可以看出,所有处理中,均以
氨基酸氮所占比重最大,与10 50μm粒级土壤复
合体结合的有机氮含量最多。虽然单位质量10
50μm粒级土壤复合体中酸解氮含量最少,但由于
10 50μm粒级土壤复合体在土壤中所占比例较
大(约45%),因此就总量而言,与10 50μm粒级
土壤复合体结合的土壤酸解氮含量最大。在传统耕
作(T)条件下,与各粒级土壤复合体相结合的有机
氮量顺序为10 50μm>0 2μm>2 10μm>
50 100μm>100μm以上,而三种保护性耕作处
理其顺序为10 50μm>2 10μm>0 2μm>
50 100μm>100μm以上,表明保护性耕作主要
增加了耕层土壤中与2 10μm粒级土壤复合体结
合的酸解氮比例,降低了与0 2μm粒级结合的酸
解氮比例。
由表5可见,所有处理区,单位耕层土壤的酸解
氮含量顺序为氨基酸氮 >NH+4N>酸解未知氮 >
氨基糖氮。与传统耕作相较,保护性耕作措施增加
了耕层土壤中酸解总氮、氨基糖氮、氨基酸氮的含
量,增幅分别为66% 204%、890% 1130%
和119% 316%,达到显著差异。保护性耕作措
施降低了NH+4N含量,NT和 TS处理区 NH
+
4N降
幅达到显著水平,NTS处理区降幅较小。与 NT和
TS相较,NTS处理区酸解总氮和氨基酸氮含量增
加,增幅分别为112%和147%。NT与 TS相比,
氨基酸氮、氨基糖氮、NH+4N、酸解未知氮及酸解总
氮含量均没有显著差异。所有处理有机氮组分含量
顺序均为氨基酸氮 >NH+4N>酸解未知氮 >氨基
糖氮,说明保护性耕作虽然改变了耕层土壤不同酸
解有机氮含量,但并未改变不同形态有机氮含量的
相对顺序。
366
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 22卷
表4 不同形态有机氮在各粒级土壤中的含量 (mg/kg)
Table4 TotalamountofdiferentformsoforganicNindiferentparticlesizeinsoil
处理
Treatment
粒级(μm)
Particlesize
氨基酸氮
AminoacidN
NH+4N
酸解未知氮
HUN
氨基糖氮
AminosugarN
酸解总氮
HydrolysableN
T 0 2 754 542 331 256 1883
2 10 673 616 345 142 1776
10 50 915 580 714 184 2392
50 100 212 177 161 44 593
!
100 128 71 83 26 307
NT 0 2 498 296 297 266 1357
2 10 990 418 512 479 2399
10 50 1058 712 474 301 2545
50 100 278 146 156 119 699
!
100 178 69 98 67 412
TS 0 2 515 273 193 322 1303
2 10 1000 421 520 517 2457
10 50 1178 722 587 320 2806
50 100 272 169 140 82 663
!
100 192 90 90 51 423
NTS 0 2 656 346 245 384 1631
2 10 1166 579 450 478 2673
10 50 1157 721 450 396 2725
50 100 342 210 216 82 850
!
100 208 120 117 50 494
注(Note):HUN—Acidhydrolysisnitrogen.
表5 不同耕作处理耕层土壤各形态有机氮含量 (mg/kg)
Table5 ContentsofdiferentformsoforganicNinsurfacesoilunderdiferenttilagetreatments
处理
Treatments
氨基酸氮
AminoacidN
NH+4N
酸解未知氮
HUN
氨基糖氮
AminosugarN
酸解总氮
HydrolysableN
T 2682c 1984a 1632a 652b 6952c
NT 3001b 1641b 1537a 1233a 7412b
TS 3157b 1674b 1528a 1292a 7651b
NTS 3530a 1975a 1479a 1389a 8373a
注(Note):HUN—Acidhydrolysisnitrogen.同列数值后不同小写字母表示处理间差异达005显著水平 Valuesfolowedbydiferentsmal
letersinacolumnmeansignificantlydiferentamongtreatmentsat005level.
3 讨论
与传统耕作相比,免耕 +秸秆还田(NTS)和传
统耕作加秸秆还田(TS)处理能不同程度地提高土
壤总有机碳、活性有机碳和微生物量碳含量[18]。在
本试验中,2 10μm粒级土壤复合体比例增加可
能是由于保护性耕作提高了土壤有机碳含量,有机
质转化过程中新形成的腐殖质首先与 <2μm的粘
粒矿物结合,再经胶结后复合为 >2μm的复合
体[19],最终表现为2 10μm粒级的土壤复合体比
例增大。Knicker[20]曾经用固态15N核磁共振法研
究经黄腐酸处理的粗粉砂、细粉砂和粘粒时发现,大
部分的氮以酰胺官能团(氨基酸)形态存在;本试验
中所有处理均以氨基酸氮量所占比重也最大。王媛
等[21]研究了长期施肥对黄土高原南部湿润区土壤
有机氮组分及氮素矿化特性的影响,表明土壤有机
氮化物的含量顺序为氨基酸氮 >酸解未知氮 >
NH+4N>氨基糖态氮。但本试验所有处理耕层土
466
3期 王克鹏,等:长期免耕和秸秆覆盖下黄土高原旱作土壤不同粒级复合体中酸解有机氮含量及分配比例变化
壤氮含量顺序为氨基酸氮 >NH+4N>酸解未知氮
>氨基糖氮,这可能是因不同生态系统土壤中各有
机氮组分含量差异甚大[22],且杨凌位于黄土高原南
部半湿润区,种植方式为一年两熟轮作制,土壤微生
物数量多,NH+4N更容易被土壤微生物同化为有机
氮[3],致使其含量有所降低。本试验区位于黄土高
原西部半干旱地区,每年只有一季,土壤微生物数量
相对较少,对无机氮的同化量相对较低,引起了土壤
有机氮含量顺序发生了变化。张玉玲等[23]的研究
表明,水田改为旱地和林地后,由于人为因素干扰相
对逐渐减少以及植被的变化,表层土壤有机氮向结
构相对简单、有效性高的酸解性氮方向发展,并使
土壤酸解有机氮向酸解铵态氮、氨基酸态氮和氨基
糖态氮转化,有利于有机氮素的矿化,提高了表层土
壤的供氮潜力。在本试验中,耕作措施由传统型耕
作改为免耕、秸秆还田及免耕加秸秆还田后,人为干
扰因素相对逐渐减少,耕层土壤的酸解总氮、氨基酸
氮和氨基糖氮的含量均有所增加,这与张玉玲等的
研究结果相似。但不同的是,在本试验中酸解铵态
氮相对减少,其原因可能是由于:1)秸秆还田提高
了有机质含量,有机质分子能阻止NH+4 进入矿物晶
层以形成“新的”NH+4 晶格固定
[24-25];2)秸秆碳投
入下增加的土壤微生物和有机质提高了对 NH+4 的
固持和吸附,对粘土矿物的铵固定形成有力的竞争,
并促进固定态铵的释放[26];3)秸秆钾素的投入导
致K+竞争了 NH+4 固定位点,从而降低 NH
+
4 晶格
固定[27]。有机氮组分因受环境因素和植物同化产
物影响而最易发生变化,利用方式对0—20cm土层
有机氮组分的影响最大[28],土壤有机氮的含量及分
配是会因环境条件和耕作措施的不同而有所变化。
可见,不同形态土壤有机氮的含量是受很多环境条
件和种植方式影响的,要全面、正确地认识免耕及秸
秆还田等耕作措施对不同形态有机氮的影响,还需
要从植物的生态生理学特性及土壤的环境因素等方
面进行综合考虑和研究。
4 结论
1)与传统耕作相比,保护性耕作措施主要明显
提高了土壤2 10μm粒级复合体的比例,降低了
0 2μm粒级复合体的比例。
2)在土壤复合体中,以0 2μm粒级的酸解
氮含量最高,其次为2 10μm粒级,以10 50μm
粒级最低。
3)保护性耕作措施明显提高了2 10μm粒
级土壤复合体中酸解氮的含量,使耕层土壤中与2
10μm粒级土壤复合体结合的酸解氮比例增加,
而与0 2μm粒级结合的酸解氮比例有所降低。
4)保护性耕作增加了耕层土壤中酸解氮总氮、
氨基糖态氮和氨基酸态氮的含量,降低了 NH+4N
的含量。从形态分布上看,土壤中以氨基酸态氮占
优势地位,其它形态的有机氮无明显分布规律。
参 考 文 献:
[1] JuXT,XingGX,ChenXP.Reducingenvironmentalriskby
improvingNmanagementinintensiveChineseagriculturalsystems
[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesofthe
UnitedStatesofAmerica,2009,106:3041-3046
[2] MulvaneyRL,KhanSA,ElsworthTR.Syntheticnitrogen
fertilizersdepletesoilnitrogen:aglobaldilemmaforsustainable
cerealproduction[J].JournalofEnvironmentalQuality,2009,38
(6):2295-2314
[3] 徐阳春,沈其荣,茆泽圣.长期施用有机肥对土壤及不同粒
级中酸解有机氮含量与分配的影响[J].中国农业科学,
2002,35(4):403-409.
XuYC,ShenQR,MaoZS.Contentsanddistributionofforms
oforganicNinsoilandparticlesizefractionsafterlongterm
fertilization[J].ScientiaAgriculturaSinica,2002,35(4):403
-409
[4] BremnerJM.Organicformsofsoilnitrogen[A].BlackCA.
Methodsofsoilanalysis,Part2.Chemicalandmicrobiological
properties[M].Madison,WI:AmericanSocietyofAgronomy,
19651238-1255.
[5] 梁国庆,林葆,林继雄,等.长期施肥对石灰性潮土氮素形态
的影响[J].植物营养与肥料学报,2000,6(1):3-10.
LiangGQ,LinB,LinJX,etal.Efectsoflongtermfertilization
onnitrogenfractionsincalcareouscambisols[J].PlantNutrition
andFertilizerScience,2000,6(1):3-10
[6] 李菊梅,李生秀.可矿化氮与各有机氮组分的关系[J].植物
营养与肥料学报,2003,9(2):158-164.
LiJM,LiSX.RelationofmineralizableN toorganicN
components[J].PlantNutritionandFertilizerScience,2003,9
(2):158-164
[7] 郝晓晖,胡荣桂,吴金水,等.长期施肥对稻田土壤有机氮、
微生物生物量及功能多样性的影响[J].应用生态学报,
2010,21(6):1477-1484.
HaoX H,HuR G,WuJS,etal.Efectsoflongterm
fertilizationonpaddysoilsorganicnitrogen,microbialbiomass,
andmicrobialfunctionaldiversity[J].ChineseJournalofApplied
Ecology,2010,21(6):1477-1484
[8] KielandK,McFarlandJW,RuessRW,OlsonK.Rapidcycling
oforganicnitrogeninTaigaforestecosystems[J].Ecosystems,
2007,10(3):360-368
[9] 李紫燕,李世清,李生秀.黄土高原典型土壤有机氮矿化过
程[J].生态学报,2008,28(10):4940-4950.
566
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 22卷
LiZY,LiSQ,LiSX.OrganicNmineralizationintypicalsoils
oftheLoessPlateau[J].ActaEcologicaSinica,2008,28(10):
4940-4950
[10] 赵士诚,曹彩云,李科江,等.长期秸秆还田对华北潮土肥
力、氮库组分及作物产量的影响[J].植物营养与肥料学报,
2014,20(6):1441-1449.
ZhaoSC,CaoCY,LiKJ,etal.Efectsoflongtermstraw
returnonsoilfertility,nitrogenpoolfractionsandcropyieldsona
fluvoaquicsoilinNorthChina[J].JournalofPlantNutrition
andFertilizer,2014,20(6):1441-1449
[11] 宋震震,李絮花,李娟,等.有机肥和化肥长期施用对土壤
活性有机氮组分及酶活性的影响[J].植物营养与肥料学
报,2014,20(3):525-533.
SongZZ,LiXH,LiJ,etal.Longtermefectsofmineral
versusorganicfertilizersonsoillabilenitrogenfractionsandsoil
enzymeactivitiesinagriculturalsoil[J].JournalofPlant
NutritionandFertilizer,2014,20(3):525-533
[12] 李小涵,王朝辉,郝明德,等.黄土高原旱地种植体系对土
壤水分及有机氮和矿质氮的影响[J].中国农业科学,2008,
41(9):2686-2692.
LiXH,WangCH,HaoMD,etal.Efectsofcroppingsystems
onsoilwater,organicNandmineralNindrylandsoilonthe
loessplateau[J].ScientiaAgriculturaSinica,2008,41(9):
2686-2692
[13] 杨江山,张恩和,黄高宝,等.保护性耕作对麦药轮作土壤
酶活性和微生物数量的影响[J].生态学报,2010,30(3):
824-829.
YangJS,ZhangEH,HuangGB,etal.Efectsofconservation
tilageonsoilmicrobesquantitiesandenzymeactivitiesinwheat
herbrotationsystem[J].ActaEcologicaSinica,2010,30(3):
824-829
[14] 张仁陟,罗珠珠,蔡立群.长期保护性耕作对黄土高原旱地
土壤物理质量的影响[J].草业学报,2011,20(4):1-10
ZhangRZ,LuoZZ,CaiLQ.Efectsoflongtermconservation
tilageonsoilphysicalqualityofrainfedareasoftheLoess
Plateau[J].ActaPrataculturaeSinica,2011,20(4):1-10
[15] 罗珠珠,黄高宝,LiGD,等.保护性耕作对旱作农田土壤肥
力及酶活性的影响[J].植物营养与肥料学报,2009,15(5):
1085-1092.
LuoZZ,HuangGB,LiGD,etal.Efectofconservation
tilageonsoilnutrientsandenzymeactivitiesinrainfedarea[J].
PlantNutritionandFertilizerScience,2009,15(5):1085
-1092
[16] 徐阳春,沈其荣.长期施用不同有机肥对土壤各粒级复合体
中C、N、P含量与分配的影响[J].中国农业科学,2000,33
(5):1-7.
XuYC,ShenQR.Influenceoflongtermapplicationofmanure
onthecontentsanddistributionoforganicC,totalNandPinsoil
particle-sizes[J].ScientiaAgriculturaSinica,2000,33(5):
1-7
[17] StevensonKJ.Nitrogenorganicforms[A].SparksDL,PageA
L,etal.Methodsofsoilanalysis,Part3Chemicalmethods.
bookseries5[C].Madison,Wisconsin:SoilScienceSocietyof
AmericaandAmericanSocietyofAgronomy,19961185-1200
[18] 蔡立群,齐鹏,张仁陟,等.不同保护性耕作措施对麦 -豆
轮作土壤有机碳库的影响[J].中国生态农业学报,2009,
17(1):1-6.
CaiLQ,QiP,ZhangR Z,etal.Efectsofdiferent
conservationtilagemeasuresonsoilorganiccarbonpoolintwo
sequencerotationsystemsofspringwheatandpease[J].Chinese
JournalofEcoAgriculture,2009,17(1):1-6
[19] 赵兰坡,马晶,杨学明,等.耕作白浆土有机无机复合体腐
殖质组成及类型[J].土壤学报,1997,34(1):28-41.
ZhaoLP,MaJ,YangXM,etal.Compositionandtypesof
humusindiferentparticlefractionsofarablealbicsoil[J].Acta
PedologicaSinica,1997,34(1):28-41
[20] KnickerH.FormsandnatureoforganicNinfineparticlesize
separatorofsandysoilsofhighlyindustrializedareasasrevealed
byMNRspectroscopy[J].SoilBiologyandBiochemistry,2000,
41:241-252
[21] 王媛,周建斌,杨学云.长期不同培肥处理对土壤有机氮组
分及氮素矿化特性的影响[J].中国农业科学,2010,43
(6):1173-1180
WangY,ZhouJB,YangXY.Efectsofdiferentlongterm
fertilizationonthefractionsoforganicnitrogenandnitrogen
mineralizationinsoils[J].ScientiaAgriculturaSinia,2010,43
(6):1173-1180
[22] 李世清,李生秀,杨正亮.不同生态系统土壤氨基酸氮的组
成及含量[J].生态学报,2002,22(3):379-386.
LiSQ,LiSX,YangZL.Constituentandamountofaminoacid
indiferentecologicalsystemsoils[J].ActaEcologicaSinica,
2002,22(3):379-386
[23] 张玉玲,温福,虞娜,等.长期不同土地利用方式对潮棕壤
有机氮组分及剖面分布的影响[J].土壤学报,2012,49
(4):740-747.
ZhangYL,WenF,YuN,etal.Efectoflongtermlanduseon
fractionationandprofiledistributionoforganicnitrogeninaquic
brownsoil[J].ActaPedologicaSinica,2012,49(4):740
-747
[24] PorterLK,StewartBA.Organicinterferencesinthefixationof
ammoniumbysoilsandclayminerals[J].SoilScience,1970,
109:229-233
[25] LiangB,YangXY,HeXH,etal.Longtermcombined
applicationofmanureandNPKfertilizersinfluencednitrogen
retentionandstabilizationoforganicCinloesssoil[J].Plant
andSoil,2012,353:249-260
[26] TangY,WangXZ,ZhaoHT,etal.EfectofpotassiumandC/
NratiosonconversionofNH+4insoils[J].Pedosphere,2008,
18:539-544
[27] LiuYJ,LairdDA,BarakP.Releaseandfixationofammonium
andpotassiumunderlongtermfertilitymanagement[J].Soil
ScienceSocietyofAmericaJournal,1997,61:310-314
[28] 陈贤友.土壤有机氮及其吸附态氨基酸分布特征研究[D].
杭州:浙江大学博士学位论文,2014.
ChenXY.Thestudyofsoilorganicnitrogenwithadsorbedamino
acid distribution characteristics [D]. Hangzhou: PhD
DissertationofZhejiangUniversity,2014.
666