全 文 ：植物营养与肥料学报 ２０１５，２１（１）：１１２－１２０
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｌａｎｔＮｕｔｒｉｔｉｏｎａｎｄＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｄｏｉ牶１０１１６７４／ｚｗｙｆ．２０１５０１１２
收稿日期：２０１３－１１－２０ 接受日期：２０１４－０８－０１
基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金新教师类资助课题（２０１２０２０４１２００１２）；国家现代农业产业技术体系建设专项（ＣＡＲＳ３－１－３１）；
国家公益性行业（农业）科研专项经费 （２０１３０３１０４）；中央高校基本科研业务费专项资金（ＱＮ２０１２０４０）；西北农林科技大学博士科
研启动基金资助。
作者简介：刘金山（１９８１—），男，湖北丹江口市人，博士，讲师，主要从事旱地小麦营养与施肥方面的研究。Ｅｍａｉｌ：ｊｓｌｉｕ＠ｎｗｓｕａｆ．ｅｄｕ．ｃｎ
通信作者 Ｔｅｌ：０２９－８７０８２２３４，Ｅｍａｉｌ：ｗｚｈａｏｈｕｉ＠２６３ｎｅｔ
过量施氮对旱地土壤碳、氮及供氮能力的影响
刘金山１，戴 健１，刘 洋１，郭 雄１，王朝辉１，２
（１农业部西北植物营养与农业环境重点实验室／西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 ７１２１００；
２旱区作物逆境生物学国家重点实验室／西北农林科技大学，陕西杨凌 ７１２１００）
摘要：【目的】过量施氮会影响土壤有机碳、氮的组成与数量，进而改变土壤供氮能力，但关于西北旱地长期过量施
用氮肥后土壤有机碳、氮及土壤供氮能力变化的研究尚缺乏。本文在长期定位试验的基础上，通过分析不同氮肥
水平特别是过量施氮条件下土壤硝态氮，有机碳、氮和微生物量碳、氮的变化，探讨长期过量施氮对土壤有机碳、
氮及供氮能力的影响。【方法】长期定位试验位于陕西杨凌西北农林科技大学农作一站。在施磷（Ｐ２Ｏ５）１００
ｋｇ／ｈｍ２的基础上，设５个氮水平，施氮量分别为Ｎ０、８０、１６０、２４０、３２０ｋｇ／ｈｍ２。重复４次，小区面积４０ｍ２，完全随
机区组排列。种植冬小麦品种为小堰２２。本文选取其中３处理，以不施氮为对照（Ｎ０）、施氮量 Ｎ１６０ｋｇ／ｈｍ２为
正常施氮（Ｎ１６０），施氮量Ｎ３２０ｋｇ／ｈｍ２为过量施氮（Ｎ３２０），分别于２０１２年６月小麦收获后和１０月下季小麦播前
采集土壤样品，进行测定分析。【结果】过量施氮导致下季小麦播前０—３００ｃｍ各土层硝态氮含量显著增加，平均
由对照的２８ｍｇ／ｋｇ增加到１５５ｍｇ／ｋｇ；同时，０—６０ｃｍ和０—３００ｃｍ土层的硝态氮累积量分别由对照的４７２和
１０８９ｋｇ／ｈｍ２增加到７６５和７２７７ｋｇ／ｈｍ２。过量施氮也增加了夏闲期间０—３００ｃｍ土层土壤有机氮矿化量，由对
照的７２４ｋｇ／ｈｍ２增加到１３０７ｋｇ／ｈｍ２。但过量施氮未显著增加土壤的有机碳含量，却显著增加了土壤有机氮含
量，过量施氮０—２０、２０—４０ｃｍ土层土壤有机碳分别为９２４和５３９ｇ／ｋｇ，有机氮分别为１０５和０７１ｇ／ｋｇ，较对
照增加５２２％和５４３％。同样，过量施氮未显著影响０—２０、２０—４０ｃｍ土层土壤微生物量碳含量，其平均含量分
别为２５３和２０５ｍｇ／ｋｇ，却显著提高了０—２０、２０—４０ｃｍ土层土壤微生物量氮含量，由对照的２４１和７５ｍｇ／ｋｇ提
高到４３６和１６１ｍｇ／ｋｇ。【结论】过量施氮可以显著增加旱地土壤剖面中的硝态氮累积量、夏闲期氮素矿化量、
小麦播前土壤氮素供应量和土壤微生物量氮含量，但对土壤有机碳和微生物量碳没有显著性影响，同时过量施氮
增加了土壤硝态氮淋溶风险，故在有机质含量低的黄土高原南部旱地冬小麦种植中不宜施用高量氮肥，以减少土
壤氮素残留和农业投入，达到保护环境和培肥土壤的目的。
关键词：旱地；过量施氮；有机氮碳；微生物量氮；供氮能力
中图分类号：Ｓ１５３６＋１；Ｓ１５４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－５０５Ｘ（２０１５）０１－０１１２－０９
Ｅｆｅｃｔｓｏｆｅｘｃｅｓｓｉｖｅｎｉｔｒｏｇｅｎｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｎｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄ
ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｓｕｐｐｌｙｃａｐａｃｉｔｙｉｎｄｒｙｌａｎｄ
ＬＩＵＪｉｎｓｈａｎ１，ＤＡＩＪｉａｎ１，ＬＩＵＹａｎｇ１，ＧＵＯＸｉｏｎｇ１，ＷＡＮＧＺｈａｏｈｕｉ１，２
（１ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｌａｎｔＮｕｔｒｉｔｉｏｎａｎｄＡｇｒｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｎＮｏｒｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ／ＣｏｌｅｇｅｏｆＮａｔｕｒａｌ
ＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ７１２１００，Ｃｈｉｎａ；２ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｒｏｐ
ＳｔｒｅｓＢｉｏｌｏｇｙｉｎＡｒｉｄＡｒｅａｓ／ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ７１２１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：【Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ】Ｅｘｃｅｓｓｉｖｅｎｉｔｒｏｇｅｎ（Ｎ）ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｆｅｃｔｓｆｒａｃｔｉｏｎｓａｎｄｑｕａｎｔｉｔｉｅｓｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ
（Ｃ）ａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎ（Ｎ）ａｎｄｔｈｅｒｅｆｏｒｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｓｏｉｌｎｉｔｒｏｇｅｎｓｕｐｐｌｙｃａｐａｃｉｔｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅｗｅｒｅｆｅｗｓｔｕｄｉｅｓｏｎ
ｅｆｅｃｔｓｏｆｌｏｎｇｔｅｒｍｅｘｃｅｓｓｉｖｅｎｉｔｒｏｇｅｎｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｎｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃＣａｎｄＮｉｎｄｒｙｌａｎｄｏｆｓｏｕｔｈｅｒｎＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕ．
Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａｌｏｎｇｔｅｒｍｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｃａｒｉｅｄｏｕｔｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｎｉｔｒａｔｅＮ，ｏｒｇａｎｉｃＣａｎｄＮ，ａｎｄ
１期 王朔林，等：长期施肥对栗褐土有机碳含量及其组分的影响
ｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓＣａｎｄＮｕｎｄｅｒｄｉｆｅｒｅｎｔＮｔｒｅａｔｍｅｎｔｓａｎｄｔｏｓｔｕｄｙｅｆｅｃｔｓｏｆｅｘｃｅｓｓｉｖｅＮｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｎｓｏｉｌ
ｃａｒｂｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｓｏｉｌｎｉｔｒｏｇｅｎｓｕｐｐｌｙｃａｐａｃｉｔｙ．【Ｍｅｔｈｏｄｓ】Ａｌｏｎｇｔｅｒｍｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎｆａｌ
ｏｆ２００４ｗｉｔｈｆｉｖｅＮｌｅｖｅｌｓ，０，８０，１６０，２４０ａｎｄ３２０ｋｇ／ｈａ．Ｔｈｅｐｌｏｔｓｉｚｅｗａｓ４０ｍ２ａｎｄａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｗｅｒｅ
ａｒａｎｇｅｄｉｎａｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｒａｎｄｏｍｉｚｅｄｂｌｏｃｋｄｅｓｉｇｎｗｉｔｈｆｏｕｒｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ａｎｄｗｉｎｔｅｒｗｈｅａｔ（ＴｒｉｔｉｃｕｍａｅｓｔｉｖｕｍＬ．）
ｃｕｌｔｉｖａｒ，Ｘｉａｏｙａｎ２２，ｗａｓｇｒｏｗｎ．ＴｈｅＮｌｅｖｅｌｓｏｆ０，１６０ａｎｄ３２０ｋｇ／ｈａｗｅｒｅｃｈｏｓｅｎａｓｃｏｎｔｒｏｌ（Ｎ０，ｗｉｔｈｎｏＮ
ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ），ｎｏｒｍａｌＮ（Ｎ１６０）ａｎｄｅｘｃｅｓｓｉｖｅＮ（Ｎ３２０）ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ．Ｓｏｉｌｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｒａｎｄｏｍｌｙ
ｃｏｌｅｃｔｅｄｆｒｏｍｆｏｕｒｓｉｔｅｓａｔｔｗｏｄｅｐｔｈｓ（０－２０ａｎｄ２０－４０ｃｍ）ｕｓｉｎｇａ２５－ｃｍｄｉａｍｅｔｅｒａｕｇｅｒｉｎｅａｃｈｐｌｏｔｏｎＪｕｎｅ
１５，２０１２（ａｔｗｈｅａｔｈａｒｖｅｓｔ）ａｎｄＯｃｔｏｂｅｒ１（ａｔｎｅｘｔｗｉｎｔｅｒｗｈｅａｔｓｏｗｉｎｇ）ａｎｄｔｈｅｎｐｒｅｐａｒｅｄｆｏｒａｎａｌｙｓｉｓ．
【Ｒｅｓｕｌｔｓ】ＴｈｅｅｘｃｅｓｓｉｖｅＮｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｓｏｉｌｎｉｔｒａｔｅＮｃｏｎｔｅｎｔｓｉｎ０－３００ｃｍｓｏｉｌ
ｌａｙｅｒｓｂｅｆｏｒｅｔｈｅｎｅｘｔｗｉｎｔｅｒｗｈｅａｔｓｏｗｎ，ｉ．ｅ．ｆｒｏｍａｎａｖｅｒａｇｅｏｆ２８ｍｇ／ｋｇ（ｃｏｎｔｒｏｌ）ｔｏ１５５ｍｇ／ｋｇｗｈｉｃｈｉｓ
ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｅｎｏｒｍａｌＮｔｒｅａｔｍｅｎｔｂｙ８１ｍｇ／ｋｇ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｎｉｔｒａｔｅＮａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎａｍｏｕｎｔｓｉｎ０－６０ｃｍ
ａｎｄ０－３００ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒｓａｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ４７２ａｎｄ１０８９ｋｇ／ｈａｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｏ７６５ａｎｄ７２７７
ｋｇ／ｈａｏｆｔｈｅｅｘｃｅｓｓｉｖｅＮｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｃｈａｒｅｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｅｎｏｒｍａｌＮｔｒｅａｔｍｅｎｔｂｙ２２％ ａｎｄ
１２２％．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｕｍｍｅｒｆａｌｏｗｓｅａｓｏｎ，ｔｈｅｅｘｃｅｓｓｉｖｅＮｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｕｓｅａｌｓｏｉｎｃｒｅａｓｅｓｓｏｉｌＮｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｉ．ｅ．
ｆｒｏｍ７２４ｋｇ／ｈａｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｏ１３０７ｋｇ／ｈａｏｆｔｈｅｅｘｃｅｓｓｉｖｅＮｔｒｅａｔｍｅｎｔ．ＴｈｅｅｘｃｅｓｓｉｖｅＮｔｒｅａｔｍｅｎｔ
ｄｏｅｓｎｏｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃＣ，ｂｕｔｉｔｄｏｅｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｏｒｇａｎｉｃＮ，ａｎｄｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｎｉｔｒｏｇｅｎ
ＣａｎｄＮｃｏｎｔｅｎｔｓｉｎｔｈｅｅｘｃｅｓｓｉｖｅＮｔｒｅａｔｍｅｎｔａｒｅ９２４，５３９ｇ／ｋｇａｎｄ１０５，０７１ｇ／ｋｇ（ｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｂｙ
５２２％ ａｎｄ５４３％ ｔｈａｎｃｏｎｔｒｏｌ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ）ｉｎ０－２０ａｎｄ２０－４０ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ
ｅｘｃｅｓｓｉｖｅＮｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｄｏｅｓｎｏｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙａｆｅｃｔｔｈｅｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓＣｉｎ０－２０，２０－４０ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒ（ｗｉｔｈ
ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅｏｆ２５３ａｎｄ２０５ｍｇ／ｋｇ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ），ａｎｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓＮ，
ｉ．ｅ．ｆｒｏｍ２４１ａｎｄ７５ｍｇ／ｋｇｉｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｏ４３６ａｎｄ１６１ｍｇ／ｋｇｉｎｔｈｅｅｘｃｅｓｓｉｖｅＮｔｒｅａｔｍｅｎｔ．
【Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ】ＴｈｅｅｘｃｅｓｓｉｖｅＮ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｎｉｔｒａｔｅＮ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄ
ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎｉｎ０－３００ｃｍｓｏｉｌｐｒｏｆｉｌｅ，ｔｈｅｑｕａｎｔｉｔｉｅｓｏｆｓｏｉｌＮｓｕｐｐｌｙａｔｔｈｅｎｅｘｔｗｉｎｔｅｒｗｈｅａｔｓｏｗｉｎｇａｎｄｔｈｅｓｏｉｌ
ｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓＮ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｅｘｃｅｓｓｉｖｅＮｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｄｏｅｓｎｏｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙａｆｅｃｔｓｏｉｌｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃＣａｎｄ
ｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓＣ，ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｒｉｓｋｏｆｎｉｔｒａｔｅＮｌｅａｃｈｉｎｇｉｎｓｏｉｌ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｎｉｔｒａｔｅＮ
ｌｅａｃｈｉｎｇ，ｉｎｐｕｔｃｏｓｔｓａｎｄｔｈｅｒｉｓｋｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｐｏｌｕｔｉｏｎ，ｈｉｇｈｒａｔｅｏｆＮｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｉｓｎｏｔｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｏａｐｐｌｙｔｏｔｈｅ
ｄｒｙｌａｎｄｉｎｓｏｕｔｈｅｒｎＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕｗｈｅｒｅｔｈｅｓｏｉｌｉｓｌｏｗｉｎｏｒｇａｎｉｃｍａｔｅｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ｄｒｙｌａｎｄ牷ｅｘｃｅｓｓｉｖｅｎｉｔｒｏｇｅｎｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｕｓｅ牷ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｃａｒｂｏｎ牷ｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓ
ｎｉｔｒｏｇｅｎ牷ｓｏｉｌｎｉｔｒｏｇｅｎｓｕｐｐｌｙｃａｐａｃｉｔｙ
黄土高原旱地是我国西北重要的耕地资源，也
是全国粮食产量提高潜力最大的区域之一。土壤有
机碳氮含量以及土壤供氮能力的强弱对于农业生产
有重大的影响，土壤中９０％的氮素以有机氮形式存
在于有机质中，其余氮素以硝态氮、铵态氮等矿质
态氮形式存在。土壤中的有机氮不断进行矿化，形
成的矿质氮是作物吸收氮素的主要来源。黄土高原
旱地属于我国半湿润到干旱的过渡区域，超过６０％
的土壤有机质含量低于１％，氮素供应能力差，与作
物实际需求形成了尖锐矛盾。在此条件下，为了提
高和维持作物产量，大量甚至过量施用氮肥现象普
遍存在。有研究表明，陕西小麦的氮肥用量与推荐
量相比平均过量 Ｎ５５ｋｇ／ｈｍ２［１］。过量施氮提高作
物产量的同时引起了土壤硝酸盐大量残留等环境问
题。许多地方，土壤剖面的硝态氮残留量和残留深
度均随施氮量的增加而增加［２］，硝态氮的淋溶深度
可达４００ｃｍ以上，残留量达１０００ｋｇ／ｈｍ２以上［３］。
其次，过量施氮还会影响到土壤有机碳、氮含量。
长期（１９６７ １９８９年）施氮 Ｎ２２４ ３３６ｋｇ／ｈｍ２
后，美国Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ土壤有机碳含量由 １６１ｇ／ｋｇ降
低到１３３ｇ／ｋｇ［４］，其他多点定位试验也表明长期施
氮肥后土壤耕层有机碳含量降低［５］。在中国，长期
施氮增加了耕层土壤有机碳含量，如在黄土旱塬连
续施氮２３年后 ０—２０ｃｍ耕层土壤有机碳储量由
１６９ｔ／ｈｍ２（对照）增加到 １９１ｔ／ｈｍ２（Ｎ１８０
ｋｇ／ｈｍ２），有机氮储量由 ２０３ｔ／ｈｍ２增加到 ２３７
ｔ／ｈｍ２［６］。另外，长期施氮也会引起土壤微生物量
碳、氮含量的变化，东北黑土定位试验表明，长期施
３１１
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２１卷
用氮肥可显著增加土壤微生物量碳含量，由 ０８４
ｇ／ｋｇ（对照）增加到１７３ｇ／ｋｇ（Ｎ１２０ｋｇ／ｈｍ２）［７］，
在西北地区连续１７年施氮肥增加了玉米—小麦轮
作下的土壤微生物量碳和氮含量，增加幅度达２５％
以上［８］。但也有研究表明，过量施氮会降低土壤微
生物量氮［９］。可见，过量施氮会通过对土壤有机
碳、氮组成与数量的影响而改变土壤的供氮能力。
目前在西北旱地的研究还主要集中在施氮对土壤有
机碳、氮的影响方面［６－８］，而对于长期过量施用氮
肥后土壤有机碳、氮及其供氮能力变化方面的研究
还少有报道，因此，本文在黄土高原南部的杨凌长期
定位试验的基础上，通过分析不同氮肥水平特别是
过量施氮条件下土壤硝态氮，有机碳、氮，微生物
碳、氮等的差异，探讨长期过量施氮对土壤有机碳、
氮及供氮能力所造成的影响，以期对西北旱地作物
科学施用氮肥提供依据，达到在减少肥料投入的同
时维持或培肥土壤的目的。
１ 材料和方法
１１ 研究区概况
长期肥料定位试验始于２００４年１０月，位于陕
西杨凌西北农林科技大学农作一站（３４°１７′５９″Ｎ，
１０８°４′１２″Ｅ）。该地处于黄土高原南部的渭河三级
阶地，海拔５２５ｍ，多年平均气温１２９℃，年均降水
量 ５５０ｍｍ左右，年均蒸发量为１４００ｍｍ，属于半湿
润易干旱地区。冬小麦生育期降水占全年总量的
４９％，小麦生产主要依靠自然降水。试验区地势平
坦，供试土壤为土垫旱耕人为土，试验开始前耕层土
壤（０—２０ｃｍ）基本理化性状为ｐＨ８２５、容重１２４
ｇ／ｃｍ３、有机碳含量８００ｇ／ｋｇ、全氮１０７ｇ／ｋｇ、有
效磷１５０ｍｇ／ｋｇ、速效钾１８２４ｍｇ／ｋｇ、硝态氮５４
ｍｇ／ｋｇ。本研究涉及内容为２０１１ ２０１２年度冬小
麦试验，冬小麦生育期（２０１１年１０月１６日 ２０１２
年６月７日）降水量为２００ｍｍ，夏闲期（２０１２年６
月８日 １０月１日）降水量为３８７２ｍｍ。
１２ 试验设计
在施磷（Ｐ２Ｏ５）１００ｋｇ／ｈｍ
２的基础上，设５个氮
水平，施氮量分别为 Ｎ０、８０、１６０、２４０、３２０
ｋｇ／ｈｍ２，重复４次，小区面积４ｍ×１０ｍ ＝４０ｍ２，
完全随机区组排列。氮肥为尿素（Ｎ４６％），磷肥用
重过磷酸钙（Ｐ２Ｏ５４６％），氮、磷肥均在冬小麦播种
前撒施并与耕层土壤混匀。供试小麦品种为小堰
２２，播种量１３５ｋｇ／ｈｍ２，行距２０ｃｍ，播种深度５ｃｍ。
试验于２０１１年１０月９日施肥，１６日播种，２０１２年
６月７日收获。整个生育期无灌溉，收获后夏休闲，
田间管理与当地农户一致。根据前期多人的试验研
究结果和调研结果，考虑冬小麦产量和环境效应，陕
西旱地种植冬小麦适宜的氮肥用量为 １２０ １８０
ｋｇ／ｈｍ２［１］，因此本文选取其中施氮量为０、１６０、３２０
ｋｇ／ｈｍ２的 ３个处理，以不施氮为对照（Ｎ０），施 Ｎ
１６０ｋｇ／ｈｍ２为正常施氮（Ｎ１６０），Ｎ３２０ｋｇ／ｈｍ２为过
量施氮（Ｎ３２０），讨论分析过量施氮对旱地土壤碳、
氮和供氮能力的影响。
１３ 样品采集
在当季小麦收获（２０１２年６月１５日）和下季小
麦播前（２０１２年１０月１日）用土钻采集耕层０—２０、
２０—４０ｃｍ土样，分为鲜样和干样，分别进行土壤微
生物量碳、氮和硝态氮，有机碳、氮的分析。同时
在收获和播前用土钻采集 ０—３００ｃｍ土样，０—４０
ｃｍ土层按０—１０、１０—２０、２０—３０、３０—４０ｃｍ分层
采集，４０—３００ｃｍ土层每２０ｃｍ为一个层次采样，
用于土壤硝态氮含量的测定。
１４ 测定项目和方法
１．４．１土壤总有机碳和有机氮的测定 用重铬酸钾
容量法测定总有机碳，凯氏定氮法测定土壤全
氮［１０］。土壤全氮含量减去土壤矿质氮（硝态氮和铵
态氮）含量即得土壤有机氮含量。
１．４．２土壤微生物量氮和碳的测定 采用氯仿熏
蒸—Ｋ２ＳＯ４提取法
［１１－１２］，称取 ２份预培养土样，每
份土壤２５ｇ（烘干基），其中 １份直接用 ０５ｍｏｌ／Ｌ
Ｋ２ＳＯ４提取（２００ｒ／ｍｉｎ振荡３０ｍｉｎ）。另１份在真
空干燥器内用氯仿熏蒸（２４ｈ），熏蒸的土样除去氯
仿后立即提取。取１０ｍＬ提取液用碳自动分析仪
（岛津ＴＯＣＶＣＰＨ，日本岛津公司）分析提取有机碳。
另取 ５ｍＬ提取液，加 １０ｍＬ氧化剂（０１５ｍｏｌ／Ｌ
ＮａＯＨ ＋３０ｇ／ＬＫ２Ｓ２Ｏ８），采用高压锅氧化法氧化
（１２０ １２４℃，３０ｍｉｎ），冷却至室温后于波长 ２２０
ｎｍ和 ２７５ｎｍ处用 １ｃｍ石英比色杯以空白做参照
测定吸光度 Ａ２２０和 Ａ２７５，然后计算提取的氮
［１３－１４］。
以熏蒸土样与不熏蒸土样提取的有机碳的差值乘以
转换系数ＫＣ（２２２）计算微生物量碳，提取的有机氮
的差值乘以转换系数ＫＮ（２２２）计算微生物量氮。
１．４．３土壤硝态氮和铵态氮的测定 采回的新鲜土
样捏碎、混匀，称取５００ｇ新鲜土样，加入１ｍｏｌ／Ｌ
ＫＣｌ溶液５０ｍＬ（土液比１∶１０），在２００ｒ／ｍｉｎ下震
荡浸提１ｈ，过滤后用连续流动分析仪测定硝态氮含
量。０—３００ｃｍ各土层硝态氮累积量以各层土壤容
重与对应的硝态氮含量进行计算。
４１１
１期 刘金山，等：过量施氮对旱地土壤碳、氮及供氮能力的影响
１５ 数据处理
采用 Ｅｘｃｅｌ２０１０软件对试验数据进行处理，
ＳＡＳ（Ｖｅｒｓｉｏｎ９０）软件进行统计分析，多重比较采
用ＬＳＤ（ＬｅａｓｔＳｉｇｎｉｆｉｃａｎｔＤｉｆｅｒｅｎｃｅ）法，显著性水平
为α＝００５。
２ 结果与分析
２１ 下季冬小麦播前的土壤供氮能力
在下季冬小麦播前（２０１２年１０月１日），与不
施氮肥比较，施氮量增加，各土层土壤硝态氮含量均
增加（图１ｂ），平均由对照的２８ｍｇ／ｋｇ增加到正常
施氮的７４ｍｇ／ｋｇ和过量施氮的１５５ｍｇ／ｋｇ。其中
０—４０ｃｍ土层增加幅度较小，平均由对照的 ５８
ｍｇ／ｋｇ增加到７２ｍｇ／ｋｇ和８３ｍｇ／ｋｇ；４０—３００ｃｍ
各土层硝态氮含量增加显著，最高者由对照的 ０４
ｍｇ／ｋｇ增加到１２９ｍｇ／ｋｇ和２９３ｍｇ／ｋｇ。同时，下
季冬小麦播前土壤硝态氮含量高的土层主要集中在
８０—１４０ｃｍ和 ２４０—３００ｃｍ，与当季冬小麦收获
（２０１２年６月１５日）后各土层的硝态氮含量相比
（图１ａ，高含量土层主要分布于０—６０和２２０—２８０
ｃｍ），经过夏季休闲后，土壤中的硝态氮发生了明显
的淋溶。
图１ ２０１２年冬小麦收获后（６月１５日）（ａ）和下季播前（１０月１日）（ｂ）０—３００ｃｍ土层土壤硝态氮含量
Ｆｉｇ．１ ＮｉｔｒａｔｅＮｃｏｎｔｅｎｔｓｉｎｔｈｅｓｏｉｌｐｒｏｆｉｌｅ（０－３００ｃｍ）ａｔｔｈｅｈａｒｖｅｓｔｓｔａｇｅ（Ｊｕｎｅ１５）（ａ）
ａｎｄｎｅｘｔｗｉｎｔｅｒｗｈｅａｔｓｏｗｉｎｇ（Ｏｃｔｏｂｅｒ１）（ｂ）
相应地，过量施氮显著增加了下季冬小麦播前
土壤的硝态氮累积（图２ｂ），０—６０ｃｍ土层，过量施
氮引起的硝态氮累积量为７６５ｋｇ／ｈｍ２，较不施肥和
正常施氮高 ２９３和 １３８ｋｇ／ｈｍ２。０—３００ｃｍ土
层，过量施氮硝态氮累积量为７２７７ｋｇ／ｈｍ２，较正常
施氮的３２７９ｋｇ／ｈｍ２高３９９８ｋｇ／ｈｍ２，显著高于定
位试验开始时 ０—３００ｃｍ土层的硝态氮累积量
１９７３ｋｇ／ｈｍ２（图２ｃ）。同时，由图２ｂ可知，硝态氮
累积量的峰值出现在１００—１４０ｃｍ与２４０—３００ｃｍ
土层中，且随着施氮量的增加，硝态氮累积量显著增
加，１８０ｃｍ以下土层，过量施氮所造成的硝态氮累
积增加更加明显，较正常施氮增加４０ｋｇ／ｈｍ２以上。
与小麦收获期（图２ａ）相比，下季冬小麦播前不同土
层硝态氮累积发生了明显变化，主要表现在硝态氮
累积峰下移，即残留在土层剖面中的硝态氮在夏闲
期向下淋溶，冬小麦收获期０—６０ｃｍ土层过量施氮
引起的硝态氮累积量为１２９２ｋｇ／ｈｍ２，经夏闲期在
下季播前降为７６５ｋｇ／ｈｍ２。可见，过量施氮导致冬
小麦收获期土壤硝态氮的大量累积，在夏闲期集中
降水的作用下会发生淋溶损失。
下季小麦播前土壤氮素供应主要取决于夏闲期
土壤中氮素矿化，其来源主要有两个，一是土壤有机
氮的矿化，另一个是施入土壤的肥料氮被生物固定
后的再矿化。夏季土壤有机氮矿化可使土壤中矿化
氮含量增加，其矿化量可由下季小麦播前和当季小
麦收获时的 ０—３００ｃｍ土壤硝态氮累积量（图２）差
值计算。由此可知，不施氮处理夏闲期土壤矿化氮
素为７２４ｋｇ／ｈｍ２，正常施氮为１５７０ｋｇ／ｈｍ２，说明
５１１
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２１卷
图２ ２０１２年冬小麦收获后（６月１５日）（ａ）、下季播前（１０月１日）（ｂ）和２００４年定位试验开始时（ｃ）
不同土层土壤硝态累积量
Ｆｉｇ．２ ＮｉｔｒａｔｅＮａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｏｉｌｐｒｏｆｉｌｅ（０－３００ｃｍ）ａｔｔｈｅｈａｒｖｅｓｔｓｔａｇｅ（Ｊｕｎｅ１５）（ａ），
ｎｅｘｔｗｉｎｔｅｒｗｈｅａｔｓｏｗｉｎｇ（Ｏｃｔｏｂｅｒ１）（ｂ）ａｎｄｂｅｇｉｎｏｆｔｈｅｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｔｒｉａｌ（Ｏｃｔｏｂｅｒ５，２００４）（ｃ）
施用氮肥能够显著增加夏闲期土壤氮素矿化与供
应。而过量施氮处理夏闲期土壤矿化氮却下降到了
１３０７ｋｇ／ｈｍ２，可见过量施氮会导致硝态氮发生淋
溶，土壤矿化形成的氮素部分下移到了３００ｃｍ以
下。因未施氮肥，对照的矿化量可以作为夏闲期土
壤有机氮矿化量的估计值，施氮处理与对照矿化量
的差值可反映施入土壤的肥料氮被生物固定后的再
矿化量。正常施氮处理的肥料氮的再矿化量为
８４５ｋｇ／ｈｍ２，过量施氮处理肥料氮的再矿化量为
５８３ｋｇ／ｈｍ２。
２２ 土壤有机碳含量
在同一施肥水平上，０—２０ｃｍ比２０—４０ｃｍ土
层土壤有机碳含量高３７％（表１）。施氮对同一土
层的有机碳含量没有显著影响，同时正常施氮和过
量施氮处理间也没有显著差异，说明在本研究条件
下，正常或过量施氮对土壤有机碳含量还没有显著
影响，但与试验开始时０—２０ｃｍ土层土壤有机碳相
比（８０ｇ／ｋｇ），经过多年的小麦种植，土壤有机碳含
量有了一定的提高，增加幅度平均为１７８％，相当
于有机碳每年提高０１７ｇ／ｋｇ。
２３ 土壤有机氮含量
不同施氮量下，０—２０ｃｍ土层土壤有机氮含量
显著高于２０—４０ｃｍ（表２）。与不施氮处理相比，正
常和过量施氮土壤有机氮含量平均增加 ５８％（Ｐ＜
０００１），而施肥的两个处理间差异不显著。与正常
表１ 不同氮肥施用量下土壤有机碳含量（ｇ／ｋｇ）
Ｔａｂｌｅ１ ＣｏｎｔｅｎｔｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃＣｒｅｌａｔｉｖｅ
ｔｏｔｈｅＮａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒａｔｅ
处理Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ０—２０ｃｍ ２０—４０ｃｍ
Ｎ０ ９３８ａ ５８７ａ
Ｎ１６０ ９６６ａ ５５７ａ
Ｎ３２０ ９２４ａ ５３９ａ
注（Ｎｏｔｅ）：同列数据后不同字母表示处理间差异达５％显著水
平 Ｖａｌｕｅｓｆｏｌｏｗｅｄｂｙｄｉｆｅｒｅｎｔｌｅｔｅｒｓｉｎａｃｏｌｕｍｎａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｍｏｎｇ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓａｔｔｈｅ５％ ｌｅｖｅｌ．
表２ 不同氮肥施用量下土壤有机氮含量（ｇ／ｋｇ）
Ｔａｂｌｅ２ ＣｏｎｔｅｎｔｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃＮｒｅｌａｔｉｖｅｔｏ
ｔｈｅＮａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒａｔｅ
处理Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ０—２０ｃｍ ２０—４０ｃｍ
Ｎ０ ０６９ｂ ０４６ｂ
Ｎ１６０ １０９ａ ０６５ａ
Ｎ３２０ １０５ａ ０７１ａ
注（Ｎｏｔｅ）：同列数据后不同字母表示处理间差异达５％显著水
平 Ｖａｌｕｅｓｆｏｌｏｗｅｄｂｙｄｉｆｅｒｅｎｔｌｅｔｅｒｓｉｎａｃｏｌｕｍｎａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｍｏｎｇ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓａｔｔｈｅ５％ ｌｅｖｅｌ．
６１１
１期 刘金山，等：过量施氮对旱地土壤碳、氮及供氮能力的影响
施氮相比，过量施氮不会显著增加土壤有机氮含量。
２４ 土壤微生物量碳含量
不同施氮处理对土壤微生物量碳的影响不显著
（图 ３），０—２０ｃｍ土壤中的微生物量碳显著高于
２０—４０ｃｍ的土层，平均为 ２５０４和 ２０１１ｍｇ／ｋｇ。
过量施氮未导致土壤微生物量碳含量的变化，正常
施氮（Ｎ１６０）时，０—２０、２０—４０ｃｍ的微生物量碳含
量分别为２５１３和２００１ｍｇ／ｋｇ，过量施氮（Ｎ３２０）
时，其含量分别为２５４２和２１１３ｍｇ／ｋｇ。可见，在
本研究的环境条件下，过量施氮对土壤微生物量碳
含量没有显著影响。
图３ 不同氮肥施用对土壤微生物量碳影响
Ｆｉｇ．３ ＥｆｅｃｔｏｆｔｈｅＮｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎ
ｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｃａｒｂｏｎ
［注（Ｎｏｔｅ）：柱上不同字母表示处理间差异达５％ Ｄｉｆｅｒｅｎｔｌｅｔｅｒｓ
ａｂｏｖｅｔｈｅｂａｒｓｍｅａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｍｏｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓａｔｔｈｅ５％ ｌｅｖｅｌｓ．］
２５ 土壤微生物量氮含量
不同施氮处理对土壤微生物量氮含量有显著影
响（图４），增施氮肥土壤微生物量氮含量显著增加。
其中０—２０ｃｍ土层的土壤微生物量氮含量Ｎ０处理
为２４２ｍｇ／ｋｇ，Ｎ１６０为 ３７５ｍｇ／ｋｇ，Ｎ３２０为 ４３６
ｍｇ／ｋｇ。但在 ２０—４０ｃｍ土层，Ｎ１６０和 Ｎ３２０处理
之间差异不显著，其含量分别为 １９２和 １６１
ｍｇ／ｋｇ。此外，０—２０和２０—４０ｃｍ土层的微生物量
氮含量之间也存在极大的差异，对照、正常施氮、
过量施氮３处理平均值分别为３５１和１４３ｍｇ／ｋｇ，
说明土壤微生物量氮主要集中在０—２０ｃｍ的耕层
土壤中。
３ 讨论
３１ 过量施氮对土壤供氮能力的影响
硝态氮是旱地农田土壤无机氮存在的主要形
态，是旱地土壤供氮能力评价的重要指标之一，其含
图４ 不同氮肥施用对土壤微生物量氮的影响
Ｆｉｇ．４ ＥｆｅｃｔｏｆｔｈｅＮｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎ
ｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｎｉｔｒｏｇｅｎ
［注（Ｎｏｔｅ）：柱上不同字母表示处理间差异达５％ Ｄｉｆｅｒｅｎｔｌｅｔｅｒｓ
ａｂｏｖｅｔｈｅｂａｒｓｍｅａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｍｏｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓａｔｔｈｅ５％ ｌｅｖｅｌｓ．］
量的变化及分布是作物吸收、施肥、降水等多种条
件影响的综合表现，其中施氮肥是影响土壤硝态氮
含量即土壤供氮能力主要因素之一。本研究发现，
经过多年的定位试验后，无论是在冬小麦收获期还
是在下季播种前，与冬小麦生长密切相关的０—６０
ｃｍ土层［１５］和本试验观测的０—３００ｃｍ土层的硝态
氮含量和累积量均随氮肥用量的增加而显著增加，
其中过量施氮处理（Ｎ３２０）不同土层硝态氮含量和
０—３００ｃｍ硝态氮累积量较正常施氮处理（Ｎ１６０）
平均分别增加了 ４倍和 ２倍以上，分别达 ２９８
ｍｇ／ｋｇ和７２７７ｋｇ／ｈｍ２，同时比定位试验开始的０—
３００ｃｍ土层硝态氮累积量（１９７３ｋｇ／ｈｍ２）高出２７
倍（图２）。同样地，在同一区域，连续１２年的冬小
麦—夏玉米轮作定位试验结果表明，年施氮量 Ｎ
４８０ｋｇ／ｈｍ２（每季作物２４０ｋｇ／ｈｍ２）处理０—２００ｃｍ
土层土壤硝态氮累积量达 ９１４２ｋｇ／ｈｍ２，是年施氮
量Ｎ２４０ｋｇ／ｈｍ２（每季作物施氮 １２０ｋｇ／ｈｍ２）处理
的 ６倍［２］，另一监测结果显示，年施氮量为 Ｎ３５２
ｋｇ／ｈｍ２时０—４００ｃｍ土壤剖面硝态氮累积量甚至高
达１０００ｋｇ／ｈｍ２以上［３］。由此说明，过量或大量施
用氮肥都会显著增加土壤剖面中的硝态氮累积量。
施氮后，夏闲期土壤供氮能力增加的原因主要是土
壤中矿质氮（以硝态氮为主）的增加，其来源主要是
土壤有机氮的矿化和施入土壤的肥料氮被生物固定
后的再矿化。在本研究条件下，２０１２年小麦播前正
常施氮和过量施氮０—３００ｃｍ土层的硝态氮累积量
较收获期分别增加 １５７０和１３０７ｋｇ／ｈｍ２，此增加
值即为夏闲期土壤氮素矿化量。同时，施氮也增加
了夏闲期肥料氮再矿化量，分别为 ８４５和 ５８３
７１１
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２１卷
ｋｇ／ｈｍ２。这说明无论是正常施氮还是过量施氮，一
方面直接增加了土壤中矿质氮的数量，另一方面增
加了夏闲期土壤氮素矿化量。
黄土属第四纪沉积物，具垂直节理结构，以黄土
为母质发育而成的农田土壤疏松多孔，硝态氮极易
随水分淋溶到土壤深层。同时，黄土高原区降水主
要集中在６ ９月份，占全年降水量的 ６０％以上。
夏闲期大量降水进一步促进了残留在土壤中的硝态
氮向下淋溶，如在小麦收获期硝态氮含量高的主要
集中在０—６０ｃｍ与２４０—３００ｃｍ土层，下季小麦播
前硝态氮含量的峰值却出现在 １００—１４０ｃｍ与
２４０—３００ｃｍ土层，说明硝态氮发生了明显的淋溶。
相应地，硝态氮贮量高峰由收获期的４０—８０ｃｍ与
２４０—３００ｃｍ下移到下季小麦播前的１００—１４０ｃｍ
与２４０—３００ｃｍ土层，而在华北平原大量氮肥施用
导致的硝态氮淋溶深度已达到４００ｃｍ以上［３］。由
此可知，过量施氮能增加黄土高原南部旱地下季小
麦播前土壤氮素供应量，但却加大了残留在土壤中
硝态氮的淋溶，增加了氮素环境污染的风险。
３２ 过量施氮对土壤供氮能力构成要素的影响
土壤有机氮是土壤氮素的主要存在形式，是土
壤矿质氮的源和库，其不仅在维持土壤氮素平衡方
面有重要意义，而且直接决定土壤的潜在供氮能
力［１６］。土壤有机碳是土壤供氮的重要物质基础，土
壤有机氮通过微生物矿化作用释放出矿质氮供作物
吸收利用的过程中，必须以有机碳作为能源物质，即
土壤有机碳对土壤供氮能力的调控有重要意义［１７］。
因此，土壤有机碳和有机氮是影响土壤供氮能力的
重要要素，其含量直接决定了土壤供氮能力的高低。
现有研究表明，施用氮肥是影响土壤有机
氮［６］、有机碳［１８］含量的主要因素之一。与对照相
比，施氮显著增加了黄土高原南部旱地０—２０、２０—
４０ｃｍ土层土壤的有机氮含量（表２），增加幅度高
达５８％，说明施氮可增加土壤氮素潜在供应源，但
过量施氮与正常施氮之间差异不显著。施用氮肥对
土壤有机碳的影响不一，在黄土高原南部旱地，多年
施氮土壤有机碳含量没有显著增加或减少（表１），
其中正常施氮较不施肥对照略有升高，而过量施氮
处理略有降低，但与定位试验开始时相比，都有较大
幅度的提高，提高比例为１８％。同样在黄土高原旱
地，另一个多年氮肥定位试验结果表明，不同施氮水
平条件下土壤有机碳含量随年限呈缓慢升高趋势，
２３年后不同氮肥处理（Ｎ９０、１８０ｋｇ／ｈｍ２）分别较对
照处理提高了１０５％和１３１％（Ｐ＜００５），而不施
肥处理土壤有机碳含量基本没有发生变化［６］。在
华北地区，长期施用氮肥（Ｎ３００ｋｇ／ｈｍ２）却提高了
玉米—冬小麦轮作土壤的有机碳含量［１９］。但在国
外，多点试验结果表明，长期施氮降低了土壤有机碳
含量（平均降低２６７ｇ／ｋｇ，ｎ＝２１）［５］。由此说明，
在不同的环境条件下，施用氮肥会影响到土壤有机
碳、氮的含量和库存，进而影响土壤氮素供应。
３３ 过量施氮对土壤供氮与供氮构成要素关系的
影响
土壤微生物量氮是指土壤中存在于微生物体内
的氮素，是土壤有机氮中最活跃的组分，是土壤有机
－无机态氮转化的关键环节之一。土壤微生物量氮
的矿化率较高，在土壤中会很快发生矿化作用而释
放出有效态氮，是土壤易矿化氮的主要来源［２０］，其
含量的高低直接影响土壤有机氮的矿化和供氮能
力。本研究表明，在黄土高原南部旱地多年不施氮
肥的条件下，０—２０ｃｍ土层微生物量氮含量仅有
２４ｍｇ／ｋｇ（图 ４），当氮肥用量增加到 Ｎ１６０、３２０
ｋｇ／ｈｍ２时，其含量分别增加到３７、４３ｍｇ／ｋｇ，显著高
于不施肥处理，也就是说施用氮肥显著提高了土壤
微生物量氮含量。但过量施氮与正常施氮处理的土
壤微生物量氮含量无显著差异，仅有增加趋势（由
３７ｍｇ／ｋｇ增加到４３ｍｇ／ｋｇ），这与庞欣等［９］、王继
红等［２１］的研究结果不一致。庞欣等［９］发现，正常施
氮处理的土壤微生物量氮含量高于过量施氮处理，
而王继红等［２１］的研究表明，过量施用氮肥降低了东
北黑土玉米成熟期土壤微生物量氮含量，由施氮 Ｎ
１５７ｋｇ／ｈｍ２的１２６ｍｇ／ｋｇ降至施氮Ｎ２２５ｋｇ／ｈｍ２的
８８ｍｇ／ｋｇ，这可能与研究条件有关，本研究是在黄土
高原南部旱地上进行的田间试验，土壤有机碳含量
较低（８０ｇ／ｋｇ），而王继红等［２１］的研究是在东北黑
土上进行的，土壤有机碳含量较高（１２９ｇ／ｋｇ），庞
欣等［９］的研究是华北平原土壤盆栽试验结果，正常
和过量施氮水平分别为０１５和 ０４５ｇ／ｋｇ，可能过
高的氮素会影响土壤微生物的活动。由此可知，施
氮能够提高土壤微生物量氮含量，增加土壤氮素的
供应，但是过多施用氮肥可能也会抑制土壤微生物
量氮。
土壤微生物量碳的高低直接反映了土壤碳、氮
等元素的循环过程，土壤有机质矿化过程的强弱和
土壤供肥能力的大小，因而土壤微生物量碳的多少
及其变化能够作为分析土壤供氮能力的重要依
据［２２］。土壤微生物量碳与有机碳含量间呈显著正
相关关系，土壤微生物量碳一般是土壤有机碳的
８１１
１期 刘金山，等：过量施氮对旱地土壤碳、氮及供氮能力的影响
１％ ４％［２３－２５］。施用氮肥对土壤微生物量碳的作
用表现不一，我国东北黑土定位试验表明，长期施用
氮肥可显著增加土壤微生物量碳含量，由０８４ｇ／ｋｇ
（对照）增加到１７３ｇ／ｋｇ（施氮Ｎ１２０ｋｇ／ｈｍ２）［７］；
在西北连续１７年的施氮增加了玉米—小麦轮作土
壤微生物量碳含量，增加幅度为２５％以上［８］。但同
时过量的氮肥施用也会降低微生物量碳含量，我国
东北黑土玉米试验表明单施氮 ２２５ｋｇ／ｈｍ２时土壤
微生物量碳含量较未施肥对照降低了 ５８％（０３１
ｇ／ｋｇ降至０１３ｇ／ｋｇ）［２１］。而在黄土高原南部旱地
条件下，多年的氮肥施用并未显著增加或降低土壤
微生物量碳含量（图３），与其他地方的研究结果不
相同，其原因有待进一步研究。
４ 结论
过量施氮可显著增加旱地下季小麦播前 ０—
３００ｃｍ各土层硝态氮含量，平均由对照的 ２８
ｍｇ／ｋｇ增加到 １５５ｍｇ／ｋｇ，较正常施氮高出 ８１
ｍｇ／ｋｇ。同时，０—６０ｃｍ和０—３００ｃｍ土层的硝态
氮累积量平均增加 ６倍以上，分别由对照的 ４７２
ｋｇ／ｈｍ２和 １０８９ｋｇ／ｈｍ２增加到 ７６５ｋｇ／ｈｍ２和
７２７７ｋｇ／ｈｍ２，较正常施氮高出 ２２％和 １２２％。过
量施氮也增加了旱地土壤夏闲期土壤氮素矿化量，
由对照的 ７２４ｋｇ／ｈｍ２增加到１３０７ｋｇ／ｈｍ２。与正
常施氮相比，过量施氮未显著增加旱地土壤有机氮、
有机碳和微生物量碳含量，而显著提高了土壤微生
物量氮含量，且不同氮水平之间差异显著。由此可
见，过量施氮虽然可以增加小麦播前土壤氮素供应
量，但对土壤氮素供应构成要素—土壤有机碳、氮
和微生物量碳没有显著影响，且增加了土壤硝态氮
淋溶风险，故在有机质含量低的黄土高原南部旱地
冬小麦种植中不宜过量施用氮肥，以减少土壤氮素
残留和农业投入，达到保护环境和培肥土壤的目的。
参 考 文 献：
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