全 文 ：书温度和湿度对紫花苜蓿土壤氮矿化的影响
邹亚丽１，２，韩方虎１，３，耿丽英１，沈禹颖１
（１．兰州大学草地农业科技学院 农业部草地农业生态系统学重点开放实验室，甘肃 兰州７３００２０；
２．天水师范学院生化学院，甘肃 天水７４１００１；３．云南省环保局，云南 昆明６５００３２）
摘要：为确定温度和水分对土壤氮矿化特征的影响，以取自甘肃庆阳黄土高原４年龄（４ａ）和８年龄（８ａ）紫花苜蓿
草地０～１０ｃｍ土壤为对象，在不同的温度（５，１５和２５℃）和水分（３０％，５０％和７０％田间持水量）组合下进行了室
内培养。结果表明温度是影响黄土高原紫花苜蓿草地土壤净氮矿化速率的主效因素，培养１４ｄ后净硝化率和净矿
化率最大值均出现在２５℃／７０ＦＣ下，分别为０．４８１μｇ／（ｇ·ｄ）（４ａ）和０．９４２μｇ／（ｇ·ｄ）（８ａ），０．２９３μｇ／（ｇ·ｄ）（４
ａ）和０．６３２μｇ／（ｇ·ｄ）（８ａ）；在５℃／３０ＦＣ下４ａ土壤的净氮固持率最大，为０．２３２μｇ／（ｇ·ｄ），８ａ土壤则在５℃／
７０ＦＣ下净氮固持率最大，为０．１２７μｇ／（ｇ·ｄ）；８ａ苜蓿土壤培养后微生物碳含量显著高于４ａ苜蓿土壤，在１５℃／
５０ＦＣ的组合下８ａ土壤是４ａ的１．４４倍。土壤有机质含量不同是导致２个年龄苜蓿土壤净硝化率、净矿化率和微
生物生物量碳差异的主要原因。
关键词：黄土高原；硝化；土壤氮矿化；土壤微生物量碳
中图分类号：Ｓ５５１＋．７０６；Ｓ１６１．２＋１　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００４５７５９（２０１０）０４０１０１０７
　 氮素是限制各种生态系统生产力高低的主要因子之一［１，２］。土壤有机态氮须经土壤微生物作用转化为可被
植物吸收利用的无机态氮（主要是铵态氮和硝态氮），这一过程被称为氮矿化。矿化氮量既取决于有机质和全氮
含量，也取决于可矿化部分所占的比例，氮矿化能力反映了土壤供氮能力，也是当前国内外研究的热点［３，４］。研
究表明，温度、水分等因素影响土壤氮矿化的过程［５１０］，１９７２年，Ｓｔａｎｆｏｒｄ和Ｓｍｉｔｈ［９］发表了经典文章，阐明在一
定温度范围（－４～４０℃）内，随着温度的升高，氮矿化速率增加。然而不同的研究所获得的关于最适氮矿化速率
所需的水分和温度条件结论不同，如最大矿化率出现在体积含水量为１０％～３５％；当土壤含水量适宜时，２０～
２５℃是最佳矿化温度，温度过低时，土壤含水量的增加对矿化能力无明显影响［１１］。１５～３０℃内，砂壤土硝化作用
对土壤含水量不敏感［１２］，典型草原土壤氮矿化数量和矿化速率在１５～３５℃的温度范围内，随温度的升高而增
加［４］，净矿化速率在４０℃下比２５℃下高７．５倍，净硝化率则对温度不敏感［１３］，土壤微生物活性的季节性差异导
致了土壤矿化能力的差异等［１１］，可见需要对特定条件下的土壤矿化能力开展相应研究。
豆科牧草是草田轮作系统中氮素的主要供应者之一，紫花苜蓿（犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪）在促进土壤有机质积累和
培肥地力方面享有盛名［１４］，有报道表明黄土高原利用紫花苜蓿实行粮草轮作的最佳年限为５～６年［１５，１６］。研究
亦发现４龄苜蓿后茬冬小麦（犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿）产量连续３年对氮肥供应有显著响应［１７］，目前对苜蓿草地土壤
氮素矿化的研究还少有报道。本研究采用室内控制试验，确定不同温度和水分组合下，４和８龄紫花苜蓿土壤的
矿质氮转化潜势及其与土壤微生物碳的关系，结果将有助于刻画不同年龄苜蓿对后茬作物的氮素贡献及其有效
性，加深对苜蓿－作物系统氮素运转和利用的理解。
１　材料与方法
１．１　试验地概况
研究样地位于兰州大学庆阳黄土高原试验站（３５°４０′Ｎ，１０７°５１′Ｅ，海拔１２９８ｍ）。属温带大陆性半干旱气
候，多年平均降水量为５６１ｍｍ，７０％集中于７－９月，年均温为８．０～１０．０℃，月均最低温出现在１月，为
－５．５１℃，月均最高温为２０．８３℃，出现在７月，年平均生长期为２５５ｄ。土壤为黑垆土，机械组成中粉粒含量占
第１９卷　第４期
Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．４
草　业　学　报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ 　　
１０１－１０７
２０１０年８月
 收稿日期：２００９０３１２；改回日期：２００９１１０２
基金项目：国家重点基础研究发展规划（Ｇ２００００１８６０２，２００７ＣＢ１０６８０４）和教育部２００３年重点科技项目（１０３１６４）资助。
作者简介：邹亚丽（１９７１），女，四川荣县人，讲师，硕士。Ｅｍａｉｌ：ｚｏｕｌｚｕ＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｙｙ．ｓｈｅｎ＠ｌｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
７０％，０～１０ｃｍ土层田间最大持水量为２８．８％。
１．２　田间取样
于２００５年１０月１５日，选取生长４年（以下简称４
ａ）和８年（以下简称８ａ）的陇东紫花苜蓿（犕．狊犪狋犻狏犪
Ｌｏｎｇｄｏｎｇ）草地（面积约０．３ｈｍ２），采取蛇行路线取
样，取表层０～１０ｃｍ土样，１０点混合而成。新鲜土样
过２ｍｍ筛，剔除根茬，充分混合，取土约５０００ｇ，在
４℃下保存，用于实验室培养。另取土样在３６℃下烘
干，用于实验室测定ｐＨ、有机碳、全氮含量（表１）。
表１　培养前２个年龄苜蓿草地０～１０犮犿土层土壤基本情况
犜犪犫犾犲１　犛狅犻犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅狀狆犎，狅狉犵犪狀犻犮犿犪狋狋犲狉
犪狀犱狋狅狋犪犾狀犻狋狉狅犵犲狀犮狅狀狋犲狀狋犻狀０－１０犮犿
犾犪狔犲狉犫犲犳狅狉犲犻狀犮狌犫犪狋犻狅狀
苜蓿年龄
Ｌｕｃｅｒｎｅａｇｅ
ｐＨ值
ｐＨｖａｌｕｅ
土壤有机质含量
Ｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ（％）
土壤全氮
Ｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎ（％）
４ａ ８．０４ １．１４ ０．０７８
８ａ ８．１９ １．５９ ０．１０６
１．３　实验室培养和处理
设置３个温度水平：５，１５和２５℃，３个土壤水分水平：田间最大持水量的３０％，５０％和７０％，分别标记为
３０ＦＣ，５０ＦＣ和７０ＦＣ。温度和水分的组合采用析因试验设计，共有９个温度和水分组合处理，每处理４次重复。
取上述２０ｇ土样放在大烧杯内，按所需含水量称取去离子水制成的冰块加入土样中，待冰块融化后，混合均
匀，将调整到所需含水量的土壤分取４０ｇ，装入２００ｍＬ容积的塑料碗内，碗口用保鲜膜封口，膜上用针扎５个小
孔以通气，分别在３个设定温度下培养。培养期间每天恒重补水，共培养２周。
１．４　土壤硝态氮、铵态氮和微生物量碳的测定
１．４．１　土壤硝态氮、铵态氮测定　培养开始和结束后，取新鲜土样１０ｇ以５∶１的水土比加入１ｍｏｌ／ＬＫＣｌ溶
液５０ｍＬ，振荡、过滤后紫外分光光度法测定硝态氮，采用靛酚蓝比色法测定土壤铵态氮，本研究所用仪器为上海
分析仪器厂生产的ＵＶ２１０２ＰＣＳ型紫外分光光度计。
１．４．２　土壤微生物量碳　氯仿熏蒸法测定土壤微生物量碳［１８］，将培养前和培养结束后的每个土样称取相当于
２０ｇ烘干土重的新鲜湿土于１００ｍＬ烧杯中，放置于充满氯仿的真空干燥器中，２５℃暗室熏杀２４ｈ后，取出盛氯
仿的小烧杯，盖严干燥器盖，反复抽气以除去残余的氯仿。采用灭菌－提取法［１９］，将土样转移入１５０ｍＬ三角瓶
中，分别加入８０ｍＬ０．５ｍｏｌ／ＬＫ２ＳＯ４ 溶液，２５℃１５０ｒ／ｍｉｎ振荡３０ｍｉｎ，过滤得清液，同时做未熏蒸土样浸提
液，取滤液５ｍＬ于１００ｍＬ三角瓶中，采用氧化滴定法测定有机碳。熏蒸所造成的碳增量为ＥＣ，则微生物量碳
＝犈犆／犓犈犆，犓犈犆是氯仿薰蒸杀死的微生物体中的碳被浸提出来的比例，在此取０．３８。
１．４．３　净矿化速率的计算　土壤净氮硝化速率＝［（土壤培养后ＮＯ３－Ｎ）－（土壤初始ＮＯ３－Ｎ）］／培养天数
土壤净氮矿化速率＝［（土壤培养后ＮＨ４＋Ｎ＋ＮＯ３－Ｎ）－（土壤初始ＮＨ４＋Ｎ＋ＮＯ３－Ｎ）］／培养天数
１．５　数据统计与分析
用 ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ进行图形制作和相关性分析，用ＳＰＳＳｆｏｒＷｉｎｄｏｗｓ（ｖｅｒｓｉｏｎ１３．０）进行水分和温度双因
素方差分析，平均数显著性测验等。
２　结果与分析
２．１　温度和水分组合对土壤净氮矿化速率的影响
培养１４ｄ后，４ａ苜蓿的净硝化速率在３０ＦＣ和７０ＦＣ下，均随温度升高呈渐增的趋势，而在５０ＦＣ随温度的
变化不明显；８ａ苜蓿在３个水分条件下的净硝化速率随温度的升高而渐增，且水分含量越高硝态氮含量越高。
培养后４和８ａ苜蓿的净矿化速率表现出与净硝化速率相同的变化规律（表２）；２个年龄苜蓿的矿化速率与净硝
化速率有显著正相关（狉２＝０．９６７４）。
２个年龄的苜蓿仅在低温时，表现出对水分的响应，在２５℃下净氮矿化速率均对水分无响应。４ａ在５℃／
３０ＦＣ下净氮固持率最大，８ａ则表现为５℃／７０ＦＣ下净氮固持率最大，分别比３０ＦＣ和５０ＦＣ高３．８８和１２６倍，
总体上看苜蓿土壤氮的净矿化速率对水分的响应较弱。温度和水分的交互作用显著（犘＜０．０５）（表２）。
２．２　温度对土壤净氮矿化速率的影响
随着土壤温度的升高，４和８ａ苜蓿氮的净矿化速率均随之增加，２个年龄苜蓿的净矿化速率在２５℃时显著
２０１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１０） Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．４
高于同一年龄下其他２个温度的矿化速率；２个年
龄苜蓿土壤的净氮矿化速率在５和１５℃时无显著
差异（图１），而在２５℃时，８ａ苜蓿显著高于４ａ苜
蓿，且差异显著，说明８ａ苜蓿土壤中可矿化氮潜力
高于４ａ。
２．３　水分对土壤净氮矿化速率的影响
４ａ苜蓿在７０ＦＣ时净氮矿化速率显著高于在
３０ＦＣ和５０ＦＣ条件下，而８ａ苜蓿则表现出３０ＦＣ
和５０ＦＣ下净氮矿化速率较７０ＦＣ时高；在３０ＦＣ和
５０ＦＣ处理下，２个年龄苜蓿的净氮矿化率差异显
著，而在７０ＦＣ差异不显著（图２），在３个水分梯度
条件下，８ａ苜蓿的净氮矿化速率均高于４ａ苜蓿。
２．４　土壤微生物量碳变化
同一土壤基质培养结束后，４ａ苜蓿土壤微生物
量碳的含量由培养前的１４３．７５μｇ／ｇ增加到２２２．３３
μｇ／ｇ，而８ａ苜蓿土壤由培养前的３５２．１８μｇ／ｇ下
降到２１７．２０μｇ／ｇ。４ａ苜蓿土壤微生物量碳的含
量对温度和水分均无响应（犘＞０．０５），而８ａ苜蓿土
壤微生物量碳含量显著受水分影响（犘＜０．０１），较
少受温度影响（犘＞０．０５），温度和水分间存在显著
的交互作用（犘＜０．０１），以１５℃／５０ＦＣ和２５℃／
５０ＦＣ组合下微生物量碳含量最高，分别达到３８８．２３
和２９１．１７μｇ／ｇ，是４ａ的１．４４和１．４３倍（表３）。
２．５　土壤氮净矿化速率与土壤微生物量碳的关系
８ａ苜蓿土壤微生物量碳受水分影响显著，在同
一温度不同水分下，土壤微生物量碳与土壤氮的净
表２　不同温度和水分组合下４和８犪净硝化率
和净矿化率（培养２周）
犜犪犫犾犲２　犖犲狋狀犻狋狉犻犳犻犮犪狋犻狅狀狉犪狋犲犪狀犱狀犲狋犿犻狀犲狉犪犾犻狕犪狋犻狅狀狉犪狋犲犻狀
０－１０犮犿狊狅犻犾犳狅狉４犪犪狀犱８犪犾狌犮犲狉狀犲狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋
狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狊犪狀犱狑犪狋犲狉犮狅犿犫犻狀犪狋犻狅狀
（２狑犲犲犽狊犻狀犮狌犫犪狋犻狅狀）
苜蓿年龄
Ｌｕｃｅｒｎｅ
ａｇｅ
水分含量
Ｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔ
（ｆｉｅｌｄｃａｐａｃｉｔｙ，
ＦＣ％）
温度
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
（℃）
净硝化速率
Ｎｅｔｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｒａｔｅ
（μｇ／ｇ·ｄ）
净矿化速率
Ｎｅｔｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ
ｒａｔｅ
（μｇ／ｇ·ｄ）
４ａ
３０ ５ ０．０９６±０．０１６ －０．２３２±０．０１９
１５ ０．３１５±０．００２ ０．０２０±０．００１
２５ ０．５５４±０．００９ ０．２７７±０．０２５
５０ ５ ０．３２２±０．０１２ ０．０３１±０．０２８
１５ ０．１９０±０．０１８ －０．１０１±０．０１７
２５ ０．４２９±０．０４０ ０．１３５±０．０４４
７０ ５ ０．１８９±０．０１８ －０．０７２±０．０１８
１５ ０．２１３±０．０２４ ０．０３２±０．０９４
２５ ０．４８１±０．０４６ ０．２９３±０．０６１
８ａ
３０ ５ ０．２４１±０．０１６ －０．０２６±０．０１６
１５ ０．４４４±０．０２１ ０．１４４±０．０１９
２５ ０．７７３±０．０３８ ０．５０２±０．０３２
５０ ５ ０．２３０±０．００６ －０．００１±０．０４５
１５ ０．３３４±０．００７ ０．０４９±０．０１０
２５ ０．８５７±０．０３９ ０．５８１±０．０５１
７０ ５ ０．２２６±０．０１１ －０．１２７±０．０１２
１５ ０．３３６±０．０２７ ０．００６±０．０３５
２５ ０．９４２±０．０６１ ０．６３２±０．０６３
图１　不同温度条件下２个年龄苜蓿土壤净矿化速率
犉犻犵．１　犜犺犲狀犲狋犿犻狀犲狉犪犾犻狕犪狋犻狅狀狉犪狋犲犻狀０－１０犮犿狊狅犻犾犳狅狉
４犪犪狀犱８犪犾狌犮犲狉狀犲狌狀犱犲狉狋犺狉犲犲狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狊
图２　不同水分条件下２个年龄苜蓿土壤净矿化速率
犉犻犵．２　犜犺犲狀犲狋犿犻狀犲狉犪犾犻狕犪狋犻狅狀狉犪狋犲犻狀０－１０犮犿狊狅犻犾犳狅狉
４犪犪狀犱８犪犾狌犮犲狉狀犲狌狀犱犲狉狋犺狉犲犲狑犪狋犲狉犮狅狀狋犲狀狋狊
ａ，ｂ表示２个年龄在０．０５水平下有显著差异ａａｎｄｂｉｎｔｈｅｆｉｇｕｒｅｍｅａｎｓｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ
ｂｅｔｗｅｅｎ４ａｎｄ８ａｌｕｃｅｒｎｅｓｔａｎｄｓｏｉｌａｔ０．０５ｌｅｖｅｌ
３０１第１９卷第４期 草业学报２０１０年
矿化速率呈显著负相关，即土壤微生物量碳的含量越
低，土壤氮的净矿化速率越快，植物可利用氮就越多，
利于提高植物的生产力。８ａ苜蓿土壤微生物量碳较
少受到温度的影响，但在７０ＦＣ时，温度效应明显，在
此湿度条件下，土壤微生物量碳与土壤氮矿化速率呈
显著负相关，相关系数达到０．９９９１（表４）。
３　讨论
３．１　温度和水分对氮矿化的影响
大多数对黄土高原草田轮作系统土壤氮矿化的研
究及对土壤微生物量碳氮的研究以０～２０ｃｍ土层（耕
层土壤）为研究对象，本研究为了进一步探讨对温度水
分更为敏感的表层土壤中氮矿化过程及该层土壤微生
物活性变化规律，选择０～１０ｃｍ土层作为研究对象。
经实验室培养获得的土壤矿质氮含量，反映了控
制条件下土壤矿化氮的潜势。从矿化氮的组成看，硝
态氮的含量显著增加，而铵态氮含量减少，这可能是在
硝化进程中，即ＮＨ４Ｎ快速氧化成为ＮＯ２－Ｎ，再进
一步氧化成为 ＮＯ３－Ｎ，ＮＯ３－Ｎ浓度持续增加的结
果，从而抑制了反硝化菌的生长，进一步抑制了
ＮＯ２－Ｎ向ＮＯ３－Ｎ的转化，在硝化过程中可能有一
部分Ｎ２Ｏ释放而损失掉，在森林土壤中，还观察到氨
的释放［２０］；研究表明，最大净矿化速率通常出现在２５
～３５℃［６，７］，典型草原土壤氮最适矿化率在１５～３５℃，
且随温度的增加而增加。张树兰等［２１］的研究认为
２０℃能延缓硝化作用，而速率降低，３０℃则是陕西地区
最适合的土壤硝化温度，温带森林土壤中微生物活性
的临界点在２０℃左右［２０］。说明硝化作用在矿化过程
占主导的情形下，矿化适宜温度范围随土壤类型而异，
表３　４和８犪紫花苜蓿表层土壤微生物量碳
犜犪犫犾犲３　犕犻犮狉狅犫犻犪犾犆犻狀０－１０犮犿狊狅犻犾犳狅狉４犪犪狀犱８犪
犾狌犮犲狉狀犲犪犳狋犲狉１４犱犾犪犫狅狉犪狋狅狉狔犻狀犮狌犫犪狋犻狅狀 μｇ／ｇ
温度
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
（℃）
水分含量
Ｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔ
（ＦＣ）
培养后微生物量碳
Ｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｃａｒｂｏｎ
４ａ ８ａ
５ ３０ １９８．２１±５８．１２ｂ ２３７．２５±２３．２９ａ
５０ １９０．２８±９６．８８ １８３．３３±５６．０３
７０ ２８６．７４±８５．９３ ２７２．７５±５２．１０
１５ ３０ ２０６．１４±２２．２１ａ ５７．５２±２５．９２ｂ
５０ ２６９．５６±５８．７７ｂ ３８８．２３±２４．９０ａ
７０ ２６２．２６±４６．５２ ２３６．０４±９．０８
２５ ３０ １８４．９９±３４．９２ １９４．１２±６８．７７
５０ ２０３．４９±２１．７３ｂ ２９１．１７±５４．６３ａ
７０ １９９．３２±４０．６２ａ ９４．４１±３２．６１ｂ
　注：不同字母表示２个年龄苜蓿差异显著（犘＜０．０５）。
　Ｎｏｔｅ：Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｔｔｅｒｓｍｅａｎｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎ
ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｇｅｓｏｆｌｕｃｅｒｎｅａｔ０．０５ｌｅｖｅｌ．
表４　８犪苜蓿土壤氮净矿化速率与土壤微生物量碳的关系
犜犪犫犾犲４　犜犺犲狉犲犾犪狋犻狅狀狊犺犻狆犫犲狋狑犲犲狀狀犲狋狀犻狋狉狅犵犲狀犿犻狀犲狉犪犾犻狕犪狋犻狅狀
犪狀犱犿犻犮狉狅犫犻犪犾犆犻狀０－１０犮犿狊狅犻犾犪犳狋犲狉１４犱犻狀犮狌犫犪狋犻狅狀
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
狔＝犪＋犫狓
犪 犫 犚２
观测值
Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｖａｌｕｅ
５℃ １９９．６８ －６０６．１３ ０．８０６８ １２
１５℃ ３３７．６７－１６４２．２０ ０．４９８６ １２
２５℃ ５３４．７０ －５９６．７５ ０．１５８２ １２
７０ＦＣ ２４０．６２ －２３１．９５ ０．９９９１ １２
是硝化微生物进化适应的表现。本研究发现在相同水分条件下，最大净矿化速率出现在２５℃，５和１５℃净矿化
速率显著低于２５℃，表明净矿化速率在１５℃出现了拐点，说明２５℃有利于黑垆土的硝化作用，秋季紫花苜蓿草
地土壤发生硝化作用的临界温度为１５℃左右。低温下２个年龄苜蓿都表现为氮净固持，低温条件下，氮矿化主
要累计ＮＨ４＋Ｎ，表现为氮固持，这是因为低温下，硝化作用进程减慢，硝化细菌比氨化微生物要花费更长的时
间来适应寒冷环境，随着培养温度的逐渐降低，微生物氮和总氮固持率也会因为有适宜的微生物种群生长而增
加［２２］。硝化菌属好气性微生物，其活性受土壤中氮分压的强烈影响，后者又受土壤含水量的影响，一般来说，随
土壤含水量增加，土壤氮矿化速率随之增加，硝化作用进行的最佳水分含量范围为田间最大持水量的５０％～
７０％［２１］，也有研究认为，在１５～３０℃的条件下，砂壤土相对土壤含水量３０％～６０％下的硝化速率接近，表明硝化
作用对土壤含水量不敏感［１２］。本研究结果表明秋季刈割８ａ苜蓿土壤在５℃／７０ＦＣ的条件下氮固持率显著高于
５℃／５０ＦＣ和５℃／３０ＦＣ，表明低温下水分含量越高氮固持率越高，氮净矿化速率表现为３０ＦＣ＞５０ＦＣ＞７０ＦＣ，高
温和相对干燥可能有利于土壤氮的矿化［４］，Ｇａｓｓｍａｎ和 Ｍｕｎｎｓ［２３］认为当加水到风干土中而改变土壤水分时，如
果没有达到平衡，氮矿化会随着土壤含水量的增加而线性下降。本次田间取样时，土壤水分含量高于田间最大持
水量，将土壤风干至所需水分，因此导致净氮矿化速率与水分之间成负相关。
４０１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１０） Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．４
此外本研究发现温度与水分的交互效应明显，这与Ｇａｓｓｍａｎ和 Ｍｕｎｎｓ［２３］，Ｐｕｒｉ和Ａｓｈｍａｎ［２４］的研究结果相
似。由温度与净矿化速率的相关性可以看出，净矿化速率与温度呈正相关，氮净矿化速率与温度之间的决定系数
基本高于净矿化速率与水分间的决定系数，说明了温度是决定矿化速率的主效因素。
３．２　土壤微生物量碳与氮矿化的关系
微生物量碳强烈受到温度和植被覆盖的影响，４０℃和１００ＦＣ组合下微生物量碳急剧下降，相比而言，其对水
分的响应要弱于对温度的响应。在苜蓿和黑麦草（犔狅犾犻狌犿）土壤中微生物量碳显著高于裸地［１３］，说明土壤有机质
底物浓度对微生物量碳有明显的相关作用，也解释了８ａ苜蓿土壤微生物量碳高于４ａ苜蓿土壤。
本研究最高微生物量碳含量出现在５０ＦＣ下（除了在５℃的培养），５℃下微生物量碳最大值出现在７０ＦＣ，研
究报道，微生物量碳在接近或达到１００ＦＣ时最大，随土壤含水量的降低而降低［１３，２５，２６］。
３．３　苜蓿年龄对土壤氮矿化速率的影响
随着苜蓿年龄的增加，０～６０ｃｍ土壤有机质和碱解氮平均含量分别增加１．６０ｇ／ｋｇ和１１．０２ｍｇ／ｋｇ［１５］，
Ｈａｔｃｈ等［２７］对黑麦草为主的草地研究结果表明，净矿化速率随着草地年龄和有机质含量的增加而增加，培养前８
ａ苜蓿土壤有机质含量、土壤全氮含量分别比４ａ苜蓿高３９．４７％和３５．８９％。８ａ的净氮矿化速率显著高于４ａ，
２５℃／７０ＦＣ下８ａ的净矿化速率是４ａ的２．１５倍。金发会等［２８］曾报道不同类型的农田石灰性耕层土壤：土垫旱
耕人为土、简育干润均腐土、黄土正常新成土和干润砂质新成土等各土类平均微生物量碳分别为３０５．２，１０８．４，
１６１．７和１２５．４μｇ／ｇ，８龄苜蓿草地土壤中微生物量碳为３５２．２μｇ／ｇ，高于农田生态系统中的微生物量碳。
培养后，８ａ苜蓿土壤微生物量碳含量减少，可能是因为８ａ苜蓿土壤中有机质含量较高，是４ａ苜蓿的１．３９
倍，易分解有机质的含量高，为反硝化细菌提供了电子供体和细胞能源，因此促进了土壤反硝化作用，而硝化过程
和反硝化过程是同时进行的，当有机质分解速度加快时，ＮＯ３－Ｎ浓度的持续增加，抑制了反硝化菌的生长，参与
硝化作用的硝化菌也可能因为底物的大量分解，部分硝化菌死亡，成为低温下８ａ苜蓿土壤微生物量碳的含量减
少的主要因素。低温下２个年龄苜蓿土壤发生氮固持，损失可能主要以Ｎ２Ｏ／Ｎ２ 为主，２个年龄苜蓿土壤可以为
来年提供充足氮源，发生氮淋溶损失风险很低。
４　结论
在２５℃／７０ＦＣ下培养２周后，４和８ａ苜蓿草地土壤净硝化速率和净矿化率达最大值，分别为０．４８１，
０．９４２，０．２９３和０．６３２μｇ／（ｇ·ｄ），而１５℃以下均表现为氮净固持，４ａ在５℃／３０ＦＣ下净氮固持率最大，８ａ则表
现为在５℃／７０ＦＣ下净氮固持率最大；温度是影响紫花苜蓿草地氮净矿化速率的主效因素，温度和水分有明显的
交互效应，苜蓿草地土壤在冬季的ＮＯ３－Ｎ淋溶风险很低。
４ａ苜蓿土壤微生物量碳含量对温度和水分均无响应，而８ａ苜蓿土壤微生物量碳含量显著受水分影响，８ａ
苜蓿培养后的微生物量碳含量显著高于４ａ苜蓿，特别１５℃／５０ＦＣ的组合下，８ａ是４ａ的１．４４倍。土壤有机质
含量是导致２个年龄苜蓿土壤净硝化率、净矿化率和微生物量碳差异的主要原因。
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犈犳犳犲犮狋狊狅犳狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲犪狀犱犿狅犻狊狋狌狉犲狅狀狊狅犻犾狀犻狋狉狅犵犲狀犿犻狀犲狉犪犾犻狕犪狋犻狅狀狅犳犾狌犮犲狉狀犲狊狋犪狀犱狊
ＺＯＵＹａｌｉ１，２，ＨＡＮＦａｎｇｈｕ１，３，ＧＥＮＬｉｙｉｎｇ１，ＳＨＥＮＹｕｙｉｎｇ１
（１．ＣｏｌｅｇｅｏｆＰａｓｔｏｒａｌＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆ
ＧｒａｓｓｌａｎｄＡｇｒｏＥｃｏｓｙｓｔｅｍｓ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００２０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＬｉｆｅ
ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＴｉａｎｓｈｕｉＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｓｈｕｉ７４１００１，Ｃｈｉｎａ；３．Ａｐｐｒａｉｓａｌ
ＣｅｎｔｅｒｆｏｒＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＹｕｎｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５００３２，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｏｎｎｉｔｒｏｇｅｎｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎｉｎｔｈｅ０－１０ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒｆｒｏｍ
ｆｏｕｒｙｅａｒｓ（４ａ）ａｎｄｅｉｇｈｔｙｅａｒｓ（８ａ）ｏｌｄｌｕｃｅｒｎｅｓｔａｎｄｓｉｎｔｈｅＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙａｎｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗｉｔｈｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｒｅｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｅｖｅｌｓ（５℃，１５℃，ａｎｄ２５℃）ａｎｄｔｈｒｅｅｍｏｉｓｔｕｒｅｓｌｅｖｅｌｓ
（３０％，５０％，ａｎｄ７０％ｏｆｆｉｅｌｄｃａｐａｃｉｔｙ）．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｆａｃｔｏｒａｆｆｅｃｔｉｎｇｎｅｔｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎｉｎ
ｔｈｅ０－１０ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒｆｒｏｍｌｕｃｅｒｎｅｓｔａｎｄｓｉｎｔｈｅＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕ．Ｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｎｅｔｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｒａｔｅｓｗｅｒｅ０．４８１
μｇ／ｇ·ｄ（４ａ），０．９４２μｇ／ｇ·ｄ（８ａ）ｗｉｔｈｎｅｔｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｓｏｆ０．２９３μｇ／ｇ·ｄ（４ａ），０．６３２μｇ／ｇ·ｄ
（８ａ），ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｉｎｔｈｅ２５℃／７０ＦＣｔｒｅａｔｍｅｎｔａｆｔｅｒ１４ｄａｙｓｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｎｉｔｒｏｇｅｎｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ
ｒａｔｅ（０．２３２μｇ／ｇ·ｄ）ｉｎｓｏｉｌｆｒｏｍ４ａｌｕｃｅｒｎｅｓｔａｎｄｓｗａｓｉｎｔｈｅ５℃／３０ＦＣｔｒｅａｔｍｅｎｔｗｈｉｌｅｉｔｗａｓ０．１２７μｇ／
ｇ·ｄｉｎｔｈｅ５℃／７０ＦＣｔｒｅａｔｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅ８ａｓｔａｎｄｓ．Ｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｃａｒｂｏｎｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｈｅ０－１０ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒ
ｆｒｏｍ８ａｌｕｃｅｒｎｅｓｔａｎｄｓｗａｓ１．４４ｔｉｍｅｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｉｎｔｈｅ４ａｓｔａｎｄｓｕｎｄｅｒ２５℃ｇ／７０ＦＣｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｏｒｇａｎｉｃｍｉｃｒｏｂｉａｌＣｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏａｇｅｓｏｆｌｕｃｅｒｎｅｓｏｉｌａｒｅｄｕｅｔｏ
ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃＣｃｏｎｔｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｔｗｏｓｏｉｌｓ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕ；ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｓｏｉｌｎｉｔｒｏｇｅｎｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ；ｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｃａｒｂｏｎ
７０１第１９卷第４期 草业学报２０１０年