长期施肥条件下水稻土有机氮组分及矿化特性研究

为探明长期定位试验条件下不同施肥处理和地下水位对水稻土有机氮组分及其矿化特性的影响,采用Keeney和Bremer酸解法对土壤有机氮进行分组研究,并利用改进后的Warning淹水培养-间歇淋洗法研究水稻土有机氮矿化特性。结果表明,不同处理土壤酸解氮占全氮的61.2%～64.4%,其中酸解未知氮,氨基酸态氮,氨态氮和氨基糖态氮分别占全氮26.9%～34.0%,13.0%～18.0%,12.6%～14.3%和2.3%～4.7%。恒温淹水培养106d后,以酸解未知氮降幅最大,且酸解未知氮与土壤氮矿化势之间有显著的正相关关系(r=0.865*),表明酸解未知氮是土壤可矿化态氮的主要贡献者。有机肥处理土壤矿化氮累积量及氮矿化势显著高于化肥处理,表明长期施用有机肥是提高土壤供氮潜力的有效手段。此外,低水位土壤矿化氮累积量及氮矿化势略高于高水位土壤。     

土壤有机氮组分及其矿化模型研究

就目前土壤有机氮组分方面的研究情况作一简要综述，探讨土壤有机氮矿化模型类型，以及今后其模型研究的方向。文章进一步指出深入研究土壤氮素化学形态和加强土壤氮素矿化模型研究的必要性。     

黑土区水稻土有机氮组分及其对可矿化氮的贡献

采用Bremner法和长期淹水密闭培养法,研究了黑土区不同有机碳水平水稻土有机氮组分及其与可矿化氮的关系。结果表明,土壤酸解氮含量大于非酸解氮。土壤酸解各组分氮含量及其占全氮比例大小的顺序相同,即均为未知态氮氨基酸态氮氨态氮氨基糖态氮。土壤氮素矿化潜力(N0)为38~175.3 mg kg-1,矿化速率常数(k0)为0.022~0.041 d-1。土壤有机碳、全氮含量与氮矿化潜力(N0)之间均呈显著正相关(p0.01或p0.05);土壤C/N、p H与氮素矿化潜力(N0)之间均呈显著正相关(p0.01),而与矿化速率常数(k0)之间则均呈显著负相关(p0.05或p0.01),因此,土壤有机碳(氮)、C/N和p H是影响土壤有机氮素矿化的重要因素。相关分析表明,在各组分有机氮中,酸解氨态氮、酸解氨基酸态氮和非酸解氮均与氮矿化势(N0)关系密切(p0.01),但进一步通过多元回归分析和通径分析表明,酸解氨态氮是对可矿化氮具有直接重要贡献的组分,是土壤可矿化氮的主要来源。     

黑麦有机氮在土壤中矿化与淋洗的研究

采用土柱和变温培养方法研究黑麦的机Ｎ在土壤中的矿化及淋洗。结果表明，培养八周后约７１％的有机Ｎ被矿化。有机Ｎ矿化明显受温度影响，培养温度由低到高的处理比由高到低的处理更利于矿化Ｎ在土壤中积累。淋洗试验的水分平衡及Ｎ的淋洗也受温度影响。     

不同海拔高度下森林土壤中氮的矿化

土壤中氮(N)的矿化过程是森林生态系统中的重要动态过程,影响着生态系统的生产力、结构及功能[1]。氮的矿化过程会受到许多因素的影响,并且在不同的空间与时间上表现出不同的变化特征[2,3]。随海拔高度的变化,土壤的温度水分均会随之改变,很多研究发现[3~5]土壤中氮的矿化会随海拔高度的升高而增加,可能原因是(1)高海拔的枯落物可促进矿化,(2)低海拔土壤的低pH会抑制矿化,(3)高海拔氮库较大,(4)低海拔土壤水分含量相对较低,(5)土壤质地的差异以及(6)生物族群的差异。然而目前的证据还不足以很好解释高海拔土壤中高的氮矿化速率[6]。因此,本研究旨在通过分析土壤中无机氮、可溶性有机氮及土壤净矿     

不同处理池塘底泥有机磷组分及其对水体有效磷的贡献

取养殖池塘的底泥和上覆水体于室内模拟水体小环境,设计:添加沸石、酶抑制剂、微生物、沸石与酶抑制剂组合、沸石与微生物组合五种处理与对照组进行5个月培养,分析培养前后底泥中有机态磷组分、有效磷及上覆水体有效磷含量。试验结果表明,两个养殖池塘底泥中有机磷各组分含量依次为MLOPMROPHROPLOP,MLOP、LOP含量经过微生物和对照处理之后的减少量最大,而酶抑制剂处理减少最少,MROP含量微生物及与沸石组合处理增加,其余均有所下降,HROP含量所有处理中几乎不变;两池塘底泥对上覆水有效磷的贡献具有相同的规律,MLOP的贡献率最大,其次为LOP,MROP居于第三,HROP没有贡献;底泥中和上覆水体中的有效磷与LOP和MLOP之间呈显著正相关,与MROP和HROP之间相关不显著。底泥中各组有机磷对底泥中和上覆水体中有效磷的直接通径系数大小为MLOPLOPHROPMROP。     

土壤干燥过程对土壤易矿化有机态氮的影响

通过室内模拟培养的方法研究了土壤干燥过程对土壤氮素组分尤其是土壤易矿化有机态氮的影响。结果表明 ,随着干燥温度的升高 ,土壤铵态氮的数量有所增加 ,而对土壤硝态氮的数量影响差异不显著 ,但土壤易矿化有机态氮的数量则有增加的趋势。其中 105℃干燥处理后的土壤易矿化有机态氮的数量明显高于鲜土、风干和 4 0℃干燥处理的土样。进一步分析结果看出 ,105℃处理后的土壤易矿化有机态氮除了部分来自土壤微生物态氮的降解产物之外 ,还有一部分是靠高温将土壤本身大分子含氮化合物分解而产生的     

不同有机替代对黄土旱塬土壤碳、氮组分及冬小麦产量的影响

探讨黄土旱塬冬小麦区不同有机肥替代化肥氮对小麦产量及土壤碳氮组分的影响,为该区减施化学氮肥、促进小麦提质增效和农业绿色可持续发展提供理论依据。于2019年在山西黄土旱塬冬小麦种植区设置100%化肥N处理(HF)、10%腐殖酸N+90%化肥N (F1)、30%腐殖酸N+70%化肥N (F3)、50%腐殖酸N+50%化肥N (F5)、10%有机肥N+90%化肥N (Y1)、30%有机肥N+70%化肥N (Y3)、50%有机肥N+50%化肥N (Y5)7个试验处理,系统研究了不同比例腐殖酸、有机肥替代化肥对小麦产量及产量构成和土壤碳、氮组分含量的影响。结果表明:F3、F5、Y3和Y5处理,分别较HF显著提高9.7%,8.0%,9.2%和18.2%。同时,Y5对土壤中各种活性有机碳、氮组分含量的提高均有显著促进作用,提高幅度在36.8%~114.4%和27.8%~105.4%;Y3处理下可溶性、水溶性、微生物有机碳、氮和轻组有机碳、氮组分的含量较HF显著提高21.1%~156.8%;F3和F5处理下土壤中可溶性、微生物和轻组有机碳、氮组分含量较HF显著提高25.4%~119.3%。可溶性有机碳、微生物有机氮、轻组有机氮与籽粒产量呈极显著正相关;可溶性有机氮通过促进公顷穗数增加而提高冬小麦产量;总有机碳、水溶性有机碳和微生物有机氮则通过提高穗粒数达到增产效果。综上,在黄土旱塬冬小麦种植区进行30%~50%的有机肥和腐殖酸替代化肥后,可达到显著增产效果,同时提高土壤中活性碳、氮组分的作用。其中,50%有机肥替代处理的增产与培肥地力效果更为显著,适宜在当地推广应用。     

可矿化氮与各有机氮组分的关系

用通气培养法测定了6种肥力36个不同土层土壤的可矿化氮,用Bremner法测定了各有机氮组分,采用相关分析、多元回归分析和通径分析确定可矿化氮与各有机氮组分之间的关系。结果表明,酸解氮与可矿化氮有较密切的正相关关系。在酸解氮中,酸解未知态氮与可矿化氮不相关;而氨基酸态氮、铵态氮、氨基糖态氮的多少与可矿化氮相互平行,相关系数均较高,似乎对可矿化氮皆有贡献。但多元回归分析表明,氨基糖态氮在方程中不显著;逐步回归分析更肯定了这一结果。通径分析进一步表明氨基酸态氮和铵态氮对可矿化氮有很高的通径系数,表明了它们有着直接重大贡献,而氨基糖态氮直接通径系数甚低。这些结果说明,可矿化氮主要来自酸解氮,特别是氨基酸态氮和铵态氮,后两者是其产生的主要来源。     

有机物料对土壤有机磷组分及其矿化进程的影响

通过300天室内恒温(30℃)好气培养实验,研究了不同C/N有机物料(水稻秸秆、玉米秸秆、牛粪、猪粪)掺入土壤后,土壤有机P及各组分含量和有机P的矿化特征。结果表明:有机物料的添加,不同程度地增加了土壤有机P含量;添加有机物料处理,有机P矿化率高于对照处理,且在培养的前30天迅速矿化。掺入有机物料处理土壤有机P各组分含量均有所增加;对照处理有机P各组分的矿化进程都比较平稳,而添加物料处理的活性和中等活性有机P则呈增加或波动状态,中稳和高稳性有机P在腐解初期出现迅速矿化。有机物料的添加,可以促进有机P各组分间的转化,提高土壤P素的有效性。     

黄土区几种土壤培养过程中可溶性有机氮的变化及其与土壤矿化氮的关系

研究了黄土高原12种土壤(农地和林地)35 d好气培养过程中可溶性有机氮(SON)含量及其占可溶性全氮(TSN)的比例,以及SON与土壤矿化氮间的关系。结果表明,随着培养过程的进行,不同类型土壤SON的含量均呈明显增加;土壤SON占TSN的比例在培养的前3 d内明显下降,随后这一比例基本保持在24%左右。根据总可溶性氮确定的供试土壤氮素矿化势No平均为45.8 mg/kg,较由矿化的无机氮确定的土壤氮素矿化势No(平均36.5 mg/kg)高约1/4左右;培养过程中土壤SON含量与利用无机氮拟合得到的土壤氮素矿化势No间的相关性未达显著水平。研究表明,评价土壤氮素矿化特性时仅仅测定矿化的无机氮数量,可能会低估土壤氮素矿化潜力和氮素损失的数量和效应。     

不同冬绿肥翻压对土壤有机氮组分和氮素矿化的影响

[目的]研究不同冬绿肥种植与翻压对土壤氮素供应能力的影响,为改进华北地区冬绿肥种植技术,提高作物产量和维持土壤生产力提供理论依据。[方法]在天津市武清区设置大田冬绿肥/玉米轮作定位试验(2012—2019年)种植和翻压冬绿肥,测定不同冬绿肥及组合处理即二月兰、毛叶苕子、黑麦、黑麦草、毛叶苕子与二月兰混播和毛叶苕子与黑麦混播土壤有机氮及组分含量;同时进行室内培养试验,测试不同处理土壤的有机氮矿化势(N₀)和矿化量,分析冬绿肥种植与翻压对土壤有机氮组分及矿化的影响(以冬闲处理为对照)。[结果]与对照相比,冬绿肥种植与翻压显著提高总有机氮含量(幅度为3.05%～12.36%),显著降低非酸解态有机氮含量(18.87～55.87 mg/kg)。冬绿肥处理N₀值在189.15～245.90 mg/kg之间,比冬闲对照增加14.16%～48.41%,土壤矿化半衰期t_1/2比冬闲对照提高22.57%～73.11%。所有处理室内培养24周矿化分解土壤有机氮主要组分为酸解总氮,冬绿肥处理土壤酸解总氮矿化量比对照高3.41～20.54 mg...     

Nitrogen Mineralization as Influenced by Different Organic Manures in an Inceptisol in the Foothill Himalayas

Nitrogen-use efficiency can be enhanced through an understanding of the nitrogen (N) mineralization behavior of organic sources. An incubation study was conducted to assess the impact of organic manures on N mineralization. The manures, farmyard manure (FYM), Leucaena leucocephala, and poultry manure, were applied to the soil alone or along with urea. There was a rapid increase in the amount of mineral N released with a peak appearing either at 14 days (+urea treatments) or 21 days (manure only) of aerobic incubation. Thereafter the net N mineralized decreased gradually and levelled off beyond day 56. Overall the cumulative net N mineralized after 98 days of incubation was in the order urea > Leucaena + urea > poultry manure + urea _> FYM + urea > Leucaena > poultry manure > FYM > zero N. The potentially mineralizable N (N₀) was lower in treatments where urea was not applied.     

Nitrogen Mineralization in Soils Related to Initial Extractable Organic Nitrogen: Effect of Temperature and Time

An important source of nitrogen (N) for crops is mineralization of soil organic matter during the growing season. Awareness is growing that dissolved organic nitrogen (DON) plays an important role in mineralization and plant uptake. We studied the influence of temperature and time on extractable organic nitrogen (EON) levels, which is a measure of DON, and their relationship with N mineralization. Aerobic incubation experiments were conducted in the laboratory for five soils at different temperatures (4 20, and 30 °C) and different time intervals with optimal water content (60% of its water-holding capacity). Net N mineralization ranged between 14 and 155 mg kg^–1 within 84 days and was correlated with the initial amount of EON. Net N mineralization among the soils, time, and incubation temperatures was linearly related to the square root of time multiplied by temperature, with mineralization rate k being independent of time and temperature. Because initial EON values were also related to these kvalues, we were able to describe the net N mineralization at different temperatures based on an analysis of initial EON. Preliminary validation with results from pot experiments in the literature suggests that the approach is promising, although the proposed model needs to be calibrated with more soils.     

不同有机肥对采煤塌陷区土壤氮素矿化动态特征研究

为揭示不同有机肥对煤矿复垦土壤氮素矿化特性的影响,以山西省孝义市水峪煤矿采煤塌陷复垦土壤为研究对象,采用室内好气培养法,研究在40%含水量和30℃培养条件下,施用3种有机肥(鸡粪、猪粪、牛粪)后在0~161天的氮素矿化动态特征,以明确不同有机肥对该矿区复垦土壤氮素矿化特征,从而预估不同有机肥的供氮特性,为合理施用有机肥进行低产农田的培肥改造提供科学依据。结果表明:(1)各处理0~14天铵态氮含量均随培养时间的延长迅速下降,与培养时间呈极显著负相关关系(P<0.01),14~161天土壤铵态氮含量维持在较低水平,培养结束时,各处理铵态氮含量均低于1.31mg/kg。(2)各处理土壤硝态氮含量、累积量及矿质氮累积量变化均呈近似的“S”形曲线递增,表现为0~56天缓慢增加,56~84天迅速增加,84天至培养结束(161天)其含量基本不变。培养结束时不同处理间硝态氮含量、累积量及矿质氮累积量整体上均表现为鸡粪>猪粪>牛粪>空白,且鸡粪较猪粪和牛粪处理间存在显著差异,猪粪和牛粪较空白处理间存在显著差异(P<0.05)。(3)不同施肥处理出现氮素净矿化的时间点不同,其中鸡粪处理在第14天时最早出现净矿化现象,而猪粪和牛粪在培养28天后才出现明显的氮素净矿化。(4)不同施肥处理在培养的不同阶段硝态氮和矿质氮累积速率不同,但整体趋势一致,表现为培养0~84天各处理土壤累积矿化波动较大,56~84天达到峰值,培养84~161天各处理矿化速率平稳下降。总体来看,有机肥的施入能有效促进煤矿复垦土壤氮素矿化,从而提高土壤氮素有效性。其中,施鸡粪较猪粪和牛粪对提高矿区复垦土壤有效氮效果更好。4种处理的氮素矿化效果总体表现为鸡粪>猪粪>牛粪>空白。     

不同培肥措施对采煤塌陷区复垦土壤氮素矿化的影响

为揭示不同培肥措施对采煤塌陷区复垦土壤氮素矿化特征,采用间歇淋洗好气培养法,研究了不施肥(CK)、单施化肥(CF)、单施有机肥(M)、化肥配施有机肥(MCF)和化肥配施生物有机肥(MCFB)5种培肥措施对复垦4年和8年土壤矿质态氮和可溶性有机氮变化及氮素矿化特征的影响。结果表明:间歇淋洗好气培养过程中,复垦8年土壤累积NO_3~-—N产生量较4年增加2.63%~26.83%,NH_4~+—N累积产生量增加12.50%~32.14%,可溶性有机氮(SON)累积产生量在CF和M处理下减少31.59%~62.50%,其他处理增加3.44%~34.69%。同一复垦年限下NO_3~-—N、NH_4~+—N和SON累积产生量均以MCFB最高。从矿化参数来看,5种培肥措施土壤矿化势(N_0)均表现为复垦8年高于复垦4年土壤,增加幅度为MCFB(26.9%)CK(15.9%)CF(15.0%)M(12.7%)MCF(4.8%);CK和CF处理下潜在可矿化有机氮(N_0/N)随复垦年限增加而减少,减少率分别为9.4%和13.8%,其余3种培肥措施N_0/N呈增加趋势,增加率表现为MCF(13.2%)MCFB(7.5%)M(2.8%);MCF处理下矿化率(N_t/N)随复垦年限增加而增加,增加率为13.2%,其余4种培肥措施的矿化率(N_t/N)均表现为复垦8年低于复垦4年土壤,减少幅度为CF(12.1%)CK(9.4%)MCFB(7.5%)M(2.7%)。不同处理间N_0、N_0/N和N_t/N值则均以8年复垦土壤的MCFB处理最高。综合来看,经过连续8年复垦,化肥配施生物有机肥较其他培肥措施更大程度上提高了各项矿化参数值,但随着复垦年限的增加,以化肥配施有机肥处理的N_0、N_0/N的增加幅度最大,以化肥配施生物有机肥处理的N_t/N减少率最低,长期单施化肥有降低潜在可矿化有机氮量(N_0/N)的趋势。     

Extraction of Soil Organic Nitrogen by Organic Acids and Role in Mineralization of Nitrogen in Soil

The solubilization of organic nitrogen (Norg) in soil was examined by using organic acids often present in root exudates. The organic acids tested were classified into two groups depending on their solubilizing ability for Norg in a soil sample. Oxalate, malonate, tartarate, citrate and malate could dissolve Norg by increasing their concentrations, while succinate and glutarate could not dissolve Norg even when their concentrations were increased. The amount of organic N extracted with oxalate, malonate, tartarate, citrate and malate showed a strong correlation with the sum of the amounts of Al and Fe in the extracts. Therefore, it was assumed that the solubilizing ability may be attributed to the structure of these organic acids that can form stable chelate compounds with Al and Fe (oxalate, malonate, tartarate, citrate and malate). Furthermore, the amount of 20 mM cit-rate-extractable Norg (CEON), which was the highest among the organic acids tested, showed a strong correlation with both that of 67 mM phosphate buffer, which is now being widely used as an index for estimating soil N availability in Japan, and N mineralized using an incubation method in 46 soil samples belonging to different soil types. These results suggested that CEON might be an important constituent of mineralizable Norg in soil. Therefore, organic acids secreted by crops play a role in the solubilization of available Norg surrounding the crop rhizosphere.     

玉米秸秆不同构件混合分解的非加和效应及其对土壤有机碳矿化的影响

[目的]研究玉米秸秆不同构件混合分解的非加和效应及其对黄绵土土壤有机碳矿化的影响,为秸秆还田背景下坡地土壤CO2排放提供理论支撑。[方法]采用室内模拟试验,试验设置无玉米秸秆土壤对照(CK)及4种玉米秸秆添加处理:茎+土壤(CKS)、叶+土壤(CKL)、鞘+土壤(CKLS)、混合玉米秸秆+土壤(CKM)。[结果]培养结束土壤有机碳矿化累积排放量实测值显著高于预测值,且促进作用主要是由培养初期快速分解阶段(1~28d)导致的。培养结束后混合玉米秸秆剩余质量预测值明显高于实测值,且元素含量发生明显改变,其中全氮含量预测值明显低于实测值,C/N预测值明显高于实测值。培养结束后CKS处理土壤微生物碳含量明显高于其他几种处理,其他几种处理差异不显著;添加玉米秸秆处理土壤微生物量氮明显降低,相应的土壤微生物量C/N增大,CKS,CKL和CKM处理与CK处理差异达到显著水平。土壤可溶性有机碳(DOC)含量CKLS和CKM处理明显高于其他3种处理,CKS与CKL处理与对照差异不显著。[结论]玉米秸秆不同构件按比例混合对玉米秸秆分解产生协同促进作用,混合分解过程促进氮累积。     

不同活化处理腐植酸–尿素对褐土小麦–玉米产量及有机碳氮矿化的影响

腐植酸–尿素是一种新型有机无机肥料,不同活化方式对其肥效的发挥具有重要作用。本研究利用田间定位试验和室内培养试验,设计不施肥处理(CK)、无机肥处理(U)、腐植酸–尿素直接掺混处理(U+HA1)、腐植酸–尿素硫化活化处理(U+HA2)、腐植酸–尿素硫化加超声波处理(U+HA3),在褐土上研究不同活化处理腐植酸–尿素肥料对小麦–玉米产量和土壤有机碳氮矿化的影响。结果表明:施用腐植酸–尿素显著提高小麦–玉米产量,小麦、玉米产量分别比U处理增产15%~28%、8%~10%,比CK处理增产63%~81%、55%~57%。U+HA3处理比U+HA1和U+HA2处理具有更强的增产效果。土壤养分在不同施肥处理间存在差异,土壤NO3–-N含量的变化趋势为U+HA1、U+HA3U+HA2UCK。土壤NH4+-N含量在不同处理间与NO3–-N含量具有相似的趋势,其中U+HA1处理土壤NH4+-N含量较其他两种腐植酸–尿素处理有显著的降低。施肥处理提高了土壤有效磷、速效钾含量,但是腐殖酸–尿素处理与U处理的影响未见差异。腐殖酸-尿素处理对土壤有机碳含量未产生显著影响,但提高了土壤有机碳的矿化速率与累积矿化量,其中U+HA3处理比U+HA1和U+HA2处理效果明显。土壤有机碳的累积矿化量与作物总产量、土壤速效氮、有效磷、速效钾含量具有显著的正相关关系。与CK处理相比,腐植酸的添加对土壤有机氮矿化比率影响不显著,但U处理土壤有机氮矿化比率显著提高。通过本研究验证腐植酸-尿素肥料比无机肥料具有更强的提高土壤生产力和肥力的作用,硫化超声波活化处理效果比其他两种活化处理效果显著。硫化超声波活化处理腐植酸-尿素肥料是值得推广的新型肥料,对丰富肥料资源具有重要作用。     

猪粪替代氮肥对稻麦轮作条件下土壤有机氮组分的影响

合理的有机肥投入水平对于保障土壤肥力和粮食生产有重要的意义。因此,本试验以猪粪作为试验材料,采用田间小区定位试验,通过设置对照(T0)、不施氮(T1)、100%化肥氮(T2)、25%猪粪氮+75%化肥氮(T3)、50%猪粪氮+50%化肥氮(T4)、100%猪粪氮(T5)6个不同施肥处理,探讨稻麦轮作体系下不同猪粪氮替代氮肥对土壤有机氮组分的影响。结果表明:猪粪替代氮肥可以提高稻麦轮作体系下土壤酸解性总氮、非酸解性总氮和酸解性氮各个组分的含量,在水稻季,T4处理的土壤酸解性总氮、氨基酸态氮和酸解未知氮的含量相较T0处理提高了17%、8%、133%;在小麦季,T3处理的土壤酸解性总氮、氨基酸态氮和酸解未知氮的含量相较T0处理分别增加了11%、8%、127%;各个猪粪替代氮水平对稻麦两季的土壤氨态氮和氨基糖态氮含量的影响均不显著。总体而言,水稻季50%猪粪替代氮肥和小麦季25%猪粪替代氮肥可以提高稻麦轮作条件下土壤酸解性总氮、氨基酸态氮和酸解未知氮的含量,进而增加土壤供氮潜力。