影响土壤中微生物氮的因子

综述了影响土壤微生物体氮的因子,以及微生物体氮与可矿化氮之间的,着重讨论了土壤有机质、有的料、氮马、作物根系、土壤温度和湿度对微生物体氮的影响及研究进展,评价了土壤微体氮与可矿化氮的关系的研究结果。     

对间隙淋洗长期通气培养条件下黄土高原土壤供氮能力的评价

采用间隙淋洗长期通气培养法,通过对黄土高原物理化学性质差异较大的10种农田土样起始矿质氮、起始提取态总氮、起始可溶性有机氮,以及培养期间淋洗矿质氮、淋洗总氮、可溶性有机氮含量及其与作物吸氮量关系的研究,分析并评价黄土高原主要农田土壤氮素矿化能力以及包括和不包括培养淋洗可溶性有机氮对土壤供氮能力的影响。结果表明,供试土样起始可溶性有机氮平均为N 23.9 mg/kg,是起始提取态总氮的28.8%,土壤全氮的2.4%。在通气培养淋洗总氮中,可溶性有机氮所占比例不高,经过217 d通气培养,淋洗出的可溶性有机氮平均为N 28.8mg/kg,占淋洗总氮量的19.8%。相关分析表明,淋洗可溶性有机氮量与第1季作物吸氮量相关不显著,但与连续2季作物总吸氮量显著相关。淋洗矿质氮、淋洗总氮与两季作物总吸氮量的相关系数明显高于与第一季作物吸氮量的相关系数;与第一季作物吸氮量达显著相关水平,与连续两季作物吸氮量达极显著相关水平。总体上看,可溶性有机氮和土壤全氮、土壤微生物氮不能作为反映短期可矿化氮的指标;间隙淋洗通气培养淋洗液中淋洗矿质氮、淋洗总氮是评价可矿化氮的较好指标,不仅适宜于第一季作物,而且也适用于对连续两季作物土壤供氮能力的评价。     

土壤微生物体氮的季节性变化及其与土壤水分和温度的关系

以杨陵土垫旱耕人为土(中等肥力红油土)为供试土壤进行田间试验和室内培养试验,研究土壤微生物体氮的动态变化及其土壤含水量和温度的关系。结果表明,田间土壤微生物体氮的变化有明显的季节性;夏季最高,冬季最低,其它时期居中;且与土壤温度有显著或极显著的正相关性,相关系数在0.855以上;试验期间土壤水分含量在10%以上,基本能满足微生物活动所需,因而微生物体氮的变化与水分关系并不密切。应用培养试验结果进一步证明了田间试验结果,即在4～36℃范围内,微生物体氮与温度呈线性相关,而在土壤含水量为6.75%～23.23%范围内,与水分呈指数相关关系,当土壤水分小于10.87%时,水分对微生物体氮有突出结果,当超过10.87%后,几乎没有影响。频繁的干湿交替会使微生物体氮显著减少,但冻融交替却无明显影响。     

半干旱农田生态系统作物根系和施肥对土壤微生物体氮的影响

盆栽和大田试验表明,作物根系显著影响土壤微生物体氮的含量。在田间试验条件下,根际土壤微生物体氮比非根际土壤平均高出N54.7μg/g;盆栽试验中,根际土壤微生物体氮平均含量为N77.1±13.6μg/g,而非根际土壤为N65.2±17.0μg/g,差异达显著水平,根际微生物体氮含量为非际根际土壤的1.10～2.04倍。施肥能明显增加土壤微生物体氮含量,但影响程度因肥料种类而不同。秸秆和富含有机物质的厩肥对土壤微生物体氮的影响远大于化学肥料,而且土壤微生物体氮含量随秸秆施用量增加而增加。在红油土上进行的20年长期田间定位试验结果表明,对不施肥和施氮磷处理,0—20cm土层的微生物体氮分别是N102.2和110.4μg/g;在施氮磷的基础上,每公顷配施新鲜玉米秸秆9375kg、18750kg、37500kg和厩肥37500kg时,相应土层微生物体氮分别是N147.5、163.2、286.4和265.3μg/g。培养条件下,当有效能源物质缺乏时,微生物对NH4+-N的同化固定能力远大于NO3--N,但在加入有效能源物质葡萄糖后,微生物对2种形态氮的固定量大幅度增加,且对2种形态氮的固定量趋于一致。     

土壤矿质氮和可矿化氮对当季作物的贡献

从土壤矿质氮－硝态氮和铵态氮，土壤可矿化氮3个指标研究了土壤剖面不同层次有效氮对作物吸氮的贡献，结果表明，不同指标反映土壤供氮能力状况不一。土壤硝态氮和土壤可矿化氮与作物吸氮有较好的相关关系，而土壤铵态氮与作物氮关系不密切，在深度120cm之上的土层的土壤可矿化氮对作物吸氮有较大的贡献，在考虑土壤供氮能力时，建议应该考虑120cm深层以上的土壤。     

秸秆与地膜覆盖条件下旱作玉米田土壤氮组分生长季动态

研究不同覆盖措施下农田土壤全氮及其活性和半活性组分在作物生长季的动态变化,有助于深入理解农田土壤氮循环过程。基于黄土高原8年春玉米覆盖定位试验,系统分析了土壤全氮、矿质氮、微生物量氮、潜在可矿化氮以及颗粒有机氮在玉米不同生育期的动态特征。试验包括全生育期9 000kg/hm2秸秆覆盖、全生育期地膜覆盖和不覆盖对照3个处理。结果表明:(1)除硝态氮和铵态氮在苗期上升外,秸秆和地膜覆盖下土壤全氮及其组分含量在春玉米生育期基本呈苗期下降、拔节期上升、大喇叭口—抽雄期下降、灌浆和收获期回升的变化趋势;(2)与对照相比,秸秆覆盖提高了大多数生育时期0—40cm土层全氮和硝态氮含量及0—20cm土层铵态氮含量,提高各生育时期0—40cm土层微生物量氮、潜在可矿化氮以及颗粒有机氮含量;(3)地膜覆盖较对照提高大多数生育时期0—40cm土层硝态氮和0—20cm土层铵态氮含量,降低作物生育后期0—20cm土层全氮和0—40cm土层颗粒有机氮含量,降低大多数时期0—40cm土层微生物量氮和10—20cm土层潜在可矿化氮含量;(4)除了地膜覆盖下20—40cm土层颗粒有机氮相对含量在作物不同生育期差异不显著外,秸秆和地膜覆盖下0—40cm土层微生物量氮、潜在可矿化氮、颗粒有机氮对土壤全氮的动态均有重要贡献。总之,黄土高原的春玉米田秸秆覆盖具有明显的提升土壤全氮及其组分含量的作用,有助于培肥地力和土壤固氮;地膜覆盖则降低了作物生育后期土壤全氮及其组分含量,同时显著提高了土壤硝态氮水平,导致农田土壤氮素淋溶风险提高。     

施氮量对土壤无机氮分布和微生物量氮含量及小麦产量的影响

在高肥力土壤条件下,研究了施氮量对土壤无机氮分布和微生物量氮含量及小麦产量的影响。结果表明,小麦生长期间,施氮处理0100.cm土层硝态氮积累量显著大于不施氮处理;当施氮量大于150.kg/hm2时,随施氮量增加,0100.cm土层硝态氮积累量显著增加;随小麦生育进程推进,施氮处理上层土壤硝态氮下移趋势明显,至小麦成熟时,施氮1952～85.kg/hm2处理60100.cm土层硝态氮含量显著大于其它处理。小麦生长期间,0100.cm土层铵态氮积累量较为稳定,施氮处理间亦无显著差异。与不施氮肥相比,施氮提高小麦生长期间040.cm土层土壤微生物量氮含量;当施氮量小于240.kg/hm2时,随施氮量增加,土壤微生物量氮含量增加。小麦的氮肥利用率随施氮量增加而降低;施氮1051～95.kg/hm2,收获时小麦植株吸氮量、生物产量、子粒产量和子粒蛋白质含量提高;而施氮量大于240.kg/hm2时,小麦生育后期的氮素积累量降低,收获时植株吸氮量、生物产量和子粒蛋白质含量降低。说明本试验条件下,施氮1051～50.kg/hm2可满足当季小麦氮素吸收利用,获得较高的子粒产量和蛋白质含量。继续增加施氮量,土壤微生物量氮含量增加,但土壤中残留大量硝态氮,易淋溶损失。     

氮肥与有机肥配施对设施土壤净矿化氮动态变化的影响

研究设施栽培条件下氮肥与有机肥配施对土壤净矿化氮含量及其速率的动态变化的影响,以评估净矿化氮在设施土壤供氮能力方面的作用,为设施番茄生产的合理施肥提供重要的理论依据。以设施番茄栽培连续7年定位施肥田间试验为依托,选择不同施氮量（N0、N1、N2、N3）和不同氮量配施有机肥（MN0、MN1、MN2、MN3）8个处理土壤,采用室内连续好氧培养方法,研究了各施肥处理土壤净矿化氮含量及净氮矿化速率,分析了土壤净矿化氮含量与可溶性有机氮、微生物量氮含量之间的联系。研究结果表明:在0 ~ 20 cm土层,氮肥与有机肥配施处理土壤全氮和无机氮含量均显著高于单施氮肥处理（P < 0.05）,施氮量对土壤全氮含量无显著影响,但对土壤无机氮含量则有显著影响,随施氮量的增加呈显著增加趋势。在培养过程中,各处理土壤净矿化氮含量随着培养时间延长呈先逐渐增加而后下降趋势,各处理土壤净氮矿化速率在培养7 d时最大,7 ~ 70 d期间快速下降,70 d后呈缓慢下降趋势,氮肥与有机肥配施处理土壤净矿化氮量和净氮矿化速率均显著高于单施氮肥处理（P < 0.05）,氮肥与有机肥配施处理土壤净矿化氮含量和净氮矿化速率随施氮量增加呈下降趋势;与单施氮肥相比,氮肥与有机肥配施显著提高土壤可溶性有机氮与微生物量氮含量（P < 0.05）,但受施氮量影响不显著;土壤净矿化氮含量与可溶性有机氮、微生物量氮之间有密切联系,但与可溶性有机氮之间的密切程度更大。综合来看,MN1、MN2处理可显著提高土壤供氮能力（无机氮 + 净矿化氮）。在设施番茄栽培条件下,连续7年氮肥与有机肥配施可显著提高设施土壤供氮能力,也可较好地协调设施土壤氮素供应与固持的关系。     

旱地土壤矿质氮和可矿化氮与土壤供氮能力的关系

在具有典型半干旱气候特征的陕西永寿选取22个不同肥力水平的田块,分层采集0－100cm土样,研究矿质氮、可矿化氮和土壤供氮能力之间的关系。结果表明,NH4－M与可矿化氮之间没有明显关系;15－80cmNO3－N与各层可矿化氮显著相关,0－15cm和80－100cmNO3－N与之大多相关不显著。通径分析表明,30－45cm的可矿化氮和NO3－N对作物吸氮量的直接贡献最大（后者稍低于前者）;其次是60－80cm的NO3－No0-100cmNO3-N总的直接和间接贡献均大于可矿化氮。作为土壤供氮指标,0－45cm可矿化氮和0-100cmNO3-N都可靠,尤以后者效果更好。     

土壤微生物体氮与可矿化氮关系的研究

同时应用大田试验和室内培养试验研究土壤微生物体氮与可矿化氮之间的相关性。试验结果表明,田间条件下,土壤微生物体氮与可矿化氮之间的关系不密切,但在培养试验中,微生物体氮与淹水培养法、硝化培养法和Stanford短期淋洗通气法测定的可矿化氮间有显著的线性关系,相关系数在0.767(p<0.01,n=12)以上。田间试验结果和室内培养试验结果的不一致性,与试验条件的差异有关。新形成的微生物体氮易降解,而原有土壤微生物体氮却相对稳定。     

冻融作用对农田黑土有机氮组分的调控效应

为深入了解非生长季农田土壤有机氮库组成及转化特征,采用Bremner氮素分级法研究了室内模拟冻融条件下(冻融温度、冻融频数、水分含量)农田黑土有机氮组分含量的变化行为。结果表明:冻融作用对农田黑土有机氮组分及其转化过程影响显著,氨态氮和氨基酸氮是土壤酸解有机氮的主要组分。随着冻结温度降低,土壤氨基酸氮含量显著增加,氨态氮和未知氮含量均显著降低,而氨基糖氮含量变化行为因融化温度而异。随着融化温度升高,土壤酸解有机氮组分无规律性变化。随着冻融频数增加,冻融土壤氨基酸氮含量显著降低,未知氮含量显著增加,氨态氮含量先增加后降低,而氨基糖氮含量则无显著性变化。随着水分含量增加,冻融土壤氨态氮和未知氮含量均显著增加,这与氨基酸氮的变化趋势正好相反,而氨基糖氮含量则无显著性变化。可见,较大的冻融温差、适宜的冻融频数和水分含量是影响土壤有机氮库转化的主要驱动因子。冻融作用能够提高土壤酸解有机氮中氨态氮和氨基酸氮的含量及其分配比例,增加土壤可矿化氮量,促进土壤氮素转化,有利于土壤有效氮的累积,为春季作物生长提供足够的氮素。     

不同栽培模式和施氮量对小麦-玉米轮作体系土壤供氮特性的影响

以6年的小麦-玉米轮作定位试验不同处理为对象,研究了不同栽培模式及施氮对土壤供氮特性的影响。结果表明,与常规对照模式相比,覆草模式显著增加了土壤酸解总氮及有机氮各组分的含量,以及土壤微生物量氮含量及氮素矿化势N0;垄沟模式(垄上覆膜、沟内覆草)土壤酸解总氮及氮素矿化势有所增加,幅度小于覆草模式,但降低了土壤微生物量氮含量。随着施氮量的增加,土壤酸解总氮含量增加,其中以氨基酸氮、氨基糖氮及氨态氮含量的增加尤为明显;施氮还提高了土壤氮素矿化势,但降低了土壤微生物量氮含量,以施N 240 kg/hm2处理最为明显。栽培模式和施氮量对土壤酸解总氮影响的交互效应达显著水平(P0.05)。土壤氮素矿化势、微生物量氮与氨基酸氮和酸解未知态氮间呈显著相关性(P0.05),说明土壤微生物量氮及氨基酸氮和酸解未知态氮组分可能是土壤可矿化态氮的主要贡献者。     

氮钾肥施用对土壤有效养分和盐分及番茄生长的影响

通过土培盆栽模拟试验,研究氮、钾肥施用量对土壤有效养分、水溶性盐分及番茄生长的影响。结果表明：随着氮、钾肥施用量的增加,土壤NO3--N、速效钾及土壤水溶性盐分含量均显著增加,氮、钾肥施用量与土壤NO3^--N、速效钾含量为极显著线性关系,每施纯氮0.1 g/kg土（相当于225 kg/hm^2）,增加土壤NO3^--N 50.5 mg/kg,每施K2O 0.1 g/kg土,土壤速效钾增加79.5 mg/kg;施氮对水溶性盐分含量的增加为施钾的2倍,土壤水溶性盐分含量超过0.8 g/kg后,盐分含量与番茄生物量、开花率呈极显著负相关关系,土壤盐分含量为0.9 g/kg时,显著抑制番茄生长并延迟其生育期,而叶绿素含量相对增加;番茄叶片中脯氨酸含量与土壤水溶性盐分含量间呈极显著正相关。日光温室栽培土壤盐分累积影响作物生长在外观上的隐蔽性应引起人们的重视。     

黄土高原典型土壤全氮和微生物氮剖面分布特征研究

为阐明黄土高原典型土壤全氮和微生物氮含量随土壤类型、土层和土地利用方式变化规律,研究了从北向南依次分布的干润砂质新成土(神木)、黄土正常新成土(延安)和土垫旱耕人为土(杨陵)等典型土壤的全氮和微生物氮含量的变化特征。结果表明,不同土壤类型、不同土层全氮和微生物氮含量存在显著差异。从南到北,全氮和微生物氮含量显著下降(P0.05)。对同一土壤类型,全氮和微生物氮含量在060.cm随土层深度增加下降很明显,60120.cm有轻微下降,120.cm以下低而稳定。微生物氮含量随土壤类型的变化趋势与全氮完全相同,其与土壤全氮、有机碳及微生物碳含量均存在极显著正相关关系(P0.01)。土壤微生物氮与全氮比值变化在0.42%9～.44%之间。虽然土地利用对土壤全氮和C/N比影响不显著,但却显著影响微生物氮含量和微生物氮与全氮的比值;与农田土壤相比,草地土壤微生物氮含量和微生物氮与全氮比值均明显增加。这一结果说明微生物氮含量和微生物氮与全氮比值更能有效、快速地反映土壤质量的变化。     

华北地区施用有机肥对土壤氮组分及农田氮流失的影响

为研究有机肥施入土壤后引起的土壤氮组分含量变化对农田氮流失的影响,采用小区试验,并结合田间原位模拟降雨试验,分析施用的有机肥中氮组分的量、土壤氮含量、农田氮素流失浓度及流失量三者间的关系。结果表明:有机肥中酸解氨基酸氮、酸解铵态氮含量占全氮比例分别为28.6%～40.6%,21.3%～33.2%,平均为35.4%、26.4%,是有机肥氮的主要组分;随着单位面积施入农田的有机肥中酸解氨基酸氮、酸解铵态氮(均为可矿化氮)的量增加,0～20 cm土层土壤可矿化氮含量也增加,二者呈极显著正相关;随着耕层土壤中可矿化氮含量增加,农田渗漏液中总氮、水溶性总氮、硝态氮浓度增高,二者呈显著或极显著正相关;随着施用有机肥中可矿化氮的量增多,径流液中总氮、水溶性总氮流失量增加,渗漏液中总氮、水溶性总氮、硝态氮浓度及流失量增高,分别呈显著和极显著正相关。因此,农田中高量施入有机肥,可造成土壤可矿化氮含量增加,农田氮素流失风险也随之增大。     

土壤水分和氮添加对3种质地紫色土氮矿化及土壤pH的影响

为正确认识土壤水分、质地和外源氮添加对紫色土氮矿化作用和土壤pH的影响,以西南地区典型的紫色土为研究对象,通过90d的室内恒温(25℃)好气培养,研究了3种质地(粘土、粉粘壤土和砂土)紫色土在不同含水量(55%,65%和75%田间持水量)和尿素氮添加水平(0mg/kg土和250mg/kg土.)条件下,土壤氮矿化作用和pH的变化。结果表明:前30d的累积矿化氮量可占培养期间(90d)的78.48%~91.55%,且各处理的土壤累积矿化氮量和净矿化速率均随着培养时间的延长而快速增加;第30~90d,土壤累积矿化氮量增长缓慢,净矿化速率迅速下降并趋于稳定。土壤累积矿化氮量和净矿化速率在各培养阶段均随土壤水分含量的增加而逐渐增大,其中75%WHC(75%田间持水量)和75%WHC+U(75%田间持水量+尿素)处理的矿化作用最强。土壤质地从一定程度上对土壤的矿化产生影响,但其影响并不显著。外源氮添加能促进土壤氮矿化,其净氮矿化量和净矿化速率在各培养阶段均极显著(p0.01)高于未加氮处理,分别为未施氮处理的1.68~4.56倍,0.60~6.47倍。外源氮添加使土壤pH显著下降,55%WHC+U、65%WHC+U和75%WHC+U处理分别下降了0.57,0.66,0.72个pH单位,土壤有酸化趋势。土壤pH值与土壤氮素净矿化速率呈极显著线性相关,净矿化速率对pH变化贡献巨大。总之,土壤含水量增加和外源氮添加均促进了土壤氮矿化,增加了土壤矿质氮含量,同时外源氮添加也加速了土壤pH下降,土壤有酸化趋势。     

长期定位施肥对旱作农田土壤全氮及其组分的影响

基于田间定位试验,研究了长期施肥对旱作冬小麦农田土壤全氮及其组分的影响,试验设4个处理(对照不施肥CK、氮磷配施NP、化肥与有机肥配施NPM以及长期休闲地BL),测定了0—15,15—30,0—30cm土壤全氮、微生物量氮、潜在矿化氮和颗粒有机氮含量。结果表明,长期持续施肥30a后,在0—30cm土层,NPM处理土壤全氮、微生物量氮、潜在矿化氮分别较CK提高了35.0%,27.0%和48.9%(P0.05),且这种增加作用在15—30cm更明显,土壤全氮增幅达到41.3%(P0.05),但颗粒有机氮差异并不显著;此外,NPM处理微生物量氮、颗粒有机氮含量较NP处理分别提高了35.2%,307.5%(P0.05),而NP处理与CK仅潜在矿化氮差异显著。与种植作物相比,长期休闲降低了土壤全氮、微生物量氮、潜在矿化氮和颗粒有机氮含量,差异分别为15.0%,1.8%,31.3%和33.6%,但均未达到显著水平。相关性分析表明,土壤全氮、潜在矿化氮、微生物量氮和颗粒有机氮两两之间存在着显著的正相关关系。总的来说,长期持续施入有机肥能够有效地增加旱作农田土壤全氮,同时增加其组分含量,有助于维持土壤健康,保持其供氮能力。     

氮肥管理对秸秆还田下土壤氮素供应和冬小麦生长的影响

通过田间试验研究了秸秆和氮肥管理对小麦生育期土壤无机氮、微生物量碳、氮和小麦生长的影响,设置秸秆还田不施氮(CK)、农民习惯施氮FN5∶5(5∶5为氮肥基追比,下同)、推荐施氮SN3∶7、SN5∶5、SN7∶3和秸秆移走推荐施氮N5∶5处理。施氮显著提高苗期土壤无机氮含量,其与基肥氮量成正比且在拔节期显著降低,拔节后追肥提高了后期无机氮且其与追肥量成正比。小麦生育前期土壤微生物没有增加对无机氮的固持,而在拔节和抽穗期显著增加,此后逐步降低。秸秆还田较秸秆移走增加了无机氮固持,且生育中期固持量远高于前期。氮肥基追比过高导致小麦前期氮奢侈吸收和旺长且影响后期生长,氮肥3∶7基追施能满足小麦养分供求同步并实现高产和提高氮肥利用效率。     

鄂西南烟区土壤供氮特性影响因素研究

采用田间高频次取样方法,以不种植烤烟和不施肥土壤为对照,结合试验年份湖北省恩施州宣恩县城的气象资料,研究了气候因子、栽培和施肥等措施对宣恩县椒园镇烤烟土壤供氮特性的影响。结果表明:土壤碱解氮含量随气温上升而增加、随降雨量增加而降低,但一般比降雨时间滞后5～10d;未覆膜条件下施肥可在短期内(45d左右)明显增加土壤碱解氮含量;有机无机配合施肥烟株对氮的吸收大于纯施化肥;在烟叶生长的后期,有机无机配合施肥土壤碱解氮含量与单施化肥相比有降低趋势,因此有机无机配合施肥是调控烤烟后期氮素营养的有效措施。各因素对土壤碱解氮含量影响大小的次序为:栽培施肥气候,作物吸收、地膜覆盖等栽培因素是影响土壤碱解氮含量的最主要因子之一。     

洞庭湖水稻土有机氮组分及其与可矿化氮的关系特征

为深入理解土壤有机氮有效性,利用Bremner酸解法测定了洞庭湖区典型水稻土有机氮组分,采用淹水生物培养法测定了土壤可矿化氮,并分析了二者间的内在关系。结果表明,酸解氮是土壤有机氮素的主要存在形式,其占土壤全氮的比例为58.6%～83.8%,不同类型水稻土酸解氮含量总体上依潴育性水稻土、潜育性水稻土、淹育性水稻土的次序逐渐降低;酸解氮中,氨基酸氮、氨基糖氮、氨态氮与未知氮占土壤全氮的比例分别为25.6%～43.1%、2.6%～9.0%、11.9%～22.3%和8.0%～25.3%。土壤可矿化氮数量变化主要受有机碳、全氮及粘粒含量的影响。酸解氮各组分均与土壤可矿化氮显著正相关(R=0.427～0.858,P0.05),但多元逐步回归和通径分析表明,氨基酸氮是对可矿化氮有直接重要贡献的组分,是可矿化氮的主要来源。氨基酸氮、氨基糖氮、氨态氮、未知氮与氮矿化势的通径分析决策系数分别为0.685、0.251、0.028、-0.050,表明提升有机氮中除未知氮外的其它酸解组分特别是氨基酸氮的分配比例有利于增加土壤可矿化氮供应容量。