060619238肖伟伟-长期定位施肥对潮土有机氮组分和有(精)

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1、长期定位施肥对潮土有机氮组分和有机碳含量的影响肖伟伟 1,2 范晓晖 1 杨林章 1(1 中国科学院南京土壤研究所，南京 210008(2 中国科学院研究生院，北京 100039摘要采用 Bremner 法，对 13 年长期定位施肥试验的潮土耕层土壤有机氮组成进 行分级，研究长期施肥对土壤氮素组份和有机碳含量的影响。与不施肥和单施化肥 相比，施有机肥或有机肥与化肥配施显著提高了土壤全氮、酸解有机氮、酸解铵态 氮、氨基酸态氮、非酸解有机氮和有机碳的含量。有机氮主要由酸解铵态氮和氨基 酸态氮组成，其次为酸解未知态氮和非酸解有机氮，氨基糖态氮含量最小。施有机肥 尤其利于氨基酸态氮和非酸解有机氮的形成

2、。施肥处理的酸解有机氮占全氮的比例 减小，主要是由氨基酸态氮、酸解铵态氮占全氮的比例减小所致。与1989 年试验开始时的土壤初始值相比，施有机肥能提高土壤全氮含量和有机质含量。在供应等氮 磷钾的情况下，有机无机配施增加了土壤供氮能力、有机质含量和作物产量，是维持 土壤肥力和保护环境最优的施肥方式。关键词长期施肥；耕层土壤；有机氮;有机碳中图分类号 S147.2 文献标识码 A大部分耕层土壤中，95%以上的氮素以有机态存在 1 ,其含量和分布与土壤有机 碳密切相关2。有机氮的化学形态及其存在状况是影响土壤氮素有效性的重要因 子1 。有机氮并不是只有转化为 NH4+或 NO3-才能被作物吸收，也有

3、研究表明，一些 氨基酸的吸收机理与 NH4+的相似35。有机氮作为交换性铵和 NO3-的源和汇，其 在土壤氮素有效供应上的作用显得尤为重要。耕地土壤中的氮素和有机质含量，除受各种自然因素的制约外，更强烈地受到施肥的影响。如何提高土壤质量及氮和碳 的库容，减少 NH4+-N 和 NO3-N 的淋失及反硝化作用和硝化作用产生的N2O,成为目前亟待解决的问题。土壤氮素、碳素无论是分解还是积累，都是十分缓慢的，再加上土壤的空间变异性，短期的试验往往很难看出其差异。为此，我们利用已有的肥料 长期定位试验，研究施肥对耕层土壤氮素形态含量、组成和有机碳含量的影响，旨在 能够找到提高土壤质量和环境友好的有效施

4、肥方式。1 材料与方法1.1 供试土壤试验土样采自河南省封丘县境内的中国科学院封丘农业生态实验站，土壤为潮土,质地为砂壤土。试验前进行连续 3 年匀地，每年小麦-玉米轮作，不施任何肥料。1989年秋正式布置试验 倒 2002*中国科学院知识创新工程项目（KZCX2-413-3、国家自然科学基金重大项目（30390080 和国家重点基础研究发展计划（973 计划（2005CB121108 资助?通讯作者，E-mail: 作者简介:肖伟伟（1978，女，汉族，山东微山县人，硕士研究生，主要从事土壤与植 物营养研究年取样，试验已进行 13 年，土壤基本理化性质见表 1。表 1 供试土壤基本理化性质T

5、able 1 Physical and chemical properties of soil studied1.2 试验设计试验设 7 个处理,4 次重复,4 个区组，随机排列。7 个处理为 CK （不施肥、PK、NK、NP、NPK、1/2QM+NPK（以下均简写为 1/2OM、OM。肥料种类及品种：氮肥为尿素、磷肥为过磷酸钙、钾肥为硫酸钾，有机肥以粉碎的小麦秸秆为主原料，加上适量粉碎的大豆饼和棉仁饼，经堆制、发酵而成，施用前先分析 N、P、K 含量, 以等氮量为标准，磷和钾含量不能满足施肥要求，用化学磷、 钾肥补充至等量，其年施 用量约 18 000kg hm -2（以鲜重计。化学磷、钾肥

6、及有机肥作为基肥一次性施入，而化学氮肥分作基肥和追肥两次施入。小区面积47.5 m 2,试验采用小麦-玉米一年两熟轮作制，试验地肥料用量见表 2表 2 不同处理施肥量Table 2 Amoun ts of fertilizer applicati on with differe nt treatme nt (kg hm -2处理代号 Treatments code氮肥 N fertilizer (N 磷肥 P fertilizer (P 20 5 钾肥 K fertilizer (K 20 CK 0 0 0 PK 0135 300 NK 300 0 300 NP 300 135 0 NPK 3

7、00 135 300 1/2OM 300 135 300 OM3001353001.3 分析方法土壤氮素形态分级采用 Bremner 法1,全氮采用开氏消煮法，有机碳采用高温外 热重铬酸钾法容量法。1.4 数据处理有机碳 OC (g kg -1 全氮 Total N (g kg -1 全磷 Total P (g kg -1 全钾 Total K (g kg -1速效氮 Available N (mg kg -1 有效磷 Available P (mg kg -1 速效钾 Available K (mg kg -1pH (H 2O5.830.4450.49818.69.511.9378.88.6

8、5数据分析采用 SPSS13.0 和 Microsoft Excel for Windows 2003。2结果与分析2.1 长期施肥对土壤氮素形态和含量的影响2.1.1 长期施肥对土壤全氮和酸解有机氮的影响长期施肥后土壤酸解有机氮和全氮的总量增加（图 1:酸解有机氮较不施肥处理增加 2%99%,全氮增加6%117%。酸解有机氮与全氮之间呈极显著正相关关系，Pearson 相关系数为0.994,p=0.00,N=28。全氮含量为 431.4935.2 mg kg-1 平均为 628.2 mg kg-1;酸解有 机氮为 407.3808.9 mg kg-1 平均为 556.1 mg kg-1,占土

9、壤全氮的86.5%94.4%平均 90.7%是土壤全氮的主体。就肥料种类而言,单施化肥对酸 解有机总氮影响较小，比不施肥处理平均增加 25.2%,单施化肥的处理中，NP、NPK 处理显著高于其他处理，这可能与原始土壤富钾、能均衡提供 N、P、K 三元素有关;施有机肥极显著地增加了土壤酸解有机氮的总量，较不施肥处理平均增加 86.1%较 单施化肥平均增加 60.9%与 1989 年试验开始时土壤全氮初始含量（0.445 g kg-1 相比,不施肥处理和 NK 处理其全氮含量稍有变化，差异不显著,PK 处理显著增加，而能提供均衡养分的 NP、 NPK处理及有机肥处理均极显著提高了其含量，且有机肥处

10、理差异最显著。由此看 来,不施肥使土壤全氮含量下降，施化肥能基本维持或提高（均衡施肥全氮含量，而施 有机肥能显著提高其含量，且施入有机肥越多，全氮增加越显著，减少了氮的淋失。1 i；I.s祀.处Ireatnents图1施肥越金氮利酸解灯机氨的觀响FicJ Effect of fertilizaticxi on total N and hydrolvsable organic NNote: IN is he initial content cf total nitrogen in 19892.1.2 长期施肥对酸解铵态氮和氨基酸态氮的影响酸解铵态氮和氨基酸态氮的 绝对含量在酸解有机氮中占主导地位

11、，所占全氮比率也最高（图 2。酸解铵态氮含量 范围为189.0317.1 mg kg-1 平均为 245.6 mg kg-1,占全氮的 34.0%45.4%,平均 40.2%。NK、PK 处理的酸解铵态氮较不施肥处理分别增加9.7%、16.7%,提供均衡养分的 NP、NPK 处理增加 29.0%、32.8%;1/2OM、OM 处理分别增加 53.6%、68.1%,较单施化肥平均增加 38.9%,施有机肥显著高于不施肥处理和单施 化肥的处理。氨基酸态氮含量为 138.2385.4 mg kg-1 平均为 232.1 mg kg-1,占全氮 的30.2%43.0%平均 36.7%。NK 处理的氨基

12、酸态氮较不施肥处理显著降低，达 25.4%,PK 处理增加 1.4%,差 异不显著，NP、NPK 处理分别增加 10.1%、16.4%,单施化肥处理平均增加 3.1%;1/2OM、OM 处理分别增加 57.1%、108.2%平均增加 82.6%较单施化肥平均 增加 79.5%,施有机肥处理极显著高于不施肥处理和单施化肥的处理。已有研究结果表明6, 7,可矿化氮主要来自酸解有机氮，特别是氨基酸态氮和酸 解铵态氮,后两者是其产生的主要来源。徐阳春的研究也表明8,可矿化氮和酸解铵态氮、氨基糖态氮、氨基酸态氮均呈显著正相关关系。而且氨基酸态氮无论是从其 含量120010008006001002000

13、TNTHNINCKNK或对植物营养的贡献来说，都是土壤中最重要的氮素形态9。故施有机肥提高了作为可矿化氮主要来源的氨基酸态氮和酸解铵态氮含量，从而为有机氮向可矿化氮转化创造了更有利的库容閨2 Rm肥对幟解饿憲掘和猛龍惓态鼠的形响Fig, 2 EfTect of long-ienn Icnili/ation on AN and A AN2.1.3 长期施肥对酸解未知态氮和非酸解有机氮的影响酸解未知态氮含量范围为 24.4115.7 mg kg-1 平均为 76.1 mg kg-1,占全氮的 5.6%16.4%,平均为 12.3%。 与不施肥相比，PK、NK 处理的酸解未知态氮分别增加 28.6

14、mg kg-1、39.2 mg kg-1, 差异不显著，能提供均衡养分的 0M、 NPK、 NP、 1/20M 处理分别增加 67.7 mg kg- 1、 74.8 mgkg-1、76.3 mg kg-1、91.2 mg kg-1,均达显著差异水平，尤其有机无机混 施，效果最佳（图 3。非酸解有机氮含量范围为 24.1123.6 mg kg-1 平均为 51.4 mg kg-1,占全氮的5.6%13.5%平均为 9.3%。单施化肥处理中,NK、NPK 处理与不施肥处理差异不显 著，非酸解有机氮分别增加 15.9 mg kg-1、19.2 mg kg-1,PK、NP 处理与不施肥处理 达显著性差

15、异，分别增加 23.8 mg kg-1、28.4 mg kg-1;施用有机肥与单施化肥、不施 肥处理间均达显著性差异，较单施化肥平均增加 67.5 mg kg-1 较不施肥处理平均增 加 89.3 mgkg-1（图 3。IIPFK1IPK/同】址PP Treatments1/2DH-丄三鸟迓X X _迁谡2 22.1.4 长期施肥对氨基糖态氮的影响 氨基糖态氮含量范围为 5.716.8 mg kg -1,平均为 10.6 mg kg -1 占全氮的 1.1%2.4%,平均为 1.7%。与其它有机氮组分相比，氨基糖态氮含量最低。PK、NP、NK 处理氨基糖态氮较不施肥处理稍有降低,NPK、1/2

16、0M 稍有增加，只有 0M 处理与 CK 处理差异显著（图 4。由于氨基糖态 氮含量较小，且这种形态的氮是由差减法得到的，测得的结果误差可能较大。25 r2. 2 长期施肥对潮土耕层土壤氮素组成的影响亠一辱鼻嫦屋埒al hMM f=臣s sNEK HUN图3施肥对醴解未知I态氮和II战解灯机氮的融响.3 tfleet o! fertilization on HUN and NHNM耳衣$H_#M幟屋4*瞌 h豈tdE二虽1不施肥处理中酸解有机氮占全氮的比值为94.4%,单施化肥处理比值平均为91.6%有机肥处理则降低到 87.0%,可能与施有机肥产生较强的激发效应有关,施肥 虽然增加了酸解有机

17、氮和全氮的含量（见图 1,但降低了酸解有机氮占全氮的比值（图 5,说明施肥在显著提高酸解有机氮的同时，可能也促进了酸解有机氮的矿化。酸解铵态氮占全氮的比值与酸解有机氮占全氮的比值变化大体一致，也呈下降趋势:不施肥处理处理酸解铵态氮占全氮的比值为43.9%,单施化肥的处理平均为41.8%,有机肥处理则降低到 35.0%。氨基酸态氮占全氮的比值各施肥处理较不施肥 处理均呈下降趋势，不施肥处理处理氨基酸态氮占全氮比值为 43.0%,单施化肥处理平均为 34.2%有机肥处理则回升到 38.6%。其他形 态的酸解有机氮，如氨基糖态氮，占全氮的比例变化很小，而酸解未知态氮的比例呈增 加趋势，说明酸解有机氮

18、占全氮的比例较不施肥处理降低是由氨基酸态氮、酸解铵 态氮占全氮的比例降低所致（图 5。在不施肥处理与单施化肥的处理中，酸解铵态氮占全氮的比例大于氨基酸态氮 所占的比例，而在施用有机肥的处理中，氨基酸态氮所占的比例显著高于酸解铵态氮 所占比例，说明施用有机肥尤其有利于氨基酸态氮的形成，而这一形态的氮的有效性 较高，利于有机氮的矿化。酸解未知态氮和非酸解有机氮在施有机肥前后，比例也发生倒置，说明施有机肥也利于非酸解有机氮的形成。但各组分无论怎样变化，有机氮主要由酸解铵态氮和氨基酸态氮组成，其次为酸解未知态氮和非酸解有机氮，氨基糖 态氮含量最小（图 5。Y-TEN/TN-X- AN /IS- AAN

19、/TH图 5施肥对育机氮组成的影响Fig.5 Effect of fertilization on fruclions of organic N2. 3 长期施肥对耕层土壤有机碳含量的影响施肥可增加土壤有机碳含量，除 NK 处理外，其它各施肥处理与不施肥处理间均 达极显著差异水平:PK、NP、NPK 处理较不施肥增加 17.0%35.1%,平均为 27.2%;1/2OM处理增加 71.3%,OM 处理有机碳含量是不施肥的两倍以上，增幅最 大。有机肥处理（包括有机无机配施，与单施化肥处理间也达极显著差异，可见有机肥 增加有机碳含量的作用极显著地强于单施化肥的处理（图 6。与 1989 年试验开始

20、时土壤有机碳初始含量（5.83 g kg-1 相比 （图 6,不施肥和单施 化肥处理的有机碳含量均有所降低，其中 CK、NK、PK 处理达显著性差异，NK、 NPK 处理由于养分较均衡，其值稍有降低，未达显著性差异，不施肥和单施化肥土壤有 机碳处于消耗状态，而施有机肥能极显著地提高其含量，且 OM 处理的效果优于 1/2OM 处理，说明只有施用有机肥才能维持和提高土壤有机碳含量，这一方面是由于 有机肥直接向土壤提供了大量有机物料，另一方面施有机肥提高了农作物生物产量，增加了土壤中残茬和根的输入10,同时也影响了微生物的数量和活性11,进而影响 到有机碳的生物降解过程。有机肥与化肥配合施用显著提

21、高了土壤全氮、酸解有机氮（尤其酸解氨基酸态氮的含量，效果较好 9,1215 。而施肥对氨基糖氮和酸解未知态氮的影响,规律并不 明显1316。长期施用有机肥可以提高土壤有机碳含量，但不同种类有机肥间存在 着差异，一般来说,泥炭淤泥粪肥绿肥17。施用有机肥或有机无机配施能提高有机碳含量 1719 。 但并不是所有的结果都是如此 20 ,甚至还出现了相反的报道21 。在本研究中，与不施肥处理相比，长期施肥能增加耕层土壤全氮、酸解有机 氮、酸解铵态氮、酸解未知态氮、非酸解有机氮和有机碳含量；与单施化肥相比，施用有机肥能显著提高土壤全氮、酸解有机氮、酸解铵态氮、氨基酸态氮、非酸解有 机氮和有机碳的含量。

22、研究还发现，施用有机肥尤其利于氨基酸态氮和非酸解有机 氮的形成，酸解有机氮占全氮的比例较不施肥处理降低是由氨基酸态氮、酸解铵态 氮占全氮的比例降低所致。10. 00* *-8工化進至匸o o Oo o O图 6 长期施肥对七壤有机碳附影响Fig.6 Effect of long-term fertilization on OC 注*瓦为 1989年仃机碳的初始值Note:IC is the initial content of OC in 1989OQOOOO o oo o o OOO论3与土壤初始值相比，不施肥处理全氮、有机碳含量有所下降；单施化肥处理,如果养分均衡则能提高全氮含量，而有机碳

23、，即使养分均衡，也不能维持其含量；而施有机肥能极显著提高全氮和有机碳含量。Hayn es 等22发现土壤有机碳与团聚体稳定性有很好的相关关系。土壤有机碳的形成有可能减少CO2 的释放和潜在经济成本23。与施化学氮肥相比，施有机肥并没有增加 N20 的释放24。从 13 年的平均产量数据来看，养分均衡的 NP、NPK、1/20M 处理产量最高,差异不显著。由此看 来,在等氮磷钾的情况下，有机无机配施增加了土壤供氮能力、有机质含量和作物产 量，是维持土壤肥力和保护环境最优的施肥方式。参考文献1Bremner J M. Organic forms of nitrogen. In: Black C A

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42、fects of Lon g-Term Fertilizatio non Orga nic Nitroge n Fract ion atio n and Orga nic Carbon of Fluvo-aquic soilXiao Weiwei1,2Fa n Xiaohui1?Ya ng Lin zha ng1(1 Institute of Soil Scienee, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China(2 Graduate School of the Chi nese Academy of Scie nces, Beijin

43、g 100039,Chi naAbstract In this research, method for orga nic n itroge n fracti on ati on proposed byBremner was adopted to study effects of fertilization on soil organic nitrogen and organiccarb on in the Fluvo-aquic topsoil of Ion g-term fertilizatio n experime nt which had lasted for13 years. Com

44、pared with no fertilizer or mi neral fertilizer, applicati on of manure or manurecompo und with mi neral fertilizer sig ni fica ntly in creased total n itroge n, hydrolysable organic n itroge n, ammonium n itroge n, amino acid n itroge n, non- hydrolysable n itroge n andorga nic carb on. Orga nic n

45、itroge n is mainly made up of ammonium nitrogen and aminoacid nitrogen, next for unidentified hydrolysable nitrogen and non- hydrolysable n itroge n,the content of amino sugar is the smallest. Applicati on of manure is especially advantageous to the formati on of amino acid n itroge n and non- hydro

46、lysable nitrogen.Compared with the control, the proportion of hydrolysable organic n itroge n to total n itrogen was decreased due to the decreas ing of proporti on of amino acid n itroge n andammonium n itroge n to total n itroge n. Appl ying manureresulted in greater contents of total n itroge n a

47、nd orga nic carb on tha n the in itialcontents whe n the experime nt started. Un der the con diti on of suppl ying the samecontent of n itroge n, phosphorus and potassium to soil, applicati on of manure compo undwith mi neral fertilizer in creased capacity of suppl ying n itroge n to soil, content of orga niccarb on and crop yield, which should be the best way for susta in able soil fertility and en vironment. Key words Lon g-term fertilizatio n; Topsoil; Orga nic n itroge n; Orga nic carb on