长期施用不同肥料的土壤有机氮组分变化特征试验研究

2023-02-20

目前的研究表明, 有机肥能够有效提升土壤中有机氮的含量, 然而有机肥种类不同其具有的理化性质也有着显著差异, 施用有机肥而增多的有机氮其组分比例也存在着明显差异, 而此对土壤氮素的有效性有着直接的影响[1]。本次研究选取耕层土壤进行了为期30 a的定位试验研究, 选择Bremner有机氮分级方法, 探究长期施用不同肥料对土壤有机氮组分变化造成的影响。

1 材料与方法

1.1 研究对象

本次研究土壤来自某地长期肥力监测试验田, 试验地点年平均温度是19.6℃, 年平均降雨量是1.4 m。选取土壤为种植水稻的水稻土, 该土在酸性花岗岩母质中发育而成。本次研究于1985年开始, 按照稻草与化肥配施、牛粪与化肥配施、单施化肥及不施肥4种方式进行土壤处理, 并且要求单一处理方式做3次反复处理, 以确保处理的有效性。试验小区的面积为15 m2, 4种处理方式按照随机方式在4个小区中进行排序。小区土壤上种植的农作物均为水稻, 研究的第1阶段 (1984-2005年) 小区内农作物的轮作方式为一年两季冬季为休耕, 研究的第2阶段 (2006-2014年) 小区内农作物的轮作方式是一年一季之后休耕。

1.2 处理方法

研究中土壤做不同处理时采用的化肥品种与数量完全相同, 每茬水稻施用有机肥中氮的含量为103.6 kg hm2, 磷的含量为27.1 kg/hm2、钾的含量为135.1 kg/hm2。供试化肥则是氯化钾、过磷酸钙和尿素, 氯化钾与尿素1/2用做基肥, 1/2用做分蘖期施肥, 而过磷酸钙只作基肥使用。化肥与牛粪配施处理方式是于每季水稻种植之前取牛粪3 760 kg/hm2作为干基, 化肥和稻草配施处理方式则要求把农田的稻草还田, 稻草全部还田[2]。

1.3 样品采集和制备

2014年6月, 在开始种植水稻之前, 在试验小区耕层采集土壤样品, 要求的取样深度是15 cm以内。小区内采集土壤样品呈“S”型采集, 按照随机法采集, 采集样品数为6个, 样品采集完之后, 将6个样品充分混匀之后, 重新分成6份, 取其中一份作为研究样本。采集完样本, 要及时将土壤样本带入试验室进行风干处理。样本处理要尽量碾压成细小颗粒, 以过200目网筛为准。土壤样品制备完成, 则开始进行有机氮组分检测。

1.4 分析方法

土壤的理化性质测试采用土壤农化分析方法, 土壤有机氮组分分析使用Bremner有机氮分级方法。非酸解氮、氨基糖氮和未知态氮行差减法;氨基酸氮行茚三酮氧化、磷酸-硼砂缓冲液蒸馏法测定;氨+氨基糖氮行磷酸-硼砂缓冲液蒸馏法测定;氨态氮行Mg O氧化蒸馏法测定;酸解性氮行凯氏法测定。

1.5 数据处理

本次研究中所有试验数据均采用软件Origin 9.0与SPSS 18.0做统计学处理。

2 结果与分析

研究表明, 化肥和不同种有机肥配施, 均对土壤中有机氮有提升作用, 且在各组分中所占比例存在较为显著差异, 也即于非酸解性氮与酸解性氮分配比例中存在显著差异。经过NPKM处理, 土壤通过增加酸解性氮提升了其有机氮含量, 经过化肥和稻草施配处理, 土壤通过增加非酸解性氮提升了氮含量[3]。

3 结论与讨论

3.1 结论

本次研究表明, 土壤内有机氮存在形态为酸解性氮, 土壤施用多种肥料后酸解性氮在土壤中总氮含量占比为68.1%~82.0%;其中因长期肥料施用造成有机氮增加中非酸解性氮与酸解性氮两者占比对等。化肥和不同种有机肥配施, 均对土壤中有机氮的提升作用, 于非酸解性氮与酸解性氮分配比例中存在显著差异;土壤进行长期施肥, 可以有效提升土壤中未知态氮和氨基酸氮的含量, 却无法对酸解性总氮各组分比例造成影响, 施肥处理都符合氨基糖氮<氨基酸氮<氨态氮<未知态氮。

3.2 讨论

化肥与有机肥配施对土壤中有机氮组分特征的影响机制分为两种。

一种是有机肥中的养分造成土壤有机氮组分发生直接变化。畜禽粪便类有机肥含有较高的多糖、蛋白质、缩氨酸和脂肪酸, 有机肥进入土壤中可经微生物直接对有机氮的组分结构造成影响。土壤有机氮并不完全受畜禽粪便类有机肥影响, 其中芳香环物质则免疫其影响作用, 但在实践中, 畜禽粪便类有机肥的使用显著提高了土壤蛋白质、脂肪酸和氨基酸的含量。秸秆类有机肥中半纤维素、纤维素和木质素含量分别为9.28%~17.69%、18.01%~22.59%、34.63%~41.49%。以上成分被称为难矿化的有机质, 而秸秆有类有机肥进入土壤中依然对有机质含量有着提高作用。

另一种是经土壤微生物“矿化-同化”作用改变土壤中有机氮组分结构。畜禽粪便和秸秆类有机肥的C/N等性质有着明显差异, 进入土壤中能够对土壤微域环境的C N起到改善作用。低C/N下, 微生物受限于碳产生生长抑制, 发生无机氮的同化量也较小;高C/N下, 微生物受限于氮产生生长抑制, 则导致矿化氮素快速发生同化。无机氮被微生物同化, 其在易矿化和难矿化有机氮库的分配比例存在差异, 故而能够对有机氮组分结构造成影响。

本次研究中稻草与牛粪作为有机肥施用为土壤增加的钾、磷等元素在分量上的差异显著, 而这也正是稻草或牛粪与化肥配合施用造成土壤中有机氮增加在各组分中所占比例不同的重要原因。长时间进行不同肥料施用能够有效提升未知态氮与氨基酸氮的含量, 却不能影响各组中酸解性总氮占比的大小排序, 不同肥料施用后各组土壤样品酸解性总氮占比排序为氨基糖氮<氨基酸氮<氨态氮<未知态氮, 而这也与塿土、棕壤、黑土等多种土壤类型的相关研究结果存在显著差异。由此表明, 土壤类型是影响土壤中有机氮组分变化的一个重要因素, 另外相同类型土壤行多种种植制度研究中土壤中总氮组分也存在着显著差异。

摘要：氮作为限制农作物生长的重要因子, 其在土壤中存在的形态主要是有机氮。土壤中无机氮的维持需要依靠有机氮, 事实上有机氮基本不能被植物直接吸收, 其必须经过矿化作用才能够变成可被吸收的无机氮。基于此, 主要探析长期施用不同肥料的土壤有机氮组分变化特征, 为相关工作人员和研究人员的工作和研究提供参考。

关键词：施肥,土壤有机氮组分,变化特征