论文部分内容阅读
以冬季覆盖和大量施肥为核心的集约经营技术,显著提高了雷竹的经济效益。然而,随着经营年限的增加,雷竹林土壤出现明显的酸化现象。这势必会对土壤氮素的转化及养分有效性产生不可忽视的影响。雷竹林的集约经营模式下,盲目地过量施用氮肥已成为普遍现象,不仅会造成肥料的浪费,给笋农带来直接的经济损失,也会加剧竹林土壤质量恶化导致雷竹衰退。了解土壤供氮能力是合理施肥及提高氮肥利用率的基础,因此,研究集约经营模式下雷竹林土壤氮的矿化显得尤为重要。 本文主要通过采集不同种植年限下的雷竹林土壤,分析土壤酸化现状,了解雷竹种植对土壤有机碳氮组分的影响,及各组分与氮矿化的内在相关性;模拟不同pH及无定型铁铝水合氧化物处理对土壤氮矿化的影响,探索其影响过程及机理,从而综合了解土壤酸化过程对竹林土壤氮矿化及供氮能力的影响。主要取得以下结论: 雷竹种植对土壤酸化影响的结果表明;种植雷竹后土壤有明显的酸化现象,表层土壤pH值由水稻田的4.75下降至3.87;而酸化过程在不同种植阶段速率不同,覆盖后期pH下降较前期快。随着土壤pH值的下降,铝的活性增加。雷竹种植15年时,表层土壤活性铝在总铝中所占的比例由对照的6.15%增加至10.8%;交换性铝则由无到有,且在种植15年后土壤底层亦显著增加;有机络合态铝含量随着种植年限的增加而增加,种植15年时表层土壤较对照增长42.0%,底层增长27.0%;其它各形态铝含量则随着种植年限的增加有所下降。雷竹覆盖经营导致土壤酸化,酸化过程引起土壤中活性铝的增加,从而增加了对雷竹的铝毒,这可能是导致雷竹林退化的重要原因。 不同种植年限下土壤有机碳氮的组分及其对土壤有机氮矿化的影响结果表明;从核磁共振光谱分析来看,不同种植年限下雷竹林土壤有机碳结构较为相似,也就是说主要组分比较接近,但相对含量有所不同。覆盖后有机质芳香化度有所下降,稳定性降低,相对易分解。从土壤氮的组分来看,土壤酸解氮约占土壤全氮含量的75%,各种植年限下不同形态酸解氮含量分布均为氨基酸态氮>氨态氮≈酸解未知氮>氨基糖态氮。从土壤有机氮矿化培养结果来看,前期速率较快,超过半数的矿化氮来自于前两周,中后期矿化速率下降且趋于稳定。矿化氮主要以铵态氮为主,占矿化氮总量约73.55-85.47%。累积氮矿化量与时间的平方根呈显著的线性相关。培养56天后水稻田土壤累积氮矿化量为191.06 mgkg-1,显著高于种植雷竹的样地土壤(95.48-128.79 mg kg-1)。覆盖经营后,土壤氮矿化量下降,但与覆盖年限关系不大。土壤pH值、有机质、全氮、酸解氮、氨基酸氮、氮烷基碳、酚基碳、羧基碳含量与矿化量及模型估算的矿化势之间存在显著正相关,而铵态氮、硝态氮及氧烷基碳含量与矿化量及矿化势存在显著负相关;氨基糖态氮、酸解氨态氮、非酸解氮对土壤氮矿化的影响相对较小。 不同pH值对有机氮矿化的影响结果表明;种植雷竹的土壤有机氮矿化受pH值影响显著,累积的氮矿化量与土壤pH值呈显著正相关,对于种植4、8、18年的雷竹林土壤,在pH_9.00处理下的累积矿化氮分别为pH_3.00处理下的1.74、2.10、1.79倍;而稻田土壤对pH的改变响应不显著,在pH_3.00、5.00、7.00及9.00处理下,累积矿化氮分别为154.95、150.45、144.97及168.06mg kg-1。稻田土壤在各pH值处理下矿化氮中铵态氮含量均超50%而雷竹土壤中累积矿化氮主要以硝态氮为主,矿化氮中硝态氮含量随着处理pH值的提高而增加。 不同铁、铝氧化物添加对土壤有机氮矿化的影响结果表明;各种植年限下累积氮矿化量与氮矿化速率均随着无定型铝添加量的增加而降低,无定型铝的增加量与氮矿化抑制率呈显著的线性相关,Al_2(无定铝添加量2 g kg-1)处理下,无定型铝对0、4、8、18年土壤氮矿化的抑制率分别为13.69%、4.02%、3.02%、0.01%; Al_5、Al_10及Al_20处理下,无定型铝氧化物对氮矿化的抑制效应显著。随着无定型铁氧化物添加量的增加,各种植年限土壤累积氮矿化量均显著下降,当无定型铁氧化物添加量超过10 g kg-1后,继续增加无定型铁氧化物,对氮矿化的影响不大,铁氧化物添加量与氮矿化抑制率呈指数相关关系;无定型铁铝水合氧化物对氮矿化的抑制主要表现为对硝化反应的抑制,整体上矿化氮中的硝态氮在矿化氮中所占的比值随着铁、铝氧化物量的增加而显著下降。 运用四种不同的模型对不同种植年限雷竹林土壤各处理条件下的氮矿化进行动力学拟合,均获得较好的拟合结果,R2值大多超过0.95,其中指数模型的拟合精度为最好。 综上所述,种植雷竹会引起土壤酸化,导致土壤pH下降,促进了活性铝的增加,同时土壤酸化会抑制土壤有机氮的矿化,降低土壤供氮能力。酸化后土壤活性铁、铝氧化物含量增加,会促进对土壤有机质的保护,从而抑制氮的矿化。