黄土高原典型土壤氮素矿化过程中有机氮组分变化及其对矿化氮的贡献

来源 :中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心 中国科学院水利部水土保持研究所(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心) | 被引量 : 0次 | 上传用户:bbxxxb
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土壤氮素矿化是供给作物可吸收利用矿质氮的主要途径,是土壤供氮的本质,也是土壤内部氮循环的重要环节,因此明确氮素矿化过程中有机氮的变化规律以及各有机氮组分对矿化氮的贡献大小,有助于深入了解氮素矿化过程及准确评价土壤潜在供氮能力。本文采用间隙淋洗和不淋洗淹水培养法、间隙淋洗通气培养法,结合盆栽试验作物吸氮量,在研究黄土高原典型土壤氮素矿化过程的基础上,重点研究了间隙淋洗淹水培养和间隙淋洗通气培养条件下氮素矿化容量和矿化能力,矿化过程中土壤有机氮组分的变化及其对矿化氮和作物吸氮量的贡献。同时比较了包括和不包括可溶性有机氮时采用间隙淋洗淹水培养和间隙淋洗通气培养法对研究土壤供氮能力的影响,评价了几种常用氮素矿化模型在拟合黄土高原氮素矿化过程中的优劣。本研究主要内容及结果如下:   ⑴217d间隙淋洗淹水培养中,淋洗液中可溶性有机氮(SON)累积量几乎与铵态氮累积量相当,但其对作物有效性比铵态氮差,在包括SON后矿化氮在反映土壤供氮潜势上效果更好。淋洗矿质氮是较好的土壤供氮指标,不仅适宜于第1季作物,而且也适用于对连续2季作物土壤供氮能力的评价。选择①有效积温式;②一级反应式(One-pool模型);③两部分一级反应式(Two-pool模型);④带常数项一级反应式(Special模型)对包括和不包括SON的氮素矿化曲线进行拟合。发现4种模型在拟合包括SON的氮素矿化曲线时效果更好。从模型均方根差、估计标准误差、参数误差以及与作物吸氮量的相关分析等综合比较发现,Special模型能较好反映石灰性土壤在间隙淋洗长期淹水培养条件下的氮素矿化过程。   ⑵217d间隙淋洗通气培养中,淋洗的可溶性有机氮约为淋洗液中无机氮的1/4。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1季作物,而且也适用于对连续2季作物土壤供氮能力的评价。选择①一级反应式(One-pool模型);②两部分一级反应式(Two-pool模型);③带常数项一级反应式(Special模型)对包括和不包括SON的氮素矿化曲线进行拟合。发现在间隙淋洗通气培养条件下,SON对模型拟合效果影响不大,显然与SON所占比例较低有关。从模型均方根差、估计标准误差、参数误差以及与作物吸氮量的相关分析等比较发现,在描述矿化曲线方面,Two-pool模型拟合效果最好,而Special模型拟合参数精度最高,在反映土壤供氮能力方面,One-pool模型优于其它两模型。   ⑶间隙淋洗长期淹水培养和通气培养结果都说明了SON对作物的有效性比矿质氮差,然而包括SON后矿化氮在反映土壤供氮潜势上更好。培养期间累积的矿质氮与作物吸氮量显著相关,另外,间隙淋洗淹水培养采用Special模型拟合得到的氮增量氮库矿化势NF,间隙淋洗通气培养的采用One-pool模型得到的氮矿化势NO,均于作物吸氮量密切相关,是土壤供氮能力的较好指标,不仅适宜于第1季作物,而且也适用于对连续2季作物土壤供氮能力的评价。   ⑷采用间隙淋洗淹水培养和通气培养法得到的土壤有机氮矿化能力、矿化容量不同,217d间隙淋洗淹水培养比间隙淋洗通气培养可矿化出更多无机氮。与培养前相比,间隙淋洗淹水培养酸解总氮、酸解氨态氮、酸解氨基酸氮减少量均约为间隙淋洗通气培养的2倍;而间隙淋洗通气培养矿化所累积的SON约为间隙淋洗淹水培养的1/4,说明间隙淋洗通气培养过程中有机氮矿化更为彻底。有机氮组分减少量与作物吸氮量的相关分析发现,间隙淋洗淹水培养过程中酸解总氮的减少量与连续2季作物(小麦和玉米)总吸氮量、间隙淋洗通气培养过程中酸解总氮和酸解氨基酸氮减少量与第1季小麦和连续2季作物总吸氮量均达显著正相关关系。有机氮组分变化量与矿化氮的多元回归分析、通径分析以及偏相关分析显示,间隙淋洗淹水培养过程中参与矿化的有机氮组分中,以酸解氨态氮对矿化氮贡献最大;而间隙淋洗通气培养过程中以酸解氨基酸氮和酸解氨态氮为主,表明酸解氨态氮是两种培养过程中矿化氮的主要贡献组分。
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