杨凌地区不同棚龄大棚土壤氮素矿化特征研究

摘要[目的]为了分析垄作栽培对西藏春小麦分蘖、生育期等指标的影响规律。[方法]分别在达孜县章多乡和自治区农科所试验地， 以春小麦“山春1号”和“藏春951”为试验材料，开展垄作栽培研究。[结果]垄作栽培改变了春小麦的生理生态条件，促进春小麦叶片功能期的延长，增加了垄作“山春1号”的生育时期；垄作栽培促进了春小麦的总分蘖和有效分蘖数的增长，“藏春951”垄作与平作之间有效分蘖达到0.01水平显著性差异，不同栽培方式的2个春小麦品种的总分蘖间没有达到显著性差异；垄作栽培增加了春小麦次生根数量和长度，不同栽培方式下“藏春951”的根数之间达到0.05显著水平；垄作栽培有效改善了小麦穗部性状，不同栽培方式的“藏春951”小穗数之间t值达到6.48，Pr>|t|=0.000 2<0.01，达到0.01显著性差异。[结论]在春小麦生长发育中垄作栽培方式对提高春小麦分蘖力、改善其穗部性状、增加次生根数量等都具有明显的正效应。

关键词垄作栽培；西藏春小麦；生理影响

中图分类号S511；X825文献标识码A文章编号0517-6611（2014）12-03536-05

作者简介魏迎春（1973- ），男，河南安阳人，副研究员，硕士，从事农业生态及小麦育种方面的研究。

土壤氮素是作物吸收的主要来源。作物中积累的氮约50%来自于土壤，有些高达70%。据报道，粮食增产的59%左右取决于土壤氮素肥力[1]。土壤供氮能力越强，作物对氮素的依赖就越强，但当施用的肥料达到一定量以后，氮肥的增产效果和利用效率就会逐渐降低[2-3]。

随着大棚蔬菜栽培的迅猛发展，大棚土壤过量的不平衡施肥造成的氮素障碍问题日益突出。在自然生态系统中，大棚土壤氮素绝大部分以有机态存在，一般不能被植物所吸收利用。除固氮植物和一部分可直接利用有机氮的植物之外，其他植物的氮素来源主要是形成的易被植物吸收的矿化氮。土壤有机氮的矿化是土壤矿质氮产生的重要途径，其矿化能力在很大程度上反映出土壤的供氮潜力[4]。在研究土壤供氮能力的生物学方法中，间歇淹水培养法是一种重要手段。它抑制硝化细菌的活动，创造适于有机氮氨化的条件，矿化的最终产物是氨态氮，占矿质氮的95%～100%[5-7]，能够反映土壤供氮潜力的状况。付会芳等[8]比较了旱地土壤淹水培养和通气培养，发现采取淹水培养法培养的氮素矿化过程较迅速，培養条件易控制，精密度较高[9]。为此，笔者采用淹水培养法对大棚土壤氮素矿化进行研究，以获得大棚土壤氮素矿化的特征，为大棚土壤氮素有效化利用、减少投入的浪费、确定农田土壤供氮能力及拟合合理施肥量、控制环境污染提供理论支持。

1材料与方法

1.1试验设计研究地点位于陕西省杨凌示范区，土壤类型为肥熟旱耕人为土。分别采集棚龄为1.5、30、50、80、110年的大棚土壤，每个温室的面积为0.06 hm2。栽培蔬菜为番茄，施用农家肥25 t/hm2、化肥4 500 kg/hm2。2006年11月采集土壤样品，每个温室均以5～8 m的间距“之”字形布点，采用随机多点（5～7个）取样方法，按0～10、10～20、20～40 cm 3个层次采集土壤混合土样，以露地蔬菜土壤（栽培年限20年）为对照。

1.2测定方法土壤pH的测定采用电位法（水土比1∶1）；土壤有机质（OM）含量的测定采用重铬酸钾容量法；全氮（TN）含量的测定采用半微量开氏法；矿化氮素（MN）的测定采用间歇淹水培养法。数据采用Excel和SAS软件处理和统计分析。

2结果与分析

2.1不同棚龄土壤有机质、全氮与矿化氮的关系从表1可以看出，大棚土壤pH随棚龄的延长而略有下降，但变化幅度较小，对总矿化氮量的影响并不明显。随着棚龄的变化，土壤总矿化氮量的变化差异较大，5.0年大棚土壤总矿化氮量最高，大棚土壤总矿化氮量的大小与棚龄的长短并没有明显的相关性，随着土层的加深，土壤总矿化氮含量逐渐下降。Quemada等[10]认为，土壤矿化的差异可以从矿化氮与有机质、全氮比例进行研究。这是因为矿化氮既与有机质、全氮含量有关，更与其中的可矿化部分有关，矿化氮源于有机质氮和全氮的一部分，不同的土壤中这部分数量不同，所占比例不同。表中总矿化量与有机质、全氮的比例变化幅度不大，也就是说矿化氮的数量并不随棚龄的延长而增加，大棚土壤全氮、有机质中的可矿化氮部分在一定的环境条件下比例是基本稳定的，虽然随着棚龄的延长，土壤中每年投入的氮肥和有机肥不断积累，大棚土壤全氮和有机质含量不断增

2.2不同棚龄土壤不同时间段氮累积矿化量从表2可以看出，土壤氮累积矿化量随培养时间的延长而逐渐上升，并且在前期变化幅度较大，后期平缓，整个矿化过程可大致分为速增、过渡、平缓3个阶段。矿化培养35 d之后矿化氮的增加量逐渐趋于稳定，之后其增加量较小。因此，培养35 d以后时间段的累积矿化氮可作为氮矿化的指标。间歇淋洗淹水培养法使得土壤中的矿化氮不断被淋洗掉，土壤的氨化反应得以持续进行，造成土壤的氮素矿化累积含量保持增长趋势。淋洗有利于土壤氮素的矿化过程[11]。0～40 cm范围内不同土层深度氮矿化量差异较大，氮矿化量随土层深度增加而逐渐降低；0～10 cm表层土壤矿化量明显偏高，表土较高的氮矿化可归因于较高的氮素、有机质数量和质量。随着土层深度的不断增加，土壤透气性逐渐降低，可供降解的有机质越来越少，微生物数量迅速下降，矿化随之下降。对不同时间段NH+4N的累积量与时间的平方根进行相关分析，发现二者之间具有很好的相关性，决定系数（R2）在0.845 0～0.976 8之间。这与Standtord等[12]的研究结果相一致 。

2.3不同培养时间土壤净矿化量从图1可以看出，不同棚龄大棚土壤净矿化量整体上随培养时间的延长而呈逐渐减少的趋势，培养前28 d土壤净矿化量下降幅度较大，之后21 d内的变化趋于平缓，49 d以后土壤净矿化量接近于0。净矿化累积量并不随着种植年限的增加而增加，大棚多年种植的特点使得土壤表层的氮素和有机质含量远远高于下层土壤，土壤上层的净矿化量高于下层土壤。大棚土壤高肥水条件、丰富的微生物都有利于土壤有机氮的矿化作用[13-14]。

安徽农业科学2014年2.4不同棚龄土壤矿化势氮矿化势不但是土壤氮素在容量方面的重要指标，而且是供氮强度的一个因子。矿化势（No）科学地代表了土壤氮矿化率的容量[6]。从表3可以看出，大棚土壤由于高肥水的投入，其矿化势相对较高，并且不随棚龄的延长而产生相应的变化，总体上长龄大棚土壤矿化势略高于短龄大棚土壤，5.0年大棚土壤矿化势最高，0～10 cm表层土壤矿化势为29.748 6 mg/kg，15年大棚矿化势最低。大棚种植年限并非决定矿化势的主要因素。作为土壤养分指标的全氮、有机质含量与矿化势具有很好的相关性。11.0年大棚土壤矿化势比5.0、8.0年大棚土壤有所下降。这与11.0年大棚土壤全氮、有机质含量相对较低有关。从不同土层可以看出，矿化势随土壤层次的加深而逐渐降低，并且下降幅度较大，1.5、5.0、8.0、11.0年大棚土壤的0～10、20～40 cm土层矿化势相差分别达到7.956 1、13684 3、14584 9、14.278 6 mg/kg。大棚土壤有机质、全氮含量在不同土层的差异性直接导致土壤矿化势不同层次较大的差异性。虽然全氮与矿化势密切相关，但是全氮含量并不能替换氮矿化势。

2.5不同棚龄土壤矿化速率由图2、3可知，不同土层矿化速率不同，随着土层的增加，土壤氮矿化速率逐渐增大，0～10 cm土层矿化速率在28～35 d内达到最大值，10～40 cm土层氮矿化速率则在第7天达到最大值。所有大棚土壤在0～10 cm土层都表现出随培养时间的延长矿化速率呈现先增加后缓慢下降的趋势，前28 d矿化速率随培养时间的延长而逐渐增加，尤其7～14 d之间增加幅度较大，28 d以后矿化速率增加幅度开始缓慢下降；10～20、20～40 cm土层的土壤矿化速率在整个培养期间始终表现出持续下降的趋势，除个别土样外，10～20 cm土层大棚土壤矿化速率的下降幅度非常小，在培养期间基本保持平稳变化的趋势，而20～40 cm土层矿化速率下降幅度较大，特别是在培养的前21 d，第7天的矿化速率平均为0.196 4，第21天下降到0.092 7，第7天的矿化速率是第21天的2.118 9倍。大棚土壤的矿化速率在不同土层前期变化规律不完全相同，但后期都表现出缓慢下降趋势，并且矿化速率随培养时间的延长逐渐接近于一个固定的矿化速率值。這进一步说明随着培养时间的延长，土壤中可矿化氮含量逐渐降低。对不同棚龄矿化速率分析，发现并没有表现出规律性的变化。

2.6氮素矿化与有机质、全氮的关系从图4、5可以看出，耕层土壤不同层次剖面土壤矿化氮与土壤全氮、有机质含量之间存在着良好的相关性，总矿化氮与有机质相关系数（r）为0.799，总矿化量与全氮的r为0.831 3。有机质、全氮与可矿化氮含量之间关系密切，有机质、全氮含量越高，矿化氮含量也越高，总体上大棚土壤中投入的氮肥与有机肥数量增加，土壤可矿化氮含量逐渐增加，由于11.0年大棚土壤有机质、全氮含量较5.0、8.0年大棚土壤有所降低，矿化氮总量也较5.0、8.0年大棚土壤偏低，0～10 cm土层可矿化氮与全氮、有机质的相关性高于10～40 cm的土层，且矿化氮与全氮的相关性高于矿化氮与有机质的相关性。李菊梅等[15]认为，这种相关性有一定的不真实性，矿化氮是全氮的一部分，也是有机质的一部分。当用部分（可矿化氮）与全体（有机质、全氮）进行相关计算时，其间存在着自相关关系，并不能完全反映可矿化氮与全氮、有机质关系的真实性。全氮、有机质虽然反映可矿化氮的库容，但不能反映植物生长期或培养期内土壤能够矿化的比例。矿化氮的数量取决于有机质和全氮中的可矿化部分，而不是其总量。土壤全氮或有机质作为评价土壤供氮能力的指标，效果不如可矿化氮[16]。可矿化氮与有机质、全氮的关系是稳定的，不随土壤、土层变化。这与前人研究结果[17-22]一致。

3结论

（1）对不同时间段NH+4N的累积量与时间的平方根进行相关分析，其决定系数（R2）在0.845 0～0.976 8之间，两者呈明显的线性相关。由此可知，土壤净矿化量与培养时间的平方根之间的相关性很好。

（2）累积矿化量随着培养时间的延长而逐渐上升，并且在前期变化幅度较大，后期平缓，矿化培养35 d之后逐渐趋图2不同培养时间土壤矿化速率图3不同棚龄土壤矿化速率于稳定。氮累积矿化量随土层深度的增加而逐渐降低。土壤净矿化量整体上随培养时间的延长而逐渐减少，培养前28 d土壤净矿化量下降幅度较大，之后21 d内的变化趋于平缓，49 d以后土壤净矿化量接近于0。

（3）由于大棚土壤高肥水的投入，总体上长龄大棚土壤矿化势略高于短龄大棚土壤，但矿化势与棚龄并没有表现出明显的相关性。在不同土层，矿化势随土壤层次的加深而逐渐减少，并且下降幅度较大。作为土壤养分指标的全氮、有机质含量与矿化势具有很好的相关性。

（4）不同土层矿化速率不同。随着土层的增加，土壤氮矿化速率逐渐增加，0～10 cm土层氮矿化速率在28～35 d之间达到最大值，10～40 cm土层氮矿化速率则在第7天达到最大值。所有大棚土壤在0～10 cm土层都表现出随培养时间的延长矿化速率呈现先增加后缓慢下降的趋势。不同棚龄矿化速率之间并没有表现出规律性的变化。

（5）大棚土壤pH随棚龄的延长略有下降，但变化幅度较小，对总矿化氮量的影响并不明显。在相同土层，总矿化量与有机质、全氮的比例变化幅度不大。从不同土层来看，OM/TN、MN/TN的比值随着土壤层次的加深而逐渐增加。可矿化氮与有机质、全氮的关系是稳定的，不随土壤、土层变化，既与表层土壤有机质、全氮相关，又与不同土层的有机质、全氮相关。

图4氮素矿化量与全氮含量的关系图5氮素矿化量与有机质含量的关系参考文献

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