3討論

3.1可礦化氮變化及其土壤控制因子

土壤可礦化氮量是指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施氮實(shí)踐的重要參數(shù)，其變化反映一定時(shí)期內(nèi)植物可利用態(tài)土壤有機(jī)氮數(shù)量差異。本研究中，培養(yǎng)7、28、112 d條件下，不同土壤間累積礦化氮量變異系數(shù)依次降低，其主要原因可能在于：一、不同土壤間氮礦化速率及其差異均隨培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)而降低；二、風(fēng)干土壤氮素礦化存在“干土效應(yīng)”，即風(fēng)干過程中死亡原生生物體的快速礦化及其對(duì)微生物活性的促進(jìn)作用，導(dǎo)致土壤氮素在培養(yǎng)初期具有更高的礦化速率及礦化變異性。事實(shí)上，多數(shù)農(nóng)耕土壤時(shí)常經(jīng)歷干濕交替過程，土壤氮素礦化的干土效應(yīng)在自然狀態(tài)下亦難以完全避免。不同土壤氮素礦化的干土效應(yīng)并不一致，但風(fēng)干過程并不會(huì)改變不同土壤間氮素礦化能力的相對(duì)順序。因此，土壤氮素礦化研究常使用風(fēng)干土壤。No表征土壤可礦化氮供應(yīng)容量。本研究顯示，洞庭湖區(qū)不同亞類水稻土No值總體上以潴育性水稻土、潛育性水稻土、淹育性水稻土的次序依次降低，其原因在于潴育性水稻土相對(duì)于潛育和淹育性水稻土而言，保持了更好的土壤水分狀況，這有利于增強(qiáng)土壤氮循環(huán)微生物活性和養(yǎng)分有效性。

土壤可礦化氮變化受許多因素影響，在環(huán)境相同情形下，不同土壤間可礦化氮量的差異，主要受其理化特性的控制，有機(jī)質(zhì)、碳氮比、質(zhì)地及pH值等被認(rèn)為是影響有機(jī)氮礦化的重要土壤因子。在一定范圍內(nèi)，土壤碳氮比和pH值往往與可礦化氮分別具負(fù)和正相關(guān)關(guān)系，這與本研究結(jié)果相一致，但未發(fā)現(xiàn)土壤可礦化氮量與碳氮比和pH值具顯著相關(guān)關(guān)系，這可能與同區(qū)域同類型土壤在相似管理影響下具有較低的pH值和碳氮比值變幅有關(guān)。土壤可礦化氮與粘粒含量顯著正相關(guān)原因在于土壤新形成的團(tuán)聚體富含易礦化氮素且其易與粘粒結(jié)合。土壤可礦化氮與有機(jī)碳和全氮含量亦呈極顯著正相關(guān)(表5)，這是因?yàn)橥寥烙袡C(jī)碳和全氮是可礦化氮的源泉，先前的很多研究證實(shí)二者同土壤可礦化氮顯著正相關(guān)。然而，鑒于土壤有機(jī)碳和全氮含量代表著氮素礦化的理論極限值，其反映土壤供應(yīng)可礦化氮能力差異只能達(dá)到半定量水平，因此分析有機(jī)碳(氮)組分及其質(zhì)量與土壤可礦化氮間的關(guān)系對(duì)深入理解土壤礦化供氮特征及氮素有效性更具實(shí)際意義。

3.2土壤有機(jī)氮組分及其與可礦化氮關(guān)系

有機(jī)態(tài)氮化學(xué)形態(tài)復(fù)雜，其各組分含量受一系列自然和人為因素的綜合影響。本研究各土壤酸未解氮含量均明顯低于酸解氮含量，但亦有研究顯示不同輪作模式及施氮量條件下，黃棕壤有機(jī)氮均以非酸解氮為構(gòu)成主體，這說明土壤有機(jī)氮的酸解效率可能更直接客觀地決定于土壤成土特性而非人為活動(dòng)的干擾。鑒別酸解有機(jī)氮組分是深入理解土壤有機(jī)氮生物有效性的基礎(chǔ)，氨基酸氮是酸解氮中主要可鑒別的含氮化合物，本試驗(yàn)各土壤酸解氮中均以氨基酸氮組分含量最高，而北方一些旱作土壤呈現(xiàn)氨態(tài)氮和氨基酸氮含量基本相當(dāng)或以氨態(tài)氮含量最高的特征，這種差異的原因，一方面可能是由于北方氣候溫暖區(qū)土壤粘土礦物多以2∶1型礦物為主，其具備很強(qiáng)的固銨能力，而固定態(tài)銨是酸解氨態(tài)氮的主要來源之一，且在酸解條件下有較高的釋放效率；另一方面可能是稻田和旱地水熱條件的差異影響土壤有機(jī)氮組分間相互轉(zhuǎn)化及其分配格局。供試土壤全氮在不同酸解組分中的分配特征與趙麗等的研究結(jié)果一致，但計(jì)算獲得土壤全氮中各有機(jī)氮組分比例的變異系數(shù)值僅為14.0%～29.7%，較相應(yīng)組分含量變異系數(shù)值降幅達(dá)26.7%～60.9%，反映出相似管理?xiàng)l件下同類土壤有機(jī)氮素在不同組分間的分配具有一定的共性。

有機(jī)態(tài)氮是土壤礦質(zhì)氮的源和庫，有機(jī)氮分組為揭示土壤不同形態(tài)有機(jī)氮與可礦化氮間的親疏關(guān)系提供技術(shù)支持。簡(jiǎn)單相關(guān)分析揭示土壤有機(jī)氮組分與可礦化氮間的平行關(guān)系，本研究發(fā)現(xiàn)僅酸未解氮未與可礦化氮具顯著正相關(guān)關(guān)系(P>0.05)，這與酸未解氮主要以雜環(huán)態(tài)存在于高度縮合且穩(wěn)定性較高的腐殖質(zhì)組分中有直接關(guān)系。酸解氮中，未知氮代表相對(duì)不易礦化的土壤酸解氮形態(tài)，多數(shù)情況下其有效性較低。本研究中，與其它酸解氮組分進(jìn)行比較，未知氮表現(xiàn)出與可礦化氮具更弱的正相關(guān)關(guān)系，且達(dá)顯著水平(P<0.05)。酸未解氮對(duì)No具抑制作用，但有研究顯示該組分氮與可礦化氮的關(guān)系似乎與土壤淹水培養(yǎng)時(shí)長(zhǎng)有緊密關(guān)聯(lián)。氨基酸氮與可礦化氮的正相關(guān)性最好，且是唯一進(jìn)入到逐步回歸方程的酸解氮組分，這充分說明氨基酸氮對(duì)試驗(yàn)土壤可礦化氮供應(yīng)有重要意義。Lu等研究顯示黃土高原旱地土壤淹水條件下以酸解氨態(tài)氮對(duì)土壤可礦化氮的貢獻(xiàn)最大；梁國慶等對(duì)石灰性潮土的研究表明，植物吸收態(tài)可礦化氮主要來自氨基酸態(tài)氮，其次是氨態(tài)氮，氨基糖態(tài)氮的貢獻(xiàn)程度最低；彭銀燕等則認(rèn)為酸解未知氮對(duì)不同施肥和地下水位影響下的紅壤性水稻土可礦化氮的貢獻(xiàn)最大。不同研究結(jié)果的差異可能與氣候條件、土壤類型及耕作施肥等因素綜合影響有關(guān)。氨基酸氮與Nmin-7、Nmin-28、Nmin-112建立的逐步回歸方程的決定系數(shù)(R2)依次增大，表征隨土壤氮素礦化作用的增強(qiáng)，氨基酸氮的貢獻(xiàn)增大。

土壤有機(jī)氮各組分含量的消長(zhǎng)及其對(duì)土壤可礦化氮的貢獻(xiàn)特性，以一種組分間相互轉(zhuǎn)化、相互制約或促進(jìn)的復(fù)雜態(tài)勢(shì)存在，通徑分析可在相關(guān)分析基礎(chǔ)上更精確地解析土壤有機(jī)氮組分與可礦化氮間的因果關(guān)系。本研究中，雖然酸解氨態(tài)氮含量遠(yuǎn)高于氨基糖氮，二者與可礦化氮間的相關(guān)性幾無差異，但通徑分析中二者間對(duì)No的決策系數(shù)卻存在明顯差異，這在一定程度上說明酸解氮組分對(duì)可礦化氮的貢獻(xiàn)大小與其數(shù)量的多寡沒有必然聯(lián)系；酸解氨態(tài)氮來源復(fù)雜，其中某些來源化合物因具有相對(duì)氨基酸氮和氨基糖氮更高的化學(xué)穩(wěn)定性而降低其結(jié)合氮素的生物直接可利用性。氨基酸氮對(duì)No具有最大的直接作用和最高的決策系數(shù)，對(duì)試驗(yàn)土壤可礦化氮的綜合影響作用最大。之前有研究報(bào)道，酸解條件下，堿性氨基酸中的非α-氨基氮和脯氨酸中的氨基氮均不能用茚三酮氧化-磷酸鹽-硼酸鹽緩沖液蒸餾法測(cè)得，這些氨基酸態(tài)氮被歸入到氨態(tài)氮或酸解未知氮中，若考慮這些因素，氨基酸氮可能對(duì)土壤可礦化氮或植物可利用氮具有更大的貢獻(xiàn)。盡管如此，應(yīng)注意到多種有機(jī)氮組分可同時(shí)對(duì)可礦化氮有貢獻(xiàn)，其貢獻(xiàn)差異受有機(jī)氮組分間相互轉(zhuǎn)化過程的深刻影響。對(duì)農(nóng)業(yè)土壤而言，頻繁的人為活動(dòng)對(duì)土壤有機(jī)氮素形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響更為強(qiáng)烈和復(fù)雜。因此，加強(qiáng)多因素綜合影響下土壤有機(jī)氮素周轉(zhuǎn)特性研究應(yīng)是深入理解土壤有機(jī)氮組分對(duì)可礦化氮的貢獻(xiàn)演變及其有效性的重要基礎(chǔ)。

4結(jié)論

酸解氮是洞庭湖區(qū)雙季稻田輪作水稻土有機(jī)氮素的主要存在形態(tài)，其各組分含量及分配比例以氨基酸氮為最高、氨態(tài)氮和酸解未知氮次之，氨基糖氮為最低；不同類型水稻土間酸解氮含量和氮礦化勢(shì)總體上依潴育性水稻土、潛育性水稻土、淹育性水稻土的次序依次降低。土壤有機(jī)碳、全氮及粘粒含量均與土壤可礦化氮間呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，是控制土壤有機(jī)氮礦化的重要理化因子。土壤酸解氮與可礦化氮關(guān)系密切，其中，氨基酸氮是對(duì)可礦化氮有直接重要貢獻(xiàn)的組分，是土壤可礦化氮的主要來源，氨基糖氮、氨態(tài)氮和酸解未知氮各自對(duì)土壤氮礦化勢(shì)的影響則主要在于其通過其它酸解氮組分尤其是氨基酸氮所起的間接作用。酸解氮中除未知氮外的其它組分均對(duì)土壤氮礦化勢(shì)起增進(jìn)作用，提升有機(jī)氮中這些組分的分配比例有利于增加土壤可礦化氮供應(yīng)容量。