典型农田土壤不同来源有机氮组分的稳定性差异及其机制

Understanding of the mechanisms for the soil nitrogen stability is essential for improving nitrogen use efficiency, reducing the negative impact of N fertilization on the environment and sustaining agricultural production. Aiming at revealing the mechanisms of soil N stability after organic material amendment, long-term field experiment, field landfill and incubation experiments are interacted in the Northeast (Black soil), central region (Fluvo-aquic soil) and Southern region (Red soil) of China in this study. The N fractions with different protection mechanisms are separated by the physical-chemical joint grouping method, and the turnover rates of those fractions are determined by labeled 15N incubation experiment. To understanding the formation process of different nitrogen fractions, the organic N structure in every fraction and its driving mechanisms by microorganism are investigated using the NMR and PLFA techniques, respectively, during the organic material decomposition in field. The results of this study will reveal the mechanism of soil nitrogen stability, offer theoretical reference for nitrogen transformation in soil and provide scientific basis for improving of soil fertility and reducing environment pollution in China.

土壤有机氮库稳定性机制是提高氮肥利用率，减少环境污染，促进现代集约化农业可持续发展的核心问题。本项目针对不同土壤有机氮库稳定性对长期添加外源有机物料的响应差异及其机制尚不明确的科学问题，将野外长期试验、室内培养试验和大田填埋试验相结合，采用物理-化学联合分组方法、15N同位素示踪、固体核磁共振和PLFA等技术，分析长期施用不同来源氮肥后，我国典型农田土壤游离活性、物理保护、化学保护和生物化学保护有机氮的时空演变特征及其转化周期，从各有机氮组分形成过程入手，揭示有机物腐解过程中土壤各有机氮组分的化学结构差异及其微生物驱动机制。研究结果将阐明土壤有机氮组分稳定性时空演变的差异及其机制，丰富土壤有机氮转化的基础理论，为我国典型农区土壤肥力培育尤其是氮素稳定高效的土壤培育和有机肥资源的高效利用提供科学依据。

土壤有机氮库稳定性机制是提高氮肥利用率，减少环境污染，促进现代集约化农业可持续发展的核心问题。本项目针对不同土壤有机氮库稳定性对长期添加外源有机物料的响应差异及其机制尚不明确的科学问题，将野外长期试验、室内培养试验和大田填埋试验相结合，分析长期施用不同来源氮肥后，我国典型农田土壤游离活性、物理保护、化学保护和生物化学保护有机氮的时空演变特征及其稳定性，采用田间填埋试验来揭示不同来源有机物料在土壤中的腐解特征，腐解过程中土壤氮组分的差异及其微生物驱动机制，为我国典型农区土壤肥力培育尤其是氮素稳定高效的土壤培育和有机肥资源的高效利用提供科学依据。. 研究结果表明，与不施肥相比，施肥相对降低了化学保护有机氮和生物化学保护有机氮组分比例，而提高了游离活性有机氮库和物理保护有机氮库比例。长期有机无机肥配施或无机肥结合秸秆还田可促进肥料氮在粗游离颗粒中的积累，降低在矿物结合有机物中的积累，这可能是有机无机肥配施增强土壤氮的有效性、促进作物氮吸收的原因之一。施用有机肥可促进外源氮肥保存在大颗粒中，使得粗游离颗粒固持氮有效性最高，有利于后季养分的供应。而单施化肥使团聚体外部矿物结合有机物中固持氮的有效性最高。团聚体内部矿物结合有机物组分虽固持氮含量较高，但氮有效性很低，对于土壤氮的稳定性起着关键作用。施用有机肥和秸秆还田均促进了土壤有机氮的积累，提高了微生物量氮和有机氮的微生物有效性。黑土和潮土上细菌和真菌数量均随时间的增加而降低，但细菌和真菌数量的比值（F/B）在不同土壤上却有着相反的变化趋势，黑土上真菌对秸秆的腐解起到重要作用，而潮土上其对有机肥和秸秆的贡献相近。秸秸腐解受到气候、土壤和物料性质协同作用影响，而粪肥则受气候因子影响最大。.