延边地区稻田土壤有机氮转化机理及氮碳耦合效应研究

土壤有机氮是农田生态系统中最大的氮库，其有效性决定着农田生态系统净初级生产力和农业生产的可持续性，其在土壤中的形态构成体现了生态系统自肥能力及其对农业环境的潜在影响。北方水田长期处于人工干扰和自然冻融干扰条件下，土壤氮转化过程复杂。本研究以东北水稻种植历史最长的延边地区稻田为研究对象，采用室内好气培养法、同位素稀释法和田间原位培养法研究有机氮的矿化势、总（净）氮矿化率、有机氮组分特征、微生物氮固持、N2O、CO2和CH4通量以及有机碳动态，以确定栽培耕作措施的长期人为干扰对农田土壤氮转化和矿化的影响，明确长期自然冻融过程对土壤有机氮转化的影响及其关键控制因子。通过有机氮、碳的同步测定，阐明土壤有机氮矿化与有机碳的耦合关系。项目研究可为深入了解北方稻田土壤有机氮、碳矿化和转化过程提供理论基础，为农田合理施肥，创建高效、安全、可持续的农业生产体系提供理论和技术支持。

延边稻区是东北开垦历史最早的稻田区，是中国北方稻田生态系统的代表性样带之一。北方地区具有近6个月土壤结冻期，导致该区稻田土壤有机氮的矿化过程明显区别于南方稻区。因此选择延边地区稻田土壤作为对象，研究其土壤有机氮净（总）矿化率、矿化势、有机氮构成及N2O排放过程，有助于了解北方寒冷地区稻田土壤的有机氮矿化机制，并为水稻施肥管理提供依据。结果表明：延边地区稻田土壤氮矿化势介于200.0-544.5 mg/kg之间，有机肥与化肥配施有利于提高开垦年限较短的稻田土壤有机氮矿化势；单施化肥或有机肥配施化肥处理促进了开垦年限较长稻田上层土壤DOC的释放。延边地区稻田土壤有机氮矿化过程表现出明显的季节特征，所有类型稻田7、8月份有机氮净矿（硝）化作用强烈；上层（0-10cm)土壤氮净矿化和净硝化过程明显高于下层(10-20cm)土壤；单施有机肥及有机肥与化肥配施稻田有机氮矿化能力高于单施化肥区。土壤温度与土壤C/N是影响土壤有机氮矿化的主要因素。延边地区稻田土壤微生物量氮(碳)表现出明显的季节动态和土壤垂直空间分布特征，均在8月或9月间达到生物量高峰，且上层土壤微生物量氮明显高于下层土壤；有机肥与化肥配施有助于稻田的土壤微生物量氮和碳积累；但单施化肥与单施有机肥措施对不同种植年限稻田的土壤微生物量氮（碳）富集作用不同。有机肥与化肥配施措施提高了稻田土壤总矿化率和总硝化率。种植年限越久(120年)的稻田土壤有机氮各组分对有机肥配施化肥措施反应更为敏感；有机肥配施化肥或单施有机肥措施有利于酸解总氮的积累。长期施用有机肥提高了土壤氨基酸态氮、氨基糖态氮的含量，利于非酸解氮、酸解未知氮的转化。单施有机肥与有机肥配施化肥的120年稻田土壤经过冻融作用，土壤酸解总氮总体呈降低的趋势。5个月的冻融处理对120年稻田单施无机肥土壤与80年稻田土壤酸解总氮的积累有利，而长期冻融作用（大于5个月）会使土壤酸解总氮损失。对酸解总氮贡献最大的是氨态氮、氨基酸态氮、氨基糖态氮。非酸解氮与酸解总氮规律相反。北方稻田N2O排放的主要时期为秋季；长期单施化肥措施比单施有机肥或有机肥与化肥配施处理增加了北方地区稻田N2O的排放。