新加入氮对土壤主要氮库周转速率影响及其对持续供氮的贡献

Recently, numerous studies have been carried out to estimate the mineralization of soil organic N and defixation of fixed ammonium concerning indigenous soil N supply, since soil N play a crucial role for the crop N uptake. Soil microbial biomass N and native organic N, represents biologically labile and reluctant organic N fraction respectively, constitute the soil organic N pool. Ammonium fixation and defixation can also play a crucial role for the efficiency of fertilizer N as it impacts the indigenous soil N supply towards crop N uptake. The formation and mineralization of the three interacted soil N pools determine the total organic N mineralization tendency, thus can predict N-supplying capacity of soil. However, little is still known about the turnover rate of the major N pools (soil microbial biomass N, fixed ammonium and native organic N) and their contributions to soil N supply in extended period. Thus, we study the dynamics of microbial biomass N, fixed ammonium and native organic N as affected by inorganic N form and application rates. The main objectives of the present study therefore are to assess (1) the effects of inorganic N form and application rate on mineralization and turnover rates of three soil N fractions, and (2) the contribution of mineralization and turnover rate of the main fractions to soil N supply.

土壤有机氮矿化和固定态铵释放是作物氮素营养的主要来源，也是表征土壤持续供氮力的重要指标。土壤有机氮包括土壤微生物量氮和原有有机氮，前者代表活性库，后者代表缓性和惰性库。二者与固定态铵的周转是土壤氮素内循环的重要组成部分。它们的形成与释放彼此联系、互为影响，共同参与完成土壤有机氮循环周转过程。然而，有关土壤三种主要氮库（微生物量氮、固定态铵和原有有机氮库）循环转化特征、内在联系和数量关系，以及对新加入氮的响应机制和对土壤持续供氮的贡献鲜有报道。据此我们拟利用15N示踪技术，以长期定位实验为平台，研究肥料种类和用量对土壤微生物量氮、固定态铵和原有有机氮库动态变化的影响，阐明土壤主要氮库的循环周转速率及其对土壤持续供氮的作用，揭示微生物量氮、固定态铵和原有有机氮库之间的内在联系和数量关系，为调控土壤氮素的供应，提高氮肥利用率，减少环境污染提供科学依据。

土壤有机氮矿化和固定态铵释放是作物氮素营养的主要来源，也是表征土壤持续供氮力的重要指标。土壤有机氮包括土壤微生物量氮和原有有机氮，前者代表活性库，后者代表缓性和惰性库。二者与固定态铵的周转是土壤氮素内循环的重要组成部分。然而，有关土壤三种主要氮库（微生物量氮、固定态铵和原有有机氮库）循环转化特征、内在联系和数量关系，以及对土壤持续供氮的贡献鲜有报道。为此，本研究设计了一组微区小麦试验，处理为15N标记硫酸铵配施普通秸秆（硫酸铵处理）和15N标记硝酸钾单施，氮肥施用量分别为0，50，100，200kg N /ha，连续三年监测15N标记土壤微生物量氮库，固定态铵库和原有有机氮库衰减，以揭示土壤主要氮库的循环周转速率及其对土壤持续供氮的作用。试验结果表明不同处理小麦氮肥利用率，土壤残留率以及损失率均呈现较大差异，原因在于肥料施用改变了土壤主要氮库循环周转过程，氮源数量和形态的改变最终引起作物对肥料氮素和土壤氮素吸收差异。硫酸铵配施秸秆土壤代表土壤中碳、氮源充足，硝酸钾处理代表土壤仅氮源充足，加上两种无机氮在土壤中转化途径不同，因此两个处理土壤氮素转化过程差异较大。硫酸铵处理中周转速率最快的是无机氮，半衰期为0.33 - 0.38年，其次为固定态铵和微生物量氮，变化最慢的是土壤原有有机氮。另外，肥料添加加速了微生物量氮和固定态铵的周转。硝酸钾处理周转速率也呈现无机氮>微生物量氮>固定态铵，而原有有机氮周转速率变化幅度较大，无从比较。土壤氮素周转最终影响其对作物的供氮能力。以硫酸铵处理为例，微生物量氮和固定态铵在施氮肥当年均向作物提供大约18%的肥料氮，是土壤不容忽视的潜在氮库，其后续的供氮能力也很强，且不受制作物吸氮能力，说明土壤氮素转化是一个独立于作物生长需氮的过程，其转化过程中多半伴随着损失和能量消耗，需在今后的研究中给予更多关注。