李壽田， 周健民， 王火焰， 杜昌文， 陳小琴， 錢劍林

(1.蘇州農業(yè)職業(yè)技術學院，江蘇 蘇州 215008;2.中國科學院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008)

多種養(yǎng)分間的交互作用可發(fā)生于土壤、根際和植物體內，對養(yǎng)分的遷移轉化、吸收和代謝有著深遠的影響［1-5］。水溶性養(yǎng)分是植物可直接利用的養(yǎng)分形態(tài)，水溶性養(yǎng)分的多少決定著土壤對植物養(yǎng)分的供應強度。氮磷鉀是農業(yè)生產中大量施用并且經常共同施用的肥料，三者在土壤中的相互作用影響著土壤對植物養(yǎng)分的供應強度和養(yǎng)分向環(huán)境的遷移［6-9］。因此，研究多養(yǎng)分同時存在時氮磷鉀相互作用對土壤水溶性養(yǎng)分的影響，對養(yǎng)分的植物有效性、肥料的合理使用和生態(tài)環(huán)境保護具有重要意義。本試驗通過研究磷酸二氫鈣和氯化鉀對尿素處理的黃泥土中水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮變化的影響，為研究自然條件下氮磷鉀肥料共施對氮肥有效性和環(huán)境影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

所用土壤為江蘇常熟黃泥土，屬水稻土類。土壤采自耕層(0～15 cm)，土壤采后放在實驗室內自然風干，過2 mm篩。其基本理化性狀均用常規(guī)方法測定［10］，結果見表1。

表1 供試土壤基本理化性狀Table 1 Basic physico-chemical properties o f tested soil

1.2 試驗處理

試驗共設8個處理。處理1(1U):氮(尿素，下同)施入量為110 mg/kg;處理2(2U):氮施入量為220 mg/kg;處理3(1UP):氮、磷(磷酸二氫鈣，下同)施入量分別為110 mg/kg和200 mg/kg;處理4(2UP):氮、磷施入量分別為220 mg/kg和200 mg/kg;處理5(1U1K):氮、鉀(氯化鉀，下同)施入量分別為110 mg/kg和310 mg/kg;處理6(2U2K):氮、鉀施入量分別為220 mg/kg和620 mg/kg;處理7(1U1KP):氮、鉀、磷施入量分別為110 mg/kg、310 mg/kg和200 mg/kg;處理8(2U2KP):氮、鉀、磷施入量分別為220 mg/kg、620 mg/kg和 200 mg/kg;對照(Ctrl):只加蒸餾水。每個處理4次重復。按不同處理稱取相應肥料溶解在蒸餾水中，然后用稱重法將不同肥料溶液加入土壤中，放在(25±1)℃條件下進行培養(yǎng)。

1.3 方法

稱取2.500 g土壤于小藥瓶中，用稱重法加入不同肥料配比的溶液，并使土壤含水量達到27.5%，然后用橡皮塞塞緊。在(25±1)℃條件下分別培養(yǎng) 2 d、15 d、36 d、66 d 和 107 d，其中，培養(yǎng)15 d、36 d、66 d和107 d的土壤，每隔7 d用稱重法加入一定量的去離子水，使其保持在田間持水量的狀態(tài)下。測定時，將小藥瓶放入塑料瓶中，按水土比20∶1加入50 ml蒸餾水，在(25±1)℃條件下振蕩30 min，然后用定量濾紙過濾，上清液用來測定水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量，銨態(tài)氮含量用靛酚藍比色法測定，硝態(tài)氮用紫外分光光度法測定［10］。

2 結果與分析

2.1 磷酸二氫鈣對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響

磷酸二氫鈣對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響見圖1。從圖1可看出，隨著培養(yǎng)時間的延長，對照土壤銨態(tài)氮含量逐漸升高，但在整個培養(yǎng)期間，土壤水溶性銨態(tài)氮含量只是由培養(yǎng)2 d時的4.73 mg/kg增加到培養(yǎng)107 d時的8.58 mg/kg。向土壤中加入尿素后，培養(yǎng)前期土壤溶液中銨態(tài)氮含量均顯著增加，加入的尿素量越大，土壤溶液中銨態(tài)氮含量也越大。培養(yǎng)2 d后，1U和2U處理銨態(tài)氮含量分別達到39.12 mg/kg和60.94 mg/kg，除去對照土壤中水溶性銨態(tài)氮的含量，1U和2U處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量分別占施入尿素態(tài)氮量的35.56%和27.70%。隨著培養(yǎng)時間的增加，尿素處理土壤溶液中的銨態(tài)氮含量出現(xiàn)急劇下降，并在培養(yǎng)后期與對照無顯著差異。磷酸二氫鈣可顯著降低尿素處理土壤培養(yǎng)2 d后溶液中銨態(tài)氮的含量，1UP和2UP處理水溶性銨態(tài)氮分別為25.01 mg/kg和60.94 mg/kg，與1U和2U相比，分別下降了36.06%和24.94%。而在培養(yǎng)15 d后，1UP與1U、2UP和2U處理間土壤水溶性銨態(tài)氮含量無顯著差異。

圖1 磷酸二氫鈣對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮(a)和硝態(tài)氮(b)的影響Fig.1 Effects of monocalcium phosphate on water-soluble ammonium nitrogen(a)and nitrate-nitrogen(b)of soil treated with urea

從圖1還可看出，隨著培養(yǎng)時間的延長，不同處理硝態(tài)氮含量均顯著升高，對照硝態(tài)氮含量增加幅度相對較小，由培養(yǎng)2 d的20.3 mg/kg增加到培養(yǎng)107 d的81.91 mg/kg。尿素處理土壤后，在處理前3個時期，硝態(tài)氮含量快速上升。其中，1U處理培養(yǎng)2 d后，硝態(tài)氮含量與對照處理無顯著差異，但隨著處理時間的延長，1U處理土壤硝態(tài)氮含量顯著上升，培養(yǎng) 107 d后，其硝態(tài)氮含量達到 204.65 mg/kg，占總施入氮的111.58%。2U處理土壤在整個處理期間，其硝態(tài)氮含量均顯著高于對照和1U處理，培養(yǎng)107 d后，土壤硝態(tài)氮含量為274.91 mg/kg，占施入氮的87.73%。磷酸二氫鈣可顯著提高尿素處理初期土壤硝態(tài)氮含量，使施磷處理土壤硝態(tài)氮含量顯著高于不施磷處理，但在處理后期，磷酸二氫鈣對土壤硝態(tài)氮的影響并不顯著。

2.2 氯化鉀對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響

氯化鉀對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響見圖2。從圖2可看出，氯化鉀顯著提高了尿素處理2 d的土壤中水溶性銨態(tài)氮含量，1U1K和2U2K處理水溶性銨態(tài)氮含量分別為42.36 mg/kg和86.72 mg/kg，與1U和2U處理相比，水溶性銨態(tài)氮含量分別增加了8.27%和42.31%。而隨著處理時間的延長，1U和1U1K處理水溶性銨態(tài)氮差異不顯著，2U2K處理在前3個處理時期，土壤水溶性銨態(tài)氮含量顯著高于2U處理，但處理36 d后，與2U處理的差異不顯著。1U1K處理除了在第1次處理時顯著高于1UP處理外，其他處理時期，兩者均無顯著差異，而2U2K處理在前3個處理時期，土壤水溶性銨態(tài)氮均顯著高于2UP處理，在后2個處理時期，兩者也無顯著差異。

從圖2還可看出，在處理第2 d，1U1K處理土壤硝態(tài)氮含量為10.01 mg/kg，顯著低于1U處理，而在處理中后期，相對于1U處理，氯化鉀抑制了土壤硝態(tài)氮含量增加;培養(yǎng)107 d后，1U1K處理土壤硝態(tài)氮含量為142.96 mg/kg，與1U處理相比，硝態(tài)氮含量下降了30.14%。在培養(yǎng)第2 d，2U2K處理土壤硝態(tài)氮含量與2U處理無顯著差異，但在培養(yǎng)后期，2U2K處理土壤硝態(tài)含量顯著低于2U處理;培養(yǎng)107 d后，2U2K處理硝態(tài)氮含量為240.64 mg/kg，與 2U處理相比，硝態(tài)氮含量下降了12.47%。另外，在第1個、第3個處理時期，1U1K處理土壤硝態(tài)氮含量顯著低于1UP處理;其他處理時期，硝態(tài)氮含量雖低于1UP處理，但均未達到顯著水平。2U2K處理除在第3個處理時期與2UP處理土壤硝態(tài)氮含量無顯著差異外，其他處理時期，土壤硝態(tài)氮含量均顯著低于2UP處理。

圖2 氯化鉀對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮(a)和硝態(tài)氮(b)的影響Fig.2 Effects of potassium chloride on water-soluble ammonium nitrogen(a)and nitrate nitrogen(b)of soil treated with urea

2.3 磷酸二氫鈣和氯化鉀共處理對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響

磷酸二氫鈣和氯化鉀對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響見圖3。從圖3可看出，在培養(yǎng)2 d后，1U1KP處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量為30.36 mg/kg，與1U處理相比，銨態(tài)氮含量顯著下降了22.40%，但在其他培養(yǎng)時期，1U1KP處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量與1U處理差異不大。在培養(yǎng)第1和第3個時期，1U1KP處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量顯著低于1U1K處理。在培養(yǎng)前2個時期，1U1KP處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量顯著高于1UP處理，但在隨后的處理過程中，不同處理間差異不顯著。在培養(yǎng)前3個時期，2U2KP處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量均顯著高于2U和2UP處理土壤，但在培養(yǎng)前2個時期，土壤水溶性銨態(tài)氮含量要顯著低于2U2K處理，而在隨后的培養(yǎng)過程中，不同處理間差異不顯著。

圖3 氯化鉀和磷酸二氫鈣對尿素處理土壤水溶性銨態(tài)氮(a)和硝態(tài)氮(b)的影響Fig.3 Effects of potassium chloride and monocalcium phosphate on water-soluble ammonium nitrogen(a)and nitrate-nitrogen(b)of soil treated with CO(NH2)2

從圖3還可看出，當磷酸二氫鈣、氯化鉀和尿素 共施時，在培養(yǎng)初期，1U1KP和2U2KP處理土壤硝態(tài)氮含量分別為39.97 mg/kg和62.73 mg/kg，均顯著高于相應的1U和2U處理，但在培養(yǎng)中后期，1U1KP和2U2KP處理土壤硝態(tài)氮含量均顯著低于相應的1U和2U處理;培養(yǎng)107 d后，1U1KP和2U2KP處理硝態(tài)氮含量分別為153.88 mg/kg和232.03 mg/kg，與1U和2U處理相比，土壤中硝態(tài)氮含量分別下降了24.81%和15.60%。在處理前期1U1KP硝態(tài)氮含量顯著高于1UP和1U1K處理，但在其他處理時期，其硝態(tài)氮含量均顯著低于1UP，而在后3個處理期間，硝態(tài)氮含量與1U1K處理無顯著差異。2U2KP處理硝態(tài)氮含量除培養(yǎng)初期與2UP處理無差異外，其他培養(yǎng)時期均顯著低于2UP處理。另外，2U2KP處理除第1次取樣時硝態(tài)氮含量顯著高于2U2K處理和第4次取樣時顯著低于2U2K處理外，在其他取樣時間與2U2K處理無差異。

2.4 不同處理土壤水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮變化的相關性分析

將不同處理水溶性銨態(tài)氮的變化與相應處理硝態(tài)氮的變化進行相關性分析，結果見表2。由表2可看出，對照土壤水溶性銨態(tài)氮含量與硝態(tài)氮含量的相關系數(shù)為0.443(P＞0.05)，兩者之間并無顯著的相關性。而其他處理水溶性銨態(tài)氮含量與硝態(tài)氮含量之間存在著顯著的負相關(相關系數(shù)在－0.997至 －0.930之間，均值為 －0.968(P＜0.01)。這說明，除對照外，不同處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量的下降與硝態(tài)氮含量的上升具有很好的相關性。

表2 不同處理土壤水溶性銨態(tài)氮與硝態(tài)氮相關性分析Table 2 Correlation analysis of water-soluble ammonium nitrogen and nitrate nitrogen in different treatments

3 討論

尿素施入土壤后，酰胺態(tài)氮水解后形成銨態(tài)氮，造成土壤水溶性銨態(tài)氮含量增加，但與施入的氮量相比，銨態(tài)氮含量只占較小比例(110 mg/kg尿素和220 mg/kg尿素處理銨態(tài)氮含量分別占施入氮的35.56%和27.70%)，這是由于尿素在水解過程中，有一部分尿素態(tài)氮并沒有轉變成銨態(tài)氮，而水解生成的銨態(tài)氮又被吸附在交換位點和非交換性位點上，從而使土壤中水溶性銨態(tài)氮含量顯著下降。而當同時加入氯化鉀時，由于土壤中的交換位點對K+的親和性大于對NH+4的親和性，而非交換性位點對NH+4的親和性大于對K+的親和性［11-12］，加入的K+能夠與NH+4競爭交換性位點和非交換性位點，使被吸附的NH+4減少，從而提高尿素處理土壤前期水溶性NH+4含量，這與氯化鉀能夠提高氯化銨處理土壤水溶性銨態(tài)氮含量的結果是一致的［13］。另外，氯化鉀抑制了尿素處理土壤后期的硝化作用，使處理后期土壤硝態(tài)含量下降。這與鉀促進銨的固定［14］和抑制固定態(tài)銨的釋放［15］有關。另外，施入鉀時所帶入的伴隨離子如氯離子對硝化細菌的活性有一定的影響，也能使硝化作用下降［16-17］。

磷酸二氫鈣的加入顯著降低了培養(yǎng)前期尿素處理土壤溶液中銨態(tài)氮的含量，但在培養(yǎng)中后期，磷酸二氫鈣處理土壤水溶性銨態(tài)氮的含量與尿素處理土壤無顯著差異。前人研究結果表明，尿素施入土壤后，存在著一個水解過程，其水解的最適pH在6.5左右［18］，而磷酸二氫鈣的加入會降低土壤的 pH值，使水解尿素的脲酶活性受到了一定的抑制［19］，使尿素水解速率降低。因此，在培養(yǎng)前期，一部分的酰胺態(tài)氮并沒有立即轉變成銨成氮，從而造成土壤溶液中銨態(tài)氮含量較低。但隨著培養(yǎng)時間的增加，土壤中酰胺態(tài)氮逐漸被脲酶水解完全轉變成銨態(tài)氮，使不同處理間水溶性銨態(tài)氮含量差異不顯著。磷酸二氫鈣對尿素處理土壤硝態(tài)氮的影響主要表現(xiàn)在處理前期，使土壤硝態(tài)氮含量顯著高于尿素處理土壤，這可能與土壤pH值降低抑制了氨揮發(fā)有關［20］。但磷酸二氫鈣對處理中期土壤的硝化有輕微的抑制作用，使土壤硝態(tài)氮含量低于尿素處理土壤，但均未達到顯著水平，這也與土壤pH的下降有正相關關系［21］，而磷酸二氫鈣對硝化作用的抑制，對提高肥料利用率、減少硝態(tài)氮的淋失是有益的。

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