張世漢，武 均,2，張仁陟,2,3，齊 鵬，2，3，賀永巖，郭萬里

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省節(jié)水農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心,甘肅 蘭州 730070)

有機(jī)態(tài)氮是土壤氮素的主要成分[1]， 90%以上的氮以有機(jī)態(tài)化合物的形式存在[2]，有機(jī)態(tài)氮只有轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)氮才能被作物吸收利用[3]。因此，研究有機(jī)氮組分的含量與組分間的關(guān)系對(duì)土壤的供氮能力及優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)氮肥投入具有重要意義。眾多研究表明[4-8]，土壤有機(jī)氮組分的含量與分布受土壤類型、耕作措施、施肥種類和方式等多方面因素的影響，而合理的施肥方式可維持土壤肥力與生產(chǎn)力、改善土壤生態(tài)環(huán)境、節(jié)約農(nóng)業(yè)投入。

自Bremner[9]提出將有機(jī)氮分為酸解有機(jī)氮和非酸解氮后，有機(jī)氮組分備受學(xué)者們關(guān)注。研究者們[10-15]對(duì)有機(jī)氮組分的分布特征及其礦化特性進(jìn)行大量研究，但由于受土壤類型、氣候環(huán)境等因素影響，各有機(jī)氮組分對(duì)土壤供氮潛力尚存爭(zhēng)議。張電學(xué)等[6]研究不同施肥制度對(duì)褐土有機(jī)氮組分的影響，結(jié)果表明，有機(jī)氮積累過程中，化肥氮主要進(jìn)入土壤氨態(tài)氮和氨基酸態(tài)氮庫，而有機(jī)肥料氮?jiǎng)t主要進(jìn)入土壤氨基酸態(tài)氮庫；韋至激等[16]研究稻田土壤有機(jī)氮組分發(fā)現(xiàn)，干濕交替灌溉和增施氮肥可提高稻田土壤酸解氨態(tài)氮和氨基糖態(tài)氮含量；賈倩等[17]對(duì)比研究了水旱輪作下氮肥用量對(duì)土壤有機(jī)氮含量及其組分的影響，發(fā)現(xiàn)周年氮肥合理施用能明顯提高土壤有機(jī)氮含量，水旱輪作下土壤酸解態(tài)氮庫各組分變化差異明顯；任金鳳等[18]通過研究長(zhǎng)期施肥對(duì)潮棕壤有機(jī)氮組分的影響，發(fā)現(xiàn)無論單施化肥還是有機(jī)肥或二者配施均會(huì)顯著影響土壤有機(jī)氮各組分的含量，單施化肥顯著提高了酸解氨態(tài)氮含量，而氨基酸態(tài)氮降低，單施有機(jī)肥主要提高氨基酸態(tài)氮和氨基糖態(tài)氮含量，二者配施有機(jī)氮各組分含量均有所增加，其中酸解未知氮增加較多。盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于有機(jī)無機(jī)肥對(duì)有機(jī)氮組分相關(guān)關(guān)系及其礦化特性的影響做了大量研究，但大多集中于草地、稻田、森林和濕地等，對(duì)旱地有機(jī)氮組分相關(guān)研究較少，尤其是土壤貧瘠、生產(chǎn)力低下的黃土高原隴中地區(qū)[19]鮮見報(bào)道。此外，結(jié)合特定生態(tài)環(huán)境和農(nóng)作措施研究土壤有機(jī)氮組分的變化規(guī)律，對(duì)提升土壤供氮潛力具有重要意義。因此，本研究依托甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)于2014年布設(shè)在定西市安定區(qū)李家堡鎮(zhèn)的不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加定位試驗(yàn)，利用Bremner分級(jí)法，通過對(duì)該試區(qū)2018年土壤酸解有機(jī)氮組分含量的測(cè)定分析，以探明不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加對(duì)酸解有機(jī)氮組分含量的影響，并為該區(qū)春小麥栽培尋求有利于提高土壤供氮能力的合理施肥方式。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于隴中黃土高原半干旱丘陵溝壑區(qū)的甘肅省定西市李家堡鎮(zhèn)。該區(qū)海拔2 000 m左右，年均太陽輻射594.7 kJ·cm-2，日照時(shí)數(shù)2 476.6 h，年均氣溫6.4℃，≥0℃積溫2 933.5℃，≥10℃積溫2 239.1℃，無霜期140 d，多年平均降水390.9 mm，年蒸發(fā)量1 531 mm，干燥度2.53，80%保證率的降水量為365 mm，變異系數(shù)為24.3%，土壤為典型的黃綿土，土質(zhì)綿軟, 土層深厚, 質(zhì)地均勻，儲(chǔ)水性能良好。0～200 cm土層土壤容重平均為1.17 g·cm-3，凋萎含水率7.3%，飽和含水率21.9%，是典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。試驗(yàn)布設(shè)前，土壤全氮含量為0.88 g·kg-1、土壤全磷含量為0.83 g·kg-1、土壤有機(jī)質(zhì)含量為15.91 g·kg-1、土壤硝態(tài)氮9.27 mg·kg-1、銨態(tài)氮含量為4.23 mg·kg-1、速效磷含量為12.34 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)涉及秸稈、生物質(zhì)炭、氮素3個(gè)因素，秸稈設(shè)置為不施、施用秸稈2個(gè)水平；生物質(zhì)炭為不施和施用生物質(zhì)炭2個(gè)水平；氮素設(shè)置為不施氮、施純氮50 kg·hm-2、施純氮100 kg·hm-23個(gè)水平。試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)處理(表1)。采用隨機(jī)區(qū)組排列，各處理3個(gè)重復(fù)，共計(jì)27個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積3×6=18 m2。其中，生物質(zhì)炭于2014年3月上旬一次性均勻施入15 t·hm-2，利用旋耕機(jī)將其翻埋入土壤(耕深18±2 cm)。秸稈于每年收獲后利用鍘草機(jī)切割為3～5 cm長(zhǎng)小段均勻散布于還田小區(qū)內(nèi)，并利用旋耕機(jī)將其翻埋入土壤(三耕兩耱，耕深18±2 cm)。各處理于每年播種前均施入P2O5105 kg·hm-2(過磷酸鈣，P2O5含量為14%)；試驗(yàn)中所添加氮素為尿素(純氮含量為46%)，于每年播種前根據(jù)各處理所需用量同磷肥一并均勻撒施于各小區(qū)后，迅速利用播種機(jī)播種(播深7±2 cm)，待肥料與土壤混合，利用耙耱?qū)⒌伛蚱健?/p>

供試作物為定西40號(hào)春小麥(TriticumturgidumL.)，自2014年開始，采用春小麥連作并遵循定西當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)耕作生產(chǎn)方式，于每年3月下旬播種，播量為187.5 kg·hm-2，行距20 cm，7月下旬收獲，收獲后三耕兩耱。供試生物質(zhì)炭來源于金和福農(nóng)業(yè)科技股份有限公司生產(chǎn)的生物質(zhì)炭(過200目篩)，碳含量53.28%，氮素含量1.04%；小麥秸稈含碳量38.49%，氮素含量為0.55%。

1.3 樣品采集與處理

于2018年7月作物收獲后采集不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加試驗(yàn)的供試土樣。利用5點(diǎn)采樣法用土鉆分別采集各小區(qū)0～5、5～10、10～30 cm 3個(gè)土層土樣各1 000 g左右，混合均勻后裝自封袋，帶回室內(nèi)風(fēng)干后過2 mm 篩待測(cè)。土壤有機(jī)氮分級(jí)采用Bremner方法[9]，土壤酸解總有機(jī)氮采用6 mol·L-1HCL酸解—?jiǎng)P氏半微量定氮法測(cè)定；酸解氨態(tài)氮采用MgO蒸餾法測(cè)定；酸解氨態(tài)氮+氨基糖態(tài)氮采用磷酸鹽—硼酸鹽緩沖液蒸餾法測(cè)定；酸解氨基酸態(tài)氮采用茚三酮氧化、磷酸鹽—硼酸鹽緩沖液蒸餾法測(cè)定；酸解未知態(tài)氮和酸解氨基糖態(tài)氮?jiǎng)t采用差減法求得。有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定，全氮采用凱氏法測(cè)定。

表1 試驗(yàn)處理

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)方法

利用Microsoft Excel 2010軟件作圖與制表，采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中多重比較采用新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加對(duì)土壤酸解總有機(jī)氮的影響

由圖1可知，各處理下土壤酸解總有機(jī)氮含量均隨土層加深呈降低趨勢(shì)。各土層土壤酸解總有機(jī)氮含量均以BN100處理最高，CN0處理最低。在0～5 cm土層，CN50、CN100、BN50、BN100、SN50、SN100處理土壤酸解總有機(jī)氮含量高于CN0處理8.00%、14.81%、17.86%、24.45%、12.29%、17.86%；在5～10 cm土層，CN100、BN0、BN50、BN100、SN50、SN100處理土壤酸解總有機(jī)氮含量高于CN0處理19.23%、9.57%、18.53%、23.79%、12.90%、20.25%；在10～30 cm土層，CN50、CN100、BN50、BN100、SN50、SN100處理土壤酸解總有機(jī)氮含量高于CN0處理8.94%、15.10%、16.84%、22.01%、11.41%、19.70%。

注：不同字母表示在P<0.05水平下各土層不同處理差異顯著，下同。Note: Different letters indicate the significant difference under the level of P<0.05, the same below.圖1 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加處理土壤酸解總有機(jī)氮含量Fig.1 Soil total acid-hydrolyzable nitrogen content under different nitrogen, straw and biochar treatment

由表2可知，氮素、秸稈和生物質(zhì)炭對(duì)0～30 cm各土層的酸解總有機(jī)氮含量均有顯著效應(yīng)。N100處理(CN100、BN100、SN100處理的均值)的土壤酸解總有機(jī)氮含量高于N0(CN0、BN0、SN0處理的均值)(土層由上至下)15.60%、16.41%、15.89%。添加秸稈處理(SN0、SN50、SN100處理的均值)的土壤酸解總有機(jī)氮含量分別高于無碳素添加處理(CN0、CN50、CN100處理的均值)(土層由上至下)4.26%、4.72%、4.47%。生物質(zhì)炭處理(BN0、BN50、BN100處理的均值)的酸解總有機(jī)氮含量顯著高于無碳素添加處理(土層由上至下)10.12%、9.14%、7.61%。

2.2 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加對(duì)土壤酸解氨態(tài)氮的影響

由圖2可知，各處理下土壤酸解氨態(tài)氮含量均隨土層加深呈降低趨勢(shì)。各土層土壤酸解氨態(tài)氮含量均以BN100處理最高，CN0處理最低。在0～5 cm土層，CN50、CN100、BN0、BN50、BN100、SN0、SN50、SN100處理均高于CN0處理土壤酸解氨態(tài)氮含量12.71%、25.28%、11.47%、27.50%、37.16%、9.09%、23.72%、32.41%；在5～10 cm土層，CN50、CN100、BN0、BN50、BN100、SN0、SN50、SN100處理均高于CN0處理土壤酸解氨態(tài)氮含量12.98%、31.99%、19.31%、31.84%、38.09%、13.33%、25.02%、36.72%；在10～30 cm土層，CN50、CN100、BN0、BN50、BN100、SN0、SN50、SN100處理均高于CN0處理土壤酸解氨態(tài)氮含量15.52%、26.59%、17.09%、32.16%、37.58%、13.64%、23.14%、35.18%。

由表3可知，氮素、秸稈、生物質(zhì)炭對(duì)0～30 cm各土層的土壤酸解氨態(tài)氮含量均有顯著效應(yīng)，而氮素和生物質(zhì)炭的交互效應(yīng)僅對(duì)5～10 cm土層的土壤酸解氨態(tài)氮含量效應(yīng)達(dá)到顯著水平。N50處理(CN50、BN50、SN50處理的均值)、N100處理(CN100、BN100、SN100處理的均值)的土壤酸解氨態(tài)氮含量分別高于N0(CN0、BN0、SN0處理的均值)(土層由上至下)15.81%、14.10%、15.03%，26.76%、27.28%、25.36%。添加秸稈處理(SN0、SN50、SN100處理的均值)的土壤酸解氨態(tài)氮含量分別高于無碳素添加處理(CN0、CN50、CN100處理的均值)(土層由上至下)10.45%、11.03%、11.39%。生物質(zhì)炭處理(BN0、BN50、BN100處理的均值)的土壤酸解氨態(tài)氮含量高于無碳素添加處理(土層由上至下)15.02%、16.25%、17.19%。

表2 氮素、秸稈、生物質(zhì)炭對(duì)土壤酸解總氮含量的效應(yīng)

注：*，**，***分別表示在P<0.05，P<0.01和P<0.001水平下有顯著效應(yīng)，n.s.表示在P<0.05水平下無顯著效應(yīng)；*，**，***和n.s.前的數(shù)值為F檢驗(yàn)值，下同。

Note: *, **, and *** indicate significant difference atP<0.05,P<0.01, andP<0.001, respectively; n.s. indicates no significant difference atP<0.05. The values representF-statistic in front of n.s. *, **, and ***. The same below.

2.3 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加對(duì)土壤酸解氨基糖態(tài)氮的影響

由圖3可知，各處理下土壤氨基糖態(tài)氮含量均隨土層加深呈增加趨勢(shì)。各土層土壤氨基糖態(tài)氮含量均以SN100處理最高，CN0處理最低。在0～5 cm土層，B0、BN50、BN100、SN0、SN50、SN100處理土壤氨基糖態(tài)氮含量高于CN0處理21.26%、24.76%、29.25%、26.40%、34.04%、35.60%；在5～10 cm土層，CN100、BN0、BN50、BN100、SN0、SN50、SN100處理土壤氨基糖態(tài)氮含量高于CN0處理13.89%、17.96%、19.73%、26.25%、29.41%、32.03%、32.98%；在10～30 cm土層，CN100、BN0、BN50、BN100、SN0、SN50、SN100處理土壤氨基糖態(tài)氮含量高于CN0處理11.70%、14.26%、17.58%、27.89%、26.35%、31.01%、33.17%。

圖2 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加處理土壤酸解氨態(tài)氮含量Fig.2 Soil acid-hydrolyzable ammoniac nitrogen content under different nitrogen, straw and biochar treatment

表3 氮素、秸稈、生物質(zhì)炭對(duì)土壤酸解氨態(tài)氮含量的效應(yīng)

由表4可知，氮素、秸稈和生物質(zhì)炭對(duì)0～30 cm各土層的土壤氨基糖態(tài)氮含量均有顯著效應(yīng)。N100處理(CN100、BN100、SN100處理的均值)的土壤氨基糖態(tài)氮含量分別高于N0(CN0、BN0、SN0處理的均值)(土層由上至下)12.30%、9.83%、12.24%。添加秸稈處理(SN0、SN50、SN100處理的均值)的土壤氨基糖態(tài)氮含量分別高于無碳素添加處理(CN0、CN50、CN100處理的均值)(土層由上至下)26.46%、26.51%、25.78%。生物質(zhì)炭處理(BN0、BN50、BN100處理的均值)的土壤氨基糖態(tài)氮含量高于無碳素添加處理(土層由上至下)18.86%、15.32%、15.20%。

2.4 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加對(duì)土壤酸解氨基酸態(tài)氮的影響

由圖4可知，各處理下土壤酸解氨基酸態(tài)氮含量均隨土層加深呈降低趨勢(shì)。各土層土壤酸解氨基酸態(tài)氮含量均以BN100處理最高，CN0處理最低。在0～5 cm土層，CN50、CN100、BN0、BN50、BN100、SN0、SN50、SN100處理土壤酸解氨基酸態(tài)氮含量高于CN0處理9.77%、16.50%、9.04%、22.32%、29.91%、11.12%、18.82%、26.47%；在5～10 cm土層，CN50、CN100、BN0、BN50、BN100、SN0、SN50、SN100處理土壤酸解氨基酸態(tài)氮含量高于CN0處理8.96%、21.52%、10.68%、22.38%、29.46%、14.23%、21.72%、29.93%；在10～30 cm土層，CN50、CN100、BN50、BN100、SN0、SN50、SN100處理土壤酸解氨基酸態(tài)氮含量高于CN0處理10.54%、19.22%、19.97%、26.28%、10.13%、18.56%、26.46%。

圖3 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加處理土壤酸解氨基糖態(tài)氮含量Fig.3 Soil acid-hydrolyzable amino sugar nitrogen content under different nitrogen, straw and biochar treatment

由表5可知，氮素、秸稈和生物質(zhì)炭對(duì)0～30 cm各土層的土壤酸解氨基酸態(tài)氮含量均有顯著效應(yīng)。N50處理(CN50、BN50、SN50處理的均值)、N100處理(CN100、BN100、SN100處理的均值)的土壤酸解氨基酸態(tài)氮含量分別高于N0(CN0、BN0、SN0處理的均值)(土層由上至下)11.11%、10.34%、11.44%，19.07%、20.24%、19.48%。秸稈處理(SN0、SN50、SN100處理的均值)的土壤酸解氨基酸態(tài)氮含量高于無碳素添加處理(土層由上至下)11.06%、12.86%、9.32%。生物質(zhì)炭處理(BN0、BN50、BN100處理的均值)的土壤酸解氨基酸態(tài)氮含量高于無碳素添加處理(土層由上至下)13.31%、11.84%、8.74%。

表4 氮素、秸稈、生物質(zhì)炭對(duì)土壤酸解氨基糖態(tài)氮含量的效應(yīng)

圖4 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加處理土壤酸解氨基酸態(tài)氮含量Fig.4 Soil acid-hydrolyzable amino acid nitrogen content under different nitrogen, straw and biochar treatment

2.5 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加對(duì)土壤酸解未知態(tài)氮的影響

由圖5可知，各處理下土壤酸解未知態(tài)氮含量均隨土層加深呈降低趨勢(shì)。各處理下各土層土壤酸解未知態(tài)氮含量無明顯規(guī)律。在0～5 cm土層，SN100處理顯著低于CN0處理土壤酸解未知態(tài)氮含量33.71%；在5～10 cm土層，SN50、SN100處理土壤酸解未知態(tài)氮含量低于CN0處理25.84%、33.50%；在10～30 cm土層，SN0、SN50、SN100處理土壤酸解未知態(tài)氮含量低于CN0處理17.98%、25.95%、28.53%。

由表6可知，秸稈對(duì)0～30 cm各土層的土壤酸解未知態(tài)氮含量有顯著效應(yīng)，生物質(zhì)炭?jī)H對(duì)10～30 cm土層的土壤酸解未知態(tài)氮含量效應(yīng)達(dá)到顯著水平。秸稈處理(SN0、SN50、SN100處理的均值)的土壤酸解未知態(tài)氮含量低于無碳素添加處理(土層由上至下)31.64%、32.75%、27.55%。生物質(zhì)炭處理(BN0、BN50、BN100處理的均值)的土壤酸解未知態(tài)氮含量低于無碳素添加處理10.04%。

表5 氮素、秸稈、生物質(zhì)炭對(duì)土壤酸解氨基酸態(tài)氮含量的效應(yīng)

圖5 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加處理土壤酸解未知態(tài)氮含量Fig.5 Soil acid-hydrolyzable unidentified nitrogen content under different nitrogen, straw and biochar treatment

2.6 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加對(duì)土壤有機(jī)氮組分的影響

由圖6可知，不同處理下各土層均以酸解氨基酸態(tài)氮含量最高，酸解氨基糖態(tài)氮含量最低，排序均為：酸解氨基酸態(tài)氮>酸解氨態(tài)氮>酸解未知態(tài)氮>酸解氨基糖態(tài)氮。酸解氨態(tài)氮/酸解總有機(jī)氮范圍為24.20%～31.65%；酸解氨基酸態(tài)氮/酸解總有機(jī)氮范圍為36.77%～44.52%；酸解氨基糖態(tài)氮/酸解總有機(jī)氮范圍為6.43%～13.22%；酸解未知態(tài)氮/酸解總有機(jī)氮范圍為15.07%～29.44%。各處理下酸解氨態(tài)氮/酸解總有機(jī)氮、酸解氨基酸態(tài)氮/酸解總有機(jī)氮均隨土層的加深而減??；氨基糖態(tài)氮/酸解總有機(jī)氮隨土層的加深而增大，酸解未知態(tài)氮/酸解總有機(jī)氮隨土層的加深呈先增大而后減小的趨勢(shì)。

2.7 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加對(duì)土壤全氮含量的影響

由圖7可知，各處理下土壤全氮(STN)含量均隨土層加深呈降低趨勢(shì)。各土層土壤全氮含量均以BN100處理最高，CN0處理最低；在0～5 cm土層，CN100、BN0、BN50、BN100、SN50、SN100處理土壤全氮含量高于CN0處理12.21%、8.48%、16.11%、21.35%、11.18%、15.64%；在5～10 cm土層，CN100、BN0、BN50、BN100、SN50、SN100處理土壤全氮含量高于CN0處理16.07%、8.44%、16.07%、20.79%、10.76%、17.06%；在10～30 cm土層，CN50、CN100、BN50、BN100、SN50、SN100處理土壤全氮含量高于CN0處理7.58%、12.54%、14.69%、18.94%、10.95%、16.44%。

由表7可知，氮素、秸稈和生物質(zhì)炭均對(duì)0～30 cm各土層的全氮含量有顯著效應(yīng)。N100處理(CN100、BN100、SN100處理的均值)的土壤全氮含量高于N0(CN0、BN0、SN0處理的均值)(土層由上至下)12.43%、13.86%、13.37%。添加秸稈處理(SN0、SN50、SN100處理的均值)的土壤全氮含量高于無碳素添加處理(CN0、CN50、CN100處理的均值)4.82%、4.08%、4.84%。生物質(zhì)炭處理(BN0、BN50、BN100處理的均值)的全氮含量高于無碳素添加處理(土層由上至下)9.87%、8.40%、6.64%。

表6 氮素、秸稈、生物質(zhì)炭對(duì)土壤酸解未知態(tài)氮含量的效應(yīng)

圖6 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加處理土壤有機(jī)氮組分分布/%Fig.6 Distribution of soil organic nitrogen components under different nitrogen, straw and biochar treatments

圖7 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加對(duì)土壤全氮含量的影響Fig.7 Effect of different straw and biochar on soil total nitrogen content under different nitrogen levels

2.8 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

由圖8可知，各處理下土壤有機(jī)質(zhì)含量均隨土層加深呈降低趨勢(shì)。各土層土壤有機(jī)質(zhì)含量均以BN100處理最高，CN0處理最低；在0～5 cm土層，BN0、BN50、BN100、SN0、SN50、SN100處理土壤有機(jī)質(zhì)含量高于CN0處理23.26%、24.89%、26.20%、13.40%、16.46%、16.58%；在5～10 cm土層，CN50、CN100、BN0、BN50、BN100、SN0、SN50、SN100處理土壤有機(jī)質(zhì)含量高于CN0處理5.22%、6.05%、21.87%、24.24%、25.31%、8.27%、12.46%、12.80%；在10～30 cm土層，CN50、CN100、BN0、BN50、BN100、SN0、SN50、SN100處理土壤有機(jī)質(zhì)含量高于CN0處理6.07%、6.20%、14.18%、15.60%、16.59%、5.27%、5.27%、5.60%。

表7 氮素、秸稈、生物質(zhì)炭對(duì)土壤全氮含量的效應(yīng)

圖8 不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響Fig.8 Effect of different straw and biochar on soil organic matter content under different nitrogen levels

由表8可知，生物質(zhì)炭對(duì)0～30 cm各土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量有顯著效應(yīng)；秸稈僅對(duì)0～10 cm各土層土壤有機(jī)質(zhì)含量有顯著效應(yīng)；而氮素僅對(duì)5～10 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量有顯著效應(yīng);施氮與秸稈的交互效應(yīng)僅對(duì)10～30 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量有顯著效應(yīng)。在5～10 cm土層，N100處理(CN100、BN100、SN100處理的均值)的土壤有機(jī)質(zhì)含量高于N0(CN0、BN0、SN0處理的均值)5.07%。添加秸稈處理(SN0、SN50、SN100處理的均值)的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別高于無碳素添加處理(CN0、CN50、CN100處理的均值)(土層由上至下)13.01%、7.69%。生物質(zhì)炭處理(BN0、BN50、BN100處理的均值)的有機(jī)質(zhì)含量高于無碳素添加處理(土層由上至下)22.58%、20.81%、11.78%。

表8 氮素、秸稈、生物質(zhì)炭對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的效應(yīng)

3 討 論

本研究表明，與僅施氮肥相比，不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加可不同程度提升土壤全氮含量，這與張水清等[20]研究結(jié)果一致，其中BN100處理對(duì)0～30 cm土層的土壤全氮提升效果最優(yōu)。這主要是由于生物質(zhì)炭、秸稈作為外源有機(jī)物料，含有一定量的氮素，添加秸稈、生物質(zhì)炭可以增加土壤中氮素含量；有機(jī)肥作為土壤團(tuán)聚體形成的粘合劑，在增加土壤有機(jī)質(zhì)含量的同時(shí)，可改善土壤團(tuán)聚體，使更多氮素可以受到土壤團(tuán)聚體的保護(hù)，降低其與微生物的接觸，減緩了土壤全氮因微生物分解而引起的損失[21-23]，進(jìn)而減少了土壤全氮的損失；氮素在土壤中淋溶能力較強(qiáng)，而生物質(zhì)炭添加可有效降低土壤氮素淋溶，提升土壤固氮能力[24]；生物質(zhì)炭添加可有效降低N2O排放量，降低了土壤氮素因N2O排放而引起的無效損失[25]；此外，由于生物質(zhì)炭具有較強(qiáng)的吸附性，與氮肥配施后，賦予了化學(xué)肥料緩釋性，從而形成了協(xié)同互補(bǔ)效應(yīng)，減少了氮素的損失[26]。

土壤酸解性氮庫處于動(dòng)態(tài)平衡之中，它的含量高低取決于不同農(nóng)作措施下土壤微生物礦化-同化過程對(duì)各組分的直接或間接影響。本研究表明，在0～30 cm土層，各處理下酸解總有機(jī)氮、酸解氨態(tài)氮、酸解氨基酸態(tài)氮、酸解未知態(tài)氮均隨土層的加深而減小，這與王克鵬等[7]研究結(jié)果一致，而土壤酸解氨基糖態(tài)氮隨土層的加深而增加，這與申曉輝[27]研究結(jié)果相似。這可能是土壤類型、土壤肥力、氣候條件不同所致[27]。大量研究表明[5-7,12-16]，不同施肥處理可普遍提升土壤酸解有機(jī)氮組分含量，尤其對(duì)酸解氨態(tài)氮、酸解氨基酸態(tài)氮含量提升最顯著，這與本研究結(jié)果相似。較之CN0，生物質(zhì)炭配施氮素可顯著提升0～30 cm土層土壤酸解總有機(jī)氮、酸解氨態(tài)氮及酸解氨基酸態(tài)氮含量，且BN100處理提升效應(yīng)最優(yōu)，這與黃東邁等[28]、于洪飛等[29]研究結(jié)果吻合；而秸稈配施氮素可顯著提升酸解氨基糖態(tài)氮含量，且SN100提升效應(yīng)最優(yōu)。這是由于生物質(zhì)炭、秸稈添加配施氮素后，盡管大部分氮素會(huì)被作物吸收利用以及通過淋溶、反硝化作用等方式流失[29]，但土壤酸解有機(jī)氮組分仍可通過生物質(zhì)炭、秸稈添加得到有效補(bǔ)充；另一方面，生物質(zhì)炭、秸稈添加有益于固氮微生物的大量繁殖，且極大地豐富了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[30]，有利于土壤酸解有機(jī)氮組分的積累；此外，生物質(zhì)炭、秸稈添加可顯著改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，增加了土壤各酸解有機(jī)氮組分的物理保護(hù)[31]，有益于土壤酸解有機(jī)氮組分的固持。

Kwon等[10]研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥能顯著提升土壤有機(jī)氮含量；李世清等[5]研究結(jié)果表明，有機(jī)肥配施化肥可顯著提升酸解氮的含量和比例，這與本研究結(jié)果一致。Smith等[14]認(rèn)為不論施化肥還是有機(jī)肥，對(duì)土壤有機(jī)氮組分含量的影響如何，均不會(huì)改變各組分的相對(duì)含量，李樹山等[15]也得出相似結(jié)果。本研究結(jié)果表明，不同處理下，酸解有機(jī)氮組分形態(tài)分布趨勢(shì)為酸解氨基酸態(tài)氮>酸解氨態(tài)氮>酸解未知態(tài)氮>酸解氨基糖態(tài)氮，這與郝小雨等[32]研究結(jié)果相吻合。較之CN0，生物質(zhì)炭、秸稈配施氮素可顯著提升0～30 cm各土層酸解氨態(tài)氮、酸解氨基糖態(tài)氮、酸解氨基酸態(tài)氮占酸解總有機(jī)氮的比例，且BN100處理對(duì)酸解氨態(tài)氮、酸解氨基酸態(tài)氮占酸解總有機(jī)氮比例提升效應(yīng)最優(yōu)，而SN100處理對(duì)酸解氨基糖態(tài)氮占酸解總有機(jī)氮比例提升效應(yīng)最優(yōu)。這是由于有機(jī)物料進(jìn)入土壤后會(huì)較多地轉(zhuǎn)向酸解氨基酸態(tài)氮和酸解氨基糖態(tài)氮[6,33]；酸解氨基酸態(tài)氮和酸解氨基糖態(tài)氮與土壤微生物細(xì)胞壁及結(jié)構(gòu)蛋白所含成分相似[28]，有機(jī)物料進(jìn)入土壤通過改善微生物群落結(jié)構(gòu)、提升微生物活性，進(jìn)而提升土壤酸解有機(jī)氮組分含量及其占酸解總有機(jī)氮的比例；此外，富東英等[33]研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期施入土壤中的化肥氮主要向酞胺態(tài)氮轉(zhuǎn)化，秸稈氮向氨基糖態(tài)氮轉(zhuǎn)化最多，有機(jī)肥氮?jiǎng)t向氨基酸態(tài)氮轉(zhuǎn)化率最大。眾多研究表明[32-35]，土壤酸解氨基酸態(tài)氮、酸解氨態(tài)氮是土壤礦化氮的主要來源，對(duì)土壤氮素的保持和有效性起到了重要作用?？傊?，SN100處理對(duì)酸解氨基糖態(tài)氮及其占酸解總有機(jī)氮比例提升效應(yīng)最優(yōu)，但其含量及其占酸解總結(jié)總有機(jī)氮比例較低，而BN100處理對(duì)土壤酸解氨基酸態(tài)氮、酸解氨態(tài)氮含量及其占酸解總有機(jī)氮比例提升效應(yīng)最優(yōu)。

4 小 結(jié)

在0～30 cm各土層，有機(jī)氮各形態(tài)的分布趨勢(shì)為酸解氨基酸態(tài)氮>酸解氨態(tài)氮>酸解未知態(tài)氮>酸解氨基糖態(tài)氮；不同氮水平下秸稈、生物質(zhì)炭添加能顯著改變土壤酸解有機(jī)氮組分含量及其占酸解總有機(jī)氮比例，其中BN100處理對(duì)土壤酸解氨基酸態(tài)氮、酸解氨態(tài)氮含量及其占酸解總有機(jī)氮提升效應(yīng)最優(yōu)，可有效提升土壤供氮能力，可篩選為該區(qū)最佳施肥方式。但酸解氨基糖態(tài)氮含量隨土層加深的變化趨勢(shì)與其他酸解有機(jī)氮組分相反，其原因尚不明確；生物質(zhì)炭、秸稈配施氮肥對(duì)酸解未知態(tài)氮含量的影響及其供氮能力還需進(jìn)一步研究。