吳多基，姚冬輝，范 釗，吳建富，魏宗強(qiáng)

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國土資源與環(huán)境學(xué)院，江西南昌 330045）

水稻是我國重要的糧食作物之一，氮是水稻生長不可或缺的營養(yǎng)元素，為保證水稻高產(chǎn)，大量氮肥施用使我國稻田系統(tǒng)出現(xiàn)供氮量提高、氮儲(chǔ)量增大的趨勢(shì)[1–2]，也導(dǎo)致了稻田氮肥利用效率低、氮素?fù)p失大和土壤供氮潛力降低等問題。有機(jī)肥替代部分化肥是保障國家糧食安全、生態(tài)環(huán)境安全和資源高效利用的重要措施[3]，長期有機(jī)物料循環(huán)利用顯著提高紅壤性稻田土壤耕層全氮含量，有機(jī)肥配施化肥處理對(duì)提高耕層土壤氮儲(chǔ)量作用顯著[4]。研究氮素對(duì)長期有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥的響應(yīng)及其在土壤中的分布、遷移和轉(zhuǎn)化，對(duì)于制定合理的施肥配方、提升氮肥利用率等方面具有重要意義。土壤有機(jī)氮占土壤全氮的90%以上，其組分包括土壤酸解性氮(AHN)和非酸解性氮(NHN)，而酸解性氮組分包括酸解氨態(tài)氮(AMMN)、酸解氨基酸態(tài)氮(AAN)、酸解氨基糖態(tài)氮(ASN)和酸解未知氮(HUN)[5]，它們的結(jié)構(gòu)和有效性在土壤氮素保持、礦化和氮素供應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。像氨基酸這樣的小分子直接被農(nóng)作物吸收，然而，大多數(shù)土壤有機(jī)氮必須先通過礦化轉(zhuǎn)化為礦化氮，然后才能被作物吸收，直接或間接影響土壤氮素有效性[6]。申鳳敏等[7]和楊靜等[8]研究結(jié)果表明，化肥與有機(jī)肥配施可以更好地改善紅壤區(qū)各土層土壤的供氮能力，同時(shí)還能顯著提高作物產(chǎn)量及其氮吸收量。張雅蓉等[9]基于貴州省黃壤長期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥可顯著提高土壤有機(jī)氮含量，且土壤有機(jī)氮含量隨有機(jī)肥用量增加而顯著增加。吳漢卿等[10]研究發(fā)現(xiàn)，酸解氨態(tài)氮和酸解氨基酸態(tài)氮是設(shè)施土壤中最主要的有機(jī)氮形態(tài)，是土壤活性氮中的主要組分，亦是土壤供氮潛力的表征。土壤各形態(tài)氮素對(duì)不同施肥措施的響應(yīng)已有諸多報(bào)道，但是關(guān)于稻田土壤有機(jī)氮組分對(duì)全氮、堿解氮和礦化氮的貢獻(xiàn)的研究還不夠。因此，我們利用長期定位試驗(yàn)研究不同施肥模式下土壤氮素形態(tài)的轉(zhuǎn)化，探究施肥結(jié)構(gòu)對(duì)土壤氮素轉(zhuǎn)化及供應(yīng)的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)科技園(115°49′53″E，28°46′8″N)，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，多年平均氣溫17.6℃，平均日照1895 h，平均降水量1522 mm，平均無霜期280天，以種植雙季稻為主，自1981年開始進(jìn)行長期施肥微區(qū)定位試驗(yàn)，供試土壤為第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育的潴育性水稻土，其耕作層(0—20 cm)土壤基本性質(zhì)為：pH 6.5、有機(jī)質(zhì)含量33.55 g/kg、全氮含量 1.79 g/kg、堿解氮含量 111 mg/kg、速效磷 (P2O5) 含量 20.8 mg/kg、速效鉀 (K2O)含量87.0 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)4個(gè)處理：1）無肥；2）單施化肥(化肥是氮磷鉀化肥，下同)；3）翻壓紫云英做早稻基肥+追施化肥；4）翻壓紫云英+稻草還田做晚稻基肥+追施化肥。分別用CK、F、MF、MSF符號(hào)表示，3次重復(fù)，隨機(jī)排列，小區(qū)面積0.81 m2，小區(qū)間用水泥埂隔開，以防滲漏，獨(dú)立排灌。

除無肥處理外，各施肥處理氮、磷、鉀養(yǎng)分用量相等。1981—1986年，純N為225 kg/hm2、P2O5112.5 kg/hm2、K2O 225 kg/hm2；1987—1991年，純N 為 240 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2、K2O 240 kg/hm2；1992—2003年，純 N為 270 kg/hm2、P2O5135 kg/hm2、K2O 270 kg/hm2；2004—2006年，純 N 為300 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 300 kg/hm2；2007年至今，純 N 為 360 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 360 kg/hm2，施肥處理 N、P2O5、K2O 養(yǎng)分用量早晚稻各占一半?；适褂媚蛩?N 46%)、鈣鎂磷肥(P2O512%)和氯化鉀(K2O 60%)，有機(jī)肥為紫云英和稻草。2019年供試紫云英干基養(yǎng)分平均含量為N 2.19%、P2O50.48%、K2O 2.01%、C 35.89%；稻草干基養(yǎng)分平均含量為N 0.61%、P2O50.15%、K2O 1.65%、C 32.52%。其中紫云英鮮草及稻草切碎后施用，紫云英(鮮草水分平均含量為88.75%)施用量為22500 kg/hm2，稻草 (折合干草)施用量為 3000 kg/hm2。有機(jī)肥、磷肥均作為基肥一次性施用，化肥氮、鉀肥均分基肥、分蘗肥、穗肥3次施用，施用比例為 5∶2∶3。有機(jī)肥料的養(yǎng)分輸入量按實(shí)際測(cè)定結(jié)果計(jì)算，不足部分用化肥補(bǔ)足。采用自來水灌溉，其他管理措施同大田生產(chǎn)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

2019年晚稻成熟期，每小區(qū)按“五點(diǎn)”取樣法取耕作層(0—20 cm)土壤混合樣品用于土壤氮素指標(biāo)的測(cè)定。土壤全氮用全自動(dòng)定氮儀測(cè)定；礦化氮采用厭氣培養(yǎng)法測(cè)定；堿解氮(包括供應(yīng)容量、供應(yīng)強(qiáng)度和釋放速率)采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定[11]，其中供應(yīng)強(qiáng)度：每個(gè)處理的土壤分別做24個(gè)重復(fù)，按照堿解氮含量的測(cè)定方法進(jìn)行，放到恒溫箱中進(jìn)行堿解擴(kuò)散，每隔2 h取出2個(gè)培養(yǎng)皿(+3個(gè)空白)進(jìn)行滴定，測(cè)定土壤堿解氮含量，共測(cè)定12次，每次測(cè)定值即為供應(yīng)強(qiáng)度，最后一次測(cè)定值(培養(yǎng)24 h)即為堿解氮供應(yīng)容量，釋放速率=(后一次測(cè)定值?前一次測(cè)定值)/2 h；微生物量氮采用氯仿熏蒸浸提法[12]測(cè)定；土壤有機(jī)氮組分采用Bremner法[5]測(cè)定，其中：酸解總氮(THN)采用凱氏法測(cè)定；酸解氨態(tài)氮(AMMN)采用MgO氧化蒸餾法測(cè)定；酸解氨態(tài)氮+酸解氨基糖態(tài)氮(ASN)采用磷酸–硼砂緩沖液(pH 11.2)蒸餾法測(cè)定，而酸解氨基糖態(tài)氮(ASN)為酸解氨態(tài)氮及酸解氨基糖態(tài)氮與酸解氨態(tài)氮的差值；酸解氨基酸態(tài)氮(AAN)采用茚三酮氧化、磷酸–硼砂緩沖液蒸餾法測(cè)定；非酸解性氮(NHN)為土壤全氮與酸解總氮的差值；酸解未知態(tài)氮(HUN)為酸解總氮與AMMN、AAN和ASN的差值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2016、Origin 2018和 IBM SPSS Statistics 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，并利用Duncan法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，相關(guān)分析采用Pearson系數(shù) (雙側(cè))。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤全氮、礦化氮和微生物量氮含量

由表1可得，經(jīng)過38年的長期定位施肥，與CK處理相比，無論是F處理，還是有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥處理(MF和MSF)的土壤全氮、礦化氮和微生物量氮含量均表現(xiàn)為MSF>MF>F>CK，且處理間差異顯著。在等量氮磷鉀養(yǎng)分投入條件下，相較于F處理，MF和MSF處理的土壤全氮含量增幅分別為15.03%和24.35%；土壤礦化氮含量增幅分別為35.73%和58.02%；微生物量氮含量增幅分別為21.73%和36.73%，且差異顯著。說明長期施肥對(duì)土壤氮素含量提升具有顯著效果，且有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥的效果優(yōu)于單施化肥。

表1 不同處理土壤全氮、礦化氮和微生物量氮含量Table 1 Soil total N, mineralizable N and microbial biomass N content in different treatments

2.2 土壤有機(jī)氮組分含量及其在全氮中的占比

由表2可知，不同處理耕作層土壤酸解性總有機(jī)氮含量為1011～1519 mg/kg，與CK處理相比，各施肥處理的耕作層土壤酸解性總有機(jī)氮含量均有不同程度的增加，MF和MSF處理均顯著高于F和CK處理，與F處理相比分別增長了20.35%和30.14%；土壤非酸解性氮含量范圍為653～883 mg/kg，但處理間差異不顯著。說明土壤酸解性有機(jī)氮對(duì)長期有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥的響應(yīng)更為敏感，含量提升更明顯。

表2 不同處理土壤各有機(jī)氮組分含量 (mg/kg)Table 2 Contents of various organic nitrogen components in different treatments

從表2還可以看出，長期有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥的處理(MF和MSF)對(duì)土壤有機(jī)氮組分含量增加效果明顯。MSF處理酸解氨態(tài)氮、酸解氨基酸態(tài)氮和酸解未知態(tài)氮含量均表現(xiàn)為最高，且均顯著高于F和CK處理，相較于F處理增幅分別為36.02%、33.52%和26.58%。酸解氨基糖態(tài)氮含量則表現(xiàn)為MF處理最高，顯著高于其他3個(gè)處理，而處理F、CK無明顯差異。總的來說，有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥對(duì)土壤有機(jī)氮組分含量的提升效果優(yōu)于單施化肥。

由圖1可知，無論施肥與否，土壤各有機(jī)氮組分占全氮的比例大小均表現(xiàn)為：酸解未知態(tài)氮>非酸解性氮>酸解氨態(tài)氮>酸解氨基酸態(tài)氮>酸解氨基糖態(tài)氮，各處理土壤酸解性氮均以酸解未知態(tài)氮為主，占全氮比例約為41%；長期不同施肥模式對(duì)耕作層土壤酸解性總有機(jī)氮含量影響明顯，但對(duì)其占全氮比例的影響較小(60.63%～63.34%)，其中以MF處理的土壤酸解性總有機(jī)氮占全氮比例最大；各處理土壤非酸解性氮占全氮比例為36.66%～39.37%，其中以F處理為最大，分別高出MF和MSF處理2.71個(gè)百分點(diǎn)和2.60個(gè)百分點(diǎn)。相對(duì)與F處理，MF和MSF處理均能提高酸解有機(jī)氮組分中酸解氨態(tài)氮、酸解氨基酸態(tài)氮、酸解氨基糖態(tài)氮和酸解未知態(tài)氮占全氮的比例。但是對(duì)于非酸解性氮占全氮的比例，反而是單施化肥(F)處理最高。

圖1 不同處理土壤各有機(jī)氮組分含量占全氮的比例Fig. 1 The proportion of organic nitrogen components in total nitrogen in different treatments

2.3 土壤堿解氮的釋放特性

在24 h的培養(yǎng)過程中，各處理土壤堿解氮的供應(yīng)強(qiáng)度變化趨勢(shì)基本相同(圖2)，培養(yǎng)2 h左右堿解氮釋放速率達(dá)到最大(圖3)，隨著培養(yǎng)的進(jìn)行，釋放曲線逐漸趨于平緩。在整個(gè)培養(yǎng)過程中，各處理土壤堿解氮的供應(yīng)強(qiáng)度均表現(xiàn)為MSF>MF>F>CK。培養(yǎng)初期，各處理的堿解氮供應(yīng)強(qiáng)度比較接近，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延續(xù)，處理間堿解氮的供應(yīng)強(qiáng)度差異越來越大，MF和MSF處理土壤培養(yǎng)24 h堿解氮的供應(yīng)容量均顯著高于F處理，增幅分別為19.01%和25.22%。說明長期有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥的處理能明顯提升土壤堿解氮的供應(yīng)強(qiáng)度和供應(yīng)容量。

圖2 不同處理土壤堿解氮的供應(yīng)強(qiáng)度和容量Fig. 2 Supply intensity and capacity of soil available N in different treatments

圖3 不同處理土壤堿解氮釋放速率Fig. 3 Release rates of soil available N in different treatments

2.4 土壤全氮、礦化氮和堿解氮與不同有機(jī)氮的相關(guān)分析

相關(guān)分析結(jié)果(表3)表明，土壤有機(jī)氮各組分與土壤全氮、礦化氮和堿解氮都已達(dá)到顯著正相關(guān)(P<0.05)，其中酸解氨態(tài)氮和酸解未知態(tài)氮與三者的相關(guān)性最大。

土壤氮素組分之間相互影響，并不是完全獨(dú)立的變量。僅從相關(guān)關(guān)系并不能推測(cè)出氮素組分對(duì)礦化氮和堿解氮的貢獻(xiàn)能力。因此，為了進(jìn)一步研究氮素組分對(duì)礦化氮和堿解氮的貢獻(xiàn)大小，分別以礦化氮和堿解氮為因變量，其他氮素指標(biāo)為自變量，做逐步線性回歸分析，建立回歸方程分別為YMN=?63.456+1.982MBN+0.28AMMN+0.046NHN和TAN=63.824+2.891MBN，逐步回歸分析相關(guān)參數(shù)見表4。從方程YMN=–63.456+1.982MBN+0.28AMMN+0.046NHN可看出，MBN、AMMN和NHN含量對(duì)土壤礦化氮的變化均具有重要貢獻(xiàn)，其中以土壤微生物量氮貢獻(xiàn)最大。但從表3可知，AAN、ASN和HUN均與礦化氮呈顯著正相關(guān)，卻在逐步回歸中沒有被寫進(jìn)方程，因此它們對(duì)礦化氮的貢獻(xiàn)需要通過通徑分析進(jìn)一步核實(shí)。表5表明，雖然AAN、ASN和HUN與礦化氮的相關(guān)性顯著，但是直接通徑系數(shù)卻很小，甚至為負(fù)數(shù)，而它們通過AMMN對(duì)礦化氮的間接通徑系數(shù)卻很大(分別為0.471、0.303和0.478)，說明AAN、ASN和HUN對(duì)礦化氮的貢獻(xiàn)是其通過AMMN對(duì)礦化氮的間接貢獻(xiàn)。

由方程YAN=63.824+2.891MBN可知，土壤堿解氮僅與MBN有關(guān)，但是土壤各有機(jī)氮組分與堿解氮的相關(guān)性均達(dá)顯著水平(表3)，卻沒有在回歸方程中體現(xiàn)，通徑分析結(jié)果(表5)顯示，ASN、AMMN、AAN、HUN和NHN通過MBN對(duì)堿解氮的間接通徑系數(shù)很大，分別為0.570、0.768、0.744、0.843和0.487，說明ASN、AMMN、AAN、HUN和NHN與堿解氮的良好關(guān)系不在于它們對(duì)堿解氮的直接貢獻(xiàn)，而是通過影響MBN對(duì)堿解氮起間接作用。

表3 土壤全氮、礦化氮和堿解氮與不同有機(jī)氮組分的Pearson相關(guān)系數(shù)(雙尾)Table 3 Pearson coefficients of soil total N, mineralizable N, available N and different organic nitrogen (two-tailed)

表4 礦化氮和堿解氮與其他氮素組分關(guān)系的逐步回歸分析參數(shù)Table 4 Stepwise regression analysis of the relationship between mineralizable N and available N and various organic N components

表5 各氮素組分對(duì)礦化氮和堿解氮的貢獻(xiàn)Table 5 Contribution of each nitrogen component to mineralizable nitrogen and available nitrogen

3 討論

3.1 長期有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥對(duì)土壤堿解氮釋放的影響

土壤堿解氮作為評(píng)定土壤氮素供給能力的指標(biāo)，可以反映近期土壤氮素的供應(yīng)潛力，朱兆良[13]認(rèn)為土壤氮堿解時(shí)NH3的釋放速率和釋放量可以作為植稻土壤氮素供應(yīng)狀況的相對(duì)指標(biāo)。本研究結(jié)果顯示，土壤堿解氮培養(yǎng)初期NH3釋放速率迅速增大，在培養(yǎng)2 h左右NH3的釋放速率達(dá)到高峰，土壤堿解氮供應(yīng)強(qiáng)度均表現(xiàn)為MSF>MF>F>CK，隨后釋放速率總體慢慢降低，釋放曲線逐漸趨于平緩。

土壤堿解氮的含量與施肥存在較密切的關(guān)系，長期施用氮肥可提高土壤氮素水平[14]。土壤養(yǎng)分的供應(yīng)容量作為一種土壤補(bǔ)給養(yǎng)分能力的指標(biāo)，在一定程度上可以預(yù)測(cè)土壤養(yǎng)分的供應(yīng)潛力，袁中友等[15]研究發(fā)現(xiàn)，同等施肥水平下，施用有機(jī)肥比施化肥能顯著改善土壤養(yǎng)分釋放情況，提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)容量，提升土壤綜合質(zhì)量。本研究結(jié)果顯示，無論單施化肥還是有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥均能顯著提高土壤堿解氮供應(yīng)容量，而且后者效果顯著高于前者，其主要原因可能是施用化肥可增加根茬、根系和根分泌物，從而增加土壤有機(jī)氮量；施用有機(jī)肥可直接提高土壤有機(jī)氮含量；有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥既能快速提高土壤速效養(yǎng)分含量，又能長久保持養(yǎng)分，提高土壤速效氮的供應(yīng)能力。

3.2 長期有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥對(duì)土壤各形態(tài)氮素的影響

不同施肥措施對(duì)稻田耕作層土壤氮素含量有很重要的影響，有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)土壤氮素養(yǎng)分含量具有正向促進(jìn)效應(yīng)[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著耕作年限的增加，不施肥地塊土壤全氮含量下降，平均每年降低3.68 mg/kg，而施肥處理土壤全氮含量都有不同程度的提高，并且在等量氮磷鉀養(yǎng)分投入條件下，有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥對(duì)耕作層土壤全氮的提高更顯著，這與大多數(shù)相關(guān)研究[16–18]結(jié)果一致?？赡苁且?yàn)榈静萁斩挕⒆显朴⒌扔袡C(jī)物料還田后其水解產(chǎn)物大部分轉(zhuǎn)化為固態(tài)氮，結(jié)合了部分土壤氮源，使土壤本身儲(chǔ)存的氮礦化分解速率降低，同時(shí)又防止其流失或者被反硝化作用消耗掉，從而增加了土壤全氮的含量[19–20]。

土壤微生物對(duì)土壤有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分的釋放起著調(diào)控作用，是土壤不可或缺的組分[21]，其所進(jìn)行的一系列活動(dòng)均以碳、氮循環(huán)為中心[22]，土壤微生物量氮作為土壤活性有機(jī)氮庫，對(duì)施肥措施的響應(yīng)具有很強(qiáng)的敏感性。本研究中，長期不施肥處理的土壤微生物量氮顯著低于其他施肥處理，可能是因?yàn)椴徽撌┯糜袡C(jī)肥還是化肥均能夠促進(jìn)植物光合作用，促進(jìn)地上和地下部生物量積累，不僅可以增加根系殘茬的還田量，而且有利于根系分泌物的釋放，為微生物創(chuàng)造有利的生存環(huán)境，而不施肥處理沒有外源養(yǎng)分輸入，僅通過以水稻根系或根茬還田，造成土壤中有機(jī)碳、全氮含量最低，而微生物又以碳氮為營養(yǎng)來源，造成不施肥處理土壤微生物量氮含量也處在最低水平[23]。對(duì)比施肥處理的土壤微生物量氮含量，發(fā)現(xiàn)有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥處理(MF、MSF)顯著高于單施化肥處理，這與在其他土壤類型上的研究[22, 24–26]結(jié)果一致，這可能是因?yàn)槭┯糜袡C(jī)物料之后還能為微生物提供外來的碳源和能源，增加土壤微生物活性，促進(jìn)其新陳代謝，提高土壤的有效養(yǎng)分，同時(shí)也增加了對(duì)氮素的固持[23]，進(jìn)一步提高土壤微生物量氮的含量。

在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，施肥是調(diào)節(jié)土壤供氮狀況的重要措施，土壤氮素礦化是由微生物驅(qū)動(dòng)的將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮的過程。本研究中，與不施肥相比，無論單施化肥還是有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥均可顯著提高土壤礦化氮含量，這與已報(bào)道的大多數(shù)研究[27–29]結(jié)果較為一致，而在施肥處理中，有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥土壤礦化氮含量顯著高于單施化肥處理。這可能與有機(jī)肥的長期投入有關(guān)，表明長期有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥明顯提高土壤氮素的礦化作用，增大土壤活性有機(jī)氮庫，同步實(shí)現(xiàn)提高土壤供氮容量和改善氮素品質(zhì)，而不施肥導(dǎo)致土壤底物質(zhì)量降低，在一定程度上弱化其供氮能力[27]。

氮素施入土壤中一部分經(jīng)土壤生物(特別是微生物)和植物吸收同化后以有機(jī)氮形態(tài)殘留在土壤中，殘留在土壤中的部分有機(jī)氮又經(jīng)微生物作用轉(zhuǎn)化形成土壤中較為穩(wěn)定的有機(jī)氮[30]，因此，長期不同施肥措施對(duì)土壤有機(jī)態(tài)氮組分含量有著重要的影響。本研究結(jié)果表明，無論施肥與否，稻田耕作層土壤各有機(jī)氮組分含量大小均表現(xiàn)出酸解未知態(tài)氮>非酸解性氮>酸解氨態(tài)氮>酸解氨基酸態(tài)氮>酸解氨基糖態(tài)氮。長期不同施肥模式對(duì)稻田耕作層土壤酸解性有機(jī)氮組分含量占全氮的比例影響不大，但是對(duì)土壤酸解性有機(jī)氮組分含量都有不同程度的影響。與單施化肥相比，長期有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥可以顯著提高耕作層土壤酸解性有機(jī)氮組分含量，其中對(duì)酸解未知態(tài)氮的提高最明顯，但是單施化肥與不施肥處理在酸解氨態(tài)氮、酸解氨基酸態(tài)氮和酸解氨基糖態(tài)氮上均無明顯變化，這與任金鳳等[31]的研究結(jié)果相一致。說明有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥對(duì)土壤供氮能力及土壤肥力的提高效果最好，對(duì)土壤氮庫的影響主要表現(xiàn)在補(bǔ)充了酸解氨態(tài)氮、酸解氨基酸態(tài)氮等易礦化氮庫[32]，因此有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥對(duì)增加紅壤性稻田土壤中的易礦化有機(jī)氮庫具有重要作用，同時(shí)還增加了酸解未知態(tài)氮等難礦化氮庫庫容，既提高了土壤氮素的供應(yīng)強(qiáng)度，又提高了土壤氮素的供應(yīng)容量[33]。說明長期有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥對(duì)土壤氮素含量的提高具有顯著促進(jìn)作用。

3.3 土壤各形態(tài)氮素對(duì)礦化氮和堿解氮的貢獻(xiàn)

土壤氮的礦化受到土壤有機(jī)質(zhì)特性的影響，有機(jī)氮是土壤氮素的主要存在形式，是土壤礦質(zhì)氮的源和庫[34]，土壤中有機(jī)氮的礦化分解過程是在土壤微生物作用下的生物降解過程。簡(jiǎn)單分析其相關(guān)性可揭示土壤有機(jī)氮組分與礦化氮之間的關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)氮各組分均與土壤礦化氮達(dá)到顯著正相關(guān)(P<0.05)，其中酸解氨態(tài)氮與礦化氮的相關(guān)系數(shù)最高，酸解未知態(tài)氮、酸解氨基酸態(tài)氮次之，非酸解性氮和酸解氨基糖態(tài)氮最低。逐步線性回歸分析和通徑分析結(jié)果表明，土壤微生物量氮和酸解氨態(tài)氮是礦化氮的主要貢獻(xiàn)者，而酸解氨基酸態(tài)氮和非酸解性氮主要是通過酸解氨態(tài)氮對(duì)礦化氮間接貢獻(xiàn)，這與叢耀輝等[35]的研究結(jié)果基本一致，而李文軍等[27]通過研究洞庭湖區(qū)水稻土發(fā)現(xiàn)，酸解氨基酸態(tài)氮是對(duì)礦化氮有直接重要貢獻(xiàn)的組分，是礦化氮的主要來源。導(dǎo)致這種差異的原因可能與供試土壤類型、氣候條件、施肥方式和試驗(yàn)培養(yǎng)方法等不同有關(guān)。

土壤堿解氮含量分布與土壤有機(jī)質(zhì)及微生物活動(dòng)密切相關(guān)，土壤堿解氮包括無機(jī)態(tài)氮(銨態(tài)氮、硝態(tài)氮)及易水解的有機(jī)態(tài)氮(氨基酸、酰銨和易水解蛋白質(zhì))。土壤中氮素主要以有機(jī)氮態(tài)形式存在，用堿解擴(kuò)散法測(cè)定的有效氮含量中，有機(jī)態(tài)氮對(duì)堿解氮總量的貢獻(xiàn)可能會(huì)高于無機(jī)氮的貢獻(xiàn)[14]。本研究發(fā)現(xiàn)，稻田耕作層土壤堿解氮與土壤微生物量氮相關(guān)性最高(R2=0.944)，與有機(jī)氮各組分均呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，這與Wang等[36]的研究結(jié)果相一致。逐步線性回歸分析結(jié)果顯示，土壤微生物量氮對(duì)堿解氮具有重大貢獻(xiàn)。土壤微生物能分解有機(jī)質(zhì)，從而提高土壤速效養(yǎng)分含量，而且土壤微生物量氮是易被植物吸收利用的有效性氮。而通過通徑分析，進(jìn)一步明確了土壤有機(jī)氮的其他組分對(duì)堿解氮的直接貢獻(xiàn)很小，主要是通過土壤微生物量氮對(duì)堿解氮的間接貢獻(xiàn)，可見土壤微生物在土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和利用過程中具有重要作用。

4 結(jié)論

土壤微生物量氮、酸解氨態(tài)氮和非酸解性氮是土壤礦化氮的主要來源，土壤微生物量氮是土壤堿解氮的主要貢獻(xiàn)者。等氮磷鉀養(yǎng)分投入條件下，長期有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥顯著提高了土壤酸解性有機(jī)氮占全氮的比例，特別是提高了酸解氨態(tài)氮的比例，因而促進(jìn)了有機(jī)氮的礦化和堿解氮含量的增加。等氮磷鉀養(yǎng)分投入條件下，長期有機(jī)養(yǎng)分替代部分化肥對(duì)土壤全氮、礦化氮和微生物量氮的提升效果顯著優(yōu)于單施化肥，綠肥和秸稈聯(lián)合還田的效果又優(yōu)于綠肥單獨(dú)還田。