长期种植大棚蔬菜后水稻土氮素形态的变化

谢国雄，邱志腾，章明奎，吴崇书

(1.浙江省杭州市植保土肥总站，浙江杭州 310020;2.浙江大学环境与资源学院土水资源与环境研究所，浙江杭州 310058;3.淳安县植保土肥站，浙江淳安 311700)

氮素是作物生长发育所需的重要营养元素。国内外研究表明，即使在施用大量氮肥的前提下，作物吸收的氮素至少有50%以上来自土壤［1］。由于土壤中的氮素主要以有机态形式存在，在多数情况下，土壤向当季作物供应的氮素，一部分来自于作物种植时土壤中矿质态氮 (硝态氮和铵态氮)，一部分来自作物生长期间土壤有机氮的矿化。因此，土壤中氮素的存在形态、土壤氮素的矿化能力对土壤供氮能力有很大的影响。土壤氮素的积累与形态组成不仅与土壤类型有关，同时它也因环境条件、土地利用方式及施肥等的不同可有很大的变化［2－5］。近年来，随着经济的发展和产业结构的调整，我国许多农区的种植制度和土地利用方式发生了很大的变化，其中水田改种蔬菜等旱作在南方地区非常普遍。水田改种蔬菜不仅改变了土壤水分状况，同时也很大程度地改变了施入土壤的肥料种类和肥料用量。为了了解水田改种蔬菜对土壤氮素的影响，作者以浙江省几种代表性土壤为例，采用Schomberg等［6］新近提出的氮素形态分析方法探讨了长期种植大棚蔬菜后水稻土氮素形态的变化，现将有关结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 材料

试验采集16个大棚蔬菜地和16个水田，共32个耕层土样，采样深度为0～15 cm。土样分别采自浙江省4大地貌类型区的典型区域:绍兴县 (代表水网平原)、慈溪市 (代表滨海平原)、富阳市 (代表河谷平原)和龙泉市 (代表丘陵山区)，相应的土壤类型分别为青紫泥田、淡涂泥田、培泥砂田和黄泥田土属。每一地貌类型区 (相同土壤类型)在1个村庄分别选择4块大棚蔬菜地和4块水田取样，每一田块的土样由10个分样混合而成。选择的水田长期种植水稻，蔬菜地已连续种植大棚蔬菜10年以上。

1.2 方法

土样经混匀、风干处理后全部磨细过2 mm土筛，部分样品进一步磨细过0.15 mm土筛用于分析土壤有机碳、氮的含量及其形态组成。土壤pH值用电位计测定［7］，土水比为1∶2.5;土壤中的有机碳用重铬酸钾外加热法测定［7］;微生物生物量氮采用氯仿熏蒸-硫酸钾提取法测定［8］;土壤全氮采用凯氏法测定［7］。

土壤氮素有效性分级 (矿质氮、易矿化氮、缓效氮、难利用氮)采用Schomberg法测定［6］。其中，矿质氮 (速效氮，包括NH4+-N和NO3－-N)用冷2 mol·L－1KCl溶液提取，纳氏试剂比色法和紫外分光光度法测定［9］;易矿化氮用热的2 mol·L－1KCl溶液提取的NH4+-N(称3 g土壤于50 mL离心管中，加20 mL 2 mol·L－1KCl溶液，在100℃水溶中培养4 h)与以上冷2 mol·L－1KCl溶液提取NH+4-N差值计算;缓效氮用碱解氮与以上热的2 mol·L－1KCl溶液提取的 NH+4-N差值计算;难利用氮用全氮与碱解氮、冷2 mol·L－1KCl溶液提取的NO－3-N差值计算。

2 结果与分析

2.1 土壤氮素组成

表1表明，32个耕层土样氮素组成有较大的变化。土壤全氮为1.01～1.77 g·kg－1，平均为1.30 g·kg－1，变异系数为12.88%。表2表明，在测定的4种氮素中，难利用氮占绝对优势，占土壤全氮的90.16% ～94.27%(平均为92.60%)，表明对当季作物而言，土壤中大部分氮难以在短时间内矿化释放，需要较长的时间才能逐渐被矿化;易矿化氮比例最低，占全氮的0.37% ～2.58%(平均为1.35%);矿质氮比例稍高，占全氮的0.43% ～4.62%(平均为1.63%);缓效氮是3种有效态氮中比例较高的一种氮形态，其占全氮的3.39% ～7.29%(平均为4.85%)。

表1 蔬菜地与水田土壤各态氮素的含量

不同形态氮素因土壤全氮的变化也有较大的变化，其中土壤矿质氮为5.97～46.76 mg·kg－1，平均为20.13 mg·kg－1，变异系数为64.13%。易矿化氮为4.35 ～33.87 mg·kg－1，平均为17.64 mg·kg－1，变异系数为 39.39%。缓效氮 44.21～111.08 mg·kg－1，平均为 62.95 mg·kg－1，变异系数为24.63%。难利用氮0.91～1.64 g·kg－1，平均为1.20 g·kg－1，变异系数为13.03%。从变异系数可知，有效性越高的土壤氮素，它们在不同土壤间的差异也越明显。

2.2 蔬菜地与水田土壤氮素组成的差异

长期种植大棚蔬菜后，水稻土氮素形态发生了明显的变化 (表1)。种植大棚蔬菜后，土壤全氮呈现下降趋势，其中培泥砂田和淡涂泥田的大棚蔬菜地土壤全氮显著低于相应的水田。难利用氮也呈现与全氮相似的趋势。种植蔬菜后土壤全氮的下降可能与长期施用化肥及旱耕促进有机质降解导致有机质下降有关，而土壤氮素主要存在于有机质中，有机质的下降势必导致氮素的下降。据测定，研究的蔬菜地土壤有机碳为12.54～17.56 g·kg－1，平均为14.72 g·kg－1;而水田土壤有机碳为14.33～23.33 g·kg－1，平均为 16.76 g·kg－1。所有研究的4类土壤中，矿质氮均是蔬菜地显著地高于水田，前者主要以NO－3-N，后者主要为NH+4-N形式存在。但易矿化氮一般是水田高于蔬菜地，其中培泥砂田、黄泥田和青紫泥田达显著水平。缓效氮，除黄泥田的蔬菜地明显高于水田外，其他土壤的蔬菜地与水田之间差异不明显。

从各态氮素组成的比例来看 (表2)，土壤矿质氮都是蔬菜地显著高于水田。易矿化氮的比例只有淡涂泥田和黄泥田中显示出水田显著高于蔬菜地。蔬菜地与水田在缓效氮、难利用氮素的比例差异不明显。

表2 蔬菜地与水田土壤各态氮素的组成

2.3 影响因素

对土壤中各态氮含量的相关分析表明，土壤中难利用氮水平主要取决于土壤全氮含量，其与土壤全氮、微生物生物量氮的相关系数分别为0.996＊＊和0.532*(n=32)。

土壤中易矿化氮主要取决于土壤微生物生物量氮，其与土壤全氮、微生物生物量氮的相关系数分别为0.552*和0.992＊＊(n=32)。

土壤缓效氮受土壤全氮影响，其与土壤全氮、微生物生物量氮的相关系数分别为0.570*和0.050(n=32)。

土壤矿质氮不受土壤全氮和微生物生物量氮的影响，其与土壤全氮、微生物生物量氮的相关系数分别为－0.463和－0.340(n=32);这表明矿质氮的多寡主要与化肥施用有关。

3 小结

研究结果表明，长期种植蔬菜后水稻土中有效性最高的矿质氮明显增加，但有效性中等的易矿化氮和有效性较低的难利用氮含量有所下降。总体上，种植大棚蔬菜后，植物可直接利用的氮明显地改善，但潜在氮素供应能力因土壤有机质和全氮的下降有所减弱。

［1］朱兆良，文启孝．中国土壤氮素［M］．南京:江苏科学技术出版社，1992.

［2］肖伟伟，范晓晖，杨林章，等．长期定位施肥对潮土有机氮组分和有机碳的影响［J］．土壤学报，2009，46(2):274－278.

［3］徐阳春，沈其荣．有机肥和化肥长期配合施用对土壤及不同粒级供氮特性的影响［J］．土壤学报，2004，41(1):87－92.

［4］闫德智．太湖地区3种主要类型土壤的供氮能力研究［J］．安徽农业科学，2011，39(14):8391－8394.

［5］彭佩钦，仇少君，童成立，等．长期施肥对水稻土耕层微生物生物量氮和有机氮组分的影响 ［J］．环境科学，2007，28(8):1816－1821.

［6］Schomberg H H，Wietholter S，Griffin T S，et al．Assessing indices for predicting potential N mineralization in soils under different management systems［J］．Soil Science Society of American Journal，2009，73(5):1575 －1586.

［7］中国科学院南京土壤研究所．土壤理化分析［M］．上海:上海科技出版社，1978.

［8］Brookes P C，Landman A，Pruden G，et al．Chloroform fumigation and the release of soil nitrogen，a rapid direct extraction method to measure microbial biomass nitrogen in soil［J］．Soil Biology＆ Biochemistry，1985，17:837－842.

［9］鲍士旦．土壤农化分析 ［M］．北京:中国农业出版社，2005:154－157.