土壤供氮能力的衡量指标

河南省土壤肥料站 孟繁华

土壤供氮能力的衡量指标

河南省土壤肥料站 孟繁华

河南省土壤肥料站 主办

对于土壤供氮能力的研究关键在于选用合理的指标和有效的研究方法。土壤科学工作者提出了多种衡量土壤供氮能力的指标，主要包括化学指标和生物学指标，由于指标较多，本文仅简要介绍几种。

一、化学指标

（一）有机质和全氮

有机质是土壤表层氮素的重要载体，含80%～97%的土壤氮素；土壤全氮是各种形式氮的总和，综合表征了土壤的氮素状况。氮对植物营养非常重要并且与有机质和全氮关系密切，后两者一直被各国用来评价土壤的供氮水平。但他们含量相对稳定，在较小范围内含量变化不大，不够敏感，在一定期间内难以反映土壤供氮能力的差别，这是其明显的缺点。

（二）碱解氮

碱解氮目前在我国已成为推荐施肥的重要肥力指标。该方法操作简便、迅速、重现性好，不仅能测定土壤中氮的供应强度，也能看出氮的供应容量和释放速率。朱兆良、周鸣铮、李生秀等先后采用碱解氮表征土壤供氮能力，并取得了不错的效果。碱解氮与盆栽试验吸氮量相关性很高，但其应用于大田时，结果却很不理想。张胜恒采用常规方法测定的碱解氮量与实际并不吻合，而用低温碱解法得到的碱解氮量能较好地反映其土壤供氮能力，测定值约为常规碱解氮量的1/3。周鸣铮、朱兆良的研究结果也表明，碱解氮与大田作物吸氮量相关性不高。叶优良也认为，旱地土壤的碱解氮与大田作物吸氮量相关性不高的原因是土壤起始硝态氮所导致的。以上研究发现说明，诸多因素对碱解氮作为供氮指标有一定的限制。尽管如此，碱解氮仍被广泛应用。

（三）KCl浸提氮

Gianello和Bremner2 mol/L KCl 煮沸浸取土壤4 h和Whitehead 1 mol/L KCl 煮沸浸取土壤1 h两种方法应用的较多。Liàava & Waring对贫瘠土壤的研究表明，2 mol/L KCl 煮沸4 h浸取的氮与40 ℃淹水培养7 d矿化氮密切相关( r= 0.86)。Canteralla等对施用石灰的酸性土壤的研究认为，2 mol/L KCl 煮沸4 h浸取的氮素能够较好地解释玉米氮素吸收量。李生秀等在酸性土壤上应用1 mol/L KCl 煮沸法，该法浸取的氮与吸氮量的关系非常密切，效果优于间歇淋洗培养法。但对于石灰性土壤，该法不能直接应用，因为显碱性的浸取液在煮沸过程中会引起大量的铵态氮挥发， 使得测定结果偏低。在避免了此种情况后，两种方法浸提出来的NH4+-N与盆栽试验小麦吸氮量密切相关，可分别解释小麦总吸氮量的76%和61%。以上表明，在反映酸性土壤供氮能力上，KCl煮沸浸取的铵态氮较好，能够作为酸性土壤供氮能力指标，而对于石灰性土壤还有待进一步研究。

（四）沸水浸提氮

沸水浸提氮作为土壤供氮能力指标最早由Livens提出，沸水浸提的主要物质为土壤矿质氮和可溶性有机氮。Keeney和Bremner用水浸提的全氮与黑麦草吸氮量的相关系数r=0.77，与培养法r=0.73的结果接近，其效果比土壤全氮好。此外，其他许多研究结果也证明了水浸提氮是一个良好的供氮指标。

综上所述，化学指标测定迅速、简便，而且结果精确。受土壤样品的预处理和储存的影响较小。但化学指标也存在不少缺点，迄今为止，尚没有一种化学试剂有选择地释放那些经土壤微生物转化的氮素。没有充分考虑到土壤氮素矿化—生物固定循环转化这一事实。而且化学指标都是通过与标准项相关分析得来的，缺乏足够的理论基础，因而都是一些经验性指标。

（五）起始矿质氮

土壤矿质氮包括硝态氮、铵态氮和亚硝态氮，硝态氮和铵态氮含量较高，在旱地土壤中，铵态氮经过硝化作用很快转换为硝态氮，含量很低。因此，很多研究者试图用硝态氮含量作为旱地土壤供氮能力的指标。Soper等在加拿大休闲和非休闲地上进行了22个大麦氮肥用量试验，指出加拿大西部谷类作物需氮量可采用0～60 cm土层硝态氮含量来预测。胡田田和李生秀研究表明，旱区30～60 cm土层和灌区60～100 cm土层的起始硝态氮对作物吸氮贡献较大。播种前0～60 cm和0～100 cm的起始硝态氮分别是旱区和灌区土壤冬小麦供氮的可靠指标。不仅如此，一定深度土壤的起始硝态氮还决定了作物吸收氮素的多少，可依据其来划分土壤肥力等级。以上研究表明，一定土壤深度的硝态氮含量可以表征旱地土壤的供氮能力，是旱地土壤较好的供氮能力指标，关于铵态氮与土壤供氮水平的关系，目前尚无定论。

综上所述，化学指标测定迅速、简便，而且结果精确。受土壤样品的预处理和储存的影响较小。但化学指标也存在不少缺点，迄今为止，尚没有一种化学试剂有选择地释放那些经土壤微生物转化的氮素。没有充分考虑到土壤氮素矿化—生物固定循环转化这一事实。而且化学指标都是通过与标准项相关分析得来的，缺乏足够的理论基础，因而都是一些经验性指标。

二、生物指标

（一）短期培养的可矿化氮

针对土壤有机质和全氮在衡量土壤供氮方面的不足，土壤学家提出了可矿化氮作为衡量土壤供氮能力的指标。土壤可矿化氮测定一般采用生物培养法，即在适宜的温度和水分条件下，培养一定量的土壤，然后测定培养过程中土壤氮素矿化量，以此来估算土壤潜在可矿化量，来预测土壤供氮能力。根据培养条件的不同可分为通气培养和淹水培养，水稻土适合于淹水培养，通气培养适合于旱地土壤。

（二）土壤氮素矿化势

Stanford和Smith研究发现，在严格控制条件的情况下，短期实验结果不能反映土壤潜在长期供氮容量。为了解决这种情况，他们采用间歇淋洗通气培养法进行224 d的长期培养，还根据化学动力学原理建立了一级反应动力学方程计算出矿化势N0和矿化速率常数k来预测土壤供氮能力。该方法虽然原理正确，但其时间过长，同时还受温度、湿度等各种因素的影响，应用起来不方便。因此，Stanford等又提出了14 d的短期培养法来快速测定和计算N0，但在应用该方法时，需预先培养7天后淋洗除掉产生的矿质氮再正式培养，仍太费时间。Stanford和Smith随后又采用化学方法估算N0，即在121 ℃的条件下，用0.01 mol/L CaCl2水解土壤16 h后，测定释放出来的铵态氮量，再进一步求N0，这种方法对N0的估算更为方便。

三、粗有机质(Macro-Organic Matter，MOM)

土壤有机质具有很大的异质性，由一系列分解性不同的库所组成。在不破坏土壤团聚体结构的前提下，有差别研究不同分解特性的有机质养。

这些都为土壤有机氮的矿化研究开辟了新的途径。分释放规律，更有助于我们深刻理解土壤养分的释放特征。模型是重要的研究手段之一，通常在有机质的动态周转模型中，都把其分解成分解性不同的各个库。主要问题之一是模型这些基于有机质化学或物理稳定性定义功能库，除了微生物量以外，其他部分不能通过物理或化学方法加以确定，因此，测定技术进步，必将有助于模型的发展。

Christensen认为物理分组方法对土壤有机质的破坏性较小，采用物理分组方法所得到的研究结果与田间原位状态下有机质的结构和功能关系更紧密。土壤有机质可以分成两个明显组分，即：粗有机质（Macro-organic Matter＞150μm）和微团聚体有机质（organic matter in microaggregates），粗有机质比微团聚体有机质分解快。粗有机质包括轻组和重组两部分，轻组由部分分解的植物残渣组成，周转速度较快，与土壤黏土矿物结合度较低，因此其受物理保护程度也较低。重组由相对较多的中间产物组成，周转速度较慢，物理保护程度较高。与之相反，微团聚体内部和被黏土矿物吸附、包裹的有机质受物理保护程度较高，抗微生物分解的能力较强。微团聚体是土壤结构的基本单元，含有很大比例的稳定有机质，众所周知，粉粒和粘粒也存在于微团聚体内。

土壤氮矿化过程可用于衡量土壤质量好坏， 粗有机质（MOM）密度组分对土壤有机质的总矿化量有着很大的贡献， 可以作为衡量土壤氮矿化的指标之一。Müller等开发了土壤转化的15N示踪模型，模型采用马尔科夫蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo， MCMC)的 参数优化方法。模型中将土壤有机氮分为易分解有机氮和耐分解有机氮，测定方法采用Meijboom等有机质的物理分组方法，参照分组方法，Huygens等定义土壤易分解有机氮与耐分解有机氮的组成。这些都为土壤有机氮的矿化研究开辟了新的途径。