长期施肥下洞庭湖水稻土氮素矿化及其温度敏感性研究

李文军 杨奇勇 杨基峰 肖 烨 黄志刚 彭保发

(1.湖南文理学院资源环境与旅游学院， 常德 415000； 2.洞庭湖生态经济区建设与发展湖南省协同创新中心， 常德 415000；3.中国地质科学院岩溶地质研究所， 桂林 541004； 4.湖南文理学院化学与材料工程学院， 常德 415000)

长期施肥下洞庭湖水稻土氮素矿化及其温度敏感性研究

李文军1,2杨奇勇3杨基峰2,4肖 烨1,2黄志刚1,2彭保发1,2

(1.湖南文理学院资源环境与旅游学院， 常德 415000； 2.洞庭湖生态经济区建设与发展湖南省协同创新中心， 常德 415000；3.中国地质科学院岩溶地质研究所， 桂林 541004； 4.湖南文理学院化学与材料工程学院， 常德 415000)

基于长期定位试验，设置系列温度(5、15、25、35℃)短期(42 d)淹水培养试验，以不施肥处理为对照(CK)，研究农户习惯施氮磷钾肥(CF)、施氮钾肥(NK)、均衡施氮磷钾肥(NPK)及氮磷钾肥配施有机肥(HOM)对洞庭湖区水稻土氮素矿化及其温度敏感性的影响。结果表明，长期不同施肥均显著增加土壤培养42 d累积矿化氮量(Plt;0.05)，其增幅随温度升高由32.7%～80.4%逐渐降至14.9%～59.7%； 与CK处理相比，施肥土壤氮矿化势(No)和可矿化氮比例分别增大22.4%～72.4%和7.8%～39.0%(Plt;0.05)， 25～35℃范围内土壤初期供氮强度(K)和后期矿化速率(n)分别提高2.7%～39.5%和4.0%～21.3%，该效应均以HOM处理表现最优。5～35℃范围内土壤氮矿化温度敏感系数(Q10)和氮矿化活化能(Ea)在长期不同施肥后分别降低9.6% ～15.3%和9.2%～22.7% (Plt;0.05)，其值在不同处理间由大到小均表现为 CK、CF、NK、NPK、HOM；不论施肥与否，土壤氮素矿化对温度响应最敏感的范围均在5～15℃之间。研究表明，长期不同施肥后，HOM处理提升土壤氮素矿化能力及降低其温度敏感性的效应更为突出，是更优的稻田施氮模式。

长期施肥; 洞庭湖区; 水稻土; 淹水培养; 氮素矿化; 温度敏感性

引言

氮是限制农业生态系统生产力最为重要的营养元素[1]，土壤有机氮矿化向植物提供可利用态氮素，在很大程度上决定着土壤供氮能力，因此深化认识土壤有机氮矿化对优化农业生态系统土壤供氮和阻控氮素环境损失有重要意义[2]。

在农田生态系统，施肥是调节农田土壤供氮和作物氮素营养的普遍措施[1,3]。当前，长期施肥对农田土壤氮素矿化的影响因受施肥制度、肥料及土壤特性等差异尚存在较大的差异和不确定性：研究表明，有机肥施用并非总能提升土壤氮素矿化能力，高碳氮比作物秸秆单施或配施化肥可能在短期内抑制土壤有机氮的矿化[4]，或促进土壤无机氮的同化[5]；化肥施用对土壤氮素矿化的影响则更为复杂，单施化肥对土壤氮素矿化可能无明显影响[6]，抑或产生促进[7]、抑制效应[8]。这表明关于长期不同施肥措施对土壤氮素矿化的影响效应及机理尚需进行深入研究[5]。温度是影响土壤氮循环过程的重要环境因子，全球升温背景下，温度变化对土壤氮素矿化的调控效应受到高度重视[9-10]，然而当前对长期施肥影响下农田土壤氮素矿化的温度响应研究却鲜有报道[11]，尤其是缺少长期施肥土壤氮素矿化温度敏感性的研究。洞庭湖区是我国重要的粮区，当前水稻生产中面临着突出的氮肥施用过量及环境负荷加剧的生态问题。因此，本研究基于野外长期定位试验和室内培养相结合的方法，研究长期不同施肥影响下洞庭湖区典型水稻土氮素矿化特征及其温度敏感性，为区域水稻土科学施肥及氮素优化管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

国家级稻田肥力与肥料效应长期定位试验监测点在湖南省汉寿县龙阳镇(111°51′20″E、28°55′48″N)，属中亚热带向北亚热带过渡的季风湿润气候区，年均降水量1 342.2 mm，多年平均气温16.7℃，全年无霜期274 d，代表江南洞庭湖平原复合农业生态类型区。供试土壤为第四纪红粘土发育形成的潴育型水稻土，俗称红黄泥，是洞庭湖平原区典型的水稻土类型。

1.2 田间试验设计

稻田长期施肥试验始于1986年，实行“早稻-晚稻-冬闲”的耕作制度，本研究选择其中5个处理，各处理小区均按国家土壤肥力长期定位监测标准统一设置为66.7 m2(10 m×6.67 m)，随机排列，未设重复。小区之间设置高出田间水面30 cm、下至犁底层以下5 cm，宽度为25 cm的水泥田埂，并设置排水沟，各小区单灌单排。选取处理信息为：CK(空白不施肥)、CF(农户习惯施氮磷钾肥)、NK(施氮钾肥)、NPK(基于测土配方施氮磷钾肥)、HOM(有机肥与化学氮磷钾肥配施，有机肥氮占总施氮量的60%)。供试肥料为尿素、钙镁磷肥、氯化钾和有机肥(早稻季为紫云英，晚稻季为猪粪)。有机肥和磷肥一次性基施，氮肥按7:3的基追比例施用，钾肥作为追肥施用。各处理除CK和CF外，施氮量均一致，具体施肥信息见文献[12]描述。2013年各处理表层(0～20 cm)土壤基本理化性质见表1。

表1 供试表层土壤基本理化性状Tab.1 Basic properties of tested soils in 0～20 cm layer

1.3 室内培养实验

1.3.1样品采集及预处理

于2012年11月晚稻收获后用土钻按“S”形采集各处理小区表层土壤10～12个点组成一个混合土样，重复3次，获得3个混合样品。所采土样迅速带回室内，去除动、植物残体及石砾，风干，碾磨过2 mm土筛并混匀后储存备用。

1.3.2土壤氮素矿化淹水培养

1.4 氮素矿化参数的动力学模型拟合

1.4.1单一级指数模型

不同培养温度下各处理土壤氮素矿化过程用单一级指数模型拟合[9]，该模型在描述土壤氮素矿化动力学特征时应用最为广泛[14]，公式为

Nt=No(1-e-kt)

(1)

式中Nt——t时间内累积净矿化氮量，mg/kg

No——氮矿化势，mg/kg

k——氮素矿化一级反应速率常数，mg/(kg·d)

t——培养时间，d

1.4.2有效积温模型

淹水条件下，氮素矿化量与有效积温的关系亦可用有效积温模型表示[11]，该模型是一个以温度为主导因素的矿化模型，在我国南方地区及日本水稻土或淹水土壤氮素矿化模拟时应用较多[24]，公式为

Nt=K[(T-T0)t]n

(2)

式中T——培养温度，℃

T0——基点温度，取15℃

K、n——土壤氮矿化特征常数，K值反映培养前期土壤氮矿化强度、n值表示培养后期土壤氮素矿化速率

1.5 计算与统计分析

可矿化氮比例(Mineralizable N ratio, MNR, %)为

MNR=No/(1 000TN)×100%

(3)

式中TN——土壤全氮质量比，g/kg

土壤氮素矿化与温度之间的关系采用指数模型模拟[9]，国际上一般将温度与表达矿化过程的一级反应速率常数联系起来[9,19,21]

k=αeβT

(4)

图1 不同处理土壤氮矿化量累积曲线Fig.1 Accumulated curves of mineralized soil N under different treatments

式中α——基质质量指数，表示温度为0℃时的土壤氮素矿化反应速率常数，mg/(kg·d)

β——温度反应系数

用温度效应系数(Q10)表征氮素矿化一级反应速率常数对温度变化的敏感性，该指标是反映土壤氮有效性对气候变暖响应特征的重要参数[19,25]。公式为[26]

Q10-total=e10β

(5)

Q10-partial=(k2/k1)10/(T2-T1)

(6)

式中Q10-total——整体培养温度范围(5～35℃)下土壤氮素矿化的温度效应系数

Q10-partial——培养温度间隔差为10℃(515℃、1525℃和2535℃)下土壤氮素矿化的温度效应系数

T1、T2——间隔差为10℃的2个培养温度(T2高于T1)，℃

k1、k2——培养温度为T1、T2下的氮素矿化一级反应速率常数，mg/(kg·d)

土壤氮素矿化所需活化能由阿累尼乌斯方程经形式转换计算[10]

Ea=RTaln(Ce/k)

(7)

式中Ea——土壤氮素矿化所需活化能，kJ/mol

R——常数，取8.314 J/(mol·K)

Ta——热力学温度，K

Ce——阿累尼乌斯常数，mg/(kg·d)

利用SigmaPlot 10.0进行作图并对土壤氮素矿化参数进行模型拟合。利用SPSS 16.0软件进行单因素方差分析和多重比较(Duncan法，Plt;0.05)。图表中数据的表达形式为“平均值±标准差”。

2 结果与分析

2.1 施肥对土壤氮素矿化特性的影响

2.1.1土壤氮素矿化动态

在各个培养时段内，土壤累积矿化氮量均随培养温度升高而增加(图1)。土壤累积矿化氮量-时间曲线显示，各处理土壤氮素矿化过程基本相同，累积矿化氮量均随培养时间的延长而逐渐增加。在整个培养过程中，各处理累积矿化氮量由大到小顺序总体表现为HOM、NK、CF和 NPK、CK。培养初期，处理间的累积矿化氮量较为接近，随培养时间的延长，其差异总体呈增大趋势。分析不同培养温度下氮素矿化曲线的差异可知，随培养温度升高，各处理矿化曲线在培养初期(培养7 d前)趋于陡峭，土壤氮素矿化在更短时间内达到平稳状态，在培养中后期矿化曲线的变化则明显趋缓。

2.1.2土壤培养42 d累积矿化氮、氮矿化势及可矿化氮比例

温度是调控土壤氮素矿化的重要环境因素。表2显示，培养42 d土壤累积矿化氮量随温度的升高而明显增加，尤其是由5℃升温到15℃和由15℃升温到25℃时，各处理累积矿化氮量增幅均达显著水平(Plt;0.05)。同一温度下，施肥各处理土壤培养42 d累积矿化氮量(Nmin-42)均显著高于CK处理(Plt;0.05)。计算得知，在5、15、25、35℃下，施肥处理土壤Nmin-42值分别较CK处理提高32.7%～80.4%、31.3%～97.1%、22.1%～67.4%、14.9%～59.7%，施肥后土壤Nmin-42值增幅随温度升高总体呈现降低趋势。单施化肥各处理(CF、NK、NPK处理)土壤Nmin-42值较HOM处理始终显著降低(Plt;0.05)，但其相互间的差异仅只有在35℃培养时NK处理Nmin-42值显著高于CF和NPK处理。

氮矿化势和可矿化氮比例是表征土壤矿化供氮的重要特征参数，表2结果显示，No和MNR值在不同处理间均由小到大表现为CK、NPK、CF、NK、HOM的顺序。长期施肥均显著提高土壤No和MNR值(Plt;0.05)，其提高幅度分别达22.4%～72.4%和7.8%～39.0%。

表2 不同处理培养42 d累积矿化氮量、矿化势和可矿化氮比例Tab.2 Accumulated mineralized soil N for incubation of 42 d, potentially mineralizable N and mineralizableN ratio under different treatments

注：同一列不同大写字母表示不同处理间差异显著(Plt;0.05)，同一行中不同小写字母表示不同温度间差异显著(Plt;0.05)，下同。

2.1.3土壤氮素矿化一级反应速率常数和有效积温模型拟合参数

土壤氮素矿化一级反应速率常数(k)是衡量土壤有机氮素矿化快慢的参数。表3显示，固定No取值后，利用单一级指数方程拟合土壤氮素矿化过程均有很好的效果(R2为0.83～0.99,Plt;0.01)。随温度升高，各处理k值均显著增大(Plt;0.05)，其变化范围在0.005 6～0.110 1 mg/(kg·d)之间。与CK相比，总体上施肥各处理k值在5℃和15℃下显著增大(Plt;0.05)，却在25℃和35℃下显著降低。

表3 运用单一级指数方程拟合氮素矿化过程得到的不同温度下土壤氮素矿化速率常数Tab.3 Values of soil N mineralization rate constant obtained from fitting of net N mineralization dynamicsto one-pool model at different temperatures

注：** 表示差异显著性达Plt;0.01水平，*** 表示差异显著性达Plt;0.001水平，下同。

有效积温模型对25℃和35℃下土壤氮矿化过程亦有很好的拟合效果(R2为0.91～0.97,Plt;0.001) (表4)。各处理土壤氮素矿化的K值和n值均随温度升高分别增大和降低，但其数值在同温度下始终是施肥各处理高于CK处理。进一步计算得知，随培养温度升高，施肥各处理K值较CK处理的增幅均有所降低，增幅由25℃时的5.0%～39.5%降至35℃时的2.7%～21.3%；相反，增温后施肥各处理n值较CK处理的增幅均有所增加，其增幅由25℃时的4.0%～8.0%升至35℃时的5.1%～21.3%。不同处理间HOM处理始终具有最高的K值和n值，其结果显著高于CK处理(Plt;0.05)；而施化肥处理间，NPK处理较NK和CF处理始终具有较低的K值和较高的n值。

表4 运用有效积温模型拟合25℃和35℃下氮矿化过程得到的氮素矿化特征参数Tab.4 Values of N mineralization parameters obtained from fitting of net N mineralization dynamicsto effective accumulated temperature model at 25℃ and 35℃

2.2 施肥对土壤氮素矿化温度敏感性的影响

2.2.15～35℃范围内土壤氮矿化温度敏感系数和氮矿化活化能

表5 土壤氮素矿化一级反应速率常数的指数模型参数及活化能Tab.5 Model parameters of exponential function and activation energy for soil N mineralization rate constantsfitted by one-pool model

注：*表示差异显著性达Plt;0.05水平。

Q10-total、Ea、α间的相关性结果显示(表6)，Q10-total、Ea均与α具有极显著的负相关关系(Plt;0.01)，Q10-total与Ea之间则呈极显著的正相关关系(Plt;0.01)。说明土壤氮素的基质质量越高，其矿化所需的活化能愈低，对环境升温的敏感性

表6 土壤氮素矿化Q10-total、α及Ea间的Perason相关系数Tab.6 Pearson’s correlation coefficients amongQ10-total, α and Ea for soil N mineralization

愈低。

2.2.2不同温度区间土壤氮素矿化的温度敏感性

以土壤氮素矿化一级反应速率常数为参数计算各处理不同温度区间土壤氮素矿化的Q10值(Q10-partial)，结果见表7。Q10-partial反映温度每升高10℃，土壤氮素矿化一级速率常数增加的倍数。不同温度区间Q10-partial在1.3～3.5之间。当温度每升高10℃时，各处理Q10-partial均表现出完全一致的变化规律，即：在5℃升高到15℃最高，15℃升高到25℃次之，25℃升高到35℃最低，显示该红壤性水稻土氮素矿化对温度响应最敏感的范围在5～15℃之间。与CK处理相比，施肥处理土壤Q10-partial在5～15℃、15～25℃、25～35℃均有所降低，平均降低幅度分别达4.4%、16.2%和16.9%。

表7 不同温度区间土壤氮素矿化的Q10-paritial结果Tab.7 Values of Q10-partial for soil N mineralizationat different temperature ranges

3 讨论

3.1 土壤氮素矿化特性

在农田生态系统，施肥是调节土壤供氮状况的重要措施。本研究中，长期施肥特别是氮磷钾肥配施有机肥显著提高各温度下土壤累积矿化氮量、氮矿化势及可矿化氮比例，这与秦子娴等[15]在中性紫色水稻土的研究结果较为一致。这表明长期施肥同步实现提高土壤供氮容量和改善氮素品质，而不施肥土壤底物质量降低在一定程度上弱化其供氮能力[32]。各施肥处理增加土壤累积矿化氮的效应随温度升高而降低，表明本研究条件下长期不同施肥有利于缓解低温对土壤氮矿化的限制效应，施肥各处理土壤氮矿化速率常数在5℃和15℃下显著高于不施肥处理亦证明了这一效应，这在生产实践中有利于改善试验土壤向越冬作物的氮素供应。矿化模型拟合参数是描述土壤氮素矿化特性的重要指标。一阶指数模型拟合结果显示，在5～35℃范围内，氮素矿化一级反应速率常数随温度升高而显著增加，这主要是由升温后土壤易矿化氮库的快速分解所致[33]。有效积温模型拟合结果显示，施肥各处理土壤的K和n值在25℃和35℃下均高于CK处理，表明长期施肥改善土壤矿化供氮特性，土壤矿化供氮更为迅速和持久。培养温度由25℃升至35℃，施肥处理土壤的K值和n值较CK处理的增幅分别呈降低和增加趋势，这反映出升温后施肥与不施肥土壤在开始阶段的矿化潜力趋于接近，但施肥土壤后期供氮潜力优势更加突出，矿化过程达到稳定需较长时间[11]，施肥土壤这种氮素释放特征与水稻吸氮更为协调，对提升土壤矿化氮素的作物利用效率有利。评价施肥对土壤矿化供氮能力的影响时，既要考虑土壤矿化供氮快慢也要考虑其矿化潜力[15]。本研究中，长期实行化学氮磷钾肥配施有机肥在提升土壤矿化供氮容量及改善土壤供氮特性方面具有最优的效果，这应该与施用有机肥直接向土壤补充大量活性氮素和相对单施化肥而言可更优地增强微生物活性、提高水稻残茬氮素还田量等多因素综合影响有关[12,34]。

3.2 土壤氮素矿化温度敏感性

土壤氮素矿化的温度敏感系数表征适宜温度范围内，温度升高10℃时，氮素矿化速率常数增加的倍数[19]。本研究中，在5～35℃范围内，由式(5)计算出的不同处理间土壤Q10值(1.77～2.09)同DESSUREAULT-ROMPÉ等[29]的研究结果(1.88～2.06)接近，但明显低于一些高纬地区土壤的Q10值(2.46～3.33)[35]，这表明低纬地区土壤微生物群系可能更加适应较高的环境温度[10]，不同条件下研究结果的差异也可能由矿化底物特性差异所引起[29]。针对同类型土壤氮素矿化Q10的差异，活化能理论认为其由底物质量差异所引起，即：土壤有机物质分解(矿化)的Q10取决于酶促反应过程中底物的质量，低质量基质(惰性有机物质)一般具有较高的活化能，其分解(矿化)具有更高的温度敏感性[32]。但近年来的一些研究表明除土壤氮库质量外，土壤氮库数量亦对Q10有重要影响[10,25]，这符合土壤氮素矿化的酶促反应本质，即：底物浓度亦决定氮矿化的速度及其温度敏感性。本研究中，Q10-total不仅与Ea和土壤基质指数(α)存在极显著相关关系(表6)，其亦与土壤全氮含量显著地负相关(R=-0.911,Plt;0.05)。先前在相同试验地上开展的工作已发现长期单施化肥及配施有机肥可有效促进土壤氮素积累，并显著提升其活性[12]，这表明增加氮库容量和改善氮库质量可能是本研究长期施肥后土壤氮素矿化Q10-total显著降低的重要原因。

早期的研究常认为土壤氮矿化的Q10较为固定，但实际上土壤氮矿化的温度敏感性在时空上具有很大的变异性，固定Q10取值并不能有效揭示土壤氮矿化与温度间的动态关系[9]。本研究发现，在5～35℃范围内，温度每升高10℃时，Q10-partial逐渐降低，这与先前的一些研究结果相似[27-28]。土壤氮素矿化在5～15℃之间对温度变化最敏感，这与石薇等[28]的结果一致，但高俊琴等[36]的研究显示若尔盖高寒湿地土壤氮矿化对温度响应最敏感的范围在15～25℃之间；TIAN等[37]对青藏高原土壤氮矿化的研究结果则显示，林地和灌丛土壤的氮矿化Q10-partial由25℃升至35℃时表现最高，而湿草地和干草原土壤氮矿化的Q10-partial则分别是土温由15℃升至25℃和由5℃升至15℃时表现最高。这说明不同生态系统土壤氮素矿化对温度变化的敏感程度也有一定差异，其原因可能在于不同条件下参与矿化的有机氮组分和微生物群落存在差异[10,37]，也可能与碳(氮)底物调控微生物活性的有效性不同有关[38]。

本研究中，不论是以5～35℃整体温度范围还是以5～15℃、15～25℃及25～35℃不同温度区间计，长期不同施肥后土壤氮矿化速率常数的Q10均明显降低，显示长期施肥可有效降低红壤性水稻土氮素矿化的温度敏感性，这有助于控制环境升温背景特别是高温环境下土壤氮素的快速矿化和流失。长期实行化学氮磷钾肥配施有机肥在提升土壤矿化供氮能力及降低氮素矿化温度敏感性方面具有较化肥单施更优的效果，预示在研究区水稻施氮实践中应重视有机肥与化肥的配合施用。单施化肥处理中，NPK处理提升土壤No及其比例的能力虽略弱于CF和NK处理，但其在平衡土壤前后期矿化供氮分配及弱化氮素矿化对温度变化的敏感性响应方面表现出较后者更好的效应，在生产实践中亦表现出较CF和NK处理更好的增产稳产效应[12]，说明在当前有机肥投入不足或缺施的条件下，实行基于测土配方的NPK平衡施肥可更好地提升资源利用效率，亦可作为研究区可取的施氮模式。

4 结论

(1)长期不同施肥提升土壤培养42 d累积矿化氮量的效应随温度升高而趋于减弱(Plt;0.05)，说明施肥对低温(5～15℃)条件下土壤氮矿化具有更加突出的提升效应。施肥后土壤氮矿化势和可矿化氮比例均有显著提高(Plt;0.05)，该效应以HOM处理表现最优；长期施肥后土壤初期供氮强度和后期矿化速率均有不同程度提高，表征施肥土壤供氮更为迅速和持久；施肥提升土壤初期供氮强度和后期矿化速率的效应随温度升高分别趋于降低和增高，显示升温后施肥与不施肥土壤初期供氮潜力趋于接近，但施肥土壤后期供氮潜力提升优势更加趋于突出。

(2) 不论是以5～35℃整体温度范围还是以5～15℃、15～25℃及25～35℃不同温度区间计，CK处理土壤氮矿化速率常数的温度敏感系数(Q10)均为最高，说明长期施肥降低土壤氮素矿化的温度敏感性；不论施肥与否，土壤氮素矿化均在5～15℃范围内对温度变化最敏感。

(3)从不同施肥提升土壤矿化供氮能力、优化供氮过程及降低氮素矿化的温度敏感性效应来看，长期氮磷钾肥配施有机肥均明显优于化学肥料单施，表明在研究区水稻生产施氮实践中应重视有机肥与化肥的配合施用。

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NitrogenMineralizationandAssociatedTemperatureSensitivityinPaddySoilsinDongtingLakeRegionofChinaunderLong-termFertilization

LI Wenjun1，2YANG Qiyong3YANG Jifeng2，4XIAO Ye1，2HUANG Zhigang1，2PENG Baofa1，2

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentandTourism,HunanUniversityofArtsandScience,Changde415000,China
2.HunanProvinceCooperativeInnovationCenterfortheConstructionamp;DevelopmentofDongtingLakeEcologicalEconomyZone,Changde415000,China3.InstituteofKarstGeology,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Guilin541004,China4.CollegeofChemistryandMaterialsEngineering,HunanUniversityofArtsandScience,Changde415000,China)

Soil nitrogen (N) mineralization is a critical ecological process of N cycling that plays an important role in determining soil N-supplying capacity. Based on a long-term fertilization experiment on paddy field in the Dongting Lake region, China, the responses of organic N mineralization in 0～20 cm soil layer and associated temperature sensitivity to different fertilization were studied. The experiment included five treatments: CK (without fertilization), CF (farmers’ practice of applying chemical fertilizer NPK), NK (application of chemical fertilizer NK), NPK (balanced application of chemical fertilizer NPK), HOM (combined application of chemical fertilizer NPK and organic fertilizer). All sampled soils were waterlogged incubated for 42 d at different temperatures (5℃, 15℃, 25℃ and 35℃), and accumulated mineralized N was analyzed. Compared with CK treatment, the accumulated mineralized N produced during 42 d incubation increased significantly (Plt;0.05) under different fertilization treatments while the increases gradually decreased from 32.7%～80.4% to 14.9%～59.7% along with the increment of temperature. The relationship between cumulative mineralization and effective accumulated temperature well fitted the effective accumulated temperature model (EATM) in all treatments at 25℃ and 30℃, and the values ofKandnassociated parameters in EATM in all fertilization treatments were higher by 2.7%39.5% and 4.0%21.3% than those in CK treatments, respectively, suggesting long-term fertilization presented obvious increased effects on both soil N supplying intensity at initial stage and later N mineralization rate. Moreover, the potentially mineralizable N (No) and mineralizable ratio of soil N were significantly (Plt;0.05) increased by 22.4%72.4% and 7.8%39.0%, respectively, when fertilization was adopted, and the HOM treatment presented the best results. The values of temperature sensitive coefficient (Q10) of soil N mineralization rate constant was ranged from 1.77 to 2.09 within the temperature range of 535℃; the values ofQ10and activation energy (Ea) for soil N mineralization were significantly (Plt;0.05) lower in all fertilization treatments than those of no fertilizer treatment, which followed the descending order of CK, CF, NK, NPK and HOM. TheQ10value for each treatment was higher from 5℃ to 15℃ than that from 15℃ to 25℃ and from 25℃ to 35℃, indicating that the most sensitive scope for response of N mineralization to soil temperature was at 515℃. It can be concluded that HOM treatment presented better effects in improving soil N mineralization capacity, optimizing N mineralization process and decreasing associated temperature sensitivity as compared with any other chemical fertilizer treatment, suggesting combined application of chemical N, P, K and organic fertilizer should be proposed for the rice production in the studied area.

long-term fertilization; Dongting Lake region; paddy soil; waterlogged incubation; nitrogen mineralization; temperature sensitivity

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.11.032

S158.5； S147.21+2

A

1000-1298(2017)11-0261-10

2017-08-08

2017-09-05

国家自然科学基金项目(41201297)、湖南文理学院学科骨干人才项目(14XKGG07)、广西区科学研究与技术开发项目(桂科攻1598016-11)和湖南文学学院博士科研启动项目

李文军(1982—)，男，副教授，博士，主要从事农田与湿地生态系统土壤碳氮循环及环境效应研究,E-mail: wenjunli0736@163.com

杨奇勇(1976—)，男，研究员，博士，主要从事水土资源持续高效利用研究,E-mail: yangqiyong0739@163.com