吉林省黑土与盐碱土中氮形态及含量预测方法

2021-06-06何珊赵玉岩李兵来雅文时艳香汤肖丹

世界地质 2021年4期

关键词：盐碱土黑土硝化

何珊，赵玉岩，李兵，来雅文，时艳香，汤肖丹

吉林大学地球探测科学与技术学院，长春 130026

0 引言

1 黑土氮元素存在态

表1 黑土理化性质Table 1 Physicochemical properties of black soil

表2 黑土和含量Table 2 Contents of in black soil

图1 不同氮形态转化过程[14--15]Fig.1 Transformation process of different nitrogen forms

2 盐碱土氮元素存在态

通过对文献数据整理得出的吉林省盐碱土理化性特征，如表3所示。盐碱土的pH值为8.95±1.12，有机质含量为(17.38±5.97)g·kg-1，CEC为(14.51±3.20)cmol·kg-1，容重为(1.38±0.14)g·cm-3，碱解氮含量为(105.11±49.03)mg·kg-1，含盐量为0.20%±0.06%。pH值和容重变异系数较小，分别为0.13和0.10。

表3 盐碱土理化性质Table 3 Physicochemical properties of saline-alkali soil

表4 盐碱土和含量Table 4 Contents of in saline-alkali soil

3 分析与讨论

3.1 数据分析

图2 黑土和盐碱土pH值对比图Fig.2 Comparison of pH value between black soil and saline-alkali soil

图3 黑土和盐碱土pH值频率分布折线图Fig.3 Frequency distribution line chart of pH value between black soil and saline-alkali soil

由图2、3可知，盐碱土pH明显高于黑土。吉林省黑土偏酸性，pH值范围5.5～7.5，以弱酸性为主，频率约54%；盐碱土偏碱性，碱性、强碱性频率均约25%。很多植物在极强碱性和极强酸性的条件下都难以存活，吉林省有部分盐碱土pH值达到极强碱性，这些土壤目前不可用于耕作。根据农作物生长的pH值条件，东北三省最主要的作物大米、大豆、玉米、甜菜等，其pH值都在弱酸性到弱碱性之间，大蒜、番茄、黄瓜等也都在酸性到中性的范围内。由此，黑土pH值条件更适宜多种农作物种植。

土壤养分在很大程度上是由有机质提供的，有机质是土壤肥力的基础，可以促进作物生长发育,改善土壤物理性质，使其松软不结块，也能给微生物提供所需的能量和养分，利于微生物活动。图4、5表明，黑土有机质含量范围为(14～33)g·kg-1，盐碱土有机质含量范围为(7～26)g·kg-1，黑土有机质含量整体比盐碱土的高一个等级。黑土和盐碱土有机质含量峰值相差较大，黑土有机质含量大都为三级等级，频率约62%，并有二级分布；盐碱土的四级居多，占55%，最高含量也只在三级的范围内。

图4 黑土和盐碱土有机质对比图Fig.4 Comparison of organic matter between black soil and saline-alkali soil

图5 黑土和盐碱土有机质频率分布折线图Fig.5 Frequency distribution line chart of organic matter between black soil and saline-alkali soil

图6、7表明，黑土碱解氮丰度很高，几乎均为Ⅰ(极高)、Ⅱ(高)级，共约占95%；盐碱土碱解氮在每个级别都存在一定比例。碱解氮是土壤有效养分之一，常被用作评价氮素有效性的依据。由此，黑土氮素有效性比盐碱土的高出很多，且盐碱土部分样品碱解氮含量低于45 mg·kg-1，说明这部分盐碱土氮素有效性极低。

图6 黑土和盐碱土碱解氮对比图Fig.6 Comparison of available nitrogen between black soil and saline-alkali soil

图7 黑土和盐碱土碱解氮频率分布折线图Fig.7 Frequency distribution line chart of available nitrogen between black soil and saline-alkali soil

图8 黑土和盐碱土硝态氮含量对比图Fig.8 Comparison of nitrate nitrogen content between black soil and saline-alkali soil

图9 黑土和盐碱土铵态氮含量对比Fig.9 Comparison of ammonium nitrogen content between black soil and saline-alkali soil

在土壤氮形态转化过程中，矿化、硝化和反硝化作用是主要的转化途径，其是水热条件、微生物特性和土壤碳氮含量等因素综合作用的结果[26]。土壤理化性质及环境对转化过程的影响为：①pH值主要影响的是硝化和反硝化作用，低pH值会限制硝化微生物生长，7～8.5的pH值范围是反硝化作用的最适酸度。由此，轻度盐碱土较黑土的pH值更适宜反硝化作用。②有机质C/N比越高，越不易矿化；含量越高，硝化和反硝化活性越高。黑土有机质的高含量导致其硝化、反硝化活性强于盐碱土。③温度和湿度可通过影响微生物活性进而控制矿化、硝化和反硝化作用。通常，最适于微生物活动的土壤湿度约为土壤最大持水量的60%～80%；在0～35℃范围内，随温度的升高，微生物活动明显增强。氮素矿化的最优温度为20℃～25℃，最优持水量为30 kPa；硝化作用最合适的温度为30℃，60%田间持水量时作用最强烈；反硝化作用随温度的升高而增强，土壤处于嫌气环境时反硝化作用最强[27]。④长期施肥能显著提高初级矿化--同化周转速率，刺激自养硝化作用，并提高反硝化作用速率[28]。