黄土高原南部半湿润地区长期施肥对土壤供氮能力影响的研究

在黄土高原南部年降水量 628mm 左右的半湿润区以红油土为供试土壤，进行长期 肥料定位试验，试验包括作物(种植与休闲)与施肥(施用化肥+有机物料与不施肥)2 个因 子，采用不完全方案，种植作物处理设不施肥(CK)、施用化肥(NP)、化肥+低量玉米茎 叶(NP+9375 kg/ha)、化肥+中量玉米茎叶(NP+18750 kg/ha)、化肥+高量玉米茎叶 (NP+37500 kg/ha)、化肥+厩肥(NP+37500 kg/ha)。休闲处理仅设化肥+低量玉米茎叶 (NP+9375 kg/ha)1 个水平。在试验进行 25 年后，分层采取 0-20cm、20-40cm 和 40-60cm 土层土样，采用 2 种实验室培养法（长期通气培养法和长期淹水培养法）和盆栽生物耗 竭试验，在比较测定长期定位试验土样供氮能力方法的基础上，研究了长期不同施肥处 理对土壤供氮能力的影响，以期为维持该地区土壤持续供氮能力和施肥管理提供科学依 据。通过研究，所取得的主要试验结果有： 1、0-20cm、20-40cm 和 40-60cm 土层土样，长期淹水培养和长期通气培养过程有机 氮的矿化既有相同之处，也有不同之处。相同之处主要表现在矿化进程基本一致，矿化 过程大体上可区分为前期指数矿化期和后期缓慢矿化期。不同之处主要表现为通气培养 在第 1 周内呈指数矿化，而淹水培养在前 2 周内表现为指数矿化；淹水培养在培养至 42d 矿化氮还呈增加趋势，而通气培养在第 7d 后已趋于稳定，说明通气培养前 7d 是矿化的 主要时期，此后矿化氮量极少；而淹水培养的矿化主要在前 14d，此后，矿化速率显著 下降；长期淹水培养矿化量显著大于长期通气培养，前者的测定结果是后者的 2 倍以上， 淹水培养 7d 的矿化量还比通气培养 42d 的矿化量高。 2、长期淹水和通气培养产生的矿化氮显著小于盆栽试验植物生长期间的矿化氮量： 从平均看，植物生长期提供的矿化氮是长期淹水培养矿化氮的 1.87 倍(不包括根系)和 3.09 倍（包括根系），是长期通气培养矿化氮的 4.51 倍(不包括根系)和 7.54 倍（包括根 系）；相关分析表明，无论包括，还是不包括根系，也不管考虑，还是不考虑起始土壤 残留硝态氮，如果包括不同土层的所有土壤样品，两种培养过程产生的矿化氮与植物吸 氮量有极显著的线性相关关系；生物盆栽耗竭试验仍然是目前估计不同长期施肥处理对 土壤供氮能力影响的最佳方法。 3、从长期不同施肥处理土样进行的生物耗竭盆栽试验中的黑麦草吸氮量看，0-20cm、 20-40cm 和 40-60cm 土层土壤的平均供氮量分别为 318.5mgN/pot、 145.7 mgN/pot 和 120.2mgN/pot，依次下降。从 0-20cm 到 20-40cm 陡然下降，而从 20-40cm 到 40-60cm， 下降幅度较小；不同施肥处理对不同土层土壤供氮能力的影响随土层深度增加而下降， 0-20cm 土层土壤可矿化氮占 0-60cm 土层总可矿化氮的 55.0%，20-40cm 和 40-60cm 土 层分别占 25.2%和 19.8%，说明在 20cm以下土层土壤中存在着不可忽视的可矿化氮库。 4、实验室培养法和生物耗竭盆栽试验在反映长期施肥处理对土壤供氮能力的影响上 具有不一致性。包括不同土层土样在内的土样测定结果表明，黑麦草生物量和吸氮量与 实验室培养法测定的矿化氮之间存在密切相关关系。但除去不同土层差异的干扰后，用 相同土层试验结果进行的相关分析发现，植物吸氮量与两种培养法测定结果间的相关性 没有达到显著水平；并且植物吸氮量间的差异远远大于用两种培养法测定结果间的差 异，说明用生物耗竭试验中的吸氮量能够比较敏感的反映相同田块不同长期施肥处理对 土壤供氮能力的影响。 5、0-20cm 土层土样生物耗竭盆栽试验中植物吸氮量与该层土壤酸解性氮、酸解性 氮中的氨态氮、氨基酸氮和氨基糖氮呈弱正相关关系，而与酸解性氮中的未知氮和未酸 解性氮之间的相关性更差；在氨基酸氮中，与酸性氨基酸氮和中性氨基酸氮的相关性最 强，与酸性氨基酸氮呈显著正相关关系。酸解性氮，特别是酸解性氮中的氨基酸氮和氨 态氮是易矿化的氮素。综合生物耗竭盆栽试验结果和有机氮组分发现，化肥与秸秆和厩 肥配合施用，对增加土壤中易矿化有机氮库具有重要作用。