3讨论


3.1可矿化氮变化及其土壤控制因子


土壤可矿化氮量是指导农业生产施氮实践的重要参数，其变化反映一定时期内植物可利用态土壤有机氮数量差异。本研究中，培养7、28、112 d条件下，不同土壤间累积矿化氮量变异系数依次降低，其主要原因可能在于：一、不同土壤间氮矿化速率及其差异均随培养时间延长而降低；二、风干土壤氮素矿化存在“干土效应”，即风干过程中死亡原生生物体的快速矿化及其对微生物活性的促进作用，导致土壤氮素在培养初期具有更高的矿化速率及矿化变异性。事实上，多数农耕土壤时常经历干湿交替过程，土壤氮素矿化的干土效应在自然状态下亦难以完全避免。不同土壤氮素矿化的干土效应并不一致，但风干过程并不会改变不同土壤间氮素矿化能力的相对顺序。因此，土壤氮素矿化研究常使用风干土壤。No表征土壤可矿化氮供应容量。本研究显示，洞庭湖区不同亚类水稻土No值总体上以潴育性水稻土、潜育性水稻土、淹育性水稻土的次序依次降低，其原因在于潴育性水稻土相对于潜育和淹育性水稻土而言，保持了更好的土壤水分状况，这有利于增强土壤氮循环微生物活性和养分有效性。


土壤可矿化氮变化受许多因素影响，在环境相同情形下，不同土壤间可矿化氮量的差异，主要受其理化特性的控制，有机质、碳氮比、质地及pH值等被认为是影响有机氮矿化的重要土壤因子。在一定范围内，土壤碳氮比和pH值往往与可矿化氮分别具负和正相关关系，这与本研究结果相一致，但未发现土壤可矿化氮量与碳氮比和pH值具显著相关关系，这可能与同区域同类型土壤在相似管理影响下具有较低的pH值和碳氮比值变幅有关。土壤可矿化氮与粘粒含量显著正相关原因在于土壤新形成的团聚体富含易矿化氮素且其易与粘粒结合。土壤可矿化氮与有机碳和全氮含量亦呈极显著正相关(表5)，这是因为土壤有机碳和全氮是可矿化氮的源泉，先前的很多研究证实二者同土壤可矿化氮显著正相关。然而，鉴于土壤有机碳和全氮含量代表着氮素矿化的理论极限值，其反映土壤供应可矿化氮能力差异只能达到半定量水平，因此分析有机碳(氮)组分及其质量与土壤可矿化氮间的关系对深入理解土壤矿化供氮特征及氮素有效性更具实际意义。


3.2土壤有机氮组分及其与可矿化氮关系


有机态氮化学形态复杂，其各组分含量受一系列自然和人为因素的综合影响。本研究各土壤酸未解氮含量均明显低于酸解氮含量，但亦有研究显示不同轮作模式及施氮量条件下，黄棕壤有机氮均以非酸解氮为构成主体，这说明土壤有机氮的酸解效率可能更直接客观地决定于土壤成土特性而非人为活动的干扰。鉴别酸解有机氮组分是深入理解土壤有机氮生物有效性的基础，氨基酸氮是酸解氮中主要可鉴别的含氮化合物，本试验各土壤酸解氮中均以氨基酸氮组分含量最高，而北方一些旱作土壤呈现氨态氮和氨基酸氮含量基本相当或以氨态氮含量最高的特征，这种差异的原因，一方面可能是由于北方气候温暖区土壤粘土矿物多以2∶1型矿物为主，其具备很强的固铵能力，而固定态铵是酸解氨态氮的主要来源之一，且在酸解条件下有较高的释放效率；另一方面可能是稻田和旱地水热条件的差异影响土壤有机氮组分间相互转化及其分配格局。供试土壤全氮在不同酸解组分中的分配特征与赵丽等的研究结果一致，但计算获得土壤全氮中各有机氮组分比例的变异系数值仅为14.0%～29.7%，较相应组分含量变异系数值降幅达26.7%～60.9%，反映出相似管理条件下同类土壤有机氮素在不同组分间的分配具有一定的共性。


有机态氮是土壤矿质氮的源和库，有机氮分组为揭示土壤不同形态有机氮与可矿化氮间的亲疏关系提供技术支持。简单相关分析揭示土壤有机氮组分与可矿化氮间的平行关系，本研究发现仅酸未解氮未与可矿化氮具显著正相关关系(P>0.05)，这与酸未解氮主要以杂环态存在于高度缩合且稳定性较高的腐殖质组分中有直接关系。酸解氮中，未知氮代表相对不易矿化的土壤酸解氮形态，多数情况下其有效性较低。本研究中，与其它酸解氮组分进行比较，未知氮表现出与可矿化氮具更弱的正相关关系，且达显著水平(P<0.05)。酸未解氮对No具抑制作用，但有研究显示该组分氮与可矿化氮的关系似乎与土壤淹水培养时长有紧密关联。氨基酸氮与可矿化氮的正相关性最好，且是唯一进入到逐步回归方程的酸解氮组分，这充分说明氨基酸氮对试验土壤可矿化氮供应有重要意义。Lu等研究显示黄土高原旱地土壤淹水条件下以酸解氨态氮对土壤可矿化氮的贡献最大；梁国庆等对石灰性潮土的研究表明，植物吸收态可矿化氮主要来自氨基酸态氮，其次是氨态氮，氨基糖态氮的贡献程度最低；彭银燕等则认为酸解未知氮对不同施肥和地下水位影响下的红壤性水稻土可矿化氮的贡献最大。不同研究结果的差异可能与气候条件、土壤类型及耕作施肥等因素综合影响有关。氨基酸氮与Nmin-7、Nmin-28、Nmin-112建立的逐步回归方程的决定系数(R2)依次增大，表征随土壤氮素矿化作用的增强，氨基酸氮的贡献增大。


土壤有机氮各组分含量的消长及其对土壤可矿化氮的贡献特性，以一种组分间相互转化、相互制约或促进的复杂态势存在，通径分析可在相关分析基础上更精确地解析土壤有机氮组分与可矿化氮间的因果关系。本研究中，虽然酸解氨态氮含量远高于氨基糖氮，二者与可矿化氮间的相关性几无差异，但通径分析中二者间对No的决策系数却存在明显差异，这在一定程度上说明酸解氮组分对可矿化氮的贡献大小与其数量的多寡没有必然联系；酸解氨态氮来源复杂，其中某些来源化合物因具有相对氨基酸氮和氨基糖氮更高的化学稳定性而降低其结合氮素的生物直接可利用性。氨基酸氮对No具有最大的直接作用和最高的决策系数，对试验土壤可矿化氮的综合影响作用最大。之前有研究报道，酸解条件下，碱性氨基酸中的非α-氨基氮和脯氨酸中的氨基氮均不能用茚三酮氧化-磷酸盐-硼酸盐缓冲液蒸馏法测得，这些氨基酸态氮被归入到氨态氮或酸解未知氮中，若考虑这些因素，氨基酸氮可能对土壤可矿化氮或植物可利用氮具有更大的贡献。尽管如此，应注意到多种有机氮组分可同时对可矿化氮有贡献，其贡献差异受有机氮组分间相互转化过程的深刻影响。对农业土壤而言，频繁的人为活动对土壤有机氮素形态转化的影响更为强烈和复杂。因此，加强多因素综合影响下土壤有机氮素周转特性研究应是深入理解土壤有机氮组分对可矿化氮的贡献演变及其有效性的重要基础。


4结论


酸解氮是洞庭湖区双季稻田轮作水稻土有机氮素的主要存在形态，其各组分含量及分配比例以氨基酸氮为最高、氨态氮和酸解未知氮次之，氨基糖氮为最低；不同类型水稻土间酸解氮含量和氮矿化势总体上依潴育性水稻土、潜育性水稻土、淹育性水稻土的次序依次降低。土壤有机碳、全氮及粘粒含量均与土壤可矿化氮间呈显著正相关关系(P<0.01)，是控制土壤有机氮矿化的重要理化因子。土壤酸解氮与可矿化氮关系密切，其中，氨基酸氮是对可矿化氮有直接重要贡献的组分，是土壤可矿化氮的主要来源，氨基糖氮、氨态氮和酸解未知氮各自对土壤氮矿化势的影响则主要在于其通过其它酸解氮组分尤其是氨基酸氮所起的间接作用。酸解氮中除未知氮外的其它组分均对土壤氮矿化势起增进作用，提升有机氮中这些组分的分配比例有利于增加土壤可矿化氮供应容量。