楊凌地區不同棚齡大棚土壤氮素礦化特征研究

摘要[目的]為了分析壟作栽培對西藏春小麥分蘗、生育期等指標的影響規律。[方法]分別在達孜縣章多鄉和自治區農科所試驗地， 以春小麥“山春1號”和“藏春951”為試驗材料，開展壟作栽培研究。[結果]壟作栽培改變了春小麥的生理生態條件，促進春小麥葉片功能期的延長，增加了壟作“山春1號”的生育時期；壟作栽培促進了春小麥的總分蘗和有效分蘗數的增長，“藏春951”壟作與平作之間有效分蘗達到0.01水平顯著性差異，不同栽培方式的2個春小麥品種的總分蘗間沒有達到顯著性差異；壟作栽培增加了春小麥次生根數量和長度，不同栽培方式下“藏春951”的根數之間達到0.05顯著水平；壟作栽培有效改善了小麥穗部性狀，不同栽培方式的“藏春951”小穗數之間t值達到6.48，Pr>|t|=0.000 2<0.01，達到0.01顯著性差異。[結論]在春小麥生長發育中壟作栽培方式對提高春小麥分蘗力、改善其穗部性狀、增加次生根數量等都具有明顯的正效應。

關鍵詞壟作栽培；西藏春小麥；生理影響

中圖分類號S511；X825文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）12-03536-05

作者簡介魏迎春（1973- ），男，河南安陽人，副研究員，碩士，從事農業生態及小麥育種方面的研究。

土壤氮素是作物吸收的主要來源。作物中積累的氮約50%來自于土壤，有些高達70%。據報道，糧食增產的59%左右取決于土壤氮素肥力[1]。土壤供氮能力越強，作物對氮素的依賴就越強，但當施用的肥料達到一定量以后，氮肥的增產效果和利用效率就會逐漸降低[2-3]。

隨著大棚蔬菜栽培的迅猛發展，大棚土壤過量的不平衡施肥造成的氮素障礙問題日益突出。在自然生態系統中，大棚土壤氮素絕大部分以有機態存在，一般不能被植物所吸收利用。除固氮植物和一部分可直接利用有機氮的植物之外，其他植物的氮素來源主要是形成的易被植物吸收的礦化氮。土壤有機氮的礦化是土壤礦質氮產生的重要途徑，其礦化能力在很大程度上反映出土壤的供氮潛力[4]。在研究土壤供氮能力的生物學方法中，間歇淹水培養法是一種重要手段。它抑制硝化細菌的活動，創造適于有機氮氨化的條件，礦化的最終產物是氨態氮，占礦質氮的95%～100%[5-7]，能夠反映土壤供氮潛力的狀況。付會芳等[8]比較了旱地土壤淹水培養和通氣培養，發現采取淹水培養法培養的氮素礦化過程較迅速，培養條件易控制，精密度較高[9]。為此，筆者采用淹水培養法對大棚土壤氮素礦化進行研究，以獲得大棚土壤氮素礦化的特征，為大棚土壤氮素有效化利用、減少投入的浪費、確定農田土壤供氮能力及擬合合理施肥量、控制環境污染提供理論支持。

1材料與方法

1.1試驗設計研究地點位于陜西省楊凌示范區，土壤類型為肥熟旱耕人為土。分別采集棚齡為1.5、30、50、80、110年的大棚土壤，每個溫室的面積為0.06 hm2。栽培蔬菜為番茄，施用農家肥25 t/hm2、化肥4 500 kg/hm2。2006年11月采集土壤樣品，每個溫室均以5～8 m的間距“之”字形布點，采用隨機多點（5～7個）取樣方法，按0～10、10～20、20～40 cm 3個層次采集土壤混合土樣，以露地蔬菜土壤（栽培年限20年）為對照。

1.2測定方法土壤pH的測定采用電位法（水土比1∶1）；土壤有機質（OM）含量的測定采用重鉻酸鉀容量法；全氮（TN）含量的測定采用半微量開氏法；礦化氮素（MN）的測定采用間歇淹水培養法。數據采用Excel和SAS軟件處理和統計分析。

2結果與分析

2.1不同棚齡土壤有機質、全氮與礦化氮的關系從表1可以看出，大棚土壤pH隨棚齡的延長而略有下降，但變化幅度較小，對總礦化氮量的影響并不明顯。隨著棚齡的變化，土壤總礦化氮量的變化差異較大，5.0年大棚土壤總礦化氮量最高，大棚土壤總礦化氮量的大小與棚齡的長短并沒有明顯的相關性，隨著土層的加深，土壤總礦化氮含量逐漸下降。Quemada等[10]認為，土壤礦化的差異可以從礦化氮與有機質、全氮比例進行研究。這是因為礦化氮既與有機質、全氮含量有關，更與其中的可礦化部分有關，礦化氮源于有機質氮和全氮的一部分，不同的土壤中這部分數量不同，所占比例不同。表中總礦化量與有機質、全氮的比例變化幅度不大，也就是說礦化氮的數量并不隨棚齡的延長而增加，大棚土壤全氮、有機質中的可礦化氮部分在一定的環境條件下比例是基本穩定的，雖然隨著棚齡的延長，土壤中每年投入的氮肥和有機肥不斷積累，大棚土壤全氮和有機質含量不斷增

2.2不同棚齡土壤不同時間段氮累積礦化量從表2可以看出，土壤氮累積礦化量隨培養時間的延長而逐漸上升，并且在前期變化幅度較大，后期平緩，整個礦化過程可大致分為速增、過渡、平緩3個階段。礦化培養35 d之后礦化氮的增加量逐漸趨于穩定，之后其增加量較小。因此，培養35 d以后時間段的累積礦化氮可作為氮礦化的指標。間歇淋洗淹水培養法使得土壤中的礦化氮不斷被淋洗掉，土壤的氨化反應得以持續進行，造成土壤的氮素礦化累積含量保持增長趨勢。淋洗有利于土壤氮素的礦化過程[11]。0～40 cm范圍內不同土層深度氮礦化量差異較大，氮礦化量隨土層深度增加而逐漸降低；0～10 cm表層土壤礦化量明顯偏高，表土較高的氮礦化可歸因于較高的氮素、有機質數量和質量。隨著土層深度的不斷增加，土壤透氣性逐漸降低，可供降解的有機質越來越少，微生物數量迅速下降，礦化隨之下降。對不同時間段NH+4N的累積量與時間的平方根進行相關分析，發現二者之間具有很好的相關性，決定系數（R2）在0.845 0～0.976 8之間。這與Standtord等[12]的研究結果相一致 。

2.3不同培養時間土壤凈礦化量從圖1可以看出，不同棚齡大棚土壤凈礦化量整體上隨培養時間的延長而呈逐漸減少的趨勢，培養前28 d土壤凈礦化量下降幅度較大，之后21 d內的變化趨于平緩，49 d以后土壤凈礦化量接近于0。凈礦化累積量并不隨著種植年限的增加而增加，大棚多年種植的特點使得土壤表層的氮素和有機質含量遠遠高于下層土壤，土壤上層的凈礦化量高于下層土壤。大棚土壤高肥水條件、豐富的微生物都有利于土壤有機氮的礦化作用[13-14]。

安徽農業科學2014年2.4不同棚齡土壤礦化勢氮礦化勢不但是土壤氮素在容量方面的重要指標，而且是供氮強度的一個因子。礦化勢（No）科學地代表了土壤氮礦化率的容量[6]。從表3可以看出，大棚土壤由于高肥水的投入，其礦化勢相對較高，并且不隨棚齡的延長而產生相應的變化，總體上長齡大棚土壤礦化勢略高于短齡大棚土壤，5.0年大棚土壤礦化勢最高，0～10 cm表層土壤礦化勢為29.748 6 mg/kg，15年大棚礦化勢最低。大棚種植年限并非決定礦化勢的主要因素。作為土壤養分指標的全氮、有機質含量與礦化勢具有很好的相關性。11.0年大棚土壤礦化勢比5.0、8.0年大棚土壤有所下降。這與11.0年大棚土壤全氮、有機質含量相對較低有關。從不同土層可以看出，礦化勢隨土壤層次的加深而逐漸降低，并且下降幅度較大，1.5、5.0、8.0、11.0年大棚土壤的0～10、20～40 cm土層礦化勢相差分別達到7.956 1、13684 3、14584 9、14.278 6 mg/kg。大棚土壤有機質、全氮含量在不同土層的差異性直接導致土壤礦化勢不同層次較大的差異性。雖然全氮與礦化勢密切相關，但是全氮含量并不能替換氮礦化勢。

2.5不同棚齡土壤礦化速率由圖2、3可知，不同土層礦化速率不同，隨著土層的增加，土壤氮礦化速率逐漸增大，0～10 cm土層礦化速率在28～35 d內達到最大值，10～40 cm土層氮礦化速率則在第7天達到最大值。所有大棚土壤在0～10 cm土層都表現出隨培養時間的延長礦化速率呈現先增加后緩慢下降的趨勢，前28 d礦化速率隨培養時間的延長而逐漸增加，尤其7～14 d之間增加幅度較大，28 d以后礦化速率增加幅度開始緩慢下降；10～20、20～40 cm土層的土壤礦化速率在整個培養期間始終表現出持續下降的趨勢，除個別土樣外，10～20 cm土層大棚土壤礦化速率的下降幅度非常小，在培養期間基本保持平穩變化的趨勢，而20～40 cm土層礦化速率下降幅度較大，特別是在培養的前21 d，第7天的礦化速率平均為0.196 4，第21天下降到0.092 7，第7天的礦化速率是第21天的2.118 9倍。大棚土壤的礦化速率在不同土層前期變化規律不完全相同，但后期都表現出緩慢下降趨勢，并且礦化速率隨培養時間的延長逐漸接近于一個固定的礦化速率值。這進一步說明隨著培養時間的延長，土壤中可礦化氮含量逐漸降低。對不同棚齡礦化速率分析，發現并沒有表現出規律性的變化。

2.6氮素礦化與有機質、全氮的關系從圖4、5可以看出，耕層土壤不同層次剖面土壤礦化氮與土壤全氮、有機質含量之間存在著良好的相關性，總礦化氮與有機質相關系數（r）為0.799，總礦化量與全氮的r為0.831 3。有機質、全氮與可礦化氮含量之間關系密切，有機質、全氮含量越高，礦化氮含量也越高，總體上大棚土壤中投入的氮肥與有機肥數量增加，土壤可礦化氮含量逐漸增加，由于11.0年大棚土壤有機質、全氮含量較5.0、8.0年大棚土壤有所降低，礦化氮總量也較5.0、8.0年大棚土壤偏低，0～10 cm土層可礦化氮與全氮、有機質的相關性高于10～40 cm的土層，且礦化氮與全氮的相關性高于礦化氮與有機質的相關性。李菊梅等[15]認為，這種相關性有一定的不真實性，礦化氮是全氮的一部分，也是有機質的一部分。當用部分（可礦化氮）與全體（有機質、全氮）進行相關計算時，其間存在著自相關關系，并不能完全反映可礦化氮與全氮、有機質關系的真實性。全氮、有機質雖然反映可礦化氮的庫容，但不能反映植物生長期或培養期內土壤能夠礦化的比例。礦化氮的數量取決于有機質和全氮中的可礦化部分，而不是其總量。土壤全氮或有機質作為評價土壤供氮能力的指標，效果不如可礦化氮[16]。可礦化氮與有機質、全氮的關系是穩定的，不隨土壤、土層變化。這與前人研究結果[17-22]一致。

3結論

（1）對不同時間段NH+4N的累積量與時間的平方根進行相關分析，其決定系數（R2）在0.845 0～0.976 8之間，兩者呈明顯的線性相關。由此可知，土壤凈礦化量與培養時間的平方根之間的相關性很好。

（2）累積礦化量隨著培養時間的延長而逐漸上升，并且在前期變化幅度較大，后期平緩，礦化培養35 d之后逐漸趨圖2不同培養時間土壤礦化速率圖3不同棚齡土壤礦化速率于穩定。氮累積礦化量隨土層深度的增加而逐漸降低。土壤凈礦化量整體上隨培養時間的延長而逐漸減少，培養前28 d土壤凈礦化量下降幅度較大，之后21 d內的變化趨于平緩，49 d以后土壤凈礦化量接近于0。

（3）由于大棚土壤高肥水的投入，總體上長齡大棚土壤礦化勢略高于短齡大棚土壤，但礦化勢與棚齡并沒有表現出明顯的相關性。在不同土層，礦化勢隨土壤層次的加深而逐漸減少，并且下降幅度較大。作為土壤養分指標的全氮、有機質含量與礦化勢具有很好的相關性。

（4）不同土層礦化速率不同。隨著土層的增加，土壤氮礦化速率逐漸增加，0～10 cm土層氮礦化速率在28～35 d之間達到最大值，10～40 cm土層氮礦化速率則在第7天達到最大值。所有大棚土壤在0～10 cm土層都表現出隨培養時間的延長礦化速率呈現先增加后緩慢下降的趨勢。不同棚齡礦化速率之間并沒有表現出規律性的變化。

（5）大棚土壤pH隨棚齡的延長略有下降，但變化幅度較小，對總礦化氮量的影響并不明顯。在相同土層，總礦化量與有機質、全氮的比例變化幅度不大。從不同土層來看，OM/TN、MN/TN的比值隨著土壤層次的加深而逐漸增加。可礦化氮與有機質、全氮的關系是穩定的，不隨土壤、土層變化，既與表層土壤有機質、全氮相關，又與不同土層的有機質、全氮相關。

圖4氮素礦化量與全氮含量的關系圖5氮素礦化量與有機質含量的關系參考文獻

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