土壤供氮能力的衡量指標

河南省土壤肥料站 孟繁華

土壤供氮能力的衡量指標

河南省土壤肥料站 孟繁華

河南省土壤肥料站 主辦

對于土壤供氮能力的研究關鍵在于選用合理的指標和有效的研究方法。土壤科學工作者提出了多種衡量土壤供氮能力的指標，主要包括化學指標和生物學指標，由于指標較多，本文僅簡要介紹幾種。

一、化學指標

（一）有機質和全氮

有機質是土壤表層氮素的重要載體，含80%～97%的土壤氮素；土壤全氮是各種形式氮的總和，綜合表征了土壤的氮素狀況。氮對植物營養非常重要并且與有機質和全氮關系密切，后兩者一直被各國用來評價土壤的供氮水平。但他們含量相對穩定，在較小范圍內含量變化不大，不夠敏感，在一定期間內難以反映土壤供氮能力的差別，這是其明顯的缺點。

（二）堿解氮

堿解氮目前在我國已成為推薦施肥的重要肥力指標。該方法操作簡便、迅速、重現性好，不僅能測定土壤中氮的供應強度，也能看出氮的供應容量和釋放速率。朱兆良、周鳴錚、李生秀等先后采用堿解氮表征土壤供氮能力，并取得了不錯的效果。堿解氮與盆栽試驗吸氮量相關性很高，但其應用于大田時，結果卻很不理想。張勝恒采用常規方法測定的堿解氮量與實際并不吻合，而用低溫堿解法得到的堿解氮量能較好地反映其土壤供氮能力，測定值約為常規堿解氮量的1/3。周鳴錚、朱兆良的研究結果也表明，堿解氮與大田作物吸氮量相關性不高。葉優良也認為，旱地土壤的堿解氮與大田作物吸氮量相關性不高的原因是土壤起始硝態氮所導致的。以上研究發現說明，諸多因素對堿解氮作為供氮指標有一定的限制。盡管如此，堿解氮仍被廣泛應用。

（三）KCl浸提氮

Gianello和Bremner2 mol/L KCl 煮沸浸取土壤4 h和Whitehead 1 mol/L KCl 煮沸浸取土壤1 h兩種方法應用的較多。Liàava & Waring對貧瘠土壤的研究表明，2 mol/L KCl 煮沸4 h浸取的氮與40 ℃淹水培養7 d礦化氮密切相關( r= 0.86)。Canteralla等對施用石灰的酸性土壤的研究認為，2 mol/L KCl 煮沸4 h浸取的氮素能夠較好地解釋玉米氮素吸收量。李生秀等在酸性土壤上應用1 mol/L KCl 煮沸法，該法浸取的氮與吸氮量的關系非常密切，效果優于間歇淋洗培養法。但對于石灰性土壤，該法不能直接應用，因為顯堿性的浸取液在煮沸過程中會引起大量的銨態氮揮發， 使得測定結果偏低。在避免了此種情況后，兩種方法浸提出來的NH4+-N與盆栽試驗小麥吸氮量密切相關，可分別解釋小麥總吸氮量的76%和61%。以上表明，在反映酸性土壤供氮能力上，KCl煮沸浸取的銨態氮較好，能夠作為酸性土壤供氮能力指標，而對于石灰性土壤還有待進一步研究。

（四）沸水浸提氮

沸水浸提氮作為土壤供氮能力指標最早由Livens提出，沸水浸提的主要物質為土壤礦質氮和可溶性有機氮。Keeney和Bremner用水浸提的全氮與黑麥草吸氮量的相關系數r=0.77，與培養法r=0.73的結果接近，其效果比土壤全氮好。此外，其他許多研究結果也證明了水浸提氮是一個良好的供氮指標。

綜上所述，化學指標測定迅速、簡便，而且結果精確。受土壤樣品的預處理和儲存的影響較小。但化學指標也存在不少缺點，迄今為止，尚沒有一種化學試劑有選擇地釋放那些經土壤微生物轉化的氮素。沒有充分考慮到土壤氮素礦化—生物固定循環轉化這一事實。而且化學指標都是通過與標準項相關分析得來的，缺乏足夠的理論基礎，因而都是一些經驗性指標。

（五）起始礦質氮

土壤礦質氮包括硝態氮、銨態氮和亞硝態氮，硝態氮和銨態氮含量較高，在旱地土壤中，銨態氮經過硝化作用很快轉換為硝態氮，含量很低。因此，很多研究者試圖用硝態氮含量作為旱地土壤供氮能力的指標。Soper等在加拿大休閑和非休閑地上進行了22個大麥氮肥用量試驗，指出加拿大西部谷類作物需氮量可采用0～60 cm土層硝態氮含量來預測。胡田田和李生秀研究表明，旱區30～60 cm土層和灌區60～100 cm土層的起始硝態氮對作物吸氮貢獻較大。播種前0～60 cm和0～100 cm的起始硝態氮分別是旱區和灌區土壤冬小麥供氮的可靠指標。不僅如此，一定深度土壤的起始硝態氮還決定了作物吸收氮素的多少，可依據其來劃分土壤肥力等級。以上研究表明，一定土壤深度的硝態氮含量可以表征旱地土壤的供氮能力，是旱地土壤較好的供氮能力指標，關于銨態氮與土壤供氮水平的關系，目前尚無定論。

綜上所述，化學指標測定迅速、簡便，而且結果精確。受土壤樣品的預處理和儲存的影響較小。但化學指標也存在不少缺點，迄今為止，尚沒有一種化學試劑有選擇地釋放那些經土壤微生物轉化的氮素。沒有充分考慮到土壤氮素礦化—生物固定循環轉化這一事實。而且化學指標都是通過與標準項相關分析得來的，缺乏足夠的理論基礎，因而都是一些經驗性指標。

二、生物指標

（一）短期培養的可礦化氮

針對土壤有機質和全氮在衡量土壤供氮方面的不足，土壤學家提出了可礦化氮作為衡量土壤供氮能力的指標。土壤可礦化氮測定一般采用生物培養法，即在適宜的溫度和水分條件下，培養一定量的土壤，然后測定培養過程中土壤氮素礦化量，以此來估算土壤潛在可礦化量，來預測土壤供氮能力。根據培養條件的不同可分為通氣培養和淹水培養，水稻土適合于淹水培養，通氣培養適合于旱地土壤。

（二）土壤氮素礦化勢

Stanford和Smith研究發現，在嚴格控制條件的情況下，短期實驗結果不能反映土壤潛在長期供氮容量。為了解決這種情況，他們采用間歇淋洗通氣培養法進行224 d的長期培養，還根據化學動力學原理建立了一級反應動力學方程計算出礦化勢N0和礦化速率常數k來預測土壤供氮能力。該方法雖然原理正確，但其時間過長，同時還受溫度、濕度等各種因素的影響，應用起來不方便。因此，Stanford等又提出了14 d的短期培養法來快速測定和計算N0，但在應用該方法時，需預先培養7天后淋洗除掉產生的礦質氮再正式培養，仍太費時間。Stanford和Smith隨后又采用化學方法估算N0，即在121 ℃的條件下，用0.01 mol/L CaCl2水解土壤16 h后，測定釋放出來的銨態氮量，再進一步求N0，這種方法對N0的估算更為方便。

三、粗有機質(Macro-Organic Matter，MOM)

土壤有機質具有很大的異質性，由一系列分解性不同的庫所組成。在不破壞土壤團聚體結構的前提下，有差別研究不同分解特性的有機質養。

這些都為土壤有機氮的礦化研究開辟了新的途徑。分釋放規律，更有助于我們深刻理解土壤養分的釋放特征。模型是重要的研究手段之一，通常在有機質的動態周轉模型中，都把其分解成分解性不同的各個庫。主要問題之一是模型這些基于有機質化學或物理穩定性定義功能庫，除了微生物量以外，其他部分不能通過物理或化學方法加以確定，因此，測定技術進步，必將有助于模型的發展。

Christensen認為物理分組方法對土壤有機質的破壞性較小，采用物理分組方法所得到的研究結果與田間原位狀態下有機質的結構和功能關系更緊密。土壤有機質可以分成兩個明顯組分，即：粗有機質（Macro-organic Matter＞150μm）和微團聚體有機質（organic matter in microaggregates），粗有機質比微團聚體有機質分解快。粗有機質包括輕組和重組兩部分，輕組由部分分解的植物殘渣組成，周轉速度較快，與土壤黏土礦物結合度較低，因此其受物理保護程度也較低。重組由相對較多的中間產物組成，周轉速度較慢，物理保護程度較高。與之相反，微團聚體內部和被黏土礦物吸附、包裹的有機質受物理保護程度較高，抗微生物分解的能力較強。微團聚體是土壤結構的基本單元，含有很大比例的穩定有機質，眾所周知，粉粒和粘粒也存在于微團聚體內。

土壤氮礦化過程可用于衡量土壤質量好壞， 粗有機質（MOM）密度組分對土壤有機質的總礦化量有著很大的貢獻， 可以作為衡量土壤氮礦化的指標之一。Müller等開發了土壤轉化的15N示蹤模型，模型采用馬爾科夫蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo， MCMC)的 參數優化方法。模型中將土壤有機氮分為易分解有機氮和耐分解有機氮，測定方法采用Meijboom等有機質的物理分組方法，參照分組方法，Huygens等定義土壤易分解有機氮與耐分解有機氮的組成。這些都為土壤有機氮的礦化研究開辟了新的途徑。