巖溶區(qū)種植砂糖桔對(duì)石灰土有機(jī)氮礦化過(guò)程的影響

楊會(huì)　朱同彬　吳夏　郝玉培　吳華英

摘要：【目的】土壤有機(jī)氮礦化是產(chǎn)生無(wú)機(jī)氮的主要過(guò)程，研究巖溶區(qū)不同土地利用方式對(duì)有機(jī)氮礦化過(guò)程的影響，為巖溶區(qū)農(nóng)業(yè)種植提供理論依據(jù)。【方法】選擇巖溶區(qū)由灰?guī)r和泥晶灰?guī)r發(fā)育而來(lái)的石灰土作為研究對(duì)象，測(cè)定土壤的理化性質(zhì)和碳化學(xué)結(jié)構(gòu)，并采用15N同位素標(biāo)記方法，研究由喬灌地開(kāi)墾種植砂糖桔后土壤有機(jī)質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量對(duì)有機(jī)氮礦化速率的影響。【結(jié)果】喬灌地開(kāi)墾種植砂糖桔后，兩種石灰土的土壤有機(jī)碳（SOC）、全氮（TN）、鈣（Ca）含量、土壤田間持水量（WHC）和pH均顯著降低（P<0.05，下同），鉀（K）含量顯著增加。灰?guī)r發(fā)育的石灰土鐵（Fe）、鋁（Al）含量和粘粒比例顯著增加，泥晶灰?guī)r發(fā)育的石灰土Fe、Al含量和粘粒比例無(wú)顯著變化（P>0.05，下同）。灰?guī)r發(fā)育的石灰土碳化學(xué)結(jié)構(gòu)變化不顯著，泥晶灰?guī)r發(fā)育的石灰土烷基碳從21.9%顯著增至25.7%，羰基碳從16.0%顯著降至13.5%。由灰?guī)r和泥晶灰?guī)r發(fā)育成的石灰土有機(jī)氮總礦化速率（MNorg）分別由2.96和2.22 mg N/（kg·d）降至0.66和1.05 mg N/（kg·d），主要?dú)w于易利用有機(jī)氮礦化速率（MNlab）的降低。灰?guī)r發(fā)育的石灰土難利用有機(jī)氮礦化速率（MNrec）變化不明顯，泥晶灰?guī)r發(fā)育的石灰土MNrec由0.36 mg N/（kg·d）提高至0.66 mg N/（kg·d）。泥晶灰?guī)r發(fā)育的石灰土MNorg和MNlab主要受控于土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量，與SOC和TN含量呈顯著正相關(guān);MNrec受有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)組成的影響，與烷基碳呈顯著正相關(guān)。灰?guī)r發(fā)育的石灰土MNorg和MNlab除受有機(jī)質(zhì)數(shù)量影響外，還受土壤巖性的影響，與Ca含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01，下同），與Fe、Al含量和粘粒比例呈極顯著負(fù)相關(guān)。【結(jié)論】喬灌地開(kāi)墾種植砂糖桔導(dǎo)致不同灰?guī)r發(fā)育的石灰土有機(jī)氮總礦化速率均顯著降低，土壤無(wú)機(jī)氮供應(yīng)能力減弱。

關(guān)鍵詞： 巖溶區(qū)石灰土;土地利用方式;巖性;礦化速率;有機(jī)質(zhì)質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào)： S153.6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：2095-1191（2020）11-2665-09

Effects of sugar orange plantation on organic nitrogen mineralization in different calcareous soils in karst region

YANG Hui， ZHU Tong-bin*， WU Xia， HAO Yu-pei， WU Hua-ying

（Institute of Karst Geology， Chinese Academy of Geological Sciences/Key Laboratory of Karst Dynamics，

Ministry of Natural Resources & Guangxi， Guilin， Guangxi ?541004， China）

Abstract：【Objective】Soil organic nitrogen mineralization is the main process of producing inorganic nitrogen. The study of the effects of different land use patterns on organic nitrogen mineralization in karst regions could provide theoretical basis for agricultural planting in karst regions. 【Method】Soil samples were collected from calcareous soils developed from limestone and mudstone limestone in karst region.The physical and chemical properties and carbonization structural of the soil were determined. The 15N tracing technique was used to study the effects of the quantity and quality of organic matter on the mineralization rate in calcareous soil when arbor-bush was converted to sugar orange. 【Result】The results showed that soil organic carbon（SOC）， total nitrogen（TN）， calcium（Ca）， field water-holding capacity（WHC）， pH were significantly reducedin the two calcareous soils（P<0.05， the same below）， and thecontentof potassium（K） was increased significantly during the conversion of arbor-bush to sugar orange. The content of iron（Fe）， aluminium（Al） and clay proportions in calcareous soils developed from limestone were significantly increased， while was not significantly changed in calcareous soils developed from mudstone limestone（P<0.05， the same below）. Carbonization structure in calcareous soil developed from limestone did not change significantly. The alkyl carbon increased significantly from 21.9% to 25.7%， and the carbonyl carbon decreased significantly from 16.0% to 13.5% in calcareous soils developed from mudstone limestone.The total organic nitrogen mineralization rate（MNorg） of calcareous soils developed from limestone and mudstone limestone was significantly decreased from 2.96 and 2.22 mg N/（kg·d） to 0.66 ?and 1.05 mg N/（kg·d）during the conversion of arbor-bush to sugar orange， which was mainly due to the reduction of the labile organic nitrogen minerali-zation（MNlab）. The mineralization rate of recalcitrant organic N（MNrec） in calcareous soils developed from limestone was not obviously changed， while the calcareous soils developed from mudstone limestone increased significantly from 0.36 mg N/（kg·d） to 0.66 mg N/（kg·d）. MNorg and MNlab in calcareous soils developed from mudstone limestone was mainly controlled by the quantity of soil organic matter， and was positively correlated with the contents of SOC and TN. MNrec was mainly controlled by the composition of soil organic matter and significantly positively correlated with alkyl carbon. MNorg and MNlab in calcareous soils developed from limestone was not only related to the quantity of organic matter， but also affected by the soil lithology， which was extremely positively correlated with Ca content（P<0.01， the same below）， and was extremely negatively correlated with Fe， Al contents and clay proportion. 【Conclusion】The total organic nitrogen mineralization rate is decreased and soil inorganic nitrogen supply capacity is weakened after arbor-bush converting to sugar orange in calcareous soil developed from different limestone.

Key words： calcareous soil in karst area; land use pattern; lithology; mineralization rate; quality of organic matter

Foundation item： Guangxi Natural Science Foundation（2018GXNSFBA138042， 2018GXNSFAA281320）

0 引言

【研究意義】作為植物生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素，土壤氮素限制著陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和穩(wěn)定性（Fu et al.，2019;Hu et al.，2019）。適量的氮能促進(jìn)植物生長(zhǎng)（Sheshbahreh et al.，2019），但當(dāng)?shù)砍^(guò)植物需求，不僅對(duì)植物無(wú)益，還會(huì)引起一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，如溫室效應(yīng)和水體富營(yíng)養(yǎng)化等（劉玉萍等，2017;曹文超等，2019）。除小分子有機(jī)物外，植物吸收利用的氮主要為無(wú)機(jī)氮（銨態(tài)氮和硝態(tài)氮），無(wú)外源氮肥投入情況下，土壤有機(jī)質(zhì)礦化是無(wú)機(jī)氮供應(yīng)的主要過(guò)程（Booth et al.，2005）。因此，研究土壤有機(jī)氮礦化能力，有效評(píng)估無(wú)機(jī)氮供應(yīng)及有效性，對(duì)農(nóng)業(yè)種植具有重要現(xiàn)實(shí)意義。【前人研究進(jìn)展】國(guó)內(nèi)外在自然（林地和草地等）和農(nóng)業(yè)（旱地和水田等）生態(tài)系統(tǒng)已開(kāi)展了大量土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的研究工作（Zhu et al.，2014;Song et al.，2018;李平和郎漫，2020）。由碳酸鹽巖發(fā)育的石灰性土壤具有富鈣、偏堿性、土壤黏重等特點(diǎn)（曹建華等，2004;王世杰和李陽(yáng)兵，2007），使得巖溶區(qū)土壤氮的轉(zhuǎn)化過(guò)程有別于其他地區(qū)的土壤。巖溶區(qū)林地石灰土的氮礦化速率顯著低于林地紅壤的礦化速率（Zhu et al.，2016）。在巖溶區(qū)，林地土壤氮素的總礦化速率最高，農(nóng)作物土壤如玉米—大豆和飼草田較低，甘蔗地和桑園中最低（Li et al.，2018）。土地利用方式的改變及不同農(nóng)田管理措施（施用無(wú)機(jī)氮肥、有機(jī)肥和石灰）會(huì)顯著影響土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而影響土壤氮循環(huán)（Zhang et al.，2013）。我國(guó)西南巖溶區(qū)的碳酸鹽出露面積達(dá)51萬(wàn)km2，因特殊的地質(zhì)條件，整個(gè)西南巖溶區(qū)山地多且土地資源有限，導(dǎo)致貧困地區(qū)較多（Jiang et al.，2014）。為了提高經(jīng)濟(jì)收入，當(dāng)?shù)厝藗兘?jīng)常在坡地毀林種植果樹(shù)，如柑桔和砂糖桔等。這種土地利用方式的改變可能通過(guò)影響土壤性質(zhì)（有機(jī)質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量、微生物活性和數(shù)量等）而改變土壤有機(jī)氮礦化過(guò)程（López-Poma et al.，2020）。人為擾動(dòng)較少的石灰土包含較多的鈣，利于土壤有機(jī)質(zhì)累積，砍伐喬木或灌叢種植果樹(shù)會(huì)降低土壤鈣和有機(jī)氮含量，可能導(dǎo)致礦化過(guò)程下降（文冬妮等，2020）。果樹(shù)種植過(guò)程中常施用有機(jī)肥，可能提高土壤活性及有機(jī)氮含量而促進(jìn)礦化過(guò)程（Zhang et al.，2012）。【本研究切入點(diǎn)】喬灌地改種砂糖桔不僅改變土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量，還改變土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響土壤有機(jī)質(zhì)的礦化速率。但目前關(guān)于土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量和化學(xué)結(jié)構(gòu)影響礦化過(guò)程的研究相對(duì)較少。巖溶區(qū)石灰土由于存在較大的異質(zhì)性，不同巖性發(fā)育的土壤性質(zhì)不同，將會(huì)影響土壤有機(jī)氮礦化過(guò)程。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】選擇灰?guī)r和泥晶灰?guī)r兩種不同巖性發(fā)育的石灰土為研究對(duì)象，利用15N標(biāo)記法，測(cè)定坡地喬灌開(kāi)墾種植砂糖桔后土壤有機(jī)氮礦化速率的變化，以及土地利用方式發(fā)生改變后土壤有機(jī)質(zhì)濃度和化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，從土壤有機(jī)質(zhì)的數(shù)量和結(jié)構(gòu)角度闡述其對(duì)有機(jī)氮礦化過(guò)程的影響，為巖溶區(qū)農(nóng)業(yè)種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 研究區(qū)概況

采樣點(diǎn)位于廣西桂林市境內(nèi)，該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，境內(nèi)四季分明，雨量充沛，平均海拔150 m，年平均降水量1860 mm，年平均蒸發(fā)量1038～1566 mm，雨季主要發(fā)生在4—7月，年平均氣溫19.8 ℃。

本研究包含土壤類(lèi)型和土地利用方式兩因素，土壤類(lèi)型包括由灰?guī)r和泥晶灰?guī)r分別發(fā)育的土壤，土地利用方式包括喬灌和砂糖桔。灰?guī)r和泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤分別位于桂林市靈川縣大境鄉(xiāng)燈明村（東經(jīng)110°32′27″，北緯25°12′33″）和雁山區(qū)大埠鄉(xiāng)長(zhǎng)流水村（東經(jīng)110°22′44″，北緯25°1′36″）。通過(guò)前期調(diào)查，燈明村和長(zhǎng)流水村的砂糖桔種植年限均為4年左右，由灌叢地砍伐焚荒開(kāi)墾而來(lái)，施肥措施基本一致，相對(duì)坡度12°～15°。燈明村喬灌植被以檵木（Loropetalum chinensis）為主，同時(shí)包括山麻桿（Alchornea davidii）、葛藤（Pueraria lobota）和野葡萄（Amepelopsis sinica）等，該區(qū)域地層為泥盆紀(jì)上統(tǒng)融縣組（D3r），巖性為灰?guī)r，土層5～25 cm，坡度約12°。長(zhǎng)流水村喬灌群落也以檵木為主，包括楓樹(shù)（Aceraceae）、山麻桿和薔薇（Rosa multifora）等，地層為泥盆紀(jì)上統(tǒng)桂林組（D3g），巖性為泥晶灰?guī)r，土層5～20 cm，坡度約14°。

1. 2 土壤樣品采集

于2018年12月分別在燈明村和長(zhǎng)流水村的喬灌地和砂糖桔地采集土壤樣品。喬灌地和砂糖桔地均選擇3個(gè)樣地作為空間重復(fù)，樣地間隔約100 m，每個(gè)樣地隨機(jī)選取3個(gè)1 m×1 m的樣點(diǎn)，采樣深度為0～10 cm，混勻組成1個(gè)樣品。土壤樣品去除根系、石塊和植物殘?bào)w，過(guò)2 mm篩，置于密封的保鮮袋中，4 ℃下保存培養(yǎng)。另取一部分樣品風(fēng)干后測(cè)定土壤理化性質(zhì)。

1. 3 15N標(biāo)記試驗(yàn)

稱(chēng)取相當(dāng)于30 g干土重的新鮮土樣（過(guò)2 mm篩）置于250 mL三角瓶中，在室溫25 ℃的室內(nèi)預(yù)培養(yǎng)1 d，分別加入1 mL 15NH4NO3和NH415NO3（豐度均為5%）溶液，加入的銨態(tài)氮（NH4+）和硝態(tài)氮（NO3-）濃度均達(dá)50 mg N/kg。同時(shí)加入去離子水，調(diào)節(jié)土壤含水量至60%的田間持水量（WHC），用封口膜封住瓶口，并用注射器針頭扎3個(gè)小孔，便于瓶?jī)?nèi)外氣體交換，置于恒溫25 ℃條件下培養(yǎng)。分別在添加標(biāo)記物后的0.5、24、48和72 h各取3瓶，加入150 mL 2 mol/L KCl溶液，25 ℃、250 r/min下振蕩提取1 h，過(guò)濾，立即測(cè)定提取液中NH4+、NO3-濃度和15N豐度。

1. 4 樣品分析

土壤pH（水∶土=2.5∶1）采用電位法測(cè)定。土壤有機(jī)碳（SOC）和全氮（TN）含量測(cè)定：采用0.5 mol/L稀鹽酸處理土壤，洗凈后烘干、磨碎，過(guò)60目篩，經(jīng)SerCon Integra 2元素分析儀測(cè)定。土壤中鈣（Ca）、鋁（Al）、鐵（Fe）、鉀（K）和磷（P）含量采用XRD法測(cè)定。土壤WHC采用室內(nèi)環(huán)刀法進(jìn)行測(cè)定。土壤粒徑采用Beckman Coulter LS 230激光粒度分析儀測(cè)定。土壤NH4+和NO3-濃度采用Skalarplus San流動(dòng)分析儀進(jìn)行測(cè)定。浸提液中NH4+和NO3-的15N采用MgO和定氮合金蒸餾法提取：首先在KCl浸提液中加入MgO進(jìn)行蒸餾，分離出NH4+，然后在蒸餾管中加入定氮合金，再次進(jìn)行蒸餾，分離出NO3-;蒸餾出的NH3被收集在裝有硼酸溶液的錐形瓶中，用0.02 mol/L的H2SO4溶液進(jìn)行滴定，將收集的NH3轉(zhuǎn)化為（NH4）2SO4;將含有NH4+的溶液置于80 ℃烘箱進(jìn)行烘干，然后采用SerCon Integra 2同位素比質(zhì)譜計(jì)分析15N豐度。

1. 5 碳化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

利用固體CPMAS 13C核磁共振光譜定量比較土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成。為提高光譜的信噪比，對(duì)土壤樣品進(jìn)行氫氟酸預(yù)處理，去除Fe3+和Mn2+（Zhang et al.，2013）。氫氟酸處理后的土壤使用Bruker AvanceⅢ WB 400 MHz核磁共振儀測(cè)定，13C共振頻率100 MHz，魔角自旋頻率10 KHz，接觸時(shí)間2 ms，采樣時(shí)間34 ms，循環(huán)延遲時(shí)間5 s，數(shù)據(jù)點(diǎn)2048個(gè)，化學(xué)位移用外標(biāo)甘氨酸（Glycine）校正，積分面積由儀器自動(dòng)給出，各類(lèi)型碳所占比例用某化學(xué)位移區(qū)間積分面積占總積分面積的百分?jǐn)?shù)表示。按照土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)波譜可分為四大官能區(qū)：（1）烷基碳區(qū)（δ=0～45，Alkyl C），是難以降解、較穩(wěn)定的有機(jī)碳組分;（2）烷氧碳區(qū)（δ=45～110，O-Alkyl C），代表易被微生物代謝利用的碳水化合物;（3）芳香碳區(qū)（δ=110～160，Aromatic C），主要來(lái)自單寧、木質(zhì)素和不飽和烯烴等，表征難以被微生物利用的碳化合物;（4）羰基碳區(qū)（δ=160～220，Carbonyl C），大多來(lái)自于脂肪酸、氨基酸、酰胺、酯和酮醛類(lèi)物質(zhì)的吸收。Alkyl C/O-Alkyl C比值（A/A-O）可用來(lái)反映腐殖物質(zhì)烷基化程度的高低（李娜等，2019）。

1. 6 統(tǒng)計(jì)分析

將4次采樣時(shí)間取得的NH4+和NO3-濃度和15N豐度輸入土壤氮素轉(zhuǎn)化模型（Müller et al.，2007），經(jīng)Matlab 2019b運(yùn)行得到土壤易利用有機(jī)氮礦化速率（MNlab）和難利用有機(jī)氮礦化速率（MNrec）。采用SPSS 25.0對(duì)土壤基本理化性質(zhì)進(jìn)行顯著性分析，并對(duì)土壤理化性質(zhì)與有機(jī)氮礦化速率的相關(guān)性進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 土壤理化性質(zhì)測(cè)定結(jié)果

土壤基本理化性質(zhì)受土壤類(lèi)型和土地利用方式的影響明顯（表1）。喬灌地改種砂糖桔顯著降低土壤SOC、TN、Ca含量和WHC、pH（P<0.05，下同），而顯著提高K含量，且兩種土壤表現(xiàn)出相同趨勢(shì)。喬灌地改種砂糖桔后，灰?guī)r發(fā)育的土壤Fe、Al含量和粘粒比例顯著增加，而泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤Fe、Al含量和粘粒比例無(wú)顯著變化（P>0.05，下同）。對(duì)于喬灌地而言，灰?guī)r發(fā)育的土壤SOC、TN、NO3-、Ca、P含量和砂粒比例顯著高于泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤，而C/N和K含量顯著低于泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤。對(duì)于砂糖桔地而言，灰?guī)r發(fā)育的土壤Fe、Al含量和粘粒比例顯著高于泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤，而K含量和粉粒比例顯著低于泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤。

2. 2 土壤碳化學(xué)結(jié)構(gòu)

由表2可知，灰?guī)r和泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤有機(jī)碳官能團(tuán)均以烷氧碳所占比例最大，其次是烷基碳和芳香碳，羰基碳所占比例最小。喬灌地改種砂糖桔后，灰?guī)r發(fā)育的土壤四大官能團(tuán)所占比例無(wú)顯著變化，泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤烷基碳從21.9%顯著增至25.7%，羰基碳從16.0%顯著降至13.5%，A/A-O從0.53顯著增至0.62。對(duì)于砂糖桔地而言，灰?guī)r發(fā)育的土壤烷基碳所占比例顯著低于泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤。

2. 3 土壤有機(jī)氮的礦化速率

通過(guò)NH4+、NO3-濃度和15N豐度變化（圖1～圖3）運(yùn)算得出土壤有機(jī)氮的礦化速率。對(duì)于喬灌地而言，MNlab主導(dǎo)礦化過(guò)程，約為MNrec的5倍，兩類(lèi)土壤表現(xiàn)相同趨勢(shì)（圖4）。喬灌地改種砂糖桔，兩種土壤的總礦化速率（MNorg）均明顯降低，其中灰?guī)r發(fā)育的土壤MNorg由2.96 mg N/（kg·d）降至0.66 mg N/（kg·d），泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤MNorg由2.22 mg N/（kg·d）降至1.05 mg N/（kg·d）。喬灌地改種砂糖桔后，MNrec在有機(jī)氮礦化中的比例提高，對(duì)于灰?guī)r和泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤而言，其比例分別達(dá)65%和63%。灰?guī)r發(fā)育的土壤MNrec變化不明顯，泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤MNrec由0.36 mg N/（kg·d）增至0.66 mg N/（kg·d）。

由表3可知，在兩類(lèi)土壤中，MNlab和MNorg均與SOC、TN、Ca含量及pH、WHC呈顯著或極顯著（P<0.01，下同）正相關(guān)，與K含量呈顯著負(fù)相關(guān)。灰?guī)r發(fā)育的土壤MNlab和MNorg還與Fe、Al含量和粘粒比例呈極顯著負(fù)相關(guān)，與粉粒和砂粒比例呈極顯著或顯著正相關(guān);泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤MNlab和MNorg與Alkyl C比例呈顯著負(fù)相關(guān)。灰?guī)r發(fā)育的土壤MNrec與O-Alkyl C比例呈顯著正相關(guān)，而與Fe含量和Aromatic C比例呈顯著負(fù)相關(guān);泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤MNrec與Alkyl C比例呈顯著正相關(guān)。

3 討論

本研究結(jié)果表明，喬灌地開(kāi)墾種植砂糖桔明顯降低土壤MNorg。土壤MNorg的降低主要由MNlab下降造成，灰?guī)r和泥晶灰?guī)r發(fā)育的石灰土均表現(xiàn)出相同趨勢(shì)。兩種石灰土中MNorg與MNlab的影響因素基本一致。土地利用方式發(fā)生改變，MNorg和MNlab首先受到土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量的影響。土壤有機(jī)氮礦化的底物有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于地表植物的凋落物和植物根系的分泌物（Ste-Marie and Houle，2006）。受植被根系及凋落物生物量的影響，植物所產(chǎn)生的枯枝落葉和根系在土壤中分解、積累和礦化，根系及凋落物均會(huì)為土壤提供較多的有機(jī)質(zhì)（單志杰等，2019）。已有研究表明，土壤有機(jī)氮礦化速率與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，土壤有機(jī)質(zhì)含量是影響有機(jī)氮礦化的主要因素（Li et al.，2018）。本研究中，MNorg和MNlab均與土壤SOC和TN含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，進(jìn)一步證實(shí)了土壤有機(jī)質(zhì)在氮素礦化過(guò)程中的重要作用。土壤SOC和TN含量顯著下降，較低的碳氮含量可能無(wú)法為微生物生長(zhǎng)提供充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，降低了微生物對(duì)有機(jī)物的有效分解，從而使得土壤MNorg和MNlab降低。灰?guī)r發(fā)育的土壤MNlab降低了90.8%，泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤MNlab降低了79.0%。灰?guī)r發(fā)育的土壤MNlab較泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤下降多，是因?yàn)榛規(guī)r發(fā)育的土壤MNlab除與有機(jī)質(zhì)數(shù)量減少有關(guān)外，還與不同巖性發(fā)育的土壤性質(zhì)有關(guān)。不同巖性的土壤在演變過(guò)程中物理和化學(xué)性質(zhì)均具有明顯差異（劉煒，2018）。喬灌地，灰?guī)r發(fā)育的土壤Ca含量顯著高于泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤。Ca含量高的石灰土能累積更多的有機(jī)碳氮（曹建華等，2003），在石灰土演化過(guò)程中由于淋溶遷移Ca含量會(huì)降低，積累的有機(jī)碳氮也會(huì)隨之減少（Ye et al.，2018）。在本研究中，喬灌地改種砂糖桔后，灰?guī)r發(fā)育的土壤Ca含量降低66.8%，泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤Ca含量降低53.7%。灰?guī)r發(fā)育的土壤Ca含量降低幅度大，導(dǎo)致土壤中有機(jī)碳氮含量大量減少，從而降低了土壤MNorg和MNlab。喬灌地開(kāi)墾種植砂糖桔，灰?guī)r發(fā)育的土壤Fe和Al含量均顯著增加。土壤中Fe和Al金屬元素的積累，會(huì)導(dǎo)致土壤中微生物活性和數(shù)量的降低（王世強(qiáng)等，2011;劉亞利等，2018）。灰?guī)r發(fā)育的土壤粉粒和砂粒含量顯著減少，粘粒含量幾乎增加一倍，則土壤通透性變差，影響土壤中微生物活性。土壤中有機(jī)氮礦化均是微生物參與的活動(dòng)（Zhang et al.，2019），微生物活性和數(shù)量的降低會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)氮礦化速率降低。不同巖性發(fā)育的石灰土MNorg和MNlab均明顯降低，但影響因素有所不同。泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤MNorg和MNlab主要受土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量的影響，灰?guī)r發(fā)育的土壤MNorg和MNlab受土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量和不同巖性發(fā)育土壤性質(zhì)的共同影響。

在喬灌地，有機(jī)氮的礦化速率以MNlab為主，土地利用方式發(fā)生改變后，灰?guī)r和泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤有機(jī)氮礦化均是以MNrec為主。灰?guī)r發(fā)育的土壤MNrec變化不明顯，泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤MNrec明顯增加。在本研究中，MNrec與土壤SOC和TN含量無(wú)顯著相關(guān)性，說(shuō)明土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量不是影響MNrec的因素，而是土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量。喬灌地改種砂糖桔后，泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，代表難降解、較穩(wěn)定的烷基碳比例顯著增加，即難利用有機(jī)氮礦化的底物濃度增加，導(dǎo)致土壤MNrec增加，而灰?guī)r發(fā)育的土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化不明顯。土壤有機(jī)碳主要來(lái)源于外源植物殘?bào)w，植物殘?bào)w化學(xué)結(jié)構(gòu)的相似性導(dǎo)致土壤化學(xué)結(jié)構(gòu)非常相似（李娜等，2019），但泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤活性有機(jī)氮較少時(shí)難利用有機(jī)氮可能更多地保存在晶狀物質(zhì)中，從而增加MNrec的底物，提高了土壤MNrec。

喬灌地改種砂糖桔，由于MNlab下降的幅度大，最終導(dǎo)致MNorg的大幅降低。灰?guī)r和泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤MNorg均與土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量呈顯著正相關(guān)，為了提高石灰土有機(jī)氮的供應(yīng)能力，可通過(guò)增施有機(jī)肥料提高氮的有效性。灰?guī)r發(fā)育的土壤MNorg還受土壤黏重和金屬元素含量的影響，因此在增施有機(jī)肥料的同時(shí)還要考慮減少土壤的黏重和金屬元素含量。在巖溶區(qū)不同巖性發(fā)育的土壤中有機(jī)氮礦化降低的因素有所不同，因此了解不同巖性土壤有機(jī)氮礦化過(guò)程特征，可以幫助指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

4 結(jié)論

土地利用方式的改變影響土壤有機(jī)氮的礦化過(guò)程。巖溶區(qū)喬灌地改種砂糖桔顯著降低土壤有機(jī)氮礦化速率，主要通過(guò)易利用有機(jī)氮礦化速率下降造成，土壤無(wú)機(jī)氮的供應(yīng)能力減弱。

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（責(zé)任編輯 羅 麗）

收稿日期：2020-04-23

基金項(xiàng)目：廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2018GXNSFBA138042，2018GXNSFAA281320）

作者簡(jiǎn)介：*為通訊作者，朱同彬（1983-），博士，副研究員，主要從事土壤氮循環(huán)及環(huán)境效應(yīng)研究工作，E-mail：ztb@karst.ac.cn。楊會(huì)（1982-），高級(jí)工程師，主要從事同位素地球化學(xué)研究工作，E-mail：hy5302230@163.com