紫色土氮素礦化作用和硝化作用對(duì)長(zhǎng)期施肥的響應(yīng)

王敬 朱波 張金波

摘要 [目的] 研究不同施肥方式對(duì)紫色土中氮素循環(huán)特性的影響。[方法]采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)研究長(zhǎng)期施肥對(duì)四川紫色土無(wú)機(jī)氮的動(dòng)態(tài)變化、礦化作用和硝化作用的影響。[結(jié)果]與不施肥對(duì)照相比，長(zhǎng)期施肥顯著提高了紫色土的凈礦化速率（P< 0.05），不同施肥處理的平均凈礦化速率分別為單施化學(xué)氮肥處理（NPK）≥豬糞處理（OM）>豬糞-化肥配施處理（OM-NPK）>秸稈-化肥配施處理（RSD-NPK）>秸稈處理（RSD）。秸稈處理（RSD）、RSD-NPK的平均凈礦化速率為負(fù)值，表明長(zhǎng)期施用秸稈促進(jìn)了土壤無(wú)機(jī)氮的同化。與對(duì)照相比，長(zhǎng)期不同施肥處理均顯著刺激了紫色土的平均凈硝化速率（P < 0.05），其中以豬糞處理（OM）最高，為16.74 mg/（kg·d），是CK（5.84 mg/（kg·d））的2.87倍。與單施化學(xué)氮肥處理（NPK）相比，秸稈處理（RSD）顯著抑制了硝化作用，平均凈硝化速率下降了1069%，但顯著高于對(duì)照處理（P< 0.05）。[結(jié)論] 該研究為紫色土地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料的合理施用提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 紫色土;長(zhǎng)期施肥;礦化作用;硝化作用

中圖分類號(hào) S154.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）19-0168-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.049

Abstract [Objective] To analyze the effects of longterm different fertilization application on the nitrogen dynamic in the Sichuan purple soil. [Method] An in situ incubation experiment was conducted to investigate the effects of different N fertilizer regimes on mineralization and nitrification in purple soil. [Result] Longterm repeated applications of mineral or organic N fertilizer significantly stimulated soil net mineralization rates （P < 0.05）， which decreased in the order： mineral fertilizer NPK treatment （NPK） ≥ pig manure treatment （OM） >OM-NPK>RSD-NPK

> crop straw treatment （RSD）. However， the average net mineralization rate was -0.88，-0.39 mg/（kg·d）， less than 0， in the crop straw （RSD）， RSD-NPK treatment， indicating that addition of crop straw into soil promoted the immobilization of inorganic N. Compared with the unfertilized control （CK）， longterm repeated applications of different fertilizer significantly stimulated soil net nitrification rates （P < 005）， with the highest value of 16.74 mg/（kg·d） in the pig manure treatment （OM） which was 2.87 times higher than that in the unfertilized control （CK） （584 mg/（kg·d））. In the crop straw treatment （RSD）， the average net nitrification rate was 10.69% lower than that in the mineral fertilizer NPK treatment （NPK）， but significant higher than that of the unfertilized control （CK）. [Conclusion] The study can provide scientific basis for rational fertilization in the regions of purple soil.

Key words Purple soil;Longterm application;Mineralization;Nitrification

氮是植物生長(zhǎng)發(fā)育必不可少的三大生命元素之一。氮在土壤中通常以無(wú)機(jī)態(tài)氮和有機(jī)態(tài)氮2種形態(tài)存在，其中有機(jī)態(tài)氮占土壤全氮的比例高達(dá)95%～99%。盡管研究發(fā)現(xiàn)植物可以直接利用土壤中的有機(jī)氮（如氨基酸等），但可供植物吸收利用的絕大多數(shù)氮仍以無(wú)機(jī)氮（如NH4+-N和NO3--N）為主[1-3]，因此土壤中的有機(jī)氮只有不斷地礦化成為無(wú)機(jī)氮才能被植物吸收利用。有機(jī)氮的礦化過(guò)程是土壤重要的供氮過(guò)程之一，是指土壤有機(jī)氮在微生物的作用下將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為可被植物吸收利用的無(wú)機(jī)氮的過(guò)程，其轉(zhuǎn)化速率決定了土壤中用于植物生長(zhǎng)、微生物同化所需氮素的可利用性，對(duì)植物氮素利用和維持土壤肥力具有重要意義。硝化作用是硝化微生物將銨態(tài)氮氧化成硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的過(guò)程。硝化作用可以消耗土壤中的銨進(jìn)而可能減少氨的揮發(fā)損失，但會(huì)產(chǎn)生少量的N2O，且其終產(chǎn)物硝態(tài)氮又易隨水淋失而污染水體，更可能通過(guò)反硝化作用損失而污染大氣，因此硝化作用是生態(tài)系統(tǒng)中氮素?fù)p失的潛在途徑之一。因此，研究土壤氮素礦化和硝化作用具有重要意義。

在濕潤(rùn)亞熱帶地區(qū)，存在面積高達(dá)300 000 km2的四川紫色土[4]。與濕潤(rùn)亞熱帶地區(qū)地帶性土壤特性相反，四川紫色土通常呈中性或堿性，NH3揮發(fā)風(fēng)險(xiǎn)高且自養(yǎng)硝化速率大，土壤無(wú)機(jī)氮以硝態(tài)氮為主，淋溶風(fēng)險(xiǎn)高[5-7]。該地區(qū)雨養(yǎng)坡耕地面積占紫色土總耕地面積的65%以上[6]，頻繁耕作使得該地區(qū)土壤易發(fā)生侵蝕和淋溶，由淋溶和徑流造成的氮損失又引發(fā)了當(dāng)?shù)睾椭苓叺貐^(qū)嚴(yán)重的氮污染問(wèn)題[8-9]。為解決上述問(wèn)題，亞熱帶地區(qū)制定了一系列農(nóng)業(yè)管理措施，如梯田耕作、壟溝種植、等高墾植以及施肥管理等，以期減少紫色土地表徑流和壤中流氮損失。如該地區(qū)有施用豬糞的傳統(tǒng)，其主要目的是為了培肥地力。此外，由于化學(xué)肥料來(lái)源較為廣泛，使得單施化學(xué)肥料或者有機(jī)-無(wú)機(jī)配施（有機(jī)肥包括糞肥和秸稈）也日益普遍[10]。研究表明，單施化學(xué)肥料、有機(jī)-無(wú)機(jī)配施或有機(jī)肥長(zhǎng)期施用條件下土壤有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮含量，作物產(chǎn)量以及淋溶和N2O排放等氮損失間均有差異[5，9，11]，如有機(jī)肥（糞肥或秸稈）部分取代化學(xué)肥料，即有機(jī)-無(wú)機(jī)配施可以提高作物產(chǎn)量的同時(shí)降低土壤中流氮損失[5]，但鮮有研究不同施肥處理對(duì)紫色土硝化作用和礦化作用的影響規(guī)律及機(jī)理。

筆者以長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)紫色土為研究對(duì)象，采取室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究不同施肥方式對(duì)紫色土中無(wú)機(jī)氮的動(dòng)態(tài)變化、硝化作用和礦化作用的影響，以期為紫色土地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料的合理施用、土壤氮素循環(huán)的合理調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤為鈣質(zhì)紫色沉積母質(zhì)發(fā)育而成的蓬萊鎮(zhèn)組紫色土，質(zhì)地為中壤，位于中國(guó)科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所鹽亭紫色土生態(tài)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站（105°28′ E，31°16′ N）內(nèi)。該地區(qū)屬于典型的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，多年平均降雨量為826 mm，降雨季節(jié)分布不均，其中90%以上集中在5—9月;多年平均溫度為17.3 ℃。主要農(nóng)作物有水稻（Oryza sativa）、玉米（Zea mays L.）、小麥（Triticum aestivum）、甘薯（Ipomoea batatas Lam.）、油菜（Brassica campestris L.）等。

供試豬糞均統(tǒng)一采自附近養(yǎng)豬場(chǎng)，其C/N為15∶1;供試小麥和玉米秸稈的混合樣品（C/N為61∶1），切割為<5 cm長(zhǎng)的碎末，在播種前一次性施入土壤。豬糞、小麥秸稈和玉米秸稈的含氮量分別為0.4%、0.3%和0.5%。所有肥料混勻后，于播種當(dāng)天撒施。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

紫色土長(zhǎng)期施肥試驗(yàn)始于2003年，小區(qū)面積為24 m2，坡度為7%，試驗(yàn)小區(qū)的土層深度為60 cm。試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理：①不施肥處理（CK）;②氮磷鉀肥處理（NPK）;③單施有機(jī)肥處理（OM）（豬糞）;④有機(jī)肥-化肥混施處理（OM-NPK，化肥氮占60%）;⑤秸稈還田處理（RSD，相當(dāng)于化肥氮量的40%）;⑥秸稈-化肥混施處理（RSD-NPK，化肥氮占60%），每處理3次重復(fù)，共18個(gè)小區(qū)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)進(jìn)行布點(diǎn)。除RSD處理外，其他處理的年施氮量均為280 kg/hm2，其中麥季130 kg/hm2、玉米季150 kg/hm2?；瘜W(xué)氮肥使用碳酸銨，麥季和玉米季向每個(gè)處理施用P2O5 90 kg/hm2（過(guò)磷酸鈣）和K2O 36 kg/hm2（氯化鉀）作為基肥。主要種植制度是冬小麥-夏玉米輪作。

于玉米種植前采集不同處理表層土壤樣品（0～20 cm），每個(gè)小區(qū)采集3個(gè)子樣品并混合均勻成一個(gè)混合樣品。采集的新鮮土樣即刻去除作物殘茬等，過(guò)2 mm篩并置于4 ℃冰箱保存?zhèn)溆?。稱取相當(dāng)于20 g烘干土重的鮮土樣置于250 mL三角瓶中，每個(gè)土壤樣品共24瓶。用移液管逐滴加入2 mL NH4NO3溶液，使各處理NH4+-N和NO3--N的加入量均為氮 50 mg/kg。調(diào)節(jié)土壤水分至60% WHC，置于25 ℃黑暗條件下分別培養(yǎng)72 h。分別在添加氮溶液的第05、24、48和72 h隨機(jī)取出6個(gè)土壤樣品作為重復(fù)進(jìn)行破壞性取樣，測(cè)定土壤中的NH4+-N、NO3--N濃度。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤pH采用電位法測(cè)定，水土質(zhì)量比為2.5∶1;土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)含量乘以系數(shù)0.58得到土壤有機(jī)碳含量;土壤全氮采用Se，CuSO4和K2SO4半微量開(kāi)氏法測(cè)定;土壤中NH4+-N和 NO3--N含量采用2 mol/L KCl（按水土質(zhì)量比5∶1）浸提-MgO-定氮合金蒸餾法測(cè)定[7]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤主要理化性質(zhì)

與未施肥對(duì)照（CK）相比，長(zhǎng)期施用氮肥，無(wú)論是有機(jī)肥、化肥或有機(jī)無(wú)機(jī)配施均未顯著影響紫色土的pH，但對(duì)紫色土中有機(jī)碳的積累有顯著促進(jìn)作用，不同處理有機(jī)碳增加表現(xiàn)為CK

2.2 土壤中銨態(tài)氮的動(dòng)態(tài)變化

培養(yǎng)期間不同施肥處理土壤銨態(tài)氮含量的動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖1。從圖1可以看出，不同處理土壤NH4+-N含量在整個(gè)培養(yǎng)期間均呈下降趨勢(shì)。除CK和RSD處理外，NPK、OM、OM-NPK和RSD-NPK處理在培養(yǎng)0～24 h迅速降低，然后降低速率趨緩，并在48 h后趨于平衡。在這4種施肥處理中，土壤NH4+-N含量的下降幅度以O(shè)M-NPK處理最高，OM和RSD-NPK次之，NPK最低，但相互間無(wú)顯著差異。與NPK、OM、OM-NPK和RSD-NPK處理不同的是，CK和RSD處理土壤NH4+-N含量在整個(gè)培養(yǎng)期間下降較為緩慢，其中RSD處理的下降速度先快（0～48 h）后慢（48～72 h），而CK處理則是勻速下降。至培養(yǎng)結(jié)束，各施肥處理土壤NH4+-N含量無(wú)顯著差異。

2.3 土壤中硝態(tài)氮的動(dòng)態(tài)變化

培養(yǎng)過(guò)程中各處理土壤的NO3--N含量變化見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，在好氧和強(qiáng)堿性（pH 7.8左右）條件下，施入土壤中的NH4+-N會(huì)被迅速轉(zhuǎn)化為NO3--N，NH4+-N隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加而不斷下降，與之相反，NO3--N含量則呈上升趨勢(shì)。從圖2可以看出，NPK、OM、OM-NPK和RSD-NPK處理土壤NO3--N含量在培養(yǎng)0～24 h迅速升高，隨后升高速率減緩，表現(xiàn)為OM≥RSD-NPK≥OM-NPK>NPK，且NPK處理與OM、OM-NPK和RSD-NPK處理差異顯著（P<0.05）。CK處理NO3--N含量在培養(yǎng)0～24 h略有上升趨勢(shì)，隨后在24～72 h上升速度顯著提高（P< 0.05）。對(duì)RSD處理而言，其土壤NO3--N含量在培養(yǎng)0～48 h升幅較大，隨后速度降低，其升幅顯著低于NPK處理（P< 0.05）、高于CK處理（P<0.05）。至培養(yǎng)結(jié)束，不同處理土壤NO3--N含量表現(xiàn)為OM≥RSD-NPK≥OM-NPK>NPK>RSD>CK。

2.4 不同施肥處理對(duì)土壤礦化作用的影響

不同施肥處理對(duì)紫色土礦化作用的影響顯著。由圖3可知，在培養(yǎng)期間，未施肥對(duì)照（CK）、秸稈還田（RSD）處理和秸稈-化肥混施處理（RSD-NPK）的平均凈礦化速率分別為-2.14、-0.88和-0.39 mg/（kg·d），且CK處理顯著低于RSD和RSD-NPK處理（P<0.05）。CK、RSD和RSD-NPK處理的平均凈礦化速率均為負(fù)值，說(shuō)明這3種處理可以促進(jìn)土壤無(wú)機(jī)氮的同化。培養(yǎng)期間NPK、OM、OM-NPK處理的平均凈礦化速率分別為2.82、2.72、1.98 mg/（kg·d）。與OM-NPK處理相比，NPK、OM處理的平均凈硝化速率有增高趨勢(shì)，其中NPK處理提高幅度最大，為42%，OM處理分別提高了37%，但NPK、OM和OM-NPK處理間均無(wú)顯著差異。

2.5 不同施肥處理對(duì)土壤硝化作用的影響

由圖4可知，不同施肥處理對(duì)硝化作用的影響顯著。不同處理土壤的平均凈硝化速率表現(xiàn)為OM> OM-NPK>RSD-NPK> NPK> RSD >CK。無(wú)肥對(duì)照（CK）的平均凈硝化速率最低，長(zhǎng)期施用氮肥處理的平均凈硝化速率均極顯著高于CK處理（P<001）。其中長(zhǎng)期施用豬糞處理（OM）的平均凈硝化速率最高，為16.74 mg/（kg·d），是CK處理（5.84 mg/（kg·d））的2.87倍，差異極顯著（P<0.01）。有機(jī)無(wú)機(jī)配施處理（OM-NPK和RSD-NPK）土壤的平均凈硝化速率低于OM處理，分別為15.18和14.61 mg/（kg·d），但處理間差異不顯著。與單施化學(xué)氮肥（NPK）（平均凈硝化速率為13.75 mg/（kg·d））相比，除RSD處理外，施用有機(jī)肥或有機(jī)無(wú)機(jī)配施可以提高紫色土的平均凈硝化速率。所有施肥處理中，RSD處理對(duì)紫色土平均凈硝化速率的刺激作用最小，為12.28 mg/（kg·d），顯著低于其他施肥處理（P<0.05）。

3 討論

礦化作用是指土壤有機(jī)氮在土壤生物尤其是土壤異養(yǎng)微生物為主導(dǎo)作用下轉(zhuǎn)化為可供植物吸收利用的無(wú)機(jī)氮的過(guò)程，是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中重要的生物化學(xué)過(guò)程。在水、熱、氣相同的條件下，土壤凈礦化速率可以反映土壤供氮能力和供氮強(qiáng)度。土壤氮素的礦化與土壤氮素的供應(yīng)密切相關(guān)[12]。研究表明，土壤氮素礦化速率與土壤有機(jī)碳和總氮含量呈正相關(guān)關(guān)系，有機(jī)碳和總氮含量高的土壤通常具有較高的礦化速率[13-14]。該研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期施用氮肥，無(wú)論是有機(jī)肥還是化肥，均可顯著提高紫色土的凈礦化速率，不同施肥處理土壤氮素凈礦化速率與土壤有機(jī)碳和總氮含量呈正相關(guān)關(guān)系，表明施用肥料引起的土壤有機(jī)碳和全氮含量的增加可能是土壤氮素凈礦化速率提高的原因。有機(jī)肥本身（尤其是豬糞）含有大量的有機(jī)物質(zhì)，如易分解有機(jī)碳、氮、磷等物質(zhì)，而豬糞在分解礦化過(guò)程中還會(huì)釋放出一部分水溶性有機(jī)碳，為微生物提供最直接的碳源，氮肥的配施為土壤微生物提供了充足的氮素營(yíng)養(yǎng)，從而促進(jìn)了土壤微生物的快速繁殖[15-16]，進(jìn)而促進(jìn)了土壤原有有機(jī)氮的礦化作用。而且豬糞和秸稈本身在分解過(guò)程中也會(huì)發(fā)生礦化作用產(chǎn)生大量礦質(zhì)氮，也可能是使用有機(jī)肥可以提高土壤礦化作用的一個(gè)重要原因。此外，研究發(fā)現(xiàn)，外加碳、氮的激發(fā)效應(yīng)能促進(jìn)土壤氮的礦化[17]，特別是尿素的施用，可以增加微生物硝化作用所需要的銨態(tài)氮濃度，減少微生物固持NH4+-N激發(fā)硝化微生物活性，增加其氮素礦化量，提高礦化速率[18]。因此，該試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加氮處理的平均凈礦化速率顯著提高可能是長(zhǎng)期施入碳酸銨將大量NH4+-N帶入了土壤中，激發(fā)了硝化微生物活性進(jìn)而提高了凈礦化速率的結(jié)果。另一方面，施入氮肥可以顯著降低土壤環(huán)境的C/N，從而提高了土壤微生物的整體活性，從另一層面上繼續(xù)促進(jìn)有機(jī)氮的礦化[19]。

與其他各施肥處理相比，秸稈還田（RSD）和秸稈-化肥混配（RSD-NPK）處理的平均凈礦化速率為-0.88和-0.39 mg/（kg·d），是負(fù)值，說(shuō)明長(zhǎng)期施用秸稈可以促進(jìn)土壤無(wú)機(jī)氮的同化。這與李平等[20]在黑土上的研究結(jié)果一致。這主要是因?yàn)樘砑佑袡C(jī)物料土壤的有機(jī)氮礦化過(guò)程與礦質(zhì)氮的微生物同化過(guò)程的相對(duì)強(qiáng)弱將取決于有機(jī)物料的C/N。如有機(jī)物料的C/N大于30時(shí)，微生物需要大量的外源礦質(zhì)氮來(lái)合成自身物質(zhì)，此時(shí)礦質(zhì)氮的生物固持作用大于有機(jī)氮的礦化作用，表現(xiàn)為礦質(zhì)氮的凈同化;當(dāng)C/N 小于20 時(shí)，微生物不需要額外礦質(zhì)氮來(lái)滿足自身生長(zhǎng)需求，此時(shí)主要以有機(jī)氮礦化過(guò)程為主，有機(jī)氮的礦化速率大于礦質(zhì)氮的生物同化速率，從而表現(xiàn)為凈礦化[21]。該研究中所添加的有機(jī)物料有低C/N的豬糞（15∶1）和高C/N的秸稈（61∶1）2種，因此豬糞或豬糞配施化學(xué)肥（OM、OM-NPK）處理，有機(jī)氮的礦化作用大于礦質(zhì)氮的生物固持作用，在整個(gè)培養(yǎng)期間表現(xiàn)為凈氮礦化;而秸稈處理增加了土壤有效碳源，刺激微生物對(duì)氮的需求，導(dǎo)致凈同化[22]。說(shuō)明外來(lái)氮源可能會(huì)被同化進(jìn)入土壤有機(jī)氮庫(kù)，而后通過(guò)再礦化成為有效氮，進(jìn)而導(dǎo)致土壤氮礦化的提高[23]。這種礦化-同化的快速周轉(zhuǎn)，有利于土壤供氮和氮素保持。這與李平等[20]關(guān)于豬糞處理刺激黑土的凈礦化而秸稈處理則導(dǎo)致凈同化的結(jié)果一致，而與范曉輝等[24]在紅壤和潮土上以及馬力等[25]在紅壤水稻土上秸稈還田促進(jìn)了土壤有機(jī)氮的礦化作用研究結(jié)果相反，可能與施用的是C/N 較低的水稻秸稈有關(guān)。

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，硝化作用是硝化細(xì)菌利用CO2作為碳源，將NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO3--N并獲得能量的過(guò)程，又稱為自養(yǎng)硝化作用。近期研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)氮可以被直接氧化為NO3--N，即異養(yǎng)硝化作用，尤其是在酸性土壤中[26-27]。土壤的硝化作用受到多種因素的影響，其中主要的有土壤的水、氣、熱、pH、硝化底物和有機(jī)物料輸入等。土壤硝化速率在很大程度上取決于土壤pH，一般會(huì)隨pH的升高而增加[28-30]。該研究得到的堿性紫色土（pH 7.8）凈硝化速率為5.84 mg/（kg·d），顯著高于東北黑土（pH 4.9）[20]、江西8種不同利用方式土壤（平均pH 4.9）[31]。曹彥強(qiáng)等[32]對(duì)位于四川省重慶市的3種酸度不同紫色土凈硝化速率的測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在pH較高的中性（pH 7.2）和石灰性（pH 8.5）土壤中發(fā)生了明顯的硝化作用，凈硝化速率可達(dá)8.37、10.23 mg/（kg·d），而酸性紫色土（pH 5.3）的硝化作用很弱（0.036 mg/（kg·d））。該研究中，各處理的pH間無(wú)顯著差異，顯然不是決定紫色土處理間凈硝化速率差異的關(guān)鍵因素。

NH4+-N是硝化作用的底物，其濃度也是制約硝化作用強(qiáng)弱的重要因素之一。Khalil等[33]研究發(fā)現(xiàn)，即使在pH為8.2的堿性土壤中，不添加外源NH4+-N，凈硝化速率也會(huì)很低;而加入NH4+-N（80、116和170 mg/（kg·d））會(huì)顯著提高凈硝化速率。該研究中，長(zhǎng)期施肥顯著提高了紫色土的凈硝化速率，其提高程度表現(xiàn)為OM>OM-NPK>RSD-NPK>NPK>RSD。單施化學(xué)氮肥（NPK）對(duì)紫色土凈硝化速率的刺激作用極顯著（P<0.01），這與前人對(duì)銨態(tài)氮肥施用對(duì)土壤中硝化作用促進(jìn)效應(yīng)的研究結(jié)果一致[34-36，20]。這可能是長(zhǎng)期施用碳酸銨，可以直接為自養(yǎng)硝化提供底物銨態(tài)氮，刺激硝化進(jìn)而提高凈硝化速率的結(jié)果。另一方面，向土壤中施用氮肥能夠增加硝化細(xì)菌的數(shù)量和活性，導(dǎo)致施肥土壤中硝化細(xì)菌的數(shù)量比對(duì)照土壤提高了20倍之多[37]，如會(huì)激發(fā)中性和堿性土壤AOB（ammonia oxidizing bacteria，氨氧化細(xì)菌）的數(shù)量和活性[38-40]。

與單施氮肥相比，有機(jī)肥或有機(jī)無(wú)機(jī)配施（RSD處理除外）可以進(jìn)一步促進(jìn)土壤的硝化作用。這與李平等[20]在黑土上和范曉輝等[24]在紅壤和潮土上的研究結(jié)果一致。施用有機(jī)肥可以促進(jìn)硝化作用，一方面是因?yàn)橛袡C(jī)肥中通常含有大量有效碳和其他養(yǎng)分，有益于改善土壤的物理化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)[41]，增加土壤透氣性，提高硝化速率。此外，有機(jī)物料中有機(jī)氮的礦化有致堿作用，且其本身含有的大量鹽基離子也可提高土壤pH，進(jìn)而刺激自養(yǎng)硝化。有機(jī)肥料種類不同對(duì)自養(yǎng)硝化的刺激作用也不同，農(nóng)作物秸稈對(duì)自養(yǎng)硝化的激發(fā)作用通常小于動(dòng)物糞肥。動(dòng)物糞肥的C/N較低，且本身含有較高濃度銨態(tài)氮也會(huì)快速釋放到土壤中，成為自養(yǎng)硝化微生物的底物[42-43]。而農(nóng)作物秸稈C/N通常較高，微生物需要從土壤中吸收更多的無(wú)機(jī)氮來(lái)滿足自身生長(zhǎng)需要，致使農(nóng)作物秸稈施入促進(jìn)了氮同化并導(dǎo)致硝化底物減少[44-45]。這可能是該研究發(fā)現(xiàn)的糞肥（OM）、糞肥-化肥配施（OM-MPK）凈硝化速率高于秸稈還田處理（RSD、RSD-NPK）尤其是RSD處理的主要原因。高C/N秸稈與化學(xué)氮肥配施帶入的外源礦質(zhì)氮，可以消弱由于秸稈施入提供的豐富碳源引起的微生物對(duì)無(wú)機(jī)氮的生物固持作用，進(jìn)而增加了硝化底物濃度，從而刺激了硝化作用，這可能也是該研究中秸稈-氮肥配施凈硝化速率顯著高于秸稈還田處理的原因。所有施肥處理中，RSD處理對(duì)紫色土平均凈硝化速率的刺激作用最小，為12.28 mg/（kg·d），顯著低于其他施肥處理（P<0.05），這可能與RSD處理的施氮量?jī)H為其他施肥處理的60%，硝化作用的底物NH4+-N濃度偏低有關(guān)。

值得注意的是，該試驗(yàn)是通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)測(cè)定了長(zhǎng)期施肥處理對(duì)紫色土凈礦化和硝化速率的影響，但凈轉(zhuǎn)化速率是控制其轉(zhuǎn)化多種途徑的初級(jí)轉(zhuǎn)化速率綜合作用的結(jié)果，如氮素凈礦化速率反映的是氮素初級(jí)礦化速率與初級(jí)自養(yǎng)硝化速率、初級(jí)同化速率的差值，因此，凈轉(zhuǎn)化速率不能代表土壤真實(shí)的氮素循環(huán)狀態(tài)[46]。當(dāng)硝化產(chǎn)生速率與NO3--N的生物同化速率相等時(shí)，土壤中NO3--N含量保持常數(shù)，凈硝化速率為零，但這不等于土壤未進(jìn)行硝化作用和NO3--N的同化作用。因此，要闡明不同施肥處理對(duì)紫色土氮素轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究，并進(jìn)行針對(duì)性地調(diào)控，還需開(kāi)展初級(jí)轉(zhuǎn)化速率的研究。

4 結(jié)論

長(zhǎng)期施肥對(duì)四川紫色土有機(jī)氮的礦化作用和硝化作用均有顯著影響。施用化肥或有機(jī)肥均可顯著促進(jìn)有機(jī)氮的礦化作用，但施秸稈則表現(xiàn)為凈同化;單施化肥可以顯著提高紫色土的凈硝化速率;與單施化學(xué)氮肥相比，有機(jī)肥處理（OM、OM-MPK、RSD-NPK）可以進(jìn)一步刺激硝化作用，單施秸稈處理則會(huì)顯著抑制硝化作用。

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