苜蓿草地土壤氮素有效性的化學與生物測試方法比較

賈世玉，韓方虎，沈禹穎

(蘭州大學草地農業科技學院 農業部草地農業生態系統學重點實驗室,甘肅 蘭州 730020)

土壤礦質氮是植物可以直接吸收利用的有效氮素，有效測定土壤礦質氮量可以預測土壤供氮水平，為合理施氮和提高氮肥利用效率提供理論指導[1-2]。

為了更好地評價土壤的供氮能力，各種測定土壤礦質氮的方法層出不窮[3-5]，而不同方法測得的土壤礦質氮的含量也不盡相同。研究表明[6-9]，熱水和中性鹽(如KCl、CaCl2等)等溫和提取劑不會在浸取過程中引起土壤性質的變化，提取得到的礦質氮可更好地反映土壤礦質氮的實際情況，應用最為廣泛。中性鹽提取土壤中礦質氮的方法有很多，最常見的是用1或2 mol/L KCl或0.01 mol/L CaCl2直接浸取。近年來，有人提出用KCl在100 ℃下煮沸土壤，浸提礦質氮的方法[10-12]。用化學試劑直接浸取土壤礦質氮的方法便捷、能反映土壤供氮能力[13-14]，但哪種提取方式測得的礦質氮更能反映土壤真實的供氮能力，目前尚沒有統一定論。生物測試是在控制條件下以生物為受體開展的測試，其測定的植物吸氮量是土壤含氮量的真實反映，被廣泛應用[15]。 研究表明，KCl提取的礦化氮與植物吸氮量之間達到極顯著相關關系，沸水浸取的土壤全氮與植物吸氮量的相關性較低[16-17]。

本研究采用熱水、KCl、CaCl2三種提取劑測試5齡和9齡紫花苜蓿(Medicagosativacv.Longdong)草地土壤氮素有效性，并以多年生黑麥草(Loliumperenne)為受體測試植物吸氮量，分析3種提取劑提取的土壤礦質氮量與植物吸氮量的相關關系，以期了解苜蓿草地土壤的供氮能力，并為苜蓿草地的氮素管理提供一定的借鑒。

1 材料與方法

1.1土樣采集 試驗用土壤采自蘭州大學慶陽黃土高原試驗站(35°40′ N，107°51′ E，海拔1 298 m)，供試的9齡和5齡苜蓿草地分別為1998年和2002年播種建植的隴東紫花苜蓿草地，2006年于苜蓿始花期(6月10日)，分別在上述苜蓿草地0～30 cm土層取樣，3樣點混合，新鮮土樣剔除根茬，過2 mm篩，4 ℃下保存，用于測定土壤理化性質(表1)。

表1 5齡和9齡紫花苜蓿草地0～30 cm土壤理化性質

1.2土壤礦質氮的化學提取 土樣分別用80 ℃熱水、1 mol/L KCl溶液和0.01 mol/L CaCl2溶液(以下分別簡稱為熱水、KCl和CaCl2)浸提，水土比5∶1，室溫下用往復式震蕩儀(200 r/min)震蕩1 h，將浸提液過濾，4 ℃保存，測定其硝態氮和銨態氮的含量。

1.3生物試驗 采用盆栽的方式，分別將5齡和9齡苜蓿土壤裝入高20 cm、直徑16 cm的塑料桶，每桶裝相當于2.0 kg烘干土的風干土。采用多年生黑麥草為指示植物，每桶播種10粒種子，株高5 cm 時定苗至每桶5株。完全隨機排列，每個處理4個重復。

塑料桶于25 ℃溫室中進行培養，期間稱量以保持每天土壤含水量相當于田間飽和持水量的70%±5%，黑麥草生長85 d后，將植物根系和地上部分分別收獲。洗凈植物上的泥土，在80 ℃烘干，粉碎，測定植物含氮量。

1.4樣品測定 土壤硝態氮用紫外分光光度法測定[18]，銨態氮用靛酚藍比色法測定[19]。植株含氮量用半微量凱氏定氮法測定[20]。

1.5數據統計與分析 用SPSS 17.0統計軟件進行方差分析和相關性分析，最小顯著差數法(LSD檢驗法)進行多重比較。

2 結果與分析

2.1不同化學提取劑提取土壤礦質氮的能力 不同化學提取劑提取不同礦質氮含量的能力明顯不同，但不同提取劑提取的不同齡苜蓿土壤硝態氮和銨態氮的能力趨勢相同(表2)。3種提取劑獲得的5齡苜蓿土壤硝態氮含量無顯著差異(P>0.05)；熱水提取的銨態氮顯著高于KCl提取的(P<0.05),高出0.76 mg/kg。對9齡苜蓿土壤來說，CaCl2提取的硝態氮和銨態氮均高于熱水和KCl，比提取量最低的KCl分別高出3.10和1.09 mg/kg，均達到顯著水平(P<0.05)。

表2 3種提取劑提取的土壤礦質氮含量

3種提取劑提取的9齡苜蓿土壤硝態氮含量均高于5齡苜蓿土壤，其中，以CaCl2提取的相差最大，為6.24 mg/kg。3種提取劑提取的5齡和9齡苜蓿土壤銨態氮的含量無顯著差異。

2.2苜蓿草地土壤供氮能力的生物測試 黑麥草在9齡苜蓿土壤上培養生長85 d后，其吸氮量比生長在5齡苜蓿土壤的黑麥草高34%，這一結果與化學提取劑提取獲得的供氮能力一致(圖1)。

圖1 黑麥草在兩個苜蓿草地土壤上生長85 d的吸氮量

分別將3種提取劑提取的土壤硝態氮和銨態氮含量與黑麥草吸氮量的相關分析(圖2)。結果表明，3種提取劑提取的土壤硝態氮含量與植物吸氮量均呈極顯著正相關關系，其相關系數大小依次表現為CaCl2>KCl>熱水。

不同提取劑提取的土壤硝態氮的能力隨土壤硝態氮含量的不同而不同，隨著土壤硝態氮含量的增長，KCl提取的土壤硝態氮對應的植物吸氮量增長速率最大，CaCl2次之，熱水提取土壤硝態氮對應的植物吸氮量增長速率最小。

當土壤硝態氮含量<5.4 mg/kg時，黑麥草吸氮量與熱水提取的土壤硝態氮的吻合性優于CaCl2和KCl提取的土壤硝態氮；而當該值>5.4 mg/kg時，植物吸氮量與KCl提取的土壤硝態氮的吻合性最高，并保持快速穩定增長，當此值>11.5 mg/kg時，熱水和CaCl2提取的土壤硝態氮含量與植物吸氮量吻合性相當。說明當土壤硝態氮含量<5.4 mg/kg時，熱水提取的土壤硝態氮含量最能反映土壤的供氮能力；而當土壤硝態氮含量>5.4 mg/kg時，KCl提取的土壤硝態氮含量與生物測試的吻合性更好。

圖2 不同提取劑提取的土壤硝態氮和銨態氮含量與植物吸氮量的關系

以CaCl2提取的土壤銨態氮與黑麥草吸氮量的相關系數為0.523 3(P<0.05)，其他兩種提取劑提取的土壤銨態氮含量與植物吸氮量間無顯著相關關系。

3 討論

本研究表明，不同提取劑提取紫花苜蓿草地土壤礦質氮含量明顯不同，3種提取劑提取土壤硝態氮的能力無顯著差異，且與植物吸氮量有顯著相關關系，均可作為反映土壤供氮能力的指標，這與李生秀等[7]的研究結果一致。硝態氮含量作為土壤供氮能力指標具有一定的穩定性。不僅是不同提取劑提取的硝態氮含量無顯著差別，李生秀等使用鮮土為提取對象，與本研究采用36 ℃風干土進行提取，得出了一致的結果。這些結果均表明利用土壤硝態氮的含量作為土壤供氮指標來研究土壤氮素有效性有很重要的意義。但由于硝態氮易于隨水淋失，在多雨的季節或地區簡單取樣不能反映大田的真實情況，需根據當地的降水情況確定合理的取樣深度和取樣時間。

許多研究證明了不同提取劑提取土壤銨態氮的能力差異顯著，且與作物吸氮量關系不密切[7,21]，但在提取能力大小上，不同研究得出的結論不盡相同。本研究表明，3種提取劑在提取土壤銨態氮能力方面表現為1 mol/L KCl提取能力最小，而Curtin等[22]的研究結果表明熱水提取的銨態氮含量最高，原因是熱水釋放的氮主要以有機態氮為主，約80%，但同時有機氮的熱不穩定性會在熱水中水解進而伴隨大量銨態氮的釋放，因此熱水提取的銨態氮含量最高。

研究表明，1 mol/L KCl提取土壤礦質氮的能力高于熱水和0.01 mol/L CaCl2[23-24]，但其提取能力受土壤預處理、浸提液保存方式、KCl濃度[8,25-26]和雜質含量[9]等條件的限制。因此，不同研究者采用不同的方法測得的KCl提取土壤礦質氮的能力也不盡相同。

從化學角度來說，Ca2+是二價離子，而K+表面只有一個電子，因此Ca2+的凝聚力高于K+，即Ca2+能從土壤中置換出更多的硝態氮和銨態氮，這可能是0.01 mol/L CaCl2浸取土壤無機氮多于1 mol/L KCl的原因。但目前國內外提取土壤礦質氮應用最廣泛的是1 mol/L KCl溶液，這也與1 mol/L KCl提取土壤硝態氮的能力穩定且增長速度較快有關。

此外，季節動態對結果影響較大[9]。氣溫較低時，土壤礦化和硝化作用均較弱，銨態氮轉化率較低，表現出土壤硝態氮含量較低，銨態氮含量較高，此時銨態氮可以在一定程度上反映土壤的供氮水平；而隨著氣溫不斷升高，土壤有機氮的礦化和硝化作用越來越強，土壤中累積有大量的硝態氮，而銨態氮含量甚微，此時，銨態氮含量則無法反映土壤供氮水平。本研究對苜蓿花期的研究結果與此理論相符。

4 結論

1)不同化學提取劑提取土壤礦質氮的能力不同，提取土壤硝態氮的能力表現為0.01 mol/L CaCl2>熱水>1 mol/L KCl，提取銨態氮的能力表現為1 mol/L KCl的提取能力最弱。1 mol/L KCl提取土壤硝態氮的能力最穩定，是化學提取劑的首選。3種提取劑提取土壤硝態氮的能力無顯著差異，且與植物吸氮量有顯著相關關系，均可作為反映土壤供氮能力的指標。

2)苜蓿生長9年比5年時土壤氮素有效性高1.5倍左右。

3)3種提取劑提取的土壤銨態氮含量均不能作為反映土壤供氮能力的指標。

致謝：感謝楊晶、耿麗英、王希和周少平等同學的技術支持和幫助。

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