鹽分與有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)土壤氮素礦化的影響

周 慧 史海濱 郭珈瑋 徐 昭 付小軍 李正中

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特010018;2.內(nèi)蒙古河套灌區(qū)解放閘灌域管理局沙壕渠試驗(yàn)站，巴彥淖爾015400)

0 引言

土壤鹽分是導(dǎo)致作物減產(chǎn)的主要非生物因素之一［1］，鹽分同時(shí)也會(huì)影響土壤中氮素轉(zhuǎn)化的生物過(guò)程［2］。在受鹽脅迫的土壤中，氮素正常轉(zhuǎn)化模式的改變對(duì)肥料的有效性產(chǎn)生很大影響［3］，探明肥料中氮素釋放規(guī)律對(duì)于最大限度提高氮肥利用效率、防止氮對(duì)環(huán)境造成不必要的污染至關(guān)重要［4］。研究表明，肥料的有效性在于當(dāng)植物需要時(shí)其形式適合于植物獲得，滿足這一條件可以減少硝態(tài)氮通過(guò)反硝化及淋溶流失的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)施肥量超過(guò)作物最大吸氮量，或施用時(shí)間與植物吸收不同步時(shí)，土壤中硝酸鹽含量迅速增加，氮素?fù)p失也隨之增加［5-7］。因此，在鹽漬化土壤中合理施肥，以提高肥料利用效率及降低氮素面源污染是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。

為提高鹽漬化土壤的作物產(chǎn)量，通常施用大量化肥來(lái)滿足作物所需［8-9］。然而，過(guò)量施用無(wú)機(jī)肥會(huì)加重土壤鹽漬化程度，并且增強(qiáng)土壤鹽分對(duì)作物生長(zhǎng)的抑制作用［10］，因此，盲目增施氮肥將造成浪費(fèi)［11］。近年來(lái)，施用有機(jī)肥被認(rèn)為是鹽漬化農(nóng)田改鹽增肥的有效措施。研究證明，在鹽漬土中應(yīng)用有機(jī)肥能加速鈉的浸出，降低交換性鈉的含量及土壤電導(dǎo)率［12-13］。此外，施入有機(jī)肥可以提高土壤養(yǎng)分含量、有機(jī)氮豐度和土壤酶活性，促進(jìn)作物生長(zhǎng)［14-15］。有機(jī)肥養(yǎng)分礦化過(guò)程較慢［16］，有機(jī)農(nóng)業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是將有機(jī)來(lái)源的氮礦化過(guò)程與作物對(duì)氮素的需求量同步化［17］，而無(wú)機(jī)肥料具有肥效快的特點(diǎn)，二者結(jié)合施用可以更好地滿足植物所需。因此，尋求合理的鹽漬化土壤中有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施模式對(duì)于土壤培肥及作物增產(chǎn)具有重要意義。

相對(duì)于化肥，有機(jī)氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程更為復(fù)雜，因?yàn)閺挠袡C(jī)物質(zhì)中釋放出的氮依賴于微生物介導(dǎo)的氮礦化過(guò)程，這些過(guò)程受環(huán)境條件、土壤性質(zhì)和有機(jī)肥特性的影響［18-20］。在鹽漬化土壤中，鹽分是影響土壤中養(yǎng)分循環(huán)的主要因素，特別是氮素的供應(yīng)和轉(zhuǎn)化［21-22］。有機(jī)肥的施入可以改善土壤鹽分環(huán)境，利于氮素轉(zhuǎn)化，但同時(shí)又為土壤微生物提供了大量的碳源，使微生物活動(dòng)加劇［23］，這很可能導(dǎo)致消耗無(wú)機(jī)氮庫(kù)過(guò)程的發(fā)生［24］。不同有機(jī)無(wú)機(jī)肥配比在鹽漬土中所產(chǎn)生的氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程更為復(fù)雜，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施所產(chǎn)生的氮素礦化過(guò)程研究多集中于非鹽漬化土壤或單一程度鹽漬化土壤中［25-27］，而對(duì)不同程度鹽分土壤下兩者結(jié)合施用所產(chǎn)生的供氮效應(yīng)則有待進(jìn)一步探明。本研究采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究不同鹽分條件下有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)氮素礦化的影響，以期為不同鹽分土壤制定合理的農(nóng)田土壤氮素養(yǎng)分管理模式提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)解放閘灌域沙壕渠試驗(yàn)站(40°54'40″N，107°9'57″E，海拔1 034 m)進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)屬于典型的干旱地區(qū)，多年平均降雨量143 mm，蒸發(fā)量2 100 mm，多年平均氣溫7.7℃，無(wú)霜期為135 ～150 d。大于10℃的年積溫為3 551℃，年平均日照時(shí)數(shù)3 200 h，年凍融期180 d 左右。全年太陽(yáng)總輻射約為6 000 MJ/m2，熱量充足。于2018年播前取0 ～20 cm 土壤為研究對(duì)象，土壤鹽離子主要以SO2-4和Cl-含量最多(表1)，為典型的硫酸鹽-氯化物型鹽土，土壤取回后完全混勻，置于室內(nèi)風(fēng)干過(guò)2 mm 篩后供培養(yǎng)試驗(yàn)用，其理化性質(zhì)見表2。供試無(wú)機(jī)肥料為尿素(含氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)46%)，有機(jī)肥為商品有機(jī)肥(由玉米秸稈腐熟后噴漿造粒而成，碳氮比為7.5∶1，含N 質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%，P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，K2O 質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于等于45%，腐殖酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于等于17%，S 質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于等于8%)。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤鹽離子含量Tab.1 Salt content of tested soils %

表2 試驗(yàn)區(qū)土壤基本性狀Tab.2 Basic properties of tested soils

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)區(qū)土壤鹽離子含量見表1。以NaCl 溶液和蒸餾水為原料，配置4 種不同鹽分水平的原溶液，溶液電導(dǎo)率分別為3.94、12.15、24.55、38.77 dS/m。通過(guò)漏斗將供試土壤分別用這4 種溶液浸出，在干燥箱(30℃)中干燥72 h，將處理后的土壤充分混勻，測(cè)定其電導(dǎo)率。重復(fù)這一過(guò)程，參照土壤鹽漬化程度劃分標(biāo)準(zhǔn)［28］，使土壤鹽分水平(電導(dǎo)率)分別達(dá)到非鹽漬化、輕度、中度和重度水平(分別為0.46、0.98、1.55、1.97 dS/m)，依次記為S1、S2、S3、S4。將土壤在室溫下保持干燥，直至試驗(yàn)開始。

在不同土壤鹽分水平下分別設(shè)置5 種不同的有機(jī)無(wú)機(jī)肥配比模式(有機(jī)肥占施肥比例分別為0、25%、50%、75%、100%，各處理施氮總量一致)，按施氮量0.089 5 g/kg (以耕層0 ～20 cm 土壤質(zhì)量進(jìn)行換算，相當(dāng)于施純氮素量240 kg/hm2)把氮肥分別加入風(fēng)干土中，充分混勻，并以不施肥處理為空白對(duì)照，依次記為U1、U3O1、U1O1、U1O3、O1、CK。試驗(yàn)共24 個(gè)處理，3 次重復(fù)。模擬田間施肥方式、用量及田間含水率等條件，采用室內(nèi)恒溫(25 ±0.5)℃好氣培養(yǎng)法進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)容器為1 L 燒杯。

礦化試驗(yàn):稱取過(guò)2 mm 篩的風(fēng)干土壤100 g 于1 L 燒杯中，加水至田間持水率的30%(將土、水在研缽中充分混勻后轉(zhuǎn)移至燒杯中)，用保鮮膜將燒杯口密封，并用針在保鮮膜上均勻扎小孔以創(chuàng)造好氣環(huán)境。置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中避光進(jìn)行7 d 的預(yù)培養(yǎng)(達(dá)到激活土壤微生物活性的目的)。7 d 后第1 次取樣，記為第0 天取樣。隨后對(duì)預(yù)培養(yǎng)后的土壤按試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行處理，通過(guò)稱量調(diào)節(jié)含水率，使土壤含水率為田間持水率的65%。將燒杯放入25℃的培養(yǎng)箱避光培養(yǎng)。在培養(yǎng)期間每隔1 ～2 d 采用稱量法補(bǔ)充失去的水分，使土壤水分保持恒定狀態(tài)。每個(gè)處理分別在培養(yǎng)后的第1、3、7、14、21、28、42、56、78、90 天取3 個(gè)重復(fù)試樣，測(cè)定NH4+-N、NO3--N含量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 礦化指標(biāo)

礦化指標(biāo)計(jì)算式為［29］

其中

式中 NA——凈氨化量，mg/kg

CA——培養(yǎng)后土壤銨態(tài)氮質(zhì)量比，mg/kg

IA——初始土壤銨態(tài)氮質(zhì)量比，mg/kg

NN——凈硝化量，mg/kg

CN——培養(yǎng)后土壤硝態(tài)氮質(zhì)量比，mg/kg IN——初始土壤硝態(tài)氮質(zhì)量比，mg/kg

NM——凈氮礦化量，mg/kg

1.3.2 土壤礦質(zhì)氮及電導(dǎo)率測(cè)定

無(wú)機(jī)氮含量分別用2 mol/L 浸提，其中土壤硝態(tài)氮含量采用紫外分光光度法測(cè)定，土壤銨態(tài)氮含量用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定［30］;于培養(yǎng)結(jié)束后進(jìn)行土壤樣品采集，各處理取3 次重復(fù);電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀測(cè)定土水比1∶5浸提液。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0 與Excel 2016 進(jìn)行分析及圖表繪制，用LSD 法進(jìn)行多重比較確定差異的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比例對(duì)不同程度鹽漬化土壤凈氨化量的影響

土壤有機(jī)氮礦化的第1 步是通過(guò)氨化作用形成NH4+-N。從圖1 可看出，土壤NH4+-N 釋放模式在不同鹽分水平和氮源類型之間有較明顯的差異。在S1 鹽分條件下，CK 處理土壤凈氨化量始終為負(fù)值，其余各施肥處理土壤凈氨化量在培養(yǎng)第1 天達(dá)到較高水平，在第3 天出現(xiàn)最大值，凈氨化峰值呈現(xiàn)施入無(wú)機(jī)肥比例越大土壤凈氨化量越大的趨勢(shì)，其中U1處理較其余施肥處理顯著(P ＜0.05)高17.78% ～90.13%。隨后各處理凈氨化量開始下降，且呈現(xiàn)施入化肥比例越大下降速率越快的趨勢(shì)，U1、U3O1 處理在培養(yǎng)第42 天基本趨于穩(wěn)定，而U1O1、U1O3、O1處理在第56 天之后幾乎保持不變。

圖1 土壤凈氨化量變化曲線Fig.1 Variation curves of soil net ammonification

在S2 鹽分條件下，CK 處理土壤凈氨化量在培養(yǎng)期間均為負(fù)值，但較S1 鹽分條件下略有升高。各施肥處理凈氨化量峰值均出現(xiàn)在第3 天，U1 及U3O1 處理凈氨化峰值較S1 鹽分條件下顯著降低24.71%和15.19%(P ＜0.05)，而U1O1、U1O3、O1處理較S1 鹽分條件下略有降低，但差異不顯著，至培養(yǎng)第28 天均降低到較低水平。

在S3 鹽分條件下，CK 處理土壤凈氨化量呈現(xiàn)先正后負(fù)的趨勢(shì)。各施肥處理凈氨化量峰值較S1、S2 鹽分條件下有所延遲，且不同有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比例凈氨化峰值出現(xiàn)時(shí)間不一，有機(jī)肥施入比例較大的處理峰值出現(xiàn)時(shí)間較遲。U1、U3O1 處理在第7天出現(xiàn)峰值，U1O1、U1O3 在培養(yǎng)第14 天出現(xiàn)凈氨化峰值，O1 處理在第21 天出現(xiàn)峰值。

在S4 鹽分條件下，CK 處理凈氨化量在整個(gè)培養(yǎng)期間均為正值，整體呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)。U1、U3O1 處理凈氨化峰值出現(xiàn)時(shí)間與S3 鹽分條件下一致，較S3 鹽分條件下分別降低19.16%和20.74%，差異顯著(P ＜0.05)，而U1O1、U1O3 處理較S3 鹽分條件下凈氨化峰值進(jìn)一步延遲，均在第21 天出現(xiàn)峰值，O1 處理在培養(yǎng)第28 天出現(xiàn)峰值。

從雙因素方差分析結(jié)果來(lái)看(表3)，土壤鹽分和氮源類型均對(duì)不同培養(yǎng)時(shí)期土壤凈氨化量有極顯著影響，除培養(yǎng)第90 天外，土壤鹽分和氮源類型兩者之間的交互作用也對(duì)土壤氨化量有極顯著影響，一定程度上說(shuō)明土壤凈氨化量的變化與土壤鹽分以及有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比例密切相關(guān)。

表3 土壤凈氨化量的雙因素方差分析(F)Tab.3 Two-way analysis of variance on soil net ammonification

2.2 不同有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比例對(duì)不同程度鹽漬化土壤凈硝化量的影響

在好氧條件下，土壤中有機(jī)氮礦化為NH+4-N后，將通過(guò)硝化作用轉(zhuǎn)化為NO-3 -N。由圖2 可看出，培養(yǎng)期內(nèi)不同鹽分土壤及有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比例對(duì)土壤凈硝化量影響不一。與土壤凈氨化量不同，不同鹽分條件下CK 處理土壤凈硝化量在培養(yǎng)期間均為正值，但隨著鹽分增加呈降低趨勢(shì)。

圖2 土壤凈硝化量變化曲線Fig.2 Variation curves of soil net nitrification

在S1 鹽分條件下，各施肥處理凈硝化量均呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，有機(jī)肥施入比例越大的處理其凈硝化量達(dá)到平穩(wěn)期越滯后，U1、U3O1 處理于培養(yǎng)第42 天基本趨于平穩(wěn)態(tài)勢(shì)，U1O1、U1O3 處理于第56天基本維持不變，O1 處理凈硝化峰值約出現(xiàn)在第70 天。各處理表現(xiàn)為無(wú)機(jī)肥施入比例越大其凈硝化量越大，至培養(yǎng)第90 天，U1 處理較其余處理顯著(P ＜0.05)高10.58% ～37.74%。

在S2 鹽分條件下，各施肥處理凈硝化量迅速升高，各處理凈硝化量達(dá)到平穩(wěn)時(shí)間較S1 鹽分條件下均有所提前，而凈硝化峰值較S1 鹽分條件下有所降低，U1、U3O1 處理于第28 天基本保持不變，其余處理峰值出現(xiàn)時(shí)間為第42 天，U1、U3O1、U1O1、U1O3、O1 處理凈硝化量最大值分別較S1 鹽分條件下 降 低 11.65%、10.99%、10.05%、5.96% 和0.53%，隨著有機(jī)肥施入比例越大2 種鹽分條件下差異越小。

在S3 鹽分條件下，各施肥處理凈硝化量增長(zhǎng)速率較S1、S2 鹽分條件下均減緩，U1、U3O1 處理于第56 天基本趨于不變，而U1O1、U1O3、O1 處理在培養(yǎng)第90 天還未達(dá)到最大值，依然有增加的趨勢(shì)。各處理在S4 鹽分條件下凈硝化量變化規(guī)律與S3 鹽分條件下基本一致，U1、U3O1 處理在培養(yǎng)第90 天時(shí)較S3 鹽分條件下分別降低24.49%和20.96%，其余處理在培養(yǎng)結(jié)束時(shí)仍保持上升的態(tài)勢(shì)。

雙因素方差分析結(jié)果(表4)表明，在整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)，土壤鹽分及氮源類型均對(duì)土壤凈硝化量產(chǎn)生極顯著影響，鹽分水平和有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比例之間的交互作用在除培養(yǎng)第90 天外都對(duì)土壤凈硝化量產(chǎn)生極顯著影響。

2.3 不同有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比例對(duì)不同程度鹽漬化土壤凈氮礦化量的影響

從圖3 可看出，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比例在不同土壤鹽分條件下對(duì)土壤凈氮礦化量有較明顯的區(qū)別。在S1 鹽分條件下，CK 處理土壤凈氮礦化量基本為負(fù)值，但呈逐漸升高的趨勢(shì)，至培養(yǎng)結(jié)束時(shí)其值為0.08 mg/kg，其余施肥處理凈氮礦化量均為正值，呈升-降-升的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，U1、U3O1 處理于培養(yǎng)第28 天趨于穩(wěn)定，其余處理在培養(yǎng)第56 天基本保持不變。化肥施入比例越大凈氮礦化量越大，至培養(yǎng)第90 天，U1 處理較其余處理顯著(P ＜0.05)高10.59% ～37.74%，隨著有機(jī)肥施入比例增大差異越大。

表4 土壤凈硝化量的雙因素方差分析(F)Tab.4 Two-way analysis of variance on soil net nitrification

當(dāng)鹽分升至S2 鹽分水平時(shí)，CK 處理土壤凈氮礦化量在培養(yǎng)期間內(nèi)均為正值。U1、U3O1 處理凈氮礦化量趨于穩(wěn)定所需時(shí)間與S1 鹽分條件下幾乎一致，峰值分別較S1 鹽分條件下降低10.35% 和9.23%，而U1O1、U1O3、O1 處理凈礦氮化量趨于穩(wěn)定時(shí)間較S1 鹽分條件下有所提前，于培養(yǎng)第42 天基本保持不變，凈氮礦化峰值較S1 鹽分條件下分別降低7.69%、5.08%和1.80%。S2 鹽分條件下各處理依然表現(xiàn)為化肥施入比例大的處理凈氮礦化量越大，U1 處理較其余處理顯著高8.65% ～18.44%，但隨著有機(jī)肥施入比例增大差異較S1 條件下減小。

圖3 土壤凈氮礦化量變化曲線Fig.3 Variation curves of soil net nitrogen mineralization

在S3 鹽分條件下，CK 處理凈氮礦化量為正值，在培養(yǎng)期內(nèi)呈上下波動(dòng)態(tài)勢(shì)，其余施肥處理表現(xiàn)出逐漸上升態(tài)勢(shì)，U1、U3O1 處理凈氮礦化量在第56天趨于穩(wěn)定，其余處理在第70 天增幅變緩，U1 處理峰值較其余處理顯著(P ＜0.05)高7.22% ～43.10%(除U3O1 處理不顯著)，各處理峰值較S2鹽分條件下分別降低4.58% ～19.92%，有機(jī)肥施入比例越大的處理降低幅度越大。在S4 鹽分條件下，各處理凈氮礦化量變化趨勢(shì)與S3 鹽分條件下基本一致，在培養(yǎng)第21 ～28 天達(dá)到峰值，隨后呈小幅波動(dòng)態(tài)勢(shì)。總體來(lái)說(shuō)，化肥施入比例越大凈氮礦化量越大，同一處理凈礦化量較S3 鹽分條件下有不同程度的降低。

從雙因素方差分析結(jié)果(表5)得出，鹽分及氮源類型對(duì)培養(yǎng)期間凈氮礦化量產(chǎn)生極顯著影響，二者之間的交互作用除對(duì)培養(yǎng)第90 天土壤凈氮礦化量無(wú)顯著影響外，對(duì)其余時(shí)期均產(chǎn)生極顯著影響。從F 值來(lái)看，土壤鹽分及氮源類型是影響氮素礦化過(guò)程的主要因素，兩者之間的交互作用是影響凈氮礦化量的次要原因。

2.4 不同有機(jī)無(wú)機(jī)配施比例對(duì)不同程度鹽漬化土壤電導(dǎo)率的影響

從表6 可看出，至培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，各鹽分水平不同氮源類型對(duì)土壤電導(dǎo)率均產(chǎn)生顯著影響。不同鹽分水平下，CK 處理土壤電導(dǎo)率較培養(yǎng)開始時(shí)均有所降低，這一結(jié)果是由于培養(yǎng)期間不斷向土壤中加水，從而導(dǎo)致土壤鹽分稀釋所造成。各施肥處理均可以促使土壤電導(dǎo)率增大，且呈現(xiàn)有機(jī)肥施入比例越大土壤電導(dǎo)率增幅越小的趨勢(shì)，這可能與肥料化學(xué)組成有關(guān)，本試驗(yàn)所使用有機(jī)肥為玉米秸稈腐熟后噴漿造粒而成，含鹽量較少，從而使得有機(jī)肥水解并不會(huì)造成鹽分大幅上升。在S1 土壤鹽分條件下，各處理土壤電導(dǎo)率均呈現(xiàn)顯著性(P ＜0.05)差異，U1 處理較其余施肥處理分別高8.34% ～52.50%，而隨著土壤鹽分水平增加，各施肥處理之間土壤電導(dǎo)率差異逐漸減小，至S4 土壤鹽分水平時(shí)，U1 處理除較O1 處理顯著高11.79%外，與其余處理均無(wú)顯著性差異。說(shuō)明隨著本底土壤鹽分逐漸增大，施肥對(duì)于土壤電導(dǎo)率的促進(jìn)作用會(huì)逐漸減小。

表5 土壤凈氮礦化量的雙因素方差分析(F)Tab.5 Two-way analysis of variance on soil net nitrogen mineralization

表6 各試驗(yàn)處理土壤電導(dǎo)率Tab.6 Soil electrical conductivity of each treatment dS/m

3 討論

肥料的有效性取決于其本身的化學(xué)特性及供試土壤的理化特征，是兩者之間相互作用的結(jié)果［31］。土壤中過(guò)量的可溶性鹽不僅會(huì)影響微生物的正常分布［32］，同時(shí)也對(duì)氮素轉(zhuǎn)化的生物過(guò)程產(chǎn)生影響［33］。因此，通過(guò)合理的施肥模式來(lái)調(diào)控不同鹽分條件下土壤氮素釋放過(guò)程是提高氮素有效性的重要途徑。

本研究表明，土壤鹽分水平在0.46 ～0.98 dS/m時(shí)，不施肥處理土壤凈氨化量在培養(yǎng)期間為負(fù)值，而在鹽分水平達(dá)到1.55 ～1.98 dS/m 時(shí)，土壤凈氨化量轉(zhuǎn)為正值。說(shuō)明低鹽分條件下微生物對(duì)NH+4 -N的固持作用大于土壤本身的釋放量，而高鹽分水平可能會(huì)抑制微生物活性［34-35］，導(dǎo)致已礦化的銨態(tài)氮被微生物同化量減少。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鹽分水平從0.46 dS/m 升至0.98 dS/m 時(shí)，土壤凈氨化量下降速率明顯加快，而當(dāng)鹽分水平升高至1.55 dS/m 時(shí)，鹽分延緩了NH4+-N 的形成，且在隨后的培養(yǎng)過(guò)程中凈氨化量下降速度減緩。這可能是因?yàn)檫m當(dāng)?shù)耐寥利}分會(huì)加快土壤硝化速率，而鹽分水平過(guò)高會(huì)限制土壤硝化細(xì)菌的活性，從而抑制土壤-N 向NO3--N 的轉(zhuǎn)化過(guò)程［36-37］。前人研究表明，相較無(wú)機(jī)肥而言，有機(jī)肥具有肥效緩慢的特點(diǎn)［38-39］，本研究?jī)舭被縿?dòng)態(tài)變化過(guò)程也進(jìn)一步證明了這一點(diǎn)，即在試驗(yàn)前期呈現(xiàn)隨著有機(jī)肥施入比例越大土壤凈氨化量越小的趨勢(shì)，而在培養(yǎng)后期則呈現(xiàn)出相反態(tài)勢(shì)。

本研究中，土壤凈硝化量受土壤鹽分水平及氮源類型影響較為明顯。與土壤凈氨化量表現(xiàn)不同，各鹽分水平下CK 處理土壤凈硝化量在整個(gè)培養(yǎng)期間內(nèi)均為正值，這是因?yàn)榕c-N 相比，微生物利用-N 需要更多的能量［40］，同時(shí)，-N 的存在會(huì)抑制-N 的轉(zhuǎn)運(yùn)或硝態(tài)還原酶的合成［41-42］。因此，土壤中硝態(tài)氮的同化作用幾乎不存在。ZENG 等［43］研究表明，土壤鹽分水平對(duì)硝化速率的影響有一個(gè)閾值(1.13 dS/m)，當(dāng)鹽分水平小于此值時(shí)促進(jìn)硝化速率，高于此值則抑制土壤硝化速率，本研究在鹽分水平處于0.46 ～1.98 dS/m 時(shí)土壤凈硝化量變化趨勢(shì)也得到了相似的結(jié)果。本試驗(yàn)結(jié)果表明，鹽分水平從0.46 dS/m 增至0.98 dS/m時(shí)，鹽分對(duì)化肥施入較多的處理土壤凈硝化量抑制作用較大，而土壤鹽分水平繼續(xù)增大至1.55 dS/m及以上時(shí)，鹽分水平對(duì)施入有機(jī)肥比例較大的處理也產(chǎn)生較明顯的抑制作用，NO-3 -N 形成速率減緩。這可能是因?yàn)橥寥利}分較低時(shí)，有機(jī)肥對(duì)土壤鹽分的加重程度較小，從而對(duì)硝化作用的抑制較小，而化肥的施用會(huì)較大幅度地提升土壤鹽分水平，抑制土壤氮素的硝化作用;當(dāng)土壤鹽分處于較高水平時(shí)，土壤本身鹽分水平對(duì)不同氮源類型硝化過(guò)程均會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的抑制作用。

土壤鹽分及有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比例均會(huì)對(duì)土壤凈氮礦化量產(chǎn)生顯著影響。隨著鹽分水平增大，不施肥處理土壤凈氮礦化量由負(fù)值轉(zhuǎn)為正值，且呈逐漸增大的趨勢(shì)，說(shuō)明鹽分水平的增加會(huì)導(dǎo)致微生物主導(dǎo)的腐質(zhì)化過(guò)程弱于土壤的礦化作用。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤鹽分水平在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)時(shí)，各施肥處理土壤凈氮礦化量均隨鹽分水平升高而降低，這與CHANDRA 等［44］的研究結(jié)果一致。當(dāng)土壤鹽分水平較低(小于0.98 dS/m)時(shí)，土壤凈氮礦化量在培養(yǎng)初期會(huì)產(chǎn)生短暫的下降，這可能由于此時(shí)期微生物對(duì)-N 的同化量大于-N 向-N 的轉(zhuǎn)化量造成。本研究結(jié)果表明，各處理累積凈氮礦化量的變化分為兩部分，當(dāng)鹽分水平從0.46 dS/m 增至0.98 dS/m 時(shí)，各處理均較迅速地達(dá)到礦化峰值，且呈現(xiàn)出隨著有機(jī)肥施入比例的增大凈氮礦化量的差異減小的現(xiàn)象，這可能是由于有機(jī)肥對(duì)提高土壤鹽分作用較小所導(dǎo)致，至培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，S2 鹽分水平下單施有機(jī)肥處理較單施化肥處理土壤電導(dǎo)率降低25.02%。當(dāng)土壤鹽分水平為1.55 dS/m 時(shí)，各處理凈氮礦化量在培養(yǎng)后期又有上升態(tài)勢(shì)，這可能是因?yàn)殡S著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，微生物細(xì)胞中滲透物質(zhì)的積累會(huì)提高其耐鹽能力［45-46］，微生物活性增強(qiáng)從而會(huì)促進(jìn)礦化作用進(jìn)行，礦質(zhì)氮含量在培養(yǎng)后期呈持續(xù)增加態(tài)勢(shì)。

土壤有機(jī)氮向無(wú)機(jī)氮的轉(zhuǎn)化過(guò)程也伴隨著NH3、N2O 等氣體的損失。本研究條件下，有機(jī)氮礦化的第1 步即轉(zhuǎn)化為-N，這也為土壤氨揮發(fā)提供了充足的底物。不同鹽分及有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比例所產(chǎn)生的礦化過(guò)程不一，導(dǎo)致各處理氨揮發(fā)損失也會(huì)有所差異。研究表明，隨著土壤鹽分水平的升高，土壤氨揮發(fā)損失增加［47］，這可能也是導(dǎo)致本研究?jī)舭钡V化量隨著鹽分增加逐漸減小的原因之一。但本研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)脑黾油寥利}分水平會(huì)促進(jìn)土壤硝化作用(由0.46 dS/m 增至0.98 dS/m 時(shí))，從而快速降低土壤-N 含量，減少土壤氨揮發(fā)損失［48］，而隨著鹽分繼續(xù)增加，土壤硝化作用被抑制，又將增加土壤氨揮發(fā)累積量［49］。研究表明，N2O 是土壤硝化過(guò)程和反硝化過(guò)程的中間產(chǎn)物，土壤含鹽量及氮源類型均會(huì)影響土壤硝化和反硝化過(guò)程。RESHAM等［50］研究發(fā)現(xiàn)，隨著土壤鹽分水平增加，N2O 排放量將增加。這可能是因?yàn)樵邴}分較高時(shí)，會(huì)抑制亞硝酸鹽氧化菌，導(dǎo)致硝化過(guò)程基本停留在亞硝酸鹽階段，同時(shí)高鹽分水平會(huì)抑制N2O 還原酶活性，使得異養(yǎng)反硝化過(guò)程產(chǎn)生大量N2O［51］，這可能也是導(dǎo)致本研究隨著鹽分水平增加土壤凈硝化量減小的原因之一。本研究表明，當(dāng)鹽分水平較低時(shí)(0.46 dS/m)，隨著有機(jī)肥施入比例增大土壤NH+4 -N 釋放量減小但周期延長(zhǎng)，因此，采取適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)無(wú)機(jī)肥配施模式對(duì)于降低NH3、N2O 損失極為重要。鹽分水平增至0.98 dS/m 時(shí)，各施肥處理之間凈氨化量差異減小，且增施有機(jī)肥相較低鹽水平可以促進(jìn)土壤硝化作用的進(jìn)行，從而可以減少氨揮發(fā)及N2O 損失，提高氮素有效性;當(dāng)鹽分水平增至1.55 dS/m 及以上水平時(shí)，有機(jī)肥施入較多的處理氨化過(guò)程遲緩，同時(shí)硝化作用也受到抑制，可能會(huì)造成過(guò)多的氣體損失。因此，針對(duì)不同土壤鹽分水平進(jìn)行合理的有機(jī)無(wú)機(jī)氮肥調(diào)配對(duì)于減小面源污染及提高氮素有效利用極為重要。

微生物在土壤養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程中起著重要作用。研究表明，土壤鹽分含量過(guò)高會(huì)降低微生物活性和生物量［52］，改變微生物群落結(jié)構(gòu)［53］，而有機(jī)肥可為微生物提供能源物質(zhì)碳素和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氮素，提高微生物活性［54］。關(guān)于系統(tǒng)探討不同鹽分條件下有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比例對(duì)微生物活性影響來(lái)揭示土壤供氮效應(yīng)機(jī)制，還有待進(jìn)一步研究。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著土壤鹽分增大，氮源類型對(duì)土壤礦化過(guò)程影響增大，說(shuō)明有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施在鹽分較大的土壤更具優(yōu)越性。

4 結(jié)論

(1)雙因素方差分析表明，土壤鹽分及有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比例均顯著影響培養(yǎng)期內(nèi)氮素礦化過(guò)程。土壤氨化作用隨著鹽分水平的升高逐漸減弱;土壤電導(dǎo)率從0.46 dS/m 增至0.98 dS/m 時(shí)，鹽分水平的增加促進(jìn)了土壤硝態(tài)氮的生成速率，但當(dāng)土壤電導(dǎo)率增至1.55 dS/m 及以上時(shí)，會(huì)抑制土壤硝態(tài)氮的形成。

(2)同一鹽分水平，隨著有機(jī)肥施入比例的增大，土壤銨態(tài)氮及硝態(tài)氮的形成速率減緩，且礦化量減少;當(dāng)土壤電導(dǎo)率為0.98 dS/m 時(shí)，對(duì)有機(jī)肥施入較多的處理礦化抑制作用較小，不同有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理之間礦化量差異減小，但當(dāng)土壤電導(dǎo)率在1.55 ～1.97 dS/m 時(shí)，會(huì)對(duì)有機(jī)肥施入比例較大處理的礦化過(guò)程產(chǎn)生延緩作用，但并不會(huì)完全抑制，在培養(yǎng)后期仍呈現(xiàn)出持續(xù)增加的態(tài)勢(shì)。

(3)綜合來(lái)看，為保證合理的氮素供應(yīng)，不同鹽分水平下應(yīng)進(jìn)行合理的有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施。在土壤鹽分水平較低時(shí)(0.46 dS/m)，有機(jī)無(wú)機(jī)肥各半配施在培養(yǎng)期間會(huì)產(chǎn)生平穩(wěn)的氮素釋放過(guò)程，且氮礦化量也處于較高水平;當(dāng)土壤電導(dǎo)率增至0.98 dS/m，可以適當(dāng)增大有機(jī)肥施入比例，該處理前期氮礦化量較少，可以減少氮素?fù)p失，而在后期氮礦化量增大，利于作物吸收利用;當(dāng)土壤電導(dǎo)率升至1.55 dS/m 以上時(shí)，有機(jī)肥礦化量較少，且礦化周期較長(zhǎng)，無(wú)法滿足作物對(duì)氮素的高需求期，需要適當(dāng)增大無(wú)機(jī)肥施入比例，以保證充足的氮素供應(yīng)。