不同有機/無機氮添加對草原土壤氮素分配和轉化特征的影響

汪夢寒，董利利，李富翠*，韓烈保*，王祥

（1.北京林業大學草業與草原學院，北京 100083；2.中國科學院沈陽應用生態研究所額爾古納森林草原過渡帶生態系統研究站，遼寧 沈陽 110016；3.中國農業大學土地科學與技術學院，北京 100193）

近代以來，隨著化石燃料的開采使用以及人類對土地的不合理利用，大氣氮沉降問題日益突出。據報道，全球陸地生態系統的大氣氮沉降水平在過去的一個世紀中增加了3倍之多，并且還在不斷增加中［1］。目前我國已成為世界第三大氮沉降集中區，存在嚴重的氮沉降問題［2］。大氣氮沉降分為有機氮沉降和無機氮沉降兩種形式。盡管無機氮是大氣氮沉降中的主要組分，但是越來越多的研究表明有機氮在大氣氮沉降中也占有不小的比例。全球尺度水平上，有機氮沉降能夠占大氣總氮沉降量的30%左右［3］。在我國，大氣有機氮沉降也在持續增加，Zhang等［4］通過對中國32個監測點5年間大氣氮沉降的監測發現，有機氮含量占總氮含量的28%，在局部地區甚至高達50%以上。作為大氣氮沉降中十分重要的組成部分，有機氮沉降的影響不容忽視。

氮素是植物從土壤中吸收量最大的元素，氮素有效性影響著植物的養分吸收利用狀況，對維持陸地生態系統的組成及功能具有重要作用［5］。土壤全氮含量是反映土壤氮循環狀況、衡量土壤肥力、評價土壤資源的重要指標［6］。土壤全氮分為有機氮和無機氮兩部分，無機氮主要包含銨態氮和硝態氮。土壤礦質態氮代表硝態氮和銨態氮的含量之和。土壤微生物是土壤氮素轉化的主要參與者，對土壤氮循環有著重要的調節作用［7］。由于微生物對環境變化的響應十分敏感，所以通常將土壤微生物生物量作為土壤環境質量評價的重要指標［8］。目前關于模擬氮沉降對微生物生物量氮的影響已經進行了大量研究，但仍存在爭議：大部分研究認為長期氮添加會導致土壤酸化，使微生物活性降低，從而抑制土壤氮素轉化［9—10］；但也有研究指出短期氮添加能夠增強土壤氮素利用率，促進土壤微生物的生長繁殖［11］。雖然無機氮是可供植物直接吸收利用的氮素，但其含量在土壤全氮中非常少，土壤中大部分的氮素主要以有機氮的形式存在［12］。有機氮只有通過礦化過程，轉化為無機氮才可被植物利用［13］。因此，氮礦化水平決定著土壤氮素的可利用性，對陸地生態系統的氮循環具有重要影響［14］。為了更好地探究外源氮添加對土壤氮素有效性的影響機制，部分研究者［15—17］根據土壤有機質（soil organic matter，SOM）周轉速率的差異將其大致分為顆粒態有機氮（輕組）和礦物結合態有機氮（重組）兩個組分。顆粒態有機氮（輕組）主要來自未完全分解的植物碎屑，具有較高的周轉速率，易受外界環境變化的影響［18］；礦物結合態有機氮（重組）主要由含氮量較高的微生物產物構成，不易受外界擾動，在土壤中較為穩定［17］。目前大量的研究集中在氮素添加對土壤不同組分有機碳的影響，關于不同組分中氮素含量對氮輸入響應機制的研究報道較少。土壤氮素轉化的響應機制十分復雜，受到土壤理化性質、地上植被類型、區域氣候狀況及氮素添加的形式、數量和時間等諸多因素的影響［19—20］。因此，外源氮添加如何影響陸地生態系統氮素轉化仍需深入探討。

氮沉降對植物多樣性、植被生物量、土壤礦化速率及微生物活性都能產生影響，進而影響陸地生態系統氮素循環過程［9—10，21］。草地生態系統是陸地生態系統的重要組成部分，是世界上分布最廣的植被類型之一，在全球氮素循環中起著重要作用。根據國家草地資源調查數據結果［22］，我國草地面積約為3.949×106km2，約占國土面積的41.1%。草地土壤對于氮添加的響應要比草地植物群落及生產力等植物學特性的響應更加直接和迅速［23］。然而，以往在草原上開展的氮添加試驗多是通過單一形式氮添加（無機氮或有機氮）來模擬大氣氮沉降［21，24—25］，在對于不同類型氮沉降的理解上，目前仍然存在很多的未知。因此，本試驗以內蒙古額爾古納草甸草原為研究對象，以硝酸銨作為無機氮來源、等比例混合的尿素與甘氨酸作為有機氮來源，進行了不同比例的有機/無機氮素添加試驗。結合土壤物理分組及室內礦化培養的方法，通過分析土壤氮素的存在形式、氮素在不同組分中的含量及占比、土壤硝化速率、氨化速率及凈氮礦化速率等，旨在從土壤氮素貯存形態、氮素組分及氮素潛在礦化能力三方面探究不同有機/無機氮添加對草原土壤氮素分配和轉化特征的影響。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

實驗地位于中國科學院額爾古納森林草原過渡帶生態系統研究站（50°10′N；119°22′E），屬于寒溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫—2.5℃，年平均降水量362 mm，降水集中在6—8月。土壤類型為黑鈣土，優勢草種主要為羊草（Leymuschinensis）、貝加爾針茅（Stipa baicalensis）等。選取地帶性草甸草原植被為研究對象，在氮素添加的第6年（2019年8月）取樣，未施肥處理樣地0～10 cm土層的p H值為5.66，總有機碳含量為25.73 g·kg—1，有效磷含量為32.53 mg·kg—1，速效鉀含量為215.28 mg·kg—1；10～20 cm土層的p H值為5.75，總有機碳含量為21.32 g·kg—1，有效磷含量為33.87 mg·kg—1，速效鉀含量為127.52 mg·kg—1。

1.2 試驗設計及采樣方法

該實驗區從2014年開始以硝酸銨作為無機氮（inorganic nitrogen，IN）來源，等比例混合的尿素與甘氨酸作為有機氮（organic nitrogen，ON）來源，進行不同混合比例的氮添加實驗，添加的無機氮和有機氮比例分別為：10∶0（N1），7∶3（N2），5∶5（N3），3∶7（N4），0∶10（N5）和對照處理0∶0（CK）。樣地氮素添加總量均為10 g N·m—2·a—1，每年6月通過噴灑混合氮溶液的形式進行施肥處理，對照處理僅添加蒸餾水。例如，對于N2（IN∶ON＝7∶3）樣地，噴灑20 L混合氮溶液，其中共含720 g硝酸銨（相當于7 g IN·m—2·a—1）、116 g尿素（相當于1.5 g ON·m—2·a—1）和289 g甘氨酸（相當于1.5 g ON·m—2·a—1）。每個處理重復6次，小區大小為6 m×6 m＝36 m2，每個小區之間留有1 m左右的緩沖帶以防止相互干擾。

在氮素添加的第6年（2019年），于植物生長茂盛的8月，用直徑5 cm土鉆在不同形式氮添加處理的小區多點采樣。每個試驗小區隨機選取3點采集表層0～10 cm和次表層10～20 cm土壤，3點土樣混合均勻后裝入自封袋，通過保溫箱及時運回實驗室。新鮮土壤帶回實驗室后去除肉眼可見的植物根系及石礫，過2 mm篩后于4℃冰箱內保存。另取一部分過篩土樣進行風干處理，用于相關指標的測定。

1.3 測定指標及方法

1.3.1土壤基礎理化性質的測定 采用105℃烘干法測定土壤含水量；利用CaCl2溶液浸提土壤后（土∶水＝1∶5）用pH計測定土壤pH值；利用元素分析儀（Elementar Vario MACRO，德國）測定土壤及不同組分中總有機碳（total organic carbon，SOC）和全氮（total nitrogen，TN）含量；采用氯化鉀浸提—連續流動分析儀測定土壤硝態氮、銨態氮含量；采用氯仿熏蒸浸提法測定土壤微生物量氮（microbial biomass nitrogen，MBN）［13，26］。

1.3.2土壤物理分組方法 土壤物理分組參考Cambardella等［15］的方法將土壤氮素分為顆粒態氮（particulate nitrogen，PN）和礦物結合態氮（mineral associated nitrogen，MAN）兩部分。稱取10.00 g過2 mm篩的風干土樣置于50 mL離心管中，加入30 mL 5 g·L—1的（NaPO3）6溶液，手動輕晃約10 min后（至離心管底的土樣完全融入溶液中），將裝有土樣懸液的離心管置于180 r·min—1的往復式震蕩機上震蕩15 h。震蕩后的土壤懸液過孔徑0.053mm的套篩，并用去離子水反復沖洗篩上樣品，直至水變清澈。之后把篩面上的殘留物（＞53μm）全部收集在鋁盒中，于55℃烘干至恒重后即為顆粒態輕組（light fractions，LF）。將＜53μm的篩下組分從鋁盒無損轉移到50 mL離心管中，用去離子水反復沖洗、離心、沖洗至離心管中呈現為土壤懸液狀態，于55℃烘干至恒重后即為礦物結合態重組（heavy fractions，HF）。

1.3.3土壤氮素礦化培養 通過室內恒溫好氣培養試驗測定土壤氮素礦化速率及礦化量［13，27—28］。稱取新鮮土壤樣品20 g于125 mL廣口瓶中，用保鮮膜密封瓶口，并用針在保鮮膜上均勻扎孔以保證氣體交換，并最大限度的減少水分散失。將培養瓶置于25℃恒溫培養箱中培養一周。培養過程中每3 d用稱量法調節土壤含水量，維持土壤恒重，使土壤水分含量始終與新鮮土樣保持一致。在培養期的第0和7天進行破壞性取樣，測定土壤銨態氮（ammonium nitrogen，NH4+-N）、硝態氮（nitrate nitrogen，NO3—-N）含量。

1.4 數據處理及分析

土壤氮素礦化速率及礦化量計算公式如下［29］：

式中：Δti表示時間間隔和分別表示培養前后銨態氮和硝態氮的變化量；ΔN Ramm表示氨化速率；ΔN Rnit表示硝化速率；ΔN Rmin表示凈氮礦化速率，1表示培養前第0天，i+1表示培養后第7天。

土壤微生物量氮（Nm，mg·kg—1）的計算公式［30］：

式中：EN為熏蒸和未熏蒸土樣間氮含量的差值（mg·kg—1）；kC為轉換系數，取值為0.54。

使用Excel 2010對所有數據進行整理，SPSS 23.0進行統計分析，SigmaPlot 14.0進行作圖。采用單因素方差分析（One-way ANOVA）進行不同氮添加水平之間的顯著性檢驗；采用Duncan進行多重比較，顯著性水平為α＝0.05。

2 結果與分析

2.1 不同比例有機/無機氮添加對土壤氮素形態的影響

2.1.1土壤氮素含量 如表1所示，風干土及其不同組分中的氮素含量不受氮添加形式的影響。氮添加處理下風干土及不同組分中的氮含量較對照處理有所提升，但差異不顯著。較對照相比，風干土、輕組和重組中的氮含量在0～10 cm土層中平均增幅分別為27%、43%、4%，在10～20 cm土層中平均增幅分別為18%、43%、9%。各施肥處理之間，N1處理對0～20 cm土層風干土、0～10 cm土層輕組及0～20 cm土層重組中氮含量的影響最為強烈。不同土層深度之間，風干土及不同組分中平均氮含量變化趨勢不一致，風干土0～10 cm表土層的土壤氮素含量受氮添加的影響較大；氮添加對輕組0～10 cm表土層及10～20cm次表土層氮含量影響作用相當，均較對照處理增加43%；然而在重組中，10～20 cm次表土層氮含量對氮添加的響應較0～10 cm表土層更為敏感。

表1 土壤氮素含量Table 1 Soil nitrogen content

2.1.2土壤無機態氮 氮添加提高了不同土層土壤硝態氮含量（圖1），在0～10 cm土壤中，與對照相比，施氮處理平均提高了硝態氮含量467%，其中N4處理下的土壤硝態氮含量達到36.5 mg·kg—1，顯著高于其他各組（P＜0.05）。對于10～20 cm土層土壤，N3、N4、N5處理均顯著提高了土壤硝態氮含量（P＜0.05），其中N4處理下硝態氮含量最高，比對照高出1582%；N1、N2處理下10～20 cm土層土壤硝態氮含量較對照組有提升趨勢，但差異不顯著。

施氮處理增加了0～10 cm土層銨態氮含量，但未達到顯著水平；各施氮處理表層土壤銨態氮含量較對照處理平均增加317%，其中N2處理下增幅最高。對于10～20 cm土層土壤，N5處理銨態氮含量顯著高于對照組（P＜0.05）（圖1）。

施氮顯著增加了表土層土壤礦質氮含量，其中N4處理的礦質態氮含量達到48.9 mg·kg—1，顯著高于對照及其他各施肥處理組（P＜0.05）。對于10～20 cm土層，N3、N4、N5處理與對照相比土壤礦質氮含量存在顯著 差 異（P＜0.05），分 別 提高 了470%、516%、568%（圖1）。

圖1 不同比例有機/無機氮添加對土壤無機態氮的影響Fig. 1 Effect of different organic/inorganic nitrogen additions on soil inorganic nitrogen

2.1.3土壤微生物量氮 N1、N2、N5處理顯著提高了表層土壤MBN含量（P＜0.05），比對照分別提高了93%、181%、177%；N3、N4處理對表土層MBN含量無顯著影響（P＞0.05）（圖2）。不同比例有機/無機氮添加對10～20 cm土壤MBN含量影響不一致。N1、N2、N5處理下次表層土壤MBN含量顯著提高（P＜0.05），其中N2處理下MBN含量增幅最高，與對照相比增幅達到106%；N3處理顯著降低了次表層土壤MBN含量，降幅達到38%（P＜0.05）。不同深度土層之間，氮處理對0～10 cm表土層土壤中MBN含量促進作用更加強烈。

圖2 不同比例有機/無機氮添加對土壤微生物量氮的影響Fig.2 Effect of different organic/inorganic nitrogen additions on soil micr obial biomass nitr ogen

2.2 不同比例有機/無機氮添加對土壤組分氮素相對含量的影響

2.2.1土壤不同組分中氮素含量占比 不同比例有機/無機氮添加提高了輕組氮素在土壤全氮中的占比（圖3）。對于0～10 cm表土層，各施肥處理組的輕組氮素含量占比，較對照分別增加了24%、25%、5%、7%和8%，N2處理下輕組在土壤TN中比率最高。在10～20 cm土層中，不同比例有機/無機氮添加對重組占比的影響由大到小分別是N5＞N2＞N4＞N3處理，分別較對照組降低了21%、12%、8%和2%；N1處理對10～20 cm土層重組氮素占比沒有影響，與對照比率持平。不同深度土層之間，0～10 cm表土層中不同組分的氮素含量占比受氮添加影響較10～20 cm土層更為明顯。

2.2.2土壤不同組分中氮素相對含量 根據風干土氮素含量（表1）及土壤不同組分中氮素含量占比（圖3），可以得出不同組分氮在風干土中的氮素相對含量（圖4）。對于輕組（圖4），N1、N2、N5施氮處理顯著提高了0～10 cm表層土壤氮素相對含量（P＜0.05），較對照分別提高91%、40%和26%；N3、N4處理同樣提高了輕組中表土層氮素相對含量，但與對照相比差異不顯著（P＞0.05）。輕組10～20 cm土層土壤氮素相對含量在施肥處理下平均提高了27%，其中N1處理較對照組增幅最大，達到44%。在重組中（圖4），N1、N3、N4、N5施氮處理顯著提高了0～10 cm表層土壤中氮素相對含量（P＜0.05），其中N1處理下氮素相對含量顯著高于其他處理組（P＜0.05），N2處理下的表層土壤氮素相對含量較對照組增加了4%，但未達到顯著水平（P＞0.05）。各施肥處理均顯著提高了10～20 cm土層重組土壤氮素相對含量（P＜0.05），其中N1處理增幅效果較其他處理最好。

圖3 不同土層中輕組及重組氮素含量占比Fig.3 Nitrogen content percentage of light fractions（LF）and heavy fractions（HF）in different soil depth

圖4 不同深度土層中輕組及重組氮素相對含量Fig.4 Relative nitrogen concentrations of light fractions（LF）and heavy fractions（HF）in different soil depth

不同施氮處理之間，施氮提高了土壤輕組和重組中氮素相對含量，其中N1處理下兩個組分表土層氮素相對含量均顯著高于其他處理組（P＜0.05），分別比對照組高出91%和44%。土壤不同組分之間，相較于輕組，重組中氮素相對含量更高，比輕組的0～10 cm土層及10～20 cm土層土壤分別高出1.41 g·kg—1和1.63 g·kg—1。不同土層深度之間，無論是輕組還是重組，0～10 cm土層氮素相對含量均高于10～20 cm土層。

2.3 不同比例有機/無機氮添加對土壤氮素礦化的影響

氮添加增加了0～10 cm表層土壤硝化速率，較對照組平均增加了259%，但未達到顯著水平（P＞0.05）（圖5）。對于10～20 cm次表層土壤，N1、N4處理顯著提高了土壤硝化速率（P＜0.05），較對照組分別提升了254%和193%。N2、N3、N5處理下次表層土壤硝化速率較對照組有所提高，增幅分別為34%、49%和77%，但差異不顯著。0～10 cm及10～20 cm土層的硝化速率均在N1處理下增幅最大，分別為336%和254%。不同深度土層之間，0～10 cm表層土壤硝化速率的平均增幅高于10～20 cm次表層土壤。

土壤氨化速率在0～10 cm表層土壤中因氮肥處理而降低，較對照組平均降幅為166%，其中N5處理下降幅最大，但各處理組之間差異不顯著（圖5）。對于10～20 cm土層土壤，N1、N5處理顯著降低了土壤氨化速率（P＜0.05），較對照組分別降低了316%和397%，其余各處理組氨化速率較對照組均有所降低，但降幅未達到顯著水平。不同施肥處理之間，N5處理下0～10 cm及10～20 cm土層的氨化速率降幅均為各處理組中的最大值。不同深度土層之間，10～20 cm次表層土壤平均氨化速率降幅更大。

圖5 不同比例有機/無機氮添加對土壤氮礦化速率的影響Fig.5 Soil N mineralization rate under different organic/inorganic nitrogen additions

土壤凈氮礦化速率在0～10 cm表層土壤中因氮肥施入而升高，較對照組平均提升了1044%，其中N1處理較對照組增幅2182%，為各處理中的最高值（圖5）。對于10～20 cm次表層土壤，N1、N4處理增加了土壤凈氮礦化速率，增幅分別為139%和180%；但在N2、N3、N5處理下，次表層土壤的凈氮礦化速率較對照有所降低，降幅分別為30%、191%和513%。

3 討論

3.1 不同比例有機/無機氮添加對土壤氮素形態的影響

本研究結果顯示不同比例有機/無機氮添加對不同深度土壤氮素含量沒有顯著影響。李陽等［13］在內蒙古草甸草原研究結果同樣顯示，土壤氮素含量不受氮素添加形態的影響。蔡玉婷等［31］的短期無機氮添加試驗也顯示氮輸入對于土壤氮素含量沒有影響，可能是由于氮沉降加快了氮素在土壤中的周轉速率。

土壤礦質氮表征硝態氮和銨態氮的總和，其含量的高低是評價氮素有效性的重要指標［32］。本研究顯示氮添加提高了土壤銨態氮、硝態氮及礦質氮含量，這與以往的大量研究結果一致［33—35］。雖然本試驗中氮添加對土壤全氮含量無顯著影響，但顯著增加了土壤礦質氮含量，這可能是由于氮素添加加速了原土壤有機質的礦化分解。通過對不同比例有機/無機氮添加處理組的比較，本試驗結果顯示土壤硝態氮和礦質氮含量在N4（IN∶ON＝3∶7）混合氮肥處理下增加幅度最高。陳立新等［34］的研究也證明，混合形態氮沉降對土壤硝態氮和有效氮含量有更強的促進作用。

土壤微生物主要通過氨化作用、硝化作用以及反硝化作用參與土壤氮素形態的轉化，氮沉降可以通過改變微生物所處的土壤微環境進而影響微生物生物量及活性。本試驗中，氮添加增加了0～10 cm表層土壤MBN含量，可能是施入土壤中的氮肥促進了微生物的代謝活動，進而使微生物量氮增加。對于10～20 cm次表層土壤的MBN含量，不同比例有機/無機氮添加處理影響結果不一致，除N3（IN∶ON＝5∶5）處理顯著降低了次表層土壤MBN含量外，其余處理都對土壤MBN含量起了促進作用。土壤微生物生物量對于環境的細微變化能敏感的做出反應，目前研究中關于不同比例有機/無機氮添加對于土壤MBN的影響存在諸多爭論，未來還需要在更長時間尺度及更細化的氮素形態方面進行深入探討。

3.2 不同比例有機/無機氮添加對土壤不同組分中氮素相對含量的影響

根據土壤氮素與礦物結合程度和周轉速率不同，將其分為顆粒態氮（輕組）和礦物結合態氮（重組）兩個組分，可以更好地描述土壤氮素累積、持久性及對周圍環境的響應［17］。輕組由相對粒徑較大的不同分解階段的植物殘體及微生物分解產物構成，生物活性較高，周轉速率快［36］。重組中，有機氮分子與土壤礦物之間能夠通過化學或物理化學結合形成穩定的有機—礦物復合體固存下來，存在形式較為穩定［37］。已有研究表明，在氮處理下，顆粒態氮所占比例增大而礦物結合態氮所占比例降低，重組有向輕組逐漸轉移的趨勢，且表層土壤各組分受外界氮素添加的擾動更為明顯［33，35，38］，本研究得到了相似的結論。這可能是由于氮輸入增加了土壤微生物生物量，刺激了微生物活性，導致周轉速率更快的不穩定輕組受到更加強烈的影響。本研究中，雖然土壤不同組分中氮素含量不受氮添加形式的影響，但是氮肥處理提高了輕組和重組中的氮素相對含量，其中N1純無機氮肥處理對土壤不同組分中氮素相對含量影響幅度最大。盡管土壤組分研究已成為各生態系統土壤學研究中的主要手段，但是大多數的研究都集中在探討土壤不同組分中碳庫的變化［39］，關于土壤氮庫組分如何響應大氣氮沉降變化的報道還很少，在草原生態系統開展的相關土壤氮庫組分的研究則更少。目前關于土壤碳氮耦合的認知已形成共識，氮素在土壤周轉和微生物生命代謝活動中同樣起著重要作用，因此關于外源氮素添加對草原土壤氮庫組分的影響機制還需更多的研究支撐。

3.3 不同比例有機/無機氮添加對土壤氮素礦化的影響

土壤氮素礦化和礦化速率已被認為是理解陸地生態系統植被產量、氮循環和微生物功能控制的主要考慮因素［40］。前人的研究表明，氮添加可以顯著提高土壤硝化速率，促進土壤微生物的氮素轉化［41］，本研究得到了相似的結論。在本研究中，0～10 cm及10～20 cm土層的硝化速率均在N1（IN∶ON＝10∶0）處理下增幅最大，說明相較于混合氮肥處理及純有機氮肥處理，土壤硝化速率受無機氮添加的影響更大，分析其原因可能是無機氮添加可以更加迅速地為土壤提供硝化反應底物，增加參與硝化反應的微生物活性，進而提升土壤硝化速率。本試驗中，各施氮處理氨化速率均低于未施氮處理組，N1、N5氮素添加顯著降低了10～20 cm次表層土壤氨化速率，N5（IN∶ON＝0∶10）處理下0～10 cm及10～20 cm土層的氨化速率降幅均為各處理組中的最大值，說明土壤氨化速率受到了氮沉降的抑制，有機氮的抑制作用更強。本研究結果與程苗苗［40］在北方農牧交錯帶草地上進行的氮素添加試驗結果一致。氨化速率表現為負值可能是因為土壤的氮固持，或者是土壤中的銨態氮轉化為了硝態氮。綜合本試驗硝化速率及氨化速率結果，N5（IN∶ON＝0∶10）處理下土壤氨化速率降低的同時硝化速率得到了提高，很大程度上是因為有機氮肥的施入促進了土壤銨態氮向硝態氮的轉化。

凈氮礦化速率是反映土壤供氮能力和評價氮循環過程的重要指標［42］。關于土壤凈氮礦化速率對氮素添加的響應，當前的研究結論存在諸多不同。很多研究表明氮沉降能夠增加土壤中氮素有效性，進而提高土壤凈氮礦化速率［43—44］；也有研究表明凈氮礦化速率隨氮肥施入而降低［45］。本研究結果顯示，不同比例有機/無機氮添加對不同深度土壤凈氮礦化速率沒有顯著影響，N1（IN∶ON＝10∶0）處理下0～10 cm土壤凈氮礦化速率較其他施氮處理增幅最大，表明無機氮肥的施入促進了草原土壤凈氮礦化，Fisk等［46］的研究也顯示土壤氮礦化隨無機氮添加而升高。土壤氮素礦化受施氮時間、施氮類型、施肥量等諸多因素的影響，通常草地生態系統受氮素限制，適當的氮肥施入增加了土壤無機氮和有機質含量，緩解了植物與土壤微生物之間關于氮素的爭奪，促進了微生物對氮素的轉化，使土壤凈氮礦化速率增加；但是長期或高濃度氮添加可能導致土壤酸化，抑制土壤微生物活性，從而降低了土壤凈氮礦化速率［47］。本研究中，6年不同比例的有機氮與無機氮配施試驗沒有對凈氮礦化速率產生顯著影響，各土層及各處理之間也很難得出一致的變化規律，后續還需進行更長期定位和深入的研究。

4 結論

不同比例有機/無機氮添加對草原土壤全氮含量沒有產生顯著影響，但顯著改變了土壤氮素不同組分的分配和生物有效性。草原土壤氮素形態及潛在礦化因氮素添加形式的不同而產生差異，N4（IN∶ON＝3∶7）混合氮肥處理顯著提高了0～20 cm土層土壤硝態氮和礦質態氮含量，N5（IN∶ON＝0∶10）施肥處理對土壤硝化速率的促進作用及氨化速率抑制作用較其他氮素處理更加強烈。隨著未來大氣有機氮沉降比例的增加，草原土壤氮素礦化活動將變得更加活躍，土壤銨態氮有向硝態氮轉化的趨勢。通過對土壤不同組分中氮素相對含量及占比的分析，研究發現，穩定的礦物結合態有機氮在氮添加處理下逐漸轉變為活躍的顆粒態有機氮，純無機氮添加對土壤各組分氮素相對含量的提升作用優于其他處理，這表明大氣氮沉降促進了草原土壤氮素周轉，破壞了土壤氮素的穩定性，無機氮沉降有助于提升土壤不同組分中的氮素相對含量。