土壤氮素矿化试验研究方法及其应用

土壤氮素矿化试验研究方法及其应用彭银燕;黄运湘【摘要】通过查阅大量土壤氮素矿化研究资料,归纳土壤氮素矿化研究的主要试验方法,并对目前运用最广泛的培养方法的特点、应用领域和最新研究成果进行详细地介绍,以为不同土壤环境条件下氮素矿化的研究提供参考和指导。

%After reading a lot of related papers,the main research methods of soil nitrogen mineralization were summarized and the features,apply domain and the newest research of widely used incubation methods had been introduced in detail.The object was to provide the reference and guide for soil nitrogen mineralization researches in different soil environmental conditions.【期刊名称】《现代农业科技》【年(卷),期】2011(000)024【总页数】4页(P288-291)【关键词】土壤;氮素矿化;室内培养法;原位培养法【作者】彭银燕;黄运湘【作者单位】湖南农业大学资源环境学院,湖南长沙410128;湖南农业大学资源环境学院,湖南长沙410128【正文语种】中文【中图分类】S158.2氮是植物必需营养元素之一。

植物需要的氮有50%~80%来自于土壤，土壤中95%以上的氮是以有机形态存在，植物无法直接吸收利用，只有通过矿化作用转化为有效氮才能被植物吸收利用[1]。

因此，土壤有机氮的数量及其矿化量是衡量土壤供氮能力的重要指标。

土壤有机氮的矿化是一个非常复杂的过程，矿化的强度和数量不仅取决于有机氮源的多少，而且受土壤环境和植物生长的影响。

土壤氮素矿化量的估算方法大致有4种：一是化学方法，在实验室用各种浸提剂提取测定，如土壤碱解氮含量的测定，其基于的原理是用1 mol/L NaOH溶液作用于土壤以提取有机氮中易分解的部分，实际上也就是促其矿化[2]。

与其他方法相比，该方法具有快速、简单等优点。

二是培养方法，在土壤既定的条件下进行培养，土壤中的微生物将有机形态的氮矿化为无机形态的氮。

培养方法操作比较简单，并尽可能地模拟出了土壤的自然环境，能较客观地反映土壤的供氮能力，是估算土壤氮素矿化量最常用的方法。

三是植物吸收法，通过田间试验，以无肥区土壤无机氮的变化和植物吸氮量来计算土壤表观矿化量[3]，其结果是田间综合因素的反映，通常被认为是其他方法的检验标准。

四是模型方法，利用数学模型来预测作物生育期间土壤氮素的矿化，模型方法尽管被认为是最有效的工具，但模型的预测需要大量的前期工作做铺垫，并存在各种各样的偏差[3]。

评价土壤氮矿化的4种方法各有其特点，且有各自的应用领域。

培养方法由于操作简单，能较客观地反映土壤的供氮能力，为国内外学者广泛应用。

由于试验条件和研究目的不同，培养方法又分为室内培养法和原位培养法，该文重点阐述培养方法的研究进展及其应用。

1 室内培养法室内培养法一般是在实验室内将一定量的土壤样品调节到一定湿度后，在一定温度下进行一段时间的培养，之后测定土壤所释放出的矿质氮[4]。

这类方法有合理的基础，因为在培养期间使氮素矿化的微生物，正是在作物生长期间使土壤有机氮转变成对作物生长的有效氮的微生物[5]。

室内培养法分为好气培养法和淹水培养法。

1.1 好气培养法好气培养法是应用最早的培养方法，目前以1972年Standford和Smith提出的间歇淋洗法[6]使用最为广泛，其操作简单、快速，适用于大批量和连续培养测定[7]。

好气培养法又包括室内恒温好气培养法和室内恒温好气培养—间歇淋洗法。

室内恒温好气培养法由于没有进行间歇淋洗模拟植物对氮的吸收，可能会减缓或阻碍所培养土壤的后期矿化过程。

1.1.1 室内恒温好气培养法。

即在一定温度下培养，一般为25~40℃，选择适当的时间或方式进行通气，培养期间注意补足培养过程中散失的水分。

根据土壤性质和试验目的设置培养时间和间隔。

余泺等[8]采用室内恒温好气培养法，探讨长期定位试验田不同耕作方式下土壤氮素矿化和硝化特征，研究结果表明，随着温度的升高，土壤氮素矿化和硝化作用均增强，几种耕作方式下土壤氮素矿化和硝化作用均表现为35℃＞30℃＞25℃。

保护性耕作与水旱轮作和常规平作之间的矿化量存在显著的差异，垄作免耕>厢作免耕>水旱轮作>常规平作。

李亚娟等[9]利用青紫泥和潮土研究水分状况与供氮水平对土壤可溶性氮素形态变化的影响，研究表明，加氮处理及淹水培养均能显著提高青紫泥的NH4+-N含量；除加氮处理淹水培养第7天外，潮土NH4+-N含量并未因加氮处理或淹水培养而明显升高。

无论加氮与否，控水处理显著提高2种土壤的NO3--N含量。

鲁彩艳等[10]采用室内恒温好气培养法研究长期不同施肥制度培育的土壤氮矿化势和供氮潜力，研究结果表明，长期不同施肥制度培育的土壤氮矿化势和供氮潜能明显不同，有机肥明显优于化肥，二者相结合的效果更明显。

1.1.2 室内恒温好气培养—间歇淋洗法。

称取一定量过筛的风干土壤和等量石英砂加水湿润后充分混匀，使其形成具有良好结构的土砂混合物。

然后小心地转入预先铺有一层玻璃丝和10 g石英砂的淋洗管中，再在其上铺少量玻璃丝，以免淋洗时淋洗液直接冲击土砂混合物。

淋洗管的底端用橡皮塞塞住，放入恒温培养箱中，在一定温度条件下进行培养，培养期间用重量法维持土壤水分。

收集的淋洗液用流动分析仪测定NH4+-N和NO3--N含量。

郝金菊等[11]以坡地不同利用方式定位试验为研究对象，运用室内恒温好气培养—间歇淋洗法和计算机模拟模型，求得土壤氮素矿化参数，结果表明，在35℃条件下进行好气培养，一级动力学方程能够很好地拟合试验数据，模拟方程和模拟参数均达到极显著水平。

杨路华等[12]运用室内恒温好气培养—间歇淋洗法，依据氮素矿化机理，分析农田水分对土壤氮素矿化的影响关系；考虑温度和水分因素，建立农田单氮源矿化模型，田间试验与模型结果相吻合。

姬景红等[13]用长期室内恒温好气培养—间歇淋洗法，对连续7年采用渗灌、滴灌和沟灌灌溉，栽培番茄的保护地不同剖面层次土壤的有机氮矿化特点进行研究，结果表明，滴灌更有利于表层土壤易矿化有机氮的形成，与渗灌和沟灌相比，长期使用滴灌有利于改善保护地土壤有机氮的品质。

付会芳等[14]通过对有机质、全氮、C/N差异较大的10种土壤进行盆栽和好气恒温—间歇淋洗培养试验，结果表明，幂函数模型能很好地描述土壤氮素矿化过程，并建立土壤氮素矿化的一级动力学模式，求出不同模型中的参数，最后探讨影响土壤氮素矿化动力学模型参数的土壤因子——有机质、全氮含量、土壤机械组成、C/N。

马宏瑞等[15]通过室内恒温好气培养—间歇淋洗法利用一级动力学方程对青海农区栗钙土、灰钙土的氮矿化势和矿化速率常数进行测定，结果表明，栗钙土比灰钙土有更高的供氮容量，而供氮强度与环境水分条件有较明确的关系。

张璐等[16]用室内恒温好气培养—间歇淋洗法研究天然草原氮素矿化对全球氮沉降背景和草原施肥管理模式的响应，结果表明，氮素添加显著降低了土壤的pH值，但累积氮矿化量与土壤pH值、有机碳和全氮均没有显著的相关性。

鲁彩艳等[17]运用室内恒温好气培养—间歇淋洗法研究不同施肥方式对土壤氮矿化的影响，结果表明，有机碳源的添加明显抑制有机氮的矿化进程，但这种抑制作用只是暂时的，最终将以有机氮的矿化分解为发展总趋势，这与陈小萱等[18]、白优爱等[19]的研究结果一致。

1.2 淹水培养法淹水培养法是1964年由Waring和Bremner[20]在总结好气培养法的缺点后，提出30℃2周淹水培养法。

淹水培养法与通气培养法相比，培养条件较易掌握，不需考虑通气条件和严格的水分控制，只需测定NH4+-N，测定方法较简单，结果更加稳定，而且也适用于水稻土以外的土壤，目前得到广泛的运用。

淹水培养法又分为室内淹水密闭恒温培养法和室内淹水密闭恒温培养—间歇淋洗法2种。

1.2.1 室内淹水密闭恒温培养法。

其可分为短期培养和长期培养2种。

室内短期淹水密闭恒温培养法即连续培养2周，测定土壤中NH4+-N的释放量。

Waring et al[20]提出在30℃下，进行2周的淹水培养。

Keeny et al[21]的试验表明，在40℃下进行7 d培养比30℃下进行2周淹水培养矿化的NH4+-N与盆栽黑麦草吸氮量关系更密切。

张玉玲等[22]在长期不同施肥措施水稻土可矿化氮与微生物量氮关系的研究中，运用室内短期淹水密闭恒温培养法和室内长期淹水密闭恒温培养—间歇淋洗法，全部试验数据的相关分析结果表明，水稻土可矿化氮与矿化氮/微生物量氮比率之间具有极显著正相关关系。

室内长期淹水密闭恒温培养法是在一定温度下（25~40℃），采用淹水密闭（水土比为2∶1）的方式培养较长的一段时间（2~4个月），用化学试剂（CaCl2或KCl溶液）将不同时间段矿化的NH4+-N提取出来，用流动分析仪测定。

宋勇生等[23]应用室内长期淹水密闭恒温培养法，研究红壤性水稻土中有机无机肥料配合施用后氮素转化的规律，结果表明，各施肥处理土壤累积矿化氮量均随培养时间的延长呈增加趋势，有机物循环或配施化肥处理土壤矿化氮量均高于单施化肥处理。

宗海英等[24]也在水稻土的研究中得出相似的结论。

李慧琳等[25]采用改进的室内长期淹水密闭恒温培养法和统计分析方法研究上海地区典型水稻土淹水条件下的氮素矿化过程，通过参数分析和实际应用可能性剖析，认为Special模型能对实际情况下的氮素矿化做出更为准确的描述。

1.2.2 室内淹水密闭恒温培养—间歇淋洗法[26]。

即在培养过程中，按照设定的培养时间，如 7、14、21、35、49 d，将土壤中的矿化氮分离提取，分离后的土壤再按相同的液土比继续培养，直到培养结束，每次提取液中的NH4+-N均采用流动分析仪测定。

该法由于在培养过程中分离矿化氮，模拟植物的吸氮过程，能较真实地反映土壤中有机氮的矿化。

张玉玲等[27]通过定位试验研究长期不同施肥措施对水稻土氮素矿化特性的影响，结果表明，长期不同施肥措施显著影响水稻土氮矿化势及矿化速率；与不施氮肥相比，单施氮肥使水稻土氮矿化势下降，矿化速率加快；氮肥与有机肥配施可极显著增加水稻土氮矿化势，降低矿化速率；同时用室内短期淹水密闭培养法和室内长期淹水密闭培养—间歇淋洗法比较不同施肥处理水稻土的可矿化氮及微生物量氮的变化，并根据2种培养方法的试验数据进行相关分析，结果表明，水稻土可矿化氮与矿化氮/微生物量氮比率之间具有极显著正相关关系，且长期培养法的相关系数略大于短期培养法[22]。