武星魁，施衛(wèi)明，徐永輝，閔 炬*

長期不同化肥氮用量對(duì)設(shè)施菜地土壤氮素礦化和硝化作用的影響①

武星魁1,2，施衛(wèi)明1，徐永輝3，閔 炬1*

(1土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008；2中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3宜興市城建文旅集團(tuán)有限公司，江蘇宜興 214200)

為揭示長期施用不同化肥氮對(duì)設(shè)施菜地土壤供氮能力的影響，選取連續(xù)種植15年不同化肥氮用量下的設(shè)施菜地土壤，采用好氣密閉培養(yǎng)法研究長期不同化肥氮用量對(duì)設(shè)施菜地土壤氮素礦化和硝化作用的影響。供試土壤為5個(gè)氮施用水平，分別為：不施化肥氮(CK)，常規(guī)化肥氮(100%N)，常規(guī)化肥氮上減氮20%(80%N)、40%(60%N)、60%(40%N)。結(jié)果表明：與初始礦質(zhì)氮量相比，培養(yǎng)結(jié)束后CK、40%N、60%N、80%N和100%N處理土壤礦質(zhì)氮變化量分別為38.9、44.7、20.6、–32.7、–87.6 mg/kg；CK、40%N和60%N處理土壤礦質(zhì)氮變化量分別占各自土壤全氮量的2.7%、2.5% 和1.0%，80%N和100%N處理土壤礦質(zhì)氮量與初始礦質(zhì)氮量相比下降1.3% 和3.1%；CK、40%、60%N、80%N和100%N處理土壤硝化速率分別為19.3、11.2、4.9、5.2、1.2mg/(kg·d)。長期高量化肥氮(80%N和100%N)投入下，設(shè)施菜地土壤氮素礦化和硝化速率顯著降低，土壤供氮能力下降，土壤pH降低可能是導(dǎo)致土壤礦化和硝化作用受到抑制的原因之一。鑒于此，設(shè)施蔬菜種植體系在現(xiàn)有施氮水平上應(yīng)減少化肥氮投入，科學(xué)優(yōu)化施肥，維持土壤的供氮能力，確保設(shè)施土壤的可持續(xù)利用。

長期施肥；氮轉(zhuǎn)化；pH；礦化作用；硝化作用

隨著我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，蔬菜業(yè)尤其是經(jīng)濟(jì)效益較高的設(shè)施蔬菜得到較快發(fā)展，至2019年蔬菜種植面積已達(dá)到2 086萬hm2，占農(nóng)作物總播種面積的12.6%[1]。為了維持蔬菜高產(chǎn)，往往施入大量的有機(jī)肥和化學(xué)氮肥，年均施氮量超過N 1 000 kg/hm[2-3]，是大田作物的3倍以上[4-5]。然而，蔬菜氮素利用率較低，僅20% 左右[6]。氮素是土壤供應(yīng)較少、植物需求最多的營養(yǎng)元素[7]。土壤中超過90% 的氮素以有機(jī)態(tài)形式存在，不易被植物吸收利用，而可以被植物直接吸收利用的無機(jī)態(tài)氮不足10%[8]。氮素礦化是土壤有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)氮的主要過程，也是農(nóng)田土壤氮素循環(huán)的重要過程之一。此外，土壤硝化作用是影響土壤氮素供應(yīng)和損失的另一個(gè)重要過程[9]。已有研究表明，設(shè)施菜地長期高量氮肥投入，易導(dǎo)致土壤酸化和次生鹽漬化等問題[10]，其對(duì)土壤供氮能力影響如何，尚不清楚。目前，針對(duì)大田種植體系下，長期施用氮肥對(duì)土壤礦化和硝化作用特征開展了較多研究，李輝信等[11]發(fā)現(xiàn)侵蝕紅壤氮素礦化和硝化作用不強(qiáng)，與土壤pH、有機(jī)質(zhì)以及速效磷的含量有一定相關(guān)性；氮磷鉀肥配施有機(jī)肥可提高紫色水稻土供氮潛力，同時(shí)改善有機(jī)氮的品質(zhì)[12]；稻田長期施氮肥可顯著提高土壤全氮含量，且有機(jī)無機(jī)肥配施下，氮素礦化率和礦化速率均較單施無機(jī)肥處理高[13]。設(shè)施蔬菜種植體系與大田作物不同，因常年設(shè)施覆蓋，復(fù)種指數(shù)高，化肥氮投入量大等特點(diǎn)，長期化肥氮施用后對(duì)土壤氮素礦化和硝化作用也可能產(chǎn)生不同影響。為此，本研究選取連續(xù)種植15年不同化肥氮用量下的設(shè)施菜地土壤，采用好氣密閉培養(yǎng)法研究長期不同化肥氮用量下設(shè)施菜地土壤氮素礦化和硝化作用的變化，從而明確長期施用化肥氮對(duì)設(shè)施菜地土壤供氮能力的影響，為設(shè)施菜地土壤的可持續(xù)利用以及合理施用氮肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤選取位于江蘇省宜興市農(nóng)業(yè)科技示范園(31°14′N, 119°53′E)的長期定位試驗(yàn)設(shè)施菜地土壤。設(shè)施蔬菜長期定位試驗(yàn)始于2005年，試驗(yàn)區(qū)位于中緯度地區(qū)，屬濕潤的北亞熱帶季風(fēng)氣候，平均氣溫15 ～ 17 ℃，多年平均降雨量1 000 ～ 1 200 mm。供試土壤質(zhì)地為砂壤土，試驗(yàn)起始時(shí)土壤(0 ～ 20 cm) pH為5.58，EC值為0.28 mS/cm，土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量分別為：1.44 g/kg、24.9 g/kg、42 mg/kg、64 mg/kg和63 mg/kg。試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)不同化肥氮水平處理，分別為不施化肥氮(CK)，常規(guī)化肥氮(100%N)，以及在常規(guī)化肥氮基礎(chǔ)上分別減氮20%(80%N)、40%(60%N)和60%(40%N)，每個(gè)處理4次重復(fù)。CK、40%、60%N、80%N和100%N處理的化肥氮用量分別為N 0、348、522、696、870 kg/(hm2·a)。各處理均施用有機(jī)肥(雞糞)、磷肥(過磷酸鈣)和鉀肥(硫酸鉀)，在每季作物基肥中一次性施入，施用量分別為N 78 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2和 K2O 150 kg/hm2。供試作物為番茄(cv. Jinpeng 1)、黃瓜(cv. Jinchun 4)和芹菜(cv. Xiqin 5)。番茄種植時(shí)間為每年4月至7月，黃瓜種植時(shí)間為每年 9月至11月，芹菜種植時(shí)間為每年12月至次年3月，一年3季蔬菜輪作。田間管理與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民傳統(tǒng)管理方法一致。

1.2 試驗(yàn)方法

礦化試驗(yàn)采用改進(jìn)后的好氣密閉培養(yǎng)法[11]，具體為：稱取每個(gè)風(fēng)干土樣32份，每份10 g，分別加入100 ml離心管，再加入蒸餾水至土壤最大持水量的60%，密閉后置于25℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。培養(yǎng)之前取出各土樣2份直接加入50 ml 2 mol/L KCl 溶液，振蕩1 h后過濾，測(cè)定濾液中銨態(tài)氮(NH4+-N)和硝態(tài)氮(NO– 3-N)含量；其他各土樣在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)15周，其間每周取出兩份，同樣加入2 mol/L KCl 溶液50 ml，振蕩1 h后過濾，測(cè)定濾液中NH4+-N和NO– 3-N的含量。

硝化速率測(cè)定方法同褚海燕等[14]的方法，具體為：稱取10 g 土壤(風(fēng)干后)，置于培養(yǎng)瓶中，加入硫酸銨溶液(相當(dāng)于土壤NH4+-N 40 mg/100 g干土)，調(diào)節(jié)土壤含水量為田間最大持水量的60%，在培養(yǎng)瓶上覆蓋一層薄膜保持水氣。以不加硫酸銨的土樣作為對(duì)照。將培養(yǎng)瓶在28℃黑暗培養(yǎng)1周，培養(yǎng)結(jié)束后，向培養(yǎng)瓶中加入50 ml 2 mol/L KCl 溶液浸提NO– 3-N1 h，硝化勢(shì)以NO– 3-N的生成量表示(mg/(kg·d))。

土壤pH用pH計(jì)(PHS-3CW)測(cè)定，水土質(zhì)量比為2.5∶1；土壤全氮含量用高錳酸鉀–還原性鐵修正開氏法消煮(土壤中NO– 3-N及NO– 2-N含量較高)，自動(dòng)定氮儀(BuCHI360)測(cè)定；土壤中NH4+-N和NO– 3-N含量采用2 mol/L KCl(按液土質(zhì)量比5∶1)浸提測(cè)定，NH4+-N采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，NO– 3-N采用紫外比色法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

本研究中1 ～ 2、1 ～ 4、1 ～ 8、1 ～ 15周4個(gè)時(shí)間段的氮素礦化速率計(jì)算公式為：

式中：?為培養(yǎng)時(shí)間段內(nèi)礦質(zhì)氮(NH4+-N和NO– 3-N)變化量(mg/kg)；為時(shí)間變化量，即–0，M為0 ～時(shí)間段內(nèi)氮礦化速率(mg/(kg·d))。

土壤硝化速率計(jì)算公式為：

式中：為培養(yǎng)時(shí)間段內(nèi)NO– 3-N變化量(mg/kg)；為培養(yǎng)結(jié)束時(shí)間；0為培養(yǎng)開始時(shí)間；為時(shí)間變化量；N為0 ～時(shí)間段內(nèi)硝化速率(mg/(kg·d))

文中數(shù)據(jù)為4次重復(fù)測(cè)定的平均值，數(shù)據(jù)使用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析確定差異顯著性，采用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期不同化肥氮用量對(duì)設(shè)施菜地土壤pH和全氮含量的影響

通過對(duì)長期施用不同化肥氮菜地土壤的pH和全氮含量的測(cè)定(圖1)發(fā)現(xiàn)，隨著化肥氮投入量的不斷增加，土壤pH逐漸降低，其中不施化肥氮處理(CK)土壤pH為7.43，接近中性，60%N處理土壤pH為6.59，100%N處理土壤pH為5.16，相比60%N處理顯著下降了21.7%。長期不同化肥氮用量處理下，土壤全氮含量隨著化肥氮投入量的增加而增加，與CK處理土壤全氮含量(1.44 g/kg)相比，60%N處理土壤全氮含量增加到2.13 g/kg，100%N處理全氮含量增加了95.71%，達(dá)到2.82 g/kg。由表1可見，土壤NH4+-N和NO– 3-N含量隨化肥氮施用量的變化與全氮一致，隨著化肥氮施用量的增加，土壤中NH4+-N和NO– 3-N含量顯著增加。100%N處理NH4+-N含量是40%N、60%N和80%N處理的5.3倍、5.7倍以及1.7倍，100%N處理NO– 3-N含量與40%N、60%N和80%N處理相比分別增加185.56%、60.87% 以及12.03%。

(圖中不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)；下同)

2.2 長期不同化肥氮用量對(duì)設(shè)施菜地土壤氮素礦化量的影響

長期不同化肥氮用量下設(shè)施菜地土壤中礦質(zhì)氮變化量的動(dòng)態(tài)變化如圖2所示。在礦化試驗(yàn)初始的3周中，各處理土壤礦質(zhì)氮變化量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，隨后80%N和100%N處理礦質(zhì)氮變化量開始下降，其中100%N處理礦質(zhì)氮變化量在第4周時(shí)下降到負(fù)增量，即低于第1周土壤中礦質(zhì)氮增量，之后繼續(xù)下降。80%N處理與100%N處理動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)類似，在第2周之后開始不斷下降，在第8周增量下降到0以下，之后趨于平衡，維持在負(fù)值。CK、40%N以及60%N這3個(gè)處理的土壤氮素礦質(zhì)氮增量的動(dòng)態(tài)變化類似，在整個(gè)培養(yǎng)期間呈現(xiàn)逐步增長然后趨于平衡，達(dá)到平衡后的土壤氮素礦質(zhì)氮增量分別為38.85、44.70、20.60 mg/kg，分別占各自土壤全氮含量的2.70%、2.45% 和1.01%；而80%N和100%N處理的土壤氮素礦質(zhì)氮下降量最終分別為32.65、87.64 mg/kg，分別占各自土壤全氮含量的1.27%、3.11%。

表1 不同化肥氮施用量下土壤NH4+-N和NO– 3-N含量

注：表中同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05)。

圖2 不同化肥氮施用量下土壤礦質(zhì)氮變化量的動(dòng)態(tài)變化

長期不同化肥氮用量下設(shè)施菜地土壤NH4+-N和NO– 3-N變化量隨培養(yǎng)時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化如圖3、圖4所示，隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，土壤NH4+-N變化量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，最終趨于平衡。在培養(yǎng)結(jié)束后，CK、40%N、60%N、80%N以及100%N 處理的NH4+-N含量分別下降了0.38、6.67、8.99、65.62、112.31 mg/kg，分別占各自初始NH4+-N含量的30.19%、84.29%、78.35%、87.34%、86.00%。5個(gè)處理土壤NO– 3-N變化量隨培養(yǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì)并不相同，0、40%N和60%N處理NO– 3-N變化量隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加逐漸增加，在培養(yǎng)第15周時(shí)達(dá)到39.24、51.36、29.59 mg/kg；而80%N和100%N處理土壤NO– 3-N變化量則隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，其中，80%N處理在培養(yǎng)第5周時(shí)NO– 3-N變化量達(dá)到最高值73.93 mg/kg，之后逐漸下降，最終在第15周降至32.97 mg/kg，100%N處理在培養(yǎng)第6周時(shí)NO– 3-N變化量達(dá)到最高值63.64 mg/kg，之后逐漸下降，在第15周時(shí)降至24.67 mg/kg。

圖3 不同化肥氮施用量下土壤NH4+-N和NO– 3-N變化量的動(dòng)態(tài)變化

2.3 長期不同化肥氮用量對(duì)設(shè)施菜地土壤氮素礦化速率的影響

本文計(jì)算了培養(yǎng)1 ～ 2、1 ～ 4、1 ～ 8、1 ～ 15周，4個(gè)時(shí)間段的土壤氮素礦化速率(圖4)，結(jié)果表明，除40%N處理外，其他4個(gè)處理的土壤氮素礦化速率均隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加而降低，40%N 處理的土壤氮素礦化速率則隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加先升高后降低。在培養(yǎng)1 ～ 2 周時(shí)，80%N 處理土壤氮素礦化速率最高，達(dá)到 7.34 mg/(kg·d)，隨后的CK、60%N以及100%N處理土壤氮素礦化速率沒有顯著性差異；而在培養(yǎng)至第4周時(shí)，100%N處理土壤氮素礦化速率出現(xiàn)負(fù)值，為–1.03 mg/(kg·d)；80%N處理則在培養(yǎng)1 ～ 8周時(shí)出現(xiàn)負(fù)礦化速率，為–0.34 mg/(kg·d)。

2.4 長期不同化肥氮用量對(duì)設(shè)施菜地土壤氮素硝化速率的影響

長期施用化肥氮對(duì)土壤的硝化速率影響十分顯著(圖5)。與CK相比，長期施用化肥氮后顯著降低了土壤硝化速率。在培養(yǎng)1周后CK處理的硝化速率為16.35 mg/(kg·d)，與CK處理相比，40%N、60%N、80%N和100%N處理的土壤硝化速率分別下降了41.83%、74.59%、72.87% 和93.89%。100%N處理的硝化速率相較于60%N處理下降了75.94%，80%N處理則與60%N處理基本相同。

圖4 不同化肥氮施用量下土壤氮素的礦化速率

圖5 不同化肥氮施用量下土壤硝化速率

3 討論

在本試驗(yàn)條件下，經(jīng)過連續(xù)15周的培養(yǎng)，施化肥氮處理土壤的氮素礦化量與不施化肥氮處理相比有不同程度的降低，這與稻田中的土壤礦化試驗(yàn)結(jié)果有所不同[7,15]。水稻土礦化試驗(yàn)施肥處理礦化量與不施肥處理相比顯著提高，在淹水條件下，土壤中的有機(jī)質(zhì)分解緩慢，有機(jī)質(zhì)逐漸積累的同時(shí)，有機(jī)氮化合物也相應(yīng)富集，從而在作物生長過程中通過礦化作用來為土壤提供更多的氮素[12]，而本試驗(yàn)在培養(yǎng)過程采用好氣培養(yǎng)，這可能是結(jié)果不一致的原因。長期施用化肥氮后的菜地土壤pH與未施化肥氮土壤相比顯著下降。不同化肥氮用量處理使菜地土壤全氮含量均有提高，這與在稻田中的研究結(jié)果相似[13]。有研究表明，土壤氮素礦化量與土壤本身的全氮呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系[16]，這可能是長期化肥氮處理下菜地土壤氮素礦化量下降的原因之一。80%N與100%N處理分別在培養(yǎng)到第8周和第4周時(shí)土壤礦質(zhì)氮變化量呈現(xiàn)負(fù)值，這表明長期高量的化肥氮施用使土壤礦化能力下降明顯，這可能與長期過量施肥導(dǎo)致土壤酸化、次生鹽漬化以及影響驅(qū)動(dòng)土壤氮轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵微生物活性等有關(guān)。在土壤礦化試驗(yàn)培養(yǎng)到第2周時(shí)，施用化肥氮處理(40%N、60%N、80%N和100%N)與CK處理相比，土壤氮素礦化速率顯著提升，而隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，土壤氮素礦化速率逐漸降低，這可能是因?yàn)樗嵝酝寥赖牡氐V化過程較為緩慢[17-18]所導(dǎo)致的。在80%N和100%N處理下，氮素礦化速率在培養(yǎng)中不斷降低最后降至負(fù)值，是由于土壤氮素礦化量逐漸下降最終低于初始值。本項(xiàng)目組前期的研究表明，100%N處理下氧化亞氮累計(jì)排放量最高，達(dá)N 8.1 kg/hm2，與60%N和80%N處理相比分別增加了50.0% 和24.6%[19]。本試驗(yàn)中，相比40% 和60%N處理，80%N和100%N處理反硝化作用較強(qiáng)，土壤中大量的礦質(zhì)氮可能以氣體形式損失，這可能是導(dǎo)致礦化速率出現(xiàn)負(fù)值的原因。在培養(yǎng)1 ～ 2周后，施用化肥氮處理氮素礦化速率顯著高于CK處理，這與王敬等[15]在紫色土氮素礦化過程中的研究結(jié)果相似，土壤氮素礦化速率與土壤中的全氮含量呈正相關(guān)關(guān)系，全氮含量高的土壤通常具有較高的礦化速率[20-21]。盡管培養(yǎng)過程中并未加入外源氮素，但是長期施肥引起的土壤全氮含量增加可能是前期礦化速率增加的原因。由培養(yǎng)4周、8周以及14周的氮素礦化速率(圖4)可見，施用化肥氮處理氮素礦化速率逐漸降低，低于CK處理。這可能是因?yàn)榈氐V化過程中，所有處理并未外加氮素，長期高量施肥會(huì)導(dǎo)致土壤酸化(圖1)，有研究表明土壤氮素礦化速率與土壤pH呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(<0.05)[22]，從而導(dǎo)致施肥處理氮素礦化速率降低，甚至出現(xiàn)負(fù)值。本研究中設(shè)施菜地土壤最高礦化氮量占全氮的2.7%(圖2)，這與賀發(fā)云等[23]在南京郊區(qū)菜地上3.2% 的研究結(jié)果類似，郝曉輝等[13]在水稻土上的結(jié)果則是6.7% ～ 8.1%。菜地土壤礦化能力總體低于水稻土，有研究指出淹水和施用石灰會(huì)促進(jìn)土壤氮素的礦化[12-13]，菜地不同于稻田淹水的環(huán)境，且菜地土壤pH較低，這些因素可能導(dǎo)致了菜地土壤礦化能力較低。

硝化作用是土壤中的銨經(jīng)過特定微生物氧化為亞硝酸或硝酸的過程。普遍認(rèn)為土壤硝化速率在很大程度上取決于土壤的pH[24-25]，最佳pH在7 ～ 8[26]，硝化作用在pH 5.5 ～ 6.0的土壤中進(jìn)行較慢，在pH 4.5 ～ 5.5的土壤中進(jìn)行非常緩慢，在pH 4.5以下時(shí)，則基本停止。堿性紫色土(pH 7.8)硝化速率顯著高于東北黑土(pH 4.9)以及江西的8種土壤(平均pH 4.9)[27-28]。本試驗(yàn)結(jié)果與之相一致，隨著長期施氮量的增加，土壤pH降低(圖1)，從而顯著降低土壤硝化速率(圖5)。作為硝化作用的底物，NH4+-N含量也是制約硝化作用強(qiáng)弱的重要因素[15,29-30]，研究發(fā)現(xiàn)，即使在pH較高(pH 8.2)的堿性土壤中，不添加外源NH4+-N，硝化速率也會(huì)較低[31]。在旱地紅壤上的研究發(fā)現(xiàn)，凈硝化速率與NH4+-N的含量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(<0.01)[22]。而本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著長期的施氮量增加，土壤中的NH4+-N含量也明顯提升，硝化速率卻顯著降低，與之前的研究結(jié)果并不一致。這可能是由于長期施用化肥氮造成土壤pH較低，在pH 5.0 ～ 5.5，使得土壤中的硝化作用進(jìn)行緩慢，從而降低硝化速率。土壤氮素硝化率和礦化率之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系[11]，本研究也表明土壤氮素的礦化作用與硝化作用是緊密聯(lián)系的兩個(gè)過程，一方面土壤氮素礦化作用為硝化作用提供底物，另一方面土壤的硝化作用又促進(jìn)了礦化作用。

長期高量施用化肥氮(80%N和100%N處理)可造成設(shè)施土壤NO– 3-N含量的高量累積，達(dá)1 171.4 ～ 1 312.3 mg/kg(表1)，且土壤礦化能力下降顯著(圖2)，然而，與100%N處理相比，減施60%化肥氮處理(40%N)土壤NO– 3-N累積量降低65.0%，經(jīng)過14周培養(yǎng)后40%N處理礦化速率為各處理最高值(圖4)，土壤氮素礦化量達(dá)44.70 mg/kg(圖2)。由此可見，在現(xiàn)有施氮水平上應(yīng)減少化肥氮投入，科學(xué)優(yōu)化施肥，以維持土壤供氮能力。此外，長期施用化肥氮會(huì)造成設(shè)施土壤pH下降(圖1)，土壤酸化會(huì)使土壤出現(xiàn)板結(jié)、養(yǎng)分流失以及影響微生物活性等[32]。草木灰、脫硫石膏以及生物質(zhì)炭等可以顯著提高土壤pH，并減少氧化亞氮的排放[33-37]。在設(shè)施蔬菜種植體系中，推薦添加生物質(zhì)炭等措施，提高土壤pH，以緩解長期高量施用化肥氮對(duì)土壤氮素礦化和硝化作用的抑制。

4 結(jié)論

長期施用不同化肥氮對(duì)設(shè)施菜地土壤氮素的礦化和硝化作用的影響表現(xiàn)不同。各處理土壤氮素礦化速率從大到小排序?yàn)椋?0%N>CK>60%N>80%N> 100%N，土壤硝化速率從大到小排序?yàn)椋篊K>40%N> 80%N >60%N >100%N。與CK處理相比，長期高量施用化肥氮后土壤的礦化和硝化作用都有不同程度的抑制。CK處理土壤氮素礦化量最高，為38.85 mg/kg，占土壤全氮含量的2.70%。隨著施氮量的增加，土壤礦化氮量逐漸下降，在80%N和100%N處理下出現(xiàn)負(fù)值，這可能是高施氮量下土壤反硝化脫氮量高于礦化氮量所致。設(shè)施菜地土壤氮素的硝化速率和化肥氮用量之間存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，常規(guī)化肥氮處理(100%N)土壤氮素的硝化速率為1.18 mg/(kg·d)，比CK、80%N、60%N和40%N分別低了93.89%、89.49%、75.94% 和77.47%。設(shè)施菜地長期高量施用化肥氮后土壤pH下降顯著，低pH可能是導(dǎo)致土壤氮素礦化和硝化速率降低的原因之一。建議通過減量?jī)?yōu)化施肥、施用生物炭等措施來提高土壤pH，進(jìn)而提高土壤氮素的礦化和硝化作用，維持土壤供氮能力。

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Effects of Long-term Different Chemical Nitrogen Rates on Soil Nitrogen Mineralization and Nitrification in Greenhouse Vegetable Field

WU Xingkui1,2, SHI Weiming1, XU Yonghui3, MIN Ju1*

(1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3 Yixing City Construction Culture Tourism Group Co., Ltd., Yixing, Jiangsu 214200, China)

In order to reveal the effects of long-term application of different chemical nitrogen (N) fertilizers on soil N supply capacity in greenhouse vegetable fields, soil samples were selected from a 15-year vegetable experiment field, and then the effects of long-term N fertilizer dosage on soil N mineralization and nitrification were studied by aerobiotic soil incubation method, in which five N application rates were designed as: no chemical N fertilization (CK), conventional chemical N rate (100%N), and the conventional chemical N rate reduction of 20% (80%N), 40% (60%N) and 60% (40%N), respectively. The results showed that compared with the initial, the mineralized N of CK, 40%, 60%, 80% and 100%N treatments after incubation were 38.9, 44.7, 20.6, –32.7 and –87.6 mg/kg, respectively. The mineralized N of CK, 40%N and 60%N treatments accounted for 2.7%, 2.5% and 1.0% of the total soil N content, respectively. The mineralized N of 80%N and 100%N treatments decreased by 1.3% and 3.1% compared with the initial. The nitrification rates under CK, 40%, 60%, 80% and 100%N treatments were 19.3, 11.2, 4.9, 5.2 and 1.2 mg/(kg soil·d), respectively. Long-term high rate of chemical N input (80%N and 100%N) significantly reduced soil N mineralization and nitrification rates and decreased soil N supply capacity in greenhouse vegetable field. The reduction of soil pH may be one of the reasons for the inhibition of soil mineralization and nitrification. In view of this, the greenhouse vegetable production system should reduce the amount of chemical N rate, and promote scientific and optimal fertilization in order to guarantee the sustainable utilization of vegetable soils.

Long-term fertilization; Nitrogen transformation; pH; Mineralization; Nitrification

S19

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.06.008

武星魁, 施衛(wèi)明, 徐永輝, 等. 長期不同化肥氮用量對(duì)設(shè)施菜地土壤氮素礦化和硝化作用的影響. 土壤, 2021, 53(6): 1160–1166.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31872185)和江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目(CX(18)1005)資助。

通訊作者(jmin@issas.ac.cn)

武星魁(1996—)，男，山西介休人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橹参餇I養(yǎng)與環(huán)境效應(yīng)。E-mail: wuxingkui@issas.ac.cn