氮、碳元素可并稱為生態(tài)系統(tǒng)中最為基本的兩大生命要素,兩者在自然界中的循環(huán)過程彼此聯(lián)系、相互制約�！皡f(xié)調(diào)氮素供給,改善土壤肥力”是玉米田土壤氮肥合理運籌的最終目標(biāo),其通過改善微生物學(xué)特性來參與土壤有機碳的轉(zhuǎn)化,最終構(gòu)建土壤良好的生化性狀,這在當(dāng)前形勢下確具有理論探討和實踐指導(dǎo)的雙重涵義。鑒于此,本研究擬采用長期定位施肥、小區(qū)動態(tài)施肥以及室內(nèi)培養(yǎng)等三大試驗手段來系統(tǒng)探索氮素用量及形態(tài)組合對土壤微生物學(xué)特性及有機碳組分特征的影響。首先,基于長期定位施肥試驗,將所選取的三塊玉米田按照基礎(chǔ)肥力劃分為高、中、低三類,通過五個施氮水平的設(shè)置,最終比較各施氮水平下土壤微生物學(xué)特性及有機碳組分數(shù)量間的差異,結(jié)論如下:(1)較高基礎(chǔ)肥力有利于微生物量氮(MBN)的保蓄,隨施氮水平提升,其含量在各肥力區(qū)均有增加,當(dāng)尿素用量增至312 kg/hm2時,中、低肥力區(qū)域的MBN含量有所回落;然而,基礎(chǔ)肥力間的差異并未對微生物量碳(MBC)產(chǎn)生規(guī)律性的影響。蔗糖酶、脲酶及堿性磷酸酶活性隨施氮水平增加而有積極響應(yīng)�；A(chǔ)肥力間的差異影響過氧化氫酶活性對氮素提升的表達。與不施氮相比,少量氮肥供給對蛋白酶活性有所抑制,而增施氮肥則能改善該酶活性;(2)施氮水平對三種不同基礎(chǔ)肥力土壤有機碳(SOC)含量的影響規(guī)律不一。低肥力條件,增氮會降低SOC的氧化穩(wěn)定性,不利于肥力保蓄,而適量施氮有利于較高肥力土壤易氧化有機碳(ROC)的提升;施氮有益于高肥力土壤輕、重組有機碳的礦化損失,使SOC趨于年輕化。為進一步明確同等肥力條件、玉米不同生育期土壤生化指標(biāo)對施氮數(shù)量的動態(tài)響應(yīng),我們又采取裂區(qū)實驗手段對相關(guān)內(nèi)容展開研究,結(jié)果表明:(1)不施氮有利于肥力保蓄,而氮肥合理運籌更有利于土壤肥力的穩(wěn)定輸出;高量施氮可小幅提升土壤全氮、全鉀的含量,而全磷含量在波動中有所損失;(2)施氮有助于脲酶及過氧化氫酶活性的增加,而堿性磷酸酶活性在此過程中遭受不同程度抑制;不施和少量施氮均可促進土壤有機態(tài)氮的轉(zhuǎn)化,進而有益于土壤蛋白酶活性的提升;(3)隨生育期進行,玉米田土壤MBC先增后減并漸趨穩(wěn)定,整體看,施氮對MBC保蓄略有促進作用,而MBN先減后增,在不施氮狀況下穩(wěn)定性最佳;(4)適量施氮有益于提升土壤ROC含量及其在TOC中的比例,相反,土壤水溶性有機碳(WSOC)及其所占份額有所降低;(5)0~200 kg/hm2的氮素供應(yīng)可促進胡敏酸(HA)組分礦化分解,而將氮素用量增至250 kg/hm2后,該組分數(shù)量穩(wěn)中有增;隨施氮量增加,富里酸(FA)和胡敏素(Hu)兩組分碳含量先增加而后緩慢降低,在此過程,FA組分有所累積,而Hu僅在供氮量為最大(250 kg/hm2)時惰性碳成分才遭受損失�？梢�,微生物在高氮驅(qū)使下更傾向于腐殖化作用;基于有機肥施入,氮素供給能夠促進可提取腐殖酸(HE)的形成,150和200 kg/hm2施氮水平下,HE碳含量增加量多由新形成的FA提供,而將氮素用量增至250 kg/hm2后,則其含量累積多由HA提升所致;為闡明氮素用量對土壤生化指標(biāo)影響的機理及規(guī)律,我們又在剔除玉米生產(chǎn)的環(huán)境條件下進行了室內(nèi)純培養(yǎng)研究。我們以混有秸稈的白漿土作為供試對象,通過氮素用量及不同氮素形態(tài)配比的調(diào)整來研究混料中有機碳官能團組成的差異、微生物學(xué)特性以及有機碳組分數(shù)量的動態(tài)變化。結(jié)果表明:(1)在施氮影響下混料SOC和全氮含量在礦化過程中均遭受損失,盡管其速效養(yǎng)分在培養(yǎng)初期有所提升,但最終均有所消耗;(2)尿素在培養(yǎng)之初即可顯著提升脲酶活性,高量施氮效果最佳,隨殘存尿素含量減少,脲酶活性也漸趨平穩(wěn),與此同時,堿性磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性均經(jīng)歷先增后減的變化規(guī)律,而蛋白酶活性呈上升趨勢。整體看,適量供氮(200 mg/kg)確有利于上述四種酶活性的改善;(3)增氮有利于緩解MBC的下降幅度,而減量施氮更有利于微生物固氮的效率;(4)0~200 mg/kg范圍內(nèi)增施氮素可使混料WSOC含量降低,而400 mg/kg氮素則可有效緩解WSOC的損失;增氮能夠降低ROC的消耗,而適量減氮則更有益于SOC的穩(wěn)定;(5)僅有適量施氮才可促進HE含量的穩(wěn)定;混有秸稈土壤的HA組分,在施氮后,其降低趨勢加劇;氮素添加有助于混料的腐殖化作用;在無氮和低氮影響下,混料所提取Hu組分的數(shù)量漸趨增高,而將氮素用量增至200 mg/kg后,Hu組分才遭致降解損失;(6)少量施氮對混以秸稈土壤中有機碳官能團組成的影響較大。在施氮影響下,盡管混料中芳香C含量的變化難以歸結(jié),但醇羥基C–OH確有被氧化進而向羧基C轉(zhuǎn)化的趨勢。200 mg/kg的供氮水平有助于混料HA向FA組分的轉(zhuǎn)化。在氮素形態(tài)不同配比添加的影響下:(1)無論施以何種形態(tài)氮素,混料中SOM及其速效養(yǎng)分含量均隨培養(yǎng)進行而漸趨降低;NO3--N占優(yōu),其在礦化等量秸稈過程中消耗的全氮含量最大,相反,NH4+-N則更益于穩(wěn)定混料的全氮水平;(2)銨硝等比例及以NH4+-N為主要形態(tài)的氮素添加有利于混料脲酶活性的延長;(3)NH4+-N可有效抑制堿性磷酸酶活性;銨硝等比例添加更有益于混料蔗糖酶活性的穩(wěn)定以及蛋白酶、過氧化氫酶活性的提升;(4)以NH4+-N為主的氮素添加易使混料MBC含量降低,而銨硝等比例則更益于穩(wěn)定微生物量,使MBC和MBN的含量水平相對平穩(wěn);(5)受施氮影響,混料WSOC的含量隨培養(yǎng)進行而漸趨降低,銨硝等比例影響下的降幅更為明顯;以NH4+-N為主要供氮形態(tài)時,微生物對ROC的消耗程度最大,相反,銨硝等比例施氮更利于其含量水平的穩(wěn)定;(6)銨硝等比例施氮能夠促進微生物降解混料中的Hu組分,而NH4+-N則更利于降低微生物對HE的破壞以及促進HA向FA組分的轉(zhuǎn)化;混料HA組分的礦化分解不受氮素形態(tài)影響,在此過程中,其分子復(fù)雜程度降低;(7)銨硝等比例施氮更益于混料FA組分的形成,而NO3--N占優(yōu)的情況下,混料HA組分遭微生物消耗利用的程度較輕。
【學(xué)位單位】：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：S513
【部分圖文】：

圖 6-36 氮素添加數(shù)量對混以秸稈土壤 C-1s NEXAFS 的影響-36 Effect of the amount of N-fertilizer added on the C-1s NEXAFS spectra in the with corn stalk位的歸屬表明，以施氮為前提，混以秸稈土壤中的主要成分有芳香

圖 6-37 無氮素添加對混以玉米秸稈土壤 C-1s NEXAFS 的影響-37 Effect of no N-fertilizer added on C-1s NEXAFS spectra in the soil amended w

圖 6-37 無氮素添加對混以玉米秸稈土壤 C-1s NEXAFS 的影響 Effect of no N-fertilizer added on C-1s NEXAFS spectra in the soil amended with
【參考文獻】

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1 廖敏;彭英;陳義;謝曉梅;吳春艷;唐旭;劉玉學(xué);楊生茂;;長期不同施肥管理對稻田土壤有機碳庫特征的影響[J];水土保持學(xué)報;2011年06期

2 李翠蘭;王帥;張晉京;高強;王立春;;長期石油污染土壤中胡敏酸的結(jié)構(gòu)表征:熱分析和軟X射線近邊吸收譜[J];土壤;2013年06期

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本文編號：2849928