FASE 前沿研究：典型集约化农业区域农田土壤氮矿化评价

  )是有机氮向矿质氮转化的关键过程，控制着土壤氮素的有效性。然而，目前缺乏对农田土壤N及其影响因素的区域评估，特别是与海拔变化的关系。本研究通过4周的培养试验，测定了云南省大理市典型集约化农业区域5种农田土壤 (3种为玉米地，以A–C表示；1种为烤烟地，以D表示；1种为菜地，以E表示) 的N之间，以菜地E最高，烤烟田D次之、玉米地C、B和A最低，表明不同农田土壤N和Nit速率随海拔降低而升高。土壤Nit在434.2–827.1 µg·kg之间变化，以烤烟田D最高，其次为菜地E、玉米地C、B和A最低。土壤Nmin与土壤全氮、溶解有机碳和无机氮等关键土壤参数呈正相关，表明土壤变量对农田土壤N在不同农田间的空间变化响应，本文建议在评价区域尺度上的氮转化时，应考虑农田土壤N

  氮是作物必需的营养的东西，但土壤中唯一能被作物吸收和利用的矿质氮仅占土壤总氮的1%左右。氮肥通常是向作物提供氮的必要方法，此外，土壤氮矿化 (Nmin) 是微生物活动中将有机氮转化为无机氮的关键过程，通常是保证氮营养的必要条件。然而，较强的Nmin也可能会引起过量的硝酸盐 (NO3–-N) 和铵态氮 (NH4+-N)，这些NO3–-N和NH4+-N能够最终靠地表径流丢失或浸出到地下水中，因此导致水污染。尽管已有大量报告记录了不同土地利用方式下的土壤Nmin速率，如林地、草地和耕地，但缺乏对土壤Nmin及其对环境的潜在影响的区域评估，特别是对于集约化经营的农业区。硝化作用 (Nit) 是与土壤Nmin相关的另一种重要的土壤N转化，对土壤中氮形态的调节有及其重要的作用。通常土壤氮转化与Nmin是耦合的过程，因土壤Nmin和Nit受多种因素影响，土壤Nmin和Nit存在比较大的空间差异。土壤Nmin受农业管理方式、温度、湿度、pH、通风、土壤有机质组成、土壤结构、土壤肥力和土壤微生物等影响。然而，这些因子对不同农田土壤Nmin的影响存在一定的差异，特别是在空间变异较大情况下。本研究旨在获得典型集约化的农业区土壤Nmin的评价，并确定对农田土壤Nmin调控的关键土壤因子。分析Nmin与土壤变量之间的关系，并进一步讨论了土壤Nmin对水土环境的潜在影响。

  本研究使用60个培养瓶 (250 mL)，每个瓶中装有20 g风干土样。在田间持水量40%条件下对土壤进行预培养 (15 °C, 5天)。预培养温度与土壤采样区年平均温度基本一致。预培养结束后，调整田间持水量至60%，在15 ℃条件下再培养30 天。每2天通过称重法及时补充蒸馏水来保持土壤的水分含量。在第1、8、15、22和30天取土样，测定土壤NH4+、NO3–、溶解有机碳 (DOC) 含量和土壤pH。土壤无机氮含量 (DIN) 由NH4+-N与NO3–-N含量之和表示。土壤净有机Nmin是由培养前后DIN含量的差异确定。土壤Nmin速率=Nmin/t，其中t为实际培养时间 (天)。此外，土壤Nit采用气压分离系统测定。

  不同农田土壤Nmin量和速率存在一定的差异 (表1)，土壤Nmin量和速率分别为2.98–5.52 mg· kg–1和0.10–0.17 mg·kg–1·d–1。土壤年矿化量在74.5–127.1kg·ha–1之间（表1），其中，菜地E最高，烤烟地D、玉米地C、玉米地B次之，玉米地A最低（表1）。不同农田土壤硝化速率变化范围为434.5–827.1 µg·kg–1·h–1，烤烟地D最高，菜地E、玉米地C和B次之，玉米地A最低 (表2)。土壤Nmin速率随土壤NH4+-N和DOC含量的增加而线)。特别地，土壤Nmin速率与Nit有很好的线 不同农田表层土壤氮矿化量和矿化速率

  min速率在不同农田土壤表现差异较大，遵循随海拔降低而增高趋势，表现为菜地最高，烤烟田次之，玉米地最低。在野外试验中观察到，随着海拔的升高，土壤的活性有机碳慢慢地减少，而在高海拔地区，土壤的Nmin由于底物有效性的降低而减少。根据结果得出，土壤C/N随海拔的降低而降低，可能是促进土壤的Nmin增强的原因。（2）影响土壤Nmin的关键因素

  min的变化很大程度上是基于土壤有机质 (SOM) 的质量。本文研究根据结果得出，土壤Nmin与土壤TN、DOC和NH4+-N相关。同样，Nit率的增加与土壤TN、DOC、NH4+-N和NO3–-N含量的增加相关。本研究结果着重阐明，在空间 (海拔) 变化条件下，土壤参数对土壤Nmin的重要影响。（3）土壤Nmin对水质的潜在影响

  min的年含量，探讨了土壤Nmin对水环境质量的潜在影响。本研究表明，土壤Nmin与Nit之间有良好的正相关关系，这表明有机Nmin产生的土壤NH4+-N能够最终靠微生物Nit过程被氧化成NO3–-N。因此，较强的NO3–-N可能会促进大量NH4+-N转化为NO3–-N，这些NO3–-N能够最终靠地表径流携带或淋滤到地下水中，从而威胁水质。综上所述，本研究根据结果得出，在空间和时间变化显著的种植背景下，应更多地关注土壤Nmin。·结 论 与 展 望·

  min的关键土壤因子。本研究之后发现，土壤Nmin和Nit速率在不同的采样区存在空间差异。总体而言，土壤Nmin速率和Nit随海拔升高而降低，并与土壤全氮、有效碳氮等关键土壤参数相关。研究根据结果得出，在典型集约化农业区域尺度上评价面源污染时应考虑农田土壤Nmin的贡献。