湖南主要耕地土壤固定態(tài)銨的研究.pdf

1、本文通過(guò)野外調(diào)查取樣、室內(nèi)分析測(cè)定、室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)、盆栽試驗(yàn)和田間小區(qū)試驗(yàn)，對(duì)湖南省主要成土母質(zhì)發(fā)育的旱地土壤和稻田土壤固定態(tài)銨含量與最大固銨容量及其影響因素、土壤對(duì)銨的礦物固定及固定態(tài)銨釋放的動(dòng)力學(xué)、土壤對(duì)銨的礦物固定對(duì)土壤保氮作用的貢獻(xiàn)以及作物生育期間土壤固定態(tài)銨的的動(dòng)態(tài)變化與釋放進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。所得結(jié)果如下。 (1)由于成土母質(zhì)的多樣性以及不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的影響，湖南主要類型耕地土壤的固定態(tài)銨含量差異甚大。水田耕層土壤

2、固定態(tài)含量變化于135.4±57.4mg/kg至412.8±32.4mg/kg之間，平均為304.7±96.7mg/kg，其大小順序是：湖潮泥＞黃泥田＞河沙泥＞紫泥田＞灰泥田＞紅黃泥＞麻沙泥；土壤固定態(tài)銨占土壤全氮的相對(duì)含量(％)變動(dòng)在2.6％-25.7％之間，平均為14.0％±5.1％。旱地耕層土壤固定態(tài)銨含量最高為435.7mg/kg，最低值為59.4mg/kg，平均230.1±89.2mg/kg。不同類型土壤的大小順序是：耕型板巖

3、紅壤＞耕型湖潮土＞耕型紫色土＞耕型河潮土＞耕型砂巖紅壤＞耕型棕色石灰土＞耕型第四紀(jì)紅土紅壤＞耕型石灰?guī)r紅壤＞耕型花崗巖紅壤。土壤固定態(tài)銨占土壤全氮含量的比例最高為60.1％，最低值為4.6％，平均23.5±14.2％。(2)由于成土母質(zhì)等因素的影響，不同類型耕地土壤剖面中固定態(tài)銨含量的垂直變化不同。水田土壤大致有三種變化模式：河沙泥土壤剖面中固定態(tài)銨含量隨剖面深度的增加而升高；灰泥田、紅黃泥和麻沙泥剖面中土壤固定態(tài)銨含量隨剖面深度的增加

4、而減少；黃泥田、紫泥田和湖潮泥亞表層固定態(tài)銨含量明顯增大或減少。土壤固定態(tài)銨占土壤全氮的相對(duì)含量均隨深度增加而增大：表層(0-20cm)平均為15.1％±6.6％，亞表層(20-40cm)為25.9％±11.7％，表下第三層(40-75cm)平均為34.6％±16.3％。旱地土壤有二種變化模式：大部分土壤剖面中固定態(tài)銨含量在0～40cm范圍內(nèi)基本上無(wú)明顯變化，在40cm以下固定態(tài)銨含量明顯升高，如：耕型板巖紅壤、耕型石灰性紫色土、耕型棕

5、色石灰土、耕型河潮土和耕型第四紀(jì)紅土紅壤；另有少數(shù)土壤剖面中固定態(tài)銨含量無(wú)明顯的垂直變化，如耕型花崗巖紅壤和耕型湖潮土。土壤固定態(tài)銨占土壤全氮的比例也隨深度增加而增大：表層平均為20.6％；亞表層為32.4％；表下第三層為48.2％。但水田土壤剖面中土壤固定態(tài)銨含量的垂直變化要比旱地土壤剖面中固定態(tài)銨含量的垂直變化要大。 (3)不同類型耕地土壤的最大固銨容量也明顯不同。不同水田耕層土壤最大固銨容量的大小順序?yàn)椋汉蹦啵咀夏嗵铮军S

6、泥田＞河沙泥＞灰泥田＞紅黃泥＞麻沙泥。在土壤剖面中，最大固銨容量的垂直變化僅二種變化模式：黃泥田與紫泥田土壤剖面中最大固銨容量隨剖面深度的增加而升高；麻沙泥、紅黃泥、灰泥田、河沙泥和湖潮泥亞表層最大固銨容量均大于表層及表下第三層。同一土壤剖面中不同土層最大固銨容量的差異要小于其固定態(tài)銨含量的差異。旱地耕層土壤的最大固銨容量變化在206.6～533.9mg/kg之間，以耕型板巖紅壤最大，其次分別為耕型紫色土、耕型湖潮土、耕型河潮土、耕型棕

7、色石灰土、耕型砂巖紅壤、耕型第四紀(jì)紅土紅壤、耕型石灰?guī)r紅壤、耕型花崗巖紅壤。在土壤剖面中，最大固銨容量隨深度的變化無(wú)一定規(guī)律，但除耕型河潮土、耕型湖潮土和耕型棕色石灰土以外，其余土壤剖面中上下土層最大固銨容量的差異均較小，這與旱地土壤條件下水分的向下淋溶較弱有關(guān)。無(wú)論是水田土壤，還是旱地土壤，“新固定的”固定態(tài)銨占最大固銨容量的比例大部分在20％以下，這與供試土壤的肥力水平較高，大部分固銨位點(diǎn)已被銨飽和有關(guān)。 (4)土壤粘粒含量

8、和粘土礦物組成是土壤固定態(tài)銨含量及最大固銨容量的兩個(gè)主要影響因素。相關(guān)分析表明，供試水田土壤耕層固定態(tài)銨含量和最大固銨容量均與0.01-0.001mm粘粒含量呈極顯著正相關(guān)，但與有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、CEC、緩效鉀和＜0.001mm粘粒含量的相關(guān)性均不顯著。研究表明，供試水田土壤＜0.02mm粘粒的2：1型粘土礦物以水云母為主，其中，0.02-0.002mm粘粒的水云母含量遠(yuǎn)高于＜0.002mm粘粒的水云母含量。相關(guān)分析表明，水田土壤的

9、固定態(tài)銨含量和最大固銨容量與＜0.02mm粘粒的2：1型粘土礦物總量和水云母含量以及0.02-0.002mm粘粒的2：1型粘土礦物總量和水云母含量均呈極顯著或顯著正相關(guān)，但與＜0.002mm粘粒的2：1型粘土礦物總量和水云母含量的相關(guān)性不顯著，說(shuō)明供試土壤的固銨基質(zhì)主要是粘粒中的水云母礦物。 (5)供試土壤對(duì)外源添加銨的固定速度很快，尤其是在反應(yīng)的開始12小時(shí)內(nèi)，固定速度更快，12h后固定速度逐漸變慢，反應(yīng)24小時(shí)以后，土壤對(duì)外

10、源銨的固定已基本達(dá)到平衡。其動(dòng)力學(xué)曲線屬于高親和力的“L”型曲線。數(shù)學(xué)擬合結(jié)果表明，一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和Elovich方程兩種動(dòng)力學(xué)模型均能較好地?cái)M合供試土壤對(duì)添加銨的礦物固定的動(dòng)力學(xué)資料，拋物擴(kuò)散方程也有較好的擬合效果，零級(jí)方程較差。一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程中的固銨動(dòng)力學(xué)參數(shù)：理論最大固銨量(A)和反應(yīng)速率常數(shù)(b)以及反應(yīng)半時(shí)值明顯不同。除耕型石灰?guī)r紅壤以外，旱地土壤的理論最大固銨量和反應(yīng)半時(shí)值均大于水田土壤，而反應(yīng)速率常數(shù)卻小于水田土壤，而且差

11、異明顯。 (6)土壤對(duì)銨的表面吸附和土壤粘土礦物對(duì)銨的層間固定是供試土壤保氮作用的兩種主要機(jī)制，由這兩種保氮機(jī)制保持的氮量占土壤總保持氮量的90％以上，其中土壤對(duì)銨的表面吸附平均為62.1％，而粘土礦物對(duì)銨的層間固定平均為32.7％，微生物同化等其它形式保持的氮量不足10％。不同土壤對(duì)添加銨的礦物固定量對(duì)不同土壤保氮作用的貢獻(xiàn)明顯不同，以河沙泥最高，達(dá)51.5％，紅黃泥的最低，僅17.1％，其余土壤的大小順序依次是黃泥田(43.

12、7％)、湖潮泥(35.5％)、紫泥田(35.4％)、灰泥田(25.0％)麻砂泥(20.8％)。 (7)供試土壤固定態(tài)銨的釋放非常緩慢。供試水田土壤培養(yǎng)8周后，旱地土壤培養(yǎng)7周后均未達(dá)到最大釋放量，其累積釋放量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加；除開始2天內(nèi)固定態(tài)銨的釋放稍快外，整個(gè)培養(yǎng)期間土壤固定態(tài)銨的釋放基本保持恒定。其中，土壤“新固定的”固定態(tài)銨的釋放率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于“原有的”固定態(tài)銨。在供試水田土壤條件下，“新固定的”固定態(tài)銨經(jīng)培養(yǎng)8周后，可

13、釋放出“新固定的”固定態(tài)銨的58.0％-80.8％，而“原有的”固定態(tài)銨僅能釋放2.4％-8.8％。數(shù)學(xué)擬合結(jié)果表明，一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和拋物擴(kuò)散方程均能很好地?cái)M合供試土壤固定態(tài)銨釋放的動(dòng)力學(xué)資料，零級(jí)方程也有較好的擬合效果，但Elovich方程方程最差。試驗(yàn)還表明，溶液中的陽(yáng)離子種類會(huì)影響土壤固定態(tài)銨的釋放，Ca2+的存在較K+更有利于固定態(tài)銨的釋放。 (8)盆栽試驗(yàn)表明，水稻生育期間稻田土壤固定態(tài)銨含量處于不斷變化之中。早稻生育

14、期間土壤固定態(tài)銨含量的變化較小，僅有“新固定的”固定態(tài)銨的釋放，其中，灰泥田、黃泥田和紫泥田的N和NPK處理土壤“新固定的”固定態(tài)銨分別釋放了75.7％和92.5％，56％和60.3％，以及18.8％和33.8％。晚稻生育期間土壤固定態(tài)銨含量的變化較大，土壤固定態(tài)銨釋放較多，其中，灰泥田各處理土壤“新固定的”固定態(tài)銨全部釋放，“原有的”固定銨也有14.5％-17.7％的釋放，黃泥田和紫泥田的N和NPK處理土壤“新固定的”固定態(tài)銨的釋放率

15、分別達(dá)71.1％和74.5％，79.7％和88.4％。無(wú)論是黃泥田還是紫泥田，NPK處理比N處理釋放率均高，說(shuō)明施鉀肥并沒(méi)有阻礙固定態(tài)銨的釋放。 (9)田間小區(qū)試驗(yàn)證明，在黃花菜生育的前、中期，由于氮肥的施用和土壤有機(jī)氮的礦化，導(dǎo)致銨離子被土壤粘土礦物晶層固定，各處理土壤固定態(tài)銨含量迅速上升；在黃花菜生長(zhǎng)后期，由于作物對(duì)土壤有效氮的吸收，促進(jìn)了土壤固定態(tài)銨的釋放，而使土壤固定態(tài)銨含量下降。在黃花菜生育期間，“新固定的”固定態(tài)銨幾

16、乎全部釋放，“原有的”固定態(tài)銨也有部分釋放，其中，CK、N、NP、NK、NPK處理土壤“原有的，，固定態(tài)銨的釋放率分別為12.8％、7.0％、4.0％、7.0％和7.4％；MNPK處理僅有“新固定的”固定態(tài)銨釋放，釋放量占“新固定的”固定態(tài)銨的84.3％，說(shuō)明有機(jī)肥的施用可阻礙土壤“原有的”固定態(tài)銨的釋放。作物生育期間，土壤固定態(tài)銨與堿解氮的動(dòng)態(tài)變化基本一致，說(shuō)明土壤固定態(tài)銨直接參與了土壤對(duì)作物的供氮過(guò)程。黃花菜吸氮量和生物產(chǎn)量均與土壤