中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (5): 929-942.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.009
赵彤彤(), 谷晓博(
), 谭川东, 延廷霖, 李晓雁, 常甜, 杜娅丹
收稿日期:
2024-04-30
接受日期:
2024-07-31
出版日期:
2025-03-07
发布日期:
2025-03-07
通信作者:
联系方式:
赵彤彤,E-mail:ztt09190@163.com。
基金资助:
ZHAO TongTong(), GU XiaoBo(
), TAN ChuanDong, YAN TingLin, LI XiaoYan, CHANG Tian, DU YaDan
Received:
2024-04-30
Accepted:
2024-07-31
Published:
2025-03-07
Online:
2025-03-07
摘要:
【目的】明确灌溉和施氮对土壤肥力的影响,探明不同水氮条件下覆膜农田土壤有机碳、氮矿化特征及其影响因素,为西北旱区覆膜农田水氮调控提供理论依据。【方法】在连续5年覆膜施氮冬小麦-夏玉米田间定位试验田块,采集施氮量为0(N0)、180 kg·hm-2(N1)和360 kg·hm-2(N2)3个施氮水平覆膜小区的土壤样品,并分别设置40%田间持水量(W0)、60%田间持水量(W1)和100%田间持水量(W2)3个土壤水分梯度进行室内有机碳、氮矿化培养试验,分析不同水氮条件对覆膜农田土壤有机碳、氮矿化的影响特征。【结果】增加土壤含水量显著提高了土壤累积碳矿化量(Cmin)、碳矿化速率、土壤累积净氮矿化量(Nmin)、氮矿化速率和潜在矿化氮(Np)。Cmin、Nmin和Np均随施氮量的增加呈先增后降的趋势。培养结束后,N1W1处理Cmin最高(1 781.00 mg·kg-1),比其他处理显著提高8.8%—51.8%,且其Nmin(29.52 mg·kg-1)、潜在矿化碳(5 883.79 mg·kg-1)和Np(30.74 mg·kg-1)也维持在相对较高水平。随机森林算法表明,土壤微生物碳(MBC)、土壤微生物氮、溶解性有机碳、有机碳和总溶解氮是影响Cmin和Nmin的重要因子。MBC随土壤水分增加呈先增后降趋势,W1下MBC含量分别比W0和W2处理显著增加60.1%—340.0%和3.1%—6.7%。结构方程表明,土壤水分对土壤碳矿化有直接正效应(0.70),对土壤氮矿化有间接正效应(0.55);施氮对土壤氮矿化有直接正效应(0.90),对土壤碳矿化有间接负效应(0.24)。【结论】从土壤碳、氮矿化角度出发,60%田间持水量和施氮肥180 kg·hm-2作为西北旱区覆膜农田适宜的水、氮推荐量。
赵彤彤, 谷晓博, 谭川东, 延廷霖, 李晓雁, 常甜, 杜娅丹. 水氮耦合对西北旱区覆膜农田土壤有机碳、氮矿化的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(5): 929-942.
ZHAO TongTong, GU XiaoBo, TAN ChuanDong, YAN TingLin, LI XiaoYan, CHANG Tian, DU YaDan. Effects of Water-Nitrogen Coupling on the Mineralization of Organic Carbon and Nitrogen for Mulched Farmland Soils in the Arid Regions of Northwest China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(5): 929-942.
表3
水氮耦合对土壤微生物量碳、土壤微生物量氮、溶解性有机碳和总溶解氮的影响"
处理 Treatment | 微生物量碳MBC (mg·kg-1) | 微生物量氮MBN (mg·kg-1) | 溶解性有机碳DOC (mg·kg-1) | 总溶解氮TDN (mg·kg-1) | |
---|---|---|---|---|---|
N0 | W0 | 85.99 d | 15.66 e | 257.67 de | 50.51 c |
W1 | 138.53 c | 21.68 d | 256.20 de | 60.19 c | |
W2 | 134.34 c | 53.23 a | 235.08 e | 53.76 c | |
N1 | W0 | 88.45 d | 45.03 b | 314.29 c | 51.87 c |
W1 | 208.57 ab | 21.82 d | 296.15 cd | 95.76 b | |
W2 | 195.41 b | 57.42 a | 309.14 c | 103.52 b | |
N2 | W0 | 54.93 d | 30.54 c | 425.35 a | 146.93 a |
W1 | 241.70 a | 15.12 e | 369.06 b | 153.91 a | |
W2 | 231.34 a | 47.14 b | 335.34 bc | 163.85 a | |
施氮量Nitrogen application rate, N | *** | *** | *** | *** | |
土壤含水量Soil water content, W | *** | *** | * | ** | |
施氮量×土壤含水量 N×W | *** | *** | ns | * |
表4
不同施氮量和土壤水分下的碳矿化动力学常数"
处理 Treatment | C0 (mg·kg-1) | kc (d-1) | R2 | C0kc (mg·kg-1·d-1) | MBC/SOC | Cmin/C0 |
---|---|---|---|---|---|---|
N0W0 | 3519.53 | 0.0094 | 0.99 | 33.22 | 0.0103 | 0.37 |
N0W1 | 10804.81 | 0.0030 | 0.99 | 32.41 | 0.0190 | 0.14 |
N0W2 | 6104.14 | 0.0058 | 0.99 | 35.16 | 0.0179 | 0.25 |
N1W0 | 5271.02 | 0.0063 | 0.99 | 33.21 | 0.0099 | 0.27 |
N1W1 | 5883.79 | 0.0073 | 0.99 | 42.89 | 0.0264 | 0.30 |
N1W2 | 3125.63 | 0.0147 | 0.99 | 46.04 | 0.0231 | 0.52 |
N2W0 | 1616.85 | 0.0251 | 0.99 | 40.55 | 0.0062 | 0.73 |
N2W1 | 2581.66 | 0.0163 | 0.99 | 41.98 | 0.0305 | 0.55 |
N2W2 | 4084.71 | 0.0097 | 0.99 | 39.62 | 0.0264 | 0.38 |
表5
不同施氮量和土壤水分下的氮矿化动力学常数"
处理 Treatment | Np (mg·kg-1) | kN (d-1) | R2 | NpkN (mg·kg-1·d-1) | MBN/TN | Nmin/Np |
---|---|---|---|---|---|---|
N0W0 | 15.66 | 0.0392 | 0.96 | 0.61 | 0.0328 | 0.985 |
N0W1 | 21.06 | 0.0318 | 0.96 | 0.67 | 0.0459 | 0.881 |
N0W2 | 22.31 | 0.0332 | 0.94 | 0.74 | 0.1112 | 0.956 |
N1W0 | 30.52 | 0.0273 | 0.98 | 0.83 | 0.0936 | 0.885 |
N1W1 | 30.74 | 0.0403 | 0.97 | 1.24 | 0.0457 | 0.96 |
N1W2 | 36.31 | 0.0640 | 0.97 | 2.32 | 0.1215 | 0.993 |
N2W0 | 24.66 | 0.0256 | 0.96 | 0.63 | 0.0558 | 0.886 |
N2W1 | 25.38 | 0.0297 | 0.90 | 0.75 | 0.0300 | 0.956 |
N2W2 | 30.63 | 0.0415 | 0.97 | 1.27 | 0.0880 | 0.953 |
[1] |
|
[2] |
|
[3] |
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
|
[8] |
魏丽云. 土壤水分动态对氮素净矿化的影响[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2019.
|
|
|
[9] |
|
[10] |
李晶晶. 氮添加对人工油松林土壤碳氮矿化过程及其微生物调控机制的影响[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2020.
|
|
|
[11] |
|
[12] |
中华人民共和国农业农村部. 农业部关于印发《西北旱区农牧业可持续发展规划(2016—2020年)》的通知. 2016.
|
Ministry of Agriculture and Rural Affairs of the People's Republic of China. Notice of the Ministry of Agriculture on printing and distributing 《the Sustainable Development Plan for Agriculture and Animal Husbandry in Northwest Arid Areas (2016-2020) 》. 2016. (in Chinese)
|
|
[13] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2013.11.003 pmid: 24291136 |
[14] |
曹寒冰, 谢钧宇, 刘菲, 高健永, 王楚涵, 王仁杰, 谢英荷, 李廷亮. 地膜覆盖麦田土壤有机碳矿化特征及其温度敏感性. 中国农业科学, 2021, 54(21): 4611-4622. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.21.011.
|
|
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
|
[19] |
|
[20] |
|
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
|
[24] |
王嫒华, 苏以荣, 李杨, 胡乐宁, 吴金水. 水田和旱地土壤有机碳周转对水分的响应. 中国农业科学, 2012, 45(2): 266-274. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2012.02.008.
|
|
|
[25] |
袁晓波. 氮沉降对黄土高原典型草原植物群落稳定性及土壤微生物养分利用过程的影响[D]. 兰州: 兰州大学, 2020.
|
|
|
[26] |
|
[27] |
焦宏哲, 李欢, 陈惠, 鲍勇, 孙颖, 杨玉盛, 司友涛. 增温、施氮对中亚热带杉木林土壤可溶性有机质的影响. 土壤学报, 2020, 57(5): 1249-1258.
|
|
|
[28] |
王慧. 旱地土壤有机碳氮及其矿化对长期施用氮磷肥的响应[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2016.
|
|
|
[29] |
|
[30] |
|
[31] |
|
[32] |
廖畅. 外源碳氮输入对不同纬度森林土壤有机碳矿化和固持的影响[D]. 武汉: 中国科学院大学(中国科学院武汉植物园), 2020.
|
|
|
[33] |
聂二旗, 张心昱, 郑国砥, 杨洋, 王辉民, 陈伏生, 孙晓敏. 氮磷添加对杉木林土壤碳氮矿化速率及酶动力学特征的影响. 生态学报, 2018, 38(2): 615-623.
|
|
|
[34] |
于淑华, 张丽霞, 谢雪迎, 韩晓阳. 不同水分模式对山东茶园土壤氮素动态的影响. 水土保持学报, 2021, 35(4): 289-298.
|
|
|
[35] |
|
[36] |
doi: 10.1111/gcb.12956 pmid: 25916277 |
[37] |
李生秀, 艾绍英, 何华. 连续淹水培养条件下土壤氮素的矿化过程. 西北农业大学学报, 1999, 27(1): 1-5.
|
LI S X, AI S Y, HE H. Soil’s nitrogen mineralization processes under continuously waterlogged incubation conditions. Journal of Northwest A&F University (Natural Science Edition), 1999, 27(1): 1-5. (in Chinese)
|
|
[38] |
沈月, 依艳丽. 不同因素交互作用对棕壤硝态氮累积及pH值的影响. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(5): 1174-1182.
|
|
|
[39] |
|
[40] |
doi: S0269-7491(18)30982-5 pmid: 30384066 |
[41] |
|
[42] |
邹温馨, 苏卫华, 陈远学, 陈新平, 郎明. 长期施氮对酸性紫色土氨氧化微生物群落及其硝化作用的影响. 中国农业科学, 2022, 55(3): 529-542. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.03.009.
|
|
|
[43] |
|
[44] |
|
[45] |
葛志强, 赵姗宇, 林贵刚, 孙学凯, 胡亚林. 降水变化对科尔沁沙地樟子松人工林土壤氮矿化和淋溶的影响. 生态学报, 2020, 40(18): 6564-6572.
|
|
|
[46] |
孙誉育, 唐波, 尹春英, 贺合亮, 刘庆. 水氮耦合效应对红桦幼苗生长的影响及其生理机制. 应用与环境生物学报, 2015, 21(4): 710-716.
|
|
[1] | 苏明, 李翻过, 洪自强, 周甜, 柳强娟, 班文慧, 吴宏亮, 康建宏. 施氮缓解旱地马铃薯花后高温早衰的抗氧化特性研究[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 660-675. |
[2] | 曹文茁, 于振文, 张永丽, 张振, 石玉, 王永军. 不同施氮量下黑土地春玉米籽粒淀粉积累动态及产量形成差异[J]. 中国农业科学, 2024, 57(22): 4431-4443. |
[3] | 田龙兵, 沈兆崟, 赵孝天, 张放, 侯文峰, 高强, 王寅. 种植密度与施氮量互作对不同玉米品种产量和水分利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(21): 4221-4237. |
[4] | 董二伟, 王媛, 王劲松, 刘秋霞, 黄晓磊, 焦晓燕. 施氮量对谷子产量、氮素利用及小米品质的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(2): 306-318. |
[5] | 李小勇, 黄威, 刘红菊, 李银水, 顾炽明, 代晶, 胡文诗, 杨璐, 廖星, 秦璐. 不同轮作模式下氮肥施用对油菜产量形成及养分利用的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(6): 1074-1085. |
[6] | 刘梦, 张垚, 葛均筑, 杨永安, 吴锡冬, 侯海鹏. 不同降雨年型施氮量对延迟收获夏玉米产量、强弱势粒形态与粒重的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(20): 3975-3995. |
[7] | 王丹丹, 陈焕轩, 张翀, 巨晓棠. 中国玉米百千克籽粒地上部吸氮量的空间差异及驱动因素[J]. 中国农业科学, 2023, 56(20): 3996-4009. |
[8] | 李荣, 鄢慧芳, 张龙, 苗芳芳, 勉有明, 侯贤清. 不同耕作措施对宁南地区土壤物理性质及作物产量的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(18): 3543-3555. |
[9] | 牟海萌, 孙丽芳, 王壮壮, 王宇, 宋一凡, 张荣, 段剑钊, 谢迎新, 康国章, 王永华, 郭天财. 施氮量和种植密度对两冬小麦品种抗倒性能和籽粒产量的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(15): 2863-2879. |
[10] | 郑春雨, 沙珊伊, 朱琳, 王少杰, 冯国忠, 高强, 王寅. 基于生态和社会效益优化黑土区高产玉米氮肥施用量[J]. 中国农业科学, 2023, 56(11): 2129-2140. |
[11] | 张建军, 党翼, 赵刚, 王磊, 樊廷录, 李尚中. 覆膜时期和施氮量对陇东旱塬玉米产量和水氮利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(3): 479-490. |
[12] | 徐芳蕾,张杰,李阳,张伟伟,薄其飞,李世清,岳善超. 施肥方式对黄土高原旱作春玉米农田土壤氨挥发的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(12): 2360-2371. |
[13] | 王新媛,赵思达,郑险峰,王朝辉,何刚. 秸秆还田和氮肥用量对冬小麦产量和氮素利用的影响[J]. 中国农业科学, 2021, 54(23): 5043-5053. |
[14] | 曹寒冰,谢钧宇,刘菲,高健永,王楚涵,王仁杰,谢英荷,李廷亮. 地膜覆盖麦田土壤有机碳矿化特征及其温度敏感性[J]. 中国农业科学, 2021, 54(21): 4611-4622. |
[15] | 王金凤,王壮壮,谷丰序,牟海萌,王宇,段剑钊,冯伟,王永华,郭天财. 氮密调控对两个冬小麦品种碳氮代谢及产量的影响[J]. 中国农业科学, 2021, 54(19): 4070-4083. |
|