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土壤结构是土壤质量的重要指标,其稳定性直接影响土壤中养分储蓄、动植物生长和环境稳定,而土壤中营养物质的循环利用又反过来影响土壤结构的形成,两者的相互作用十分复杂。然而,目前针对潮土结构和氮素转化相互影响的研究较少。因此,深入研究连续多年施用化肥和有机肥下土壤结构特征及其对氮素分布的影响,对土壤养分管理和结构改良具有重要意义。 本研究利用封丘农业生态实验站27年的定位施肥试验,系统研究了长期不施肥(CK)、化肥磷钾(PK)、化肥氮磷(NP)、化肥氮钾(NK)、化肥氮磷钾(NPK)、1/2有机肥氮+1/2化肥氮(1/2OM)、有机肥(OM)7种施肥下土壤容重、孔隙度及团聚结构变化特征;分析了土壤及团聚体中各有机氮组分含量与分布规律;结合15N同位素技术,探讨了外源化肥氮在不同土壤团聚体中的动态转化过程,为黄淮海平原提高农田土壤地力、推动农业的可持续发展提供重要的科学依据。主要研究结果如下: (1)与不施肥相比,不均衡施肥(NK、PK、NP)下土壤容重值和孔隙度基本不变,均衡施肥(NPK、1/2OM、OM)下土壤容重比CK分别降低了9%、11%、12%,土壤孔隙度分别增加了11%、13%、14%,土壤结构得到一定改善。 (2)单施化肥(NK、PK、NP、NPK)下>2mm团聚体含量比不施肥增加7%~51%,施用有机肥效果更为显著,比NPK提高了17%~18%;与不施肥相比,有机肥处理显著提高了团聚体平均重量直径和几何平均直径,表明施用有机肥在提高潮土大团聚体含量的同时,增加了土壤结构的稳定性。 (3)酸解有机氮是潮土耕层土壤中氮素的主要组成,其含量范围在229.38~1091.22mg kg-1,从高到底依次为OM>1/2OM>NPK>NP>PK>NK>CK。同一施肥处理下,团聚体全氮和有机氮含量总体表现为0.25~2mm>(>2mm)>0~0.25mm。有机氮各组分含量及分配比例表现为:酸解铵态氮≥氨基酸态氮>酸解未知态氮>氨基糖氮的规律。长期单施化肥主要提高了>2mm团聚体中酸解铵态氮比例,施用有机肥显著增加了各级团聚体中氨基酸态氮和酸解未知态氮含量及分配比例,可有效提高土壤氮素的供应能力。 (4)土壤团聚结构对外源化肥氮的转化影响不一,由外源氮素转化形成的氨基酸态氮主要存在于<0.25mm团聚体中,且大团聚体破碎有利于其转化,而酸解铵态氮主要存在于0.25~2mm团聚体中,大团聚体破碎对外源氮向酸解铵态氮转化没有显著影响。非酸解有机氮在前30天主要赋存在>2mm团聚体中,随着培养时间的延长,开始向较小粒径的团聚体中转移。 本研究表明,施用有机肥在改良潮土通气性、保持团聚体稳定性、提高氮素供应方面发挥一定积极作用。因此,有机肥及有机无机肥配施可以作为潮土区促进农田地力提升与生产力可持续发展的重要措施之一。