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大多数热带亚热带陆地生态系统处于氮饱和状态。以还原态氮(NH3-N、NH4+-N)为主的活性氮输入使土壤的硝化作用成为这类生态系统中影响土水质量的关键因子。利用室内试验在因子控制上的优势,采用土柱模拟淋溶试验研究了亚热带酸性土壤的硝化作用与土壤的NO3-淋溶以及渗漏液pH的关系;同时为了评价室内研究结果应用至田间原位试验的可行性、也为确立室内研究的土壤样品制备要求,试验还围绕干土效应和水分因子对红壤硝化作用的影响展开,并初步探讨了导致不同性质的土壤间响应差异的可能原因。
在淋溶试验部分,利用3个具有不同硝化强度和阳离子交换量的红壤样本QF、GB和SU为供试材料,分别发育于第四纪红土(Q),花岗岩(G)和红砂岩(S),利用方式分别为林地(F)、灌丛(B)与旱地(U)。加入铵态氮0、150和300 mg kg-1,进行112天的室内土柱模拟淋溶试验。试验结果表明:在相同氮输入水平下,淋洗过程中出现的渗漏液NO3-浓度峰值以及NO3-的总淋溶量与土壤硝化作用强度成正比,而且土壤的硝化作用越强,渗漏液中的NO3-浓度达到峰值所需的时间就越短。盐基离子淋溶量与NO3-的淋溶损失成极显著正相关,说明NO3-的淋溶是驱动土壤盐基阳离子淋失的主要原因。由于土壤QF和GB不仅具有较小的阳离子交换量,而且交换性盐基离子含量也很低,因此不能满足NO3-淋失所需携带的正电荷,最终导致NH4+甚至H+的淋溶。
有关土壤硝化作用与渗漏液pH的关系的试验结果表明,酸性土壤的渗漏液并不一定呈酸性。土壤渗漏液pH取决于硝化作用产生H+的速率与土壤酸缓冲能力的综合作用。当硝化作用使渗漏液中NO3-浓度升高到一定程度时,渗漏液pH突然下降,这一临界NO3-浓度与土壤盐基饱和度及加入到土壤的铵态氮量呈线性正相关(p<0.05)。所以,硝化作用最强的旱地土壤SU,由于其盐基饱和度达到81%,渗漏液始终保持中性;而硝化作用不强、盐基饱和度为21%的灌丛土壤GB,其渗漏液pH可降低至4.0以下。
在干土效应和水分因子试验部分,供试材料采用分别发育于第四纪红土(Q)和红砂岩(S)、利用方式分别为水稻(R)与旱地(U)的4个农田土壤,分别加入铵态氮0和150 mgkg-1,进行35天的室内培养试验。
鲜土与风干土的对比培养试验表明不同利用方式的土壤对干土效应的响应程度存在差异。风干过程对旱地土壤硝化作用的影响较小,且不改变硝化作用模式;对于水稻土,不仅改变了硝化作用强度,而且改变了NO3-积累曲线的形状。水稻土的鲜土在培养过程中,NO3-含量随着培养时间而呈线性增加,而风干土则呈指数增加,具有明显的硝化微生物活性的激发过程。导致这种差异的原因可能是水稻土常年水分含量较高,使土壤微生物(包括硝化微生物)更适应于高水分含量,风干过程对微生物的影响较旱地土壤更加强烈。因此,对于水稻土,更需要采用新鲜土壤样本测定土壤的硝化作用,而对于旱地土壤,则既可用风干土样,也可用新鲜土样,其结果并无显著差异。
风干过程是土壤水分丢失的过程,因此研究亚热带酸性红壤硝化作用对水分水平的响应,可以有助于探讨干土效应对红壤硝化作用影响程度。结果表明:土壤水分水平显著影响供试红壤的硝化作用,但影响程度因土而异。水稻土的硝化作用对水分水平响应强烈,旱地土壤响应较弱,因为不同性质的土壤其硝化细菌种属和活性可能存在差异,而且具有硝化能力的细菌和真菌对土壤水分含量的响应也因种属而异。加铵虽然促进了土壤的硝化作用,增强了其对水分水平的响应程度,但未必促进土壤酸化。
在淋溶试验部分,利用3个具有不同硝化强度和阳离子交换量的红壤样本QF、GB和SU为供试材料,分别发育于第四纪红土(Q),花岗岩(G)和红砂岩(S),利用方式分别为林地(F)、灌丛(B)与旱地(U)。加入铵态氮0、150和300 mg kg-1,进行112天的室内土柱模拟淋溶试验。试验结果表明:在相同氮输入水平下,淋洗过程中出现的渗漏液NO3-浓度峰值以及NO3-的总淋溶量与土壤硝化作用强度成正比,而且土壤的硝化作用越强,渗漏液中的NO3-浓度达到峰值所需的时间就越短。盐基离子淋溶量与NO3-的淋溶损失成极显著正相关,说明NO3-的淋溶是驱动土壤盐基阳离子淋失的主要原因。由于土壤QF和GB不仅具有较小的阳离子交换量,而且交换性盐基离子含量也很低,因此不能满足NO3-淋失所需携带的正电荷,最终导致NH4+甚至H+的淋溶。
有关土壤硝化作用与渗漏液pH的关系的试验结果表明,酸性土壤的渗漏液并不一定呈酸性。土壤渗漏液pH取决于硝化作用产生H+的速率与土壤酸缓冲能力的综合作用。当硝化作用使渗漏液中NO3-浓度升高到一定程度时,渗漏液pH突然下降,这一临界NO3-浓度与土壤盐基饱和度及加入到土壤的铵态氮量呈线性正相关(p<0.05)。所以,硝化作用最强的旱地土壤SU,由于其盐基饱和度达到81%,渗漏液始终保持中性;而硝化作用不强、盐基饱和度为21%的灌丛土壤GB,其渗漏液pH可降低至4.0以下。
在干土效应和水分因子试验部分,供试材料采用分别发育于第四纪红土(Q)和红砂岩(S)、利用方式分别为水稻(R)与旱地(U)的4个农田土壤,分别加入铵态氮0和150 mgkg-1,进行35天的室内培养试验。
鲜土与风干土的对比培养试验表明不同利用方式的土壤对干土效应的响应程度存在差异。风干过程对旱地土壤硝化作用的影响较小,且不改变硝化作用模式;对于水稻土,不仅改变了硝化作用强度,而且改变了NO3-积累曲线的形状。水稻土的鲜土在培养过程中,NO3-含量随着培养时间而呈线性增加,而风干土则呈指数增加,具有明显的硝化微生物活性的激发过程。导致这种差异的原因可能是水稻土常年水分含量较高,使土壤微生物(包括硝化微生物)更适应于高水分含量,风干过程对微生物的影响较旱地土壤更加强烈。因此,对于水稻土,更需要采用新鲜土壤样本测定土壤的硝化作用,而对于旱地土壤,则既可用风干土样,也可用新鲜土样,其结果并无显著差异。
风干过程是土壤水分丢失的过程,因此研究亚热带酸性红壤硝化作用对水分水平的响应,可以有助于探讨干土效应对红壤硝化作用影响程度。结果表明:土壤水分水平显著影响供试红壤的硝化作用,但影响程度因土而异。水稻土的硝化作用对水分水平响应强烈,旱地土壤响应较弱,因为不同性质的土壤其硝化细菌种属和活性可能存在差异,而且具有硝化能力的细菌和真菌对土壤水分含量的响应也因种属而异。加铵虽然促进了土壤的硝化作用,增强了其对水分水平的响应程度,但未必促进土壤酸化。