氮是作物最重要的营养元素，是农田生态系统初级生产力的关键限制养分。土壤有机氮矿化是作物氮素营养供应的重要环节，在未施肥条件下，除起始矿质氮外，作物可利用的土壤氮素主要是可矿化氮。可矿化氮反映土壤氮素的生物有效性，其供应特性受土壤有机氮组分结构深刻影响。


因此，对土壤有机氮进行分组并分析其组分与可矿化氮间的关系是深入理解土壤氮素矿化本性及有效性的重要基础。热酸解程序是经典的土壤有机氮分组技术，其将土壤有机氮划分为酸解氨基酸氮、氨态氮、氨基糖氮、未知氮和酸未解氮5种组分。一系列研究显示土壤酸解氮与土壤可矿化氮关系密切，然而土壤酸解氮中不同组分对土壤矿化氮的贡献效应却存在较大不确定性：不同类型土壤有机氮组成及形态转化特征的差异使得酸解氮各组分甚至酸未解氮都可能单独或共同对土壤可矿化氮有重要贡献，即使同一类土壤在不同培养条件下发生矿化的主要有机氮组分亦有明显差别。


当前大多研究注重利用相关分析来说明土壤有机氮组分与可矿化氮间的关系，然而考虑到土壤有机氮形态转化的复杂性，该法并不能完全揭示它们之间的真正关系，而结合相关分析、多元回归分析和通径分析可更明确地解析土壤有机氮组分对可矿化氮的贡献，但这方面的研究尚少，且主要应用于旱地土壤。洞庭湖区是我国重要的双季稻生产区，水稻土是湖区最重要的土壤类型，其面积约占湖区耕地总面积的80%，当前对该区水稻土有机氮组成及其生物有效性特征尚不清楚。因此，本研究采集洞庭湖区不同发育类型水稻土，分析其有机氮组成特征并综合应用相关分析、多元回归分析和通径分析研究区域水稻土有机氮组分对可矿化氮的贡献特性，为施氮决策及深入理解区域土壤有机氮素生物有效性提供理论依据。


1材料与方法


1.1供试土壤


2012年晚稻收获后在环洞庭湖区(111°13′～113°31′E，28°12′～29°32′N)采集30个表层(0～20 cm)水稻土样本(图1)，所有采样点均长期实行早稻-晚稻-冬闲的耕作制度及类似的田间管理措施。所采土壤代表了洞庭湖区由河湖沉积物、第四纪红粘土、花岗岩、石灰岩、紫色砂岩等多种成土母质及冲积平原和丘陵坡岗两种典型地形影响发育形成的水稻土，包括淹育性、潜育性、潴育性3个水稻土亚类及20余个水稻土土种。各水稻土亚类均采集10个土壤样本，采集时，在每个采样点0.1 hm2代表性范围内随机多点采集5 kg土样组成混合样品。采集的混合土样去除肉眼可见石粒和植物残渣，经风干、过2 mm筛且充分混匀后常温下贮存待测。土壤采样点及基本理化性质见表1。

图1研究区位置与采样点分布

注：土壤质地分类采用国际制标准。


1.2土壤有机氮矿化培养试验


土壤有机氮矿化培养采用改进的淹水密闭培养-间歇淋洗法。称取过2 mm筛的风干土样10 g置于容积为80 mL的离心管中，每一土壤设置3管，加入25 mL蒸馏水，保持淹水密闭状态在30℃下进行培养。在培养0、3、7、14、21、28、42、56、70、90、112 d时取重复土壤样品，淋洗并测定土壤矿质氮及计算土壤累积矿化氮。土壤有机氮矿化过程用改进的二阶指数模型进行拟合，公式为：


Nt=Nd(1-e-kdt)+Nr(1-e-kr t)  (1)


式中：Nt——t时间内累积净矿化氮量，mg/kg；


Nd、Nr——土壤易、难矿化氮库矿化势，mg/kg；


kd、Kr——土壤易、难矿化氮库一级反应速率常数，mg/(kg·d);


t——培养时间，d。


式(1)中，不同土壤间kd、Kr均取固定值，分别为0.173、0.012 mg/(kg·d)，kd、Kr取固定值的缘由在于：一方面，不同土壤间常规二阶指数模型拟合的kd、Kr值差异均较小；另一方面，取值固定可消除常规二阶指数方程中Nd和kd、Nr和kr均为可变参数且取值结果相互影响的缺点，可获取更真实且易比较的Nd和Nr拟合值。土壤氮素矿化势(No)值为Nd和Nr模型拟合值之和。


1.3土壤有机氮组分测定


土壤有机氮组分用Bremner提出的热无机酸水解法测定，即样品中加入6 mol/L HCl，在120℃下封管水解12 h后冷却、过滤并用少量蒸馏水多次淋洗残渣，酸解液中酸解氮、氨态氮、氨态氮+氨基糖氮、氨基酸氮含量分别用凯氏定氮法、JD足球反波胆APP下载化镁蒸馏法、JD足球反波胆APP下载 11.2的磷酸盐-硼酸盐缓冲液蒸馏法、茚三酮JD足球反波胆APP下载化磷酸盐-硼酸盐缓冲液蒸馏法测定；酸未解氮、氨基糖氮、酸解未知氮含量用差减法求得。计算各有机氮组分占全氮比例(%)。


1.4数据处理


选择淹水培养7、28、112 d土壤累积矿化氮量(分别用Nmin-7、Nmin-28、Nmin-112表示)及No表征土壤可矿化氮。利用SPSS 16.0软件中的Pearson相关分析、多元线性回归、通径分析程序分析土壤有机氮组分与可矿化氮的关系。Nmin-7、Nmin-28、Nmin-112及土壤有机氮组分含量的表达形式为“平均值±标准误”。