贾世玉，韩方虎，沈禹颖

(兰州大学草地农业科技学院 农业部草地农业生态系统学重点实验室,甘肃 兰州 730020)

土壤矿质氮是植物可以直接吸收利用的有效氮素，有效测定土壤矿质氮量可以预测土壤供氮水平，为合理施氮和提高氮肥利用效率提供理论指导[1-2]。

为了更好地评价土壤的供氮能力，各种测定土壤矿质氮的方法层出不穷[3-5]，而不同方法测得的土壤矿质氮的含量也不尽相同。研究表明[6-9]，热水和中性盐(如KCl、CaCl2等)等温和提取剂不会在浸取过程中引起土壤性质的变化，提取得到的矿质氮可更好地反映土壤矿质氮的实际情况，应用最为广泛。中性盐提取土壤中矿质氮的方法有很多，最常见的是用1或2 mol/L KCl或0.01 mol/L CaCl2直接浸取。近年来，有人提出用KCl在100 ℃下煮沸土壤，浸提矿质氮的方法[10-12]。用化学试剂直接浸取土壤矿质氮的方法便捷、能反映土壤供氮能力[13-14]，但哪种提取方式测得的矿质氮更能反映土壤真实的供氮能力，目前尚没有统一定论。生物测试是在控制条件下以生物为受体开展的测试，其测定的植物吸氮量是土壤含氮量的真实反映，被广泛应用[15]。 研究表明，KCl提取的矿化氮与植物吸氮量之间达到极显著相关关系，沸水浸取的土壤全氮与植物吸氮量的相关性较低[16-17]。

本研究采用热水、KCl、CaCl2三种提取剂测试5龄和9龄紫花苜蓿(Medicagosativacv.Longdong)草地土壤氮素有效性，并以多年生黑麦草(Loliumperenne)为受体测试植物吸氮量，分析3种提取剂提取的土壤矿质氮量与植物吸氮量的相关关系，以期了解苜蓿草地土壤的供氮能力，并为苜蓿草地的氮素管理提供一定的借鉴。

1 材料与方法

1.1土样采集 试验用土壤采自兰州大学庆阳黄土高原试验站(35°40′ N，107°51′ E，海拔1 298 m)，供试的9龄和5龄苜蓿草地分别为1998年和2002年播种建植的陇东紫花苜蓿草地，2006年于苜蓿始花期(6月10日)，分别在上述苜蓿草地0～30 cm土层取样，3样点混合，新鲜土样剔除根茬，过2 mm筛，4 ℃下保存，用于测定土壤理化性质(表1)。

表1 5龄和9龄紫花苜蓿草地0～30 cm土壤理化性质

1.2土壤矿质氮的化学提取 土样分别用80 ℃热水、1 mol/L KCl溶液和0.01 mol/L CaCl2溶液(以下分别简称为热水、KCl和CaCl2)浸提，水土比5∶1，室温下用往复式震荡仪(200 r/min)震荡1 h，将浸提液过滤，4 ℃保存，测定其硝态氮和铵态氮的含量。

1.3生物试验 采用盆栽的方式，分别将5龄和9龄苜蓿土壤装入高20 cm、直径16 cm的塑料桶，每桶装相当于2.0 kg烘干土的风干土。采用多年生黑麦草为指示植物，每桶播种10粒种子，株高5 cm 时定苗至每桶5株。完全随机排列，每个处理4个重复。

塑料桶于25 ℃温室中进行培养，期间称量以保持每天土壤含水量相当于田间饱和持水量的70%±5%，黑麦草生长85 d后，将植物根系和地上部分分别收获。洗净植物上的泥土，在80 ℃烘干，粉碎，测定植物含氮量。

1.4样品测定 土壤硝态氮用紫外分光光度法测定[18]，铵态氮用靛酚蓝比色法测定[19]。植株含氮量用半微量凯氏定氮法测定[20]。

1.5数据统计与分析 用SPSS 17.0统计软件进行方差分析和相关性分析，最小显著差数法(LSD检验法)进行多重比较。

2 结果与分析

2.1不同化学提取剂提取土壤矿质氮的能力 不同化学提取剂提取不同矿质氮含量的能力明显不同，但不同提取剂提取的不同龄苜蓿土壤硝态氮和铵态氮的能力趋势相同(表2)。3种提取剂获得的5龄苜蓿土壤硝态氮含量无显著差异(P>0.05)；热水提取的铵态氮显著高于KCl提取的(P<0.05),高出0.76 mg/kg。对9龄苜蓿土壤来说，CaCl2提取的硝态氮和铵态氮均高于热水和KCl，比提取量最低的KCl分别高出3.10和1.09 mg/kg，均达到显著水平(P<0.05)。

表2 3种提取剂提取的土壤矿质氮含量

3种提取剂提取的9龄苜蓿土壤硝态氮含量均高于5龄苜蓿土壤，其中，以CaCl2提取的相差最大，为6.24 mg/kg。3种提取剂提取的5龄和9龄苜蓿土壤铵态氮的含量无显著差异。

2.2苜蓿草地土壤供氮能力的生物测试 黑麦草在9龄苜蓿土壤上培养生长85 d后，其吸氮量比生长在5龄苜蓿土壤的黑麦草高34%，这一结果与化学提取剂提取获得的供氮能力一致(图1)。

图1 黑麦草在两个苜蓿草地土壤上生长85 d的吸氮量

分别将3种提取剂提取的土壤硝态氮和铵态氮含量与黑麦草吸氮量的相关分析(图2)。结果表明，3种提取剂提取的土壤硝态氮含量与植物吸氮量均呈极显著正相关关系，其相关系数大小依次表现为CaCl2>KCl>热水。

不同提取剂提取的土壤硝态氮的能力随土壤硝态氮含量的不同而不同，随着土壤硝态氮含量的增长，KCl提取的土壤硝态氮对应的植物吸氮量增长速率最大，CaCl2次之，热水提取土壤硝态氮对应的植物吸氮量增长速率最小。

当土壤硝态氮含量<5.4 mg/kg时，黑麦草吸氮量与热水提取的土壤硝态氮的吻合性优于CaCl2和KCl提取的土壤硝态氮；而当该值>5.4 mg/kg时，植物吸氮量与KCl提取的土壤硝态氮的吻合性最高，并保持快速稳定增长，当此值>11.5 mg/kg时，热水和CaCl2提取的土壤硝态氮含量与植物吸氮量吻合性相当。说明当土壤硝态氮含量<5.4 mg/kg时，热水提取的土壤硝态氮含量最能反映土壤的供氮能力；而当土壤硝态氮含量>5.4 mg/kg时，KCl提取的土壤硝态氮含量与生物测试的吻合性更好。

图2 不同提取剂提取的土壤硝态氮和铵态氮含量与植物吸氮量的关系

以CaCl2提取的土壤铵态氮与黑麦草吸氮量的相关系数为0.523 3(P<0.05)，其他两种提取剂提取的土壤铵态氮含量与植物吸氮量间无显著相关关系。

3 讨论

本研究表明，不同提取剂提取紫花苜蓿草地土壤矿质氮含量明显不同，3种提取剂提取土壤硝态氮的能力无显著差异，且与植物吸氮量有显著相关关系，均可作为反映土壤供氮能力的指标，这与李生秀等[7]的研究结果一致。硝态氮含量作为土壤供氮能力指标具有一定的稳定性。不仅是不同提取剂提取的硝态氮含量无显著差别，李生秀等使用鲜土为提取对象，与本研究采用36 ℃风干土进行提取，得出了一致的结果。这些结果均表明利用土壤硝态氮的含量作为土壤供氮指标来研究土壤氮素有效性有很重要的意义。但由于硝态氮易于随水淋失，在多雨的季节或地区简单取样不能反映大田的真实情况，需根据当地的降水情况确定合理的取样深度和取样时间。

许多研究证明了不同提取剂提取土壤铵态氮的能力差异显著，且与作物吸氮量关系不密切[7,21]，但在提取能力大小上，不同研究得出的结论不尽相同。本研究表明，3种提取剂在提取土壤铵态氮能力方面表现为1 mol/L KCl提取能力最小，而Curtin等[22]的研究结果表明热水提取的铵态氮含量最高，原因是热水释放的氮主要以有机态氮为主，约80%，但同时有机氮的热不稳定性会在热水中水解进而伴随大量铵态氮的释放，因此热水提取的铵态氮含量最高。

研究表明，1 mol/L KCl提取土壤矿质氮的能力高于热水和0.01 mol/L CaCl2[23-24]，但其提取能力受土壤预处理、浸提液保存方式、KCl浓度[8,25-26]和杂质含量[9]等条件的限制。因此，不同研究者采用不同的方法测得的KCl提取土壤矿质氮的能力也不尽相同。

从化学角度来说，Ca2+是二价离子，而K+表面只有一个电子，因此Ca2+的凝聚力高于K+，即Ca2+能从土壤中置换出更多的硝态氮和铵态氮，这可能是0.01 mol/L CaCl2浸取土壤无机氮多于1 mol/L KCl的原因。但目前国内外提取土壤矿质氮应用最广泛的是1 mol/L KCl溶液，这也与1 mol/L KCl提取土壤硝态氮的能力稳定且增长速度较快有关。

此外，季节动态对结果影响较大[9]。气温较低时，土壤矿化和硝化作用均较弱，铵态氮转化率较低，表现出土壤硝态氮含量较低，铵态氮含量较高，此时铵态氮可以在一定程度上反映土壤的供氮水平；而随着气温不断升高，土壤有机氮的矿化和硝化作用越来越强，土壤中累积有大量的硝态氮，而铵态氮含量甚微，此时，铵态氮含量则无法反映土壤供氮水平。本研究对苜蓿花期的研究结果与此理论相符。

4 结论

1)不同化学提取剂提取土壤矿质氮的能力不同，提取土壤硝态氮的能力表现为0.01 mol/L CaCl2>热水>1 mol/L KCl，提取铵态氮的能力表现为1 mol/L KCl的提取能力最弱。1 mol/L KCl提取土壤硝态氮的能力最稳定，是化学提取剂的首选。3种提取剂提取土壤硝态氮的能力无显著差异，且与植物吸氮量有显著相关关系，均可作为反映土壤供氮能力的指标。

2)苜蓿生长9年比5年时土壤氮素有效性高1.5倍左右。

3)3种提取剂提取的土壤铵态氮含量均不能作为反映土壤供氮能力的指标。

致谢：感谢杨晶、耿丽英、王希和周少平等同学的技术支持和帮助。

[1]王宇通,邵新庆,黄欣颖.植物根系氮吸收过程的研究进展[J].草业科学，2010,27(7):105-111.

[2]王瑾,杜文华.不同施肥处理对红三叶青干草品质的影响[J].草业科学，2009,26(12):56-59.

[3]Keeny D R,Bremner J M.Comparison and evaluation of laboratory methods of obtaining an index of soil nitrogen availability[J].Agronomy Journal,1966,58(5):498-503.

[4]邹亚丽,韩方虎,耿丽英,等.温度和湿度对紫花苜蓿土壤氮矿化的影响[J].草业学报，2010,19(4):101-107.

[5]Fox R H,Piekielek W P.A rapid method for estimating the nitrogen supplying capability of a soil[J].Soil Science Society of America Journal,1978,42(5):751-753.

[6]Smith K A,Li S X.Estimation of potentially mineralizable nitrogen in soil by KCl extraction[J].Plant and Soil,1993,157:167-174.

[7]李生秀,付会芳,肖俊璋,等.几种测氮方法在反映旱地土壤供氮能力方面的效果[J].干旱地区农业研究，1992,10(2):72-81.

[8]苏涛,司美茹,王朝辉,等.土壤矿质氮分析方法的影响因素研究[J].农业环境科学学报，2005,24(6):1238-1242.

[9]张英利，许安民，尚浩博，等.氯化钾中杂质铵含量及对土壤铵态氮测定的影响[J].土壤通报，2010，41(5)：1134-1137.

[10]Selmer-Olsen A R,Oien A,Baetrug R,etal.Evaluation of a KCl-hydrolyzing method for available nitrogen in soil by pot experiments[J].Acta Agriculturae Scandinavica，1981,31:251-255.

[11]Whitehead D C.An improved chemical extraction method for predicting the supp1y of available soil nitrogen[J].Journal of Food Agriculture and Environment，1981,32:3651-3659.

[12]Gianello C,Bremner J M.A simple method of assessing potentially available organic nitrogen in soil[J].Commun ications in Soil Science and Plant Analysis，1986,17(2):195-214.

[13]Okamoto M,Okada K.Available organic nitrogen in temperate,subtropical,and tropical soils extracted with different solutions[J].Biology and Fertility of Soils，2008,44:533-537.

[14]Kayser M,Muller J,Isselstein J.Nitrogen management in organic farming:comparison of crop rotation residual effects on yields,N leaching and soil conditions[J].Nutrient Cycling in Agroecosystems，2010,87:21-31.

[15]Stevence F J.农业土壤中的氮[M].闵久康，沈育芝，译.北京：科学出版社，1989：284.

[16]金发会，李世清，卢红玲，等.石灰性土壤供氮能力几种化学测定方法的评价研究[J].植物营养与肥料学报，2007,13(6)：1040-1048.

[17]赵坤，李世清，李生秀.原状土通气培养法测定黄土高原土壤供氮能力的研究[J].中国农业科学，2009,42(7)：2397-2406.

[18]Norman R J,Edberge J C,Stucdi J W.Determination of nitrate in soil extracts by dualwavelength ultraviolet apectrophotometry[J].Soil Science Sociey of America Journal,1985,49:1182-1185.

[19]Jackson M L.Soil Chemical Analysis[M].New Jersey:Prentice Hall,Englewood Cliffs,1958.

[20]中国科学院南京土壤研究所.土壤理化性质分析[M].上海：上海科学技术出版社，1987：62-136.

[21]杨江龙,李生秀.土壤供氮能力测试方法与指标[J].土壤通报，2005,36(6):959-964.

[22]Curtin D,Wright C E,Beare M H,etal.Hot water-extractable nitrogen as an indicator of soil nitrogen availablity[J].Soil Science Society of America Journal,2006,70:1512-1521.

[23]郭胜利，郝明德.黄土高原沟壑区不同施肥条件下土壤剖面中矿质氮的分布特征[J].干旱地区农业研究，2000，18：22-28.

[24]周顺利，张福锁，王兴仁.土壤硝态氮时空变异与土壤氮素表观盈亏Ⅱ.夏玉米[J].生态学报，2002，22(1)：48-53.

[25]樊军，郝明德，党廷辉.旱地长期定位施肥对土壤剖面硝态氮分布与累积的影响[J].土壤与环境，2000，9(1)：23-26.

[26]杨学云，张树兰，袁新民，等.长期施肥对塿土硝态氮分布、累积和移动的影响[J].植物影响与肥料学报，2001,7(2)：134-138.