北方园艺201015：霜-36 ·行业综述· 土壤氮素矿化研究进展 张笑千，陈卓，常鹏，曲英华 (中国农业大学水利与土木工程学院北京0⑩83 摘要总结了土壤中素矿化的研究成果，闲迷了影响土矿化作用的因素，其中温度 显度均对氮矿化量、矿化率有影响，且二者存在明显交互作用，除此之外土壤的理化性质及外来 物质如肥料也会影响土壤的氮矿化过程。论述了土壤氨矿化的各种研究方法，并对有关方法和 指标的效果进行了比较以期为选择合适的土壤供氮能力的研究方法提供依据。 关键词：土壤氮素矿化作拥：研究进展 中图分举号.S15555文就标识码：A文音编号.1001-009201015-00R3-04 我国是世界上化肥氮消费量最多的国家之一，并 30 下，土壤矿化过程达到稳定状态时间较短，且累 且这种消费量将可能进 一步增加。土壤中的氮绝大剖 矿化量很高：而10℃条件下，矿化过程达到温度需很长 分以有机态存在约占全氢量的92%一98%，有机态氨 时间.且后谏率高于0℃的速率但累计矿化量较低 不能被桔物直接吸收利用必须桶讨土壤微生物的矿化 不同土壤的质地、理化性质有差异因此矿化的最 作用才能转化为可以被植物吸收利用的硝态氮、铵态 形态 水分含量也不同。唐树梅等采用了6种不同理化 研究士壤氮矿化作用，有利于更深入地了解氮素 状的士壤来研究 水量与氮矿化的 系结 在土壤及植物体内的循环过程，除此之外，对于提高氮 明，砂壤土的最适含水量为饱和度的30%左右，粘土最 肥利用率，减少化肥对环境的污染，更合理地施用氮肥 活为0%.法土介于二若之目。 均有重大章义 许多培养试验证明温度和含水量对土境复的矿化 1 影响士壤氮 化作用的因索 有明显的正交互作用 ,并建立了它们之间的回归方程 士壤N素矿化是微生物驱动的生物化学过程，N素 巨晓棠等针对陕西杨凌地区的中壤红油 建立了 矿化量是土壤有机N的含量、生物分解性、矿化的水热 元二次回归方程，反映了温度和水分对化速率的交西 条件和时间等的函数，土壤的氮矿化过程受到诸多因 作用： 素的影响句括 土境理化性质、温度、温度及湿 K=103×/L067-012-0078+00082 作用、外来物质等 000122+0.0 为温 含水星 L.1环境因子 深度对氮 化作用 响很 o的可 土壤的温度和湿度是影响土壤氮素矿化的重要因 究表明。土壤有机质的老化和抗分解性都循着土壤层 子.且一般温度的影响强于湿度，Cogh等就提出士 的加深而增加而微生物活动性随土境层次的加深而 壤积温可以作为氮矿化的有效指标 关于氮 .从而导较低的矿化作用。白代爱等采用好气铝 最准温度，不同的研究、不同的地区有着不同的结果， 养法研究表明0-30m土壤累计矿化量和矿化速率立 Nicolardot等发现最大化速率发生在20-28C.而 高于30-60m王成等四在陕西杨凌的试验也得出相 周才平等的研究表明，暖温带土壤氮矿化的最佳温度 同结论。 条件为 马力等1选择了10℃和 度 1.2土壤理化性质 进行稻田土壤的淹水密闭培养试验，发现在2种温度下 土壤的理化性质对氮矿化有很大影响.包括：土境 土壤矿质氮含量和累计矿化量曲线的差异很明显。在 质地、土壤 体结构、土壤pH值、士壤矿质氮含量等 提出，土壤中可矿化氮主要 存于粒级小的 微团聚体中，不同粒级的微团聚体全氮和有机质含量均 第一作者简介：张笑千(1987)，女，硕士，现主要从事设施因艺研 随着粒级的减小而增大。土壤的碳氮比(C/N)反映其有 x162@163c 机物质的分解程度，有机质的碳比是影响有机转化 通讯作者曲英华195).女，博士，教，现主要从事设施国艺研 和保持的主要 因孝 /N降 5:1以下时，微生物 工作。Bm正 基金项：国家科技支撑计划资助项(208BADC4B17 不冉利用土中的有效氮.而是土有机质在微生物 用下分解释放出旷质氮使土壤中可被作物利用的有效 收稿日期：2010 06 态氛增加间，从而醒影形响土壤的氮矿化讨程。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki
北方园艺2010( 15) : 33~ 36 行业综述 第一作者简介: 张笑千( 1987) , 女, 硕士, 现主要从事设施园艺研 究工作。Email: zhangxq. 163@163. com。 通讯作者: 曲英华( 1957) , 女, 博士, 教授, 现主要从事设施园艺研 究工作。Email: quyinghua@ cau. edu. cn。 基金项目: 国家科技支撑计划资助项目( 2008BADC4B17) 。 收稿日期: 2010- 06- 25 土 壤 氮 素 矿 化 研 究 进 展 张 笑 千, 陈 卓, 常 鹏, 曲 英 华 (中国农业大学 水利与土木工程学院, 北京 100083) 摘 要: 总结了土壤中氮素矿化的研究成果, 阐述了影响土壤氮矿化作用的因素, 其中温度、 湿度均对氮矿化量、矿化率有影响, 且二者存在明显交互作用, 除此之外土壤的理化性质及外来 物质如肥料也会影响土壤的氮矿化过程。论述了土壤氮矿化的各种研究方法, 并对有关方法和 指标的效果进行了比较, 以期为选择合适的土壤供氮能力的研究方法提供依据。 关键词: 土壤;氮素; 矿化作用; 研究进展 中图分类号: S 155. 5 + 5 文献标识码:A 文章编号: 1001- 0009(2010) 15- 0033- 04 我国是世界上化肥氮消费量最多的国家之一[ 1] ,并 且这种消费量将可能进一步增加。土壤中的氮绝大部 分以有机态存在, 约占全氮量的 92% ~ 98%, 有机态氮 不能被植物直接吸收利用, 必须通过土壤微生物的矿化 作用才能转化为可以被植物吸收利用的硝态氮、铵态氮 形态。研究土壤氮矿化作用, 有利于更深入地了解氮素 在土壤及植物体内的循环过程, 除此之外, 对于提高氮 肥利用率, 减少化肥对环境的污染, 更合理地施用氮肥 均有重大意义。 1 影响土壤氮矿化作用的因素 土壤 N 素矿化是微生物驱动的生物化学过程, N 素 矿化量是土壤有机 N 的含量、生物分解性、矿化的水热 条件和时间等的函数 [ 2] ,土壤的氮矿化过程受到诸多因 素的影响, 包括: 土壤理化性质、温度、温度及湿度交互 作用、外来物质等。 1. 1 环境因子 土壤的温度和湿度是影响土壤氮素矿化的重要因 子, 且一般温度的影响强于湿度[ 3] , Colugh 等就提出土 壤积温可以作为氮矿化的有效指标 [ 4] 。关于氮矿化的 最佳温度, 不同的研究、不同的地区有着不同的结果。 Nicolardot 等[ 5] 发现最大矿化速率发生在 20~ 28 , 而 周才平等 [6] 的研究表明,暖温带土壤氮矿化的最佳温度 条件为 22. 4 。马力等[ 7] 选择了 10 和 30 2 个温度 进行稻田土壤的淹水密闭培养试验, 发现在2 种温度下 土壤矿质氮含量和累计矿化量曲线的差异很明显。在 30 下, 土壤矿化过程达到稳定状态时间较短, 且累计 矿化量很高;而 10 条件下, 矿化过程达到温度需很长 时间, 且后期速率高于 30 的速率, 但累计矿化量较低。 不同土壤的质地、理化性质有差异, 因此氮矿化的最佳 水分含量也不同。唐树梅等[ 8] 采用了 6 种不同理化性 状的土壤来研究土壤含水量与氮矿化的关系, 结果表 明, 砂壤土的最适含水量为饱和度的 30%左右, 粘土最 适为 60%, 壤粘土介于二者之间。 许多培养试验证明温度和含水量对土壤氮的矿化 有明显的正交互作用, 并建立了它们之间的回归方程。 巨晓棠等[ 9] 针对陕西杨凌地区的中壤红油土, 建立了二 元二次回归方程,反映了温度和水分对矿化速率的交互 作用: K = 10 - 3 ! (1. 6067- 0. 1221t- 0. 0778w + 0. 0028t 2 + 0. 0012w 2 + 0. 0056tw ), 其中 t 为温度,w 为含水量。 土壤深度对氮矿化作用影响很大, Federer [10] 的研 究表明, 土壤有机质的老化和抗分解性都随着土壤层次 的加深而增加,而微生物活动性随土壤层次的加深而减 弱, 从而导致较低的矿化作用。白优爱等 [11] 采用好气培 养法研究表明0~ 30 cm 土壤累计矿化量和矿化速率远 高于 30~ 60 cm, 王成等 [ 12] 在陕西杨凌的试验也得出相 同结论。 1. 2 土壤理化性质 土壤的理化性质对氮矿化有很大影响, 包括: 土壤 质地、土壤团聚体结构、土壤pH 值、土壤矿质氮含量等。 戴晓艳等[ 13] 提出,土壤中可矿化氮主要贮存于粒级小的 微团聚体中,不同粒级的微团聚体全氮和有机质含量均 随着粒级的减小而增大。土壤的碳氮比(C/ N) 反映其有 机物质的分解程度,有机质的碳氮比是影响有机氮转化 和保持的主要因素。当 C/ N 降至 25 ∀1 以下时,微生物 不再利用土壤中的有效氮, 而是土壤有机质在微生物作 用下分解释放出矿质氮, 使土壤中可被作物利用的有效 态氮增加[ 14] , 从而影响土壤的氮矿化过程。 33
·行业综述· 北方园艺2010(15：3双36 一定范围内，土壤pH值的升高会促进氮素的 许多土壤和环境因子影响着士壤或添加到土壤中 化主要因为pH值的升高增加了土壤有机质的可溶性 的有机物料的氯和矿化作用，各种因素对 土展化的景 为微生物的活动提供了大量富含C和N基团的物质，从 响非常复杂.有些因子之间还有交互作用.应针对特定 而促进氮的矿化作用。李辉信等州通过试验也得出 的条件来深时各景影可因素对土壤氮素矿化量、矿化率你 相同结论，它认为红壤素的矿化和硝化速率与士壤 影知白 pH呈显著正相 壤供氮能力的方法 1.3肥料的影响 长久以来，大量学者在研究土壤供氮能力的领域做 我闲有机肥料资源日热增名.198年统计有机肥总 了很多的令人瞩目的工作。由于研究目的和试验条件 中N约为164拉×10t和718×100s。长期 不同，又有很多影响土壤氨素矿化的因素，在研究过程 施用有机肥，可增加士壤有机氨含量和士壤微生物 中出现了 多方法 目前对 化的常用 改善土壤结构，提高土壤的供氮能力。不同有机肥具有 方法可以分成3类：生物学方法、化学方法和数学方法： 不同的组成成分、理化性质等，对士壤氮化的影响 2.1生物学方法 不同 生物学方法主要有以植物吸N量为基出的植物吸 般来说土壤氮矿化与有机物料的碳氮比呈负相 收法和以土壤微生物对有机质利用为基础的室内培 关。卢萍等的研究也支持这一观点，在缺乏外源 法、田间原应培养法的测定等 无机氮时，CN高的有机物更能激发土壤氮的矿化，土 植物吸收法出现的最早.目前常用的方法是无N☒ 壤速效氯含量增加。Whit more网指出有机物料的CN 全生长期吸氯量法，该方法是在没有外源氯素供应的 与氮矿化有密切的关系，氨发生矿化或固持的临界点 自然条件下，作物吸收氮量等于土壤矿化氯量。植物卿 CN为20-40之间，而不是 个固定值。CN不是 收法确定的口 壤矿化氨量能反映当季作物生长条件下 一判别有机物料影响土赛氮矿化的因素，因为CN不能 的土壤供氮量，但对下季作物只能给出 个大概古 反缺正在分解部分的有机物料的特征因此仅仅用C/N 而且将作物吸氮量作为土壤矿化氮量并不准确.它没有 不能解释氨矿化的差异，必须对有机物料含碳化合物 考虑到通过淋洗和反硝化而损失的氨、植物分泌物 对荷 类进行分析四 已有研发现了有机物科 向等 无N 土壤氨矿旷化作用的因素。Douglas M,aP通过室内 长期吸氮电法的改进但可行性较差 培养试验，研究不同植物残体发现，残体净矿化速率可 室内培养法一般是在实验室内将一定量的土壤样 通过残体有机氨含量和酚氮含量米预测，但是模型不能 品调节到 定湿府后在 一定温度下进行一段时间的培 应用到田间 Qofoku,et a 提出可矿化氮量与水溶性 定土壤所释放出的矿质N 这类方法有 含量的相关性(r=0仍)高于与C/N(r=-0.76的。 理的基础.因为在培养期间使复素矿化的微生物.正是 有机肥对NON有一定固持作用四，但有机肥的 在作物生长期间使士壤有机氮转变成对作物生长的有 施用效果仍有许多有待探索的问题。如不同堆肥、 效氮的微生物。室内培养法分为好气培养法和淹水 肥料由 别养分、 养分 养法 培养法又包括通 气非淋洗培养法和间欧 以及个别养分流失造成环境负荷等。范成五4对不同 洗通气培养法。通气非淋洗培养法由于没有进行间鄙 有机质肥料的有机氨矿化进行室内培养试验.结果表 林洗模拟植物对氮的吸收.可能会减缓或阻碍所培养士 明在3个培养温度水平下，除牛粪堆肥外，30C条 壤的后期旷化过程而972年Stanford.d提出的 矿化速度最快，矿化 可歇淋洗通气培养法适用于大批样品的培养测定 温度降低而减缓。在不同有机质肥料中，鱼抽出液的可 速、简使，并可用于连续培养测定 ,应用更为广泛。间 化率最高，矿化速度也最快矿化速度顺序是鱼抽出 歇林洗通气培养法的一般步蜜是在土壤中加入石英 液肉骨粉>油菜饼>鱼粕牛粪堆肥。 或蛭石.改善土壤通气状况.并用加压抽气控制含水 采用“示踪法可以研究不同有机肥品种在士 但 心培养 有机氮的矿 ,徐阳看 的氨系和化释放规律及对化肥氮固定的影响。在室内 的试验结果就表明加砂培养过程释放的总氮明 控制培养的条件下.叶静等将有机肥加入到土壤后 高于同期盆栽试验土壤的供氮量。这种方法在经过度 在培养开始后第7天，4种有机肥的氮素净矿化均为负 改后成为现在广泛应用的0.0 1 mol L CaC:间歇淋洗 值说明有机肥施入土壤后促进了微生物的大量繁 通气培养法 氮素养分的生物固定作用大于矿化作用，其中鸡粪处理 1964年Waring与Bremner提出了淹水培养法，在 的氮固定量最大达到8.7mkg土。随后各处理的 研究土壤氯矿化时被均广泛应用.并被美国土壤学会推着 有机肥氯的净矿化量逐渐增加到了施肥后第0天，鸡 在早地和水地上应用。Waring,cta别提出在30C 粪的氨净矿化量达到95.6mg/kg土 下，进行2周的淹水培养。后来Ky和Bmn的 34 1004-2010 China Academic Joural Ele www cnki ne
行业综述 北方园艺2010( 15) : 33~ 36 一定范围内, 土壤 pH 值的升高会促进氮素的矿 化, 主要因为pH 值的升高增加了土壤有机质的可溶性, 为微生物的活动提供了大量富含 C和N 基团的物质,从 而促进氮的矿化作用[ 15] 。李辉信等[16] 通过试验也得出 相同结论, 它认为, 红壤氮素的矿化和硝化速率与土壤 pH 呈显著正相关。 1. 3 肥料的影响 我国有机肥料资源日益增多, 1998 年统计有机肥总 资源中 N 约为1 642 ! 10 4 t 和 718 !10 4 t P2 O5 [ 1] 。长期 施用有机肥, 可增加土壤有机氮含量和土壤微生物量, 改善土壤结构, 提高土壤的供氮能力。不同有机肥具有 不同的组成成分、理化性质等, 对土壤氮矿化的影响 不同。 一般来说土壤氮矿化与有机物料的碳氮比呈负相 关 [ 17] 。卢萍等 [ 18] 的研究也支持这一观点, 在缺乏外源 无机氮时, C/ N 高的有机物更能激发土壤氮的矿化, 土 壤速效氮含量增加。Whitmore [19] 指出有机物料的 C/ N 与氮矿化有密切的关系, 氮发生矿化或固持的临界点 C/ N 为20~ 40 之间, 而不是一个固定值。C/ N 不是唯 一判别有机物料影响土壤氮矿化的因素, 因为C/ N 不能 反映正在分解部分的有机物料的特征, 因此仅仅用 C/ N 不能解释氮矿化的差异,必须对有机物料含碳化合物种 类进行分析 [ 20] 。已有研究发现了有机物料中其它影响 土壤氮矿化作用的因素。Douglas M, et al [ 21] 通过室内 培养试验, 研究不同植物残体发现, 残体净矿化速率可 通过残体有机氮含量和酚氮含量来预测, 但是模型不能 应用到田间。Qofoku, et al [ 22] 提出可矿化氮量与水溶性 氮含量的相关性( r= 0. 93) 高于与C/ N(r= - 0. 76) 的。 有机肥对 NO3N 有一定固持作用[23] , 但有机肥的 施用效果仍有许多有待探索的问题, 如不同堆肥、有机 质肥料由于个别养分、养分不均衡等引起的生理障碍, 以及个别养分流失造成环境负荷等。范成五[ 24] 对不同 有机质肥料的有机氮矿化进行室内培养试验, 结果表 明, 在 3 个培养温度水平下, 除牛粪堆肥外, 30 条件培 养的矿化率最高, 矿化速度最快, 矿化率和矿化速度随 温度降低而减缓。在不同有机质肥料中, 鱼抽出液的矿 化率最高, 矿化速度也最快, 矿化速度顺序是: 鱼抽出 液> 肉骨粉> 油菜饼> 鱼粕> 牛粪堆肥。 采用15N 示踪法可以研究不同有机肥品种在土壤中 的氮素矿化释放规律及对化肥氮固定的影响。在室内 控制培养的条件下, 叶静等 [ 25] 将有机肥加入到土壤后, 在培养开始后第 7 天, 4 种有机肥的氮素净矿化均为负 值, 说明有机肥施入土壤后促进了微生物的大量繁殖, 氮素养分的生物固定作用大于矿化作用, 其中鸡粪处理 的氮固定量最大, 达到 38. 7 mg/ kg 土。随后各处理的 有机肥氮的净矿化量逐渐增加,到了施肥后第 90 天,鸡 粪的氮净矿化量达到95. 6 mg/ kg 土。 许多土壤和环境因子影响着土壤或添加到土壤中 的有机物料的氮矿化作用, 各种因素对土壤氮矿化的影 响非常复杂, 有些因子之间还有交互作用, 应针对特定 的条件来探讨各影响因素对土壤氮素矿化量、矿化率的 影响。 2 测定土壤供氮能力的方法 长久以来, 大量学者在研究土壤供氮能力的领域做 了很多的令人瞩目的工作。由于研究目的和试验条件 不同, 又有很多影响土壤氮素矿化的因素, 在研究过程 中出现了许多方法。目前对土壤氮素矿化的常用研究 方法可以分成3 类:生物学方法、化学方法和数学方法。 2. 1 生物学方法 生物学方法主要有以植物吸 N 量为基础的植物吸 收法和以土壤微生物对有机质利用为基础的室内培养 法、田间原位培养法的测定等。 植物吸收法出现的最早, 目前常用的方法是无N 区 全生长期吸氮量法[ 26] ,该方法是在没有外源氮素供应的 自然条件下,作物吸收氮量等于土壤矿化氮量。植物吸 收法确定的土壤矿化氮量能反映当季作物生长条件下 的土壤供氮量, 但对下季作物只能给出一个大概估计, 而且将作物吸氮量作为土壤矿化氮量并不准确, 它没有 考虑到通过淋洗和反硝化而损失的氮、植物分泌物对微 生物数量和活性的影响等。同位素氮肥是无 N 区全生 长期吸氮量法的改进, 但可行性较差。 室内培养法一般是在实验室内将一定量的土壤样 品调节到一定湿度后, 在一定温度下进行一段时间的培 养, 之后测定土壤所释放出的矿质N 量。这类方法有合 理的基础, 因为在培养期间使氮素矿化的微生物, 正是 在作物生长期间使土壤有机氮转变成对作物生长的有 效氮的微生物[ 27] 。室内培养法分为好气培养法和淹水 培养法, 好气培养法又包括通气非淋洗培养法和间歇淋 洗通气培养法。通气非淋洗培养法由于没有进行间歇 淋洗模拟植物对氮的吸收, 可能会减缓或阻碍所培养土 壤的后期矿化过程; 而 1972 年 Stanford, et al [28] 提出的 间歇淋洗通气培养法, 适用于大批样品的培养测定, 快 速、简便,并可用于连续培养测定 [ 29] , 应用更为广泛。间 歇淋洗通气培养法的一般步骤是在土壤中加入石英砂 或蛭石, 改善土壤通气状况, 并用加压抽气控制含水 量 [ 28] , 但加砂培养, 加速了有机氮的矿化 [ 30] , 徐阳春 等 [ 31] 的试验结果就表明, 加砂培养过程释放的总氮明显 高于同期盆栽试验土壤的供氮量。这种方法在经过修 改后成为现在广泛应用的 0. 01 mol/ L CaCl2 间歇淋洗 通气培养法。 1964 年Waring 与 Bremner 提出了淹水培养法, 在 研究土壤氮矿化时被广泛应用, 并被美国土壤学会推荐 在旱地和水地上应用[27] 。Waring, et al [ 32] 提出在 30 下, 进行2 周的淹水培养。后来Keeny 和 Bremner [33] 的 34
北方园艺201015：8-36 ·行业综述· 试验表明40℃下，进行7d培养比30℃进行2周淹水 在古典电渗析基础上发展起来的，通过揭示作物生长季 培养矿化的铵态氨与盆栽黑麦草吸量关系更密切。 节中易矿化的士壤活性有机态氮从而提高了土壤氮素 淹水培养法与通气培养法相 培养条件较易等 有效性的预测程度。 李生秀等网通过试验发现，EU 握不需考虑通气条件和严格的水分控制，只需测定铵 法与用KC直接浸取的矿质氮有同样的价值，但EUF 态氮测定方法较简单，结果更加稳定，而且也适用于水 的缺点是重复性不好费时且仪器昂贵。 稻士以外的土壤。但也有一些土壤科学工作者得出了 2.3数学方法 不同的结论。李生秀等用陕西的0种不同肥力土壤 氮素矿化模型分类并无统一标准从不同角度建 淹水培养矿化的铵态氮与大田试验作物吸氮量之间相 的矿化模型各式各样，从建模的方法可分为经验模型 关系数(r=Q58)远低于通气培养矿化的硝态氮(r= 功能模型、机理模型每个矿化模型都有其一定的话用 0900.942。有学者指出淹水培养没有通气培养结果 条件。目前在研究中常用的是功能模型其中其于而 好的原因是，在淹水条件下，分解有机物质是氮素矿化 化势的矿 化模型由于原理清晰，模型简单，参数较少 的微生物是厌气微生物。而盆栽或田间试验不是在淹 于应用，尤其受到研究者的青睐 。由于矿化过程较为 水条件下进行的.分解有机物质的微生物类型与此不 复杂、影响因子也较多.有必要研究包含尽可能多的因 同。因此，淹水条件下释放的氮素难以代表盆栽或田间 素的复合模型.以及模拟矿化过程的机理模型樱 条件下释放的素，也就难于反映作物的吸状况可 3 结论与展望 化学方法 基于氮素在植物生 长中的重要性土壤中氨的矿化 化学方法和生物培养法相比具有快速、准确、方便 作用一直是土壤科学和植物营养学工作者研究的热点 等优点。它基于以下原理土壤有效氮主要是指有机氮 根据土壤供氯能力确定合理施肥量，是保证作物高产 中易分解的部分氮用适当的化学试验作用于土壤有机 提高氮肥利用率、减少环境污染的基本途径。我国农业 以提取这部分易分解的有机氨实标上也碱是促 从数量望 质量和效益型转变工作者 应用绕优 高产与环境保护相协调这一目标建立与环境关系良好 1960年Cornfield到提出的NaOH扩散法.也叫碱 的肥料管理体系， 解翻散法被广泛采用，研究表明，测定结果与培养后的 研究氯矿化作用有许多种研究方法，各种方法都有 矿化氮量或作物从土壤中吸收量相关性较显63， 其应用领域在进行土壤试验时必须根据试验目的、试 张仁陟等测的研究认为，碱解氨与好气培养法测定矿化 验材料进行选择，目前还没有一种研究方法适用于各种 氮具有极显著的正相关r分别为0.7887和0.8016)，在 土壤。今后土壤氨矿化研究应加强各影响因素综合作 实践中可以用解扩散法代梦短期好气培养法以确定 用及交互作用方面的研究.建立复合模型及机理草型以 土壤氨肥力指标， 更明确土壤氮素矿化过 程。 在高产 的前提下，使得施氨 1981年Whitehead9提出1 moVL KCl在100C下 量与作物需氮规律一致，为合理施用氨肥，提高氮肥利 煮沸浸提土壤1h.1986年Gianelb和Bremner4o又提出 用率保护生态环境提供理论基础。总之欲彻底弄清 了2 noVL KC1在100℃下煮沸浸提土壤4h的方法 土填氛矿化讨程尚需讲一步深入研究。 KC浸提法由于不会引起土壤性质的巨大变化，能较 老 地反映原米的情 况而 泛应用 Stanford于1968年提出001mol/L CaCh加热糊 取法以及高温高压提取法切，发现提取液的葡萄糖和 .土2004.364)：382386 Puri C.Ash n M R.Rel hip b 蒸馏铵态氮相关性显著=0.98)，和矿化氮亦高度相关 ross N mineralication [J.Soil Biokgy and Biochemistry.1998 30 (2) (r=0.&)。荷兰的Houba等人 在常温20℃下用00 mo/LCaC上提取作为土壤有效性氢素的浸提剂.取得 S C.Ha hps bet 了显著的成果该法所提取的氨素和荷兰作为推荐施日 的标准方法及EUF提取的氮素具有良好可比性， 栽试验的植物 收氮素量也密切相关 0.01m0 CC2所提取的有效氨包括二部分：无机态氮和可溶性 月426253261 有机态氨.而作物从土壤中吸收的氨素也是这两部分 才平，欧 ]华温度和度对暖温带落叶叶林土境氨矿化的 有学者认为.用Q.O1 mo LCac正作为士壤有效氨素的 浸提剂评价士壤氨素供应状况从 而合理推荐施肥，防止 稻土氯素面分布及温度 氮素环境污染的前景是诱人的4。 关利.热带农业科学 电招滤(Electro ultrafilt ration)方法即EUF法.是 19974:59. 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki
北方园艺2010( 15) : 33~ 36 行业综述 试验表明 40 下, 进行 7 d 培养比 30 , 进行 2 周淹水 培养矿化的铵态氮与盆栽黑麦草吸氮量关系更密切。 淹水培养法与通气培养法相比, 培养条件较易掌 握, 不需考虑通气条件和严格的水分控制, 只需测定铵 态氮,测定方法较简单, 结果更加稳定, 而且也适用于水 稻土以外的土壤。但也有一些土壤科学工作者得出了 不同的结论。李生秀等[ 30] 用陕西的 20 种不同肥力土壤 淹水培养矿化的铵态氮与大田试验作物吸氮量之间相 关系数(r= 0. 558)远低于通气培养矿化的硝态氮(r= 0. 90~ 0. 942)。有学者指出淹水培养没有通气培养结果 好的原因是, 在淹水条件下, 分解有机物质是氮素矿化 的微生物是厌气微生物。而盆栽或田间试验不是在淹 水条件下进行的, 分解有机物质的微生物类型与此不 同。因此, 淹水条件下释放的氮素难以代表盆栽或田间 条件下释放的氮素,也就难于反映作物的吸氮状况 [ 27] 。 2. 2 化学方法 化学方法和生物培养法相比具有快速、准确、方便 等优点。它基于以下原理, 土壤有效氮主要是指有机氮 中易分解的部分氮,用适当的化学试验作用于土壤有机 质以提取这部分易分解的有机氮, 实际上也就是促其 矿化 [ 34] 。 1960 年Cornfield [ 35] 提出的 NaOH 扩散法, 也叫碱 解扩散法被广泛采用, 研究表明, 测定结果与培养后的 矿化氮量或作物从土壤中吸收氮量相关性较显著[ 3637] 。 张仁陟等 [ 38] 的研究认为,碱解氮与好气培养法测定矿化 氮具有极显著的正相关(r 分别为0. 7887 和0. 8016),在 实践中可以用碱解扩散法代替短期好气培养法, 以确定 土壤氮肥力指标。 1981 年 Whitehead [ 39] 提出 1 mol/ L KCl 在 100 下 煮沸浸提土壤1 h, 1986 年Gianello 和 Bremner [40] 又提出 了2 mol/ L KCl 在 100 下煮沸浸提土壤 4 h 的方法, KCl 浸提法由于不会引起土壤性质的巨大变化, 能较好 地反映土壤原来的情况而广泛应用。 Stanford 于 1968 年提出 0. 01 mol/ L CaCl2 加热提 取法以及高温高压提取法[ 41] , 发现提取液的# 葡萄糖∃和 蒸馏铵态氮相关性显著(r= 0. 98), 和矿化氮亦高度相关 (r= 0. 85) 。荷兰的 Houba 等人 [ 42] 在常温 20 下用0. 01 mol/ L CaCl2 提取作为土壤有效性氮素的浸提剂, 取得 了显著的成果, 该法所提取的氮素和荷兰作为推荐施肥 的标准方法及 EUF 提取的氮素具有良好可比性, 与盆 栽试验的植物吸收氮素量也密切相关。0. 01 mol/ L CaCl2 所提取的有效氮包括二部分: 无机态氮和可溶性 有机态氮, 而作物从土壤中吸收的氮素也是这两部分。 有学者认为, 用0. 01 mol/ L CaCl2 作为土壤有效氮素的 浸提剂评价土壤氮素供应状况从而合理推荐施肥, 防止 氮素环境污染的前景是诱人的[ 34] 。 电超滤( Electroultrafiltration) 方法, 即 EUF 法, 是 在古典电渗析基础上发展起来的, 通过揭示作物生长季 节中易矿化的土壤活性有机态氮, 从而提高了土壤氮素 有效性的预测程度。李生秀等[ 43] 通过试验发现, EUF 法与用 KCl 直接浸取的矿质氮有同样的价值, 但 EUF 的缺点是重复性不好、费时且仪器昂贵。 2. 3 数学方法 氮素矿化模型分类并无统一标准, 从不同角度建立 的矿化模型各式各样, 从建模的方法可分为: 经验模型、 功能模型、机理模型, 每个矿化模型都有其一定的适用 条件。目前在研究中常用的是功能模型, 其中, 基于矿 化势的矿化模型由于原理清晰, 模型简单, 参数较少, 易 于应用, 尤其受到研究者的青睐 [44] 。由于矿化过程较为 复杂、影响因子也较多, 有必要研究包含尽可能多的因 素的复合模型,以及模拟矿化过程的机理模型[ 45] 。 3 结论与展望 基于氮素在植物生长中的重要性, 土壤中氮的矿化 作用一直是土壤科学和植物营养学工作者研究的热点。 根据土壤供氮能力确定合理施肥量, 是保证作物高产、 提高氮肥利用率、减少环境污染的基本途径。我国农业 正从数量型向质量和效益型转变, 工作者应围绕优质、 高产与环境保护相协调这一目标, 建立与环境关系良好 的肥料管理体系。 研究氮矿化作用有许多种研究方法,各种方法都有 其应用领域, 在进行土壤试验时必须根据试验目的、试 验材料进行选择,目前还没有一种研究方法适用于各种 土壤。今后土壤氮矿化研究应加强各影响因素综合作 用及交互作用方面的研究, 建立复合模型及机理模型以 更明确土壤氮素矿化过程。在高产的前提下, 使得施氮 量与作物需氮规律一致, 为合理施用氮肥, 提高氮肥利 用率, 保护生态环境提供理论基础。总之, 欲彻底弄清 土壤氮矿化过程,尚需进一步深入研究。 参考文献 [ 1] 朱兆良. 农田中氮肥的损失与对策[ J]. 土壤与环境, 2000, 9(1) : 16. [ 2] 金雪霞, 范晓晖,蔡贵信, 等. 菜地土壤氮素矿化和硝化作用的特征 [ J]. 土壤, 2004, 36(4) : 382 386. [ 3] Puri G, Ashman M R.Relationship between soil microbial biomass and gross N mineralization [ J] . Soil Biology and Biochemistry, 1998, 30 ( 2 ): 251 256. [ 4] Clough T J, Jarvis S C, Hatch D J. Relationships betw een soil thermal units, nitrogen mineralization and dry matter production in pastures [ J] . Soil Use Manage, 1998, 14: 6569. [ 5] Nicolardot B, Fauvet G, Cheneby D. Carbon and nitrogen cycling through soil microbial biomass at various temperatures [ J] . Soil Biol Bio chem, 1994, 26: 253261. [ 6] 周才平, 欧阳华.温度和湿度对暖温带落叶阔叶林土壤氮矿化的影 响[ J] . 植物生态学报, 2001, 25(2): 204209. [ 7] 马力,杨林章, 颜廷梅, 等. 长期施肥水稻土氮素剖面分布及温度对 土壤氮素矿化特性的影响[J] .土壤学报, 2010, 47( 2) : 286294. [ 8] 唐树梅, 漆智平. 土壤水含量与氮矿化的关系[ J] . 热带农业科学, 1997(4): 5359. 35
·行业综述 北方园艺201015：3336 9引巨晓裳，李生秀土城氯素矿化的温度水分效应】.植物营养与肥 abdled nitrogen by plants J.Plant and Sod,1973,3%113 123 料学报9984小742 i 10 Fed C A.Ntroge d and indis ur unider frd and lab 残体在菜地士填中 反映十瑰供氯能 1☒王成王制英李世清.作物生长期间士境可矿化氯的变化规律研究 [3刘徐阳卷沈其荣.有机肥和化肥长距合施用对士境及不同粒级供 [.新疆农业科学.20m3.40:038. 氯特性的影响.土填学报24.4(1)：879见 1到腹晓艳氛湘成，陈恩风不同肥力棕城和黑士给粒级微团聚体氯素 3 Waring S人Brenner J M.a 比有机物料中有机刻 34都孝侯十壤有效氨测定方法的研究进展几.国外农业环境保扩 Bi 199830:5764 991(3):1720 李信，胡锋刘满强红壤氨素的矿化和硝化作用特征月，土 王明，尖立，黄东亚淹水士境中轩氯素的转化（江苏农业 190.1830 学报.20m1.14:23620. [3朱兆良我国土摔供氯和化肥氯去向研究的进最（.土壤，985.7 1图卢萍.杨林章韩勇.等根便和结拜还田时铝田土境供氧能力及产 量的影啊月，土壤通报，2007,381：3动卫 13周鸣铮.土端速效氨测定的化学方淘引.土壤农化参考资料.9公 19him A P.Modeing the release and loss of nitrogen agter veprta 1:3边44 ,河西灌土壤氯素矿化势的研究.甘话 和积累的影啊小.士壤通报，1 李增风，周水 ition and nitr Am.Pme.,1967.31:d0下40 1月.Environ.Qul.2001(30:140140 401 Gianello C Bremnner J M.A simple method of a 22]Qofoku OS.Cabrera M L.Wndham W R.Rapid rganic nitrogen n soils [J].Commn.In Soil Sci Plant Aml.1986 2到作.朱波.朱钟.无机与有机肥配施麦田（餐色土）铵态氨及 本氨的时空别.中国生态业学报.2m6.11:19121 ky I.Huylregaa A W N.Commpari-on of soi [2调范或五.不同有机质肥料的有机氨矿化研究小.贵州农业科学 by CaCb.by FUF and b som 三符建荣，等不同賄机肥对土壤中的氯素矿化及对化 究评价日 北农业出版社19 在反映士壤供氯能力方面的效小. 旗学报19男.304 6106 [4纠杨路华沈荣开，罩奇志，土壤氨素矿化数学模型研究进展).士壤 ǐ2刀李生秀.关于土瑞供氯指标的研究：对几种测定土壤供氢能力方法 通报2003346：7880 的评价.十学报199027(3)：2过240 [4的谷海红李岩，密等，士壤氯素矿化及其对烤烟品质的影研 G.Legg 0.Smith S J.Soil nitrogen availabiity 究进展1月.中国农学通时报.308.2410：32733 Research Progress of Soil Nitrogen Mineralization CHEN ZhUo CHANC ring.China Agric al University.Beijing 100083) Abstrct:This paper summarized research results of the soi nitrogen min ationand expounds the factors which infl ence soil nitmogen mineralization,inchding temperature and humidity infhence on nitrogen mineralizat ion content and rate and the interaction between the two was obyious.Besids.physical and chemical pmoperties of soil and foreign substances such as fertilizer.will also affect the soil mineralization processe s.It discussesed various methods of the soil nirogen an in order to provide evidence wher choose the suitable study method of soil nitrogen supply capacity.At the end of the article.the aut hor put forward the orospect of research on soil nitrogen mineralizat ion. 36 1994-2010 China Academic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved. http /www cnki ne
行业综述 北方园艺2010( 15) : 33~ 36 [ 9] 巨晓棠,李生秀.土壤氮素矿化的温度水分效应[ J] . 植物营养与肥 料学报, 1998, 4( 1): 3742. [ 10] Federer C A. Nitrogen mineralization and nitrification: depth variation in f our New England f orest soils [J] . Soil Sci. Soc. Am. , 1983, 47: 10081014. [ 11] 白优爱,巨晓棠,陈清.商品有机肥及蔬菜残体在菜地土壤中的氮素 矿化研究[J] .土壤与植物营养, 2003, 5(2): 45 49. [ 12] 王成, 王钊英, 李世清.作物生长期间土壤可矿化氮的变化规律研究 [ J] .新疆农业科学, 2003, 40( 5) : 320323. [ 13] 戴晓艳,须湘成,陈恩凤. 不同肥力棕壤和黑土给粒级微团聚体氮素 矿化势[ J]. 沈阳农业大学学报, 1990, 21( 4) : 327330. [ 14] 鲁彩艳,陈欣. 不同施肥处理土壤及不同碳氮比有机物料中有机氮 的矿化进程[ J]. 土壤通报, 2003, 34( 4) : 267270. [ 15] Curtin D C, Campbell A,Jail A.Eff ects of acidity on mineralization: pH dependence of organic matt er mineralization in w eakly acidic soil [J] . Soil Bi ology & Biochemistry, 1998, 30: 5764. [ 16] 李辉信,胡锋, 刘满强. 红壤氮素的矿化和硝化作用特征[ J] . 土壤, 2000(4) : 194 198. [ 17] 王志明,朱培立,黄东迈. 淹水土壤中秸秆氮素的转化[ J]. 江苏农业 学报, 2001, 17( 4): 236240. [ 18] 卢萍, 杨林章, 韩勇, 等. 绿肥和秸秆还田对稻田土壤供氮能力及产 量的影响[J] .土壤通报, 2007, 38( 1): 39 42. [ 19] Whitmore A P. 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Besides, physical and chemical properties of soil and foreign substances, such as fertilizer, will also affect the soil nitrogen mineralization processes. It discussesed various methods of the soil nitrogen mineralization, and compared the involved methods and indexes, in order to provide evidence when choose the suitable study method of soil nitrogen supply capacity. At the end of the article, the author put forward the prospect of research on soil nitrogen mineralization. Key words:soil; nitrogen; mineralization;reaserch progress 36