不同有机/无机氮添加对草原土壤氮素分配和转化特征的影响

doi:10.11686/cyxb2021104

草业学报 ›› 2022, Vol. 31 ›› Issue (1): 36-46.DOI: 10.11686/cyxb2021104

不同有机/无机氮添加对草原土壤氮素分配和转化特征的影响

汪梦寒¹(), 董利利², 李富翠¹(), 韩烈保¹(), 王祥³

^1.北京林业大学草业与草原学院，北京 100083
^2.中国科学院沈阳应用生态研究所额尔古纳森林草原过渡带生态系统研究站，辽宁沈阳 110016
^3.中国农业大学土地科学与技术学院，北京 100193

收稿日期:2021-03-23 修回日期:2021-07-05 出版日期:2021-12-01 发布日期:2021-12-01
通讯作者: 李富翠,韩烈保
作者简介:Corresponding author. E-mail： hanliebao@163.com
Corresponding author. E-mail： li_fucui043@126.com
汪梦寒（1998-），女，江苏徐州人，在读硕士。E-mail： menghan9898@163.com
基金资助:
中央高校基本科研业务费专项资金(BLX201940);国家自然基金面上项目(31971770)

Effects of different organic ∶inorganic nitrogen addition ratios on nitrogen distribution and transformation in a grassland soil

Meng-han WANG¹(), Li-li DONG², Fu-cui LI¹(), Lie-bao HAN¹(), Xiang WANG³

^1.School of Grassland Science，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China
^2.Erguna Forest Steppe Ecotone Ecosystem Research Station，Shenyang Institute of Applied Ecology，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016，China
^3.College of Land Science and Technology，China Agricultural University，Beijing 100193，China

Received:2021-03-23 Revised:2021-07-05 Online:2021-12-01 Published:2021-12-01
Contact: Fu-cui LI,Lie-bao HAN

摘要/Abstract

摘要：

氮沉降增加已成为全球变化的重要现象之一，已显著影响草地土壤氮素循环。以内蒙古额尔古纳草甸草原为研究对象，进行了6年不同形式氮添加试验，设置无机氮和有机氮比例分别为：10∶0 （N₁），7∶3 （N₂），5∶5 （N₃），3∶7 （N₄），0∶10 （N₅）和对照处理0∶0 （CK）。通过土壤有机质物理分组及室内矿化培养的方法，从氮素形态、氮素组分及氮素潜在矿化三方面研究不同比例有机、无机氮添加对草原土壤氮素分配和转化特征的影响。结果表明，土壤全氮含量未受氮素添加形式的影响；氮添加显著提高了0~20 cm土层矿质氮含量，尤其是土壤硝态氮，其中N₄（无机氮∶有机氮=3∶7）混合氮肥处理下硝态氮含量增幅最大，较对照处理增加1332%。不同形式氮添加没有影响氮素在土壤颗粒态有机氮（轻组）及矿物结合态有机氮（重组）中的占比；N₁（无机氮∶有机氮=10∶0）处理显著提高了0~10 cm土层颗粒态有机氮（轻组）及0~20 cm土层矿物结合态有机氮（重组）中的氮素相对含量，较对照分别增加了91%和44%。氮添加增加了10~20 cm次表层土壤硝化速率的同时降低了氨化速率，但土壤净氮矿化速率不受氮添加形式的影响。因此，有机/无机氮添加比例变化对草原土壤氮素形态和周转的影响也更加复杂。

关键词: 草甸草原, 氮添加, 氮素形态, 有机质分组, 氮素矿化

Abstract:

Increase in nitrogen （N） deposition has become one of the most important phenomena of global change， and has significantly affected the soil nitrogen cycle in many grasslands. This experiment studied the effects of inorganic versus organic forms of N addition on the soil N cycle， in a six-year N addition experiment carried out in meadow steppe grassland in Inner Mongolia. Inorganic N （IN） was added as NH₄NO₃， while organic N （ON） was added as urea and glycine mixed in equal proportions， based on their N concentrations. The ratios of IN∶ON used as treatments were 10∶0 （N₁）， 7∶3 （N₂）， 5∶5 （N₃）， 3∶7 （N₄）， 0∶10 （N₅） and 0∶0 （CK）. Soil N was fractionated into light fractions and heavy fractions. Additionally， a short-term incubation was conducted to assess potential N mineralization. Our results showed that soil total N content was not affected by the form of N addition. Nitrogen addition significantly increased soil nitrate and mineral N concentrations in the 0-20 cm soil layer， and this effect was most pronounced in the N₄ （IN∶ON=3∶7） treatment. Compared with the control treatment， soil mineral N increased by 1332% in the N₄treatment. The N concentration of light fractions in the 0-10 cm soil horizon was increased by 91% and the N concentration of heavy fractions in the 0-20 cm horizon was increased by 44% both under N₁ treatment （IN∶ON=10∶0）. However， the percentage of N concentrations in light fractions and heavy fractions was not affected by different forms of N addition. The data also indicated that N addition increased the nitrification rate while decreasing the ammonization rate in the 10-20 cm soil horizon， but it did not affect the soil net N mineralization rate. Therefore， the effects of changing the IN∶ON addition ratio on the form and turnover of nitrogen in these grassland soils are complex.

Key words: meadow steppe, nitrogen fertilization, nitrogen forms, soil organic matter fractions, nitrogen mineralization

汪梦寒, 董利利, 李富翠, 韩烈保, 王祥. 不同有机/无机氮添加对草原土壤氮素分配和转化特征的影响[J]. 草业学报, 2022, 31(1): 36-46.

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图/表 6

表1 土壤氮素含量

Table 1 Soil nitrogen content

处理 Treatments	深度 Depth （cm）	氮素含量 Nitrogen content （g·kg^-1）
处理 Treatments	深度 Depth （cm）	风干土 Dry soil	轻组 Light fractions	重组 Heavy fractions
CK	0~10	2.23±0.11a	0.91±0.07a	4.79±0.08a
CK	10~20	1.96±0.24a	0.47±0.07a	3.72±0.06a
N₁	0~10	3.43±0.42a	1.47±0.18a	5.18±0.33a
N₁	10~20	2.82±0.41a	0.67±0.11a	4.23±0.17a
N₂	0~10	2.49±0.45a	1.43±0.34a	4.99±0.61a
N₂	10~20	2.27±0.14a	0.68±0.09a	4.18±0.45a
N₃	0~10	2.75±0.37a	1.16±0.07a	4.99±0.20a
N₃	10~20	2.14±0.09a	0.58±0.08a	3.97±0.15a
N₄	0~10	2.70±0.23a	1.07±0.09a	4.93±0.14a
N₄	10~20	2.13±0.24a	0.58±0.10a	3.96±0.10a
N₅	0~10	2.81±0.16a	1.40±0.17a	4.74±0.33a
N₅	10~20	2.17±0.16a	0.87±0.17a	4.00±0.14a

图1 不同比例有机/无机氮添加对土壤无机态氮的影响不同小写字母表示同一土层不同处理间差异显著（P<0.05）；平均值±标准误；下同。Different lowercase letters indicate significant difference among different treatments at the same soil layer （P<0.05）； mean±SE； the same below.

Fig.1 Effect of different organic/inorganic nitrogen additions on soil inorganic nitrogen

图2 不同比例有机/无机氮添加对土壤微生物量氮的影响

Fig.2 Effect of different organic/inorganic nitrogen additions on soil microbial biomass nitrogen

图3 不同土层中轻组及重组氮素含量占比

Fig.3 Nitrogen content percentage of light fractions （LF） and heavy fractions （HF） in different soil depth

图4 不同深度土层中轻组及重组氮素相对含量

Fig.4 Relative nitrogen concentrations of light fractions （LF） and heavy fractions （HF） in different soil depth

图5 不同比例有机/无机氮添加对土壤氮矿化速率的影响

Fig.5 Soil N mineralization rate under different organic/inorganic nitrogen additions

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不同有机/无机氮添加对草原土壤氮素分配和转化特征的影响

Effects of different organic ∶inorganic nitrogen addition ratios on nitrogen distribution and transformation in a grassland soil

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