摘要：【目的】土壤有機氮礦化是產(chǎn)生無機氮的主要過程，研究巖溶區(qū)不同土地利用方式對有機氮礦化過程的影響，為巖溶區(qū)農(nóng)業(yè)種植提供理論依據(jù)。【方法】選擇巖溶區(qū)由灰?guī)r和泥晶灰?guī)r發(fā)育而來的石灰土作為研究對象，測定土壤的理化性質(zhì)和碳化學(xué)結(jié)構(gòu)，并采用15N同位素標(biāo)記方法，研究由喬灌地開墾種植砂糖桔后土壤有機質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量對有機氮礦化速率的影響。【結(jié)果】喬灌地開墾種植砂糖桔后，兩種石灰土的土壤有機碳(SOC)、全氮(TN)、鈣(Ca)含量、土壤田間持水量(WHC)和pH均顯著降低(P<0.05，下同)，鉀(K)含量顯著增加。灰?guī)r發(fā)育的石灰土鐵(Fe)、鋁(Al)含量和粘粒比例顯著增加，泥晶灰?guī)r發(fā)育的石灰土Fe、Al含量和粘粒比例無顯著變化(P>0.05，下同)。灰?guī)r發(fā)育的石灰土碳化學(xué)結(jié)構(gòu)變化不顯著，泥晶灰?guī)r發(fā)育的石灰土烷基碳從21.9%顯著增至25.7%，羰基碳從16.0%顯著降至13.5%。由灰?guī)r和泥晶灰?guī)r發(fā)育成的石灰土有機氮總礦化速率(MNorg)分別由2.96和2.22 mg N/(kg·d)降至0.66和1.05 mg N/(kg·d)，主要歸于易利用有機氮礦化速率(MNlab)的降低。灰?guī)r發(fā)育的石灰土難利用有機氮礦化速率(MNrec)變化不明顯，泥晶灰?guī)r發(fā)育的石灰土MNrec由0.36 mg N/(kg·d)提高至0.66 mg N/(kg·d)。泥晶灰?guī)r發(fā)育的石灰土MNorg和MNlab主要受控于土壤有機質(zhì)數(shù)量，與SOC和TN含量呈顯著正相關(guān);MNrec受有機質(zhì)結(jié)構(gòu)組成的影響，與烷基碳呈顯著正相關(guān)。灰?guī)r發(fā)育的石灰土MNorg和MNlab除受有機質(zhì)數(shù)量影響外，還受土壤巖性的影響，與Ca含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01，下同)，與Fe、Al含量和粘粒比例呈極顯著負相關(guān)。【結(jié)論】喬灌地開墾種植砂糖桔導(dǎo)致不同灰?guī)r發(fā)育的石灰土有機氮總礦化速率均顯著降低，土壤無機氮供應(yīng)能力減弱。

　　關(guān)鍵詞： 巖溶區(qū)石灰土;土地利用方式;巖性;礦化速率;有機質(zhì)質(zhì)量

　　引言

　　【研究意義】作為植物生長的必需營養(yǎng)元素，土壤氮素限制著陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和穩(wěn)定性(Fu et al.，2019;Hu et al.，2019)。適量的氮能促進植物生長(Sheshbahreh et al.，2019)，但當(dāng)?shù)砍^植物需求，不僅對植物無益，還會引起一系列生態(tài)環(huán)境問題，如溫室效應(yīng)和水體富營養(yǎng)化等(劉玉萍等，2017;曹文超等，2019)。除小分子有機物外，植物吸收利用的氮主要為無機氮(銨態(tài)氮和硝態(tài)氮)，無外源氮肥投入情況下，土壤有機質(zhì)礦化是無機氮供應(yīng)的主要過程(Booth et al.，2005)。因此，研究土壤有機氮礦化能力，有效評估無機氮供應(yīng)及有效性，對農(nóng)業(yè)種植具有重要現(xiàn)實意義。【前人研究進展】國內(nèi)外在自然(林地和草地等)和農(nóng)業(yè)(旱地和水田等)生態(tài)系統(tǒng)已開展了大量土壤氮轉(zhuǎn)化過程的研究工作(Zhu et al.，2014;Song et al.，2018;李平和郎漫，2020)。由碳酸鹽巖發(fā)育的石灰性土壤具有富鈣、偏堿性、土壤黏重等特點(曹建華等，2004;王世杰和李陽兵，2007)，使得巖溶區(qū)土壤氮的轉(zhuǎn)化過程有別于其他地區(qū)的土壤。巖溶區(qū)林地石灰土的氮礦化速率顯著低于林地紅壤的礦化速率(Zhu et al.，2016)。在巖溶區(qū)，林地土壤氮素的總礦化速率最高，農(nóng)作物土壤如玉米—大豆和飼草田較低，甘蔗地和桑園中最低(Li et al.，2018)。土地利用方式的改變及不同農(nóng)田管理措施(施用無機氮肥、有機肥和石灰)會顯著影響土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，進而影響土壤氮循環(huán)(Zhang et al.，2013)。我國西南巖溶區(qū)的碳酸鹽出露面積達51萬km2，因特殊的地質(zhì)條件，整個西南巖溶區(qū)山地多且土地資源有限，導(dǎo)致貧困地區(qū)較多(Jiang et al.，2014)。為了提高經(jīng)濟收入，當(dāng)?shù)厝藗兘?jīng)常在坡地毀林種植果樹，如柑桔和砂糖桔等。這種土地利用方式的改變可能通過影響土壤性質(zhì)(有機質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量、微生物活性和數(shù)量等)而改變土壤有機氮礦化過程(López-Poma et al.，2020)。人為擾動較少的石灰土包含較多的鈣，利于土壤有機質(zhì)累積，砍伐喬木或灌叢種植果樹會降低土壤鈣和有機氮含量，可能導(dǎo)致礦化過程下降(文冬妮等，2020)。果樹種植過程中常施用有機肥，可能提高土壤活性及有機氮含量而促進礦化過程(Zhang et al.，2012)。【本研究切入點】喬灌地改種砂糖桔不僅改變土壤有機質(zhì)數(shù)量，還改變土壤有機質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，進而影響土壤有機質(zhì)的礦化速率。但目前關(guān)于土壤有機質(zhì)數(shù)量和化學(xué)結(jié)構(gòu)影響礦化過程的研究相對較少。巖溶區(qū)石灰土由于存在較大的異質(zhì)性，不同巖性發(fā)育的土壤性質(zhì)不同，將會影響土壤有機氮礦化過程。【擬解決的關(guān)鍵問題】選擇灰?guī)r和泥晶灰?guī)r兩種不同巖性發(fā)育的石灰土為研究對象，利用15N標(biāo)記法，測定坡地喬灌開墾種植砂糖桔后土壤有機氮礦化速率的變化，以及土地利用方式發(fā)生改變后土壤有機質(zhì)濃度和化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，從土壤有機質(zhì)的數(shù)量和結(jié)構(gòu)角度闡述其對有機氮礦化過程的影響，為巖溶區(qū)農(nóng)業(yè)種植提供理論依據(jù)。

　　1 材料與方法

　　1. 1 研究區(qū)概況

　　采樣點位于廣西桂林市境內(nèi)，該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，境內(nèi)四季分明，雨量充沛，平均海拔150 m，年平均降水量1860 mm，年平均蒸發(fā)量1038～1566 mm，雨季主要發(fā)生在4—7月，年平均氣溫19.8 ℃。

　　本研究包含土壤類型和土地利用方式兩因素，土壤類型包括由灰?guī)r和泥晶灰?guī)r分別發(fā)育的土壤，土地利用方式包括喬灌和砂糖桔。灰?guī)r和泥晶灰?guī)r發(fā)育的土壤分別位于桂林市靈川縣大境鄉(xiāng)燈明村(東經(jīng)110°32′27″，北緯25°12′33″)和雁山區(qū)大埠鄉(xiāng)長流水村(東經(jīng)110°22′44″，北緯25°1′36″)。通過前期調(diào)查，燈明村和長流水村的砂糖桔種植年限均為4年左右，由灌叢地砍伐焚荒開墾而來，施肥措施基本一致，相對坡度12°～15°。燈明村喬灌植被以檵木(Loropetalum chinensis)為主，同時包括山麻桿(Alchornea davidii)、葛藤(Pueraria lobota)和野葡萄(Amepelopsis sinica)等，該區(qū)域地層為泥盆紀上統(tǒng)融縣組(D3r)，巖性為灰?guī)r，土層5～25 cm，坡度約12°。長流水村喬灌群落也以檵木為主，包括楓樹(Aceraceae)、山麻桿和薔薇(Rosa multifora)等，地層為泥盆紀上統(tǒng)桂林組(D3g)，巖性為泥晶灰?guī)r，土層5～20 cm，坡度約14°。

　　1. 2 土壤樣品采集

　　于2018年12月分別在燈明村和長流水村的喬灌地和砂糖桔地采集土壤樣品。喬灌地和砂糖桔地均選擇3個樣地作為空間重復(fù)，樣地間隔約100 m，每個樣地隨機選取3個1 m×1 m的樣點，采樣深度為0～10 cm，混勻組成1個樣品。土壤樣品去除根系、石塊和植物殘體，過2 mm篩，置于密封的保鮮袋中，4 ℃下保存培養(yǎng)。另取一部分樣品風(fēng)干后測定土壤理化性質(zhì)。

　　1. 3 15N標(biāo)記試驗

　　稱取相當(dāng)于30 g干土重的新鮮土樣(過2 mm篩)置于250 mL三角瓶中，在室溫25 ℃的室內(nèi)預(yù)培養(yǎng)1 d，分別加入1 mL 15NH4NO3和NH415NO3(豐度均為5%)溶液，加入的銨態(tài)氮(NH4+)和硝態(tài)氮(NO3-)濃度均達50 mg N/kg。同時加入去離子水，調(diào)節(jié)土壤含水量至60%的田間持水量(WHC)，用封口膜封住瓶口，并用注射器針頭扎3個小孔，便于瓶內(nèi)外氣體交換，置于恒溫25 ℃條件下培養(yǎng)。分別在添加標(biāo)記物后的0.5、24、48和72 h各取3瓶，加入150 mL 2 mol/L KCl溶液，25 ℃、250 r/min下振蕩提取1 h，過濾，立即測定提取液中NH4+、NO3-濃度和15N豐度。

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