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土壤有机氮组分研究进展_鸭脖官方

本文摘要:摘要:有机氮成分作为土壤氮的最重要组成部分,是土壤中有效的态氮来源和库,在氮素矿化、同一、移入及植物生长中起着重要作用。

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摘要:有机氮成分作为土壤氮的最重要组成部分,是土壤中有效的态氮来源和库,在氮素矿化、同一、移入及植物生长中起着重要作用。综述了近年来国内外土壤有机氮成分的研究进展,概述了土壤有机氮成分的构成、功能及其影响因素。结果表明,土壤有机氮成分与土壤供氮能力密切相关,其中酸解法氨氮和酸解法氨基酸氮是土壤有机氮成分的主要组成,在一定程度上与土壤供氮潜力密切相关。

最后,作为未来研究重点的同位素标记技术和分子生物学技术等在土壤有机氮成分研究中的应用可望为未来开展发展,深入开展土壤氮循环和供氮能力的研究得到一定的理论参照。土壤氮是作物生长的必要因素,也是最重要的允许因子。

近年来,氮肥粗放用药在提高作物产量、质量的同时,也带来了氮肥利用效率低、氮素损失相当严重、氮素供应潜力低等问题。土壤有机氮是矿质氮的来源和库,只占氮的90%以上,是土壤供氮潜力的主要贡献者。

土壤有机氮主要不存在于几乎不分解的动植物残体和土壤腐殖质中,但土壤有机质控制了土壤微生物活性和氮有效性,进而维持或提高土壤氮的供给,获得作物生长所需的氮。土壤氮的有效性不受有机氮化学形态和活化状况的制约,同时有机氮也是作物氮吸收的主要形态矿质氮的来源和库。

土壤有机氮成分是土壤有机氮最重要的化学形态,包括酸解法氨态氮、酸解法氨基酸氮、酸解法氨基糖氮及酸解法不为人知的态氮,对土壤氮的有效性产生必要或间接影响,在土壤氮循环中起着最重要的作用因此,研究土壤有机氮成分对积极开展土壤氮的有效性和供氮能力的研究具有最重要的意义。本文综述了近年来国内外土壤有机氮成分的研究进展,综述了土壤有机氮成分的构成、功能及其影响因素,并就土壤有机氮成分未来的研究重点和方向展开了未来的发展,为深入开展土壤氮循环和氮素供应能力的研究得到了理论参考1土壤有机氮构成和功能耕层土壤(0~30 cm )的约90%以上的氮是有机氮,此时处于固持矿化的动态平衡。

目前土壤有机氮组主要有两种分类方法。一种是用重液提取土壤,按有机氮中的“游离”物质的比重分为比重2.0的重组和比重2.0的轻两组。二是采用Bremner法,用6 mol L-1HCl水解土壤12 h,土壤中可酸分解的氮称为酸分解氮,不能酸分解的氮称为非酸分解氮,这两种分组方法至今仍在继续。

前者的原理主要由土壤有机氮成分的物理性质组成。后者主要由土壤有机氮成分的化学形态组成,比前者更准确。因此,本研究主要采用Bremner酸解组的方法展开有机氮成分的综述。

根据土壤有机氮的化学形态,分别分为非酸分解氮和酸分解氮(主要包括酸分解法氨氮、酸分解法氨基酸氮、酸分解法氨基糖氮和酸分解法未知的态氮)。1.1酸解法氨态氮酸解法氨态氮是土壤酸水解产物中的氨,其含量约占土壤总氮的20%~35%。其来源更简单,还包括来自土壤的无机氮(主要是土壤同态铵和吸附性铵)、土壤酸分解物(干氨基或水解生成的氨基酸和氨基糖)和酰胺类化合物。

王圣瑞等人的研究表明,大部分酸解法氨态氮来源于同态铵,特别是新构成的固定氮,明显参与同态铵、互换铵、全氮之间。丛耀辉等人的研究表明酸解法氨氮是土壤可矿化氮的最主要必要来源。L等人的研究表明,在土壤植物系统中,酸解法氨态氮作为含有很多难以矿化的有机氮的临时氮库。

如上所述,酸解法氨氮是土壤中主要季节作物吸收利用的有效态氮,其含量强弱直接影响土壤供氮可能性,与土壤供氮可能性密切相关。1.2酸解法氨基酸氮酸解法氨基酸氮是土壤氮中未知数量最少的难以水解状态的有机非氮化合物,其含量约占土壤总氮的30%~50%。酸解法氨基酸氮主要以有机无机结合体的形式存在,土壤溶液、微孔、导电很少存在于其他成分中,主要来自土壤微生物、动植物残体及其分解产物中的蛋白质、多肽等。Amelung等人的研究表明,酸解法氨基酸氮与土壤微生物的新陈代谢活动密切相关,是土壤中保持氮的最重要的储存库。

Chen等人的研究表明土壤中的酸解法氨基酸氮在氮循环过程中起着最重要的作用,特别是小分子氨基酸需要被微生物同化吸收。Li的研究表明,酸解法氨基酸氮是最主要的矿化源,酸解法氨基酸氮和酸解法氨氮是要求氮矿化势的两种最重要的有机氮成分。

Bardgett等人的研究也进一步指出酸解法氨基酸氮是植物吸收有效氮的主要来源。Werdin-Pfisterer等人的研究也指出酸解法氨基酸氮是土壤微生物和植物有效吸收氮的主要来源。

Atanasova等人的研究结果表明,土壤酸解法氨基酸氮与总氮之间圆形明显接近,有关系。根据Abdelrahman等人的研究,土壤中酸解法氨基酸氮成为土壤有机质水解的命令指标,其含量的减少主要可能来自土壤中有机质的水解。

L等人的研究表明,在土壤植物系统中,大部分酸解法氨基酸氮不作为与微生物代谢物有关的聚合物存在,在季节作物的生产过程中主要作为过渡性氮库,协商土壤有效氮库与作物氮吸收的关系。在土壤中,蛋白质类形态中不存在的酸解法氨基酸氮支配着土壤-植物系统整体的氮循环过程。吴汉卿等人的研究结果表明酸解法氨氮和酸解法氨基酸氮是设施土壤中最主要的有机氮形态,是土壤活性氮中的主要成分。

如上所述,酸解法氨基酸氮是土壤微生物和季节植物吸收利用的有效氮的主要来源,均与土壤的供氮潜力密切相关。1.3酸解法氨基糖氮土壤中酸解法氨基糖氮主要包括两种活化形式,一种是为了集中非均质填充状态的大分子化合物,另一种是与无机胶体密切融合的形式,其含量约占土壤有机氮的5%~10%。张和Amulung等人用气质磁共振测定的酸解法氨基葡萄糖氮的主要成分是氨基葡萄糖、氨基半乳糖、细胞壁酸。

它主要来源于土壤微生物生物合成的微生物细胞壁,可以体现土壤微生物的氮素同化吸收利用过程,因此土壤中酸解法氨基葡萄糖氮的含量与土壤微生物活性、数量和群落结构密切相关。Wang等人的研究结果表明,酸解法氨基壳聚糖不参与土壤全氮、矿质氮、总有机氮之间,但酸解法氨基壳聚糖含量的提高和土壤供氮能力的减少明显相关。He等人的研究结果表明,土壤氨基葡萄糖含量与土壤碳氮供应密切相关,其中细胞壁酸在平衡碳氮供应方面具有高度的循环性,氨基葡萄糖部分符合碳源的必须。

酸解法氨基糖胺聚糖对土壤碳氮循环中的微生物过程有命令。陈坤的研究结果表明,土壤有机氮成分中酸解法氨基葡萄糖氮与土壤微生物之间有明显的关系,也包括放线菌、真菌、克细菌等微生物群落。

根据He等人的研究,氨基葡萄糖主要来自真菌,细胞壁酸大多来自细菌,氨基半乳糖大多来自真菌的贡献,因此氨基葡萄糖与细胞壁酸之比可用于评价真菌、细菌残留物对土壤碳氮循环的贡献和贡献
综上所述,酸解法氨基糖胺聚糖与土壤微生物的新陈代谢密切相关,但微生物细胞壁残留物的异源性也可以作为生物标志物了解土壤微生物代谢物的转化速度、程度及限度,评价真菌和细菌对土壤碳氮循环的贡献和作用1.4酸解法不知道的态氮酸解法不知道的态氮是指最初在酸解法过程中还没有判别的含氮化合物,其含量约占土壤总氮的10%~20%。Nannipoeri和Eldor等人的研究结果表明,核酸也是部分酸解法不知道的态氮的来源。在近年的研究中,土壤酸解法不为人知的态氮中还含有杂环态氮(n -苯氧基氨基酸氮、非-氨基酸氮、嘧啶、嘌呤等)、土壤腐殖质化过程的产物和一部分酸分解未释放的同态铵,酸解法1.5非酸分解氮非酸分解氮是土壤酸解法过程中氨基酸和氨基糖由醛构成的简单化合物,其含量约占土壤总氮的10%~20%左右。这种化合物结构平稳,用6 mol L-1的HC1酸无法知道单体,因此关于这部分化合物的性质和构成的研究很少有人报道。

根据Stevenson等人的研究,非酸分解氮与酸解法中不为人知的态氮密切相关,作为桥梁奎宁群的分子,有可能含有物质和腐殖质中的杂环态缩聚物。根据Bremner的研究,非酸分解氮中还含有非酸可溶性土壤残渣导电的酸分解物,不能分解成不含氮的化合物(与土壤粘土矿物融合或位于粘土矿物的格子内)。

L等人的研究表明,非酸分解氮是与肥料氮的保持过程密切相关的平稳的氮库。张玉树等人的研究表明,非酸解氮分配比例的减少不减少土壤有机氮的矿化速度,影响土壤供氮能力。

据指出,非酸分解氮是含有蛋白质等杂环态含氮的化合物,可以构成结构平稳的腐殖质。现在,关于酸解法,状态氮和非酸分解氮的构成、来源和功能还不清楚,还有待进一步的研究。2土壤有机氮成分的影响因素2.1灌溉姬景红等通过温室不同灌溉方式多年田间试验的研究指出,土壤有机氮各成分含量和分配比例的差异主要不存在于0~50 cm的土层内,50 cm以下的差异较小。

众所周知,各土层沟灌处理的酸解法氨基酸氮、酸解法氨基酸氮及酸解法氨态氮在总氮中所占的比例高于滴灌和渗透灌溉处理,但在滴灌和渗透灌溉处理的酸解法中,态氮和非酸解法氮在总氮中所占的比例高于沟灌处理Tian等人通过培育实验的研究指出,减少氮塌陷量和降雨量同时不减少土壤酸解法氨基酸氮和酸解法氨态氮含量,减少酸解法氨基糖氮含量,提高土壤氮回收率和土壤供氮潜力。吴汉卿等人的研究表明,灌水上限、舒氮量和水氮的相互作用对设施土壤有机氮成分的影响都明显超过了接近的水平。因此,灌溉方法和灌溉量直接影响水分的供给方式和土壤水分的运动和断面生产,进而影响土壤水分的有效性、土壤微生物的新陈代谢活动,使土壤各有机氮成分的含量和分配比例再次变化。2.2播种的大量研究结果指出播种对土壤有机氮成分有明显的影响。

高晓宁等人的研究表明,不同播种处理对土壤有机氮各成分含量的影响顺序是有机无机配合有机肥料单施化肥单施不播种处理。多年来不同的播种措施对耕层(0~30 cm )土壤酸解法氮的各成分含量产生了明显的影响。化肥的单施和有机无机肥料的配合都改变了土壤酸解法氮的各成分的含量和生产比例,其中酸分解氮基酸态氮的含量和分配比例的提高效果特别显着。李萌等人的研究结果表明,猪粪代替氮肥明显提高了稻麦轮作条件下土壤酸解法的总氮和酸解法的氨基酸氮和酸解法的未知态氮含量。

任金峰等人的研究结果表明,有机无机肥料的配合有效地减少土壤的有机氮,进而加强土壤供氮潜力,提高土壤肥力水平。Kwon等人的研究表明,有机肥的产生明显提高了土壤有机氮含量,有机无机肥的配合可以减少土壤有机氮的各成分含量,提高供氮潜力,同时通过土壤微生物调节矿质氮的保持和转化。

有机无机肥料的配合减少了土壤酸解法总氮、酸解法氨基葡萄糖氮、酸解法氨态氮、酸解法氨基酸氮和非酸解法氮含量,但酸解法不知道的态氮含量减少了。彭令发等人的研究认为,有机无机肥料的配合对土壤酸解法氨基酸氮和酸解法不为人知的态氮含量有显着影响,对土壤酸解法氨基酸氮和酸解法氨氮含量的影响很小。李丽霞等人认为黄土区人工牧草地18年的苜蓿连作方式对耕层土壤酸解法总氮有相当大的影响,其中对酸解法氨基酸氮、酸解法氨基酸氮及酸解法氨氮含量的影响更大。

肖伟伟等人认为黄土湿盐黑垭土有机氮成分中有机肥料和化肥的配合对酸解法氨基酸氮的影响如下。张电学等研究表明,在有机氮的积累过程中,化肥氮主要转化为土壤酸解法氨氮和酸解法氨基酸氮,有机肥料氮主要转化为土壤酸解法氨基酸氮。明确了不同播种措施对土壤有机氮成分含量和分配比例的影响。

多年来有不同的肥料管理模式,土壤氮可能在不同的有机氮成分中展开选择性积累效果,科学合理的播种措施有助于提高土壤供氮能力。2.3土地利用方式的研究表明,土地利用方式(早于地、水田、林地)明显影响土壤酸解法总氮和酸解法氨基酸氮、酸解法氨态氮和酸解法氨基酸氮的含量及其分配比例,表明了草地田间的生产规律。

在旱地和林地利用方式中,分别是土壤酸解法的氨态氮含量和土壤酸解法的氨基糖氮、酸解法的氨基酸氮含量的减少幅度特别显着,整体上水田变成林地后土壤难以矿化分解的酸分解氮的减少效果特别显着康春梅等人对土壤中有机氮各成分含量的影响表明是林地的栎树林地耕地。旱地土壤总氮、酸解法的总氮含量均明显高于适宜的稻土,有机氮的各成分含量也有与圆形完全相同的变化趋势。2.4耕作方式施书莲等人的研究报告显示,耕作明显减少了土壤酸解法氨氮含量,但酸解法氨基酸氮含量明显减少,酸解法中态氮和酸解法氨基酸氮的变化趋势不显着。

Stevenson的研究结果表明,耕作对土壤酸解法氨基葡萄糖氮含量的影响很小,明显减少了土壤酸解氮含量,减少了酸解法氨基酸氮含量。Brenmer的研究结果表明,耕作明显减少了土壤有机氮的各成分。

也有人指出秸秆还田对有机氮的成分和生产有很大的影响。姜小凤等人认为免耕覆盖面积的秸秆酸解法总氮含量(0~5 cm土层)与以往的耕作相比减少了17.18%。贾倩等人的研究结果表明,干旱和旱地轮作中土壤酸解法氮各成分变化差异明显,土壤酸解氮含量减少是土壤总氮含量变化的主要原因。因此,土地利用方式和耕作方式对土壤有机氮成分的含量和分配比率有显着影响,这可能是由于土地利用和耕作方式不同而导致土壤物理、化学和生物性质的不同。

2.5冻融交错徐俊俊等人的研究表明冻融时间对土壤有机氮成分的影响很明显,随着冻融时间的变化,酸解法氮的各成分变化显着,失效温度的轻微程度影响土壤酸解法氨基酸氮和酸解法氨基酸氮含量贾国晶等人的研究表明,冻融促进了土壤有机氮矿化,不利于土壤中有效态氮的积累和土壤供氮能力的提高。冻融交错对土壤有机氮成分的含量和分配比率有明显的影响。

这可能需要冻融交错下的土壤水热状况或间接地影响土壤微生物活动,同时冻融交错在一定程度上不会导致土壤结构的变化, 引起土壤有机氮成分含量和分配比率的变化2.6栽培年限Wang等人根据长时间尺度序列的典型稻土有机氮成分的研究结果,土壤有机氮成分的含量有随着栽培年限的减少圆形指数迅速增加的趋势,栽培年限约100年左右马上王晋等人的研究结果表明,不同的栽培方式和年限对土壤主要有机氮成分在总氮中的分配比例影响不大。不同栽培年限农田土壤总氮含量和酸解法总氮含量明显高于适宜的稻田土壤,各有机氮成分含量也相同。圆形有完全相同的倾向。旱地土壤酸解法除氨基酸氮和稻土酸解法氨基酸氮外,有机氮的各成分随时呈圆形指数变化趋势。

张玉树等人对不同栽培年限果园土壤有机氮成分进行了研究,结果表明土壤酸解法氨氮和酸解法未知的态氮分配比例随栽培年限的减少而上升,酸解法氮分配比例被忽视。2.7土壤类型有一些研究指出不同类型土壤中有机氮各成分含量的差异很明显。

在沙漠土、高寒草土、滨海盐渍土、潮褐色土、蟾蜍和黑土等各种类型的土壤中,酸解法总氮、酸解法氨基酸氮、酸解法氨氮、酸解法未知态氮和非酸分解氮的含量和分配比例都很小。这可能意味着土壤中有机氮的各成分著含量和比较含量的变化,因为不同种类土壤的水肥气热等环境条件不同,土壤有机质的矿化和腐殖化过程没有差异。3结论从未来的发展和国内外土壤有机氮成分的深入研究中很难找到,土壤有机氮成分与土壤供氮潜力密切相关。

但是,由于技术和方法的允许,土壤有机氮成分的明确构成仍然有很多未解决的谜团。目前有机氮成分的研究对象大部分集中在农田生态系统中,研究播种对土壤有机氮成分的影响的报道最多,关于灌溉、冻融交错、耕作方式和土地利用方式等影响因素的研究较少。土壤中有机态氮的时刻处于固定矿化的动态平衡,但目前很多研究对单一的影响因素,关于双因素或多因素的研究很少报道。

一些研究表明土壤的物理、化学和生物性质与土壤氮的转化过程密切相关。灌溉不需要改变土壤的容积、含水量、孔隙结构和温度等指标,施氮不需要改变土壤的氮素储量,这些土壤性状都与需要或间接地与土壤微生物活性、群落结构等有关。土壤微生物是土壤氮转化的主要驱动力,也是土壤生态系统中最重要的调节器。如上所述,从以下几点出发,进一步研究土壤有机氮成分与土壤供氮能力的关系,更好地理解土壤有机氮成分在生态系统中的功能和作用。

(1)目前的研究主要在农业生态系统中展开,需要对不同种类土壤有机氮成分的研究势头,同时展开双因素或多因素对土壤有机氮成分的影响,确认多种影响因素之间是否有结合,土壤氮的运行机制(2)应用同位素标记技术,液相色谱质谱技术(LC/MS )和气相色谱质谱技术(GC/MS ),采用不同措施分析土壤有机氮成分中的明确构成结构、含量和分配比例,产生氨基糖等(3)植物根际微生物直接影响土壤植物系统的氮素运行,因此应用于目前发展缓慢的分子生物学技术如高通量测定序列技术、稳定同位素核酸探针技术和微量热技术等。

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