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土壤有机氮组分研究进展‘网上体育平台’2020-11-20 08:19

土壤有机氮组分研究进展

概要:有机氮组分作为土壤氮素的最重要构成, 是土壤中有效地态氮的源和库, 在氮素矿化、相同、迁入以及为植物生长可供氮过程中起着至关重要的起到。总结近年来国内外土壤有机氮组分的研究进展, 概述了土壤有机氮组分的构成、功能及其影响因素。结果表明, 土壤有机氮组分与土壤可供氮能力密切涉及, 其中酸解法铵态氮和酸解法氨基酸氮为土壤有机氮组分的主要构成, 一定程度上可作为土壤可供氮潜力的密切相关。最后, 对未来的研究重点―同位素标记技术和分子生物学技术等在土壤有机氮组分研究的应用于展开未来发展, 以期为深入开展土壤氮素循环和可供氮能力的研究获取一定的理论参照。土壤氮素是作物生长必须因素, 也是最重要的容许因子。近年来, 氮肥的粗放式用药, 造成作物产量、品质上升的同时, 也带给氮肥利用效率较低、氮素损失相当严重和可供氮潜力低等问题。土壤有机氮是矿质氮的源和库, 占到仅有氮90%以上, 是土壤可供氮潜力的主要贡献者。土壤有机氮主要不存在于未几乎分解成的动植物残体和土壤腐殖质, 而土壤有机质调控着土壤微生物活性和氮素有效性, 进而保持或提升土壤氮素供应, 获取作物生长发育所需的氮素。土壤氮素有效性不受有机氮化学形态和赋存状况的制约, 同时有机氮亦是作物氮素吸取主要形态-矿质氮的源和库。土壤有机氮组分是土壤有机氮的最重要化学形态, 还包括酸解法铵态氮、酸解法氨基酸氮、酸解法氨基糖氮及酸解法不得而知态氮, 必要或间接影响土壤氮素有效性, 在土壤氮素循环中起着最重要起到。因此, 研究土壤有机氮组分对积极开展土壤氮素有效性和可供氮能力的研究具备最重要意义。本文总结了近年来国内外土壤有机氮组分的研究进展, 综述了土壤有机氮组分的构成、功能及其影响因素, 并对土壤有机氮组分未来的研究重点与方向展开未来发展, 以期为深入开展土壤氮循环和可供氮能力的研究获取理论参照。1 土壤有机氮构成与功能耕层土壤 (0~30 cm) 中约有90%以上的氮素为有机氮, 其时刻正处于固持-矿化的动态平衡中。目前, 对于土壤有机氮分组主要有两种分类方法, 一是用重液萃取土壤, 再行按有机氮中“游离”物质的比重分成比重2.0的重组和比重2.0的轻两组;二是使用Bremner法, 用6 mol L-1HCl水解土壤12 h, 将土壤中能被酸解的氮称作酸解氮, 无法被酸解的氮称作非酸解氮, 此两种分组方法仍然沿用至今。前者原理主要是根据土壤有机氮组分物理性质的有所不同而展开分组。后者主要是根据土壤有机氮组分的有所不同化学形态展开分组, 比较前者来说更加精准些。因此, 本研究主要使用Bremner酸求解分组的方法展开有机氮组分综述。按土壤有机氮的化学形态分别区分为非酸解氮和酸解氮 (主要还包括酸解法铵态氮、酸解法氨基酸氮、酸解法氨基糖氮和酸解法不得而知态氮) 。1.1 酸解法铵态氮酸解法铵态氮是土壤酸水解产物中的氨, 其含量大约占到土壤全氮的20%~35%。其来源更为简单, 还包括来自土壤的无机氮 (主要为土壤相同态铵和吸附性铵) 、土壤酸解法产物 (干氨基或水解产生的氨基酸和氨基糖) 和酰胺类化合物。王圣瑞等研究指出, 绝大多数酸解法铵态氮是源于相同态铵, 特别是在是新的构成的固持氮, 相同态铵、互相交换性铵和全氮之间明显于是以涉及。丛耀辉等研究指出, 酸解法铵态氮是土壤可矿化氮的最主要的必要来源。Lü等研究指出, 在土壤-植物系统中, 酸解法铵态氮作为一个所含大量不易矿化有机氮的临时氮库。综上所述, 酸解法铵态氮是土壤中主要的可必要可供当季作物吸取利用的有效地态氮, 其含量的强弱直接影响土壤可供氮潜力, 可作为土壤可供氮潜力的密切相关。1.2 酸解法氨基酸氮酸解法氨基酸氮是土壤氮素中未知的数量最少的一类不易水解态有机不含氮化合物, 其含量大约占到土壤全氮的30%~50%。酸解法氨基酸氮主要以有机-无机结合体形式不存在, 较较少不存在于土壤溶液、微孔隙和导电在其它组分, 其主要源于土壤微生物、动植物残体及其分解成产物中蛋白质、多肽等。Amelung等研究指出, 酸解法氨基酸氮与土壤微生物新陈代谢活动联系密切, 是土壤固持氮的最重要储存库。Chen等研究指出, 土壤中酸解法氨基酸氮在氮素循环过程中起了最重要起到, 特别是在是小分子氨基酸能必要被微生物同化吸取。Li的研究认为, 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铵态氮是两种最重要的要求氮素矿化潜势的有机氮组分。Bardgett等的研究也更进一步指出, 酸解法氨基酸氮是植物吸取的有效地氮的主要来源。Werdin-Pfisterer等研究也指出, 酸解法氨基酸氮是土壤微生物和植物吸取有效地氮的主要来源。Atanasova等研究结果表明, 土壤酸解法氨基酸氮和全氮之间呈圆形近于明显于是以涉及关系。Abdelrahman等研究指出, 土壤中酸解法氨基酸氮可作为土壤有机质水解的命令指标, 其含量的减少有可能主要是源于土壤中有机质的水解。Lü等研究指出, 在土壤-植物系统中, 绝大多数酸解法氨基酸氮以与微生物代谢物涉及的聚合物形式不存在, 在当季作物生产过程中主要是当作一个过渡性氮库的起到, 从而协商土壤有效地氮库和作首页物吸氮之间的关系。在土壤中, 以蛋白质类形态不存在的酸解法氨基酸氮掌控着整个土壤-植物系统中的氮素循环过程。吴汉卿等研究结果表明, 酸解法铵态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组分。综上所述, 酸解法氨基酸氮是土壤微生物和当季植物吸取利用的有效地氮的主要来源, 其均可作为土壤可供氮潜力的密切相关。1.3 酸解法氨基糖氮土壤中酸解法氨基糖氮主要还包括两种赋存形式, 一种是为集中非均质的填充态大分子化合物, 另外一种是密切与无机胶体融合形式, 其含量大约占到土壤有机氮的5%~10%。Zhang和Amulung等使用气质磁共振测量出有的酸解法氨基糖氮主要成分为氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸。其主要源于土壤微生物生物合成的微生物细胞壁, 可体现土壤微生物的氮素同化吸取利用过程, 因此土壤中酸解法氨基糖氮的含量与土壤微生物活性、数量和群落结构密切有关。Wang等研究结果表明, 酸解法氨基糖氮与土壤全氮、矿质氮、总有机氮间不涉及, 而酸解法氨基糖氮含量的提升与土壤可供氮能力的减少明显涉及。He等研究结果表明, 土壤氨基糖含量与土壤碳氮供应关系密切, 其中的胞壁酸在均衡碳氮供给方面具备高度循环性, 而氨基葡萄糖分解成可部分符合碳源必须。酸解法氨基糖氮对土壤碳氮循环中的微生物过程具备命令起到。陈坤研究结果表明, 土壤有机氮组分中仅有酸解法氨基糖氮与土壤微生物间明显涉及, 还包括放线菌、真菌和革兰氏细菌等微生物群落。He等研究指出, 氨基葡萄糖主要源于真菌, 胞壁酸仅有来自于细菌, 而氨基半乳糖多来自于真菌的贡献, 因此氨基葡萄糖与胞壁酸的比值能用来评价真菌、细菌残留物对土壤碳氮循环的贡献与起到。综上, 酸解法氨基糖氮与土壤微生物新陈代谢密切涉及, 而微生物细胞壁残留物的异源性也指出了其可作为生物标识物来可知土壤微生物代谢物转化成速率、程度以及限度, 从而评估真菌和细菌在土壤碳氮循环的贡献与起到。1.4 酸解法不得而知态氮酸解法不得而知态氮在最初是指酸解法过程中仍未被辨别出来的含氮化合物, 其含量大约占到土壤全氮的10%~20%。Nannipoeri和Eldor等研究结果表明, 核酸也是部分酸解法不得而知态氮的来源。近年的研究指出, 土壤酸解法不得而知态氮还包括杂环态氮 (N-苯氧基氨基酸氮、非α-氨基酸氮和嘧啶、嘌呤等) 、土壤腐殖质化过程的产物和部分酸解并未获释的相同态铵, 酸解法不得而知态氮被指出是土壤活性氮的主要贡献因子。1.5 非酸解氮非酸解氮是土壤酸解法过程中, 氨基酸与氨基糖通过醛起到所构成的简单化合物, 其含量大约占到土壤全氮的10%~20%左右。此类化合物结构平稳, 无法被6 mol L-1的HC1酸由此可知单体, 因此对这部分化合物的性质和构成研究少见报导。Stevenson等研究指出, 非酸解氮和酸解法不得而知态氮联系密切, 其有可能是一种作为桥梁连结奎宁组的分子包含物质或腐殖质中的杂环态缩聚物。Bremner研究指出, 非酸解氮还包括非酸溶性土壤残渣导电的酸解法产物、无以分解成不含氮化合物 (与土壤粘土矿物融合或坐落于粘土矿物晶格内) 。Lü等研究指出, 非酸解氮是与肥料氮的固持过程紧密联系的平稳氮库。张玉树等研究指出, 非酸解氮分配比例的减少不会减少土壤有机氮矿化速率, 影响土壤可供氮能力。有研究指出, 非酸解氮为包括蛋白质等杂环态含氮的化合物, 可以构成平稳结构的腐殖质。目前, 关于酸解法不得而知态氮和非酸解氮的构成、来源和功能尚能不明晰清了, 尚待更进一步研究。2 土壤有机氮组分的影响因素2.1 灌溉姬景红等通过温室有所不同灌溉方式长年田间试验的研究指出, 土壤有机氮各组分含量和分配比例的差异主要不存在于0~50 cm土层内, 50 cm以下差异较小。各土层沟灌处置的酸解法氨基酸氮、酸解法氨基糖氮及酸解法铵态氮占到全氮的比例皆高于滴灌和渗灌处置, 而滴灌和渗灌处置的酸解法不得而知态氮和非酸解法氮占到全氮的比例则高于沟灌处置。Tian等通过培育试验的研究指出, 减少氮下陷量和降雨量不会同时减少土壤酸解法氨基酸氮和酸解法铵态氮含量, 减少酸解法氨基糖氮含量, 进而提升土壤氮回收率及土壤可供氮潜力。吴汉卿等研究指出, 灌水上限、舒氮量和水氮交互对设施土壤有机氮组分影响皆超过近于明显水平。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剖面产于, 进而影响土壤水分有效性、土壤微生物新陈代谢活动, 使得土壤各有机氮组分的含量和分配比例再次发生转变。

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2.2 播种大量研究结果皆指出, 播种对土壤有机氮组分有明显影响。高晓宁等研究指出, 有所不同播种处置对土壤有机氮各组分含量的影响顺序依序为有机无机配施有机肥单施化肥单施和不播种处置。长年有所不同播种措施对耕层 (0~30 cm) 土壤酸解法氮各组分含量皆有明显影响;单施化肥和有机无机肥配施皆转变了土壤酸解法氮各组分的含量和产于比例, 其中酸解氮基酸态氮含量和分配比例的提高效果尤为显著。李萌等研究结果表明, 猪粪替代氮肥明显提升了稻麦轮作条件下土壤酸解法总氮和酸解法氨基酸氮和酸解法不得而知态氮含量。任金凤等研究结果表明, 有机无机肥配施有效地减少土壤有机氮, 进而强化土壤可供氮潜力, 提升土壤肥力水平。Kwon等研究指出, 有机肥的产生明显提升土壤有机氮含量, 有机无机肥配施在减少土壤有机氮各组分含量提升可供氮潜力的同时, 也可通过土壤微生物起到调节矿质氮的固持和转化成。有机无机肥配施使土壤酸解法总氮、酸解法氨基糖氮、酸解法铵态氮、酸解法氨基酸氮和非酸解法氮含量皆减少, 而酸解法不得而知态氮含量却减少。彭令发等研究认为, 有机无机肥配施对土壤酸解法氨基酸氮和酸解法不得而知态氮含量有明显影响, 而对土壤酸解法氨基糖氮和酸解法铵态氮含量的影响则较小。李丽霞等认为黄土区人工牧草地18年苜蓿连作方式对耕层土壤酸解法总氮有相当大影响, 其中对酸解法氨基酸氮、酸解法氨基糖氮及酸解法铵态氮含量影响更大。肖伟伟等对黄土涝塬黑垆土有机氮组分找到有机肥和化肥配施对酸解法氨基酸氮的影响仅次于。张电学等研究指出, 有机氮积累过程中, 化肥氮主要是转化成为土壤酸解法铵态氮和酸解法氨基酸氮, 而有机肥料氮则主要转化成为土壤酸解法氨基酸氮。可见, 有所不同播种措施对土壤有机氮组分含量和分配比例影响明显。长年有所不同的肥料管理模式可能会造成土壤氮素在有所不同的有机氮组分中展开有选择性的积累效果, 科学合理的播种措施有助提升土壤可供氮能力。2.3 土地利用方式研究指出, 土地利用方式 (早于地、水田、林地) 明显影响着土壤酸解法总氮及酸解法氨基糖氮、酸解法铵态氮和酸解法氨基酸氮的含量及其分配比例, 展现出为草地农田的产于规律。在旱地和林地利用方式下, 分别展现出为土壤酸解法铵态氮含量及土壤酸解法氨基糖氮、酸解法氨基酸氮含量的减少幅度尤为明显, 总体上水田改为林地后土壤不易矿化分解成的酸解氮减少效果尤为明显, 其土壤可供氮潜力也最低。坎春梅等对土壤中有机氮各组分含量的影响展现出为林地柞树林地耕地。旱地土壤的全氮、酸解法总氮含量皆明显高于适当的水稻土, 且有机氮各组分含量也呈圆形完全相同的变化趋势。2.4 耕作方式施书莲等研究报导, 耕作明显减少了土壤酸解法铵态氮含量, 酸解法氨基酸氮含量却明显减少, 而酸解法不得而知态氮和酸解法氨基糖氮变化趋势不显著。Stevenson研究结果表明, 耕作对土壤酸解法氨基糖氮含量影响较小, 而明显减少土壤酸解氮含量, 减少酸解法氨基酸氮含量。Brenmer研究结果表明, 耕作使土壤有机氮各组分皆明显减少。也有研究指出, 秸秆还田对有机氮的组分和产于有相当大的影响。姜小凤等认为与传统耕作比起, 免耕覆盖面积秸秆酸解法总氮含量 (0~5 cm土层) 比CK处置减少了17.18%。贾倩等研究结果表明, 水旱和旱地轮作下土壤酸解法氮各组分变化差异明显, 土壤酸解氮含量的减少是土壤全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组分含量和分配比例皆有明显影响, 这有可能是由于有所不同土地利用和耕作方式下, 土壤物理、化学和生物性质的差异造成。2.5 冻融交错徐俊俊等研究指出冻融时间对土壤有机氮组分影响明显, 随着冻融时间的变化, 酸解法氮各组分变化显著, 失效温度的轻微程度影响土壤酸解法氨基糖氮和酸解法氨基酸氮含量, 但差异不明显。贾国晶等研究指出, 冻融交错增进了土壤有机氮矿化起到, 不利于土壤中有效地态氮的积累和土壤可供氮能力的提升。冻融交错对土壤有机氮组分含量和分配比例影响明显, 这有可能是冻融交错下的土壤水热状况必要或间接地影响土壤微生物活动, 同时冻融交错一定程度不会造成土壤结构的变化, 从而引发土壤有机氮组分含量和分配比例的变化。

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2.6 栽种年限Wang等对长时间尺度序列的典型水稻土有机氮组分的研究结果表明, 土壤有机氮组分含量随栽种年限的减少呈圆形指数快速增长趋势, 并在栽种年限约100年左右时很快稳定下来, 而分配比例未展现出出有统一变化趋势。王晋等研究结果表明, 有所不同栽种方式和年限对土壤主要有机氮组分占到全氮的分配比例影响并不大, 有所不同栽种年限旱地土壤的全氮含量和酸解法总氮含量明显高于适当的水田土壤, 并且各有机氮组分含量也呈圆形完全相同的趋势。除旱地土壤酸解法氨基酸氮和水稻土酸解法氨基糖氮外, 有机氮各组分随时间呈圆形指数变化趋势。张玉树等对有所不同栽种年限果园土壤有机氮组分研究结果表明, 土壤酸解法铵态氮和酸解法不得而知态氮分配比例随栽种年限的减少而上升, 而非酸解法氮分配比例则忽略。2.7 土壤类型有数研究指出, 有所不同类型土壤中有机氮各组分含量差异明显。灌漠土、高寒草甸土、滨海盐渍土、潮棕壤、棕壤和黑土等各种类型土壤中, 酸解法总氮、酸解法氨基酸氮、酸解法氨基糖氮、酸解法铵态氮、酸解法不得而知态氮及非酸解氮的含量和分配比例皆有较小差异。这有可能是由于有所不同类型土壤的水肥气热等环境条件有所不同, 土壤有机质矿化和腐殖化过程不存在差异, 从而造成土壤中有机氮各组分意味著含量和比较含量的变化。3 结论与未来发展从国内外对土壤有机氮组分的深入研究中难于找到, 土壤有机氮组分与土壤可供氮潜力息息相关。但由于技术和方法的容许, 关于土壤有机氮组分的明确构成依然有很多未解之谜。目前, 对于有机氮组分的研究对象绝大多数集中于农田生态系统, 且研究播种对土壤有机氮组分影响的报导最多, 而关于灌溉、冻融交错、耕作方式和土地利用方式等影响因素研究较较少。土壤中有机态氮时刻正处于固持-矿化的动态平衡中, 然而目前多数研究皆针对单一影响因素, 关于双因素或多因素的研究少见报导。有数研究指出, 土壤物理、化学和生物性质与土壤氮素转化成过程联系密切。如灌溉不会必要转变土壤容重、含水量、孔隙结构和温度等指标, 施氮不会必要转变土壤氮素储量, 而这些土壤性状皆必要或间接与土壤微生物活性、群落结构等涉及。土壤微生物是土壤氮素转化成的主要驱动力, 也是土壤生态系统中最重要的调节器。综上所述, 建议从以下几点更进一步研究土壤有机氮组分和土壤可供氮能力之间的联系, 从而更加了解地理解土壤有机氮组分在生态系统的功能与起到。(1) 目前研究主要在农业生态系统中展开, 关于有所不同类型土壤有机氮组分的研究势在必行, 同时展开双因素或多因素对土壤有机氮组分的影响, 确认多种影响因素之间否不存在耦合起到, 深刻理解土壤氮素的运转机制;(2) 使用同位素标记技术, 应用于液相色谱-质谱技术 (LC/MS) 和气相色谱-质谱技术 (GC/MS) 来分析有所不同措施下土壤有机氮组分中的明确构成结构、含量和分配比例, 研究氨基糖等生物标识物-在土壤碳氮循环过程的命令起到;(3) 植物根际微生物直接影响土壤-植物系统氮素运转, 因此应用于目前较慢发展一起的分子生物学技术如高通量测序技术、平稳同位素核酸探针技术和微量热技术等研究根际土壤微生物活性、群落结构和功能多样性等, 将土壤有机氮组分与土壤物理、化学和生物指标间建立联系, 以期能更佳地说明土壤可供氮机理。