热带亚热带酸性土壤硝化作用与氮淋溶特征

作者：赵旭，蔡思源，邢光熹，朱兆良

单位：中国科学院南京土壤研究所

卷期：《土壤》2020年第52卷第1期

化石燃料燃烧排放的氮氧化物（NO_x）、农田施肥及集约畜牧业发展排放的氨（NH_x），致使大气中含氮化合物激增，大气氮沉降量显著增加。尽管氮沉降可补偿土壤氮素损失，但过多氮沉降对生态系统亦产生一定的副作用。在酸性土壤，输入的NH₄ -N如果被硝化，就可能导致NO₃^--N大量向下迁移淋溶，污染地下水体；加速土壤酸化，引起盐基离子淋溶，导致土壤肥力下降；促使土壤活性铝等有毒物质增加，阻碍植物生长，甚至导致H 的直接淋溶，进一步影响地下水体。当前，对中国广大热带和亚热带地区而言，氨基氮肥的施用和大气沉降NH₄ -N是活化氮输入土壤的主要途径。因此，NH₄ -N输入增加后，热带和亚热带酸性土壤的硝化及其可能引发环境后果的研究格外重要。

为此，本文采集了热带和亚热带的四种不同类型酸性、微酸性土壤，研究了外源NH₄ -N加入对酸性土壤氮素、盐基离子和铝离子淋溶、土壤及淋出液酸化的影响，分析大区域尺度上不同性质热带亚热带酸性土壤对提高的NH₄ -N输入水平响应的差异及可能原因，为全面评价日益增加的氨基氮肥施用和大气沉降NH₄ -N在热带亚热带酸性土壤可能产生的生态环境效应提供基础性资料。

结果表明：4种不同来源土壤在相对封闭好气培养条件下的硝化作用大小存在差异，4种土壤硝化作用大小表现为YU>RU>YR>HR。HR主要以可溶性有机氮（DON）和NH₄ -N形态淋失，YU土壤的氮淋溶形态以NO₃^–-N为主，YR和RU土壤的氮淋溶形态NO₃^–-N、NH₄ -N和DON兼而有之（图1）。盐基离子总淋失量与NO₃^–-N淋失量显著正相关，但各盐基离子淋失由于离子本性和土壤性质差异并不完全一致（图2）。根据盐基离子和土壤胶体之间的静电作用大小，土壤胶体对盐基离子的吸附强度一般为Ca² >Mg² >K >Na ，但从离子迁移量来看，所有土壤盐基离子淋溶量均以Ca² 最大，加NH₄ -N处理下Ca² 淋溶显著增加，表明Ca² 在缓冲外源NH₄ -N硝化致酸和平衡NO₃^–-N淋失所带负电荷过程中起重要作用（图3）。在阳离子交换量小、盐基饱和度低的土壤（如RU土壤），外源NH₄ -N的硝化和淋失不仅导致盐基离子淋失，而且引发NH₄ -N、甚至是H 淋失（图4）。

图1 HR、YR、RU和YU土壤淋出液中NO₃^–（A）、NH₄ （B）、DON（C）浓度变化曲线及各形态氮素累积淋失量（D）

图2 HR、YR、RU和YU土壤淋出液盐基总浓度与NO₃^–-N浓度的相关分析

图3 HR、YR、RU和YU土壤淋出液中各盐基离子淋溶量

图4 HR、YR、RU和YU土壤培养结束后各层土壤pH（A）和淋出液pH变化（B）

综上所述，热带亚热带地区酸性土壤在强热淋溶条件下，加入氮的淋失率均达到80%以上，在一定程度上反映，与大多数氮限制的温带森林生态系统相比，在热带亚热带湿热多雨地区土壤上外源氮输入的增加可能会在更短的时间内导致氮素向系统外的流失，引发环境问题。