摘要：【目的】土壤有機氮礦化是產生無機氮的主要過程，研究巖溶區不同土地利用方式對有機氮礦化過程的影響，為巖溶區農業種植提供理論依據。【方法】選擇巖溶區由灰巖和泥晶灰巖發育而來的石灰土作為研究對象，測定土壤的理化性質和碳化學結構，并采用15N同位素標記方法，研究由喬灌地開墾種植砂糖桔后土壤有機質的數量和質量對有機氮礦化速率的影響。【結果】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。灰巖發育的石灰土鐵(Fe)、鋁(Al)含量和粘粒比例顯著增加，泥晶灰巖發育的石灰土Fe、Al含量和粘粒比例無顯著變化(P>0.05，下同)。灰巖發育的石灰土碳化學結構變化不顯著，泥晶灰巖發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%。由灰巖和泥晶灰巖發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。灰巖發育的石灰土難利用有機氮礦化速率(MNrec)變化不明顯，泥晶灰巖發育的石灰土MNrec由0.36 mg N/(kg·d)提高至0.66 mg N/(kg·d)。泥晶灰巖發育的石灰土MNorg和MNlab主要受控于土壤有機質數量，與SOC和TN含量呈顯著正相關;MNrec受有機質結構組成的影響，與烷基碳呈顯著正相關。灰巖發育的石灰土MNorg和MNlab除受有機質數量影響外，還受土壤巖性的影響，與Ca含量呈極顯著正相關(P<0.01，下同)，與Fe、Al含量和粘粒比例呈極顯著負相關。【結論】喬灌地開墾種植砂糖桔導致不同灰巖發育的石灰土有機氮總礦化速率均顯著降低，土壤無機氮供應能力減弱。

　　關鍵詞： 巖溶區石灰土;土地利用方式;巖性;礦化速率;有機質質量

　　引言

　　【研究意義】作為植物生長的必需營養元素，土壤氮素限制著陸地生態系統生產力和穩定性(Fu et al.，2019;Hu et al.，2019)。適量的氮能促進植物生長(Sheshbahreh et al.，2019)，但當氮量超過植物需求，不僅對植物無益，還會引起一系列生態環境問題，如溫室效應和水體富營養化等(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(銨態氮和硝態氮)，無外源氮肥投入情況下，土壤有機質礦化是無機氮供應的主要過程(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及有效性，對農業種植具有重要現實意義。【前人研究進展】國內外在自然(林地和草地等)和農業(旱地和水田等)生態系統已開展了大量土壤氮轉化過程的研究工作(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)，使得巖溶區土壤氮的轉化過程有別于其他地區的土壤。巖溶區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，林地土壤氮素的總礦化速率最高，農作物土壤如玉米—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性質，進而影響土壤氮循環(Zhang et al.，2013)。我國西南巖溶區的碳酸鹽出露面積達51萬km2，因特殊的地質條件，整個西南巖溶區山地多且土地資源有限，導致貧困地區較多(Jiang et al.，2014)。為了提高經濟收入，當地人們經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(有機質數量和質量、微生物活性和數量等)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數量，還改變土壤有機質的化學結構，進而影響土壤有機質的礦化速率。但目前關于土壤有機質數量和化學結構影響礦化過程的研究相對較少。巖溶區石灰土由于存在較大的異質性，不同巖性發育的土壤性質不同，將會影響土壤有機氮礦化過程。【擬解決的關鍵問題】選擇灰巖和泥晶灰巖兩種不同巖性發育的石灰土為研究對象，利用15N標記法，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生改變后土壤有機質濃度和化學結構的變化，從土壤有機質的數量和結構角度闡述其對有機氮礦化過程的影響，為巖溶區農業種植提供理論依據。

　　1 材料與方法

　　1. 1 研究區概況

　　采樣點位于廣西桂林市境內，該地區屬于亞熱帶季風氣候，境內四季分明，雨量充沛，平均海拔150 m，年平均降水量1860 mm，年平均蒸發量1038～1566 mm，雨季主要發生在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，土壤類型包括由灰巖和泥晶灰巖分別發育的土壤，土地利用方式包括喬灌和砂糖桔。灰巖和泥晶灰巖發育的土壤分別位于桂林市靈川縣大境鄉燈明村(東經110°32′27″，北緯25°12′33″)和雁山區大埠鄉長流水村(東經110°22′44″，北緯25°1′36″)。通過前期調查，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，該區域地層為泥盆紀上統融縣組(D3r)，巖性為灰巖，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，地層為泥盆紀上統桂林組(D3g)，巖性為泥晶灰巖，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，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。另取一部分樣品風干后測定土壤理化性質。

　　1. 3 15N標記試驗

　　稱取相當于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 ℃的室內預培養1 d，分別加入1 mL 15NH4NO3和NH415NO3(豐度均為5%)溶液，加入的銨態氮(NH4+)和硝態氮(NO3-)濃度均達50 mg N/kg。同時加入去離子水，調節土壤含水量至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，便于瓶內外氣體交換，置于恒溫25 ℃條件下培養。分別在添加標記物后的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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