土壤盐渍化是引起土地退化的重要因子，已成为全球关注的环境问题. 盐渍化土壤肥力普遍较低，从而制约土地生产力. 氮素是植物生长必需的营养元素，也是表征土壤肥力的重要因子. 土壤微生物是土壤养分循环的主要驱动力^[1,2]，土壤盐渍化通过抑制微生物的活性^[3,4]，进而影响氮素的周转过程. 目前全球盐渍化土地面积达10亿hm²，且次生盐渍化现象仍不断加剧^[5]. 因此，研究盐分含量对土壤氮素转化的影响对进一步了解盐渍化土地的氮素循环过程具有重要意义.

硝态氮(NO^-₃-N)和铵态氮(NH⁺₄-N)是易于被植物吸收的主要氮源，溶解性总氮(TSN)包括了溶解性无机氮与溶解性有机氮，而土壤微生物生物量氮(MBN)是氮素的活性养分库，其均是土壤氮素转化过程中的主要活性氮组分. 目前关于盐分含量对土壤氮素转化的影响研究多关注于NO^-₃-N与NH⁺₄-N的转化，如较高的土壤盐分可抑制NH⁺₄-N转化为NO^-₃-N^{[6, 7]}，且随着土壤盐分含量的升高及NO^-₃-N有效性的增强，NH⁺₄-N含量会明显升高^[8]. 但也有研究表明短时间内高盐土壤NH⁺₄-N明显降低，而低盐土壤NH⁺₄-N保持基本不变^[9]. 因此盐分含量对土壤NH⁺₄-N及NO^-₃-N的转化有待进一步研究. 同时，对盐渍化土壤微生物量的研究多关注于土壤微生物生物量碳^{[10, 11, 12]}，而对土壤微生物生物量氮的研究相对较少^{[3, 13]}. 黄河三角洲地区近50%的土地为不同程度盐渍化土地，严重影响该地区的农业发展. 迄今为止，针对黄河三角洲地区盐渍化土壤氮素转化的研究还鲜有报道^[14,15]. 因此，本研究以黄河三角洲地区的盐渍化土壤为对象，设置不同的盐分梯度，同时在土壤中添加不同底物，分析盐分含量对土壤主要活性氮组分的影响，揭示盐分含量对氮素循环的影响机制，以期为指导黄河三角洲地区盐渍化土地的施肥管理提供一定的理论依据.

1 材料与方法 1.1 供试土样

2011年10月采集位于山东省阳信县水落坡乡刘古良村棉花种植区(37°36′06.8″N，117°49′19.8″E)的低盐分表层(0~20 cm)土样，该成土母质为滨海潮土. 新鲜土样除去可见动植物残体，过2 mm孔径筛. 土样基本理化性质为：有机质17.67 g ·kg^-1、 全氮为1.07 g ·kg^-1、 铵态氮5.51 mg ·kg^-1、 硝态氮33.45 mg ·kg^-1、 可溶性盐0.10%、 pH 7.58、 田间持水量为22.9%.

设置4个盐分梯度：①对照，土壤含盐量为0.1%(S1)； ②土壤含盐量为0.5%(S2)； ③土壤含盐量为0.9%(S3)； ④土壤含盐量为1.3%(S4). 具体操作见文献^[4]，处理好后的土样于25℃、 黑暗条件下预培养14 d. 预培养后的土壤特性见表 1.

表 1(Table 1)

表 1 土样添加盐分预培养14 d后土壤基本理化性质 1) Table 1 Characteristics of soil incubated for 14 days with NaCl addition 土壤盐分 铵态氮 NH+4-N/mg ·kg-1 硝态氮 NO-3-N/mg ·kg-1 pH 电导率 EC/μS ·cm-1 S1 2.33±0.25 c 27.37±0.35 a 7.59±0.10 a 102±8 d S2 2.65±0.21 c 32.06±0.41 a 7.66±0.12 a 446±15 c S3 3.94±0.25 b 29.08±0.33 a 7.61±0.10 a 847±18 b S4 5.11±0.17 a 28.82±0.32 a 7.67±0.08 a 1 179±11 a 1)表中数据为平均值±标准误差，字母不同表示各个盐分土壤间差异达到P<0.05显著水平； S1、 S2、 S3、 S4分别代表 0.1%、 0.5%、 0.9%和1.3%的土壤盐分含量

表 1 土样添加盐分预培养14 d后土壤基本理化性质 1) Table 1 Characteristics of soil incubated for 14 days with NaCl addition

底物添加为4个处理：①对照(CK)，不添加底物； ②添加氮(N)； ③添加碳(C)； ④添加碳+氮(C+N). 分别以氯化铵和葡萄糖作为氮源和碳源，其添加量分别为N：30 mg ·kg^-1，C：750 mg ·kg^-1. 具体操作见文献^[4]. 1.2.3 培养过程

称取每个处理土样150.00 g于1 L广口瓶内，用封口膜封口，膜上用针扎若干小孔以保证好气培养，于25℃、 黑暗条件下培养45 d. 每个处理重复3次，共计培养瓶336个. 分别于0、 2、 5、 10、 20、 30、 45 d依次取出各处理计48个培养瓶，测定土壤硝态氮、 铵态氮、 溶解性总氮、 微生物生物量氮含量. 培养过程中，按时称重每个广口瓶，以定期补充损失的水分，且每3 d通气15 min.

(1)硝态氮、 铵态氮的测定

称取13.00 g新鲜土样，加入100 mL 0.01 mol ·L^-1 CaCl₂溶液振荡1 h，过滤，滤液中的硝态氮、 铵态氮的测定采用流动注射分析仪(AA3，德国)测定，同时采用烘干法测定土壤含水量.

(2)土壤微生物生物量氮、 溶解性总氮的测定

土壤微生物生物量氮的测定采用氯仿熏蒸法，具体操作参见文献^[16]. 熏蒸后浸提液中全氮含量采用TOC/TNb自动分析仪(Liquid TOC Ⅱ，德国)测定. 微生物生物量氮=2.22×(熏蒸土样浸提的全氮-不熏蒸土样浸提的全氮)，其中以不熏蒸土样浸提的全氮作为溶解性总氮(total soluble nitrogen，TSN).

数据均为3次重复的平均值，以烘干土壤量计. 采用Excel 2003、 SPSS 12.0进行制图与统计分析，采用ANOVA法进行方差分析.

2 结果与分析 2.1 硝态氮(NO^-₃-N)的动态变化

不同处理中土壤NO^-₃-N含量均在培养前20 d内的变化幅度较大，20 d后趋于稳定(图 1). CK处理4个盐分土壤NO^-₃-N在培养前10 d内的变化相对较小，培养10 d后急剧下降. 培养结束时，4个盐分土壤NO^-₃-N含量均低于初始值，降低幅度为37.4%~75.4%. 整个培养期内，S1和S2土壤NO^-₃-N含量较高，S3居中，S4最低.

图 1

Fig. 1

图 1 不同处理下硝态氮的动态变化 Fig. 1 Dynamic changes of NO-3-N under different treatments 图中数据为平均值±标准误差； S1、 S2、 S3、 S4分别代表 0.1%、 0.5%、 0.9%和1.3%的土壤盐分含量； CK、 C、 N和C+N分别代表不添加底物、 添加碳、 添加氮和添加碳+氮处理. 下同

添加NH₄Cl后，S1和S2土壤NO^-₃-N含量迅速升高. 与初始值相比，培养2 d时S1和S2土壤NO^-₃-N含量分别升高89.2%和47.0%，而S3和S4低于初始值4.4%和8.8%. 此后，与CK处理的变化趋势基本一致. 培养结束时，除S1土壤NO^-₃-N含量与初始值相比升高13.1%外，其余3个盐分均低于初始值. 统计分析表明，整个培养期内S1和S2土壤NO^-₃-N含量较高，S3居中，S4最低. 培养结束时，与CK处理相比，添加NH₄Cl除S4土壤NO^-₃-N含量并没有升高外，S1、 S2和S3分别升高80.6%、 73.1%和10.2%.

与CK、 N处理相比，C、 C+N处理可明显降低土壤NO^-₃-N含量. C、 C+N处理中，培养前2 d土壤NO^-₃-N含量急剧下降. 与初始值相比，培养2 d时，C处理4个盐分土壤NO^-₃-N含量的降低幅度为77.6%~81.9%，C+N处理降低幅度为21.6%~78.8%. 整个培养过程中4个盐分土壤NO^-₃-N含量无明显差异.

CK处理4个盐分土壤NH⁺₄-N含量在培养前5 d内逐渐降低，培养5 d时仅为初始值的6.2%~24.4% (图 2). 此后，4个盐分土壤NH⁺₄-N均略有回升，以S4的升高幅度最大. 培养结束时，4个盐分土壤NH⁺₄-N含量均低于初始值，仅为初始值的22.9%~70.0%. 整个培养期内，S4土壤NH⁺₄-N含量明显高于其余3个盐分土壤(P<0.05).

图 2

Fig. 2

图 2 不同处理下铵态氮的动态变化 Fig. 2 Dynamic changes of soil NH+4-N under different treatments

添加NH₄Cl可迅速提高S3和S4土壤NH⁺₄-N含量，与初始值相比，培养2 d时S3和S4土壤NH⁺₄-N含量升高79.1%和63.0%. 而S1和S2降低93.9%和4.2%. 此后，4个盐分土壤NH⁺₄-N的变化幅度较小且趋于稳定. 培养结束时，与初始值相比S1、 S2土壤NH⁺₄-N含量下降68.1%和83.9%，而S3和S4升高7.2%和80.4%. 整个培养期内，S4土壤NH⁺₄-N含量最高，S3居中，S1和S2最低. 与CK处理相比，添加NH₄Cl可明显提高S3和S4土壤NH⁺₄-N含量，培养结束时S3和S4升高367.9%和157.6%，但S1和S2降低15.7%和46.0%.

C、 C+N处理，4个盐分土壤NH⁺₄-N在培养前5 d急剧降低. 培养5 d后，S1、 S2、 S3土壤NH⁺₄-N基本达到稳定，而S4土壤NH⁺₄-N含量逐渐升高. 培养结束时，与初始值相比，C处理S4土壤NH⁺₄-N含量仅降低19.0%，而S1、 S2、 S3降低幅度为79.0%~85.8%. C+N处理S4盐分土壤NH⁺₄-N含量与初始值相比升高78.6%，而S1、 S2、 S3均低于初始值.

土壤TSN的变化趋势与土壤NO^-₃-N的变化趋势一致，不同处理土壤TSN含量随着培养时间的延长逐渐降低并趋于稳定，但各处理土壤TSN明显高于硝态氮(图 3). 培养结束时，CK处理4个盐分土壤TSN均低于初始值，降低幅度为48.0%~57.3%. 整个培养过程中，S2土壤TSN含量明显高于其余3个盐分(P<0.05).

图 3

Fig. 3

图 3 不同处理下溶解性总氮的动态变化 Fig. 3 Dynamic changes of total soluble nitrogen under different treatments

添加NH₄Cl可明显提高S1和S2土壤TSN含量，培养第5 d时S1和S2达到最高值，分别高于初始值70.8%和36.4%，而S3和S4并没有增加. 培养结束时，4个盐分土壤TSN含量均低于初始值. 整个培养期内，S1和S2土壤TSN含量明显高于S3和S4. 且与CK相比，添加NH₄Cl后S1和S2土壤TSN分别升高51.8%和31.2%，而S3和S4并没有显著变化.

C、 C+N处理，4个盐分土壤TSN含量随着培养时间的延长逐渐降低. 培养结束时，与初始值相比4个盐分土壤TSN降低幅度为51.2%~69.9%. 整个培养过程中，4个盐分土壤TSN含量无明显差异.

CK、 N处理4个盐分土壤MBN的变化趋势基本一致(图 4). 培养前20 d内，S1、 S2土壤MBN含量明显高于S3、 S4，培养30 d后4个盐分的差异变小. 培养结束时，CK处理S1和S2土壤MBN仍低于初始值27.8%和10.6%，而S3和S4与初始值基本一致. 培养结束时，添加N处理4个盐分土壤MBN均低于初始值. 统计分析表明，与CK相比添加NH₄Cl并不能显著提高土壤MBN含量(P>0.05).

图 4

Fig. 4

图 4 不同处理下土壤微生物生物量氮的动态变化 Fig. 4 Dynamic changes of microbial biomass nitrogen under different treatments

C、 C+N处理可明显提高土壤MBN含量，培养10~20 d时4个盐分条件下土壤MBN达到最高值. 培养第20 d时，C处理S1、 S2、 S3、 S4与初值相比升高106.8%、 130.9%、 65.1%、 79.5%. C+N处理S1、 S2、 S3、 S4分别升高101.7%、 89.9%、 76.1%、 36.9%. 培养结束时，4个盐分土壤MBN与初始值基本保持一致. 整个培养过程中，S1、 S2土壤MBN含量明显高于S3、 S4(P<0.05).

3 讨论

土壤中的铵态氮转化为硝态氮的过程为硝化作用^[17]. 本研究不添加底物和添加NH₄Cl后土壤硝态氮含量均表现为低盐土壤(S1、 S2)明显高于高盐土壤(S3、 S4)，且添加NH₄Cl的效果更为明显. 而添加葡萄糖后4个盐分条件下土壤硝态氮无明显差异. 说明在无碳源添加条件下，高浓度的土壤盐分可抑制土壤的硝化作用^[18,19]； 加入碳源后盐分含量对土壤硝化作用的影响变弱. 前人研究表明不同程度盐碱土壤中添加植物残体+(NH₄)₂SO₄后，整个培养期内高盐土壤硝态氮含量明显低于低盐土壤^[3]，且随着土壤盐分含量的增加土壤累积硝化量不断降低^[20]，田间试验也表明高盐分芦苇湿地土壤中的硝态氮含量明显低于低盐分芦苇湿地^[14]，同样说明高浓度的土壤盐分可明显抑制土壤的硝化作用. Conde等^[9]研究表明，添加葡萄糖+(NH₄)₂SO₄后高盐分土壤中的硝态氮含量亦在培养7 d内急剧下降，本研究结果与此基本一致. 同时，本研究中葡萄糖加入土壤后土壤硝态氮含量明显降低，原因可能是：一方面碳源的加入可促进硝态氮的固定，这主要表现为土壤微生物量氮的变化(图 4)，因为添加碳源后土壤微生物量氮明显升高. 通过对盐碱土进行杀菌试验也表明土壤硝态氮含量明显高于不灭菌处理^[21]； 另一方面碳源的加入可促进硝态氮转化为亚硝态氮，这由Conde等^[9]对亚硝酸根的检测证实. 本研究也表明在盐碱化土壤中仅施入氮肥尽管提高了低盐土壤的硝化作用，但并不能提高土壤微生物生物量氮含量，说明缺乏碳源的补给不利于土壤微生物对氮素的同化吸收.

不同底物处理中土壤铵态氮含量表现为高盐土壤明显高于低盐土壤，特别是S4土壤铵态氮含量明显高于其余3个盐分，且随着培养时间的延长而更加显著. Azam等^[7]通过同位素示踪技术研究了盐分含量对土壤铵态氮的影响，结果表明添加葡萄糖+(¹⁵NH₄)₂SO₄后土壤¹⁵N标记铵态氮在12 h内逐渐降低，且高盐土壤¹⁵N标记铵态氮明显高于低盐土壤. 24 h后，不同盐分土壤中¹⁵N标记铵态氮又开始升高，说明被固定的铵态氮又开始重新释放出来，且随着盐分含量的升高铵态氮的重新释放变得缓慢. 本研究中只有S4表现为被固定的铵态氮又重新释放，而其余3个盐分在培养5 d后保持基本稳定. 这说明低浓度的土壤盐分利于铵态氮的转化，而高浓度的土壤盐分利于铵态氮的重新释放. 不同盐分土壤中添加绿肥、 玉米秸秆、 有机废物后，土壤铵态氮含量亦随着土壤盐分含量的升高而增加^{[18, 22, 23]}. 本研究尽管添加了NH₄Cl(N、 C+N处理)，S1和S2土壤铵态氮含量与不添加底物处理相比基本一致，而S3和S4明显升高，同样说明高浓度的土壤盐分不利于土壤铵态氮的转化. 添加碳源(C、 C+N处理)后，土壤铵态氮均在培养5 d内急剧降低，而此时期正是葡萄糖的快速分解阶段^[4]，此后大部分葡萄糖已分解时S4土壤铵态氮又明显升高，说明碳源可能是控制高盐分土壤铵态氮转化的重要限制因子. 因此，为了提高盐碱化土壤中铵态氮的转化，应提供充足的碳源.

整个培养期内，低盐土壤(S1、 S2)微生物生物量氮含量明显高于高盐土壤(S3、 S4)，且在葡萄糖加入条件下(C、 C+N)，这种趋势表现更为明显，这与前人通过室内培养试验及田间动态监测的研究结果一致^[3,10]，说明高浓度的土壤盐分可降低土壤微生物活性，从而引起微生物数量的降低. 本研究结果还表明，添加NH₄Cl处理尽管提高了低盐土壤溶解性总氮含量，但并不能提高土壤微生物生物量氮含量，郁培义等^[24]对红壤林地进行高氮和低氮处理后亦发现氮素的添加对土壤微生物量氮的影响较小，且随着时间的延长土壤微生物量氮呈降低趋势. 而加入葡萄糖(C、 C+N)后土壤微生物生物量氮明显提高，这与添加植物残体的研究结果一致^[13]. 骆坤等^[25]对长期定位试验的研究表明，单施化肥处理土壤微生物量氮并没有升高，而有机无机配施可明显提高土壤微生物量氮. 这均说明碳源的加入可明显提高微生物对氮素的利用效率. 加入葡萄糖后低盐土壤微生物生物量氮提高的幅度(89.9%~130.9%)明显高于高盐(36.9%~79.5%)，但Khan等^[26]研究发现加入植物残体后含盐量为0.4%的土壤微生物生物量氮升高的幅度明显大于含盐量为0.2%的土壤，这可能是因为Khan等所选取的两个盐分土壤肥力(有机碳含量为3.7 g ·kg^-1、 6.8 g ·kg^-1)较低，外源碳的加入可明显刺激微生物的生长，从而使本底值较低、 含盐量为0.4%的土壤微生物生物量的增加幅度较大. 土壤微生物生物量是土壤的活性养分库，增施有机物质可明显提高盐碱化土壤微生物生物量，从而为提高盐碱化土壤肥力发挥重要作用.

4 结论

在无碳源添加条件下高浓度的土壤盐分可抑制土壤的硝化作用，加入碳源后盐分含量对土壤硝化作用的影响变弱. 低盐利于铵态氮的转化，而高盐利于铵态氮的重新释放. 仅添加氮源虽然提高了低盐土壤溶解性总氮含量，但并不能提高微生物生物量氮含量. 只有增施碳源才能提高土壤微生物生物量氮，且这种效果在低盐条件下表现更为明显. 说明土壤盐分影响土壤氮素的转化，高浓度的土壤盐分不利于土壤无机氮的转化及微生物对氮素的吸收，而碳源的添加可削弱盐分的影响，且提高盐碱化土壤的微生物活性，因此在盐碱化土壤中增施有机物质是提高氮素转化的有效措施.