氮素是作物生长主要限制因子之一，土壤氮素主要以有机氮的形态存在^[1].有机氮在维持土壤无机氮供应能力方面具有重要的意义，然而大部分有机氮不能直接被植物吸收利用，必须通过矿化作用才能转化为可被植物吸收利用的无机氮，是无机氮的源和库^[2,3].有机氮组分结构是影响土壤氮素有效性的重要因子^[4].目前研究土壤有机氮组分主要还是采用Bremner提出的酸水解分级方法^[5],该方法将土壤有机氮分为酸解性氮和非酸解性氮，其中酸解性氮由氨基酸氮、氨基糖氮、氨态氮和酸解未知态氮组成。不同有机氮组分的化学形态及其存在状况与无机氮供应能力密切相关^[6],了解有机氮组分结构变化特征对深入认识土壤肥力演变和合理施肥均具有重要的参考意义。

大量研究表明有机肥施用能显着提高土壤有机氮含量^[7,8,9],但不同种类有机肥本身理化性质差异明显^[10,11,12],有机肥施用所增加的有机氮在各组分中的分配比例可能也不相同，直接影响土壤氮素有效性。然而，目前不同种类有机肥对土壤有机氮组分变化特征影响的对比研究较少，不同有机肥对土壤有机氮各组分变化的贡献率仍不明确。本文选择30年长期定位试验耕层土壤作为研究对象，采用Bremner有机氮分级方法，研究不同施肥处理对土壤有机氮含量及其组分构成的影响，旨在为合理施肥提供理论依据。 1 材料与方法 1.1 试验处理

供试土壤采自农业部福建耕地保育科学观测实验站肥力长期监测试验田（福建省闽侯县白沙镇，119°04′10″E,26°13′31″N）,试验点年均气温19.5 ℃，年均降雨量1350 mm.土壤类型为水稻土，发育于酸性花岗岩母质。长期定位试验始于1983年，4个处理分别为不施肥（CK）、单施化肥（NPK）、牛粪与化肥配施（NPKM）和稻草与化肥配施（NPKS）.每个处理3次重复，小区面积为12 m²（4 m × 3 m）,随机排列。种植作物为单一水稻，1983年至2004年为双季稻轮作后冬闲，2005年至2012年为单季稻后休闲。水稻品种每3~4年更换1次，均为当地主栽品种。定位试验初始耕层土壤的理化性状为：pH 4.9、有机质21.6 g·kg^-1、速效氮141.0 mg·kg^-1、速效磷24.0 mg·kg^-1、速效钾41.0 mg·kg^-1.

所有施肥处理（NPK、NPKM和NPKS）施用的化肥品种和施用量相同，每茬水稻的氮、磷、钾施用量分别为103.5 kg N·hm^-2,27.0 kg P₂O₅·hm^-2 和135.0 kg K₂O·hm^-2.供试化肥分别为尿素、过磷酸钙、氯化钾，其中尿素和氯化钾50%作为基肥施用、50%作为分蘖肥施用，过磷酸钙全部基施。牛粪与化肥配施处理（NPKM）在每季水稻种植前施用3750 kg·hm^-2牛粪（干基）,稻草与化肥配施处理中所有稻草全部还田（每茬平均还田量约为5200 kg·hm^-2）.牛粪和稻草养分含量多年平均值分别为有机碳228.7 g·kg^-1、N 15.8 g·kg^-1、P₂O₅ 8.8 g·kg^-1、K₂O 11.7 g·kg^-1和有机碳375.5 g·kg^-1、N 11.0 g·kg^-1、P₂O₅ 3.8 g·kg^-1、K₂O 20.4 g·kg^-1. 1.2 样品采集与分析方法

于2013年5月种植水稻前采集各试验小区耕层土壤样品，取样深度为0~15 cm,每个小区按S型随机采集6个子样点混合成一个土样，共12个样品。风干后用于土壤基本性质和有机氮组分测定。土壤理化性质测试参照土壤农化分析方法^[13].土壤有机氮组分采用Bremner有机氮分级方法^[5].其中，酸解性氮采用凯氏法测定；氨态氮采用MgO氧化蒸馏法测定；氨+氨基糖氮采用磷酸-硼砂缓冲液（pH 11.2）蒸馏法测定；氨基酸氮采用茚三酮氧化、磷酸-硼砂缓冲液蒸馏法测定；未知态氮、氨基糖氮和非酸解氮通过差减法求得。 1.3 数据统计方法

试验数据采用SPSS 18.0和Origin 9.0软件进行统计分析。 2 结果与分析 2.1 长期施用不同肥料对土壤全氮、酸解性氮和非酸解性氮的影响

从表 1可以看出，土壤中全氮主要以酸解性氮形态存在，占68.0%~82.1%,非酸解性氮占17.9%~32.0%;长期施肥提高了非酸解氮比例，降低了酸解性氮比例。NPK、NPKM和NPKS处理的全氮含量分别比CK处理提高23.4%、53.4%和52.2%,其中NPKM和NPKS处理达到5%显着水平。土壤中酸解性氮和非酸解性氮含量均随全氮含量的提高而提高（图 1,P < 0.01）.线性回归斜率表明，与CK处理相比，施肥所增加的有机氮中酸解性氮和非酸解性氮各占一半左右（49.7%为酸解性氮，50.3%为非酸解性氮）.

表 1 不同施肥处理对土壤全氮、酸解性氮和非酸解性氮的影响 Table 1 Effects of different fertilization on total N,acid-hydrolysable N and non-acid hydrolysable N in soils

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图 1 土壤全氮含量与酸解性氮和非酸解性氮含量的关系 Figure 1 Relationship of total N with acid-hydrolysable N and non-acid hydrolysable in soils

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NPK、NPKM和NPKS处理中所施用的化肥种类和施用量相同，处理间有机氮含量和组分的差异主要取决于不同有机肥配施。从两种有机肥配施处理间的差异来看，不同有机肥配施所增加的有机氮在酸解性氮和非酸解性氮中的分配比例差异明显（表 1）.NPKM处理土壤全氮含量比NPK处理提高0.371 g·kg^-1,其中酸解性氮含量提高0.222 g·kg^-1,占60.0%,非酸解性氮含量提高0.148 g·kg^-1,占40.0%.NPKS处理全氮含量比NPK处理提高0.355 g·kg^-1,其中酸解性氮含量提高0.100 g·kg^-1,占28.3%,非酸解性氮含量提高0.255 g·kg^-1,占71.7%.说明牛粪与化肥长期配施有利于提高土壤酸解性氮含量，而稻草与化肥配施则有利于提高非酸解性氮含量。 2.2 长期施用不同肥料对土壤酸解性氮组分的影响

表 2显示，长期施肥提高了土壤酸解未知态氮和氨基酸氮含量，其中NPK、NPKM和NPKS处理的未知态氮含量分别比CK处理提高18.9%、45.5%和30.0%,氨基酸氮含量分别比CK处理提高12.8%、51.7%和30.7%.长期施肥降低了氨态氮组分占酸解性总氮的比例，NPK、NPKM和NPKS处理分别比CK处理降低了2.8%、5.8%和4.0%;但没有影响酸解性总氮中各组分比例大小顺序，各处理均为未知态氮>氨态氮>氨基酸氮>氨基糖氮。相关分析结果表明（图 2）,酸解性氮含量与未知态氮、氨基酸氮和氨基糖氮含量呈显着或极显着线性关系。线性回归斜率表明，施肥所增加的酸解性氮中69.0%为未知态氮，21.0%为氨基酸氮，6.6%为氨基糖氮，3.4%为氨态氮。

表 2 长期施用不同肥料对土壤酸解性氮组分的影响 Table 2 Effect of long-term different fertilization on components of acid-hydrolysable organic N in soils

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图 2 酸解性氮含量与未知态氮、氨基酸氮、氨态氮和 氨基糖氮含量的关系 Figure 2 Relationship of acid-hydrolysable N with hydrolysable unidentified N,amino acid N,ammonia N,and amino sugar N in soils

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从表 2还可以看出，与NPK处理相比，NPKM处理中酸解未知态氮含量提高0.155 g·kg^-1,占酸解性总氮增加量的69.6%,氨基酸氮含量提高0.064 g·kg^-1,占酸解性总氮增加量的28.6%.NPKS处理中未知态氮含量比NPK处理提高0.064 g·kg^-1,占酸解性总氮增加量的64.1%,氨基酸氮含量提高0.029 g·kg^-1,占酸解性总氮增加量的29.2%.说明不同有机肥与化肥配施所增加的酸解性总氮在各酸解性氮组分中的分配比例差异不大。 3 讨论

有研究表明，采用Bremner酸水解有机氮分级方法测得的非酸解性氮如果不是以杂环氮形态存在，就是与杂环或芳香环结合在一起^[14].而杂环类化合物或芳香环类化合物均为稳定性氮化合物，不易被矿化^[15].因此可以认为非酸解性氮主要以难矿化的稳定性有机氮为主。酸解性氮组分中未知态氮的存在形态和性质目前还不十分清楚。有研究认为，未知形态氮主要由不能被茚三酮氧化法测定的非蛋白质组分氨基酸构成^[16].Coh和Edmeades认为酸解未知态氮中25%~50%以非α-氨基酸氮形态存在^[17].此外，酸解性氮中氨态氮和氨基酸氮含量与可矿化有机氮的矿化速率呈线性相关关系，被认为是土壤易矿化有机氮的主要来源^[6].因此可以认为酸解性氮主要由易矿化的活性有机氮形态组成。土壤中难矿化稳定性有机氮含量的提高有利于土壤氮保存，而易矿化活性有机氮含量的提高一般会促进有机氮矿化，提高土壤无机氮供应能力，促进作物生长。有研究表明，作物产量和吸氮量与土壤酸解性氮、未知态氮和氨态氮含量呈极显着正相关^[1].该定位试验产量结果表明，不同处理水稻产量顺序为NPKM>NPKS>NPK>CK^[18],与土壤中酸解性氮、氨基酸氮和未知态氮含量呈显着或极显着指数正相关（P<0.01）,这从另一侧面验证了本试验结果。

本试验结果表明，不同有机肥与化肥配施所增加的有机氮在各组分中的分配比例差异明显。NPKM处理所增加有机氮主要为酸解性氮，而NPKS处理所增加氮主要为非酸解性氮。Xu等^[19]和张旭东等^[20]研究发现，猪粪与化肥配施可以明显提高土壤氨基酸氮含量，高于稻草或绿肥与化肥配施处理。这些报道与本试验结果一致。有机肥与化肥配施对土壤有机氮组分结构特征的影响机制可能包括以下两种途径。（1）有机肥本身含有的养分直接引起土壤有机氮组分变化。畜禽粪便类有机肥中脂肪酸、缩氨酸、蛋白质、多糖等成分含量较高^[10,11],施入土壤后通过微生物固定（或矿化-同化）直接影响有机氮组分结构。施用畜禽粪便类有机肥对土壤有机氮中的芳香环物质没有影响，但显着提高了土壤氨基酸、脂肪酸和蛋白质含量^[21,22].而秸秆类有机肥中木质素、纤维素和半纤维素含量高达34.62%~41.50%、18.00%~22.6%和9.27%~17.70%^[23,24,25].这些成分一般认为是难矿化有机质^[26],施入土壤后提高了土壤重组分有机质含量^[27].（2）通过影响土壤微生物“矿化-同化”过程改变有机氮组分结构。畜禽粪便类有机肥和秸秆类有机肥C/N等性质差异显着，施入土壤后改变了土壤微域环境C/N.在低C/N条件下微生物生长受碳的限制，无机氮同化量很小；反之在高C/N条件下，微生物生长受氮限制，矿化出的氮素被迅速同化^[28].而微生物同化的无机氮在易矿化有机氮库和难矿化有机氮库的分配比例不同^[9,29],因此影响了有机氮组分结构。此外，磷、钾等肥料施用也会引起土壤有机氮组分变化^[7,30].本试验中牛粪和稻草施用所带入的磷、钾等养分量差异较大，这可能也是牛粪或稻草与化肥配施所增加的有机氮在各组分中的分配比例差异的原因之一。

长期施肥提高了氨基酸氮和未知态氮含量，但并没有改变酸解性总氮中各组分比例大小顺序，各施肥处理均为未知态氮 > 氨态氮 > 氨基酸氮 > 氨基糖氮。这与黑土^[31]、棕壤^[32]、塿土^[33]等土壤类型的研究结果不同，说明土壤类型是影响有机氮组分结构的主要因素之一。此外，不同种植制度下相同土壤类型的酸解性总氮组分结构也有差异^[2,33],这说明种植制度也是影响有机氮组分结构的主要因素之一。 4 结论

（1）在本试验条件下，土壤中有机氮主要以酸解性氮形态存在，不同施肥处理酸解性氮占全氮的68.0%~82.1%;长期施肥所增加的有机氮中酸解性氮和非酸解性氮各占一半左右。

（2）不同有机肥与化肥配施所增加的有机氮在酸解性氮和非酸解性氮中的分配比例差异明显，其中牛粪与化肥配施所增加的有机氮中以酸解性氮为主，占60.0%,而稻草与化肥配施所增加的有机氮主要分配于非酸解性氮，占71.7%.

（3）施肥提高了酸解性总氮中未知态氮与氨基酸氮含量，对氨态氮和氨基糖氮含量影响不显着；酸解性总氮中各组分比例的大小顺序为未知态氮>氨态氮>氨基酸氮>氨基糖氮。