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尿素作为重要的肥料在农田土壤广泛施用,从而对于土壤碳、氮循环转化过程产生一定影响。尿素施用不仅可能导致土壤有机质总量的变化,对土壤有机碳的重要组分如氨基酸、氨基糖及中性糖等的循环转化动态也具有一定影响。然而尿素碳在土壤中的截获动态和去向还不清楚。因而,研究采用室内培养方法,利用13C同位素示踪结合色谱/质谱及同位素比例质谱技术,通过测定不同培养时期土壤有机碳及各组分的含量和13C富集比例,探讨尿素碳向土壤以及氨基酸、氨基糖和中性糖等组分的转化动态及其影响因素。研究结果表明:
尿素施入后,土壤有机碳含量有所下降。尿素碳在土壤中最终残留量仅占初始加入量的1％左右,黑土残留量显著高于红壤。说明尿素施入后,大部分尿素碳易于损失。加入脲酶抑制剂(NBPT)可通过减缓尿素水解强度加强尿素碳在土壤中的保留。
尿素碳向土壤有机组分的转化及其对有机组分动态的影响因化合物种类而异。尿素碳可以向土壤氨基糖转化,但来源于尿素的氨基糖数量最高仅占氨基糖总量的0.03％,说明尿素碳的微生物可利用性较低。尿素碳向氨基糖的转化速率因氨基糖种类而异,其顺序为:氨基葡萄糖>氨基半乳糖>胞壁酸。由于氨基糖具有微生物异源性,这种变化表明土壤真菌对于尿素碳的同化利用能力高于细菌。黑土中尿素碳向氨基糖转化量高于红壤,说明黑土中微生物对尿素碳有相对较强的利用能力。NBPT明显提高了两种土壤培养初期对于尿素碳的转化利用强度,意味着尿素水解后生成的无机碳形态的生物可利用性进一步下降。
尿素碳可以向土壤氨基酸转化,利用尿素碳合成的氨基酸数量最高达到121μg·g-1。其中,尿素碳合成碱性氨基酸的强度明显高于酸性和中性氨基酸。由于土壤有机质含量较高,黑土中来源于尿素碳的氨基酸数量显著高于红壤。NBPT对不同氨基酸APE影响不同。NBPT增强黑土培养前期氨基酸的合成速率,后期则降低。说明NBPT可能通过抑制尿素水解,从而有利于尿素碳向氨基酸转化。在红壤中,由于尿素碳在土壤中的残留量较低,NBPT的影响不明显。
在土壤各中性糖组分中均未检测到13C的富集,表明培养条件下尿素碳并未向土壤中性糖转化,土壤中中性糖的增加来源于土壤中原有有机碳的转化。
与原土相比,在尿素碳参与氨基酸和氨基糖合成的同时,土壤氨基酸、氨基糖含量有所下降。这表明土壤微生物碳源受限条件下,土壤中原有氨基酸、氨基糖可作为活性相对较强的碳源被矿化分解。但是,土壤中中性糖总量变化不大,甚至显著增加,尤其对于黑土更为显著,说明相对于氨基酸和氨基糖来说,中性糖稳定性较高。