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user: 6. 结果与分析 采用双膜覆盖技术种植水稻以修复荒漠化土壤，在环境相同的未修复沙地与已修复沙地分别采样，测量并分析其氮、磷、钾和有机质含量。对荒漠化土壤进行修复，主要是提高土壤肥力 [ 17 ] ，而土壤肥力是通过土壤中的养分来衡量的 [ 18 ] ，因此，荒漠化土壤的修复表现为土壤养分的增加。其中以氮、磷为限制因素 [ 19 ] 。 6.1. 氮循环 水稻生长所需的氮50%~70%是土壤提供的 [ 20 ] ，土壤供氮能力的强弱影响着水稻的产量 [ 21 ] 。土壤中的氮素转化是生物–土壤生态系统中氮循环的重要组成部分 [ 22 ] ，所以需要进一步探究覆膜水稻田的氮循环，并用草原与荒漠的土壤氮循环进行对比(见图1~6)。 6.1.1. 覆膜水稻氮循环 如图1、图2所示，覆膜水稻田的氮循环中，氮的输入项有降水氮、生物固氮、有机肥施用氮和种子带入氮，氮的输出项有作物收获氮、反硝化损失氮和农田氨挥发氮。 图1. 覆膜水稻氮循环图 图2. 覆膜水稻氮循环流程图 1) 降水氮 通过计算近几年内蒙古自治区年平均降水量 [ 24 ] ，得出降水氮为4.93 kg/hm 2 ∙a (328.6 g/亩∙a)。 2) 生物固氮 由作物固氮与土壤生物固氮组成，其中水稻固氮系数为30 kg/hm 2 ，土壤生物固氮系数为25 kg/hm 2 [ 23 ] 。得出生物固氮为55 kg/hm 2 ∙a (3666.7 g/亩∙a)。 3) 有机肥施用氮 施用的有机肥为猪粪，猪粪的含氮量约为2 g/kg [ 25 ] 。得出的结果为43.0 kg/hm 2 ∙a (2866.7g/亩∙a)。 4) 种子带入氮 水稻种子的氮系数为2.25 kg/hm 2 [ 23 ] 。得出的结果是2.25 kg/hm 2 ∙a (150 g/亩∙a)。 5) 作物收获氮 收获水稻含氮系数为19.1 kg/t [ 23 ] 。得出的结果是42.98 kg/hm 2 ∙a (2865.0 g/亩∙a)。 6) 反硝化损失氮 有机肥反硝化损失量为含氮量乘以13% [ 23 ] 。得出的结果是5.6 kg/hm 2 ∙a (373.0 g/亩∙a)。 7) 农田氨挥发氮 有机肥农田氨挥发量为含氮量乘以20% [ 23 ] 。得出的结果是8.6 kg/hm 2 ∙a (573.0 g/亩∙a)。 沙漠水稻土壤氮的输入有降水氮、生物固氮、有机肥施用氮、种子带入氮，结果如下表2： Table 2 Input of soil nitrogen in desert ric 降水氮 生物固氮 有机肥施用氮 种子带入氮 总计 输入氮(kg/hm 2 ∙a) 4.93 55 43 2.25 105.18 表2. 沙漠水稻土壤氮的输入 沙漠水稻土壤氮的输出有：作物收获氮、反硝化损失氮、农田氨挥发氮，结果如下表3： Table 3 Output of soil nitrogen in desert ric 作物收获氮 反硝化损失氮 农田挥发氮 总计 输出氮(kg/hm 2 ∙a) 42.98 5.6 8.6 57.18 表3. 沙漠水稻土壤氮的输出 计算覆膜水稻土壤氮素的输入项与输出项，得出剩余氮的量为48 kg/hm 2 ∙a。 6.1.2. 草原氮循环 如图3、图4所示，草原的氮循环中，氮的输入项有降水氮、生物固氮和动物粪便施入氮，氮的输出项有动物觅食和反硝化损失氮。 图3. 草原氮循环图 1) 降水氮 通过计算近几年内蒙古自治区年平均降水量 [ 24 ] ，得出降水氮为4.93 kg/hm 2 ∙a (328.6 g/亩∙a)。 图4. 草原氮循环流程图 2) 生物固氮 生物固氮为9.3 kg/hm 2 ∙a (620g/亩∙a) [ 26 ] 。 3) 反硝化损失氮 反硝化损失氮为3.2 kg/hm 2 ∙a (213.3g/亩∙a) [ 27 ] 。 4) 动物觅食 折算为绵羊，平均0.41只/亩，日食草3 kg，草含氮率3%，动物觅食输出氮为101 kg/hm 2 ∙a (6734.3 g/亩∙a) [ 28 ] 。 5) 动物排泄 折算为绵羊，平均0.41只/亩，年排便1吨，粪便含氮量0.6%，动物排泄投入氮为36.9 kg/hm 2 ∙a (2460 g/亩∙a) [ 28 ] 。 6) 牧草收获 每年秋季收割牧草，平均每亩收割10 kg (干草)，干草含氮率6%，牧草收获9 kg/hm 2 ∙a (600 g/亩∙a) [ 28 ] 。 草原土壤氮的输入有降水氮、生物固氮、动物排泄，结果如下表4： Table 4 Input of soil nitrogen in grasslan 降水氮 生物固氮 动物排泄 总计 输入氮(kg/hm 2 ∙a) 4.93 9.3 36.9 51.13 表4. 草原土壤氮的输入 草原土壤氮的输出有：反硝化损失氮、动物觅食、牧草收获，结果如下表5： Table 5 Output of soil nitrogen in grasslan 反硝化损失氮 动物觅食 牧草收获 总计 输出氮(kg/hm 2 ∙a) 3.2 101 9 113.2 表5. 草原土壤氮的输出 计算草原土壤氮素的输入项与输出项，得出剩余氮的量为−62.07 kg/hm 2 ∙a。 6.1.3. 荒漠氮循环 如图5、图6所示，荒漠氮循环中，氮的输入项有降水氮和生物固氮，氮的输出项有反硝化损失氮。土壤养分循环中的输入量和输出量的大小决定了土壤肥力的盈亏 [ 23 ] 。 图5. 荒漠氮循环图 图6. 荒漠氮循环流程图 1) 降水氮 通过计算近几年内蒙古自治区年平均降水量 [ 24 ] ，得出降水氮为4.93 kg/hm 2 ∙a (328.6 g/亩∙a)。 2) 生物固氮 生物固氮为8.78 kg/hm 2 ∙a (585.0 g/亩∙a) [ 29 ] 。 3) 反硝化损失氮 反硝化损失氮为0.89 kg/hm 2 ∙a (59.5g/亩∙a) [ 30 ] 。 荒漠土壤氮的输入有降水氮、生物固氮，结果如下表6： Table 6 Input of soil nitrogen in deser 降水氮 生物固氮 总计 输入氮(kg/hm 2 ∙a) 4.93 8.78 13，71 表6. 荒漠土壤氮的输入 荒漠土壤氮的输出是反硝化损失氮，结果如下表7： Table 7 Output of soil nitrogen in deser 反硝化损失氮 总计 输出氮(kg/hm 2 ∙a) 0.89 0.89 表7. 荒漠土壤氮的输出 计算荒漠土壤氮素的输入项与输出项，得出剩余氮的量为12.82 kg/hm 2 ∙a。 6.1.4. 覆膜水稻、草原和荒漠氮循环对比 草原生态系统中由于饲养牲畜且牲畜被贩卖、屠宰，残骸不能回归，导致输出氮大于输入氮，总氮含量逐年减少。荒漠生态系统中虽然输入氮大于输出氮，但由于氮的输入项和输入量均过于稀少，总氮的增长也很少。覆膜水稻由于水稻共生的根瘤菌有固氮作用，又定量施入有机肥料，总氮含量稳定增加，加快荒漠化土壤的修复速度。 6.2. 覆膜水稻土壤总氮含量变化 氮占植物干重的0.3%~5% [ 31 ] ，是植物生长发育所必需物质的组成部分，如蛋白质、核酸、磷脂等 [ 32 ] 。它是评价土壤肥力高低的重要指标之一 [ 33 ] ，在农作物生长和土壤生态系统中起着十分关键的作用 [ 34 ] 。本研究分别测量和分析了未修复沙地和稻田土壤的总氮含量。由图7可知，随着水稻种植年数的增长，稻田土壤中的总氮含量也不断上升。与未进行修复的沙地相比，使用膜技术种植的稻田土壤总氮含量增加了230%。结果表明，使用膜技术种植水稻可以增加水稻土的总氮含量，改善土壤，有助于水稻合成生长发育所需要得养分。 图7. 总氮占土壤比率 6.3. 土壤总磷含量变化 植物在生长过程中需要吸收大量的磷，其中大部分是有土壤供给的 [ 35 ] 。本研究分别测量和分析了未修复沙地和稻田土壤的总磷含量，由图8可知，随着水稻种植年数的增长，稻田土壤中的总磷含量也不断上升。与未进行修复的沙地相比，使用膜技术种植的稻田土壤总磷含量增加了750%。结果表明，使用膜技术种植水稻可以增加水稻土的总磷含量。 图8. 总磷含量 6.4. 土壤总钾含量变化 钾是植物必须的营养元素之一，植物所需的钾主要是由土壤供给的 [ 36 ] 。植物用根系吸收通过扩散或质流等方式到达根表的钾 [ 37 ] 。本研究分别测量和分析了未修复沙地和稻田土壤的总钾含量。由图9可知，随着水稻种植年数的增长，稻田土壤中的总钾含量也不断上升。与未进行修复的沙地相比，使用膜技术种植的稻田土壤总钾含量增加了100%。结果表明，使用膜技术种植水稻可以增加水稻土的总钾含量。 图9. 总钾含量 6.5. 土壤有机质含量变化 土壤有机质是评价土壤肥力的重要指标之一 [ 38 ] ，也是影响土地生产力的重要因素 [ 39 ] 。土壤中的有机质不仅是植物生长所必需营养素的主要来源，还可以增加土壤蓄水量、保水性和保肥能力 [ 40 ] ，改善土壤结构和理化性质(缓冲性能，吸附性能，离子交换性能和络合能力等) [ 41 ] 。在荒漠化地区，其含量更是评价该地区土壤质量的重要指标 [ 42 ] 。本研究分别测量和分析了未修复沙地和稻田土壤的有机质含量。由图10可知，随着水稻种植年数的增长，稻田土壤中的有机质含量也不断上升。与未进行修复的沙地相比，使用膜技术种植的稻田土壤有机质含量增加了146%。结果表明，使用膜技术种植水稻可以增加水稻土的有机质含量，改善土壤土质，帮助作物更高效的合成生长所需的养分。 图10. 有机质含量