6種類型有機肥的礦化特性研究

張帆 王晨冰 牛茹萱 王鴻 王發(fā)林

摘要：采用室內(nèi)培養(yǎng)法，研究了西北地區(qū)日光溫室栽培生產(chǎn)中常用的6種有機肥的碳、氮礦化特性。結(jié)果表明，不同有機肥碳、氮的礦化量和礦化率（礦化量占總有機碳或氮的比例）的動態(tài)變化存在明顯差異，碳素礦化率在25.7%～56.3%，變異系數(shù)達44.8%；氮素平均礦化率為16.6%～36.3%，變異系數(shù)達 29.48%。不同類型有機肥相比，雞糞的平均碳、氮礦化累積量及礦化率顯著高于羊糞和牛糞，羊糞次之，牛糞最小。

關(guān)鍵詞：有機肥；碳素；氮素；礦化特性

中圖分類號：S153 文獻標志碼：A 文章編號：1001-1463（2017）08-0029-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2017.08.008

Effects of Adding Rapeseed Cake on Yield of Agaricus bisporus Compost

ZHANG Nan ZHU Zixiong

（Gansu Yiquanxinhe Agricultural Science & Technology Development Co.， Ltd， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract：In this paper， the effects of supplementing cultiwation compost with rapeseed cake to casing on Agaricus bisporus fruit body yields are determined. The result shows that the addition of rapeseed cake as nitrogen source alone had no effect on the yield of Agaricus bisporus， while adding rapeseed cake and chicken manure could increase the fermentation temperature of the compost， and then decompose the nutrients fully to improve the yield. When the rapeseed cake adding 6.5 t， the mushroom total yield is 96.84 kg/hm2， the average yield is 32.28 kg/m2， which is 78% higher than that of the control.

Key words：Agaricus bisporus；Compost；Rapeseed cake；Yield；Biological efficiency

有機農(nóng)業(yè)在國內(nèi)近幾年發(fā)展很快，由于有機農(nóng)業(yè)倡導(dǎo)不施用化肥，只施用有機肥，這一導(dǎo)向必然帶來過量施用有機肥的問題，而有機肥過量施用影響生態(tài)環(huán)境問題往往為人所忽視[1 ]。一些研究表明，有機肥施入的氮量與化肥供應(yīng)的氮素相當(dāng)，或高于化肥提供的氮素[2 - 3 ]，但是施入的氮素如果不能被作物吸收利用，會造成土壤氮素過量累積，并會引發(fā)一系列的生態(tài)環(huán)境問題[4 - 7 ]。因此，探明有機肥的氮素礦化特性，不但是平衡施肥的基礎(chǔ)[8 ]，同時也對減少肥料用量，提高氮素利用效率，降低對生態(tài)環(huán)境的危害具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤為甘肅農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州桃園試驗園內(nèi)的0～20 cm耕層土壤，有機質(zhì)含量為18.0 g/kg，全氮含量為4.7 g/kg，全磷含量為1.25 g/kg，全鉀含量為3.05 g/kg，pH 8.2。供試有機肥由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)院養(yǎng)殖場提供，包括牛糞（CtM1，未腐熟），堆肥牛糞（CtM，腐熟）、羊糞（ShM1，未腐熟）、堆肥羊糞（ShM，腐熟）；雞糞（ChM1，未腐熟），堆肥雞糞（ChM，腐熟），各有機肥的基本理化性狀見表1。有機肥樣品經(jīng)過風(fēng)干后粉碎過1 mm篩備用。

1.2 試驗設(shè)計與方法

以上述 6 種不同類型有機肥為研究對象，采用室內(nèi)好氣培養(yǎng)法研究有機肥碳、氮礦化特性。設(shè)不施有機肥對照（CK）和施用不同類型有機肥處理，共7個處理，重復(fù)3次。施用有機肥處理的有機肥加入量均按N100 mg/kg土壤（干基）進行折算。

1.2.1 有機肥氮礦化培養(yǎng)試驗 參照張帆等[9 ]的方法，即將400 g土（干重）與有機肥混勻后，將含水量調(diào)至最大持水量的70%。將處理好的土樣裝入 1 000 mL的廣口塑料瓶中，用帶有通氣孔的塑料薄膜封口，然后將廣口塑料瓶放入培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度25 ℃±2 ℃。2016年4月30日開始培養(yǎng)，每隔5 d用重量差減法補充水分。分別于第30、60、90、120、150、180 d進行取樣，樣品一部分用以測定土壤含水量，一部分用來測定礦質(zhì)氮（硝態(tài)氮和銨態(tài)氮）含量。

1.2.2 有機肥碳素礦化培養(yǎng)試驗 有機肥碳素礦化試驗與氮礦化試驗同時進行，參照張帆等[9 ]的方法。取氮素礦化培養(yǎng)試驗混好有機肥且調(diào)好含水量的培養(yǎng)土30 g，將土樣裝入鋁盒，再將鋁盒放入1 000 mL的廣口塑料瓶中，同時放入裝有0.01 mol/L NaOH溶液的三角瓶（培養(yǎng)前期NaOH用量為50 mL， 培養(yǎng)前期NaOH用量調(diào)整為20 mL），然后密閉，最后將將廣口塑料瓶放入培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。培養(yǎng)時間和培養(yǎng)溫度、取樣時間（將廣口塑料瓶的三角瓶取出，放入裝有剛配好的0.01 mol/L NaOH溶液的三角瓶）同氮礦化試驗。換取三角瓶時，調(diào)節(jié)土壤含水量，取出的三角瓶用稀鹽酸滴定法測定碳素礦化量。土壤碳素培養(yǎng)裝置如圖1所示。

1.3 測定項目及計算方法

土壤和有機肥的有機碳、全氮含量均采用常規(guī)分析方法[10 ]。培養(yǎng)期間土壤礦質(zhì)氮測定采用1 mol/L KCl溶液提取，提取液中NO3--N 和NH4+-N含量用Smartchem200全自動化學(xué)分析儀測定，兩者之和為礦質(zhì)氮含量。有機肥中的NO3--N 和NH4+-N用0.01 mol/L CaCL2 提取，參照趙滿興的方法[10 ]，測定方法同土壤礦質(zhì)氮的測定。有機肥礦化指標計算方法參照張帆等的方法[9 ]，即碳礦化量=培養(yǎng)一段時間后基質(zhì)碳釋放量；碳凈礦化量=一段時間培養(yǎng)碳釋放量-前一段時間的釋放量；碳礦化率=碳礦化量/基礎(chǔ)總碳量×100%；氮礦化量=培養(yǎng)一段時間基質(zhì)中所含礦質(zhì)氮含量-前一段時間基質(zhì)中礦質(zhì)氮；氮凈礦化量=培養(yǎng)一段時間的礦質(zhì)氮含量一該時段初礦質(zhì)氮含量；氮礦化率氮礦化量/基礎(chǔ)氮含量×100%；氮殘留率=培養(yǎng)結(jié)束時基質(zhì)中有機氮/基礎(chǔ)氮含量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和作圖。采用SPSS統(tǒng)計軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 培養(yǎng)過程中不同類型有機肥的碳素釋放特性

圖2為不同類型有機肥在礦化過程中碳素釋放特性。從圖2可以看出，各處理的土壤碳釋放累積量隨培養(yǎng)時間的延長而不斷升高，培養(yǎng)結(jié)束時，未堆肥雞糞處理的土壤碳釋放量最大（圖2-a），堆肥羊糞碳釋放量次之，堆肥牛糞處理的碳釋放量最小（圖2-c），分別為4.38、2.95、2.05 g/kg。有機肥加入土壤后，各處理碳釋放量均表現(xiàn)為前期（前30 d）礦化快，而且雞糞的平均礦化量明顯大于羊糞和牛糞的平均礦化量；后期（后30 d ）礦化較慢，礦化量明顯降低。培養(yǎng)結(jié)束時，碳釋放量由大到小依次為ChM1、ChM、ShM1、ShM、CtM1、CtM。

分析不同有機肥碳素礦化率的動態(tài)變化（圖2-d、e、f），相同種類有機肥在各培養(yǎng)時期的碳素礦化率并不相同，但變化趨勢基本相同，培養(yǎng)前期（30 d前）上升快，90 d以后基本保持平緩。培養(yǎng)結(jié)束時，不同種類有機肥碳素礦化率的動態(tài)相比較，雞糞的碳素礦化率明顯高于羊糞和牛糞，羊糞和牛糞之間的碳素礦化率曲線也有較大差異 （p< 0.05）。同種類間的碳素礦化率分別均無顯著差異。

2.2 氮素礦化特性

從圖3可以看出，不同有機肥的礦質(zhì)氮含量均隨培養(yǎng)時間的延長而不斷升高，增幅明顯。90 d之后，各處理的礦質(zhì)氮含量相對保持穩(wěn)定。培養(yǎng)結(jié)束時，兩種雞糞的礦質(zhì)氮含量均顯著大于羊糞和牛糞，羊糞與牛糞無顯著差異。同一種類有機肥氮素礦化量相比，雞糞、羊糞和牛糞各自處理間礦質(zhì)氮變化不明顯，各處理間相比礦質(zhì)氮含量由大到小依次為ChM、ChM1、ShM、ShM1、CtM、CtM1（圖3-a、b、c）；不同有機肥的凈礦化氮含量隨時間的變化呈不同的趨勢（圖3-d、e、f），2種雞糞在整個培養(yǎng)期間呈“先上升—后下降—波浪下降”趨勢，羊糞礦質(zhì)氮含量變化整體先升后降，而牛糞在培養(yǎng)后期發(fā)生微生物固持。培養(yǎng)末期，施有機肥土壤中礦質(zhì)氮含量由大到小依次為ChM、ChM1、ShM、ShM1、CtM、CtM1。

有機氮的礦化作用受許多環(huán)境因素的影響。從圖3-h、I、g分析得知，隨著培養(yǎng)時間的延長，不同有機肥的有機氮變化趨勢基本相同，呈緩慢下降趨勢。由于不同有機肥基礎(chǔ)氮含量不同，因而培養(yǎng)過程中各處理的有機氮有了不同程度的變化，明顯的各種有機肥堆肥后比未堆肥剩余有機氮少，說明堆肥后有機肥養(yǎng)分含量逐漸趨于穩(wěn)定。相同處理條件下，培養(yǎng)末期，施有機肥土壤的有機氮含量由大到小依次為ShM1、ShM、ChM1、CtM1、ChM、CtM 。

由不同有機肥氮素礦化率的動態(tài)變化（圖3-k、l、m）可知，不同種類及同一種類有機肥間的氮素礦化率動態(tài)均不相同，特別是培養(yǎng)初期差異較大，這與有機肥自身的理化性質(zhì)差異有關(guān)。3種有機肥氮素平均礦化率為32.28%，最大為ChM，達42.62%；最小的為CtM，只有22.10%。相同種類有機肥間的氮素礦化率相比，動態(tài)變化曲線基本相同，不同種類有機肥氮礦化率在培養(yǎng)期間趨勢也呈一致，培養(yǎng)結(jié)束時同種有機肥不同形式氮礦化率差異不顯著（P < 0.05），但不同有機肥有機氮礦化率差異顯著（P < 0.05）。這與有機肥自身的理化性質(zhì)差異有關(guān)。

2.3 氮分解殘留率的動態(tài)變化

氮的分解殘留率是指不同有機肥料中的有機氮礦化分解一定時間后的殘留率。由表2可知，不同有機肥中氮的分解經(jīng)歷快速分解的階段，之后進入緩慢分解階段。雞糞分解的最快，雞糞和堆肥雞糞30 d后殘留率為76.0%和68.6%，180 d后則為33.9%和29.1%；羊糞和堆肥羊糞30 d后殘留率為81.0%和73.3%，180 d后為40.6%和39.2%；牛糞分解相對于緩慢，牛糞和堆肥牛糞30 d后殘留率為86.4%和71.3%，180 d后為51.5%和43.7%，牛糞有機氮的分解殘留率遠高于雞糞和羊糞，培養(yǎng)末期，牛糞、雞糞和羊糞的有機氮分解殘留率最小為雞糞，最大為牛糞，施有雞糞的土壤中有機氮殘留量最少，而施有牛糞土壤中有機氮殘留量最大，施有羊糞土壤中有機氮殘留量次之。可見雞糞有機氮礦化速度大于其余有機肥。

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，供試的3種有機肥的6個不同形態(tài)處理在培養(yǎng)過程中碳、氮礦化特性差異較大。碳素平均礦化率為41.0 %，變化范圍為25.7%～56.3%，變異系數(shù)為44.80 %；氮素平均礦化率為26.45 %，變化范圍為16.6%～36.3%，礦化率變異系數(shù)達29.48 %。這與不同有機肥的來源、理化性質(zhì)、畜禽的種類等因素有關(guān)。供試的3種不同類型有機肥（即牛糞、羊糞、雞糞） 的碳、氮平均礦化量和礦化率相比，雞糞的碳、氮平均礦化量和礦化率顯著高于羊糞和牛糞，這與雞糞的C/N比相對較?。ㄆ骄葹?0.75），易激發(fā)土壤微生物活性和容易發(fā)生礦化作用有關(guān)[11 - 14 ]。

研究同時發(fā)現(xiàn)，同一種類的有機肥不同形式其碳、氮含量、礦化量和礦化率相比也存在差異。其中以供試的2種形態(tài)羊糞和牛糞的碳、氮含量及礦化量的差異最為明顯，培養(yǎng)期間碳礦化量、氮礦化量、碳礦化速率和氮礦化速率呈顯著差異，其原因可能與動物飼料的來源、畜禽的年齡、有機肥的積制方式等因素不同有關(guān)[14 ]。沈其榮等[15 ]研究表明，純羊糞與使用墊圈材料收集的羊糞的氮礦化特性明顯不同，純羊糞比使用墊圈材料的氮礦化量顯著高。趙明等[16 ]、黃向東等[17 ]對雞糞、豬糞和牛糞及其對應(yīng)的堆肥的礦化特性研究表明，不同有機肥經(jīng)堆制后其C/N比均顯著上升，而氮素的礦化量均顯著低于未腐熟的糞肥。有人認為有機肥的礦化速率、礦化量和礦化勢受其C/N、溫度，濕度和理化性質(zhì)的影響，本研究中同一種類的有機肥碳、氮礦化量相比，相同時期的碳礦化量極顯著高于氮礦化量，特別是在培養(yǎng)初期碳礦化量遠遠高于氮礦化量，這是與微生物分解有機肥的特點有關(guān)[18 ]。不同有機肥的殘留物是形成土壤腐殖質(zhì)的重要物質(zhì)，是有機肥培肥土壤的重要指標。從本研究結(jié)果可以看出，培養(yǎng)結(jié)束時不同有機肥有10.32%～33.75%的有機碳和43.80%～59.4%的氮殘留在土壤中，有機肥氮的平均殘留率高于碳的殘留率，這與柳敏等人[19 ]的研究結(jié)果相同。不同有機肥的碳、氮殘留率比較，羊糞和牛糞的碳、氮殘留量大于雞糞，表明在等量施氮量和同等礦化條件下，羊糞和牛糞的培肥效果要好于雞 糞[20 ]。由于本試驗是在實驗室恒溫培養(yǎng)條件下進行的，礦化溫度和水分條件均與日光溫室有差別，在實驗室恒溫培養(yǎng)條件下不同有機肥的礦化特性與實際生產(chǎn)中日光溫室的礦化特性的差異有待進一步研究。

不同有機肥因來源和理化性質(zhì)不同而其礦化特性表現(xiàn)為各異，培養(yǎng)末期，有機肥的碳氮礦礦化率和有機碳氮釋放量以雞糞最高，羊糞次之，牛糞最低?？梢娫诘攘渴┑亢屯鹊V化條件下，羊糞和牛糞作為培肥效果要好于雞糞。

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（本文責(zé)編：鄭立龍）