李光義　余小蘭　徐林　張紅燕　鄒雨坤

摘要 [目的]探討木薯莖稈栽培基質(zhì)氮的變化規(guī)律。[方法]在未添加外源養(yǎng)分的條件下，以盆栽法對比研究了木薯莖稈栽培基質(zhì)在種植番茄和不種植番茄2種情況下各形態(tài)氮在番茄不同生育期的變化情況。[結果]在番茄整個生育期，“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”的pH為7.48～7.86，“木薯莖稈栽培基質(zhì)”的pH為7.28～7.88；EC值在幼苗期前從3.28 μS/cm急劇上升至1 371.00 μS/cm，幼苗期之后幾乎保持不變；pH、EC值均在理想栽培基質(zhì)要求范圍內(nèi)。木薯莖稈栽培基質(zhì)全氮減少幅度為0.276%～0.281%，木薯莖稈栽培基質(zhì)仍具有較強的供氮潛力。堿解氮含量相對穩(wěn)定，營養(yǎng)生長期前，“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”堿解氮高于“木薯莖稈栽培基質(zhì)”，營養(yǎng)生長期后正好相反。銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的大量損失主要發(fā)生在番茄營養(yǎng)生長期前；營養(yǎng)生長期后，銨態(tài)氮含量保持在35.08～49.93 mg/kg，而“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”硝態(tài)氮持續(xù)損失直至殆盡，“木薯莖稈栽培基質(zhì)”硝態(tài)氮卻有回升，番茄更易吸收硝態(tài)氮；礦化氮變化規(guī)律與銨態(tài)氮、硝態(tài)氮變化規(guī)律正好相反。氮的轉化主要發(fā)生在銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和礦化氮之間，但銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的存在會抑制有機氮的礦化。[結論]該研究結果為木薯莖稈作為栽培基質(zhì)的推廣、應用及有機基質(zhì)栽培養(yǎng)分管理提供了理論依據(jù)。

關鍵詞 木薯莖稈；栽培基質(zhì)；氮釋放；氮轉化；番茄生育期

中圖分類號 S181 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）17-0068-04

Abstract [Objective] The aim was to explore the change rule of nitrogen in cassava stalk cultivation substrate. [Method] Under the condition of no adding exogenous nutrient， the change rules of different forms of nitrogen of cassava stalk substrate were studied by pot culture experiment under two conditions of planting tomato and not planting tomato. [Result] In the whole growing period of planting tomato， the pH value of ‘cassava stalk substrate + tomato was 7.48-7.86， and the pH of ‘cassava stalk cultivation substrate was 7.28-7.88. Before seedling stage， the value of EC increased from 3.28 μS/cm to 1 371.00 μS/cm， and remained almost constant after seedling stage. Both the pH and EC value were within the requirement of ideal substrate. The reducing range of total nitrogen in cassava stalk cultivation substrate was 0.276%-0.281%， and the cassava stalk cultivation substrate still had a strong potential for nitrogen supply. The content of alkali hydrolyzable nitrogen was relatively stable. The alkali hydrolyzable nitrogen of ‘cassava stalk substrate + tomato was higher than ‘cassava stalk cultivation substrate before the vegetative stage， and after the vegetative stage was just the opposite. Heavy losses of NH4+N and NO3-N occurred in tomato vegetative stage， afterwards， the content of NH4+N kept in 35.08-49.93 mg/kg， the NO3-N of ‘cassava stalk cultivation substrate + tomato kept losing until exhausted， but the NO3-N of ‘cassava stalk cultivation substrate picked up， which indicated that NO3-N could be absorbed more easily than NH4+N. The change rule of mineralized nitrogen was adverse to NH4+N and NO3-N. The transformation of nitrogen mainly occurred among NH4+N， NO3-N and mineralized nitrogen. However， the presence of NH4+N and NO3-N could inhibit the mineralization of organic nitrogen. [Conclusion] The result provides reference for promotion and application of cassava stalk as cultivation substrate as well as organic matrix cultivation nutrient management.

Key words Cassava stalk；Cultivation substrate；Nitrogen release；Nitrogen transformation；Growth stages of tomato

有機基質(zhì)栽培是指將有機物如農(nóng)作物秸稈、菇渣、畜禽糞便等經(jīng)高溫發(fā)酵或高溫處理，使有機廢棄物成為較好的栽培基質(zhì)，形成一個穩(wěn)定并具有緩沖作用的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)[1]。有機基質(zhì)是有機基質(zhì)栽培的核心，除具一般基質(zhì)的特點外，其本身含有豐富養(yǎng)分，在栽培植物過程中充當“養(yǎng)分庫”，因此，研究有機基質(zhì)本身養(yǎng)分釋放、轉化規(guī)律對作物的施、追肥具有十分重要的現(xiàn)實意義[2-3]。氮是作物必需大量元素，增施氮肥是保證作物高產(chǎn)的重要手段。但由于缺乏科學的施肥技術，植物能吸收利用的氮約為35%，大量的氮以淋洗、氨揮發(fā)、反硝化作用而損失[4]。氮雖能以+5價到-3價的各種形態(tài)存在，但植物能直接利用的無機氮很少，大量的氮需經(jīng)土壤動物及微生物的分解和礦化作用才能形成可以被植物直接利用的礦質(zhì)氮?？梢?，各形態(tài)氮的釋放及相互轉化影響著氮素的有效性及生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力[5]，探明各形態(tài)氮的釋放、轉化規(guī)律對提高氮肥利用率、減少環(huán)境污染具有重要意義。

木薯莖稈栽培基質(zhì)是腐熟的木薯莖稈[6]與腐熟雞糞混配而成的秸稈型基質(zhì)，其養(yǎng)分含量全且豐富。隨著生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展和作物秸稈的大量產(chǎn)出，秸稈型栽培基質(zhì)[7-8]將成為基質(zhì)栽培選材的新方向。因此，研究秸稈型栽培基質(zhì)的養(yǎng)分釋放、轉化規(guī)律對促進生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。鑒于此，筆者以木薯莖稈栽培基質(zhì)種植番茄為例，研究了木薯莖稈栽培基質(zhì)各形態(tài)氮在栽培番茄過程中的變化規(guī)律，旨在為木薯莖稈作為栽培基質(zhì)的推廣、應用及有機基質(zhì)栽培養(yǎng)分管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

木薯莖稈栽培基質(zhì)：腐熟木薯莖稈與腐熟雞糞按體積比1∶1混勻而成；番茄（超級大明星）幼苗（14 d苗）；花盆、盆托。木薯莖稈栽培基質(zhì)的基本性質(zhì)：全氮13.62 mg/g，堿解氮0.865 mg/g，銨態(tài)氮105.71 mg/kg，硝態(tài)氮724.02 mg/kg，礦化氮0 mg/kg，pH 7.48，電導率（EC）值3.28 μS/cm。

1.2 試驗方法

將木薯莖稈栽培基質(zhì)裝滿花盆（盆口外徑27 cm，盆口內(nèi)經(jīng)23 cm，高25 cm，盆底直徑18 cm），共10盆，盆底墊上盆托。其中5盆種植番茄，每盆1株；其余5盆不種植。種植之后不再施肥，視栽培基質(zhì)濕潤程度定量澆水，保持基質(zhì)濕潤；未種植番茄的處理以相同方式進行管理。分別于番茄幼苗期（植后第20天）、營養(yǎng)生長期（植后第40天）、開花期（植后第70天）、坐果期（植后第100天）、成熟期（植后第150天）用微型取土器采集2種處理基質(zhì)樣品供測定、分析用。

1.3 樣品分析

測定木薯莖稈栽培基質(zhì)樣品各形態(tài)氮（以風干樣計）。全氮用H2SO4-H2O2消煮-靛酚藍比色法測定；堿解氮用堿解擴散法測定；銨態(tài)氮用2 mol/L KCl浸提-靛酚藍比色法測定；硝態(tài)氮用2 mol/L KCl浸提-“A=A220-2A275”紫外光雙波法測定；礦化氮用厭氣培養(yǎng)法測定；pH、EC：以鮮樣與蒸餾水按1∶5（W∶V）浸提后測定。

2 結果與分析

2.1 栽培基質(zhì)pH、EC值變化

pH是栽培基質(zhì)化學性質(zhì)的一個重要指標，其變化影響著基質(zhì)的緩沖性能、養(yǎng)分的形態(tài)及有效性[9]、微生物活動[10]、有機質(zhì)的分解及作物的生長等，栽培基質(zhì)需具備合適的pH[11]。由圖1可見，“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”的pH在栽培番茄過程中保持在7.48～7.86，變化幅度較小；營養(yǎng)生長期至成熟期，pH基本保持不變；而“木薯莖稈栽培基質(zhì)”的pH為7.28～7.88，起伏較大。EC值是反映栽培基質(zhì)可溶性鹽濃度的指標，其大小直接影響營養(yǎng)液的平衡和幼苗生長情況[12]，一般認為EC值為500～3 000 μS/cm均適合作物生長[13]。由圖2可見，在栽培番茄過程中，“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”的EC值由3.28 μS/cm升至1 371 μS/cm，符合栽培基質(zhì)對EC值的要求，具體表現(xiàn)為：幼苗期基質(zhì)的EC值迅速上升；幼苗期至成熟期，基質(zhì)的EC值保持在一個相對穩(wěn)定的數(shù)值?！澳臼砬o稈栽培基質(zhì)”的EC值變化與“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄” 相似。由此可見，無論是否種植番茄，木薯莖稈栽培基質(zhì)的pH、EC值都符合栽培基質(zhì)要求。

2.2 栽培基質(zhì)各形態(tài)氮變化

木薯莖稈栽培基質(zhì)全氮含量反映了基質(zhì)的供氮潛力，一般認為理想栽培基質(zhì)的全氮含量為0.25～0.40 g/L[14]。由圖3可見，“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”在栽培番茄過程中，其全氮含量總體呈下降趨勢，這與植物吸收或淋洗、氨揮發(fā)、反硝化作用有關；“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”全氮在番茄不同生育期變化規(guī)律不同：幼苗期，全氮含量下降；幼苗期至營養(yǎng)生長期，全氮含量上升；營養(yǎng)生長期至開花期，全氮含量下降，這與相關研究[15]結果有差別，這可能與栽培基質(zhì)的不同及該研究未施肥有關；開花期至坐果期，全氮含量上升；坐果期至成熟期，全氮含量下降。由圖3 可見，“木薯莖稈栽培基質(zhì)”的全氮含量變化趨勢與“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”處理相似，且全氮含量相近，說明木薯莖稈栽培基質(zhì)全氮的變化主要受基質(zhì)本身生物生化過程或淋洗、氨揮發(fā)、反硝化作用的影響，而因番茄吸收而引起的變化是微小的。對比木薯莖稈栽培基質(zhì)全氮初始值和最終值可見，全氮減少幅度很?。ā澳臼砬o稈栽培基質(zhì)”減少0.276%，“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”減少0.281%），說明木薯莖稈栽培基質(zhì)的氮養(yǎng)分較難被當季作物利用，其仍具有較強的供氮潛力，但大部分氮素可能仍以難以被植物直接利用的有機態(tài)氮存在。

堿解氮包括無機態(tài)氮（銨態(tài)氮、硝態(tài)氮）及易水解的有機態(tài)氮（氨基酸、酰胺和易水解蛋白質(zhì)），木薯莖稈栽培基質(zhì)堿解氮含量能反映基質(zhì)近期內(nèi)氮素供應情況。由圖4可見，在番茄整個生育期內(nèi)，“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”的堿解氮含量基本保持不變，表明木薯莖稈栽培基質(zhì)氮素供應情況比較穩(wěn)定，保證植物對氮素的吸收，這與已有研究結果[16]一致?！澳臼砬o稈栽培基質(zhì)”與“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”相比：營養(yǎng)生長期前，其堿解氮含量降低，可能由于部分氮流失所致；營養(yǎng)生長期至坐果期，其堿解氮含量升高，可能由于“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”因植物吸收而降低所致。

銨態(tài)氮是植物能直接利用的主要氮形態(tài)之一，木薯莖稈栽培基質(zhì)銨態(tài)氮含量在一定程度上反映了基質(zhì)直接供氮能力。由圖5可見，“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”在栽培番茄過程中：幼苗期，銨態(tài)氮含量略微提升；幼苗期至營養(yǎng)生長期，銨態(tài)氮含量驟減；營養(yǎng)生長期至成熟期，基質(zhì)銨態(tài)氮含量幾乎保持不變；銨態(tài)氮變化與朱詠莉等[17]研究結果一致?！澳臼砬o稈栽培基質(zhì)”與“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”相比，番茄營養(yǎng)生長期前，基質(zhì)銨態(tài)氮含量急劇下降；營養(yǎng)生長期至成熟期，基質(zhì)銨態(tài)氮含量幾乎保持不變，且與“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”銨態(tài)氮含量處于同一水平，表明銨態(tài)氮含量的驟減并不是因為植物吸收利用所致，而是因淋洗等途徑損失所致。

硝態(tài)氮是植物能直接利用的主要氮形態(tài)之一，且該形態(tài)氮不易被土壤（栽培基質(zhì)）膠體吸附，易流失，硝態(tài)氮含量在一定程度上也能指示基質(zhì)直接供氮能力。由圖6可見，幼苗期，“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”硝態(tài)氮急劇降低至幾乎殆盡，而“木薯莖稈栽培基質(zhì)”硝態(tài)氮仍保持較高含量，說明“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”硝態(tài)氮的減少是植物吸收利用和流失共同作用造成的；幼苗期至成熟期，“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”幾乎再無硝態(tài)氮，而“木薯莖稈栽培基質(zhì)”硝態(tài)氮含量除在成熟期較低外（9.08 mg/kg），其他生育期仍保持在較高水平。硝態(tài)氮含量變化結果表明，木薯莖稈栽培基質(zhì)大部分硝態(tài)氮因淋洗等途徑而損失。

氮礦化是有機態(tài)氮經(jīng)微生物分解，形成無機態(tài)氮的過程，礦化氮是氮礦化的結果。木薯莖稈栽培基質(zhì)礦化氮含量的高低可反映基質(zhì)應急供氮能力的大小。由圖7可見，在栽培番茄過程中：營養(yǎng)生長期之前，“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”礦化氮含量急劇上升；營養(yǎng)生長期至成熟期，“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”礦化氮含量雖有變化，但變化幅度不大。“木薯莖稈栽培基質(zhì)”的礦化氮變化趨勢與“木薯莖稈栽培基質(zhì)+番茄”處理相似，但其礦化氮含量要低，這可能與基質(zhì)中微生物豐富度不同有關。

2.3 栽培基質(zhì)各形態(tài)氮轉化規(guī)律

木薯莖稈栽培基質(zhì)各形態(tài)氮的轉化不僅表明氮素的有效性，還能為各形態(tài)氮的調(diào)控提供依據(jù)。由圖8可見，栽培番茄時，木薯莖稈栽培基質(zhì)各形態(tài)氮含量都在不斷的變化。在整個番茄生育期，木薯莖稈栽培基質(zhì)各形態(tài)氮的含量是不同的：初始時，堿解氮含量為865 mg/kg，銨態(tài)氮含量為105.71 mg/kg，硝態(tài)氮為724.02 mg/kg，礦化氮為0；幼苗期，堿解氮略有降低（756 mg/kg），銨態(tài)氮基本不變、硝態(tài)氮急劇降低殆盡，礦化氮驟升至494.97 mg/kg；營養(yǎng)生長期，堿解氮基本不變（764 mg/kg），銨態(tài)氮降至37.08 mg/kg，硝態(tài)氮為0，礦化氮升至735.55 mg/kg；開花期，堿解氮仍保持較高的水平（785 mg/kg）、銨態(tài)氮為48.51 mg/kg、硝態(tài)氮為0、礦化氮為691.39 mg/kg；坐果期，堿解氮升至937 mg/kg、銨態(tài)氮為35.08 mg/kg，硝態(tài)氮為2.75 mg/kg，礦化氮升至817.91 mg/kg；成熟期，堿解氮為954 mg/kg，銨態(tài)氮為45.40 mg/kg，硝態(tài)氮為0，礦化氮為758.86 mg/kg。對比木薯莖稈栽培基質(zhì)各形態(tài)氮在番茄各生長期的含量可見，堿解氮一直保持在一個較高水平；銨態(tài)氮在幼苗期前保持在較高水平，幼苗期后一直處于較低水平；硝態(tài)氮至幼苗期幾乎耗盡，這可能與番茄為喜硝態(tài)氮植物有關[18-19]；礦化氮從初始值（0）呈逐漸上升趨勢。各形態(tài)氮含量變化說明，木薯莖稈栽培基質(zhì)各形態(tài)氮的轉化主要發(fā)生在銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有機氮（礦化氮）之間：當銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量高時，礦化作用弱，即無機氮的存在會抑制礦化作用的進行；當銨態(tài)氮、硝態(tài)氮降低或消耗殆盡時，礦化作用將有機氮分解為無機氮，從而為植物提供有效氮養(yǎng)分。未種植番茄時，木薯莖稈栽培基質(zhì)各形態(tài)氮的轉化規(guī)律與種植番茄時的轉化規(guī)律相似（圖9）。

3 結論與討論

有機基質(zhì)栽培是一個穩(wěn)定、緩沖性能較強、具有良好根系生長環(huán)境的系統(tǒng)，有機基質(zhì)在系統(tǒng)中除了扮演外來養(yǎng)分“中轉站”的角色外，其本身就是一個“養(yǎng)分庫”，因此，研究有機基質(zhì)本身的養(yǎng)分釋放、轉化規(guī)律就顯得非常重要。關于有機質(zhì)栽培系統(tǒng)養(yǎng)分釋放、轉化規(guī)律的研究，已有相關文獻報道，也取得了一些具有指導意義的結果，但有的研究只注重有機基質(zhì)外來養(yǎng)分作為“中轉站”的角色[16]，而忽略了有機基質(zhì)本身“養(yǎng)分庫”的角色，這對充分了解有機基質(zhì)本身養(yǎng)分的釋放、轉化規(guī)律存在局限性；有的研究只研究了未種植植物時有機基質(zhì)養(yǎng)分釋放規(guī)律[20]，缺乏種植植物時有機基質(zhì)養(yǎng)分釋放規(guī)律的對比研究，無法對養(yǎng)分進行準確調(diào)控；該研究在未添加外源養(yǎng)分的情況下，對比研究了木薯莖稈栽培基質(zhì)在種植番茄和未種植番茄2種情況下木薯莖稈栽培基質(zhì)氮養(yǎng)分的釋放、轉化規(guī)律，這為施（追）肥量和養(yǎng)分的準確調(diào)控提供了更加科學的依據(jù)。但該研究只對木薯莖稈栽培基質(zhì)氮釋放、轉化規(guī)律進行研究，無法為養(yǎng)分的全面調(diào)控提供科學指導。

基質(zhì)pH影響?zhàn)B分的溶解性和植物的有效吸收，應維持在相對穩(wěn)定狀態(tài)，最好呈中性或弱酸性狀態(tài)。木薯莖稈栽培基質(zhì)在栽培番茄過程中，pH雖有波動，但變化幅度不大，且保持在理想基質(zhì)要求（pH 6～8）范圍內(nèi)，這與已有有機質(zhì)栽培研究結果[20]一致；EC值反映基質(zhì)中可溶性鹽分含量，影響營養(yǎng)液的平衡和植物的生長。該研究中，木薯莖稈栽培基質(zhì)EC值隨著番茄生長期的進行而逐漸升高，最后保持在一個相對穩(wěn)定的數(shù)值，且符合理想基質(zhì)要求（<3 000 μS/cm）。單從木薯莖稈栽培基質(zhì)的pH和EC值來看，說明木薯莖稈栽培基質(zhì)可用于大多數(shù)植物栽培，可在實際生產(chǎn)中推廣利用。

木薯莖稈栽培基質(zhì)全氮含量前后變化不大，說明當季番茄從基質(zhì)中吸收的氮養(yǎng)分很少，大部分氮養(yǎng)分仍然儲存在基質(zhì)中，這與基質(zhì)中大量的氮以有機態(tài)存在有關；堿解氮含量在整個栽培過程中始終保持在一個較高含量水平，表明木薯莖稈栽培基質(zhì)具備持續(xù)釋放有效氮的能力，但這種“持續(xù)釋放”可能具“滯后性”，無法為植物的生長及時提供氮養(yǎng)分；銨態(tài)氮、硝態(tài)氮在營養(yǎng)生長期前銳減，說明銨態(tài)氮、硝態(tài)氮極易損失；銨態(tài)氮減少到一定量后幾乎不再減少，而硝態(tài)氮持續(xù)銳減直至殆盡，說明硝態(tài)氮更易損失，同時也說明番茄對銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的吸收具有選擇性，更易吸收硝態(tài)氮[21]。根據(jù)銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的變化規(guī)律，建議以木薯莖稈栽培基質(zhì)種植番茄時，氮養(yǎng)分的補充、調(diào)控應以硝態(tài)氮為主，但實際效果仍有待進一步研究、驗證。

木薯莖稈栽培基質(zhì)各形態(tài)氮轉化規(guī)律表明，氮形態(tài)的轉化主要發(fā)生在銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和礦化氮（有機氮）之間：銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的存在會抑制有機氮礦化；銨態(tài)氮、硝態(tài)氮是有機氮礦化的結果：當銨態(tài)氮、硝態(tài)氮被消耗時，有機氮經(jīng)礦化作用分解為銨態(tài)氮、硝態(tài)氮，從而為植物最大限度地提供有效氮。氮礦化一個微生物分解有機氮為無機氮的過程，該過程受基質(zhì)有機氮含量、基質(zhì)C/N及微生物數(shù)量、種類的影響，礦化氮含量僅反映有效氮的潛在供應能力，并不是有效氮的即時供應能力。因此，以木薯莖稈栽培基質(zhì)種植番茄或其他植物時，為保證植物的健康生長，及時施肥、追肥是非常有必要的。

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