戴 勛， 王月悅， 謝新喬， 李湘?zhèn)ィ?王一明， 田育天， 楊繼周， 朱云聰， 胡保文， 林先貴， 李 晶

(1.紅塔煙草<集團(tuán)>有限責(zé)任公司，云南 玉溪 653100； 2.中國科學(xué)院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008)

油枯是油菜籽壓榨去油后所剩的殘?jiān)?，富含氮、有機(jī)質(zhì)及多種中微量元素，是一種優(yōu)良的有機(jī)肥原料。云貴煙區(qū)的煙農(nóng)將油枯作為煙草的有機(jī)肥料施用，不僅能夠提高煙草的產(chǎn)量、品質(zhì)，而且合理利用了油菜籽殘?jiān)瑢?shí)現(xiàn)了有機(jī)廢棄物的資源化再利用。在施用到農(nóng)田之前，油枯需要經(jīng)過充分的堆漚/堆肥腐熟，使其中的養(yǎng)分分解成作物可利用的水溶態(tài)[1]。研究施入土壤中的油枯有機(jī)肥的氮養(yǎng)分動(dòng)態(tài)礦化過程，對于有機(jī)肥的合理、高效利用具有重大意義。目前，國內(nèi)外研究者對有機(jī)肥氮礦化做了大量研究工作，并取得了一定成果[2-7]。然而，目前關(guān)于添加復(fù)合菌劑的有機(jī)肥對有機(jī)肥氮礦化影響的研究較少。本研究以油枯商品有機(jī)肥為原料，以貴州習(xí)水地區(qū)的黃壤土為供試土壤，研究具有氨化、硝化功能的2種復(fù)合菌劑對油枯商品有機(jī)肥氮在土壤中礦化速率及硝化強(qiáng)度的改變趨勢，以期為有機(jī)肥的高效、合理利用提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試有機(jī)肥為市售油枯商品有機(jī)肥，由習(xí)水縣某肥料廠生產(chǎn)，其基本理化性質(zhì)如下：3.16%全氮，21.25 g/kg可溶性碳(DOC)，4 860 mg/kg銨態(tài)氮，10 mg/kg亞硝態(tài)氮，20 mg/kg硝態(tài)氮。供試菌劑為復(fù)合菌劑1和復(fù)合菌劑2，由中國科學(xué)院南京土壤研究所研究人員從污泥中分離并保藏。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用室內(nèi)土壤溫育培養(yǎng)法[8-11]進(jìn)行試驗(yàn)。共設(shè)如下4個(gè)處理：(1)無肥對照(CK)；(2)油枯有機(jī)肥(YK)；(3)油枯有機(jī)肥+菌劑1(YK+J1)；(4)油枯有機(jī)肥+菌劑2(YK+J2)。每個(gè)處理35個(gè)重復(fù)，有機(jī)肥添加量均為4 g/kg，菌劑添加量為有機(jī)肥添加量的5%。取100 g過10目篩的土壤裝入200 ml廣口玻璃培養(yǎng)瓶中，按照上述不同處理添加有機(jī)肥和菌劑，加水調(diào)節(jié)其持水量為田間最大持水量的60%，充分混勻后，瓶口用塑料薄膜封口以保持水分，置于(25±2) ℃恒溫室內(nèi)培養(yǎng)。在培養(yǎng)期間每隔3 d采取稱質(zhì)量法加水，以保持土壤水分為其田間最大持水量的60%。分別于培養(yǎng)后的0 d、1 d、2 d、4 d、7 d、10 d、16 d、22 d、30 d、39 d、60 d進(jìn)行破壞性取樣，每個(gè)處理每次3個(gè)重復(fù)，對土壤水分、銨態(tài)氮及硝態(tài)氮含量進(jìn)行測定分析。

1.3 分析項(xiàng)目與方法

△t=tj-ti

NNR=Anit/△t

NMR=(Aamm+Anit)/△t

NM=(Aamm+Anit)org-(Aamm+Anit)CK

OMR=NM/Norg×100%

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

本試驗(yàn)中的相關(guān)數(shù)據(jù)用Excel 2013計(jì)算其平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，圖表用Origin 8.0進(jìn)行繪制，用SPSS 20進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并使用Duncan’s檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氨化-硝化復(fù)合菌劑對有機(jī)肥氮礦化后銨態(tài)氮累積量的影響

微生物分解含氮有機(jī)物生成氨的過程稱為氨化作用[15]。由圖1A可以看出，油枯有機(jī)肥加入土壤后隨即快速氨化，1 d后各個(gè)含有機(jī)肥處理的銨態(tài)氮累積量提高了1倍以上,之后由于土壤顆粒吸附和微生物的硝化作用，純有機(jī)肥處理(YK)的銨態(tài)氮累積量開始波動(dòng)下降。在培養(yǎng)期前10 d，添加氨化-硝化復(fù)合菌劑的2個(gè)處理(YK+J1和YK+J2)土壤銨態(tài)氮累積量呈波動(dòng)上升趨勢，并在培養(yǎng)10 d時(shí)分別達(dá)最高值77.76 mg/kg和75.06 mg/kg，分別比YK處理高35.51 mg/kg和32.81 mg/kg。同時(shí)，在培養(yǎng)期前10 d，氨化作用和硝化作用同時(shí)存在，有機(jī)肥帶入的有機(jī)氮不斷被氨化成銨態(tài)氮，銨態(tài)氮在硝化作用下快速轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮并在土壤中累積。添加有機(jī)肥的3個(gè)處理土壤中的銨態(tài)氮累積量均在培養(yǎng)10 d后大幅度下降，YK、YK+J1、YK+J2處理分別在培養(yǎng)22 d、30 d和30 d下降到與CK(無肥對照)基本一致并接近本底水平。

在試驗(yàn)過程中，土壤內(nèi)源有機(jī)氮的氨化過程也同時(shí)在進(jìn)行。土壤內(nèi)源有機(jī)氮的氨化過程也會(huì)影響施入的有機(jī)肥氮的氨化作用。為了分析有機(jī)肥氮礦化后銨態(tài)氮累積動(dòng)態(tài)，本研究用添加有機(jī)肥處理培養(yǎng)期間的銨態(tài)氮量扣除培養(yǎng)前土壤本身含有的銨態(tài)氮量和有機(jī)肥帶入土壤中的銨態(tài)氮量以及培養(yǎng)過程中土壤內(nèi)源有機(jī)氮礦化后銨態(tài)氮量表示有機(jī)肥氮礦化后銨態(tài)氮累積量，同時(shí)用無肥對照培養(yǎng)期間銨態(tài)氮量扣除剛開始培養(yǎng)時(shí)土壤中的銨態(tài)氮量表示土壤內(nèi)源有機(jī)氮礦化后銨態(tài)氮累積量。由圖1B可知，在培養(yǎng)10 d時(shí)，CK土壤內(nèi)源有機(jī)氮礦化后銨態(tài)氮含量達(dá)到11.17 mg/kg，表明供試土壤自身有機(jī)氮的礦化也是不容忽視的。相關(guān)研究結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)，即植物所吸收的氮素大部分來自土壤，土壤中的有機(jī)氮通過礦化后被植物吸收[16-18]。從圖1B中有機(jī)肥氮礦化后銨態(tài)氮累積量的變化趨勢可以看出，在培養(yǎng)10 d后，YK處理的有機(jī)肥氮礦化后銨態(tài)氮累積量變?yōu)樨?fù)值，表明此時(shí)在扣除土壤內(nèi)源氮礦化后銨態(tài)氮累積量后，有機(jī)肥氮氨化作用生成的銨態(tài)氮量已經(jīng)低于硝化作用消耗的銨態(tài)氮量；而此時(shí)添加氨化-硝化復(fù)合菌劑的土壤中氨化作用強(qiáng)度仍然大于硝化作用強(qiáng)度，直到培養(yǎng)22 d，有機(jī)肥氮礦化后銨態(tài)氮累積量才變?yōu)樨?fù)值。

A:土壤銨態(tài)氮累積量；B:有機(jī)肥氮礦化后銨態(tài)氮累積量。CK:無肥對照；YK:施油枯有機(jī)肥；YK+J1:施油枯有機(jī)肥+氨化-硝化復(fù)合菌劑1；YK+J2:施油枯有機(jī)肥+氨化-硝化復(fù)合菌劑2。圖1 氨化-硝化復(fù)合菌劑對土壤銨態(tài)氮累積量和有機(jī)肥氮礦化后銨態(tài)氮累積量的影響Fig.1 Effects of multiple species inoculants with the capacities of ammoniation and nitrification on ammonium nitrogen accumulation in soil and ammonium nitrogen accumulation after nitrogen mineralization of organic fertilizer

2.2 氨化-硝化復(fù)合菌劑對有機(jī)肥氮硝化作用的影響

土壤中的銨態(tài)氮在微生物的作用下被部分或大部分氧化為硝態(tài)氮的過程稱為硝化作用[15]，在本研究中用土壤中硝態(tài)氮的累積量來表征硝化作用強(qiáng)弱。如圖2A所示，各處理的硝態(tài)氮累積量均從培養(yǎng)初期的最低點(diǎn)開始逐步上升，培養(yǎng)至4 d時(shí)，硝態(tài)氮累積量的增加幅度開始變大，并于培養(yǎng)10 d時(shí)開始大幅度增加，各個(gè)處理之間的差異也逐步拉大，YK+J1、YK+J2處理的硝態(tài)氮累積量遠(yuǎn)高于YK處理。由圖1可以看出，土壤銨態(tài)氮累積量在培養(yǎng)4 d時(shí)有下降趨勢，說明培養(yǎng)4 d時(shí)，微生物的硝化作用開始增強(qiáng)，土壤中的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。培養(yǎng)至10 d時(shí)，土壤中的硝態(tài)氮累積量快速上升并累積，此時(shí)YK、YK+J1、YK+J2處理的硝化速率分別達(dá)到4.64 mg/(kg·d)、4.78 mg/(kg·d)和4.58 mg/(kg·d)，說明在此階段土壤中微生物的硝化作用很劇烈。

由圖2A還可以看出，YK處理與YK+J1、YK+J2處理硝態(tài)氮累積量的增加趨勢分別在培養(yǎng)16 d和22 d時(shí)開始趨于平緩，經(jīng)計(jì)算，其硝化速率穩(wěn)定在0.4～1.0 mg/(kg·d)；在培養(yǎng)40～60 d時(shí)，YK+J1、YK+J2處理的硝化速率略有增加，而此時(shí)YK處理的硝化速率卻略有下降。初步分析得出，添加氨化-硝化復(fù)合菌劑可以持續(xù)促進(jìn)硝化作用，從而為氨化-硝化復(fù)合菌劑的田間應(yīng)用及提升有機(jī)肥的硝態(tài)氮供應(yīng)提供了可能。

采用與圖1B相同的計(jì)算方法，用添加有機(jī)肥處理培養(yǎng)期間的硝態(tài)氮量扣除培養(yǎng)前土壤中原有的硝態(tài)氮量、有機(jī)肥帶入土壤中的硝態(tài)氮量以及培養(yǎng)過程中土壤內(nèi)源氮硝化產(chǎn)生的硝態(tài)氮量表示有機(jī)肥氮硝化作用產(chǎn)生的硝態(tài)氮累積量，同時(shí)用無肥對照中扣除剛開始培養(yǎng)時(shí)土壤中的硝態(tài)氮表示土壤內(nèi)源氮硝化作用產(chǎn)生的硝態(tài)氮累積量。如圖2B所示，在培養(yǎng)期前10 d，CK處理土壤內(nèi)源氮硝化作用產(chǎn)生的硝態(tài)氮量高于YK處理有機(jī)肥氮硝化作用產(chǎn)生的硝態(tài)氮，接近YK+J1和YK+J2處理有機(jī)肥氮硝化作用產(chǎn)生的硝態(tài)氮，說明在培養(yǎng)前期，土壤內(nèi)源氮是各處理土壤硝態(tài)氮的主要來源。培養(yǎng)10 d后，3種有機(jī)肥處理的由有機(jī)肥氮硝化作用產(chǎn)生的硝態(tài)氮量開始超過土壤內(nèi)源氮硝化作用產(chǎn)生的硝態(tài)氮量，成為土壤硝態(tài)氮的主要來源，并且YK+J1處理硝態(tài)氮累積量高于YK+J2處理，二者均遠(yuǎn)高于YK處理。

CK、YK、YK+J1、YK+J2見圖1注。A:土壤硝態(tài)氮累積量；B:有機(jī)肥氮硝化后硝態(tài)氮累積量。圖2 氨化-硝化復(fù)合菌劑對土壤硝態(tài)氮和有機(jī)肥氮硝化后硝態(tài)氮累積量的影響Fig.2 Effects of multiple species inoculants with the capacities of ammoniation and nitrification on nitrate nitrogen accumulation

2.3 氨化-硝化復(fù)合菌劑對有機(jī)肥氮礦化作用的影響

土壤中有機(jī)態(tài)氮向無機(jī)態(tài)氮的轉(zhuǎn)化稱為礦化作用[15]，在本研究中用土壤中礦質(zhì)氮的累積量(即銨態(tài)氮與硝態(tài)氮累積量之和)來表征礦化量。由圖3A可以看出，土壤中礦質(zhì)氮累積量總體呈上升趨勢。添加油枯有機(jī)肥的3個(gè)處理的礦質(zhì)氮累積速率在培養(yǎng)前期比較高，至培養(yǎng)10 d時(shí)，礦質(zhì)氮累積量的上升幅度開始趨于平緩。上述研究結(jié)果表明，施用油枯有機(jī)肥可以提高土壤中的礦質(zhì)氮含量，這與周博等[19]的研究結(jié)果一致。結(jié)合圖2、圖3可以看出，在培養(yǎng)期前10 d，氮的礦化速率最高，表明油枯有機(jī)肥中易分解的有機(jī)氮能在施入土壤后迅速礦化。樊立輝等[20]在研究發(fā)酵油枯對煙草品質(zhì)與產(chǎn)量的影響時(shí)也發(fā)現(xiàn)，油枯有機(jī)肥施入土壤后分解快，易被作物吸收。

由圖3B可以看出，YK+J1和YK+J2處理的有機(jī)肥氮礦化后礦質(zhì)氮累積量一直遠(yuǎn)高于YK處理，培養(yǎng)60 d時(shí)YK+J1和YK+J2處理分別比YK處理提高了62.2 mg/kg和57.9 mg/kg。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，CK土壤內(nèi)源有機(jī)氮也存在礦化作用，且在培養(yǎng)期間礦化后礦質(zhì)氮累積量最高可達(dá)24.97 mg/kg，占土壤總氮含量的0.15%，表明土壤內(nèi)源有機(jī)氮的礦化是不容忽視的。

CK、YK、YK+J1、YK+J2見圖1注。A:土壤礦質(zhì)氮累積量；B:有機(jī)肥氮礦化后礦質(zhì)氮累積量。圖3 氨化-硝化復(fù)合菌劑對土壤礦質(zhì)氮和有機(jī)肥氮礦化后礦質(zhì)氮累積量的影響Fig.3 Effects of multiple species inoculants with the capacities of ammoniation and nitrification on mineral nitrogen accumulation

2.4 氨化-硝化復(fù)合菌劑對土壤氮礦化、硝化規(guī)律的影響

由圖4A可以看出，各個(gè)處理的NNR均在培養(yǎng)期前4 d達(dá)到1個(gè)峰值；培養(yǎng)4～7 d時(shí)，再次出現(xiàn)1個(gè)峰值；在培養(yǎng)8～39 d期間，施加油枯有機(jī)肥的3個(gè)處理出現(xiàn)1個(gè)大峰值；YK+J1處理的高硝化勢維持時(shí)間長達(dá)32 d，YK+J2處理則長達(dá)53 d；YK處理的峰值較小，持續(xù)的時(shí)間較短；在培養(yǎng)末期(60 d)，各個(gè)處理的NNR開始趨于一致。圖4B分5個(gè)時(shí)間段(0～2 d、3～4 d、5～16 d、17～22 d、23～60 d)對各處理間的平均硝化速率進(jìn)行了對比，可以看出，在培養(yǎng)初期(0～2 d)，各處理的平均硝化速率間無顯著差異；在培養(yǎng)的3～4 d，各處理的平均硝化速率開始提高，YK+J1和YK+J2處理的增幅較大，平均硝化速率顯著高于YK處理(P<0.05)；YK、YK+J1、YK+J2處理的硝化速率均在培養(yǎng)的5～16 d達(dá)到峰值，而CK則在培養(yǎng)末期(23～60 d)達(dá)到峰值；在培養(yǎng)中后期(17～22 d)，YK+J1、YK+J2處理繼續(xù)維持較高的硝化速率，而YK處理則迅速下降至與CK處理間無顯著差異。以上結(jié)果說明，添加氨化-硝化復(fù)合菌劑能夠提高油枯有機(jī)肥施用后土壤中氮的硝化速率，并使土壤中硝化微生物維持較高的活性。

CK、YK、YK+J1、YK+J2見圖1注。A:土壤氮硝化速率；B:各時(shí)間段平均硝化速率。同一時(shí)間段的不同處理間標(biāo)有不同小寫字母的表示有顯著差異(P<0.05)。圖4 氨化-硝化復(fù)合菌劑對土壤氮硝化速率(NNR)和各時(shí)間段平均硝化速率的影響Fig.4 Effects of multiple species inoculants with the capacities of ammoniation and nitrification on nitrogen nitrification rate (NNR) and average nitrification rate in each period

對有機(jī)肥處理土壤氮礦化速率(NMR)和有機(jī)肥中有機(jī)氮的礦化率進(jìn)行計(jì)算，如圖5A所示，各處理的NMR在培養(yǎng)1～2 d時(shí)達(dá)到峰值；YK+J1和YK+J2處理最先到達(dá)峰值，其土壤氮礦化速率分別是YK處理最大峰值的1.6倍和1.5倍；不同處理的NMR在前期波動(dòng)較大，在后期趨于平緩。比較不同處理有機(jī)肥中有機(jī)氮的礦化率(圖5B)可知，YK處理油枯有機(jī)肥中礦化出的礦質(zhì)氮量占有機(jī)肥全氮量的25.65%；添加氨化-硝化復(fù)合菌劑1和氨化-硝化復(fù)合菌劑2后，YK+J1、YK+J2處理油枯有機(jī)肥中礦化出的礦質(zhì)氮量分別占有機(jī)肥全氮量的64.95%和61.53%，分別是純油枯有機(jī)肥處理(YK處理)的2.5倍和2.4倍。

CK、YK、YK+J1、YK+J2見圖1注。A:土壤氮礦化速率；B:有機(jī)肥氮的礦化率。圖5 氨化-硝化復(fù)合菌劑對土壤氮礦化速率(NMR)和有機(jī)肥氮礦化率(OMR)的影響Fig.5 Effects of multiple species inoculants with the capacities of ammoniation and nitrification on soil nitrogen mineralization rate(NMR) and organic fertilizer nitrogen mineralization rate(OMR)

3 結(jié) 論

在培養(yǎng)過程中，油枯有機(jī)肥帶入土壤中的銨態(tài)氮首先在土壤硝化菌群的作用下被轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，使土壤NNR達(dá)到小的峰值。然后，土壤和油枯有機(jī)肥中較易分解的有機(jī)氮氨化生成的銨態(tài)氮在土壤中累積，促進(jìn)硝化作用的再次加劇，NNR再次出現(xiàn)1個(gè)峰值。最后，油枯有機(jī)肥帶入土壤中的不易分解的有機(jī)氮氨化生成銨態(tài)氮并在土壤中累積，再次促進(jìn)硝化作用，使得NNR再次出現(xiàn)1個(gè)峰值，其中YK處理的峰值較小，持續(xù)的時(shí)間較短。YK+J1和YK+J2處理的高硝化勢維持時(shí)間長達(dá)32 d，而YK+J2處理的高硝化勢維持時(shí)間長達(dá)53 d，表明添加氨化-硝化復(fù)合菌劑可以提高有機(jī)肥氮礦化過程的硝化勢，提升硝化菌群的硝化活性，并延長菌群的活躍期。

油枯有機(jī)肥氮礦化過程表現(xiàn)為在培養(yǎng)的最初幾天快速釋放礦質(zhì)氮，之后釋放速率減慢。添加氨化-硝化復(fù)合菌劑對油枯有機(jī)肥氮礦化作用有較大促進(jìn)效果，主要表現(xiàn)如下：(1)提高有機(jī)肥氮礦化后礦質(zhì)氮累積量，培養(yǎng)60 d時(shí)YK+J1和YK+J2處理分別比YK處理高62.2 mg/kg和57.9 mg/kg；(2)提高有機(jī)肥氮礦化率，YK+J1和YK+J2處理分別比YK處理高2.5倍和2.4倍。

由本試驗(yàn)結(jié)果可以看出，添加氨化-硝化復(fù)合菌劑可以明顯加速油枯有機(jī)肥氮氨化和硝化過程，提高作物對有機(jī)肥氮的吸收，能更好地滿足煙草前富后貧的氮素需求，解決油枯商品有機(jī)肥在有機(jī)煙種植和生態(tài)煙種植過程中氮素釋放緩慢的問題。