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>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渣，富含氮、有機質(zhì)及多種中微量元素，是一種優(yōu)良的有機肥原料。云貴煙區(qū)的煙農(nóng)將油枯作為煙草的有機肥料施用，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渣，實現(xiàn)了有機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肥的氮養(yǎng)分動態(tài)礦化過程，對于有機肥的合理、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)合菌劑的有機肥對有機肥氮礦化影響的研究較少。本研究以油枯商品有機肥為原料，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肥氮在土壤中礦化速率及硝化強度的改變趨勢，以期為有機肥的高效、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

供試有機肥為市售油枯商品有機肥，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 試驗設(shè)計

采用室內(nèi)土壤溫育培養(yǎng)法[8-11]進行試驗。共設(shè)如下4個處理：(1)無肥對照(CK)；(2)油枯有機肥(YK)；(3)油枯有機肥+菌劑1(YK+J1)；(4)油枯有機肥+菌劑2(YK+J2)。每個處理35個重復(fù)，有機肥添加量均為4 g/kg，菌劑添加量為有機肥添加量的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進行破壞性取樣，每個處理每次3個重復(fù)，對土壤水分、銨態(tài)氮及硝態(tài)氮含量進行測定分析。

1.3 分析項目與方法

△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

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

2 結(jié)果與分析

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

微生物分解含氮有機物生成氨的過程稱為氨化作用[15]。由圖1A可以看出，油枯有機肥加入土壤后隨即快速氨化，1 d后各個含有機肥處理的銨態(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，純有機肥處理(YK)的銨態(tài)氮累積量開始波動下降。在培養(yǎng)期前10 d，添加氨化-硝化復(fù)合菌劑的2個處理(YK+J1和YK+J2)土壤銨態(tài)氮累積量呈波動上升趨勢，并在培養(yǎng)10 d時分別達(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，在培養(yǎng)期前10 d，氨化作用和硝化作用同時存在，有機肥帶入的有機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。添加有機肥的3個處理土壤中的銨態(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。

在試驗過程中，土壤內(nèi)源有機氮的氨化過程也同時在進行。土壤內(nèi)源有機氮的氨化過程也會影響施入的有機肥氮的氨化作用。為了分析有機肥氮礦化后銨態(tài)氮累積動態(tài)，本研究用添加有機肥處理培養(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)源有機氮礦化后銨態(tài)氮量表示有機肥氮礦化后銨態(tài)氮累積量，同時用無肥對照培養(yǎng)期間銨態(tài)氮量扣除剛開始培養(yǎng)時土壤中的銨態(tài)氮量表示土壤內(nèi)源有機氮礦化后銨態(tài)氮累積量。由圖1B可知，在培養(yǎng)10 d時，CK土壤內(nèi)源有機氮礦化后銨態(tài)氮含量達(dá)到11.17 mg/kg，表明供試土壤自身有機氮的礦化也是不容忽視的。相關(guān)研究結(jié)果也證實了這一點，即植物所吸收的氮素大部分來自土壤，土壤中的有機氮通過礦化后被植物吸收[16-18]。從圖1B中有機肥氮礦化后銨態(tài)氮累積量的變化趨勢可以看出，在培養(yǎng)10 d后，YK處理的有機肥氮礦化后銨態(tài)氮累積量變?yōu)樨?fù)值，表明此時在扣除土壤內(nèi)源氮礦化后銨態(tài)氮累積量后，有機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；而此時添加氨化-硝化復(fù)合菌劑的土壤中氨化作用強度仍然大于硝化作用強度，直到培養(yǎng)22 d，有機肥氮礦化后銨態(tài)氮累積量才變?yōu)樨?fù)值。

A:土壤銨態(tài)氮累積量；B:有機肥氮礦化后銨態(tài)氮累積量。CK:無肥對照；YK:施油枯有機肥；YK+J1:施油枯有機肥+氨化-硝化復(fù)合菌劑1；YK+J2:施油枯有機肥+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)初期的最低點開始逐步上升，培養(yǎng)至4 d時，硝態(tài)氮累積量的增加幅度開始變大，并于培養(yǎng)10 d時開始大幅度增加，各個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時有下降趨勢，說明培養(yǎng)4 d時，微生物的硝化作用開始增強，土壤中的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。培養(yǎng)至10 d時，土壤中的硝態(tài)氮累積量快速上升并累積，此時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時開始趨于平緩，經(jīng)計算，其硝化速率穩(wěn)定在0.4～1.0 mg/(kg·d)；在培養(yǎng)40～60 d時，YK+J1、YK+J2處理的硝化速率略有增加，而此時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)用及提升有機肥的硝態(tài)氮供應(yīng)提供了可能。

采用與圖1B相同的計算方法，用添加有機肥處理培養(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)氮量表示有機肥氮硝化作用產(chǎn)生的硝態(tài)氮累積量，同時用無肥對照中扣除剛開始培養(yǎng)時土壤中的硝態(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種有機肥處理的由有機肥氮硝化作用產(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)合菌劑對有機肥氮礦化作用的影響

土壤中有機態(tài)氮向無機態(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。添加油枯有機肥的3個處理的礦質(zhì)氮累積速率在培養(yǎng)前期比較高，至培養(yǎng)10 d時，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，表明油枯有機肥中易分解的有機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)量的影響時也發(fā)現(xiàn)，油枯有機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。同時發(fā)現(xiàn)，CK土壤內(nèi)源有機氮也存在礦化作用，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，各個處理的NNR均在培養(yǎng)期前4 d達(dá)到1個峰值；培養(yǎng)4～7 d時，再次出現(xiàn)1個峰值；在培養(yǎng)8～39 d期間，施加油枯有機肥的3個處理出現(xiàn)1個大峰值；YK+J1處理的高硝化勢維持時間長達(dá)32 d，YK+J2處理則長達(dá)53 d；YK處理的峰值較小，持續(xù)的時間較短；在培養(yǎng)末期(60 d)，各個處理的NNR開始趨于一致。圖4B分5個時間段(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:各時間段平均硝化速率。同一時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

對有機肥處理土壤氮礦化速率(NMR)和有機肥中有機氮的礦化率進行計算，如圖5A所示，各處理的NMR在培養(yǎng)1～2 d時達(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在前期波動較大，在后期趨于平緩。比較不同處理有機肥中有機氮的礦化率(圖5B)可知，YK處理油枯有機肥中礦化出的礦質(zhì)氮量占有機肥全氮量的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處理油枯有機肥中礦化出的礦質(zhì)氮量分別占有機肥全氮量的64.95%和61.53%，分別是純油枯有機肥處理(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，土壤和油枯有機肥中較易分解的有機氮氨化生成的銨態(tài)氮在土壤中累積，促進硝化作用的再次加劇，NNR再次出現(xiàn)1個峰值。最后，油枯有機肥帶入土壤中的不易分解的有機氮氨化生成銨態(tài)氮并在土壤中累積，再次促進硝化作用，使得NNR再次出現(xiàn)1個峰值，其中YK處理的峰值較小，持續(xù)的時間較短。YK+J1和YK+J2處理的高硝化勢維持時間長達(dá)32 d，而YK+J2處理的高硝化勢維持時間長達(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)合菌劑對油枯有機肥氮礦化作用有較大促進效果，主要表現(xiàn)如下：(1)提高有機肥氮礦化后礦質(zhì)氮累積量，培養(yǎng)60 d時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肥氮氨化和硝化過程，提高作物對有機肥氮的吸收，能更好地滿足煙草前富后貧的氮素需求，解決油枯商品有機肥在有機煙種植和生態(tài)煙種植過程中氮素釋放緩慢的問題。