雞糞添加木質(zhì)素對平邑甜茶根區(qū)土壤硝酸鹽代謝的影響

陳金旭,馬凱旋，牟立同，曹輝，黃萍，范偉國，楊洪強(qiáng)，張瑋瑋，王利*

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué),a林學(xué)院, 黃河下游森林培育國家林業(yè)局重點實驗室;b園藝科學(xué)與工程學(xué)院;c作物生物學(xué)國家重點實驗室，山東 泰安 271018)

1 材料與方法

1.1 材料與處理

1.2 測定方法

參照楊劍虹等[14]的方法測定土壤速效鉀、堿解氮及速效磷含量；土壤銨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮含量、土壤硝酸還原酶活性和亞硝酸還原酶活性則根據(jù)鮑士旦的[15]實驗方法進(jìn)行測定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用 Excel 2003 和 DPS7.05統(tǒng)計軟件，采用 Tukey 法(α= 0.05)進(jìn)行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 雞糞添加木質(zhì)素對土壤養(yǎng)分的影響

由表1可知，單施雞糞比對照顯著提高了土壤中堿解氮、速效磷的含量，對速效鉀無顯著性差異。施加雞糞和木質(zhì)素比單施雞糞提高了土壤中堿解氮、速效磷和速效鉀的含量，且隨著添加木質(zhì)素比例增大，提高了土壤中堿解氮和速效鉀的含量，卻降低了速效磷的含量。

表1 雞糞添加木質(zhì)素對4月份土壤養(yǎng)分的影響

注：每列中相同字母表示差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)

2.2 雞糞添加木質(zhì)素對土壤硝化和反硝化強(qiáng)度的影響

從圖1可以看出，土壤硝化強(qiáng)度在春季表達(dá)很高，夏季表達(dá)次之，秋季表達(dá)最低。在春、夏、秋季，雞糞添加木質(zhì)素比單施雞糞降低了土壤的硝化強(qiáng)度。就添加木質(zhì)素濃度而言，春季和秋季施加木質(zhì)素量對硝化強(qiáng)度無顯著性差異，夏季低濃度木質(zhì)素更能抑制土壤硝化強(qiáng)度。

圖中相同字母表示差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)圖1 雞糞添加木質(zhì)素對土壤硝化強(qiáng)度的影響Fig.1 Effects of adding lignin to chicken manure on nitrification intensity in soil

從圖2可知，土壤反硝化強(qiáng)度在春季相對比較低，夏季和秋季相對比較高。在春季，單施雞糞或雞糞加木質(zhì)素處理比對照均提高了土壤反硝化強(qiáng)度，但差異不顯著。在夏季，低濃度的木質(zhì)素比單施雞糞提高了土壤反硝化強(qiáng)度，高濃度的木質(zhì)素則抑制了土壤反硝化強(qiáng)度。在秋季，雞糞添加木質(zhì)素比單施雞糞降低了土壤反硝化強(qiáng)度，其中低濃度木質(zhì)素的抑制效果更明顯。

圖中相同字母表示差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)圖2 雞糞添加木質(zhì)素對土壤反硝化強(qiáng)度的影響Fig.2 Effects of adding lignin to chicken manure on denitrification intensity in soil

2.3 雞糞添加木質(zhì)素對土壤硝酸和亞硝酸還原酶活性的影響

從圖3可知，土壤硝酸還原酶在春季活力最高，在夏季和秋季較低。在春季和秋季，相比較于單施雞糞，施加雞糞和木質(zhì)素能顯著提高土壤硝酸還原酶活性，而且施加的木質(zhì)素越多，土壤硝酸還原酶活性越高。夏季調(diào)查數(shù)據(jù)表明，各處理間結(jié)果無明顯差別。

圖中相同字母表示差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)圖3 雞糞添加木質(zhì)素對土壤硝酸還原酶活性的影響Fig.3 Effects of adding lignin to chicken manure on nitrate reductase activity in soil

由圖4可知，單施雞糞或者雞糞加木質(zhì)素配合施用均提高了土壤亞硝酸還原酶活性。春季和夏季，雞糞與木質(zhì)素配合處理的土壤亞硝酸還原酶活性與單施雞糞處理的差異不顯著。而秋季，與單施雞糞相比，雞糞加木質(zhì)素配合處理能顯著提高土壤亞硝酸還原酶活性，但木質(zhì)素施用量上無明顯差異。總體來說，春季單施雞糞或雞糞加木質(zhì)素處理土壤亞硝酸還原酶活性最大，夏季單施雞糞或雞糞加木質(zhì)素處理與對照差異最小，秋季單施雞糞或雞糞加木質(zhì)素處理與對照差異最大。

圖中相同字母表示差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)圖4 雞糞添加木質(zhì)素對土壤亞硝酸還原酶活性的影響Fig.4 Effects of adding lignin to chicken manure on nitrite reductase activity in soil

2.4 雞糞添加木質(zhì)素對土壤無機(jī)態(tài)氮的影響

從圖5可知，在各個季節(jié)，相比較于對照無論單施雞糞或者雞糞加木質(zhì)素均提高了土壤銨態(tài)氮的含量，而且雞糞加木質(zhì)素的土壤銨態(tài)氮含量要大于僅僅添加雞糞。

圖中相同字母表示差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)圖5 雞糞添加木質(zhì)素對土壤銨態(tài)氮的影響Fig.5 Effects of adding lignin to chicken manure on ammonium nitrogen in soil

從圖6可知，整體來看，土壤硝態(tài)氮含量在春季和夏季相對較大，秋季相對較小。在各個季節(jié)，單施雞糞比對照均提高了土壤硝態(tài)氮含量，然而雞糞加木質(zhì)素處理與對照相比無顯著性差異，說明施加雞糞易引發(fā)硝態(tài)氮流失。同時雞糞添加木質(zhì)素處理比單施雞糞能顯著降低土壤硝態(tài)氮含量。就木質(zhì)素施加比例而言，在各個季節(jié)，添加少量的木質(zhì)素更能抑制土壤中硝態(tài)氮的生成。

圖中相同字母表示差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)圖6 雞糞添加木質(zhì)素對土壤硝態(tài)氮的影響Fig.6 Effects of adding lignin to chicken manure on nitrate-nitrogen in soil

由圖7可知，土壤亞硝態(tài)氮含量在春季最多，夏季次之，秋季最少。在春、夏、秋季節(jié)，雞糞加木質(zhì)素處理比單施雞糞均提高了土壤亞硝態(tài)氮含量。就木質(zhì)素施加比例而言，在春季，高濃度木質(zhì)素對土壤亞硝態(tài)氮含量提升效果最好。在夏、秋季節(jié)，低濃度木質(zhì)素更能促進(jìn)土壤亞硝態(tài)氮含量生成。

圖中相同字母表示差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)，不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)圖7 雞糞添加木質(zhì)素對土壤亞硝態(tài)氮的影響Fig.7 Effects of adding lignin to chicken manure on nitrite nitrogen in soil

3 討論與結(jié)論

對于來自土壤生物的活性蛋白土壤硝酸還原酶和亞硝酸還原酶，微生物特別是反硝化微生物，對其生存的周圍環(huán)境變化非常敏感[21]。本實驗研究發(fā)現(xiàn)，相比較于春季，土壤硝酸還原酶和亞硝酸還原酶在夏季和秋季均有所下降，與張瑞雪[22]的研究結(jié)果一致。因為夏季和秋季溫度較高，高溫抑制了土壤硝酸還原酶和亞硝酸還原酶的活性。本研究表明，在春季和秋季施加雞糞加木質(zhì)素處理較單施雞糞提升了土壤硝酸還原酶和亞硝酸還原酶的活性，在夏季無顯著性差異。就施加木質(zhì)素比例而言，施加木質(zhì)素含量越多對土壤硝酸還原酶活性提高越大，但對土壤亞硝酸還原酶活性提高不大，可能因為亞硝酸還原酶不僅與硝酸還原酶共同受到諸多因子作用外，還受硝酸還原酶的控制，即以硝酸還原酶的產(chǎn)物為催化底物，因此土壤亞硝酸還原酶活性比硝酸還原酶活性受到更加復(fù)雜的影響[22]。通過土壤理化因子與反硝化酶的冗余分析可知，反硝化酶活力與速效鉀、銨態(tài)氮、堿解氮和速效磷呈正作用，雞糞加木質(zhì)素處理后速效鉀、銨態(tài)氮、堿解氮和速效磷含量較高，提高了土壤反硝化酶的活性。銨態(tài)氮是硝化過程的起始態(tài)無機(jī)態(tài)氮，易揮發(fā)；硝態(tài)氮是硝化過程的最終生成物，同時也是反硝化過程的起始無機(jī)態(tài)氮，容易淋失；亞硝態(tài)氮在硝化-反硝化過程均能生成，三者在土壤中含量的改變與硝化-反硝化過程緊密相關(guān)。本研究結(jié)果表明，施加雞糞和木質(zhì)素后比單施雞糞提高了銨態(tài)氮和亞硝態(tài)氮含量，減少了土壤硝態(tài)氮含量。張慶忠等[23]認(rèn)為添加有機(jī)肥的碳氮比、添加量和施肥時間與硝酸鹽淋失密切相關(guān)，其中碳氮比應(yīng)該是最關(guān)鍵的調(diào)控因子，當(dāng)碳氮比低、施肥時間不當(dāng)或施肥量過多時，會造成硝態(tài)氮在土壤中大量累積。雞糞本身碳氮比低，施入土壤中硝酸鹽含量升高，容易造成硝酸鹽流失。然而木質(zhì)素碳氮比高，不易造成土壤硝態(tài)氮淋失，而且木質(zhì)素表面具有多種負(fù)電基團(tuán)如-OH-、-COO-等，對銨態(tài)氮、K+等具有較大的交換吸收能力[24-25]。

雞糞添加木質(zhì)素明顯改善了平邑甜茶根區(qū)土壤硝酸鹽代謝，降低了土壤硝酸鹽淋失，但反硝化在各個季節(jié)表現(xiàn)不一，值得進(jìn)一步研究。